Akustyka ścian wapienno-piaskowych (silikatowych)

Ochrona przed hałasem jest jednym z siedmiu podstawowych wymagań, stawianych budynkom, zawartych w rozporządzeniu Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 305/2011 z dnia 9 marca 2011 r. ustanawiającym zharmonizowane warunki wprowadzenia do obrotu wyrobów budowlanych i uchylającym dyrektywę Rady 89/106/EWG. Wymóg ten jest bezpośrednio zdefiniowany również w krajowych przepisach – ustawa – Prawo budowlane i rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (dalej: WT). Akustyka zyskuje na znaczeniu stopniowo, co jest zrozumiałe ze względu na to, że hałas nie wiąże się bezpośrednio z bezpieczeństwem użytkowania budynku. Izolacyjność akustyczna zdecydowanie wpływa jednak na komfort mieszkania w perspektywie wielu lat. Do prawidłowego zaprojektowania budynku pod kątem jak najlepszej ochrony przed hałasem potrzebna jest znajomość właściwości akustycznych stosowanych rozwiązań konstrukcyjno-materiałowych ścian.

Hałas – rodzaje i źródła

Normy budowlane określają pięć rodzajów hałasu:

– powietrzny, przenikający do pomieszczeń z zewnątrz budynku (zwany także  hałasem zewnętrznym);

– wewnętrzny powietrzny, wytwarzany przez użytkowników innych pomieszczeń budynku (znany jako hałas bytowy);

– wewnętrzny uderzeniowy, wytwarzany przez użytkowników innych pomieszczeń budynku;

– instalacyjny, wytwarzany przez urządzenia stanowiące techniczne wyposażenie budynku (instalacja wodno-kanalizacyjna, węzły cieplne, wentylacja, szyby dźwigowe);

– pogłosowy, powstający w wyniku odbić fal dźwiękowych od przegród ograniczających dane pomieszczenie.

W niniejszym artykule przedstawiona zostanie kwestia hałasu wewnętrznego, czyli bytowego, kiedy niska izolacyjność akustyczna przegrody powoduje, że lokatorzy dwóch odrębnych mieszkań słyszą nawzajem odgłosy swojego codziennego funkcjonowania, stając się mimowolnym uczestnikiem życia sąsiada.

Rys. 1 Drogi przenoszenia dźwięku:  Dd – bezpośrednio przez przegrodę dzielącą pomieszczenia; Df – pośrednio przez przegrodę, węzeł, ścianę boczną; Fd – pośrednio przez ścianę boczną, węzeł, przegrodę; Ff – pośrednio przez ścianę boczną, węzeł (źródło: opracowanie autora na podstawie PN-EN 12354–1:2002)

Zasady ochrony przed hałasem

Istotę zagadnienia ochrony przed hałasem oddaje sformułowanie z WT: Budynki i urządzenia z nimi związane powinny być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby poziom hałasu, na który będą narażeni użytkownicy lub ludzie znajdujący się w ich sąsiedztwie, nie stanowił zagrożenia dla ich zdrowia, a także umożliwiał im pracę, odpoczynek i sen w zadowalających warunkach.

Pojęcie ochrony przed hałasem eksperci definiują także w prostszy sposób jako eliminację hałasu docierającego do użytkownika mieszkania. Osiągnąć to można przez zastosowanie w budynku rozwiązań materiałowych i konstrukcyjnych spełniających wymagania normowe lub podwyższone standardy, jeśli takie oczekiwane są przez inwestora. Przegrody w budynkach powinny więc być zarówno wykonane z odpowiednich materiałów, jak i we właściwy sposób ze sobą powiązane (np. sztywne węzły, połączenia strop–ściana). Zagadnienie ochrony przed hałasem należy rozpatrywać całościowo, w odniesieniu do całego budynku, a nie jedynie pojedynczej przegrody – chociaż warto pamiętać, że jej jakość ma podstawowe znaczenie.

Normy i akty prawne dotyczące akustyki

Standardy w zakresie akustyki wyznaczają Polskie Normy, stanowiące  podstawowe źródło wiedzy z jej zakresu. Nie jest to jednak wiedza pełna, gdyż wpływ hałasu na zdrowie, a zwłaszcza zdrowie psychiczne jest cały czas przedmiotem badań.

Podstawowe normy obowiązujące w polskim budownictwie to:

– PN-B-02151-2:1987 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach. Dopuszczalne wartości poziomu dźwięku w pomieszczeniach.

– PN-B-02151-3:1999 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach – Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach oraz izolacyjność akustyczna elementów – Wymagania.

– PN-88/B-02171 Ocena wpływu drgań na ludzi w budynkach.

– PN-EN 12354-1:2002 Określenie właściwości akustycznych budynków na podstawie właściwości elementów –  Część 1: Izolacyjność od dźwięków powietrznych między pomieszczeniami.

W Polskim Komitecie Normalizacyjnym na ukończeniu są prace nad nowelizacją normy PN-B-02151-3, która dotyczy podstawowego standardu akustycznego. Opracowywany jest też projekt piątej  części tej normy: Budynki mieszkalne o podwyższonym standardzie akustycznym. Norma przewiduje tworzenie klas akustycznych budynków mieszkalnych/mieszkań oraz wymagania akustyczne dla każdej z nich. Nowe wymogi są związane m.in. z izolacyjnością akustyczną przegród wewnętrznych i zewnętrznych (rozszerzenie wymagań zawartych w nowelizowanej PN-B-02151-3). Norma przewiduje również zdefiniowanie metod klasyfikacji akustycznej na podstawie badań kontrolnych, które byłyby przeprowadzane w obiektach.

Izolacyjność akustyczna przegrody – wskaźniki

Przez pojęcie izolacyjności przegrody należy rozumieć odporność na przenikanie dźwięków powietrznych. Parametr ten opisywany jest za pomocą izolacyjności akustycznej właściwej, która stanowi zbiór zmierzonych wartości izolacyjności przy różnych częstotliwościach. Wyniki umieszczane są na krzywej, którą porównuje się z krzywą odniesienia między 100 a 3150 Hz w odstępach 1/3-oktawowych zgodnie z PN-EN ISO 717-1:2013. W praktyce stosuje się jednocyfrowe wskaźniki oceny izolacyjności akustycznej, które odpowiadają wyżej opisanej zależności i stanowią wynik uśredniony. Wskaźnik ten jest korygowany w zależności od rodzaju hałasu

R_W (C, C_tr) [dB]

R_W – wskaźnik ważony izolacyjności akustycznej właściwej przegrody wyznaczony w warunkach laboratoryjnych,

C – widmowy wskaźnik adaptacyjny dla widma płaskiego (np. dla hałasów wewnętrznych bytowych),

C_tr – widmowy wskaźnik adaptacyjny przy przewadze niskich częstotliwości (np. dla hałasów zewnętrznych pochodzących od komunikacji drogowej),

R_A1 –  wskaźnik oceny izolacyjności akustycznej właściwej dla przegrody wewnętrznej:

R_A1 = R_W + C [dB]

R_A2 – wskaźnik oceny izolacyjności akustycznej właściwej dla przegrody zewnętrznej:

R_A2 = R_W + C_tr [dB]

W celu uzyskania projektowych wartości wskaźników, które można porównać z wymaganiami normy PN-B-02151-3, należy przyjmować dane uzyskane podczas badań laboratoryjnych. Zaleca się, aby przy doborze rodzaju przegród budowlanych na podstawie wskaźników uzyskanych w badaniach wzorców tych przegród w projektach były przyjmowane wartości tych wskaźników skorygowane o 2 dB (korekta ta pełni funkcję „akustycznego współczynnika bezpieczeństwa”). Tak uzyskane wyniki są wartościami projektowanymi:

R_A1R = R_A1 – 2 [dB]

R_A2R = R_A2 – 2 [dB]

W warunkach rzeczywistych istnieje wiele dróg przenoszenia dźwięku (rys. 1) między pomieszczeniami. Można wyróżnić przenoszenie bezpośrednie i pośrednie.

Przenoszenie pośrednie drogą materiałową nazywa się przenoszeniem bocznym – odbywa się głównie przez ściany i stropy.Z tego względu oprócz przedstawionej korekty wartości laboratoryjnej wprowadzono dodatkowo wskaźnik oceny przybliżonej izolacyjności akustycznej właściwej R’_A1 lub R’_A2 uwzględniający wpływ przenoszenia bocznego. Zgodnie z zestawieniem, opracowanym przez Instytut Techniki Budowlanej¹, wskaźnik R’_A1 oceny przybliżonej izolacyjności akustycznej właściwej dla konkretnej przegrody wewnętrznej będzie dodatkowo pomniejszony w stopniu zależnym od:

– bocznego przenoszenia dźwięku w budynku między pomieszczeniami rozdzielonymi daną ścianą;

– ewentualnego pośredniego przenoszenia dźwięku (np. nieszczelności lub osłabienia izolacyjności akustycznej  w miejscach połączenia danej ściany z przegrodami bocznymi);

– jakości wykonawstwa (zwłaszcza jakości wykonania tynków);

– uszkodzeń ściany przy mocowaniu do niej przewodów instalacyjnych i innych elementów oraz osadzaniu gniazd elektrycznych;

– niewłaściwego wykonania szczeliny poziomej pod stropem – w przypadku ścian wypełniających.

Ponieważ model obliczeniowy proponowany w normie PN-EN 12354-1:2002 jest złożony, w praktyce stosuje się metodę szacunkową według wzoru zawartego w poradniku ITB nr 406/2005:

R’_A1 = R_A1R – K_a [dB]

Wpływ przenoszenia bocznego K_a dobiera się na podstawie tablic dla masywnych ścian wewnętrznych zamieszczonych w poradniku ITB. Dla danego rozwiązania materiałowo-konstrukcyjnego w tablicach szczegółowo opisano rodzaj ściany zewnętrznej z metodą ocieplenia, ściany bocznej, stropu wraz z ich grubością i długością.

Dla większości rozwiązań konstrukcyjnych z zastosowaniem silikatu poprawka K_a wynosi od 1 do 3 dB.

Optymalnym rozwiązaniem dla przyszłego użytkownika jest wykonanie zarówno ściany oddzielającej, jak i zewnętrznej połączonych sztywnym przewiązaniem murarskim (rys. 2).

Rys. 2 Przewiązanie murarskie (źródło: opracowanie autora)

Wymagana izolacyjność akustyczna – najważniejsze czynniki

Tabela 1 przedstawia wymagania dotyczące izolacyjności akustycznej przegród w budownictwie wielorodzinnym.

Podstawowe wymaganie to minimum 50 dB dla przegrody międzymieszkaniowej.

Tab. 1 Wymagana izolacyjność akustyczna przegród w budownictwie wielorodzinnym wg PN-B-02151-3: 1999

Parametry akustyczne silikatów

Materiały wapienno-piaskowe dzięki swojej dużej gęstości odznaczają się bardzo dobrą izolacyjnością akustyczną. Wyroby silikatowe są więc odpowiednim materiałem do budowy jednowarstwowych przegród ściennych, tzw. masywnych.

W tab. 2 przedstawiono wskaźniki izolacyjności akustycznej właściwej w zależności od grubości ściany. Wartości wskaźników uzyskano na podstawie badania wzorca ściany wybudowanego w warunkach laboratoryjnych.

W tab. 4 przedstawione są przykładowe obliczenia dla dwóch ścian grubości 24 cm i 18 cm i ich parametry w odniesieniu do wymagań izolacyjności akustycznej. W przykładzie poprawkę na przenoszenie boczne przyjęto na poziomie 2 dB. Jak widać, wymaganie normowe R’_A1 ≥ 50 dB jest spełnione w obu przypadkach.  Przy ścianie grubości 24 cm zastosowano element drążony (klasa wytrzymałości 15, kategoria I, klasa gęstości 1,6). Przy ścianie grubości 18 cm zastosowano element pełny bez drążeń (klasa wytrzymałości 25, kategoria I, klasa gęstości 2,0). Rozwiązanie takie spełnia wymaganie, pozostawiając znaczną rezerwę przy ścianie o dużo mniejszej grubości. Typoszereg produkowanych elementów silikatowych pokrywa cały zakres wymagań normowych dla ścian międzymieszkaniowych między wszystkimi pomieszczeniami przyległymi do lokalu, także w obrębie tego samego mieszkania.

Tab. 2 Zestawienie laboratoryjnych współczynników izolacyjności akustycznej właściwej. Ściany z elementów drążonych

Tab. 3 Zestawienie laboratoryjnych współczynników izolacyjności akustycznej właściwej. Ściany z elementów pełnych

Tab. 4 Obliczenie izolacyjności akustycznej dla ściany grubości 18 i 24 cm

Źródło: opracowanie autora

Akustyczne właściwości silikatów – kontekst użytkowy

Silikaty to materiały konstrukcyjne o bardzo dobrych właściwościach akustycznych, które są często wykorzystywane w budownictwie wielo­mieszkaniowym i jednorodzinnym o podwyższonym standardzie akustycznym. W przypadku wyrobów wapienno-piaskowych skuteczna ochrona przed hałasem bytowym została potwierdzona empirycznie. Wyniki badań terenowych izolacyjności akustycznej obustronnie otynkowanych ścian międzymieszkaniowych grubości 18 cm wyniosły od 52 do 53 dB dla ścian konstrukcyjnych oraz od 50 do 51 dB dla ścian wypełniających (wskaźnik R’_A1). Pomiary przeprowadził ITB w październiku i listopadzie 2011 r. w budynkach wielorodzinnych w Poznaniu, Krakowie, Warszawie².

Perspektywy i wyzwania

Pomimo postępu w dziedzinie produkcji materiałów budowlanych i rozwoju technologii wznoszenia budynków ochrona przed hałasem, szczególnie bytowym, nadal pozostaje wyzwaniem dla inżynierów i projektantów. Natomiast dla wielu nabywców zarówno nowych, jak i używanych mieszkań komfort akustyczny często nie jest w pełni satysfakcjonujący. Wydaje się, że konstrukcje budowlane stosowane dzisiaj, a zwłaszcza popularna szkieletowo-żelbetowa, nie poprawiły w sposób zasadniczy komfortu akustycznego w porównaniu z budownictwem z tzw. wielkiej płyty. Z drugiej strony przez ostatnie kilka lat ochrona przed hałasem stała się jednym z ważniejszych obszarów w budownictwie – zarówno w Polsce, jak i na świecie.

W kwestii wymagań dotyczących izolacyjności akustycznej w Polsce przez wiele lat panował status quo. W przypadku innych parametrów dąży się do ich ciągłego polepszania, ponieważ określają to dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady UE – na przykład wymóg dotyczący współczynnika przenikania ciepła U i obowiązkowe sporządzanie świadectw charakterystyki energetycznej. W przypadku akustyki nadal czekamy na pojawienie się podobnego czynnika motywującego. Powodem takiej sytuacji może być brak bezpośredniego przełożenia ekonomicznego – w przeciwieństwie do hałasu użytkowanie energii powoduje określone koszty.

Wymagania akustyczne obowiązujące w Polsce są jednymi z niższych w Europie– dla porównania 57 dB ma Szwajcaria, Austria, 56 dB obowiązuje w Belgii, Francji, 55 dB to wymóg w Estonii, Finlandii, Holandii, na Litwie, w Norwegii Szwecji, natomiast 53 dB w Niemczech i Hiszpanii. Jednym z powodów może być to, że podwyższanie wymogów akustycznych wiąże się z czynnikami ekonomicznymi, chociaż jednocześnie warto pamiętać, że zapewnienie izolacyjności akustycznej na standardowym poziomie nie kosztuje wiele.

Ustanowienie nowej normy, a co z tym się wiąże stworzenie podstaw do klasyfikacji akustycznej budynków na podstawie przeprowadzonych badań, kontrola właściwości akustycznych przegród w standardzie podstawowym i podwyższonym oraz wdrożenie procedur odbioru budynku pod kątem akustyki stanowią punkt wyjścia do podnoszenia polskich wymogów izolacyjności akustycznej. Jak najlepsze standardy w dziedzinie akustyki są bardzo istotne dla producentów bloków wapienno-piaskowych – obecnie silikaty spełniają podwyższone standardy akustyczne przy ścianie o grubości 18 cm.

Dalszy rozwój w dziedzinie akustyki może przynieść korzyści zarówno inżynierom, deweloperom i producentom, jak i mieszkańcom domów wielorodzinnych. 

dr Marek Królikowski

ekspert techniczny Stowarzyszenia Producentów Białych Materiałów Ściennych „Białe murowanie”

¹Zestawienie laboratoryjnych wartości wskaźników izolacyjności akustycznej właściwej ścian z dwustronnym tynkiem (na podstawie raportów z badań wykonanych w akredytowanym Laboratorium Akustycznym ITB: LA/1066/04, LA/1327/2006, LA/1327a/2006, LA/1327b/2006, LA/1327c/2006, LA1504/07, LA1709/09) wersja uaktualniona, październik 2009.

²Badania wykonane przez ITB na ścianach z bloczków Grupy Silikaty.