Akustyka nawiewników okiennych i ściennych
Użytkownicy budynków coraz częściej muszą mierzyć się z problemem nadmiernego hałasu przenikającego z zewnątrz do pomieszczeń. Wraz z rosnącym rozwojem gospodarczym kraju problem ten dotyka nie tylko mieszkańców dużych aglomeracji miejskich, ale pojawia się także tam, gdzie jeszcze do niedawna nie występował. Hałas przedostaje się do pomieszczeń wraz z dopływającym powietrzem. Warto przyjrzeć się bliżej temu zjawisku oraz przeanalizować, w jaki sposób można ochronić przed hałasem pomieszczenia, a tym samym ich użytkowników. W opracowaniu skupiono się głównie na izolacyjności przegród zewnętrznych: ścian i okien, oraz na technologiach, które w możliwie najwyższym stopniu ograniczą niekorzystne przenikanie dźwięku.
Zobacz także
FLOP SYSTEM Sp. z o.o. Wentylacja mieszkań a nieżyciowe przepisy prawne
Pandemia COVID-19 uświadomiła inwestorom i projektantom inwestycji deweloperskich, że zdrowie ich klientów staje się coraz ważniejsze, szczególnie jeśli chodzi o dzieci, coraz częściej cierpiące na alergie...
Pandemia COVID-19 uświadomiła inwestorom i projektantom inwestycji deweloperskich, że zdrowie ich klientów staje się coraz ważniejsze, szczególnie jeśli chodzi o dzieci, coraz częściej cierpiące na alergie dróg oddechowych oraz inne schorzenia o podłożu środowiskowym. Zmieniające sięwarunki środowiskowe (zanieczyszczenie powietrza zewnętrznego, smog, hałas miejski) oraz wzrastające oczekiwania użytkowników mieszkań, jakie można zaobserwować w ostatnich latach w Polsce, stawiają przed inwestorami...
Panasonic Marketing Europe GmbH Sp. z o.o. news Nowa generacja komercyjnych rozwiązań grzewczo-chłodzących firmy Panasonic
Panasonic Heating & Cooling Solutions jest zaangażowany w dostarczanie najwyższej jakości rozwiązań grzewczych i chłodzących do zastosowań komercyjnych, zapewniających maksymalną wydajność.
Panasonic Heating & Cooling Solutions jest zaangażowany w dostarczanie najwyższej jakości rozwiązań grzewczych i chłodzących do zastosowań komercyjnych, zapewniających maksymalną wydajność.
Euroterm Dodatkowe zyski od Euroterm24.pl
Każdy fachowiec, gdy myśli o hydraulice, kotłach i łazienkach, prawdopodobnie widzi rury, zawory i narzędzia – codziennie towarzyszące jego pracy. W tym gorącym sezonie Euroterm24.pl wspiera fachowców...
Każdy fachowiec, gdy myśli o hydraulice, kotłach i łazienkach, prawdopodobnie widzi rury, zawory i narzędzia – codziennie towarzyszące jego pracy. W tym gorącym sezonie Euroterm24.pl wspiera fachowców w tej rutynie, przygotowując specjalną ofertę handlową z rozgrzewającymi nagrodami za zakupy. To akcja, która sprawi, że praca każdego instalatora będzie prosta, łatwa i… przyniesie dodatkowe zyski.
W Polsce większość budynków przeznaczonych do przebywania ludzi wyposażona jest w instalację wentylacji grawitacyjnej lub mechanicznej wywiewnej. Aby instalacja w tych budynkach działała, konieczne jest doprowadzenie do pomieszczeń powietrza. Od 1 stycznia 2009 r. obowiązują nowe wymagania dotyczące infiltracji okien [1].
Do końca 2008 roku okna o współczynniku infiltracji 0,5–1,0 m3/(m×h×daPa2/3) mogły być wprowadzone do obrotu bez konieczności stosowania dodatkowych elementów nawiewnych. Nawiewniki były wymagane przy współczynniku niższym niż 0,3 m3/(m×h×daPa2/3), natomiast nie określono wymagań dla przedziału 0,3–0,5.
Obecnie współczynnik infiltracji dla otwieranych okien i drzwi balkonowych powinien wynosić maksymalnie 0,3, a dopływ powietrza zewnętrznego na potrzeby wentylacyjne należy zapewnić poprzez urządzenia nawiewne umieszczone w oknach, drzwiach balkonowych lub innych częściach przegrody zewnętrznej. Zatem okno pełniące funkcję wentylacyjną musi być wyposażone w nawiewnik. Wyjątkiem są pomieszczenia, w których zastosowano wentylację mechaniczną nawiewną lub nawiewno-wywiewną.
Niestety, wraz z dopływającym powietrzem do pomieszczeń przedostaje się hałas. Warto więc przyjrzeć się bliżej temu zjawisku oraz przeanalizować, w jaki sposób można ochronić przed hałasem pomieszczenia, a tym samym ich użytkowników.
Podstawowe informacje dotyczące dźwięku
W ujęciu fizycznym fale dźwiękowe są podłużnymi falami mechanicznymi, a sam dźwięk jest szczególnym zjawiskiem towarzyszącym rozchodzeniu się fal. Szczególność tego zjawiska polega m.in. na konieczności istnienia ośrodka materialnego: gazu, cieczy lub ciała stałego. 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. Przykładowo prędkość dźwięku w powietrzu wynosi ok. 330 m/s, ale w żelazie wartość ta jest dużo większa i osiąga 5100 m/s.
Zakres częstotliwości fal mechanicznych 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), słupów powietrza (organy) oraz różnych płyt i membran (praca głośnika).
Sam proces rozchodzenia się dźwięku w powietrzu ciekawie opisał w swoich wykładach wybitny fizyk Richard Feynman [3]: „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, 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. Jednostką wygodną do mierzenia ciśnienia jest bar, równa się on 105 N/m2. W przypadku dźwięku używamy logarytmicznej skali natężeń, ponieważ czułość ucha wzrasta logarytmicznie. Skalę tę nazywa się skalą decybeli. Określamy w niej poziom ciśnienia akustycznego Lp [dB] dla danej amplitudy ciśnienia akustycznego p w następujący sposób:
gdzie:
p – ciśnienie akustyczne [Pa],
p0 – ciśnienie akustyczne odniesienia równe 2×10–10 [bar].
Na przykład amplituda ciśnienia akustycznego p = 103×p0 = 2×10–7 barów odpowiada dźwiękowi o 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 mamy najczęściej do czynienia z natężeniami nieprzekraczającymi 100 dB. Dźwięk o natężeniu 120 dB wywołuje już uczucie bólu w uchu.
Akustyka pomieszczeń w budynkach
Z uwagi na postanowienia normy PN-B-02151-02:1987 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.
W opracowaniu skupiono się wyłącznie na izolacyjności przegród zewnętrznych: ścian i okien, z pominięciem przenikania dźwięku od źródeł wewnętrznych.
Izolacyjność akustyczna przegród zewnętrznych – wymagania
Wymagania dotyczące przegród przywołane zostały zgodnie z normą PN-B-02151-3:1999 [5]. 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 R'A2 lub R'A1 – wskaźnik oceny izolacyjności akustycznej właściwej przybliżonej. Elementy budowlane przeznaczone do zastosowania w budynkach jako przegroda budowlana scharakteryzowane są przez RA2 lub RA1 (wskaźnik oceny izolacyjności akustycznej) lub Rw(C, Ctr) – wskaźnik ważony izolacyjności akustycznej właściwej i widmowy wskaźnik adaptacyjny C i Ctr.
Różnica pomiędzy R'A1(2) a RA1(2) sprowadza się do tego, że wskaźnik R'A1(2) uwzględnia wpływ bocznego przenoszenia dźwięku (jest to przenoszenie dźwięku pomiędzy pomieszczeniami przez materiał, z którego zbudowana jest przegroda) przez przegrodę w zależności od jej masy. W wymiarze liczbowym wartości RA1(2) są większe. Żeby nie zagęszczać opisów nadmierną liczbą wzorów, autor nie podaje zależności pomiędzy tymi dwoma R. W wymaganiach normowych (tabela 1 i 2) podaje się wartość R'A1(2), bo uwzględnia ona przegrodę jako całość.
Tabela 1. Wymagana wypadkowa izolacyjność akustyczna właściwa przybliżona ścian zewnętrznych z oknami w budynkach mieszkalnych
Źródło: archiwum autora
Tabela 2. Jeżeli okna stanowią nie więcej niż 50% powierzchni przegrody zewnętrznej, wymaganą izolacyjność akustyczną części pełnych i okien przyjmuje się jak poniżej
Źródło: archiwum autora
Wyznaczanie izolacyjności akustycznej elementów przegrody zewnętrznej
Wskaźniki oceny izolacyjności akustycznej RA2 i RA1 oblicza się w następujący sposób:
gdzie:
Rw – wskaźnik ważony izolacyjności akustycznej właściwej elementu przegrody zewnętrznej [dB],
C – widmowy wskaźnik adaptacyjny obliczany w odniesieniu do widma różowego szumu skorygowanego charakterystyką częstotliwościową A [dB],
Ctr – widmowy wskaźnik adaptacyjny obliczany w odniesieniu do widma hałasu drogowego skorygowanego charakterystyką częstotliwościową A [dB].
Rw określone jest pośrednio poprzez określenie izolacyjności akustycznej właściwej R w normowym przedziale częstotliwości od 100 do 3150 Hz. Wyniki sprowadza się później do wartości jednoliczbowej (Rw).
W badaniach laboratoryjnych R wyznacza się ze wzoru:
gdzie:
L1 – poziom średniego ciśnienia akustycznego w komorze nadawczej [dB],
L2– poziom średniego ciśnienia akustycznego w komorze odbiorczej [dB],
S – powierzchnia próbki, równa powierzchni otworu [m2],
A – równoważne pole powierzchni dźwiękochłonnej pomieszczenia odbiorczego [m2].
Wartości L1, L2 i A zostały określone w dalszej części artykułu.
Widmowe wskaźniki adaptacyjne C i Ctr wprowadzono do obliczeń wskaźnika Rw, aby uwzględnić w ocenie izolacyjności charakterystykę widma hałasu. Rodzaj źródła hałasu dla poszczególnych wskaźników podano w tabeli 3.
Pełna charakterystyka elementu budowlanego (np. okna) powinna zostać zapisana np.:
Rw (C; Ctr) = 41 (0; –5 ) [dB].
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 zgodne z podanymi w akapicie „Izolacyjność akustyczna przegród zewnętrznych – wymagania”.
Izolacyjność akustyczna elementów o powierzchni mniejszej od 1 m2 (a taką mają nawiewniki) opisana jest parametrem Dn,e [dB], czyli elementarną znormalizowaną różnicą poziomów, o następującym wzorze:
gdzie:
D – różnica poziomów [dB],
A – równoważne pole powierzchni dźwiękochłonnej pomieszczenia odbiorczego [m2],
A0 – równoważne pole powierzchni dźwiękochłonnej odniesienia [m2] (w mieszkaniach A0 = 10 m2).
Różnicę poziomów D określa się ze wzoru:
D = L1 - L2
gdzie:
L1 – poziom ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu nadawczym [dB],
L2 – poziom ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu odbiorczym [dB].
Wartość L1 i L2 wylicza się ze wzoru:
gdzie:
p1, p2...pn – ciśnienia akustyczne podlegające uśrednieniu [Pa],
p0 – ciśnienie akustyczne odniesienia równe 20 µPa,
n – liczba punktów pomiarowych.
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 Dn,e,w. Podobnie jak dla okien i ścian wartość wskaźnika jest określona przez Dn,e dla normowego zakresu częstotliwości (od 100 do 3150 Hz).
Również podobnie jak dla okien określa się izolacyjność z uwzględnieniem wskaźników adaptacyjnych C i Ctr – Dn,eA1 i Dn,eA2.
Pełna charakterystyka akustyczna nawiewnika powinna zostać zapisana np.:
Dn,e,w (C; Ctr) = 42 (0; –2) [dB].
Warto zwrócić uwagę na podane powyżej wzory opisujące R i Dn,e. Przy badaniu nawiewników nie bierze się pod uwagę powierzchni, jaką zajmuje ten element. Między innymi dlatego wprowadzono różne wskaźniki opisujące izolacyjność okna i nawiewnika.
Obliczanie wypadkowej izolacyjności okna lub ściany zewnętrznej z nawiewnikiem
Jak widać, zagadnienia związane z akustyką nie są proste, a niewystarczająca znajomość tematu przez zainteresowane środowisko (architektów, producentów okien itd.) może prowadzić do licznych nieporozumień. Bardzo często zdarza się, że producent okien zwraca się do producenta nawiewników o podanie izolacyjności akustycznej nawiewnika, po czym automatycznie przyjmuje uzyskaną wartość jako równą wymiarowi fizycznemu Rw okna.
Duże zaskoczenie budzi fakt, że np. okno o współczynniku Rw 33 dB po zamontowaniu nawiewnika o współczynniku Dn,e,w 33 dB nie uzyskuje wypadkowej izolacyjności na takim poziomie. 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 wciąż będzie mniejsza od 33 dB. Jednak jeśli się zastanowić (i nie trzeba do tego dużej znajomości zagadnień związanych z akustyką), każdy otwór w oknie, przez który dopływa powietrze, musi być powiązany ze wzrostem hałasu w porównaniu do sytuacji, kiedy tego otworu nie ma.
Wypadkowy wskaźnik ważony izolacyjności akustycznej właściwej okna wraz z zamontowanym nawiewnikiem określa się ze wzoru:
gdzie:
Rw,wyp – wypadkowy wskaźnik izolacyjności akustycznej właściwej okna z nawiewnikiem [dB],
Rw – wskaźnik izolacyjności akustycznej właściwej okna bez nawiewnika (podawany przez producenta okien, określany w badaniach laboratoryjnych) [dB],
S – powierzchnia okna [m2],n – liczba nawiewników na oknie,
l – długość nawiewnika [m] – wartość ta jest istotna w przypadku nawiewników montowanych np. w pakiecie szybowym – wymiar nawiewnika będzie ściśle zależał od szerokości pakietu szybowego; dla nawiewników montowanych w skrzydle lub ościeżnicy, które są produkowane w stałym wymiarze,
l = 1 m,
Dn,e,w – wskaźnik elementarnej znormalizowanej różnicy poziomów ciśnienia akustycznego nawiewnika (podawany przez producenta nawiewnika, określany w badaniach laboratoryjnych) [dB].
Powyższy wzór można zastosować do obliczania wypadkowej izolacyjności (RA1wyp, RA2wyp) przy uwzględnieniu wskaźników adaptacyjnych C i Ctr. Zamiast Rw i Dn,e,w należy podstawić inne odpowiednie wartości (RA1, RA2, Dn,eA1, Dn,eA2):
Przy obliczaniu wypadkowej izolacyjności dla ściany wraz z zamontowanym nawiewnikiem ściennym należy posłużyć się wzorem:
gdzie:
S – powierzchnia ściany [m2],
pozostałe wielkości – jak we wcześniej podanych wzorach.
Wzory na obliczanie RA1,wyp oraz RA2,wyp ściany wraz z nawiewnikiem będą analogiczne jak dla nawiewników zamontowanych w oknie.
Gdyby pokusić się o obliczenie wypadkowej izolacyjności akustycznej całej przegrody zewnętrznej, to wzór ogólny przyjąłby postać:
Rw,wyp – wypadkowy wskaźnik izolacyjności akustycznej właściwej przegrody zewnętrznej [dB],
Rwi – wskaźnik izolacyjności akustycznej właściwej poszczególnych elementów przegrody: ściany, okna, okna wraz z nawiewnikiem, rolety, rolety wraz z nawiewnikiem [dB],
Si – powierzchnia poszczególnych elementów przegrody [m2],
S – powierzchnia przegrody [m2],
n – liczba części przegrody o izolacyjności akustycznej Rwi,
m – liczba nawiewników ściennych,
Dn,e,w – wskaźnik elementarnej znormalizowanej różnicy poziomów ciśnienia akustycznego nawiewnika [dB].
Jeżeli Rwi będzie wartością określającą okno lub roletę z zamontowanym nawiewnikiem, a w pomieszczeniu nie będą zamontowane nawiewniki ścienne, wzór uprości się do postaci:
Zmiana izolacyjności akustycznej dla okna opisanego wskaźnikiem Rw = 35 dB W tabeli 4 pokazano wpływ nawiewników o różnej izolacyjności akustycznej na wypadkową wartość izolacyjności okna wraz z nawiewnikiem. Do porównania przyjęto, że okno bez nawiewnika posiada izolacyjność Rw = 35 dB, bez względu na powierzchnię.
Tabela 4. Wpływ nawiewników o różnej izolacyjności akustycznej na wypadkową wartość izolacyjności okna wraz z nawiewnikiem
Źródło: archiwum autora
Podsumowanie
Nie uda się wyeliminować hałasu przenikającego do pomieszczeń bezpośrednio z zewnątrz. Jednak projektant, konstruktor czy użytkownik ma możliwość wyboru takich technologii, które w możliwie najwyższym stopniu ograniczą niekorzystne przenikanie dźwięku i zapewnią największy możliwy komfort akustyczny.
Literatura
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 201, poz. 1238).
- Resnick R., Halliday D., Fizyka.
- Feynman R., Feynmana wykłady z fizyki.
- PN-B-02153:2002 Akustyka budowlana. Terminologia, symbole literowe i jednostki.
- PN-B-02151-3:1999 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach oraz izolacyjność akustyczna elementów budowlanych. Wymagania.
- PN-B-02151-02:1987 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach. Dopuszczalne wartości poziomu dźwięku w pomieszczeniach.
- PN-EN ISO 717-1:1996 Akustyka. Ocena izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych. Izolacyjność od dźwięków powietrznych.