Eneria

Partnerzy
Merytoryczni

Izolacyjność akustyczna pływ warstwowych w halach
fot. Unsplash

Izolacyjność akustyczna płyt warstwowych stosowanych w halach

Przy projektowaniu hal jednym z aspektów, który należy wziąć pod uwagę jest poziom hałasu w pomieszczeniach oraz ich akustyka. Hałas w hali powstaje na skutek emisji niepożądanych dźwięków przez wyposażenie techniczne w wyniku jej normalnego użytkowania (tzw. hałas bytowy) oraz przedostaje się ze środowiska zewnętrznego. W przypadku hal, których dach jest wykonany z lekkich przegród, np. płyt warstwowych, istotnym czynnikiem może też być hałas opadów atmosferycznych, np. deszczu. Ponadto należy kontrolować transmisję hałasu z wnętrza hali do jej otoczenia zewnętrznego, która zależy od izolacyjności akustycznej przegród z których jest wykonany budynek. Niniejszy artykuł skupi się na zagadnieniu kontroli hałasu w hali poprzez odpowiednią ocenę i kontrolę transmisji dźwięków niepożądanych z/na zewnątrz, a także pomiędzy pomieszczeniami znajdującymi się wewnątrz hali.

Izolacyjność akustyczna płyt warstwowych – wstęp

Izolacyjność akustyczna przegród (a więc i izolacyjność akustyczna płyt warstwowych) określa zdolność przegrody do ograniczenia przenikania przez nią energii akustycznej. Rozróżnia się dwa rodzaje izolacyjności akustycznej – na dźwięki powietrzne i uderzeniowe. W pierwszym przypadku oznacza to zdolność ograniczenia hałasu, który rozchodzi się w postaci fali akustycznej drogą powietrzną, natomiast drugi dotyczy ograniczenia dźwięków rozchodzących się drogą materiałową, np. w postaci fal mechanicznych poprzez konstrukcję budynku. Niniejszy artykuł skupi na ocenie hałasów rozchodzących się drogą powietrzną.

Izolacyjność akustyczna na dźwięki powietrzne jest określana przez współczynnik przenoszenia τ:
τ = Wo/Wi, gdzie Wi jest energią akustyczną padającą na przegrodę, Wo energią przeniesioną na drugą stronę przegrody. Ze względu na powyższą definicję współczynnik ten zmienia się w zakresie od 0 do 1. W praktyce posługuje się izolacyjnością akustyczną wyrażoną w dB, która jest zdefiniowana jako R = 10log(1/τ). Przykładowo R = 10 dB oznacza, że tylko 1/10 część energii akustycznej padającej na przegrodę przedostaje się na jej drugą stronę. Przyrost izolacyjności o każde kolejne 10 dB oznacza dziesięciokrotne zmniejszenie transmisji hałasu przez przegrodę, a więc R = 20 dB oznacza transmisję tylko 1/100 części energii hałasu do obszaru po drugiej stronie przegrody.

Izolacyjność akustyczna przegród, czyli również izolacyjność akustyczna płyt warstwowych silnie zależy od częstotliwości. Dla większości przegród uzyskuje się niską izolacyjność w zakresie małych i jednocześnie stosunkowo dużą w zakresie dużych częstotliwości. Na rysunku poniżej przedstawiono częstotliwościową charakterystykę izolacyjności akustycznej dwóch przykładowych płyt warstwowych o grubości 10 cm.

Izolacyjność akustyczna płyt warstwowych
Częstotliwościowa charakterystyka izolacyjności akustycznej panelu warstwowego o grubości 10 cm z rdzeniem z wełny (kolor czerwony) i z pianki PIR (kolor niebieski), rys. R. Bolejko

W celu ułatwienia interpretacji parametrów przegród, np. porównania ich pod względem izolacyjności akustycznej, wprowadzono jednoliczbowe, niezależne od częstotliwości, wskaźniki izolacyjności akustycznej. Najczęściej używany parametr Rw, który jest „wskaźnikiem ważonej izolacyjności akustycznej właściwej” [1], wyznacza się poprzez porównanie charakterystyki częstotliwościowej R przegrody z referencyjną krzywą. Dwa dodatkowe współczynniki, tzw. widmowe wskaźniki adaptacyjne C i Ctr [1], służą do ułatwienia oceny przenikania hałasów bytowych i komunikacyjnych przez przegrodę z uwzględnieniem ich zawartości widmowej – częstotliwościowej. Mianowicie wskaźnik C jest stosowany do oceny przegród wewnątrz budynku i określany dla typowych hałasów występujących na skutek normalnego użytkowania pomieszczeń (odgłosy rozmów, grającego radia). Parametr Ctr jest natomiast stosowany do przegród zewnętrznych, elewacyjnych, do oceny przenikania hałasu komunikacyjnego pochodzącego ze środowiska zewnętrznego. W dokumentach normatywnych z kolei najczęściej używa się „wskaźników oceny izolacyjności akustycznej właściwej” RA1 i RA2, które są powiązane z wyżej wymienionymi parametrami w sposób następujący – RA1 = RW+C oraz RA2 = Rw+Ctr.

Podczas oceny lub porównania właściwości akustycznych przegród z wymaganiami normowymi stosuje się zatem wskaźniki RA1 i RA2 określone na podstawie Rw, C i Ctr, które z kolei są wyznaczane w wyniku pomiarów w specjalistycznych laboratoriach badawczych izolacyjności akustycznej R w podstawowym (100–3200 Hz) lub rozszerzonym (50–5000 Hz) zakresie częstotliwości.

Producenci płyt warstwowych na ogół podają wszystkie pięć wskaźników – Rw, C, Ctr, RA1, RA2, ale należy pamiętać, że RA1 i RA2 są uzyskiwane na podstawie Rw, C i Ctr. Wartości wskaźników, zgodnie z zalecaniami normatywnymi, podawane są z dokładnością do 1 B, a metodyka określania powyższych wskaźników jest opisana w normie PN EN ISO 717 1 [1].

Izolacyjność akustyczna płyt warstwowych w zależności od ich rodzaju

Przy budowie hal przemysłowych najczęściej stosuje się płyty warstwowe składające się z dwóch sztywnych okładzin zewnętrznych wykonanych np. z blachy z powłoką ochronną, pomiędzy którymi jest umieszczony lekki materiał o dobrych właściwościach termoizolacyjnych, np. pianka PIR lub wełna mineralna. Ponadto w panelach, nazywanych potocznie akustycznymi, rdzeniem jest płyta z twardej wełny mineralnej, a jedna z okładzin jest wykonana z blachy perforowanej. Płyty o takiej konstrukcji, z zastosowaniem blachy perforowanej, wykazują dobre właściwości dźwiękochłonne od strony z perforacją, co dodatkowo umożliwia obniżenie hałasu pogłosowego w hali. Jest to więc dodatkowa cenna i pożądana cecha akustyczna takiej przegrody.

Izolacyjność akustyczna płyt warstwowych zależy od rodzaju i kolejności warstw, a przede wszystkim od masy powierzchniowej przegrody (masa przypadająca na 1 m²). Przy zastosowaniu pianek poliuretanowych, płyt styropianowych lub podobnych materiałów o małej porowatości i jednocześnie dosyć dużej sztywności mechanicznej, z punktu widzenia transmisji hałasu, płyty takie są opisane za pomocą modelu przegrody podwójnej. Przy czym pod pojęciem przegrody podwójne należy rozumieć konstrukcję, która składa się z twardej sztywnej okładziny, warstwy o znacznie mniejszej sztywności (rdzeniu) oraz twardej i sztywnej drugiej okładziny. Na ogół przegroda podwójna umożliwia uzyskanie znacznie większej izolacyjności akustycznej, niż pojedyncza przy takiej samej sumarycznej masie powierzchniowej. W przegrodach podwójnych niestety występuję niekorzystny rezonans, wynikający z masy okładzin oraz sztywności rdzenia pomiędzy nimi. W przypadku lekkich przegród, jakimi są płyty warstwowe, rezonans ten znacznie obniża ich izolacyjność akustyczną w zakresie średnich częstotliwości (np. w pasmie około 1000 Hz dla płyt pokazanych na rysunku powyżej).

Z tego względu izolacyjność akustyczna płyt warstwowych ze sztywnym rdzeniem jest przede wszystkim określana przez ich masę powierzchniową i stosunkowo w niewielkim stopniu zależy od ich grubości. Dlatego przy określeniu R takich przegród można stosować tzw. akustyczne „prawo masy”, które oznacza, że przy podwojeniu masy przegrody jej izolacyjność rośnie o 6 dB. Na podstawie danych podanych w tabeli poniżej można zauważyć, że lżejsza płyta z rdzeniem PIR ma mniejszą izolacyjność akustyczną (o 2–3 dB), niż płyta z wełną mineralną, którego rdzeń ma większą gęstość – ρPIR ≈ 40 kg/m³, ρwełna ≈ 140 kg/m³.

Izolacyjność akustyczna płyt warstwowych
Parametry akustyczne wybranych paneli/przegród warstwowych, fot. R. Bolejko

Izolacyjność akustyczna płyt warstwowych jest stosunkowo nieduża (znacznie mniejsza od izolacyjności przegród murowanych lub wylewanych), ze względu na małą masę paneli. Dla porównania – 10-centymatrowa przegroda żelbetowa ma izolacyjność ok. RW = 50 dB, a płyta warstwowa w zależności od konstrukcji RW = 25–34 dB. W zasadzie jedynym sposobem zwiększenia izolacyjności akustycznej płyt warstwowych jest wykonanie dodatkowej okładziny z zachowaniem minimum 5 cm odległości od panelu, np. według schematu podanego na rysunku poniżej. Na podstawie danych z tabeli powyżej można zauważyć, że takie rozwiązanie umożliwia uzyskanie izolacyjności akustycznej zbliżonej do ścian ciężkich (przegroda nr 8).

Izolacyjność akustyczna płyt warstwowych
Konstrukcja ściany/dachu hali z zastosowaniem płyty warstwowej lub z wykorzystaniem dodatkowej okładziny, rys. R. Bolejko

Bardzo ciekawym rozwiązaniem są płyty warstwowe skonstruowane z wykorzystaniem rdzenia z wełny mineralnej, w którym jedna z okładzin jest perforowana. Charakteryzują się one na ogół o kilka dB niższą izolacyjnością akustyczną względem konstrukcji bez perforacji, ale jednocześnie wykazują duże właściwości dźwiękochłonne (pozycja 5 i 6 w tabeli). Stosowanie takich rozwiązań umożliwia obniżenia hałasu pogłosowego w hali i zwiększenie zrozumiałości komunikatów słownych podawanych, np. przez system DSO hali.

Podstawowe zasady ochrony przeciwhałasowej hal

Przy projektowaniu ochrony przeciwhałasowej hal należy rozważyć co najmniej dwa przypadki – transmisję hałasu z hali do otoczenia zewnętrznego lub w przeciwnym kierunku oraz przenikania hałasu pomiędzy pomieszczeniami znajdującymi w obrębie hali. Jeżeli jest znany hałas w hali wyrażony za pomocą poziomu dźwięku wyznaczonego z krzywą ważenia A, Lhala,A, to hałas na jej elewacji można oszacować za pomocą równania Lelew,A = Lhala,A–RA2–6 (1). Należy zwrócić uwagę, że przy wykonywaniu takich obliczeń, podczas posługiwania się poziomami dźwięku ważonymi krzywą korekcyjną A, czyli poziomami dźwięku wyrażonymi w dBA, są stosowane wskaźniki oceny hałasu RA, a nie wskaźnik Rw. Możliwość wykorzystanie prostych zależności (1), (2), (3) przy obliczaniu poziomu dźwięku w dBA hałasu w pomieszczeniach jest jednym z powodów wprowadzenie adaptacyjnych wskaźników widmowych C i Ctr, a ostatecznie wskaźników RA.

Jeżeli jest znany hałas na elewacji budynku, a należy wyznaczyć jego poziom wewnątrz hali, to korzysta z zależności Lhala,A = Lelew,A–RA2+6+10lg(Sel/Ahala) (2), gdzie Sel – powierzchnia elewacji hali [m²], Ahala = Shalaαhala – chłonność akustyczna hali [m²], αhala – średni współczynnik pochłaniana powierzchni w hali, Shala – całkowita powierzchnia wewnętrzna hali [m²].

Chłonność akustyczna hali A jest określana na podstawie znajomości właściwości dźwiękochłonnych, a dokładnie współczynnika pochłaniania dźwięku α, wszystkich powierzchni wewnętrznych hali. Na ogół w budynkach przemysłowych podłoga, ściany, sufit są wykonane z „twardych” akustycznie materiałów, takich jak beton, metal czy szkło, w tym panele warstwowe, które wykazują słabe właściwości dźwiękochłonne, a więc chłonność akustyczna w hali jest mała. Na podstawie zależności (2) można zauważyć, że to niekorzystnie wpływa na ochronę przeciwhałasową hali – w budynkach o małej chłonności hałas jest większy niż w halach z elementami dźwiękochłonnymi. Może to być kolejnym powodem, aby np. w konstrukcji dachu budynku stosować „akustyczne” płyty warstwowe, płyty z perforowaną okładziną. Przy projektowaniu współczesnych hal dobrą praktyką jest wykorzystanie co najmniej powierzchni sufitu do zwiększenia jej chłonności akustycznej, co powoduje zmniejszenie pogłosowości obiektu.

W przypadku, gdy ocenia się transmisję hałasu pomiędzy pomieszczeniami, hałas w tzw. pomieszczeniu odbiorczym można określić na podstawie poziomu dźwięku w pomieszczeniu nadawczym z zależności LA,odb = Lnad,A–RA1+10lg(Sp/Aodb) (3), gdzie Sp – powierzchnia wspólnej przegrody pomiędzy pomieszczeniami [m²], Aodb = Sw,odb, α – chłonność akustyczna pomieszczenia odbiorczego [m²], Sw,odp – powierzchnia wewnętrzna pomieszczenia odbiorczego [m²]. W obliczeniach domyślnie jest używany wskaźnik RA1 (nie RA2 jak w przypadku przegród elewacyjnych). Gdy w pomieszczenia nadawczym występuje jednak hałas o dużej zawartości dźwięków niskoczęstotliwościowych należy stosować wskaźnik RA2 także w równaniu (3).

Podane powyżej proste zależności umożliwiają szybką ocenę możliwości zastosowania płyt warstwowych do budowy hal i przegród pomiędzy pomieszczeniami. Jednak w przypadku występowania tzw. szczegółowych rodzajów hałasu – tonalnego, impulsowego lub niskoczęstotliwościowego, ochrona przeciwhałasowa wymaga budowę bardziej zaawansowanych modeli obliczeniowych i stosowanie specjalistycznego oprogramowania.

Wykorzystanie płyt warstwowych do budowy hal znacznie przyśpiesza ich realizację oraz obniża koszty w porównaniu do technologii budynków murowanych i żelbetowych. Należy jednak pamiętać, że izolacyjność akustyczna płyt warstwowych lekkich jest stosunkowo nieduża, co najmniej o 20 dB mniejsza od przegród ciężkich. Mając to na uwadze należy starannie opracować ochronę przeciwhałasową obiektu i tam gdzie jest to konieczne stosować dodatkowe okładziny od strony wewnętrznej hali, o konstrukcji odpowiednio dobranej do hałasu, który podlega ograniczeniu.

Literatura
1. PN EN ISO 717 1:2021-06 Akustyka – Ocena izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Izolacyjność od dźwięków powietrznych, PKN, 2013.

Publikacja artykułu: sierpień 2023 r.

Ocena:

4.6/5 - (8 ocen)

MOŻE CI SIĘ SPODOBAĆ

W POZOSTAŁYCH SERWISACH

logo

Serwis branżowy poświęcony zagadnieniom z branży energetycznej, na które składają się m.in. infrastruktura energetyczna, urządzenia i instalacje energetyczne, OZE czy przepisy prawne.

inwestycje plus

Serwis internetowy poświęcony zagadnieniom z branży budowlano-instalacyjnej, na które składają się m.in. projektowanie, budowa, instalacje, wyposażenie czy przepisy budowlane.