Textilfassaden – akustisches Potenzial für ­Stadträume

Schallabsorbierende Textilfassaden im urbanen Raum – Machbarkeitsstudie

Umgebungslärm gehört zu den größten umweltbedingten Gefahren für den menschlichen Körper. Er kann sowohl körperliche als auch psychische Krankheiten auslösen. Besonders der urbane Raum ist von Lärm betroffen und stellt multiple Herausforderungen an eine nachhaltige und gesundheitsorientierte Stadtentwicklung. Im interdisziplinären Forschungsprojekt „STumM“ der RWTH Aachen University werden Ansätze aus Textiltechnik, Akustik und Städtebau mit dem Ziel verknüpft, durch innovative, schallabsorbierende Textilfassaden den gebauten Raum gesamtheitlich zu beruhigen.

1 Allgemeines

Städte stehen heute vor einer großen Zahl an Herausforderungen, die neue Bedarfe und Entwicklungen in der Stadtentwicklung mit sich bringen. Es gilt dabei, das von den Vereinten Nationen formulierte Sustainable Development Goal 11(SDG) – Nachhaltige Städte und Gemeinden [1] – zu realisieren, wodurch gerade der Umgang mit anthropogenen Emissionen adressiert werden muss. Während derzeit besonders Luftemissionen die Debatte um eine nachhaltige und damit auch gesundheitsorientierte Stadtentwicklung bestimmen, ist gleichzeitig der gebaute Raum, besonders in Städten, von hohen Umgebungslärmemissionen betroffen. Die WHO stuft Lärm als eine der wichtigsten umweltbedingten körperlichen und psychischen Gesundheitsgefahren ein [2]. Vom Umweltbundesamt werden „Herz-Kreislauf-Erkrankungen, chronische Lärm­belästigung, Schlafstörungen, kognitive Beeinträchtigung sowie ­Tinnitus und Gehörschäden“ [3] exemplarisch als negative Auswirkungen angeführt.

Über 100 Mio. Menschen in Europa sind täglich einem Straßenverkehrslärmpegel von über 55 dB ausgesetzt [4]. Allein in Deutschland stehen im Gebäudebestand ca. 5170 Mio. m² Fassadenflächen [5] zur Verfügung, die in diesem Zusammenhang großes Potenzial für Funktionalisierung bieten.

Innovative funktionale Gebäudefassaden, beispielsweise Textilfassaden, können schalldämpfende Eigenschaften besitzen, die aktiv zu einer Beruhigung des gebauten Raums beitragen und damit das akustische Wohlergehen im Stadtraum sowie die Lebensqualität der Nutzenden steigern. In der Praxis findet die Auseinandersetzung mit dem Themenfeld Akustik vor allem auf einer bauwerks- oder bauteilbezogenen, untergeordneten Ebene statt, die verschiedenartige Schallschutzmaßnahmen im Innen- und Außenraum umfasst, z. B. Schallschutzwände, -fenster oder Deckenpaneele. Eine Betrachtung eines ganzheitlichen Schallschutzes im städtebaulichen Kontext, ebenso wie der schalldämpfende Einsatz von Textilfassaden, ist eher wenig erforscht.

1.1 Aktivierungspotenzial von Textilfassaden

Textilfassaden gelten als eine bedeutende Neuentwicklung in der modernen Architektur. Ihr bisheriger vertikaler Einsatz beschränkt sich bisher meist auf einzelne Gebäude, die über zusätzlich vorgespannte Fassaden verfügen, seltener auf ganze Stadträume. Ein Vorteil von Textilfassaden liegt in ihrer ästhetischen und architektonischen Flexibilität. Sie ermöglichen ein hohes Maß an Gestaltungsfreiheit und erlauben neuartige sowie visuell ansprechende architektonische Lösungen. Die Möglichkeit, sowohl opake als auch transparente Anwendungen umzusetzen, bietet Architekt:innen vielfältige Optionen zur Erfüllung unterschiedlicher gestalterischer und funktionaler Anforderungen. Die Transluzenz sowie die besonderen ästhetischen Eigenschaften von Textilien eröffnen kreative Gestaltungsmöglichkeiten, welche die visuelle Attraktivität von Gebäuden erheblich steigern können.

Textilfassaden werden bereits weltweit bei Neubauprojekten und Bestandsgebäuden eingesetzt, etwa beim Gebäude Center for Teaching and Training in Aachen, dessen seitliche Fassaden mit Fensterbändern durch Paneele aus Edelstahlgewebe überspannt werden [6]. Weitere auf dem Markt verfügbare Textilfassadengewebe bestehen aus Glas- oder Polyesterfasern mit PVC- oder PTFE-Beschichtungen, die der Verbesserung der Witterungsbeständigkeit sowie der UV-Stabilität dienen [7]. Die Textilfassaden übernehmen zumeist die Funktion eines Verschattungs- und Designelementes. Durch die zusätzliche Textilschicht als außenliegender Sonnenschutz wird eine Aufheizung der Innenräume vermieden [8].

Grundsätzlich zeichnen sich Textilfassaden durch ihre multifunktionalen Einsatzmöglichkeiten aus. Aktuelle Forschungsansätze zielen darauf ab, die vorhandene Textilfläche zusätzlich zu funktionalisieren und den Stadtraum positiv zu beeinflussen. Spezielle photokatalytische Beschichtungen wirken beispielsweise als Luftfilter, indem sie Stickoxide in Nitrate umwandeln [8]. Der mehrlagige Aufbau Hydroskin ermöglicht es, Regenwasser aufzusammeln und Städte über Verdunstung zu kühlen [9]. Durch die Integration in Gebäudehüllen werden adaptive Mehrschichtsysteme geschaffen, die auf wechselnde Umweltbedingungen reagieren können.

Insgesamt zeigt sich das Potenzial von Textilfassaden als transformative Elemente moderner Architektur sowohl im Hinblick auf Funktionalität als auch auf Ästhetik deutlich. Einen neuartigen Ansatz stellt die Erweiterung von Textilfassaden um eine akustische Funktion dar. Ein mehrlagiger textiler Aufbau fungiert als Schallabsorber im städtischen Bereich und kann so die Behaglichkeit steigern. Zugleich verbessern die Textilien auch die Akustik in Innenräumen und steigern so den Komfort in privaten und öffentlichen Bereichen [10, 11].

Im Gegensatz zu Innenräumen ist der Einsatz textiler Schallabsorber im Außenraum noch wenig erforscht. Einige Erkenntnisse aus dem Innenbereich lassen sich jedoch auf Außenräume übertragen: Materialzusammensetzung [12] und Textilstruktur können die Schallabsorption beeinflussen [13, 14]. Abstandsgewirke und mehrlagige, dichte oder dicke Strukturen erhöhen sie zusätzlich [15]. Hierbei sind jedoch spezielle Anforderungen wie beispielsweise Witterungsbeständigkeit, Textileinspannung, Brandschutz sowie weitere Faktoren zu berücksichtigen.

1.2 Bedarfe und Einsatz im Städtebau

Traditionelle Bauweisen im Städtebau, zunehmende Nachverdichtung wie auch neue Gebietskategorien wie das Urbane Quartier [16], die eine höhere Dichte im Stadtraum ermöglichen, lassen den Anteil schallharter, reflektierender Fassadenflächen im gebauten Raum stetig anwachsen. Dies trägt gleichzeitig zu einem höheren Geräuschpegel im Stadtraum bei.

Das Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG), die Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm) oder auch die DIN 18005 [17] zum Schallschutz im Städtebau berücksichtigen Schallschutz im Städtebau grenzwertbezogen. Allerdings finden sich in der Richtlinie DIN 18005-1 keine Vorgaben zum Einsatz bestimmter Fassadenmaterialien [17]. Akustisch wirksame textile Fassaden können hier für den gesamtheitlichen Lärmschutz eingesetzt werden und zur Verbesserung des akustischen Wohlbefindens beitragen. Neuere Studien haben gezeigt, dass sowohl Absorption [18] als auch Schallstreuung [19] zur Reduzierung des Schalldruckpegels im städtischen Bereich beitragen können.

2 Das Projekt STumM

2.1 Vorstellung des Projekts

Das interdisziplinäre Forschungsprojekt STumM: Schallabsorbierende Textilfassaden im urbanen Raum – Machbarkeitsstudie verfolgt das Ziel, das Potenzial schallabsorbierender, textiler Vorhangfassaden zur Lärmreduzierung im gebauten Raum zu erforschen (Bild 1). Damit leistet das Projekt einen Beitrag für eine nachhaltige und gesundheitsorientierte Stadtentwicklung.

Forschungsperspektiven

Das Projekt gliedert sich aufgrund der unterschiedlichen Forschungsperspektiven (Textiltechnik, Akustik und Städtebau) in drei Betrachtungsebenen auf. Ausgehend von der materialbezogenen Mikroebene, der Forschungsperspektive der Textiltechnik, werden Einsatzmöglichkeiten und Materialbeschaffenheit von Textilfassaden untersucht. Auf der Mesoebene, der Forschungsperspektive der Akustik, werden Erkenntnisse zu den akustischen Auswirkungen im Stadtraum gewonnen, die auf der Makroebeneum die städtebauliche Betrachtung der Integration divergierender Fassadentypologien ergänzt werden. Die Ergebnisse der einzelnen Perspektiven werden abschließend zusammengeführt und in einen interdisziplinären Zusammenhang gestellt.

Methodische Vorgehensweise

Für die Untersuchung wird ein mehrschichtiger Ansatz gewählt, der anhand von drei ausgewählten Szenarienräumen interdisziplinär umgesetzt wird. Dabei kommen Messtechnik sowie Simulation zur Anwendung, es wird eine akustische Charakterisierung vorgenommen sowie die städtebauliche Einbindung textiler Lärmschutzfassaden bewertet.

Szenarienräume

Die drei Szenarienräume (Bild 2) liegen auf dem Campus Mitte der RWTH Aachen. Auf sie werden die methodischen Ansätze und Forschungsperspektiven angewendet.

Als erster Szenarienraum wurde der Vorplatz der Mensa Academica am Pontwall in Aachen gewählt, der hohe verkehrsbedingte Lärmemissionen aufweist. Der zweite Szenarienraum liegt an einer angrenzenden und weniger befahrenen Straße (Wüllnerstraße), die durch Emissionen des Verkehrs und angrenzender Institute der RWTH Aachen geprägt ist. Der dritte Szenarienraum bezieht sich auf die Umgebung eines Hochschulgebäudes (SemiTemp), das auf einem rückwärtig gelegenen Parkplatz als temporäres Seminargebäude in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Bahngleisen errichtet wurde. Aufgrund der räumlichen Nähe der beteiligten Institute, der unterschiedlichen baulich-räumlichen Ausbildung der Stadträume und Fassaden der betrachteten Gebäude sowie der divergierend vorliegenden Umgebungslärmemissionen eignen sich diese drei Räume besonders gut für eine Betrachtung.

2.2 Textilien und ihre Eigenschaften – Ergebnisse

Im Rahmen des Projekts wird für die Anwendung von Textilfassaden der Zusammenhang zwischen Lichtdurchlässigkeit und Schallschutz untersucht. Einerseits ermöglichen textile Materialien eine gezielte Steuerung des Lichteinfalls, sodass natürliches Licht in Innenräume gelangt und gleichzeitig ein Sichtschutz gewährleistet wird. Die hohe Transluzenz von offenen Textilien reduziert allerdings die gewünschte Schalldämpfung. In diesem Zusammenhang ist es entscheidend, geeignete textile Systeme zu entwickeln, die sowohl eine ausreichende Lichtdurchlässigkeit als auch einen effektiven Schallschutz bieten, um den unterschiedlichen Anforderungen an moderne Gebäude gerecht zu werden (Bild 3).

Im Projekt wird die Schallabsorption von unterschiedlichen Textilstrukturen zunächst unabhängig von der Materialität untersucht. Im Gegensatz zu marktgängigen Systemen, die lediglich aus einer Gewebelage bestehen und als Sonnenschutz dienen, werden im Projekt drei Konzepte zur Durchlässigkeit aus mehrlagigen Textilien betrachtet. Der mehrschichtige Aufbau bietet den Vorteil, dass jede Textillage eine spezifische Funktion übernimmt, wodurch multifunktionale Fassadenelemente möglich werden und zudem lichtdurchlässige und opake Elemente je nach Anwendung miteinander kombiniert werden können. Die dazu eingesetzten Textilien sind in Bild 4 dargestellt.

Das erste Konzept sieht eine vollflächige Bedeckung der Fassade inklusive der Fensterelemente mit dem Textilaufbau vor. Die Sichtdurchlässigkeit bildet einen entscheidenden Faktor für die Textilauswahl. Hierfür wird ein dreilagiges System gewählt, das aus dem marktgängigen Glasfasergewebe mit PTFE-Beschichtung Frontside Safe P35(Serge Ferrari) als vordere Schicht (Textil 1), dem Abstandsgewirk aus Polyester der Fa. Müller Textil Group mit einer Dicke von 10 mm als mittlere Schicht (Textil 2) und einem feinen Gittergewebe aus Polyphenylensulfid als dritte Schicht (Textil 3a) besteht. Jede Textillage übernimmt eine eigene Funktion: Das Glasfasergewebe erzeugt ein einheitliches Bild und übernimmt die Sonnenschutzfunktion, das Abstandstextil dient als Abstandshalter und stabilisiert das System, das feine Gittergewebe erhöht die Schallabsorptionswerte und dient zugleich als Filterschicht, um Schmutzpartikel abzuhalten.

Das zweite Konzept sieht ein lichtdurchlässiges System vor, das diffuses Licht in den Innenraum lässt und ebenfalls vor Fensterelementen eingesetzt werden kann. Hierfür wird die dritte Textillage durch ein Abstandsgewirk aus Polyester (Müller Textil Group) mit einer Stärke von 3 mm ersetzt (Textil 3b).

Als drittes Konzept wird ein opaker Textilaufbau gewählt. Dafür wird die dritte Textillage durch einen lichtundurchlässigen dreilagigen Aufbau aus dem Filtervliesstoff Secutex 151 GRK 3 (NAUE GmbH & Co. KG) aus Polypropylen (Textil 4) mit einer Gesamtstärke von 6 mm gewählt. Dieser Aufbau eignet sich für den Einsatz vor geschlossenen Wandelementen und weist höhere Schallabsorptionswerte auf. Beim Einsatz an Gebäudefassaden ist bei einer durchlaufenden vorderen Textilschicht, die zu einem einheitlichen Fassadenbild führt, eine Kombination aus opaken sowie durchlässigen Textilelementen denkbar. Dadurch kann die Schallabsorption vor geschlossenen Wandelementen erhöht werden, ohne die Sicht- und Lichtdurchlässigkeit in den Fensterbereichen einzuschränken. Ein aufgrund der groben Struktur eher geringer Strömungswiderstand (z. B. bei Textil 1 und Textil 2) führt bei der isolierten Betrachtung der Textilien zwangsläufig zu einer geringen akustischen Absorption des Materials. Daher weisen die Textilien einzeln (mit Ausnahme von Textil 4) keine relevante akustische Absorption auf (< 10 % für Frequenzen unterhalb von 4 kHz).

Die Lichtdurchlässigkeit für die ersten beiden Konzepte wurde am Beleuchtungsprüfstand [20] untersucht. Der Prüfstand besteht aus einer Grundplatte mit in definiertem Abstand angeordneten LED-Streifen und einem darüberliegenden Durchlichtfeld mit gleichmäßiger Beleuchtung als Probenfläche. Für die Messung wird ein Foto von dem Textil aufgenommen und mit einer Software in ein Schwarz-Weiß-Bild konvertiert, gefolgt von einer Analyse der Helligkeitswerte, woraus die Geschlossenheit des Textils ermittelt werden kann. Bild 5 Lichtdurchlässigkeitsprüfungen für a) Textilkombination 1-2-3a und b) 1-2-3b zeigt die Aufnahmen der Lichtdurchlässigkeitsprüfungen für die beiden durchlässigen Konzepte. Die Textilkombination 1-2-3a weist hier einen Anteil an geschlossener Fläche von ca. 71 % auf, während die Textilkombination 1-2-3b, die nur diffuses Licht durchlässt, einen Anteil von ca. 77 % geschlossener Fläche aufweist.

Die Textilstruktur beeinflusst neben der Lichtdurchlässigkeit auch die Sicht durch eine Textilfassade. Dabei hat auch der Abstand vom Textil zum Betrachter sowie vom Textil zur Umgebung einen direkten Einfluss. Die Kombination verschiedener Textilien beeinflusst somit nicht nur funktionale Eigenschaften, sondern verändert auch deren optische Eigenschaften maßgeblich.

Der akustische Absorptionsgrad der betrachteten Textilkombinationen wurde für den normalen Schalleinfall mithilfe des Impedanzrohrverfahrens nach ISO 10534-2 [21] ermittelt. Die Ergebnisse für den Messaufbau der Materialproben vor dem schallharten Abschluss, ohne dahinterliegenden Luftraum, sind in Bild 6 Schallabsorptionsgrad von drei Textilkombinationen, gemessen im Impedanzrohr ohne Abstand zum schallharten Abschluss über der Frequenz aufgetragen. Hier wird deutlich, dass lediglich die Textilkombination 1-2-3a-4 eine relevante akustische Absorption von ca. 50 % im hochfrequenten Bereich (ca. 6 kHz) aufweist, was aufgrund der groben Struktur von Textil 1 und 2 sowie der geringen Stärke von Textil 3a und 3b zu erwarten war.

Da in der Praxis Textilien üblicherweise nicht unmittelbar vor einer starren Gebäudewand angebracht werden, wurde zusätzlich ein Abstand zwischen Textil und einer vereinfacht als schallhart angenommenen Gebäudewand betrachtet. In Bild 7 Schallabsorptionsgrad von drei Textilkombinationen, gemessen im Impedanzrohr mit einem Abstand von 50 mm zum schallharten Abschluss ist der gemessene Schallabsorptionsgrad frequenzabhängig für einen hinter der Materialprobe befindlichen Luftabstand von 50 mm dargestellt. Hier ist zu erkennen, dass ein Luftpolster zu einer Erhöhung der Absorption führt.

2.3 Akustisches Potenzial von Textilfassaden – Ergebnisse

Neben einer individuellen Betrachtung der (akustischen) Eigenschaften von Textilfassaden wird in diesem Projekt ebenfalls die Auswirkung von Fassadenmodifikationen im städtischen Lärmkontext untersucht. Dies ist bei der Entwicklung von neuartigen Konzepten für Fassaden notwendig, da im urbanen Raum zwar grundsätzlich viele mögliche Fassadenflächen existieren, diese jedoch mit zahlreichen baulichen und funktionellen Einschränkungen einhergehen, sodass das Potenzial der Nutzung von Textilfassaden möglichst für realitätsnahe Szenarien betrachtet werden sollte.

Eine Untersuchung des Effekts von verschiedenen Fassaden auf den Lärm in realer Umgebung ist nicht nur mit sehr hohen Kosten verbunden, sondern bietet nur eingeschränkt die Möglichkeit, den Einfluss einer Textilfassade in einer kontrollierten Umgebung zu untersuchen. Aus diesem Grund bietet sich die Nutzung von akustischen Simulationsmodellen für die urbane Schallausbreitung an. Derartige Simulationsmodelle, häufig basierend auf Modellen vereinfachter geometrischer Schallausbreitung, können mit vertretbarem Aufwand für fest definierte Szenarien den Effekt von verschiedenen Fassaden berechnen. Der Vergleich der Resultate kann einerseits auf der Ebene von Parametern, z. B. des Lärm- bzw. Schalldruckpegels, durchgeführt werden, andererseits ist es auch möglich, die simulierten Szenarien mithilfe moderner Signalverarbeitung, angepasst an die menschliche auditive Wahrnehmung, auch im Vergleich hörbar zu machen (eine sogenannte Auralisierung).

Mit der in Abschnitt 2.2 betrachteten Materialkombination wird im Folgenden der Effekt von Fassadenmaterialien auf die Schalldruckpegel mithilfe von Schallausbreitungsmodellen untersucht. Da weder der zunächst untersuchte Abstand von 50 mm (bedingt durch den Messaufbau im Impedanzrohr) noch die normale Schalleinfallsrichtung der realen Situation einer akustischen Interaktion mit einer Textilfassade entsprechen, wurden die Daten mithilfe von Modellen für mehrschichtige Materialien [22] auf einen Abstand von 500 mm und einen diffusen Schalleinfall angepasst. Die angepassten Werte für die Absorption der Materialkombination 1-2-3a-4 sind in Bild 8 Absorptionswerte für die in der Simulation exemplarisch untersuchte Fassade dargestellt.

Als urbane Umgebung wird der Szenarienraum Wüllnerstraße betrachtet (Bild 9 Ausgangssituation Szenarienraum Wüllnerstraße), für den akustische Simulationen mit drei verschiedenen Fassaden durchgeführt wurden:

• Fassade A: frequenzunabhängige Absorption von 10 %
• Fassade B: frequenzunabhängige Absorption von 40 %
• Fassade C: modellierte Daten der Materialkombination 1-2-3a-4 (500 mm Abstand, diffuser Schalleinfall, vgl. Bild 8 Absorptionswerte für die in der Simulation exemplarisch untersuchte Fassade)

In Bild 10 Simuliertes akustisches Szenario mit Empfängerposition R, statischen Lärmquellen S1 und S2 und dynamischer Lärmquelle S* (Fahrzeugvorbeifahrt). Rot markierte Flächen zeigen die im Modell berücksichtigten Fassaden, Beispielvideo über QR-Code. ist die untersuchte Situation schematisch dargestellt, inklusive der Position von Schallquellen und der Hörposition. Wie für akustische Simulationen üblich, ist die Umgebung mit verhältnismäßig geringem Detailgrad im Modell beschrieben. Für die Simulation der Schallausbreitung und der Auralisierung werden eine Empfängerposition R und drei Lärmquellen S₁, S₂ und S* betrachtet. Quelle S* repräsentiert ein die Wüllnerstraße entlangfahrendes Fahrzeug, S₂beinhaltet Gespräche von sich am Straßenrand befindlichen Personen und weitere typische Umgebungsgeräusche, während S₁Verkehrsgeräusche von der stark befahrenen Querstraße (Pontwall) beinhaltet. Die in Rot dargestellten Fassaden werden in der Simulation mit verschiedenen Absorptionswerten für Fassade A, B und C berücksichtigt. In diesem Beispiel wird insgesamt ein relativ großflächiger Bereich von modifizierten Fassadenfronten auf beiden Straßenseiten betrachtet (ca. 3800 m²) und die fehlende Sichtdurchlässigkeit für die Fassade C vernachlässigt. Die entsprechenden Lärmsituationen wurden mit einer Dauer von jeweils ca. 18 s auralisiert. Das Beispielvideo für drei frequenzunabhängige Absorptionswerte (10 %, 40 % und 80 %) ist über den QR-Code in Bild 10 abrufbar.

Für den gesamten betrachteten Zeitraum von 18 s zeigt der gemittelte A-bewertete Lärmpegel L_Aeq nur geringe Unterschiede (A: 77,4 dB(A); B: 76,9 dB(A); C: 76,4 dB(A)). Bei einer Betrachtung des Lärmpegels im zeitlichen Verlauf sind zumindest Pegelunterschiede von bis zu 3 dB zu beobachten Bild 11. Verlauf des A-bewerteten Schalldruckpegels (Bewertungszeit 1 s) einer Straßenlärmsituation für drei Fassadentypen im Szenarienraum Wüllnerstraße. Nach sechs Sekunden wird durch ein vorbeifahrendes Auto der höchste Schalldruck erzeugt.1). Der Schalldruckpegel am Empfangsort wird zunächst maßgeblich beeinflusst von dem direkten Schall des vorbeifahrenden Fahrzeugs; die minimale Distanz der sich bewegenden simulierten Schallquelle S* zum Empfänger beträgt lediglich 10 m. Sobald sich diese Schallquelle wieder entfernt, ist der Schalldruckpegel am untersuchten Empfangsort wieder stärker von Reflexionen der weiter entfernten Schallquellen S₁ und S₂ (beide ohne Direktschallverbindung) an den Fassaden abhängig und variiert somit auch für die Varianten A, B und C.

Obwohl das betrachtete Szenario die akustische Umgebung nur vereinfacht untersucht, können daraus erste Rückschlüsse für die erwartbaren Effekte bei der Verwendung von Textilfassaden gezogen werden. Während bei Lärmquellen, die sich nahe der Empfangsposition befinden, wenig bis keine Lärmreduktion durch veränderte Fassaden zu erwarten ist, können im Fall von weiter entfernten Schallquellen (ohne Sichtverbindung zur Hörposition) relevante Pegelreduktionen auftreten. Im Fall von Verkehrslärm sind Pegelreduktionen durch Änderungen der Fassaden insbesondere für Orte möglich, die sich nicht unmittelbar in der Nähe der Lärmquellen (Straßen) befinden, z. B. Spielplätze oder Hinterhöfe. Ähnliche Beobachtungen wurden ebenfalls in einer detaillierten Studie von Fassadentypen und -Ausrichtungen in der Schweiz gemacht [23].

Allgemein sollte berücksichtigt werden, dass auch geringfügige Pegelreduktionen von weniger als 3 dB, vor allem bei dauerhafter Lärmbelastung, einen messbaren Einfluss auf die Gesundheit und das Wohlbefinden von Lebewesen haben können und daher auch eine Veränderung der akustischen Wirkung von Fassaden lohnenswert sein kann. Grundsätzlich muss allerdings der Aufwand einer Verwendung einer (großflächigen) akustisch-absorbierenden Fassade berücksichtigt werden, da – trotz Verwendung einer eher stark absorbierenden Textilkombination – vergleichbare Pegelreduktionen von 1 bis 3 dB auch durch andere Maßnahmen erreichbar sind, wie z. B. die Änderung des Fahrbahnbelags, Geschwindigkeitsbegrenzungen oder durch technische Anpassungen der Lärmquellen (z. B. mehr E-Mobilität).

2.4 Baulich-räumliche Auswirkungen von Textilfassaden im Stadtraum – Ergebnisse

Die aus der städtebaulichen Perspektive gewonnenen Erkenntnisse zur baulich-räumlichen Ausbildung von Textilfassaden im Stadtraum werden im Folgenden zusammenfassend vorgestellt. Basierend auf einem Forschungsfeld mit Masterstudierenden der Architektur und Stadtplanung der RWTH Aachen University wurden Erkenntnisse gewonnen, welche baulich-räumlichen Anforderungen an Textilfassaden bestehen, wie diese sich nachträglich in die Szenarienräume einbinden lassen und wie diese sich städtebaulich in den Raum eingliedern.

Als eine der Haupterkenntnisse wurden drei Fassadentypologien aus der Querschnittsbetrachtung aller drei Szenarienräume ermittelt. Neben einer vollflächigen textilen Bespannung der Fassade lassen sich elementierte verschiebbare Elemente sowie feststehende panelartige Ausbildungen erkennen (Bild 12). Diese Varianten generieren unterschiedliche Sichtbezüge zwischen Innen- und Außenraum. Insbesondere die vollflächig bespannte Variante erfordert ein hochtransparentes Textil. Dickere Textilien mit einer schlechteren Durchsichtigkeit erzielen höhere akustische Effekte, was allerdings zu einer Einschränkung der Nutzbarkeit der Innenräume führt. Die panelartige Anordnung ähnelt der vertikalen Anbringung von Absorberplatten, wie sie in der Raumakustik im Deckenbereich angewandt wird, und ermöglicht insbesondere die Absorption von seitlich auf das Gebäude auftreffendem Schall.

Weitere wichtige Erkenntnisse wurden zur städtebaulichen Integrierbarkeit der Fassaden ermittelt. Basierend auf Reicher, die von „Einordnung“, „Unterordnung“ oder „Überordnung“ [24] im Stadtraum spricht, wurden die modulierten Fassaden aus gestalterischer Sicht auf ihre Eingliederung im Stadtraum hin untersucht. Besonders auffällige Konstruktionen, die eine variable Spannbarkeit der Textilien beispielsweise in Form von Segeln nutzen, gliedern sich dabei weniger gut in den Stadtraum ein als einfachere Lösungen. Gleichzeitig können sie Gebäude und Räume neu definieren. Es wird ablesbar, dass durch Textilfassaden ein großes Potenzial für eine Stadtraum-, Aufenthalts- und funktionale Aufwertung entstehen kann.

3 Zusammenfassung und Ausblick

Die interdisziplinären Untersuchungen von Textilfassaden zeigen Ergebnisse auf verschiedenen Maßstabsebenen, von der Fassadenebene (Mikroebene) über die akustische Simulation des Straßenraums (Mesoebene) bis hin zur städtebaulichen Auswirkung auf die Stadtraumebene (Makroebene).

Die Erkenntnisse auf der Mikroebene zeigen, dass Schallabsorption und Lichtdurchlässigkeit bei textilen Materialien in der Regel in einem konträren Verhältnis zueinander stehen, was besondere Herausforderungen bei der Planung von Textilfassaden mit sich bringt. Je nach Art und Funktion des Gebäudes sind unterschiedliche Lösungen erforderlich. Beispielsweise ist vor Fensterfronten die Lichtdurchlässigkeit entscheidend, während sie vor geschlossenen Fassadenbereichen weniger relevant ist. Daher kann eine Kombination verschiedener Textilien oder die Wahl von Fassadenvarianten, die nicht vollständig geschlossen sind, sinnvoll sein. Letztere ermöglichen den Einsatz von Textilien mit höherem Schallabsorptionsgrad. Weitere Prüfungen von verschiedenen Materialien und Textilien sowie ihrer Kombination aus mehreren Lagen und möglichen Nachbehandlungen (Beschichtungen) sind notwendig, um eine Textilfassade zu entwickeln, die die Anforderungen an Brandschutz, Witterungsbeständigkeit, Sichtdurchlässigkeit, Schallabsorption und Design erfüllt. Dabei werden die untersuchten Materialien vergleichend oder ergänzend zur Verwendung von alternativen, nichttextilen Möglichkeiten für Fassaden (z. B. perforierte Folien) betrachtet.

In der Mesoebene wurde mithilfe von akustischer Simulation der urbanen Umgebung gezeigt, dass eine relevante Reduktion des Schalldruckpegels dann erreicht werden kann, wenn sich die Schallquellen nicht in unmittelbarer Nähe zur wahrnehmenden Person befinden und der Schall sich eher über indirekte Wege (über Gebäudefassaden) ausbreitet. Auch bei der Verwendung von relativ stark absorbierenden, großflächigen Textilfassaden in einem Straßenschlucht-Szenario fällt die Reduktion des Lautstärkepegels gering aus, wenn sich die Lärmquellen in der Nähe der Hörposition befinden. Für verallgemeinerbare Aussagen zur akustischen Effektivität von Textilfassaden müssen weitere urbane Szenarien betrachtet werden.

In den nächsten Schritten ist geplant, die untersuchten Szenarien anzupassen und realitätsnähere Fassadenkonzepte zu analysieren. Dazu ist vorgesehen, die akustischen Eigenschaften der Fassaden detaillierter zu modellieren (Berücksichtigung der Detailstruktur und Fensterflächen) und die verwendeten akustischen Simulationsmodelle zu verbessern. Solche simulierten und auralisierten Szenarien können in wissenschaftlichen Experimenten genutzt werden, um das Wohlbefinden von Menschen in lärmbelasteter Umgebung zu untersuchen.

Aus städtebaulicher Perspektive (Makroperspektive) zeigen die Ergebnisse, dass sich im Wesentlichen drei Textilfassadentypen anbieten – vollflächig verspannte, elementierte und panelartige Typen –, die sich in den Stadtraum integrieren und diesen nicht dominieren, wie die Evaluierungsergebnisse zeigen. Weiterer Forschungsbedarf besteht darin, wie Textilfassaden stärker in die Praxis integriert und wie sie als Potenzial in der Bestandsentwicklung eingesetzt werden können und welche regulativen Vorgaben diesbezüglich benötigt werden.

Dank

Die in dieser Arbeit präsentierten Forschungsinhalte wurden zum Teil gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen (MKW) im Rahmen der Exzellenzstrategie von Bund und Ländern als Teil des ERS-Projekts STumM: Schallabsorbierende Textilfassaden im urbanen Raum – Machbarkeitsstudie (ZUK2-SFSFBLE014).

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23. Eggenschwiler, K.; Heutschi, K.; Taghipour, A. et al. (2022) Urban design of inner courtyards and road traffic noise: Influence of façade characteristics and building orientation on perceived noise annoyance. Building and Environment 224, 109526. doi: 10.1016/j.buildenv.2022.109526
24. Reicher, C. (2017) Städtebauliches Entwerfen, 5. Auflage. Wiesbaden: Springer Vieweg, S. 218. doi: 10.1007/978-3-658-19873-2_7

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Autor:innen

M. Sc. M. Sc. Hanna Potulski, potulski@staedtebau.rwth-aachen.de
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Christa Reicher, reicher@staedtebau.rwth-aachen.de
RWTH Aachen University – Institut für Städtebau und Europäische Urbanistik, Aachen
www.staedtebau.rwth-aachen.de
M. Sc. Vanessa Overhage, Vanessa.overhage@ita.rwth-aachen.de
M. Sc. Marina Kremer, Marina.kremer@ita.rwth-aachen.de
Univ.-Prof. Prof. h. c. (MGU) Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Thomas Gries, thomas.gries@ita.rwth-aachen.de
RWTH Aachen University – Institut für Textiltechnik, Aachen
www.ita.rwth-aachen.de
Dr.-Ing. Lukas Aspöck, las@akustik.rwth-aachen.de
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Janina Fels, jfe@akustik.rwth-aachen.de
RWTH Aachen University – Institut für Hörtechnik und Akustik, Aachen
www.akustik.rwth-aachen.de