Highlights aus Forschung und Entwicklung

Lüften ohne Lärm - akustische Fenstersteuerung

© Foto Fraunhofer IBP

Autos drängen sich in den überfüllten Straßen, Lastwagen scheppern und klappern, und die Motorräder röhren, wenn die Ampel endlich auf grün springt...

Der Schlagbohrhammer auf der Baustelle nebenan lässt den Umgebungslärm noch weiter anschwellen. Für die Anwohner ein Ärgernis: Das Fenster zum Lüften offen stehen zu lassen gewöhnt man sich schnell ab, wenn man an lauten Straßen, Zugtrassen oder in der Nähe anderer Lärmverursacher wohnt oder arbeitet. Auch auf das Schlafen bei gekipptem Fenster und somit das nächtliche Lüften verzichten die meisten der Anwohner notgedrungen.

Künftig können lärmgeplagte Menschen aufatmen

Sie können die Fenster öffnen und so frische Luft in ihre vier Wände lassen und dennoch ihre Ohren schonen. Möglich macht es eine technische Entwicklung der Abteilung Akustik, die die Forscher Hand in Hand mit ihren Kollegen aus Unternehmen entwickelt haben. Sie haben sensorische Fenster, die sich bei sensorisch erfasstem Lüftungsbedarf öffnen, um eine neue Funktion erweitert: Um das »Ohr am Fenster«. Erreicht der Geräuschpegel außerhalb des Gebäudes einen bestimmten Wert, wird das Fenster automatisch geschlossen. Rattert beispielsweise ein Zug vorbei, schließt sich das Fenster – kehrt draußen dagegen wieder Ruhe ein, öffnet es sich erneut und lässt frische Luft in den Raum strömen.

Das Grundprinzip der akustischen Fenstersteuerung ist recht einfach

Ein Mikrofon oder ein anderer Schallsensor, der beispielsweise außenseitig in den Fensterrahmen integriert ist, misst den einwirkenden Außenlärm. Überschreitet der Lärmpegel eine Schwelle, die der Nutzer gemäß seiner Bedürfnisse einstellen kann, schließt sich das Fenster automatisch. Ist es draußen stiller – wird also die Schwelle unterschritten –, öffnet es sich wieder. Die Automatik lässt sich bei Kippfenstern und Fenstern mit Parallelabstellung einsetzen, ebenso bei Dachfenstern und Oberlichtern. Dabei sind natürlich weitere Ansprüche und Funktionen zu berücksichtigen. Herrscht draußen beispielsweise Dauerlärm, muss zwischen Lüftungs- und Ruhebedarf entschieden werden. Zudem sind Sicherheitsaspekte zu gewährleisten und letztlich hat der Nutzer die Hoheit über das System. Antriebe für automatische Fenster sind bereits auf dem Markt verfügbar. Daher konzentrierte sich die Entwicklung des Fraunhofer IBP vor allem auf die Sensorik, die Regelungstechnik und auf ruhige Antriebssysteme. Trotz des einfachen Prinzips sind bei der Regelung zahlreiche Kriterien und Randbedingungen zu beachten. So gilt es z. B., kurzzeitige Geräuschspitzen sowie den Schallpegel im Raum zu berücksichtigen und Fahrplaninformationen von Bus, Bahn oder Flughäfen einzubinden. Für ein vorausschauendes Regelungsverhalten ist auch die Signalerkennung wichtig. Die genannten Punkte ließen sich noch weiter fortführen, um auf diese Weise eine möglichst flexible und komfortable Regelung zu realisieren. Andererseits zeigt sich: Für viele Lärmsituationen reicht bereits ein einfaches System aus, um die Lärmbelastung in den betroffenen Räumen spürbar zu senken. Dies gilt insbesondere bei Bahn- oder Fluglärm mit hoher temporärer Lärmbelastung und dazwischenliegenden Ruhephasen. Wie sich die Automatik auf den Lärmpegel im Raum auswirkt, validierten die Forscher nicht nur technisch, sondern auch in einem Probandenversuch. Die Forscher spielten dazu verschiedene Schallereignisse ein – etwa den Lärm eines ICE, eines Güterzugs oder eines Helikopters. Wie laut sind diese bei geschlossenem, geöffnetem und bei dem automatisch geregelten Fenster zu hören? Die Testpersonen sollten diese unterschiedlichen Geräuschszenarien bewerten, unter anderem hinsichtlich der Kriterien Lästigkeit und Lautheit. Die Ergebnisse bestätigen die Erwartungen: Die Probanden nahmen die Geräusche im Raum bei akustischer Fenster-Automatik ähnlich gedämpft wahr wie bei einem dauerhaft geschlossenen Fenster. Im Vergleich dazu empfanden sie die Geräusche bei geöffnetem Fenster als deutlich lauter und lästiger. Das Versuchsdesign ermöglicht aber noch weitere Aussagen. So teilten die Forscher die Probanden in eine »entspannte« und eine »kognitiv geforderte« Gruppe auf. Der Hintergrund: Der Anwendungskontext spielt bei der akustischen Fenstersteuerung eine erhebliche Rolle. So empfinden die meisten Menschen Außengeräusche in einer ruhigen, entspannten Situation daheim als sehr viel lästiger und lauter als in Momenten, in denen sie geistig gefordert sind und konzentriert einer kognitiven Beschäftigung nachgehen, beispielsweise bei der Arbeit. All diese Erkenntnisse fließen in die akustische Regelungsmethodik ein: So kann da Fraunhofer IBP eine Lösung anbieten, die sich für möglichst viele Anwendungen und Anwender eignet. Bei pausenlosem Dauerlärm und sehr kurzzeitigen Lärmereignissen allerdings kann die Regelung kaum Vorteile bieten. Die Zahl der Interessenten ist groß. Die nächsten Schritte auf dem Weg in die Praxis sind daher vorprogrammiert, um Menschen in lärmbelasteten Gebieten natürliche Lüftung und Ruhe in optimaler Kombination zu ermöglichen.