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 pojęcie podstawowe
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.
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 16 000 Hz ÷ 20 000 Hz. Dźwięki poniżej 16 Hz do 20 Hz określa się jako infradźwięki, a powyżej 16 000 Hz nazywane są ultradźwiękami.
Moc akustyczna
Całkowita energia akustyczna wypromieniowana przez źródło dźwięku w określonym paśmie częstotliwości w pewnym przedziale czasowym, podzielona przez ten podział.
Poziom mocy akustycznej
Lw=10log W/Wo [dB]
gdzie:
W – moc akustyczna [W],
Wo – moc akustyczna odniesienia [W], Wo = 1pW.
Ciśnienie akustyczne
Wartość skuteczna różnicy pomiędzy chwilową wartością ciśnienia a ciśnieniem statycznym. Wartości graniczne dla ciśnienia akustycznego:
- wartość graniczna dla progu słyszalności po = 2•10-5 Pa (20µPa),
- wartość graniczna dla progu bólu p = 2•101 Pa (20•106 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 [m2]:
A= (S∙α_m)/(1- α_m ) [m^2]
gdzie:
S – całkowita powierzchnia pochłaniania [m2],
αm – średni współczynnik pochłaniania dźwięku.
Dopuszczalne poziomy dźwięku w pomieszczeniach
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 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.
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.
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.
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 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
Poziom hałasu, jaki może przenikać do pomieszczeń w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej określają dwie Polskie Normy:
- PN-87/B-02151.01 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach. Dopuszczalne wartości ogólne i środki techniczne ochrony przed hałasem.
- PN-87/B-02151.02 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach. Dopuszczalne wartości poziomu dźwięku w pomieszczeniach.
Literatura:
1. Poradnik klimatyzacji, Systherm, Poznań, 2010.
2. Duprey B., Zapobieganie hałasom w instalacjach sanitarnych, Arkady, Warszawa, 1978.
3. Gaziński B., Zdrowy dom, Systherm, Poznań, 2014.
4. Hendiger J., Ziętek P., Chludzińska M., Wentylacja i klimatyzacja. Materiały pomocnicze do projektowania, Venture Industries, Warszawa, 2009.
5. Recknagel, Sprenger, Hönmann, Schramek, Ogrzewanie i klimatyzacja – poradnik, EWFE, Gdańsk, 2008.
6. Charkowska A., Hałas w instalacjach wentylacji i klimatyzacji: Definicje, oddziaływanie na człowieka, Chłodnictwo&Klimatyzacja 4/2013.
Opracowanie redakcja, www.klimatyzacja.pl, www.ogrzewnictwo.pl [AJ]
Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą autora.
Foto: Alnor
