Akustyka w instalacji ochrona przed hałasem

Transkrypt

1 Akustyka w instalacji ochrona przed hałasem Hałas towarzyszący każdego dnia negatywnie oddziałuje na zdrowie i dobre samopoczucie człowieka. Źródłem hałasu są nie tylko urządzenia elektromechaniczne, ale również instalacje sanitarne. Ochrona przed hałasem w budynku ma bardzo ważne znaczenie dla komfortu przebywających w nich ludzi. Hałas negatywnie wpływa na układ nerwowy człowieka, utrudnia naukę oraz pracę wymagającą koncentracji umysłu, przeszkadza w wypoczynku, zakłóca sen. Przyczyną hałasu w budynku są przede wszystkich sami mieszkańcy oraz eksploatowane urządzenia, takie jak pralki, lodówki, zmywarki, odkurzacze. Gdy emitowane przez te urządzenia szumy i dźwięki są zbyt głośne i przenikają do strefy przebywania ludzi, stają się trwałym obciążeniem dla użytkowników pomieszczeń. Co za tym idzie może to powodować występowanie zaburzeń koncentracji, rozdrażnienie, złe samopoczucie. Dyskomfort akustyczny w budynku jest związany także z hałasem dostającym się z zewnątrz. Do wnętrza domu może przedostawać się hałas z zewnątrz wywołany przez ruch pojazdów, wiatr, odgłosy ludzi przebywających na zewnątrz. Instalacje wykonane dla zapewnienia komfortu cieplnego, doprowadzenia wody i odprowadzenia ścieków stanowią dość często źródło uciążliwego hałasu dla mieszkańców budynku. Celem konstrukcji budynku jest zapewnienie w strefie przebywania ludzi warunków zapewniających odczucie komfortu. By zapobiec dyskomfortowi związanego z hałasem należy już na etapie projektowania i budowy domu oraz wykonania instalacji podjąć właściwe działania. Poprawki w istniejącym już budynku są jak najbardziej możliwe, ale zdecydowanie bardziej pracochłonne i kosztowne. By zrozumieć pojęcie akustyki w budynku i poznać możliwości ochrony przez hałasem istotne jest posiadanie wiedzy dotyczącej powstawania oraz rozchodzenia się fal dźwiękowych. Poznanie pojęcia poziomów akustycznych, praw rozchodzenia i nakładania się dźwięku oraz odbijania względnie absorpcji dźwięku na powierzchniach pozwala uniknąć pojawiania się hałasów w strefie przebywania ludzi. AKUSTYKA POJĘCIA PODSTAWOWE

2 Hałas Dźwięk o dowolnym charakterze, nieprzyjemny lub niepożądany w danych warunkach dla danej osoby. Dźwięk Zaburzenie falowe z drganiami akustycznymi, mogące wytworzyć wrażenie słuchowe u człowieka. Powstawanie dźwięku jest związane z siłami z zewnątrz na cząsteczki znajdujące się w mediach gaz, ciecz, ciało stałe, powodującymi zmiany pozycji tych cząsteczek. Powietrze znajdujące się w pomieszczeniu zostaje wprowadzone w wahania ciśnienia w stosunku do ciśnienia atmosferycznego przez źródło dźwięku będące nadajnikiem akustycznym. Wahania te rozchodzą się w powietrzu jako ruchy falowe, tak zwane fale dźwiękowe. Płynący czynnik w instalacjach budowlanych drga poprzez zaburzenia przepływu strumienia gazu lub cieczy, tworząc wiry. Tabela 1. Poziomy hałasu wywołane przez różne źródła. Źródło hałasu db [A] Kocioł gazowy 43 Okap kuchenny 58 Drukarka laserowa 53 Komputer 45 Odkurzacz 70 Spuszczenie spłuczki 70 Napełnianie spłuczki 57 Zmywarka do naczyń 48 Deflektor obrotowy 36 Drgania akustyczne Drgania mechaniczne polegające na ruchu cząsteczek środowiska sprężystego względem położenia równowagi. Częstotliwość Liczba drgań na sekundę. Zakres częstotliwości słyszalnych dla człowieka 16 Hz 20 khz. Dolna granica słyszalności ludzkiego ucha wynosi 16 Hz 20 Hz, a górna granica słyszalności ludzkiego ucha Hz Hz. Dźwięki poniżej 16 Hz do 20 Hz określa się jako infradźwięki, a powyżej Hz nazywane są ultradźwiękami.

3 Moc akustyczna Całkowita energia akustyczna wypromieniowana przez źródło dźwięku w określonym paśmie częstotliwości w pewnym przedziale czasowym, podzielona przez ten podział. Poziom mocy akustycznej gdzie: W moc akustyczna [W], Wo moc akustyczna odniesienia [W], Wo = 1pW. Lw=10log W/Wo [db] Ciśnienie akustyczne Wartość skuteczna różnicy pomiędzy chwilową wartością ciśnienia a ciśnieniem statycznym. Wartości graniczne dla ciśnienia akustycznego: wartość graniczna dla progu słyszalności po = Pa (20µPa), wartość graniczna dla progu bólu p = Pa ( µpa). Poziom ciśnienia akustycznego Lp=10log P^2/(P_o^2 )=20log P/Po [db] gdzie: P ciśnienie akustyczne [Pa], Po ciśnienie akustyczne odniesienia [Pa], Po = 20 µpa Obliczenie poziomu ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu Poziom ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu od źródła o poziomie mocy akustycznej Lw można wyznaczyć z zależności: Lp=Lw+10 log(q/(4 π r^2 )+ 4/A) [db] gdzie: Lp poziom ciśnienia akustycznego [db], Lw poziom mocy akustycznej źródła dźwięku [db], Q współczynnik kierunkowy, r odległość od źródła dźwięku [m], A chłonność akustyczna pomieszczenia [m 2 ]:

4 A= (S α_m)/(1- α_m ) [m^2] gdzie: S całkowita powierzchnia pochłaniania [m 2 ], αm średni współczynnik pochłaniania dźwięku. Tabela 2. Wartość średniego współczynnika pochłaniania dźwięku. Rodzaj pomieszczenia mieszkania, pokoje hotelowe, biura, sale konferencyjne, teatry, kina α m 0,10 0,15 sale wykładowe, sale szkolne, szpitale, małe kościoły 0,05 0,10 domy towarowe, czytelnie 0,15 0,25 pływalnie, duże kościoły, hale fabryczne 0,03 0,05 studia nagrań, studia radiowe, studia telewizyjne 0,30 0,45 DOPUSZCZALNE POZIOMY DŹWIĘKU W POMIESZCZENIACH Uwzględniając hałasy oddziaływujące z zewnątrz, hałasy urządzeń elektromechanicznych, hałasy z instalacji sanitarnych oraz odgłosy od samych przebywających w budynku, poziom akustyczny należy zachować na niskim poziomie, który jest określany na podstawie rodzaju pomieszczenia oraz możliwości technicznych obecnie odstępnym. Tabela 3. Dopuszczalne poziomy dźwięku w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywania ludzi według PN-87/B-02151/02).

5 L.p. Przeznaczenie pomieszczenia Dopuszczal ny równoważn y poziom dźwięku przenikając ego do pomieszcze nia od wszystkich źródeł hałasu łącznie [db(a)] Dopuszczalny poziom dźwięku przenikającego do pomieszczenia od wyposażenia technicznego budynku oraz innych urządzeń w budynku i poza budynkiem Średni poziom dźwięku lub równoważn y poziom dźwięku [db(a)] Maksymaln y poziom dźwięku [db(a)] (ΔLchwilow e > 5 db) Pomieszczenie mieszkalne w budynkach mieszkalnych, internatach, domach rencistów, domach dziecka, hotelach kategorii S i I, hotelach robotniczych Kuchnie i pomieszczenia sanitarne w mieszkaniach Pokoje w hotelach kategorii II i niższych Pokoje w domach wczasowych Pokoje chorych w szpitalach i sanatoriach za wyjątkiem pokoi w oddziałach intensywnej opieki medycznej Pomieszczenia łóżkowe w oddziałach intensywnej opieki medycznej Sale operacyjne, pokoje przygotowania chorych do operacji Gabinety lekarskie w przychodniach i szpitalach, pomieszczenia psychoterapii Pokoje lekarskie, pielęgniarskie oraz inne pomieszczenia szpitalne (poza pomieszczeniami technicznymi i gospodarczymi) dzień noc dzień noc dzień noc

6 Laboratoria medyczne, apteki Pokoje dla dzieci w żłobkach Klasy i pracownie szkolne (za wyjątkiem pracowni zajęć technicznych), sale wykładowe, audytoria Sale konferencyjne Pomieszczenia do pracy umysłowej, wymagającej silnej koncentracji uwagi Pomieszczenia administracyjne bez wewnętrznych źródeł hałasu Pomieszczenia administracyjne z wewnętrznymi źródłami hałasu, pomieszczenia administracyjne w obiektach tymczasowych Sale zajęć w domach kultury Sale kawiarnianie i restauracyjne Sale sklepowe brak norm brak norm Tabela 4. Dopuszczalny poziom ciśnienia akustycznego wywołany pracą instalacji, wybranych na podstawie PN-EN Pomieszczenia Poziom ciśnienia akustycznego [db(a)] Zakres Typowo projektowany Salon Sypialnia Małe biuro Biuro open-space Sala konferencyjna Audytorium Biblioteka Sala kinowa

7 Muzeum Sklep Supermarket Kawiarnia Restauracja Pokój hotelowy (dzień) Pokój hotelowy (noc) Recepcja Klasa szkolna Pokój nauczycielski Tabela 5. Dopuszczalny maksymalny poziom dźwięku w odległości 1 m od urządzenia w pomieszczeniu technicznym, zlokalizowanym w budynku mieszkalnym lub zamieszkania zbiorowego, według PN-87/B-02151/02. L.p Pomieszczenia, charakter pracy urządzenia Węzeł cieplny, hydrofornia. Praca pomp, działanie zaworu. Transformatornia, praca transformatora przy minimalnych występujących wartościach obciążenia. Maszynownia dźwigu. Praca zespołu napędowego. Przestrzeń nad dachem budynku. Praca wentylatora dachowego. Dopuszczalny maksymalny poziom dźwięku w odległości 1 m od urządzenia [db(a)] Dobrze dobrana izolacja cieplna budynku pozwala zmniejszyć koszty ogrzewania. Jednak w przypadku izolacji akustycznej budynku jest to proces wyliczeń znacznie trudniejszy. Izolacja akustyczna należy do zagadnień związanych z budynkiem, które nie pociągają za sobą kosztów eksploatacyjnych. Jednak zaniedbanie tej kwestii ma ogromne oddziaływanie na komfort mieszkańców, a co za tym idzie jakość pracy i odpoczynku. Montaż dodatkowych materiałów dźwiękochłonnych pozwala na obniżenie hałasu docierającego z zewnątrz do budynku. W przypadku

8 urządzeń domowych warto zastanowić się już na etapie kupowania nad jakością produktu, zwrócić uwagę na poziom hałasu umieszczony na etykietach energetycznych i w instrukcji obsługi danego modelu. Istotnym zagadnieniem dotyczącym akustyki jest temat ochrony przed hałasem pochodzącym od instalacji. Instalacje sanitarne stanowią niezbędny element wyposażenia budynków. Do takich instalacji zaliczamy: centralne ogrzewanie, instalacje wodociągowe, instalacje kanalizacyjne, instalacje klimatyzacyjne i wentylacyjne. Każda z tych instalacji emituje szumy i dźwięki charakterystyczne dla swojej specyfiki, przez co stosowane są różne sposoby eliminacji hałasu i środki zapobiegające powstawaniu hałasu z tych instalacji. INSTALACJA WENTYLACYJNA I KLIMATYZACYJNA Źródłami hałasu w przypadku instalacji wentylacyjnej i klimatyzacyjnej są takie elementy jak: centrala wentylacyjne oraz klimatyzacyjna, wentylatory, klimatyzatory, wyrzutnie i czerpnie powietrza, nawiewniki i wywiewniki, kanały. Głównym elementem stanowiącym problem z akustyką w instalacji jest wentylator. Powodem hałasu są drgania mechaniczne elementów konstrukcyjnych wentylatora. Istotne jest właściwe dobranie wentylatora, aby zniwelować złe wyważenie wirnika, działanie łożysk, zjawisko aerodynamiczne wywołane turbulencją przepływu oraz zaburzenia w opływie elementów stałych wentylatora przez powietrze. Powstawanie hałasu w instalacji wentylacyjnej jest także wywołane przez zmiany prędkości przepływającego powietrza oraz powstawania zawirowań przy zmianie kierunku przepływu. Przyczynia się to do drgań kanałów oraz powstawania szumu w czasie przepływu powietrza przez przepustnice oraz nawiewniki. Ograniczenie hałasu w instalacji wentylacyjnej zaczyna się już na etapie projektowania. Bez odpowiedniego doboru elementów wentylacji mechanicznej, takie elementy jak kanały, czerpnie, nawiewniki i wywiewniki stają się zamiast tłumikami hałasu jego źródłami. Tabela 6. Zalecane prędkości powietrza w przewodach instalacji wentylacyjnej.

9 Wymagany poziom dźwięku przewód przy wentylatorze [m/s] Prędkości zalecane przewód główny lub rozprowadzający [m/s] odgałęzienie w pobliżu nawiewnika [m/s] przewód przy wentylatorze [m/s] Prędkości maksymalne przewód główny lub rozprowadzający [m/s] odgałęzienie w pobliżu nawiewnika [m/s] Niski Normalny Głośny Budynki przemysłowe Wyrzutnie powietrza Czerpnie powietrza Filtry powietrza ,0 5,5 2,5 4,5 6 1,5 2,0 Nagrzewnice 2,5 3,0 Zalecana prędkość dla kanałów głównych to wartość do 5 m/s, a w rozgałęzieniach do 3 m/s. Prędkość efektywna na kratkach wentylacyjnych nawiewnych to wartość 1 2 m/s, a w kratkach wywiewnych 2 3 m/s. Wpływ sposobu przyłączenia nawiewników do kanału głównego na poziom hałasu w pomieszczeniu. [Źródło: ASHRAE Handbook HVAC Aplications, ASHRAE, 2011]. Elementem, którego podstawowe zadanie stanowi eliminowanie hałasu, jest tłumik kanałowy. Podczas doboru tłumika do instalacji należy wziąć pod uwagę możliwość jego wmontowania w instalację, możliwość czyszczenia, jego konserwacji, a także poziom i widmo hałasu generowanego przez instalację, jego opory, przepływy i poziom szumu generowanego przez tłumik.

10 Działanie tłumika kanałowego. [Źródło: Zdrowy dom, Systherm, Poznań, 2014]. CENTRALNE OGRZEWANIE W instalacji centralnego ogrzewania może występować wiele przyczyn hałasu. Wpływ na to ma przepływ wody grzewczej, a także wibracja rur oraz innych elementów armatury grzewczej. Najczęstszym powodem występowania hałasów w takiej instalacji jest jej zapowietrzenie, zbyt intensywny przepływ wody lub zjawisko kawitacji. Ważne jest, by określić warunki pojawiania się hałasów, co ułatwi ustalenie ich przyczyny. W instalacji centralnego ogrzewania źródłami hałasu mogą być: źródło ciepła, rury i kształtki, zawory, pompy, grzejniki. Najczęstsze uciążliwości związane z akustyką w instalacji centralnego ogrzewania są związane z zastosowaniem kotła na paliwo stałe. Przyczyną jest sposób konserwacji urządzenia. Wymaga ono czyszczenia paleniska, przez co dźwięki związane z tą czynnością przenoszą się po rurach do wszystkich pomieszczeń w budynku. Aby obniżyć poziom hałasu związanego z powyższą sytuacją należy dobrze zaizolować rury i odpowiednio prowadzić je w przestrzeni zabudowanej. W przypadku kotłów na paliwa gazowe oraz płynne nie spotykamy się z taką przyczyną hałasu. Urządzenia te charakteryzują się cichością w porównaniu z kotłami na paliwa stałe. Szum związany z pracą palnika nie jest dokuczliwy, szczególnie gdy kotłownia zostanie właściwie umiejscowiona w budynku. Źródłem hałasu w instalacji centralnego ogrzewania mogą być również grzejnikowe zawory regulacyjne. By ochronić się przed hałasem w tym przypadku stosuje się dwa sposoby. Jednym z nich jest zmniejszenie wydajności pompy wody obiegowej, natomiast do drugiego należy wymiana zaworu na taki, którego średnica jest większa, przez co przepływ przez niego będzie cichszy. Rurociągi instalacji centralnego ogrzewania powinny być tak zaprojektowane, by w jak największym stopniu ograniczyć powstawanie hałasu. Ma to związek z prędkościami przepływu wody w rurociągach i na ich mocowaniach. Do przyczyn hałasu w instalacjach ciepłej wody zaliczamy tarcie wody o ścianki, zmiany przepływu przy przepływie przez kolanka, trójniki, zawory, wypływ wody z

11 zaworów, uderzenia hydrauliczne przy gwałtownym zamknięciu wypływu wody. Sposobem na ograniczenie powstawania hałasu w rurociągach jest zastosowanie zmniejszonej prędkości przepływu wody w rurociągach, co wpłynie na ograniczenie burzliwości przepływu. Im woda jest cieplejsza, tym mniejsze powinny być stosowane prędkości w rurach. Istotne jest także, by używać większych średnic w przypadku, gdy dany odcinek instalacji może zasilać większą ilość przyborów, używanych w tym samym czasie. W momencie projektowania oraz montażu instalacji nie wolno zapomnieć o kompensacji wydłużeń rur instalacji centralnego ogrzewania. W tym przypadku źródło hałasu stanowi dźwięk wywołany przesuwaniem się rur po podparciach. Jest to słyszalne w momencie rozgrzewania się wody lub jej stygnięcia po włączeniu oraz wyłączeniu źródła ciepła. OCHRONA PRZED HAŁASEM REGULACJE PRAWNE W Polsce podstawę prawną do oceny wyników pomiarów akustycznych w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej stanowi art. 5 ust.1 pkt 1e ustawy z dnia r. Prawo budowlane (t.j. Dz. U. z 2013 r., poz ze zm.). Obecnie obowiązującym zbiorem przepisów techniczno-budowlanych jest rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. z 2002 r. Nr 75, poz. 690, ze zm.). Poziom hałasu, jaki może przenikać do pomieszczeń w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej określają dwie Polskie Normy: PN-87/B Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach. Dopuszczalne wartości ogólne i środki techniczne ochrony przed hałasem. PN-87/B Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach. Dopuszczalne wartości poziomu dźwięku w pomieszczeniach. Literatura: 1. Poradnik klimatyzacji, Systherm, Poznań, Duprey B., Zapobieganie hałasom w instalacjach sanitarnych, Arkady, Warszawa, Gaziński B., Zdrowy dom, Systherm, Poznań, Hendiger J., Ziętek P., Chludzińska M., Wentylacja i klimatyzacja. Materiały pomocnicze do projektowania, Venture Industries, Warszawa, Recknagel, Sprenger, Hönmann, Schramek, Ogrzewanie i klimatyzacja poradnik, EWFE, Gdańsk, Charkowska A., Hałas w instalacjach wentylacji i klimatyzacji: Definicje, oddziaływanie na człowieka, Chłodnictwo&Klimatyzacja 4/2013. Opracowanie redakcja, [AJ] Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą autora. Foto: Alnor

12