AKUSTYKA NAWIEWNIKÓW OKIENNYCH I ŚCIENNYCH

AKUSTYKA NAWIEWNIKÓW OKIENNYCH I ŚCIENNYCH Coraz częściej użytkownicy budynków borykają się z problemem nadmiernego hałasu przenikającego do pomieszczeń z zewnątrz. Wraz z rosnącym rozwojem gospodarczym kraju problem ten dotyka nie tylko mieszkańców dużych centrów aglomeracji miejskich ale pojawia się tam gdzie do niedawna o hałasie nikt nie słyszał. Większość budynków w Polsce przeznaczonych do przebywania ludzi wyposażona jest w instalację wentylacji grawitacyjnej bądź mechanicznej wywiewnej. Żeby instalacja w takich budynkach działała konieczne jest zapewnienie doprowadzenia powietrza do pomieszczenia. Niestety, wraz z dopływającym powietrzem do pomieszczeń przedostaje się hałas, zjawisko wysoce niepożądane. Warto by więc przyjrzeć się bliżej zjawisku hałasu oraz przeanalizować w jaki sposób można zabezpieczyć pomieszczenia a tym samym użytkowników. Na początek trochę pojęć podstawowych związanych z akustyką. Nazewnictwo zastosowane poniżej jest zgodne z normą PN-B-02153:2002 budowlana. Terminologia, symbole literowe i jednostki. Akustyka 1. Pojęcia podstawowe i coś o dźwięku Hałas wszelkie niepożądane, nieprzyjemne, dokuczliwe, uciążliwe lub szkodliwe dźwięki oddziałujące na człowieka. Dźwięk(fala akustyczna) rozprzestrzeniające się falowo drganie akustyczne. Drganie akustyczne ruch cząstek ośrodka sprężystego względem ich położenia. Okres drgań (s) najmniejszy przedział czasu, po którym powtarzają się te same stany okresowych drgań akustycznych. Częstotliwość f (Hz) odwrotność okresu drgań liczbowo równa liczbie okresów drgań w ciągu 1 s. Pasmo częstotliwości zbiór częstotliwości zawartych między dwiema częstotliwościami granicznymi. Dźwięk słyszalny dźwięk wywołujący wrażenie słuchowe. Infradźwięk dźwięk, którego widmo jest zawarte w paśmie częstotliwości od 1 Hz do 20 Hz. Ultradźwięk dźwięk, którego widmo zawarte jest w paśmie częstotliwości powyżej 16 khz. Dźwięk powietrzny dźwięk powstający i rozprzestrzeniający się w powietrzu. Szum dźwięk, którego zmienność w czasie w danym punkcie przestrzeni jest opisana funkcją losową. 1/11

Ciśnienie statyczne ps (Pa) ciśnienie, które istnieje w danym punkcie ośrodka, gdy nie ma w nim drgań akustycznych; jest to ciśnienie atmosferyczne. Ciśnienie akustyczne p (Pa) różnica między ciśnieniem istniejącym w danym punkcie ośrodka w chwili przejścia fali akustycznej a ciśnieniem statycznym. Moc akustyczna P (W) ilość energii wypromieniowanej przez źródło dźwięku w jednostce czasu. Izolacyjność akustyczna odporność przegrody na przenoszenie dźwięków powietrznych lub dźwięków uderzeniowych Coś o dźwięku W ujęciu fizycznym fale dźwiękowe są podłużnymi falami mechanicznymi a sam dźwięk jest szczególnym zjawiskiem towarzyszącym rozchodzeniu się fal. Szczególność tego zjawiska polega min. na konieczności istnienia ośrodka materialnego: gazu, cieczy lub ciała stałego. (Stąd wszystkie dźwięki w przestrzeni kosmicznej towarzyszące filmom s.f. są jedynie miłym dla ucha dodatkiem a w rzeczywistości czymś niespotykanym. Jak to ktoś napisał W przestrzeni kosmicznej nikt nie usłyszy Twojego krzyku...) Materialne cząstki ośrodka, w którym rozchodzi się fala, drgają wzdłuż prostej pokrywającej się z kierunkiem poruszającej się fali. Im gęściej ułożone cząstki tym prędkość dźwięku jest większa. Np. prędkość dźwięku w powietrzu wynosi ok. 330 m/s ale w żelazie wartość ta jest dużo większa i wynosi 5100 m/s. (Tu powinien nam się przypomnieć obrazek z wielu filmów człowiek przykładający ucho do szyny kolejowej, sprawdzający czy nadjeżdża pociąg...) Zakres częstotliwości fal mechaniczny jest bardzo duży, ale fale dźwiękowe, które w działaniu na ludzkie ucho i mózg wywołują wrażenie słyszenia zawierają się w przedziale od 20 do 20.000 Hz. Fale słyszalne powstają w wyniku drgania strun (np. głosowych), drgań słupów powietrza (organy) oraz drgań różnych płyt i membran (praca głośnika). Sam proces rozchodzenia dźwięku w powietrzu bardzo ciekawie opisał w swoich wykładach wybitny fizyk ichard Feynman : Otóż podstawą wszystkiego jest tu to, że ruch jakiegoś obiektu w powietrzu zapoczątkowuje rozprzestrzenianie się zaburzeń powietrza. Jeżeli chodzi o rodzaj tych zaburzeń, to spodziewamy się, że ruch obiektu wywoła zmianę ciśnienia. Gdy obiekt porusza się powoli, powietrze oczywiście opływa go, ale nam chodzi o ruch bardzo szybki, w którym nie ma czasu na tego rodzaju opływanie. Powietrze jest zatem podczas ruchu sprężane i powstaje zmiana ciśnienia, która wywiera nacisk na dalsze jego warstwy. Te warstwy są z kolei sprężane, 2/11

co wywołuje wzrost ich ciśnienia i w ten sposób w przestrzeni rozchodzi się fala zagęszczeń i rozrzedzeń powietrza. Ta fala zagęszczeń i rozrzedzeń to właśnie fala dźwiękowa... Zmiany ciśnienia wywołane przez dźwięk w porównaniu z jego wartością w stanie równowagi są bardzo małe. Wygodną jednostką, w której mierzymy ciśnienie, jest bar; równa się on 10 5 N/m 2. W przypadku dźwięku używamy logarytmicznej skali natężeń, ponieważ czułość ucha z grubsza biorąc wzrasta logarytmicznie. Skalę tę nazywa się skalą decybeli. Określamy w niej poziom ciśnienia akustycznego L p dla danej amplitudy ciśnienia akustycznego p w następujący sposób: p ciśnienie akustyczne, Pa L p = 20 log( p p p 0 ciśnienie akustyczne odniesienie równe 2 10-10 bar 0 ),( db) Np. Amplituda ciśnienia akustycznego p = 10 3 p 0 = 2 10-7 barów odpowiada dźwiękowi u umiarkowanym natężeniu 60 db. Widać z tego, że zmiana ciśnienia wywołana przez dźwięk jest bardzo mała w porównaniu z ciśnieniem w stanie równowagi czy też ze średnim ciśnieniem atmosferycznym. W przypadku dźwięku najczęściej mamy do czynienia z natężeniami nie przekraczającymi 100 db. Dźwięk o natężeniu 120 db wywołuje już uczucie bólu w uchu. 2. Akustyka pomieszczeń w budynkach Z uwagi na postanowienia normy PN-87/B-02151/02 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach. Dopuszczalne wartości poziomu dźwięku w pomieszczeniach, pomieszczeniom w budynkach stawia się wymagania, co do dopuszczalnego poziomu dźwięku A hałasu przenikającego łącznie od wszystkich źródeł hałasu usytuowanych poza pomieszczeniem. Z uwagi na temat artykułu skupiam się wyłącznie na izolacyjności przegród zewnętrznych: ścian i okien z pominięciem przenikania dźwięku od źródeł wewnętrznych. 3/11

3. Izolacyjność akustyczna przegród zewnętrznych - wymagania Wymagania dotyczące przegród przywołuję zgodnie z PN-B-02151-3 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach oraz izolacyjność akustyczna elementów budowlanych. Wymagania. Przegrody zewnętrzne narażone są na dźwięki powietrzne stąd ich izolacyjność akustyczną charakteryzują poniższe wskaźniki : Ściana zewnętrzna bez okien lub z oknami oraz okno w przegrodzie zewnętrznej - całą przegrodę charakteryzuje A2 lub A1 wskaźnik oceny izolacyjności akustycznej właściwej przybliżonej - elementy budowlane przeznaczone do zastosowania w budynkach jako przegroda budowlana scharakteryzowane są przez A2 lub A1 (wskaźnik oceny izolacyjności akustycznej) lub w(c, C tr) wskaźnik ważony izolacyjności akustyczne właściwej i widmowy wskaźnik adaptacyjny C i C tr óżnica pomiędzy A1(2) a A1(2) sprowadza się do tego, że wskaźnik A1(2) uwzględnia wpływ bocznego przenoszenia dźwięku (jest to przenoszenie dźwięku między pomieszczeniami przez materiał z którego zbudowana jest przegroda) przez przegrodę w zależności od jej masy. W wymiarze liczbowym wartości A1(2) są większe. Żeby nie zagęszczać opisów nadmierną ilością wzorów nie podaję tu zależności pomiędzy dwoma -ami. W wymaganiach (tabela 1 i 2) podaje się wartość A1(2) bo ta wartość uwzględnia przegrodę jako całość. Tabela 1 - Wymagana wypadkowa izolacyjność akustyczna właściwa przybliżona ścian zewnętrznych z oknami w budynkach mieszkalnych Przegroda zewnętrzna w pomieszczeniu Poziom dźwięku A w dzień (db) Poziom dźwięku A w Minimalny wskaźnik oceny wypadkowej izolacyjności akustycznej właściwej przybliżonej A2 lub A1 w decybelach, w zależności od miarodajnego poziomu dźwięku A w decybelach w ciągu dnia/nocy na zewnątrz budynku Do 45 Do 35 Od 46 do 50 Od 36 do 40 Od 51 do 55 Od 41 do 45 Od 56 do 60 Od 46 do 50 Od 61 do 65 Od 51 do 55 Od 66 do 70 Od 56 do 60 Od 71 do 75 Od 61 do 65 nocy (db) Wymagania dla pokoi 20 20 23 23 28 33 38 Wymagania dla kuchni 20 20 20 20 23 28 33 4/11

Tabela 2 - Dla przypadku gdzie okna stanowią nie więcej niż 50% powierzchni przegrody zewnętrznej, wymaganą izolacyjność akustyczną części pełnych i okien przyjmuje się wg poniższej tabeli. Wymagany wskaźnik oceny izolacyjności akustycznej Wymagany wskaźnik oceny wypadkowej izolacyjności poszczególnych części przegrody zewnętrznej A2 lub akustycznej przybliżonej A1 A2 lub A1 przegrody Minimalne wymagania dla Minimalne wymagania zewnętrznej w decybelach części pełnej (db) dla okna (db) 20 25 20 23 30 20 28 35 25 33 40 30 38 45 35 4. Wyznaczanie izolacyjność akustycznej elementów przegrody zewnętrznej Wskaźniki oceny izolacyjności akustycznej A2 i A1 oblicza się w następujący sposób : A1 = = A2 w tr w wskaźnik ważony izolacyjności akustycznej właściwej elementu przegrody zewnętrznej, db. w + C + C C widmowy wskaźnik adaptacyjny obliczany w odniesieniu do widma różowego szumu skorygowanego charakterystyką częstotliwościową A, db. C tr widmowy wskaźnik adaptacyjny obliczany w odniesieniu do widma hałasu drogowego skorygowanego charakterystyką częstotliwościową A, db. w określone jest pośrednio poprzez określenie izolacyjności akustycznej właściwej, w normowym przedziale częstotliwości. Wyniki jednoliczbowej ( w). sprowadza się później do wartości W badań laboratoryjnych wyznacza się ze wzoru : = L1 L2 + 10 lg L 1 poziom średniego ciśnienia akustycznego w komorze nadawczej, (db) L 2 poziom średniego ciśnienia akustycznego w komorze odbiorczej, (db) S powierzchnia próbki, równa powierzchni otworu, (m 2 ) A równoważne pole powierzchni dźwiękochłonnej pomieszczenia odbiorczego, (m 2 ) S A Określenie wartości L 1, L 2 i A znajduje się w punkcie 5 niniejszego artykułu. 5/11

Widmowe wskaźniki adaptacyjne C i C tr wprowadzono do obliczeń wskaźnika w, aby uwzględnić w ocenie izolacyjności, charakterystykę widma hałasu. odzaj źródła hałasu dla poszczególnego wskaźnika przedstawia tabela 3. Tabela 3. odzaj źródła hałasu dla poszczególnego wskaźnika. Odpowiedni wskaźnik adaptacyjny C (widmo nr 1) C tr (widmo nr 2) Odpowiedni widmowy wskaźnik adaptacyjny Źródła hałasu bytowego (rozmowa, muzyka, radio, tv) Zabawa dzieci uch kolejowy ze średnią i dużą prędkością uch na drodze szybkiego ruchu > 80 km/h Samoloty odrzutowe, w małej odległości Zakłady przemysłowe emitujące głównie hałas średnio i wysokoczęstotliwościowy uch uliczny miejski uch kolejowy z małymi prędkościami Śmigłowce Samoloty odrzutowe, w dużej odległości Muzyka dyskotekowa Zakłady przemysłowe emitujące głównie hałas nisko i wysokoczęstotliwościowy Pełna charakterystyka elementu budowlanego (np. okna) powinna być zapisana : Np. w (C; C tr) = 41 (0; -5 ) db 5. Izolacyjność akustyczna nawiewników okiennych i ściennych Nawiewniki powietrza zewnętrznego są elementami montowanymi w przegrodzie zewnętrznej (w oknie lub w ścianie). Chociaż przepisy nie precyzują oddzielnych wymagań co do izolacyjności akustycznej samych nawiewników to ich wpływ na izolacyjność całej przegrody jest zauważalny i dlatego uwzględnia się je przy obliczeniach. Przegrodzie jako całości stawia się wymagania zgodnie z wymaganiami zawartymi w punkcie 3 artykułu. Elementy o powierzchni mniejszej od 1 m 2 (a takie są właśnie nawiewniki) opisane są parametrem D ne (db) czyli elementarną znormalizowaną różnicą poziomów. Wielkość ta opisana jest wzorem : D różnica poziomów (db) D ne = D 10 lg A równoważne pole powierzchni dźwiękochłonnej pomieszczenia odbiorczego, (m 2 ) A 0 równoważne pole powierzchni dźwiękochłonnej odniesienia, (m 2 ) (W mieszkaniach A 0 = 10 m 2 ) 6/11 A A 0

óżnicę poziomów D określa się ze wzoru : D = L 1 L 2 L 1 poziom ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu nadawczym (db) L 2 poziom ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu odbiorczym (db) Wartość L 1 i L 2 określa się ze wzoru : 2 2 p1 + p2 + L1(2) = 10 lg 2 np0 p 1, p 2...p n ciśnienia akustyczne podlegające uśrednieniu (Pa) p 0 ciśnienie akustyczne odniesienia równe 20 μpa n liczba punktów pomiarowych... + p 2 n Wartość A, we wzorze na znormalizowaną różnicę poziomów, jest określona jako hipotetyczne pole powierzchni całkowitej pochłaniającej, bez efektów dyfrakcyjnych, przy którym czas pogłosu byłby taki sam jak w rozważanym pomieszczeniu, jeżeli powierzchnia ta byłaby jedynym elementem pochłaniającym w tym pomieszczeniu. Wartością izolacyjności, którą stosuje się w obliczeniach jest, podobnie jak dla okien i ścian, wskaźnik ważony elementarnej znormalizowanej różnicy poziomów D n,e,w. Podobnie jak dla okien i ścian wartość wskaźnika jest określona przez D ne dla normowego zakresu częstotliwości. ównież podobnie jak dla okien określa się izolacyjność z uwzględnieniem wskaźników adaptacyjnych C i C tr D n,e(c) i D ne(c tr). Pełna charakterystyka akustyczna nawiewnika powinna być zapisana: Np. D n,e,w (C; C tr) = 42 (0; -2) db Warto zwrócić uwagę na wzory opisujące z punktu 4 i D ne z punktu 5. Przy badaniu nawiewników nie bierze się pod uwagę powierzchni jaką zajmuje ten element. Między innymi dlatego wprowadzono różne wskaźniki opisujące izolacyjność okna i nawiewnika. 7/11

6. Obliczanie wypadkowej izolacyjności okna lub ściany zewnętrznej z nawiewnikiem Z powyższych punktów wynika, że problemy związane z akustyką nie są łatwe a mocno ograniczona znajomość tematu przez zainteresowane środowisko (architektów, producentów okien itd.) powoduje zamieszanie i może prowadzić do frustracji i nieporozumień. Najczęściej dzieje się tak, że producent okien zwraca się do producenta nawiewników o podanie izolacyjności akustycznej nawiewnika po czym automatycznie przyjmuje uzyskaną wartość jako równą co do wymiaru fizycznego w okna. Jak dotąd autor nie spotkał się by producenci rozróżniali wartości w i D n,e,w. Całkiem spore zdziwienie budzi fakt, ze np. okno o współczynniku w 33 db po zamontowaniu nawiewnika o współczynniku D n,e,w 33 db nie uzyskuje wypadkowej izolacyjności 33 db. Jednym słowem po zamontowaniu nawiewnika jest głośniej. Jeszcze większe zdziwienie graniczące niemal z niewiarą budzi fakt, że po zamontowaniu nawiewnika o izolacyjności 42 db, wypadkowa izolacyjność dla okna z nawiewnikiem będzie mniejsza od 33 db. Zaskoczenie wydaje się trochę dziwne bo jeżeli się zastanowić (i nie trzeba do tego znać szeroko zagadnień związanych z akustyką) każdy otwór w oknie przez który dopływa powietrza musi się wiązać ze wzrostem hałasu w porównaniu do sytuacji kiedy tego otworu nie ma. A jak to wygląda na liczbach. Wypadkowy wskaźnik ważony izolacyjności akustycznej właściwej okna wraz z zamontowanym nawiewnikiem określa się ze wzoru : gdzie : w 0,1w 10, wyp = 10 log 10 + n 10 S 0,1Dn, e, w w,wyp wypadkowy wskaźnik izolacyjności akustycznej właściwej okna z nawiewnikiem, db w wskaźnik izolacyjności akustycznej właściwej okna bez nawiewnika (podawany przez producenta okien), db S powierzchnia okna, m 2 n liczba nawiewników na oknie Dn,e,w wskaźnik elementarnej znormalizowanej różnicy poziomów ciśnienia akustycznego nawiewnika, db 8/11

UWAGA: Powyższy wzór można zastosować do obliczania wypadkowej izolacyjności przy uwzględnieniu wskaźników adaptacyjnych C i C tr. Zamiast w i D n,e,w należy podstawić odpowiednio inne wartości ( A1, A2, D ne(c), D ne(ctr)). Powyższy wzór można stosować również przy obliczaniu wypadkowej izolacyjności ściany zewnętrznej wraz z nawiewnikiem. 7. Przykład dla okna standardowego o izolacyjności akustycznej w = 35 db i zamontowanego jednego nawiewnika. UWAGA: Izolacyjność akustyczna nawiewników w pozycji pełnego otwarcia Poniżej zamieszczono wykres na którym porównano wpływ różnych rodzajów nawiewników higrosterowanych akustycznych oferowanych przez AEECO Wentylacja Sp. z o.o. Przy porównaniach izolacyjności warto pamiętać, że okno rozszczelnione (nie należy tego nie mylić z mikrouchyłem) to takie, którego współczynnik infiltracji a zawiera się w przedziale 0,5-1,0 m 3 /m*h*dapa 2/3. Na podstawie aprobaty technicznej udzielonej przez Instytut Techniki Budowlanej w Warszawie przyjęto, że izolacyjność akustyczna w okna rozszczelnionego powinna wynosić 30 db. Na wykresie pokazano dla porównania linię odniesienia dla okna nierozszczelnionego bez nawiewnika (w = 35 db). 9/11

Wykres 1 Zmiana w okna po montażu nawiewnika akustycznego higrosterowanego 36 Zmiana w okna po montaŝu nawiewnika akustycznego higrosterowanego dla róŝnych powierzchni 35 35 35 35 35 35 35 35 34 w wypadkowe [db] 33 32 31 31,99 30,88 32,45 31,45 30,86 32,79 31,87 31,33 33,04 32,20 31,70 33,24 32,47 32,00 30,89 33,41 32,69 32,25 31,19 33,54 32,87 32,46 31,46 30,52 30 30,24 30,08 30 30 30 30 30 30 30 29,53 29 28,81 28 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Powierzchnia okna [m2] okno bez nawiewnika okno rozszczelnione a = 0,5-1,0 okno z nawiewnikiem EHA 37 db okno z nawiewnikiem EHA 39 db okno z nawiewnikiem EHA 40 db okno z nawiewnikiem EHA 42 db 10/11

Z powyższego opracowania wynika wprost, że nie uda się nam nigdy wyeliminować hałasu przenikającego do pomieszczenia bezpośrednio z zewnątrz. Jednakże projektant, konstruktor czy użytkownik posiada możliwość wyboru takich technologii które w jak największym stopniu ograniczą niekorzystne przenikanie dźwięku i zapewnią największy możliwy komfort akustyczny. LITEATUA 1.. esnick, D. Halliday Fizyka 2.. Feynaman Feynmana wykłady z fizyki 3. PN-B-02153:2002 Akustyka budowlana. Terminologia, symbole literowe i jednostki. 4. PN-B-02151-3:1999 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach oraz izolacyjność akustyczna elementów budowlanych. Wymagania. 5. PN-EN ISO 717-1:1996 Akustyka. Ocena izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych. Izolacyjność od dźwięków powietrznych 6. AT-15-4190/2001 - Okna i drzwi balkonowe systemu BÜGMANN seria 700 z kształtowników z nieplastyfikowanego PVC. 11/11