Akustyka budowlana. Ochrona antyhałasowa. Zasady projektowania ochrony pomieszczeń przed hałasami

Nie będziemy oczywiście zagłębiać się w szczegóły procesu projektowania tego typu ochrony, ani w szczegółowe wytyczne dotyczące różnych aspektów tego procesu – skupimy się na ogólnych zasadach i pewnych uniwersalnych regułach.

Jak może pamiętamy z jednego z pierwszych artykułów cyklu, ochrona antyhałasowa polega na zastosowaniu środków:
– administracyjno-prawno-organizacyjnych,
– technicznych (czynnych i biernych).

O tych pierwszych mówiliśmy już co nieco – również w jednym z pierwszych artykułów tego cyklu. Nas w tym artykule najbardziej interesować będzie ochrona przeciwhałasowa bierna, którą realizuje się za pomocą odpowiednich rozwiązań należących do trzech grup: urbanistycznych, budowlanych i instalacyjnych. Znów pierwszą z tych grup pominiemy zupełnie, bowiem to tematy dotyczące raczej planistów i architektów środowiska. Ich zadaniem jest przede wszystkim ocena terenu, na którym planowana jest inwestycja, pod względem akustycznym (a także – patrząc na temat z drugiej strony – pod względem wpływu tej inwestycji na otoczenie). Podarujemy też sobie kwestie sytuowania budynków w stosunku do różnych źródeł hałasów, jak i odpowiednie sytuowanie pomieszczeń w budynkach – o tym również co nieco pisałem w numerze październikowym (LSI 10/2016). Skupimy się natomiast na ochronie przed hałasem przez zastosowanie rozwiązań w konstrukcji budynku.

Zasadnicze zadanie ochrony pomieszczeń przed hałasem spełnia konstrukcja budynku. Powinna ona stanowić dostateczną izolację akustyczną dla trzech grup hałasów i drgań:
– zewnętrznych – wytwarzanych przez komunikację, przemysł, maszyny itp.,
– wewnętrznych – wytwarzanych przez maszyny, urządzenia i instalacje wykonane na stałe w budynku,
– wewnętrznych – wytwarzanych przez użytkowników.

Zabezpieczenia przeciwdrganiowe w konstrukcji budynku wykonuje się w dwóch przypadkach:
– jeśli budynek został zlokalizowany w pobliżu źródła drgań, np. ruchliwej arterii komunikacyjnej, trakcji kolejowej itp.
– jeśli przewidziano zamontowanie w budynku źródła drgań i konieczne jest maksymalne ograniczenie przenoszenia bocznego dźwięku przez konstrukcję budynku.

W pierwszym przypadku zabezpieczenia przeciwdrganiowe wykonuje się w fundamentach budynku, zgodnie z zasadami opisanymi w artykule w numerze 10/2016. W drugim przypadku zabezpieczenia przeciwdrganiowe powinny być wykonane przy źródle drgań, przez konstrukcyjne wydzielenie fundamentów pod źródło drgań lub całych pomieszczeń ze źródłami drgań. W przypadku braku możliwości zastosowania takich rozwiązań znaczne tłumienie drgań można uzyskać przez zastosowanie w konstrukcji budynku amortyzatorów drgań lub przekładek sprężystych (rysunek 1).

Niewydzielenie z konstrukcji budynku pomieszczeń ze źródłem drgań za pomocą dylatacji jest przyczyną zwiększenia poziomu hałasu w sąsiednich pomieszczeniach o kilka do kilkunastu nawet decybeli, wynikającego z pobudzenia konstrukcji budynku przez drgania przenikające przez nieoddylatowany fundament.

WPŁYW KONSTRUKCJI BUDYNKU NA PRZENOSZENIE DRGAŃ I HAŁASÓW

Przenikanie energii akustycznej w budynku z pomieszczenia do pomieszczenia odbywa się nie tylko za pośrednictwem dzielącej je przegrody, lecz również za pośrednictwem przyległych do niej poziomych i pionowych przegród (ścian i stropów) oraz nieszczelności i kanałów w istniejących przegrodach.

Izolacyjność akustyczna między pomieszczeniami uzależniona jest od właściwości akustycznych przegrody rozdzielającej te pomieszczenia, powierzchni przegrody i przenoszenia bocznego. W przenoszeniu bocznym zasadniczą rolę odgrywa konstrukcja przegród. Pobudzony do drgań strop przekazuje znaczną część energii ścianom, które wypromieniowują ją do pomieszczenia pod lub nad stropem. Odnosi się to zarówno do dźwięków powietrznych, jak i uderzeniowych.

Izolacyjność przenoszenia poprzecznego zależy od izolacyjności właściwej RW przegród związanych z daną przegrodą na obwodzie, współczynnika tłumienia wewnętrznego materiału, współczynnika promieniowania dźwięku przez przegrody oraz współczynnika tłumienia w miejscach połączeń danej przegrody z innymi. Jeśli rozważana przegroda, jak i przyległe do niej, są przegrodami masywnymi, to wartość przenoszenia bocznego wynosi zaledwie 1 do 2 dB. Natomiast jeśli izolacyjność jednej z przegród jest znacznie gorsza od izolacyjności drugiej przegrody, to właściwości akustyczne lepszej przegrody ulegają znacznemu pogorszeniu.

Współczynnik izolacyjności przenoszenia bocznego można zwiększyć, stosując przegrody masywne albo bardzo wiotkie, lub – w przypadku przegród sztywnych i cienkich – dodatkowe układy rezonansowe, w celu zmniejszenia współczynnika promieniowania. Współczynnik tłumienia w miejscach połączeń rozważanej przegrody z innymi można zwiększyć przez wprowadzenie przekładek przeciwdrganiowych w węzłach połączeń przegród.

Na rysunku 2 pokazano schematy rozwiązań pozwalających na znaczne zmniejszenie przenoszenia bocznego przez zastosowanie:

a) przegród bocznych o dostatecznie dużej izolacyjności akustycznej właściwej RW, a więc masywnych lub podwójnych,
b) przegród bocznych o dostatecznie dużej wartości Rw, podwójnych, lecz o małej sztywności,
c) przegród bocznych podwójnych jw., lecz z przegrodą składową o małej sztywności, usytuowaną w kierunku źródła dźwięku,
d) pokrywania masywnych przegród bocznych od strony źródła dźwięku układem izolacyjnym rezonansowym,
e) zdylatowania konstrukcji oraz elastycznego mocowania ścian na obwodzie lub ustawienia ich na przekładkach z materiału sprężystego.

Przenoszenie boczne jest największe w budynkach ze szkieletem metalowym, mniejsze ze szkieletem żelbetowym. Najmniejsze przenoszenie boczne występuje w masywnych budynkach ceglanych.

PROJEKTOWANIE I WYBÓR PRZEGRÓD ZE WZGLĘDU NA ICH WŁASNOŚCI AKUSTYCZNE

Przy projektowaniu izolacji akustycznej pomieszczeń należy wziąć pod uwagę drogi przenikania dźwięków powietrznych i materiałowych w budynku i odpowiednio do wymaganego stopnia izolacyjności zaprojektować konstrukcję budynku i przegrody izolacyjne. Zaprojektowanie przegrody o odpowiednich własnościach akustycznych nie oznacza, że przegroda ta będzie spełniała ustalone wymagania akustyczne. W przypadku gdy przegroda nie jest szczelna pod względem akustycznym, jej własności akustyczne ulegają znacznemu pogorszeniu. W związku z tym szczególnie starannego zaprojektowania pod względem akustycznym wymagają:

– połączenia elementów przegrody między sobą,
– połączenia danej przegrody z przegrodami przyległymi,

Z tego powodu należy unikać projektowania otworów montażowych w elementach żelbetowych, ponieważ może to w znacznym stopniu zmniejszyć izolacyjność przegrody. Jeśli otwory montażowe w ścianie muszą być zastosowane, należy opracować metodę ich wypełniania, gwarantującą całkowitą szczelność pod względem akustycznym. Z tych samych względów przejścia instalacyjne przez przegrody powinny być szczelne.

Bardzo istotne jest zachowanie równowagi między własnościami akustycznymi przylegających do siebie przegród, co wiąże się z przenoszeniem bocznym. Stropy o małej izolacyjności akustycznej powodują automatycznie pogorszenie własności akustycznych ścian, i odwrotnie.

Przy projektowaniu ścian należy zwrócić szczególną uwagę na szczelność przegrody oraz kierować się następującymi zasadami:
– w przypadku gdy ściana składa się z dwóch lub kilku elementów o różnej izolacyjności akustycznej (np. okna, drzwi), o izolacyjności wypadkowej całej przegrody decyduje głównie element o najgorszych własnościach akustycznych,
– jeżeli ściana z oknem lub drzwiami ma wykazywać dobre własności akustyczne, należy w pierwszym rzędzie dążyć do zwiększenia izolacyjności okna lub drzwi. Optymalny pod względem akustycznym przypadek występuje, gdy ściana ma izolacyjność lepszą o 5-8 dB od izolacyjności wmontowanego w nią okna lub drzwi,
– połączenie ściany nośnej ze stropami i ścianami poprzecznymi budynku powinno być opracowane pod względem akustycznym, gdyż wpływa ono w decydujący sposób na izolacyjność akustyczną między pomieszczeniami w poziomie i pionie.

Izolacyjność akustyczna stropu może być znacznie zmniejszona (nawet o 4-5 dB) przez niewłaściwie przeprowadzoną instalację elektryczną, centralnego ogrzewania lub wodno-kanalizacyjną. Dlatego instalacje te należy tak przeprowadzać, aby nie powstawały mostki akustyczne między płytą dociążającą w pływającej podłodze a częścią konstrukcyjną stropu.

Izolację stropu przeciw dźwiękom uderzeniowym stosuje się nie tylko wtedy, gdy należy zwiększyć tłumienie dźwięków uderzeniowych przez dany strop, ale także wtedy, gdy należy ograniczyć przenoszenie boczne dźwięków. Przypadek taki zachodzi np. w budynkach o układzie korytarzowym (hotele, biurowce). W korytarzach powinna być stosowana izolacja akustyczna (podłoga pływająca, lekki układ podłogowy) nie ze względu na potrzebę polepszenia izolacyjności stropu pod korytarzem, lecz w celu ograniczenia przenikania dźwięków uderzeniowych z korytarza do pomieszczeń sąsiadujących z nim (rysunek 3). Z tych samych powodów lokale usługowe usytuowane na parterze lub w suterenach budynków mieszkalnych powinny mieć izolację przeciwdrganiową podłogi (podłogę pływającą).

 

Niewłaściwe wykonanie podłóg pływających, np. łączenie płyty dociskowej takiej podłogi ze ścianami, znacznie zmniejsza izolacyjność stropu, średnio o 4-7 dB. Zmiana materiałów przewidzianych w projekcie na inne prowadzi niejednokrotnie do uzyskania gorszych wyników od zamierzonych, o czym świadczą przykłady użycia niewłaściwego materiału zastępczego na warstwy przeciwdrganiowe.

Na podłogach usytuowanych na gruncie często nie stosuje się podłóg pływających, co nie zawsze jest słuszne. Są one niezbędne w pomieszczeniach ze źródłami drgań oraz w budynkach położonych przy ruchliwych arteriach komunikacyjnych, szczególnie w tym przypadku, gdy jezdnia powiązana jest z budynkiem. Uwzględnienie tego postulatu nie jest trudne, ponieważ na tych podłogach stosowane są układy warstwowe do izolacji cieplnej, które – po niewielkich modyfikacjach – mogą również spełniać zadanie izolacji przeciwdrganiowej.

ZABEZPIECZENIA OD HAŁASÓW URZĄDZEŃ I INSTALACJI W BUDYNKACH

Hałasy od urządzeń i instalacji w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej są tematem licznych skarg i narzekań mieszkańców. Wynika to zarówno z dużej częstotliwości występowania hałasów tej grupy, jak też z faktu pomijania elementarnych zabezpieczeń akustycznych przy projektowaniu i wykonywaniu dużej liczby budynków mieszkalnych wielorodzinnych.

Poziomy hałasów instalacyjnych osiągają maksimum w paśmie 500-3.000 Hz, w którym czułość ucha ludzkiego jest największa. Hałasy instalacyjne są trudne do zwalczania głównie dlatego, że przenikają do pomieszczeń przeważnie za pośrednictwem drgań konstrukcji budynku, pobudzonej przez drgające przewody instalacyjne. W niektórych przypadkach, np. instalacji wentylacyjnej, hałasy przenoszą się do pomieszczeń drogą powietrzną, za pośrednictwem kanałów i kratek wentylacyjnych.

Ochronę przeciwdźwiękową od hałasów instalacyjnych realizuje się równolegle dwiema grupami środków – przez stosowanie zabezpieczeń budowlanych i zabezpieczeń w samych urządzeniach i instalacjach.

Jedną z najważniejszych przyczyn przenikania hałasu do mieszkań jest brak skutecznego fundamentowania i amortyzacji drgań maszyn i urządzeń. W stosunku do maszyn ustawianych na gruncie należy przyjąć jako zasadę konieczność wydzielenia bloku fundamentowego z konstrukcji budynku, oddzielenia go od stropu dylatacją na obwodzie i posadowienia bloku na warstwie piasku o grubości zależnej od ciężaru urządzenia (rysunek 4).

Dylatacja, jeśli nie może pozostać niezapełniona, powinna być wypełniona np. płytą z korka lub kilkoma warstwami miękkiej płyty pilśniowej, albo innymi materiałami sprężystymi, np. gumą. Usytuowanie hałaśliwej maszyny na najniższej kondygnacji ogromnie ułatwia wytłumienie drgań, jeśli uprzednio zastosowano izolowany fundament i amortyzatory drgań. Tym między innymi tłumaczy się to, że dźwigi (windy) z maszynownią usytuowaną w podziemiu są znacznie mniej hałaśliwe, niż dźwigi z maszynownią usytuowaną na górnej kondygnacji.

Tłumienie drgań maszyny ustawionej na fundamencie można osiągnąć przez zastosowanie amortyzatorów z podkładkami sprężystymi, np. gumowymi, i amortyzatorów stalowych.

IZOLACJE AKUSTYCZNE OD HAŁASÓW URZĄDZEŃ WENTYLACYJNYCH

Ochrona przeciwdźwiękowa od hałasów wentylacyjnych obejmuje zmniejszenie poziomu hałasu:
– wypromieniowanego bezpośrednio przez wentylator do maszynowni i pomieszczeń przyległych,
– przenikającego od wentylatora do poszczególnych pomieszczeń przewodami wentylacyjnymi.

Zmniejszenie poziomu hałasu przenikającego do pomieszczenia przewodami wentylacyjnymi może być zrealizowane przez zastosowanie zabezpieczeń akustycznych w sieci przewodów, a przede wszystkim specjalnych tłumików akustycznych lub wyłożenie kanałów wewnątrz materiałem dźwiękochłonnym. Wybór rozwiązań konstrukcyjnych zależy przede wszystkim od charakterystyki akustycznej wentylatora.

Poziom hałasu w kanale zależy od:
– poziomu wejściowego hałasu wentylatora,
– prędkości przepływu strugi,
– charakteru przepływu strugi (laminarny, turbulentny),
– zmiany pola przekroju kanału,
– załamań i zagięć,
– rozgałęzień,
– przekroju i kształtu kratek wlotowych.

Gdy przepływ powietrza jest laminarny, w kanale nie powstają dodatkowe hałasy. Przy turbulentnym przepływie powietrza (liczba Reynoldsa powyżej 3.000) energia ruchu powietrza zostaje przekazana ściankom kanału, co powoduje powstawanie dodatkowych hałasów. Wskutek tego hałas od wentylatora, nawet po przejściu przez wytłumiony odcinek kanału, może niejako regenerować się. Zwiększenie poziomu hałasu może też nastąpić przy turbulentnym przepływie powietrza na ostrych załamaniach kanałów, na przepustnicach itp.

Niekorzystne zjawisko zwiększenia hałasu wynikającego z burzliwego przepływu powietrza w kanałach może być wyeliminowane przez podział na krótkie, 1-2 metrowe odcinki, odizolowane od siebie materiałem przeciwdrganiowym, oraz przez przyjmowanie prędkości przepływu powietrza w kanałach nie większych od: 8 m/s w kanale głównym, 3-5 m/s w odgałęzieniach od kanału głównego, 1-2 m/s przy wlotach i wylotach do pomieszczeń. Przy zachowaniu tych prędkości zwiększenie tłumienia hałasu w kanale powodują również zmiany przekroju, załamania i rozgałęzienia. Orientacyjne wartości tłumienia hałasu w załamaniach przedstawia rysunek 5 (tłumienia spowodowane przez następujące po sobie, jednakowe załamania kanału sumują się). Pamiętać jednak trzeba, że w przypadku przepływu turbulentnego zamiast tłumienia może wystąpić zwiększenie poziomu hałasu. Można temu zapobiec, konstruując załamania o kącie rozwartym lub stosując specjalne kierownice.

Tłumienie prostoliniowego odcinka kanału zależy od powierzchni jego przekroju, konstrukcji, materiału użytego do budowy ścianek, widma hałasu wentylatora i innych czynników. Stosując kanały wykonane z ustrojów dźwiękochłonnych lub pokryte materiałem dźwiękochłonnym można, przy dostatecznie długich odcinkach kanałów, uzyskać potrzebne tłumienie i w ten sposób ograniczyć poziom hałasu w pomieszczeniu do wartości dopuszczalnych.

Poziom hałasów na kratce (lub anemostacie) wpływa na ogólny poziom hałasu w pomieszczeniu. Zmniejszenie poziomu hałasu na kratce może być uzyskane przez:
– zmniejszenie prędkości przepływającego powietrza,
– wybór odpowiednich profili kratek,
– zmniejszenie wymiarów i zwiększenie liczby otworów w kratce,
– najkorzystniejsze usytuowanie kratek w pomieszczeniu.

W przypadku wentylowania kilku pomieszczeń za pomocą jednego kanału, lub w przypadku krótkich odcinków nietłumionych kanałów (krótszych niż 10 m), może wystąpić przesłuch akustyczny polegający na tym, że dźwięki z jednego pomieszczenia przenikają do drugiego, i odwrotnie, poprzez kanały, na skutek zbyt małego tłumienia w kanałach łączących te pomieszczenia. W celu uniknięcia tego zjawiska należy stosować albo dostatecznie długie odcinki wytłumionych kanałów, albo tłumiki akustyczne dzielące odcinki kanałów prowadzących do poszczególnych pomieszczeń.

ZABEZPIECZENIA AKUSTYCZNE INSTALACJI WODOCIĄGOWEJ I KANALIZACYJNEJ

Najlepszym sposobem zabezpieczenia przed turbulentnym przepływem wody jest dobieranie odpowiednich przekrojów przewodów tak, aby prędkość przepływu wody w nich nie przekraczała prędkości krytycznej.

Rury instalacyjne należy prowadzić w ścianach grubych. Mocowanie rur do ścian lub w ścianach przylegających do pomieszczeń ochranianych jest niedopuszczalne. W sytuacji gdy nie jest to możliwe, powinno być starannie odizolowane od konstrukcji za pomocą wibroizolatorów. Przejścia wszelkich rur instalacyjnych przez ściany i stropy powinny być uszczelnione. Szczególnie należy unikać zetknięcia przewodów z konstrukcją stalową lub żelbetową budynku i izolować przewody od konstrukcji (rysunek 6).

Zasada prowadzenia wewnątrz budynku i izolowania przewodów i urządzeń sanitarnych podłączonych do sieci kanalizacyjnej jest taka sama, jak dla instalacji wodociągowej.

Na tym kończymy nie tylko ten artykuł, ale cały nasz cykl traktujący o akustyce i ochronie przeciwhałasowej. Mam nadzieję, że te kilka podstawowych informacji pozwoli Wam spojrzeć nieco szerzej na kwestie dotyczące tego, co jest codziennością tych, których nazywamy akustykami – tymi prawdziwymi akustykami (a nie realizatorami dźwięku).

Piotr Sadłoń

---

Przy tworzeniu artykułu autor korzystał z publikacji „Akustyka architektoniczna” Jerzego Sadowskiego oraz „Podstawy elektroakustyki” Zbigniewa Żyszkowskiego.