Często dobre parametry termoizolacyjne nie idą w parze z wysoką dźwiękoizolacyjnością.
Wymagania dotyczące oszczędności energii i izolacyjności cieplnej są obecnie jednym z czynników determinujących rozwiązania projektowe. Powyższe stwierdzenie dotyczy wielu aspektów związanych z projektem. Począwszy od zaplanowania funkcji w przyszłym budynku, poprzez przyjęte rozwiązania dotyczące sposobu realizacji wentylacji, ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej, a skończywszy na doborze przegród zewnętrznych, w tym szczególnie określeniu powierzchni i rodzaju okien, szklenia, systemu izolacji termicznej, tak aby spełnić wymagania dotyczące ograniczenia współczynnika przenikania ciepła i powierzchniowej kondensacji pary wodnej. W świetle powyższych wymagań ochrona przed hałasem jest elementem, który podlega sprawdzeniu na końcowym etapie zatwierdzenia przyjętej koncepcji. Często intuicja projektanta podpowiada mu, że jeżeli budynek spełnia wyśrubowane wymagania cieplne, to spełnienie wymagań akustycznych nie będzie nastręczało trudności. Niestety prawda jest zgoła odmienna.
Rys. 1 Zależność między izolacyjnością akustyczną właściwą wyrażoną wartością wskaźnika RA2 oraz współczynnikiem przenikania ciepła U przykładowych zestawów szybowych [3]
Zależność między izolacyjnością cieplną a akustyczną
W przypadku przegrody zewnętrznej to okno jest najczęściej słabym punktem determinującym parametry dźwiękoizolacyjne fasady jako całości. Analiza dotycząca związku między właściwościami cieplnymi a dźwiękoizolacyjnością szyb zespolonych [3] potwierdza, że w przypadku oferowanych na rynku zestawów szybowych nie występuje jakakolwiek korelacja między izolacyjnością cieplną i akustyczną. Zestawy o słabych parametrach cieplnych (U = 1,1 W/(m2-K)) mogą się charakteryzować bardzo dobrymi parametrami dźwiękoizolacyjnymi (RA2 = 43 dB), jednak występują w tej grupie również zestawy o niskiej izolacyjności akustycznej (RA2 = 27 dB). Podobnie wśród zestawów o dobrej izolacyjności cieplnej (U = 0,7 W/(m2-K)) można znaleźć zestawy o dźwiękoizolacyjności wyrażonej wskaźnikiem oceny izolacyjności akustycznej właściwej w zakresie RA2 = 29-44 dB. Przyczyną powyższego stanu jest fakt, że współczynnik przenikania ciepła U zestawu szybowego zależy w głównej mierze od liczby komór, rodzaju wypełnienia komór (powietrze lub gaz szlachetny) oraz tego czy naniesiona została powłoka niskoemisyjna. Na rys. 1 przedstawiono wyniki dla zestawów jedno- i dwukomorowych. Wszystkie zestawy dwukomorowe w wersji energooszczędnej miały wypełnienie przestrzeni międzyszybowej gazem szlachetnym. Zaznaczono dodatkowo podział rozwiązań zestawów energooszczędnych dwukomorowych w zależności od wielkości ramki rozdzielającej szyby o grubości 4 mm. Żadne z uwzględnionych w analizie rozwiązań oferowanych jako energooszczędne nie uzyskało izolacyjności akustycznej właściwej wyrażonej wartością wskaźnika RA2 wyższej od 30 dB, a jest to wymagane niezbędne minimum dla większości przegród zewnętrznych według znowelizowanej normy zawierającej wymagania w tym zakresie [7].
Rys. 2 Ściana z ociepleniem wykonanym w technologii ETICS
Rys. 3 Ściana tradycyjna warstwowa z pustką powietrzną
Rys. 4 Ściana z ociepleniem w technologii lekkiej suchej
Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku „pełnej” części przegrody. W tym przypadku również dobre parametry termoizolacyjne nie idą w parze z wysoką dźwiękoizolacyjnością. Na podstawie informacji zawartych w artykułach [4] i [6] można stwierdzić, że opór cieplny ścian murowanych wykonanych z lekkich elementów rośnie wraz ze spadkiem izolacyjności akustycznej. Ta zależność jest jeszcze bardziej wyraźna w zakresie ścian o zbliżonej grubości oraz wykonanych z jednego rodzaju materiału (ceramika, ceramika poryzowana i wyroby keramzytowe).
|
Tabl. 1 Wpływ systemu ociepleń ETICS na izolacyjność akustyczną właściwą przegród (na podstawie badań Zakładu Akustyki ITB [5], na podstawie badań Katedry Budownictwa Ogólnego i Fizyki Budowli, Wydziału Budownictwa Pol. Śl. [1])
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Wpływ ocieplenia na izolacyjność akustyczną ściany zewnętrznej
Negatywny wpływ systemu ociepleń ETICS (External Thermal Insulation Composite System) dawniej występującego pod nazwą BSO (bezspoinowy system ocieplenia) na parametry dźwiękoizolacyjne przegrody zewnętrznej jest ogólnie znany [1], [4], [5]. Na rys. 1 przedstawiono schematycznie przekrój przez ścianę zewnętrzną z izolacją cieplną w technologii ETICS.
W tabl. 1 pokazano wyniki badań laboratoryjnych poprawy izolacyjności akustycznej właściwej w odniesieniu do ścian bazowych wykonanych z betonu komórkowego, ceramiki drążonej oraz bloczków silikatowych. Zarówno w przypadku izolacji termicznej w postaci styropianu, jak i wełny lamelowej obserwuje się znaczący spadek izolacyjności akustycznej. Spadek ten jest tym większy, im wyższa jest masa powierzchniowa ściany bazowej. Zmniejszenie negatywnego wpływu systemu ETICS zaobserwowano jedynie podczas badań zmodyfikowanego styropianu pod nazwą EPS PLUS.
Fot. 1 Ściana tradycyjna podczas badań laboratoryjnych [2] (próbka nr 7)
Istnieje jednak alternatywa dla systemu ETICS. Do rozwiązań termoizolacyjnych zwiększających dźwiękoizolacyjność ściany należą systemy wykonane w postaci technologii lekkiej suchej lub ściany z izolacją tradycyjną (ściany trój- warstwowe ze szczeliną powietrzną z warstwą elewacyjną w postaci murowanej ścianki) [1], [2]. Na rys. 2 i 3 pokazano przekrój przez ścianę zewnętrzną z izolacją cieplną wykonaną w technologii tradycyjnej oraz lekkiej suchej. Na fot. 1-3 pokazano natomiast próbki przegród zabudowane w otwór badawczy komór sprzężonych Laboratorium Akustycznego Wydziału Budownictwa Politechniki Śląskiej w celu wyznaczenia parametrów dźwiękoizolacyjnych.
W obu tych technologiach (tradycyjnej oraz lekkiej suchej) zaobserwowano zdecydowany wzrost izolacyjności akustycznej właściwej w całym zakresie częstotliwości, o czym świadczą dodatnie wartości wskaźników ΔRA1 i ΔRA2 zestawione w tabl. 2. Takie wnioski potwierdzają wyniki poprawy izolacyjności akustycznej właściwej AR w funkcji częstotliwości (rys. 5).
Fot. 2 Ściana z ociepleniem w technologii lekkiej suchej podczas badań laboratoryjnych (próbka nr 8)
Tabl. 2 Wpływ systemu ocieplenia alternatywnego do ETICS na izolacyjność akustyczną właściwą przegród na podstawie badań Katedry Budownictwa Ogólnego i Fizyki Budowli, Wydziału Budownictwa Pol. Śl. [2])
Na podstawie szczegółowej analizy wyników stwierdzić należy, że skuteczność poszczególnych rozwiązań różni się między sobą w zasadniczy sposób. Największą poprawę dźwiękoizolacyjności uzyskano dla próbki ściany tradycyjnej. Wartość wskaźnika ΔRA2 (adekwatnego do oceny parametrów dźwiękoizolacyjnych przegrody zewnętrznej) wyniosła dla tego rozwiązania aż 22 dB. W tym miejscu wyjaśnić należy, że subiektywne podwojenie się hałasu odpowiada zmianie poziomu dźwięku o ok. 6 dB. Dla porównania dla systemu ETICS na bazie EPS uzyskano wartość ΔRA2 = -2 dB, co oznacza obniżenie dźwiękoizolacyjności ściany z ociepleniem w stosunku do ściany bez izolacji termicznej. Parametry dźwiękoizolacyjne ściany ocieplonej w technologii lekkiej suchej zależne są od rodzaju użytych materiałów. Wartość wskaźnika ΔRA2 przyjmuje wartości od 15 do 18 dB. Najniższą skutecznością spośród próbek 8-10 charakteryzuje się próbka 8. Przyczyną tego stanu jest najprawdopodobniej niska szczelność warstwy okładzinowej; warstwa licowa składała się bowiem z wielu płyt o stosunkowo niewielkich wymiarach; między płytami pozostawiono celowo szczeliny, zgodnie z technologią wykonania systemu. Potwierdzeniem tej tezy mogą być wyniki poprawy izolacyjności w funkcji częstotliwości przedstawione na rys. 5.
Fot. 3 Ściana z ociepleniem w technologii lekkiej suchej podczas badań laboratoryjnych (próbka nr 9 i 10)
Widoczne jest obniżenie wartości ΔR w stosunku do wyników dla próbki 9 w paśmie wysokich częstotliwości, charakterystyczne dla tego rodzaju sytuacji. Dodatkowo obniżenie występuje, mimo że zastosowana warstwa licowa posiadała wyższą masę powierzchniową niż w przypadku próbki 9. Najwyższą poprawę spośród próbek izolacji cieplnej wykonanej w technologii lekkiej suchej odnotowano dla próbki 10; wzrost ΔR tłumaczyć można zastosowaniem wełny o większej gęstości w stosunku do próbek 8 i 9. Analiza wykresu poprawy izolacyjności akustycznej właściwej ΔR w funkcji częstotliwości jednoznacznie wskazuje na przyczynę niekorzystnego wpływu systemu ETICS wynikającą z przesunięcia częstotliwości rezonansowej w kierunku wartości średnich (dla próbki nr 5 jest to częstotliwość 400 Hz). Jest to związane z zastosowaniem warstwy izolacji termicznej o stosunkowo dużej sztywności oraz warstwy licowej o niewielkiej masie powierzchniowej.
Rys. 5 Poprawa izolacyjności akustycznej właściwej AR w funkcji częstotliwości dla ścian z izolacją cieplną, na podstawie [1] i [2] (oznaczenia przegród 5, 7, 8, 9, 10 wg tabl. 1 i 2)
Podsumowanie
Przypomniane zostały zależności między izolacyjnością akustyczną właściwą wyrażoną wartością wskaźnika RA2 a współczynnikiem przenikania ciepła U szyb zespolonych. Przedstawiono także wyniki badań laboratoryjnych dotyczące poprawy izolacyjności akustycznej właściwej ściany z systemem izolacji ETICS, systemem tradycyjnym, a także systemem izolacji lekkiej suchej. Przedstawiono wykres poprawy izolacyjności akustycznej właściwej w funkcji częstotliwości dla kolejnych pasm 1/3 oktawowych w zakresie od 50 do 5000 Hz. Zaprezentowane wyniki badań potwierdzają negatywny wpływ systemu ETICS na dźwiękoizolacyjność ściany. Jednocześnie na podstawie wyników badań stwierdzić należy pozytywny wpływ ocieplenia wykonanego w systemie tradycyjnym, a także w technologii lekkiej suchej. Na podstawie wyników badań można wnioskować, że rozwój technologii wykonania obiektów zmusza uczestników procesu budowlanego do dokładniejszego zapoznania się z problematyką akustyki budowlanej.
dr inż. Leszek Dulak
Wydział Budownictwa
Literatura
1. L. Dulak, Wpływ ocieplenia na izolacyjność akustyczną ściany zewnętrznej, „Materiały Budowlane” nr 8/2012.
2. L. Dulak, Możliwości poprawy izolacyjności akustycznej budynków, „Izolacje” nr 10/2015.
3. L. Dulak, Izolacyjność akustyczna szyb w kontekście ich parametrów cieplnych, „Materiały Budowlane” nr 8/2016.
4. J. Nurzyński, Thermal insulation system ETICS – is thermal performance in line with the coustics?, Czasopismo Techniczne, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 2012.
5. B. Szudrowicz, Akustyka budowlana. Budownictwo ogólne, t. 2 Fizyka budowli, praca zbiorowa pod kierunkiem prof. dr hab. inż. P Klemma, Arkady, Warszawa 2005.
6. K. Zębala, A. Zastawna-Rumin, A. Kłosak, L. Dulak, Relation between partition thermalresistance and sound insulation single and multilayer walls,Czasopismo Techniczne, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 2012.
7. PN-B-02151-3:2015-10 Akustyka budowlana – Ochrona przed hałasem w budynkach – Część 3: Wymagania dotyczące izolacyjności akustycznej przegród w budynkach i elementów budowlanych.
