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Licht, Luft und Akustik

Welche bauphysikalischen Raumeinflüsse werden von Büroarbeitern als wichtig für Leistungsfähigkeit und Wohlbefinden erachtet? Worin liegt der Zusammenhang zwischen Leistungsfähigkeit und Akustik, Raumklima und Beleuchtung? Und wie können multifunktionale Innenbauteile helfen, die Leistungsfähigkeit und das Wohlbefinden zu verbessern? Horst Drotleff vom Fraunhofer-IBP gibt Antworten auf diese Fragen. (Abb.: Drottleff)

Licht, Luft und Akustik - Abbildung 1
Abbildung 1: Betriebskosten eines Verwaltungsbaus in Zentraleuropa. Abb.: Drottleff

Wieso werden Gebäude errichtet? Es gibt Menschen, die behaupten, Gebäude stellten Kunst dar, oder wären zum Energiesparen gebaut worden. Das mag durchaus auch ein Sinn von Gebäuden sein. Aber in einem Krankenhaus sollen Menschen effizient geheilt werden, in einem Opernhaus wollen Menschen gut unterhalten werden, ein Schulgebäude soll so gestaltet sein, dass Schüler bestens unterrichtet werden können und ein Bürobau soll so konditioniert sein, dass die Büroarbeiter mit höchster Leis-tungsfähigkeit arbeiten können. Zusammengefasst: Gebäude sollen die Nutzung, für die sie errichtet wurden, bestens gewährleisten.

Weil der Büroflächenbestand in derBundesrepublik mit ca. 365 Mio. m² groß ist und jährlich mehrere Millionen Quadratmeter, zumeist Mehrpersonenbüros, neu gebaut bzw. umgebaut werden (z. B. im Jahr 2005 3,2 Mio. m², lohnt sich für diesen Aufsatz die konzentrierte Betrachtung dieses Nutzungstyps. Werden die Betriebskosten eines Verwaltungsbaus in Zentraleuropa aufgegliedert (siehe Abbildung 1) so ist leicht festzustellen, dass die Personalkosten mit Abstand der größte Anteil sind. Eine im Gedankenexperiment durchgeführte Optimierung von nur 5 % der Personalkosten, wäre im Regelfall im absoluten Betrag um ein Vielfaches höher als der Aufwand für den gesamten Primärenergiehaushalt. Selbstverständlich darf der sinnvolle Einsatz und das Einsparen von Primärenergie nicht vernachlässigt werden; aber es darf auch nicht der einzige Fokus im Bau und Betrieb einer Büroimmobilie sein. Vielmehr gilt, die Raumnutzung so zu optimieren, dass die Leistungsfähigkeit der Menschen in der Immobilie steigt.

Abbildung 2 Drottleff
Abb. 2: Subjektive Rangordnung von Raumeigenschaften. Abb.: Drottleff

Die Arbeitsleistung in Büros ist u. a. abhängig von
› der physischen Ergonomie, die die Themen Gesundheit und Sicherheit (Körperhaltung, muskuloskeletale Probleme im Allgemeinen) adressiert;
› der Organisationsergonomie, die sich beispielsweise mit Themen wie Führungsverhalten, Organisationsstrukturen, Teamarbeit oder Arbeitszeitgestaltung beschäftigt und
› der kognitiven Ergonomie, die die mentale Arbeitsbelastung, Entscheidungsverhalten, Stress oder Mensch-Maschine- Kommunikation untersucht.

Die bauphysikalische Raumkonditionierung mit ihren Elementen Akustik, thermisches Raumklima, Luft- und Beleuchtungsqualität beeinflusst die physische, aber insbesondere die kognitive Ergonomie. Die Raumkonditionierung kann also die Arbeitsleistung in Mehrpersonenbüros verbessern oder reduzieren.

Die Raumbedingungen entscheiden über die Leistungsfähigkeit

In einer umfassenden Mitarbeiterbefragung wurden 650 Mitarbeiter (sowohl in Einzel- als auch in Mehrpersonenbüros) in einem Unternehmen hinsichtlich der Raumeigenschaften am Arbeitsplatz befragt, und es wurde eine Rangordnung der als unzureichend beurteilten Raumeigenschaften aufgestellt, siehe Abbildung 2.

Abbildung 3 Drottleff
Abbildung 3: Arbeitsplatzdichte und Nähe-Empfindung. Abb.: Drottleff

Die akustischen Bedingungen führen die Rangordnung an. Das ist kaum verwunderlich, denn das Arbeitsmittel „menschliche Stimme“ ist gleichzeitig der größte Störfaktor im Büro. Ob eine Person im Büro nahe oder weit empfunden wird, ist eine Frage, ob diese Person akustisch gut oder schlecht verständlich ist. So haben die Büroarbeiter, die den Abstand zwischen den Mitarbeitern als angemessen beurteilt haben, dieselbe Fläche zur Verfügung wie die, die die Nachbarn als zu nahe beurteilt haben, siehe Abbildung 3. Das heißt, mit derselben Arbeitsplatzdichte kann ein Betreiber zufriedene oder unzufriedene Mitarbeiter in Büroflächen haben.

Abbildung 4 Drottleff
Abbildung 4: Arbeitsgedächtnisleistung und STI. Abb.: Drottleff

Bisher fehlte die Kenntnis eines objektiven Zusammenhangs zwischen bauphysikalischer Raumkonditionierung und Leistung im Büro. Zumindest für die Raumakustik und die Arbeitsgedächtnisleistung ist ein Zusammenhang ermittelt worden, siehe Abbildung 4. Die Arbeitsgedächtnisleistung sinkt mit der Sprachverständlichkeit im Büro. Die Sprachverständlichkeit zwischen zwei Positionen (Sprecher und Empfänger) im Büro kann durch die objektive und messbare Größe Sprachübertra-gungsindex STI beschrieben werden. Dabei steht STI = 1 für perfekte Verständlichkeit und STI = 0 für Unverständlichkeit. Je geringer die Verständlichkeit in einem Raum, desto höher ist die Arbeitsgedächtnisleistung (Abbildung 4); weil die (auch leise) gesprochenen Inhalte weniger stören und so die Konzentrationsfähigkeit höher ist. Erst wenn der Sprachübertragungsindex kleiner als 0.5 ist, wirkt die Raumakustik leistungsfördernd.

Abbildung 5 Drottleff
Abbildung 5: Leistung in Abhängigkeit der Lüftungsrate. Abb.: Drottleff

Die Verbesserung der lufthygienischen Situation ist beim gegenwärtigen Stand der Technik nur durch eine Erhöhung der Luftwechselrate möglich. Diese kann mittels Fensterlüftung oder mit Hilfe einer raumlufttechnischen Anlage (RLT) erfolgen. Nach Angaben des Bundesindustrieverband Deutschland Haus-, Energie- und Umwelttechnik werden 50 % des Gesamtwärmebedarfs für die Aufheizung der notwendigen Frischluftversorgung benötigt. RLT-Anlagen, die die Luftwechselrate in Abhängigkeit von der Luftqualität bedarfsgerecht regeln, sind bislang noch nicht verfügbar. In Abbildung 5 istder Zusammenhang zwischen Luftqualität bzw. Lüftungsrate und gemessener Leistungsfähigkeit angegeben. Je höher die Lüftungsrate, desto höher die Leistungsfähigkeit.

Auch das durch Gebäudestandort, Bauart, Beheizung und Kühlung sowie Belüftung bedingte thermische Raumklima beeinflusst die Leistungsfähigkeit und das Wohlbefinden im Büro. Aus einer Vielzahl von Untersuchungen ist der Einfluss von thermischen Stressoren auf die Leistungsfähigkeit zusammengefasst worden. Während kognitive Aufgaben durch das thermische Raumklima weniger beeinflusst werden, gibt es eine klare Abhängigkeit der psychomotorischen und Wahrnehmungsfähigkeit von Temperatur und Luftfeuchtigkeit.

Dass die Beleuchtung in der subjektiven Rangfolge (Abbildung 2) als unproblematisch erscheint, ist auf im befragten Unternehmen schon eingesetzten modernen Beleuchtungssysteme zurückzuführen, die eine gute und individuelle Beleuchtung des Arbeitsplatzes ermöglichen.

Multifunktionale Bauteile: bauphysikalische Anforderungen

Gewusst wie, wäre es ein Leichtes, einen Mehrpersonenraum so zu konditionieren, dass Leistungsfähigkeit und Wohlbefinden maximal sind. Dazu werden effiziente Bauteile benötigt, die nutzungsabhängig die einzelnen Raumfunktionen (Akustik, Luftqualität, thermisches Raumklima…) steuern. Klassisch übernehmen die Unterdecke, die leichten Innenwände, die Fassade sowie das Mobiliar diese Aufgaben. Sie werden von der Lüftungsanlage unterstützt. Aber moderne Büros mit viel Glasanteil und betonkernaktivierter Decke bieten zu wenig Platz, um monofunktionale Oberflächen einzubauen. Ein Ausweg aus diesem Platzdilemma sind Bauteile, die mehrere bauphysikalische Funktionen in sich vereinen – multifunktionale Bauteile.

Abbildung 6 Drottleff
Abbildung 6: Bewertungsschema der Empfundenen Luftqualität. Abb.: Drottleff

Ideal wäre es, die nutzungsabhängige Raumkonditionierung individuell und adaptiv an jedem Arbeitsplatz einzustellen. Wird die Rangfolge in Abbildung 2 berücksichtigt, so müssen zumindest die Raumakustik, die empfundene Luftqualität und das thermische Raumklima eingestellt werden können. Aus Sicht der Raumakustik gilt, den Schallpegel und die Sprachverständlichkeit im gesamten Mehrpersonenbüro zu reduzieren. Die dazu geeigneten Mittel sind:
› Schall dämpfen,› Schall dämmen und
› maskieren (Überlagern der Gesprächsinhalte mit geeigneten Schallen).
Die empfundene Luftqualität ist eine subjektive Größe. Sie wird mit einem Panel untrainierter Probanden ermittelt und setzt sich aus folgenden drei Dimensionen zusammen:


› Akzeptanz: Maß für die Zufriedenheit mit einem Umgebungszustand,
› Geruchsintensität: Stärke eines Geruchseindrucks,
› Hedonische Geruchswirkung: Bewertung eines Geruchseindrucks innerhalb der Merkmalspole „äußerst angenehm“ bis „äußerst unangenehm“, siehe auch Abbildung 6.

Aus Sicht des thermischen Raumklimas soll die Temperatur mittels heizen und kühlen optimal am Arbeitsplatz individuell eingestellt werden können. Im Innenausbau bieten sich leichte Trennwände und Decken bzw. Unterdecken als Träger multifunktionaler Bauteile oder Oberflächen an. Die leistungsfördernde Raumkonditionierung ist eine Folge des Zusammenwirkens aller Raumumfassungsflächen (z. B. auch transparente Fassade), der Raumeinrichtung inklusive Möbel und Stellwände, sowie der Lüftungs- und Klimaanlage. Trennwände und Decken können nicht für die individuelle Konditionierung am Arbeitsplatz sorgen, denn sie sind in der Regel zu weit von den Arbeitsplätzen entfernt.

Deshalb ist ihre Aufgabe, im gesamten Raum eine Art „Großsignal-Arbeitspunkt“ (z. B. raumakustische Grundbedämpfung, Grundtemperierung etc.) einzustellen. Für die individuelle Steuerung der Raumkonditionierung direkt am Arbeitsplatz sind abgehängte Deckensegel über bzw. Stellwände und Möbelfronten am Arbeitsplatz besser geeignet. Deshalb sollen multifunktionale Bauteile im Innenausbau im ersten Schritt ein Schallabsorptionsspektrum, wie in Abbildung 7 gezeigt, aufweisen. Sofern es Trennwände zwischen Räumen sind, soll die Schalldämmung 35 dB nicht unterschreiten. Unter der Annahme üblicher Luftwechselzahlen (mittels Lüftungsanlage oder natürlichem Lüften) sollen multifunktionale Bauteile die empfundene Luftqualität nach Bild 6 als akzeptabel einzustellen. Eingesetzt im Skelettbau in hochverglasten Räumen, sollen sie die thermische Speicherfähigkeit erhöhen.