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A. Mahdavi, U. Pont, E. Bajraktari, J. Lechleitner, N. Maly, M. Schuss, C. Steineder, C. Tauber:
"LEI_WAND - LEIse_WAND: Innovative Fassaden für natürliche Raumlüftung und optimierten Schallschutz - Berichte aus Energie- und Umweltforschung (veröffentlichbarer Endbericht des LEI_WAND-Projektes)";
Bericht für Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft // FFG bzw. Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie // BMVIT; Berichts-Nr. veröffentlichbarer Endbericht, 2018; 68 S.

Kurzfassung
[Anmerkung: Diese Kurzfassung orientiert sich an der Ursprungsversion, welche unter www.HausderZukunft.at am Anfang des Projektes veröffentlicht wurde, sowie darauf aufbauenden Anmerkungen aus einer Post-Projekt-Sicht.]
Ausgangssituation/Motivation
Diese Forschungsarbeit widmete sich der Entwicklung von kreativen low-tech Lösungen für Gebäudefassaden, die natürliche Lüftung ermöglichen ohne dabei einen entsprechenden (und auch zumeist mehr als notwendigen) Schallschutz zu opfern.
Die Anforderungen an moderne Fassaden sind vielfältig. Einerseits soll die Fassade vor Umwelteinflüssen schützen (Hitze und Kälte, Niederschlag, Lärm, etc.) und andererseits die Möglichkeit bieten die Gebäudenutzer ausreichend mit Licht und frischer Luft zu versorgen. Diese Funktionen in einer Konstruktion zu vereinigen ist meist nicht ohne erhöhten technischen Aufwand möglich. Besonders im innerstädtischen Bereich stehen Planer immer wieder vor der Frage, wie energieeffiziente Raumlüftung und ausreichende Lärmschutz gleichzeitig gewährleistet werden können.
In vielen Fällen wird heute aufgrund von Lärmbelastung auf natürliche (Fenster-) Lüftung verzichtet. Stattdessen werden oftmals Klima- oder Lüftungsanlagen verwendet. Neben den komplexeren Anforderungen an die Haustechnikplanung verursacht deren Betrieb einen höheren Energieverbrauch. Darüber hinaus benötigen viele dieser Geräte bedenkliche Substanzen (z.B. Kühlmittel) um entsprechende Funktion zu gewährleisten.
Inhalte und Zielsetzungen
Um diesen Fragenkomplex zu behandeln, fokussierte die vorliegende Forschung auf das Potenzial von (und Planungsinstrumente für) innovative(n) doppelschaligen Fassadenkonstruktionen.
Dabei wurde die Optimierung jener Eigenschaften eines generischen doppelschalige Fassade empirisch untersucht, die deren akustisches Verhalten beeinflussen. Diese beinhalten die Größe und die Form der Lüftungsöffnungen in den Schalen, die relative Lage der Öffnungen (ausgedrückt, zum Beispiel, als das Versetzungsmaß oder als Formfaktor) und das Vorhandensein von akustischem Absorptionsmaterial in den Zwischenraum.
Um den Einfluss dieser Variablen unter zuverlässig kontrollierten Bedingungen experimentell zu untersuchen, wurde ein modulares und flexibles Musterbeispiel eines doppelschaligen Aufbaus zwischen den beiden Hallräumen des Akustik-Labors der Abteilung Bauphysik und Bauökologie realisiert.
Methodische Vorgehensweise
Die einzelnen Elemente von beiden Schalen dieses modularen Aufbaues konnten unabhängig voneinander entfernt werden, um Fassadenöffnungen zu emulieren. Eine umfassende Folge von parametrischen Konfigurationen dieser Öffnungen wurde aufgestellt. Für diese Konfigurationen wurden systematische Schallübertragungsmessungen durchgeführt. Dadurch konnten verschiedene Werte der oben erwähnten Variablen realisiert und untersucht werden. Die Ergebnisse der umfassenden Messungen wurden in frequenzabhängigen und in bewerteten Schalldämm-Maßen ausgedrückt.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen
Die Resultate wurden mit statistischen Methoden analysiert und verwertet um daraus prädiktive Modelle für die Abschätzung und Optimierung von Schalldämmeigenschaften von doppelschaligen Fassaden mit Öffnungen für natürliche Lüftung zu entwickeln.
Die empirischen Ergebnisse wurden ebenfalls herangezogen um die Anwendbarkeit rechnergestützter Raumakustik-Methoden für das akustische Modellieren solcher doppelschaliger Elemente zu untersuchen.
Die Ergebnisse des Projektes zeigen, dass der Versatz der Öffnungen in beiden Schalen und die Applikation von Schallabsorptionsmaterialien im Schalenzwischenraum einen durchaus beachtlichen Effekt auf die Schalldämmung von doppelschaligen Fassaden mit Öffnungen für die natürliche Lüftung haben können. Das bewertete Schalldämmmaß konnte von 18 dB (gegenüberliegende Öffnungen in den beiden Schalen) auf 26 dB (Versatz der Öffnungen um 2 Meter zueinander) bis zu 34 dB (großer Versatz und zusätzliche Einbringung von Absorbermaterialien) gesteigert werden. Eine Doppelfassade mit Öffnungen zur natürlichen Lüftung kann - gemäß den empirischen Ergebnissen aus der realisierten Messwand - bewertete Schalldämmmaße von 27 bis 47 dB erreichen. Damit bewegt sich die akustische Performance eines solchen Bauelements, das eine Lüftungsmöglichkeit ermöglicht, im Bereich von (vollständig geschlossenen) transparenten Bauteilen (Fenstern).
Ausblick
Die Ergebnisse dieser Sondierung können als vielversprechend bezeichnet werden und es konnten hier auch Schritte in die richtige Richtung betreffend einer Optimierung von Lüftung und Schallschutz ermöglicht werden. Allerdings darf der Charakter der Ergebnisse - welche zum überwiegenden Teil auf im Labor stattgefundenen Messungen basieren - nicht überschätzt werden. Die empirischen und analytischen Methoden zur Vorhersage der Performance von solchen Systemen müssen weiter ausgebaut und verbessert werden. Ein wesentlicher nächster Schritt ist die Realisierung von Testwänden unter Realbedingungen, das bedeutet mit einem Konstruktionspartner (z.B. der Holzbauindustrie oder Fertighaus-Unternehmen) unter Verwendung von typischen Baumaterialien, konstruktiven Anpassungen an statische und wärmetechnische Erfordernisse und in der Nähe von realen (nicht emulierten) Schallereignissen.

Abstract
Starting point/Motivation
The main aim of this research was to advance the state of the art in the engineering double-leaf building facades that facilitate natural ventilation while providing sufficient sound insulation. Building envelopes that would allow natural ventilation without compromising the acoustical performance would be highly critical in view of energy efficiency of buildings located in urban settings and noise-affected locations. Realization of natural (window) ventilation is in some instances difficult not only due to climatic factors but primarily because of noise issues (especially traffic noise). The performed research focused on the latter impediment. Noise from outside of a building (particularly traffic noise) travels unhindered through open windows and can interfere with occupants' requirements (e.g. sleep and regeneration in residential habitat, concentration and communication in office spaces). One must thus address acoustical issues, while pursuing the - as such desirable - natural ventilation solutions for buildings. In this research project the potential of double skin facades with low-tech natural ventilation opportunities was assessed.
Contents and Objectives
Based on previous research and prior experiences in building acoustics, a set of candidate variables of a generic double-leaf construction was considered that would affect the sound insulation performance of double-leaf building elements with openings for natural ventilation. These included the size - and to a certain extent, the shape - of the openings in each layer, the relative positions of the openings (expressed, for instance, in terms of displacement or view factors), and the presence of acoustical absorption in the interstitial cavity between the two layers of the construction.
Methods
To experimentally assess the influence of these variables under reliably controlled conditions, a modular and flexible model instance of a double-leaf construction was designed, assembled, and installed between two adjacent reverberant chambers of our acoustics laboratory. The constitutive elements of both layers of this modular construction were designed, so that a removement was possible to emulate facade openings. A comprehensive sequence of parametric configurations of these openings was be constructed. These configurations were subjected to systematic sound transmission measurements. Thereby, various values of the aforementioned candidate variables were realized and examined. The results of the comprehensive measurements have been structured in terms of both frequency-dependent and weighted sound transmission indices.
Results
The results have been analyzed toward developing empirically-based statistical models for the prediction of the sound insulation properties of double-leaf constructions with openings for natural ventilation. Likewise, the empirical results were deployed to examine the applicability of computational room acoustic applications for acoustical modeling of such double-leaf elements.
Results of the project suggest that the change of position of openings in the two façade shells and the application of absorber materials in the interstitial space offer a notable improvement of sound insulation values of double-skin-facades with natural ventilation openings. The evaluated sound insulation value RW was increased from 18 dB (parallel openings in both shells) to 25 dB (2m offset of openings) up to 34 dB (large offset and application of absorber materials in the interstitial space). Thus, a double skin façade employing these principles could reach evaluates sound insulation values of 27 to 47 dB. These values resemble the acoustical performance of typical closed transparent components, but with deployed natural ventilation.
Prospects / Suggestions for future research
The results of this exploratory project can be considered as promising. However, it should not be forgotten that the presented results are based on empiric experiments in a laboratory setting. The empiric and analytic methods for impact determination require improvement. The next step in this domain should be the construction of a "real-world" double skin façade facing realistic setup in terms of material, building construction, structural and thermal requirements. Moreover, such a specimen needs to be tested in real-world surroundings, including real noise pollution events.

Projektleitung Ardeshir Mahdavi:
Innovative Fassaden für natürliche Raumlüftung und optimierten Schallschutz ¿ LEIse_WAND