Schall- und strömungstechnische Untersuchung eines Kulissenschalldämpfers für den Einsatz im offenen Fenster

Abstract

This diploma thesis deals with a product idea of Prof. Thomas Bednar, head of the depart-ment of building physics and sound insulation at the Vienna University of Technology and describes the results of sound and fluidic investigations of splitter silencers for the use in open windows. Background to this idea is, that people find it pleasant to stay in rooms with openable windows or to sleep at night with an open window. But due to increasing urbaniza-tion, economic growth and growing private traffic, there is increasing noise pollution in urban areas. This can lead to the fact, that an unrestricted window ventilation can no longer be guaranteed, and that people feel disturbed in their homes. To alleviate this circumstance, several researches were already carried out in the past, which have mainly investigated new window constructions or double facades. Regarding the sound and fluidic properties, they all showed useful results, however most approaches are not integrable into existing windows and therefore costly. Due to this problem 18 differently dimensioned splitter silencers out of melamine resin-based foam for the use in open windows were developed in the course of this work, in order to identify the main influencing parameters on the sound and fluidic prop-erties. As a part of the sound-technical investigation, the sound reduction index for all variants was determined. The results showed, that single-number values between 6 and 19 dB could be achieved and that the weighted sound reduction index runs linear with the opening area as a function of the splitter silencer depth. The fluidic analysis was carried out using the Tracer-gas technique for the two slotted silencers with the smallest as well as the largest opening area. During the course of this investigation, volume flow rates between 65 and 400 m³ h could be determined by the silencers as a function of the temperature difference, from 3 to 9 K. In addition, it was found that the influence of temperature on the volume flow is influenced by the fin spacing as well as the depth of the respective variant. Based on the results obtained by these measurements, a calculation formula for estimating the weighted sound reduction index and the volume flow rate was determined on the basis of the least squares method. While the window test bench was installed, a resonance phenomenon was discovered at 125 Hz. Due to this discovery, a sound field analysis of the test room, in which the sound insulation measurements were determined, was carried out. However, an unreasonable measurement error occurred, which did not lead to useful results.

Die vorliegende Diplomarbeit handelt von einer Produktidee von Herrn Prof. Thomas Bednar, seines Zeichens Leiter des Forschungsbereichs Bauphysik und Schallschutz an der TU Wien und beschreibt die Ergebnisse von schallund strömungstechnischen Untersuchungen von Kulissenschalldämpfern für den Einsatz im offenen Fenster. Hintergrund der Idee ist, dass Menschen es als angenehm empfinden, sich in Räumen mit öffenbaren Fenstern aufzuhalten oder auch nachts bei mehr oder minder geöffnetem Fenster zu schlafen. Doch auf Grund einer steigenden Urbanisierung des ökonomischen Wachstums und des anwachsenden Individualverkehrs kommt es zu einer ansteigenden Lärmbelästigung in urbanen Räumen. Dies kann dazu führen, dass eine uneingeschränkte Fensterlüftung nicht mehr gewährleistet werden kann und sich Menschen in ihren Wohnungen gestört fühlen. Um diesen Umstand zu mildern wurden in der Vergangenheit bereits mehrere Forschungen durchgeführt, welche sich vorwiegend auf neue Fensterkonstruktionen oder Doppelfassaden bezogen haben. Dabei wurden durchwegs gute Ergebnisse hinsichtlich der schallund strömungstechnischen Wirkung erzielt, doch die meisten Lösungsansätze sind nicht in ein bestehendes Fenster integrierbar und folglich kostspielig. Aus dieser Problematik heraus wurden im Zuge dieser Arbeit 18 unterschiedlich dimensionierte Kulissenschalldämpfer aus Weichschaumstoff auf Melaminharzbasis für den Einsatz im offenen Fenster entwickelt, um in der Folge die wesentlichen Einflussparameter auf die schallund strömungstechnischen Eigenschaften ausfindig machen zu können. Im Rahmen der schalltechnischen Untersuchung wurden für alle Varianten die Schalldämm-Maße ermittelt und es konnten Einzahlwerte zwischen 6 - 19 dB erreicht werden. Die strömungstechnische Untersuchung erfolgte unter Zuhilfenahme der Tracergastechnik, wobei nur die beiden Kulissenschalldämpfer mit der größten und geringsten Öff-nungsfläche untersucht wurden. Im Verlauf dieser Untersuchung konnten thermisch induzierte Volumenströme zwischen 65 - 400 m³/h durch die Schalldämpfer in Abhängigkeit einer Temperaturdifferenz von 3 - 9 K gemessen werden. Anhand der durch diese Messungen gewonnenen Erkenntnisse konnte auf Basis der Methode der kleinsten Quadrate, jeweils eine Berechnungsformel zur Abschätzung des bewerteten Schalldämm-Maßes und des Volumenstroms ermittelt werden. Des Weiteren wurde im Zuge dieser Arbeit eine Schallfeldanalyse des Prüfraumes, in welchem die Schalldämm-Maße ermittelt wurden durchgeführt, da bei eingebautem Fensterprüfstand ein Resonanzphänomen bei 125 Hz entdeckt wurde. Im Rahmen der Analyse trat ein nicht nachvollziehbarer Messfehler auf, wodurch die Analyse zu keinem brauchbaren Ergebnis geführt hat.