Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBPNumerischer Algorithmus zur Entwicklung kosteneffizienter und umweltfreundlicher Schallabsorber
Ist es in Räumen heiß und stickig, telefonieren die Kollegen anhaltend oder spielt ein Nachbar laute Musik, geraten viele Menschen unter Stress. Denn Wohlbefinden und Gesundheit des Menschen in Wohn- und Büroräumen hängen neben den klimatischen Bedingungen vor allem von der Akustik ab. Absorber sollen daher die Raumakustik verbessern.
Wie lassen sich Absorber verbessern?
Zwar finden solche Absorber in der Bauindustrie bereits breite Anwendung, allerdings haben sie auch einige Nachteile: So wirken sich einige Absorbertypen aufgrund ihrer Materialien negativ auf die Umwelt aus. Außerdem besitzen einige der Materialien – etwa glasfaserverstärkter Kunststoffe, Mineralwolle und einige Arten von Schäumen – nur eine geringe Eigenfestigkeit und es sind deshalb zusätzliche Stützkonstruktionen nötig. Hinzu kommt, dass die meisten Absorbermaterialien sich nicht leicht in Form bringen lassen. Rundungen oder komplexe Geometrien sind schwer zu realisieren.
Optimierungsalgorithmus erleichtert die Entwicklung
Um neue Schallabsorber zu entwickeln, sind zahlreiche Experimente und Messungen nötig, die zeitaufwendig, kostspielig und mitunter nicht genau sind. Daher entwickelte eine Forschergruppe des Fraunhofer IBP in diesem Projekt einen Optimierungsalgorithmus: Mit diesem lassen sich effektive Schallabsorber zunächst am Computer entwickeln.
Ein numerischer Optimierungsalgorithmus betrachtet geometrische Materialeigenschaften wie Packungsdichte, Porosität, Korngrößenverteilung oder Strömungswiderstand. Diese Informationen korreliert es mit physikalischen Eigenschaften wie dem Schallabsorptionsgrad. Mit dieser Methode ist es möglich, die geometrischen Materialeigenschaften so zu optimieren, dass der Schall bestmöglich absorbiert wird – und diese schon im Vorfeld der Entwicklung rein rechnerisch vorherzusagen. Dies reduziert den Entwicklungsaufwand erheblich: Anstatt das akustische Verhalten verschiedener Korngrößen langwierig über Messungen zu untersuchen, kann es nun über Simulation mit vertretbarem Rechenaufwand prognostiziert werden. Erst wenn die Effekte per Simulation systematisch untersucht sind, wird der Schallabsorber im Labor hergestellt und getestet.
Fünfmal günstigerer Schallabsorber mit gleicher Leistung
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Fraunhofer IBP haben mithilfe der Simulation einen Schallabsorber entwickelt, der verglichen mit den am Markt erhältlichen Schallabsorbern ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis hat. Für den am Markt erhältlichen Schallabsorber müssen Baufirmen etwa fünfmal so viel bezahlen – bei einem ähnlichen Schallabsorptionsgrad. Der neuartige Schallabsorber besteht aus expandierten Glaskörnern, die anorganisch gebunden sind. Bei den expandierten Glaskörnern handelt es sich um einen Leichtzuschlag, der aus recyceltem Glas hergestellt wird. Denn dieses schneidet hinsichtlich Umweltindikatoren wie Treibhauspotenzial und grauer Energie besser ab als expandierter Vermiculit, Perlit oder Blähton. Der Schallabsorber kann als Fertigmischung direkt auf senkrechten Flächen wie Wänden aufgetragen werden.