Ochrona przed hałasem w instalacjach wod-kan

W przeciwieństwie do elementów budowlanych statycznych – w instalacjach, armaturze i innym wyposażeniu instalacji zachodzą procesy dynamiczne. Wytwarzane przez to drgania i ich przenoszenie zależą w znacznym stopniu od:

• rozplanowania pomieszczeń w budynku,

• typu budownictwa i użytych materiałów,

• sposobu prowadzenia przewodów,

• materiału i wyposażenia sanitarnego,

• wzajemnego powiązania instalacji i konstrukcji budowlanej,

• warunków eksploatacji,

• korzystania z instalacji przez użytkownika. 

Ponadto dochodzi jeszcze zjawisko rezonansu elementów budowlanych, do dziś trudne do ujęcia w reguły matematyczne. Olbrzymia liczba kombinacji czynników decydujących o hałasie powoduje, że wstępna ocena instalacji pod tym względem, jak i przetestowanie określonego rodzaju ściany jest bardzo trudne. Dodatkowym problemem jest to, że przepisy o izolacjach cieplnych preferują stosowanie materiałów o dobrej izolacyjności, a tym samym lżejszych. Równocześnie występuje tendencja do stosowania coraz cieńszych ścian (rys. 1.).

Dźwięk to drgania akustyczne rozchodzące się w ośrodku sprężystym, zdolne wytworzyć wrażenia słuchowe, które dla człowieka zawarte są w paśmie pomiędzy częstotliwościami granicznymi od ok. 16 Hz (dźwięk bardzo cichy) do 16 000 Hz (tony bardzo wysokie). Dźwięki o niejednolitej częstotliwości tworzą hałas. Hałas może być zdefiniowany jako dźwięk niepożądany i zakłócający komfort. Ucho ludzkie zdolne jest odbierać dźwięki o częstotliwości od 16 do 22 000 Hz o natężeniu od 0÷120 dB.

Hałas postrzegany jako problem środowiskowy powinien analizowany być w następujących etapach:

• określanie najwyższego poziomu dopuszczalnego pod względem zdrowia jednostki i społeczeństwa,

• określenia metod prognozowania i pomiaru hałasu obecnego w badanym otoczeniu,

• systemowa kontrola hałasu na podstawie wyników otrzymanych na poprzednich etapach badań.

Hałas mający niepożądane skutki dla zdrowia człowieka może stanowić jedną z przyczyn wysokiego ciśnienia krwi, bólu głowy, dyskomfortu psychicznego i fizjologicznego oraz nerwicy.

Hałas w instalacjach wodociągowych 

Szum w przewodach wodociągowych powstaje podczas poboru wody, głównie w przewężeniach przekrojów wewnętrznych. Dlatego nawet prawidłowy pod względem hydrauliki dobór przewodów nie wpływa istotnie na zmniejszenie hałasu. W takiej sytuacji drgania wody powstające w armaturze rozchodzą się w niewielkim osłabieniu. A wskutek drgań wody pobudzane są do drgania rury, które z kolei przenoszą drgania na ściany lub stropy, do których mocowane są przewody.

Opaski izolacyjne na rurach układanych w ścianie i osłony izolacyjne rur w ścianach są nieskuteczne przeciw przenoszeniu się drgań z armatury na konstrukcję budynku, jeśli armatura jest sztywno połączona ze ścianą lub tworzą się mostki akustyczne. Ograniczenie hałasu można uzyskać tylko wtedy, gdy zlikwiduje się te mostki. Hałas pochodzący od przewodów jest tym większy, im większe jest ciśnienie wypływu z armatury, a tym samym i przepływ.

Ciśnienie statyczne w przewodzie wodociągowym w podejściach do armatury nie powinno przekraczać 5 bar (0,5 MPa). Wyższe ciśnienie można ograniczyć poprzez zamontowanie np. reduktorów ciśnienia. Zasadniczo uważa się, że armatura jest tym „cichsza”, im mniejsze jest ciśnienie wypływu. Dlatego instalacje wodociągowe należy projektować i eksploatować przy możliwie niskim, ale hydraulicznie wystarczającym ciśnieniu statycznym.

Zasada wymiarowania instalacji wodociągowych wymaga minimalnego ciśnienia wypływu, łącznie z przepływem obliczeniowym dla różnych typów armatury i urządzeń według PN -92/B 01706 [1]. Armatura przelotowa (zawory odcinające, proste i kątowe) podczas użytkowania powinny być zawsze całkowicie otwarte. Wielkość przepływu stanowi podstawę do zakwalifikowania armatury do odpowiedniej grupy:

1. akustycznie „korzystna”,

2. akustycznie „niekorzystna”.

Hałas w instalacjach kanalizacyjnych 

Zjawiska hydrauliczne występujące przy odpływie wody wywołują drgania przewodu kanalizacyjnego. Przy rurach z materiałów twardych przeważają drgania materiału. Przy rurach z materiałów plastycznych przeważają drgania powietrza. Uciążliwy szum z przewodów kanalizacyjnych powstaje głównie przy:

• wpływie ścieków do pionu,

• w samym pionie, na rozgałęzieniach i zmianach kierunku.

Mniej uciążliwe są szumy z podejść. Dlatego głównym obiektem zainteresowań przy ochronie przed hałasem są:

• piony kanalizacyjne,

• przewody odpływowe przebiegające nad pomieszczeniami chronionymi.

W przewodzie kanalizacyjnym rozróżnia się trzy rodzaje źródeł hałasu:

• odgłosy opadania w pionie (kolor zielony na rys. 2.),

• odgłosy odbicia przy zmianie kierunku (kolor czerwony na rys. 2.),

• odgłosy przepływu w poziomie kanalizacyjnym (kolor niebieski na rys. 2.).

Można pominąć wysokość opadania, gdyż przy wyższych prędkościach przepływu występują podwyższone straty na tarcie (tarcie pochłania energię). Pomiary szumów przy różnej wysokości opadania dały względnie stałe wyniki. Wysokość poziomu akustycznego zależy od sposobu montażu i właściwości użytych materiałów.

Niezależnie od sposobu prowadzenia przewodów, jeśli istnieją wymagania odnośnie ochrony akustycznej, zaleca się stosowanie przewodów izolowanych w pionie, poziomie i przy odsadzkach. Jeżeli miejsce pozwala na izolację podejść, to należy ją wykonać.

Istotny wpływ na szum odbicia w kształtce na przejściu pionu w poziom odpływowy ma sposób wykonania kolana przejściowego. Ponadto oddziałują tu również warunki hydrauliczne na przejściu z pionu w przewód odpływowy.  

Odsadzka na pionie (zmiana kierunku za pomocą 2 kolanek 45°) w tej strefie ścieki uderzają w krótkim odstępie czasu w dwa zamontowane po sobie łuki. W zależności od konstrukcji i wymiarów oba te odgłosy następują prawie jednocześnie. Następuje tu sumowanie szumów przepływu i odbicia (rys. 3.). 

Przewody kanalizacyjne na ścianach oddzielających pomieszczenia chronione nie mogą być układane swobodnie. Jeśli kanały instalacyjne:

• położone są w pomieszczeniu wymagającym ochrony,

• stanowią część ściany takiego pomieszczenia lub te ściany tworzą, wymagane są szczególne środki, gdyż przez sam sposób budowy kanału nie da się uzyskać odpowiedniego stopnia tłumienia hałasu.

Bardzo problematyczne jest prowadzenie przewodów kanalizacyjnych w bruzdach ścian pomieszczeń wymagających ochrony. Ponieważ prowadzenie pionów w ciasnych bruzdach wywołuje coraz większe problemy tłumienia drgań materiału, należy bezwarunkowo unikać takich sposobów układania.

Zastosowanie rur lżejszych wpływa niekorzystne na zjawisko akustyki (czyli de facto zwiększa hałas). Ich gorsza właściwość tłumienia drgań powietrza może być wyrównana przez zastosowanie rur preizolowanych lub owijanie ich ciężką folią. Oba te rozwiązania zapewniają dodatkowo dobre tłumienie drgań materiału. Osłonę bruzd w ścianach stanowi w zasadzie tylko warstwa tynku ułożonego na podkładzie.

Współczynnik tłumienia dźwięków takiej konstrukcji jest zbyt niepewny, aby gwarantować wystarczającą izolacyjność akustyczną pomieszczenia chronionego przed hałasem. Wyjściem z tej sytuacji jest zamknięcie bruzdy w ścianie przez wstawienie folii w tynk w celu poprawienia izolacji akustycznej.

W ochronie przed hałasem wywoływanym przez instalacje, wyjątkowo ważne są przybory sanitarne. Przy napływie i wypływie wody podczas korzystania z wanny, natrysku, umywalki lub miski ustępowej powstają drgania materiału, które przenoszą się na ściany i stropy pomieszczenia. Sposobem stłumienia hałasu powietrznego może być izolacja wykonana poprzez dodatkowe rozwiązania, które przedstawiono na rys. 4. i 5.

Materiał izolacyjny w szybie i na rurze zabezpiecza przed odbiciem, dzięki czemu uzyskuje się ograniczone podniesienie poziomu hałasu.

Nowa generacja systemów kanalizacji niskoszumowej

W wyniku badań zjawiska hałasu w instalacjach kanalizacyjnych i doświadczeń powstały nowe system instalacji kanalizacji „niskoszumowej”, produkowane z PEHD, PP i PVC, w których wykorzystuje się materiały modyfikowane poprzez zwiększenie ich ciężaru właściwego w stosunku do materiałów tradycyjne stosownych do produkcji rur i kształtek kanalizacyjnych.

Silent-db20 

System kanalizacyjny Geberit Silent-db20 skonstruowany jest z nowego materiału wzbogaconego PE (PE-S2 HDPE + minerały):

• polietylen HDPE – 45%,

• siarczan baru – 55%.

Nowy system ma większy ciężar (ok. 2,5 razy w stosunku do HDPE). Większa masa powoduje absorpcję dźwięku. Natomiast zastosowanie na wszystkich kształtkach dodatkowego ożebrowania ogranicza emisję hałasu (rozwiązanie chronione patentem). W skład systemu wchodzą obejmy rurowe z wkładką izolacyjną, której materiał i kształt dobrano na podstawie wielu badań. Wszystkie elementy są w średnicach DN: 56; 63; 75; 90; 110; 135; 160 mm. Połączenia stałe występują jako:

• zgrzewanie doczołowe,

• zgrzewanie elektrooporowe.

Połączenia rozłączne stosowane są za pomocą:

• kielicha dwustronnego,

• kielicha kompensacyjnego,

• opaski łączącej.

Obejmy rurowe z wkładką występują jako:

• uniwersalne – do punktów stałych i podpór przesuwnych,

• wkładka izolacyjna EPDM o odpowiednio dobranym kształcie.

POLIphon 

Dzięki zastosowaniu trójwarstwowej konstrukcji ścianki rury, a także dzięki specjalnie zaprojektowanej obejmie akustycznej, w przewodach następuje zamknięcie szumu akustycznego, amortyzacja drgań pomiędzy odcinkami rur oraz odcięcie mostka akustycznego pomiędzy przewodem a konstrukcją budynku. Obejmą akustyczną jest wkładka akustyczna, której zadaniem jest wytłumienie drgań pomiędzy odcinkami rur poprzez trzy powierzchnie kontaktu z rurą ze specjalną konstrukcją powierzchni wytłumiających hałas. Dzięki zastosowaniu tej obejmy następuje także likwidacja mostka akustycznego pomiędzy pionem a konstrukcją budynku w elemencie montażowym obejmy.

 Konstrukcja ścianki rury składa się z trzech wartw:

• warstwy zewnętrznej – materiał PP-POL Icomp [z],

• warstwy środkowej – materiał PP-MD POL Icomp [s],

• warstwy wewnętrznej – materiał PP-MD POL Icomp [w].

Dostępne średnice DN: 40×1,8; 50×1,8; 75×2,3; 90×2,8; 110×3,4 mm.

SILENTA hakan 

System wykonany z polipropylenu wzmocnionego minerałami o dużym ciężarze właściwym i specyficznej strukturze uzyskiwanej dzięki dużej liczbie molekuł. Warstwa środkowa absorbuje dźwięki powstałe wewnątrz rury i zapobiega przedostawaniu się ich na zewnątrz. Zastosowano uszczelkę stałą z wkładką z uszczelką tłumiącą. Warstwy wewnętrzne są gładkie i miękkie, dzięki temu sprzyjają dobrym warunkom przepływu i nie powodują osadzania się tłustych substancji. System wykonano z materiału odpornego na wysoką temperaturę. Dane techniczne:

• gęstość warstwy izolacji akustycznej 1,9 g/cm³,

• wydłużenie przy zerwaniu ~50%,

• wytrzymałość na rozciąganie ~20 N/mm²,

• moduł E ~3800 N/mm²,

• współczynnik rozszerzalności liniowej ~0,09 mm/mK,

• odporność ogniowa wg DIN 4102 – klasa B2,

• średnice DN: 58×4,0; 78×4,5; 110×5,3;

• 135×5,3; 160×5,3 mm.

Wavin AS 

System AS jest systemem wykonanym z astolenu – wzmocnionego minerałami z tworzywa sztucznego na bazie polipropylenu o zwięk szonej wytrzymałości. Astolen charakteryzuje się wysokim stopniem izolacji akustycznej, dzięki czemu pracuje nadzwyczaj cicho zarówno w odniesieniu do szumów przenoszonych przez powietrze, jak i do szumów przenoszonych przez ciała stałe. Rury charakteryzują dużą odpornością na działania mechaniczne oraz gorącej wody. Rury i kształtki oraz elementy uszczelniające nadają się do odprowadzania ścieków chemicznych agresywnych w zakresie pH 2÷12.  Dane techniczne:

• gęstość warstwy izolacji akustycznej 1,9 g/cm³,

• wydłużenie przy zerwaniu ~29%,

• wytrzymałość na rozciąganie ~13 N/mm²,

• moduł E ~3800 N/mm²,

• współczynnik rozszerzalności liniowej ~0,09 mm/mK,

• odporność ogniowa wg DIN 4102 – klasa B2,

• średnice DN: 58×4,0; 78×4,5; 110×5,3; 135×5,3; 160×5,3 mm.

Materiały izolacyjne 

Przed hałasem materiałowym może również chronić taśma izolacyjna, która jest wykonana z pianki polietylenowej. Stosowana jest do izolowania przewodów w miejscach przejść przez stropy, ściany. Mata Isol (folia z tworzywa sztucznego) zapobiega przenikaniu wilgoci. Występuje w dwóch wersjach, jako:

• ciężka folia, która tłumi dźwięki (chroni przed hałasem materiałowym), 

• pianka poliuretanowa jest izolacją przeciwko kondensacji pary wodnej (chroni przed hałasem powietrznym).

Montaż 

W celu zachowania właściwości akustycznych instalacje kanalizacyjne należy montować wraz ze specjalnie zaprojektowanymi obejmami. Warto pamiętać także o poprawnym prowadzeniu przewodów i zachowaniu podstawowych odległości pomiędzy obejmami oraz innymi przewodami:

• w instalacjach poziomych odległość pomiędzy dwoma uchwytami powinna wynosić ok. 10×DN (średnica zewnętrzna rury),

• przy instalacji pionowej w zależności od DN odległość ta powinna wynosić 1÷2 m,

• obejmy należy montować na elementach konstrukcji o dużym ciężarze właściwym,

• dla pionów instalacyjnych w kondygnacjach o wysokości ponad 2,5 m zaleca się stosować obejmę przesuwną oraz stałą.

Prawidłowe przejście przez przegrodę powinno być zabezpieczone „rękawem” z materiału zapewniającego izolację akustyczną oraz przeciwwilgociową. Ponadto:

• obejm nie powinno się montować w miejscach narażonych na uderzenia,

• w budynkach wielokondygnacyjnych (od 3 kondygnacji) należy zabezpieczyć piony kanalizacyjne (od DN 110) przed obsuwaniem za pomocą dodatkowych zamocowań (wsporniki rur spustowych),

• obejmy przeciwpożarowe stosuje się, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się ognia i dymu w rurach z tworzyw sztucznych przechodzących przez ściany i stropy; wnętrze obejmy wykonanej z niepalnego materiału wskutek działania ciepła zwiększa swą objętość, co dociska rurę i zapobiega przenikaniu płomieni.

Podsumowanie 

Minimalizacja źródeł hałasu poprzez stosowanie systemu rur i kształtek zoptymalizowanego pod względem akustycznym oraz unikanie nagłych zmian kierunków na pionach (odsadzki, zmiana kierunku 90°). Ograniczenie przenoszenia hałasu materiałowego od instalacji na konstrukcję budynku poprzez stosowanie obejm ze zoptymalizowaną wkładką oraz izolowanie miękką otuliną rur przy przejściach przez przegrody oraz układanych w ścianach i stropach. Izolacja hałasu powietrznego poprzez:

• stosowanie otuliny zwłaszcza przy zmianie kierunku),
• zabudowa w szybie instalacyjnym,
• akustyczna i termiczna izolacja rur (ochrona przed hałasem powietrznym) o odpowiedniej budowie: folia – zapobiega przenikaniu wilgoci, ciężka folia – tłumi dźwięki, pianka poliuretanowa – izolacja przeciwko kondensacji pary wodnej.

Ochrona przed hałasem w budownictwie jest zagadnieniem kompleksowym, które musi być opracowywane przy ścisłej współpracy projektantów, dostawców materiałów i wykonawców.

Literatura

1. PN-B-01706: 1992 Instalacje wodociągowe – Wymagania w projektowaniu.

2. Łepkowaska Z., Lech M., Nowoczesne technologie Geberit w instalacjach wewnętrznych wodno-kanalizacyjnych. Instalacje wodociągowe i kanalizacyjne. Projektowanie, wykonawstwo, eksploatacja, Dębe k. Warsza - wy 2007.

3. Materiały firm: Geberit, Haka Plastik, Poliplast, Wavin.