Minimalizacja hałasu z instalacji wentylacyjnych i klimatyzacyjnych w obiektach użyteczności publicznej

Hałas to są wszystkie niepożądane, nieprzyjemne, dokuczliwe, uciążliwe lub szkodliwe dźwięki oddziałujące za pośrednictwem powietrza na narząd słuchu i inne zmysły oraz elementy organizmu człowieka [14].

Ze względu na miejsce powstawania hałasu w budynku można wyróżnić hałas instalacyjny, będący skutkiem użytkowania instalacji: w największym stopniu – wodnej i kanalizacyjnej, w umiarkowanym – wentylacyjnej i klimatyzacyjnej, w mniejszym stopniu – grzewczej, elektrycznej i gazowej.

Hałas jako element kompleksowej oceny jakości środowiska wewnętrznego został ujęty w normie PN-EN 15251 [15]. A zatem pełna charakterystyka mikroklimatu wewnętrznego to nie tylko typowe parametry powietrza, ale także pojawiający się w nim hałas spowodowany pracą m.in. instalacji wentylacyjnych lub klimatyzacyjnych.

Źródła hałasu w instalacjach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych

Każdy element instalacji wentylacyjnej, w różnym stopniu, może być jednocześnie zarówno źródłem hałasu, jak i elementem, na którym zachodzi zjawisko naturalnego tłumienia docierających do niego dźwięków [5].

Jednak najważniejszym źródłem hałasu, pochodzenia mechanicznego i aerodynamicznego, jest wentylator. Pierwszy z nich jest wywołany drganiami mechanicznymi elementów konstrukcyjnych, pobudzanych do drgań przez ruch obrotowy koła wirnikowego, źle wyważonym wirnikiem, uszkodzonymi łożyskami, wadliwymi połączeniami elementów, a drugi – związany z zaburzeniami podczas przepływu powietrza przez wentylator spowodowanymi turbulencją przepływu oraz z przerywaniem strumienia przez jedną lub kilka przeszkód, takich jak łopatki ruchome wirnika lub łopatki stałe wieńca kierownic, znajdujących się w strumieniu powietrza [2].

Poza hałasem wywołanym pracą wentylatora w instalacjach pojawia się hałas:

• w przewodach i nawiewnikach spowodowany zmianą prędkości przepływu powietrza i powstania zawirowań na ostrych krawędziach i w narożnikach, jak również w miejscach zmiany kierunku przepływu powietrza, trójnikach, nagłych zmianach przekroju przewodu, wszędzie tam, gdzie powietrze przepływa z prędkością większą od 7 m/s;
• jako skutek drgań własnych ścianek przewodów podczas przepływu powietrza;
• podczas przepływu powietrza przez regulatory, przepustnice, klapy przeciwpożarowe, zwłaszcza w dużym stopniu zamknięte.

Dodatkowo hałas może też być skutkiem niewłaściwie zawieszonego przewodu wentylacyjnego lub np. źle zaizolowanego akustycznie mocowania wentylatorów.

© Tim – Fotolia.com

Metody ograniczania hałasu

Lokalizacja maszynowni wentylacyjnej i wentylatorów

Na etapie projektowania ważne jest przestrzeganie podstawowych wymagań wskazanych w [13], polegających na właściwej lokalizacji maszynowni w stosunku do pomieszczeń przeznaczonych na stały pobyt ludzi. Może ona znajdować się w bezpośrednim sąsiedztwie pod warunkiem zastosowania rozwiązań konstrukcyjno-materiałowych, zapewniających ochronę sąsiednich pomieszczeń przed uciążliwym oddziaływaniem wentylatorów. W przypadku wentylatorów ściennych należy pamiętać, że ze względu na ich lokalizację bezpośrednio w pomieszczeniu (np. w oknie lub w ścianie zewnętrznej) zawsze będą uciążliwe dla ludzi. Także posadowienie wentylatorów dachowych w pobliżu okien może powodować dyskomfort u użytkowników obiektu.

Wentylatory

Hałas wytwarzany przez wentylator wynika z jego wielkości, liczby obrotów wirnika, kształtu i liczby łopatek, sposobu posadowienia. Sposób wygięcia łopatek decyduje o kierunku i prędkości powietrza oraz o kierunku i wektorze jego prędkości względem obracającej się łopatki. Wentylatory promieniowe z łopatkami wygiętymi do tyłu charakteryzują się mniejszym natężeniem dźwięku w pobliżu optymalnej sprawności w porównaniu z wentylatorami z łopatkami wygiętymi do przodu [11]. Sposób zamocowania wentylatorów powinien zabezpieczać przed przenoszeniem ich drgań na konstrukcję budynku (przez stosowanie fundamentów, płyt amortyzacyjnych, amortyzatorów sprężynowych, amortyzatorów gumowych itp.) [17]. W maszynowni ograniczenie przenoszenia hałasu i drgań uzyskać można przez zastosowanie pływającej podłogi oraz sufitu podwieszanego z warstwą skalnej wełny tłumiącej dźwięki [8]. Prawidłowe podłączenie wentylatora do sieci przewodów ograniczy przenoszenia drgań na dalsze części sieci przewodów.

Pozostałe zalecenia ([1], [3], [11], [17]) są następujące:

• Amortyzatory należy tak rozmieszczać, aby środek ciężkości wentylatora znajdował się w połowie odległości między amortyzatorami.
• Elastyczne króćce przyłączeniowe (łączniki elastyczne) wstawione między wentylatorem (centralą) a pierwszym elementem sieci przewodów powinny mieć długość 100-250 mm.
• Podczas montażu wentylatora należy zapewnić pionowe lub poziome (zależnie od konstrukcji) ustawienie wirnika oraz równoległe ustawienie osi wirnika wentylatora i osi silnika.
• Zaleca się odpowiednie wyważenie wirników, dobre łożyskowanie oraz zastosowanie obudów tłumiących hałas.
• Hałas wywołany pracą silników elektrycznych zależy od ich budowy; obecnie zdecydowanie najlepsze parametry akustyczne osiągają wentylatory z silnikami EC (komutowanymi elektronicznie), które charakteryzują się cichą pracą w pełnym zakresie obrotów i zdecydowanie najszerszym zakresem regulacji.

Cichą pracę centrali, poza cichym wentylatorem, zapewnia także niska prędkość wylotowa powietrza z wentylatorów (niskie ciśnienie dynamiczne), umieszczenie go w obudowie o dobrych właściwościach tłumiących i niskich prędkościach przepływu [23].

W przypadku umieszczenia na dachu central wentylacyjnych, klimatyzacyjnych i urządzeń chłodniczych należy stosować antywibracyjne stopy dachowe. Konstrukcja stopy dachowej pozwala na rozłożenie ciężaru elementu na większą płaszczyznę dachu, eliminując niebezpieczeństwo przerwania konstrukcji dachu i stropu, a ich wykonanie ze związków kauczuku dodatkowo ogranicza przenoszenia drgań. Ponadto pod stopy dachowe i urządzenia stosuje się maty antywibracyjne redukujące wibracje i hałas oraz chroniące podłoże przed uszkodzeniami mechanicznymi [18].

Aby uzyskać możliwie cichą pracę wentylatora, zaleca się dobrać wentylator tak, aby punkt pracy na jego charakterystyce znajdował się w pobliżu jego maksymalnej sprawności (najmniejsze wartości poziomu mocy akustycznej). Ważne jest także skorzystanie z pochodzących od producenta rozbudowanych informacji dotyczących pracy wentylatora, zawierających poziom mocy akustycznej w pobliżu króćca tłocznego i ssawnego, danych o emisji hałasu przez obudowę, z podziałem na poszczególne pasma częstotliwości oktawowych [5].

Wentylatory kanałowe izolowane akustycznie

Dobierając wentylatory kanałowe, należałoby rozważyć umiejscowienie ich (zarówno wentylatorów nawiewnych, jak i wywiewnych) w skrzynce izolowanej akustycznie wełną mineralną. Trzeba jednak zwrócić uwagę na ograniczenia stosowania tych wentylatorów. Nie stosuje się wentylatorów kanałowych w środowiskach agresywnych chemicznie oraz zagrożonych wybuchem, jak również w instalacjach oddymiania, przeciwpożarowych, spalinowych. Nie zaleca się ich używania w instalacjach zanieczyszczonych cząstkami stałymi, pyłami i odpadami technologicznymi [20].

Prędkość powietrza w instalacji

Pochodzące z instalacji wentylacyjnej nieprzyjemne dla ucha szumy mogą powstać podczas przepływu powietrza przez przewody. Aby to zjawisko ograniczyć, przy projektowaniu należy przede wszystkim zachować odpowiednie zalecane prędkości przepływu powietrza [11], [12]: od najniższych w pobliżu nawiewników i wywiewników, poprzez umiarkowane w pozostałych przewodach prowadzonych przez użytkowane pomieszczenia, do najwyższych w maszynowni. Istotna jest także prędkość powietrza opuszczającego wentylator. Zalecane wartości przedstawiono w tab. 1 i 2.

Elementy instalacji nie muszą być wyłącznie źródłem hałasu. W odniesieniu do przepływu powietrza przez przewody i kształtki wentylacyjne stosuje się pojęcie tłumienia naturalnego: zachodzącego samoistnie w tych elementach zjawiska zamiany energii akustycznej na ciepło.

Jest to uwzględniane podczas wykonywania obliczeń akustycznych instalacji, a w konsekwencji – doboru tłumika hałasu. Zewnętrzna izolacja akustyczna przewodów

Izolacja akustyczna przewodów służy do ograniczenia niepożądanego przenikania dźwięków przenoszonych w przewodzie przez powietrze na zewnątrz. Stosuje się niepalne maty ze skalnej wełny mineralnej z jednostronną okładziną z folii aluminiowej, która zabezpiecza dodatkowo przed wykropleniem się pary wodnej na zewnętrznych ściankach kanału [8]. Mata służy jednocześnie jako izolacja termiczna, akustyczna i przeciwkondensacyjna.

Czerpnie i wyrzutnie tłumiące

W celu ograniczenia hałasu przenoszonego do środowiska zewnętrznego można zastosować czerpnie i wyrzutnie tłumiące. Ich elementy – lamele – wypełnione są materiałem absorbującym hałas i są pokryte perforowaną blachą dla zwiększenia efektywności tłumienia [22]. Mają one zastosowanie wszędzie tam, gdzie nie ma miejsca na proste odcinki kanałów przed czerpnią lub wyrzutnią lub w przypadku lokalizacji blisko miejsca przebywania ludzi.

Nawiewniki powietrza

Z jednej strony nawiewnik redukuje hałas docierający do pomieszczenia z sieci przewodów wentylacyjnych. Z drugiej strony sam nawiewnik może być źródłem niepożądanego dźwięku. Prawidłowe zamontowanie nawiewnika przy wyrównanym profilu prędkości powietrza przed urządzeniem prowadzi do ograniczenia problemów z wytwarzaniem hałasu.

W celu zmniejszenia ciśnienia powietrza i redukcji prędkości powietrza przed jego wypływem z nawiewnika do pomieszczenia stosuje się skrzynki rozprężne. Dodatkowo się zaleca, aby wnętrze skrzynki było wyłożone materiałem o właściwościach akustycznych lub aby było wykonane z materiałów pochłaniających dźwięk [12]. Może to być mata kauczukowa, która oprócz funkcji izolacji termicznej stosowana jest również jako wkładka akustyczna do skrzynek rozprężnych nawiewników [18]. Wykładzina we wnętrzu skrzynki zwiększa tłumienie dźwięku docierającego od strony instalacji i powoduje zmniejszenie poziomu mocy akustycznej samego nawiewnika.

Regulatory przepływu i przepustnice regulacyjne

Regulatory przepływu znajdują się zwykle w pobliżu nawiewników lub wywiewników, w pomieszczeniu lub tuż przed nim. Emitowany przez nie hałas można ograniczyć przez izolację akustyczną ich zewnętrznej obudowy. Redukcję szumów powietrznych w przewodzie wentylacyjnym mogą obniżać wbudowane tłumiki, stosowane w niektórych konstrukcjach regulatorów VAV [5].

W celu zminimalizowania szumów pojawiających się podczas przepływu powietrza przez przepustnice regulacyjne stosowane są przepustnice z tłumikiem akustycznym (a właściwie przepustnice tłumiki) wykonanym z miękkiej, elastycznej pianki poliuretanowej o otwartej strukturze komórkowej oraz wysokiej gęstości i o bardzo dużej zdolności tłumienia. Aby uzyskać większe tłumienie akustyczne, można zastosować kilka przepustnic z zachowaniem wymaganej minimalnej odległości między nimi (co najmniej 250 mm w przewodzie nawiewnym oraz 150 mm w przewodzie wywiewnym) [7], [19].

Przewody z kulisami tłumiącymi

Aerodynamiczne kulisy tłumiące montowane są w prostych, pionowych lub poziomych odcinkach przewodów wentylacyjnych, tak aby wypełniały cały jego przekrój. Charakteryzują się wysoką skutecznością tłumienia przy bardzo małych stratach ciśnienia powietrza w instalacji, co wpływa na niższe koszty eksploatacyjne instalacji. Dobrze tłumią hałas w całym paśmie słyszalnym, również w bardzo odczuwalnych i uciążliwych dla użytkownika pasmach niskich częstotliwościach, które są często trudne do wytłumienia [22].

Tłumiki akustyczne

W technice wentylacyjnej najczęściej się stosuje tłumiki absorpcyjne. Wykonane są przede wszystkim z porowatego materiału, w którym następuje zamiana energii akustycznej w cieplną [8]. Wewnątrz tłumików akustycznych znajdują się ekrany dźwiękochłonne. Zdolność do absorpcji dźwięku zależy od ich grubości, szerokości szczeliny między ekranami oraz prędkości przepływu powietrza (zbyt duża powoduje szumy przepływowe).

Ze względu na lokalizację rozróżnia się:

• tłumiki kanałowe,
• sekcje tłumienia w centralach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych.

Tłumiki w instalacjach instaluje się w pobliżu źródeł znacznego hałasu, przede wszystkim wentylatorów. Jeżeli tłumienie jest niewystarczające, stosuje się tłumiki wtórne umieszczane np. bezpośrednio przed nawiewnikiem (wywiewnikiem) powietrza [9]. Jednak montowanie tłumików kulisowych przed elementami nawiewnymi może niekiedy dać odwrotny skutek.

W takich przypadkach lepsze mogą być tłumiki o dużym przekroju wewnętrznym i raczej niewyposażone w kulisy [5].

W maszynowni tłumiki kanałowe należy montować w przewodach wentylacyjnych jak najbliżej przegrody akustycznej (ściana, strop), oddzielającej maszynownię od sąsiedniego pomieszczenia. Odcinek przewodu między tłumikiem a przegrodą powinien być zaizolowany akustycznie. Sieć przewodów wentylacyjnych należy połączyć z tłumikiem za pomocą łagodnych kształtek przejściowych (zwężek) [17].

W zależności od kształtu przewodu wentylacyjnego można wybrać tłumiki o przekroju prostokątnym lub okrągłym, ponadto dostępne są tłumiki elastyczne (elastyczne przewody tłumiące). Wykonane są wewnątrz z profilowanej blachy aluminiowej o grubości 0,12 mm, izolacji tłumiącej o grubości 30 mm, a na zewnątrz z podwójnej, trudno zapalnej powłoki z folii polietylenowej grubości 0,10 mm. Są łatwe w montażu i dlatego znajdują zastosowanie m.in. w ciasnych pomieszczeniach i przestrzeniach podsufitowych (gdzie montaż normalnych tłumików jest niemożliwy) oraz jako elastyczne połączenie instalacji z nawiewnikiem, skrzynkami rozprężno-regulacyjnymi lub regulacyjno-pomiarowymi [21].

Jako sekcja tłumienia w centralach stosowane są tłumiki kulisowe. Zbudowane są z ułożonych równolegle obok siebie kulis (płyt – ekranów) z materiałem pochłaniającym. Całość złożona jest w jeden moduł, umożliwiający połączenie dwóch stron tłumika z instalacją wentylacyjną. Mały tłumik zbyt ciasno obsadzony ekranami tłumiącymi powoduje wzrost oporów przepływu powietrza. Ponadto zbyt duża prędkość przepływu powietrza przez tłumik jest przyczyną powstawania tzw. szumów przepływowych. Zalecane prędkości przepływu powietrza na wlocie do tłumika wynoszą od 3 do 5 m/s.

Małe prędkości przepływu powietrza zmniejszają ryzyko powstawania szumów przepływowych. Kulisy o dużej grubości powodują wzrost prędkości powietrza,a tym samym zwiększenie szumów przepływu, które mogą czasami osiągać relatywnie duże wartości [5], a wówczas szumy własne tłumika obniżają efektywną skuteczność tłumienia.

W [16] zauważono, że tłumików nie należy sytuować bezpośrednio za chłodnicami powietrza osuszającymi powietrze i nawilżaczami (zagrożenie rozwoju drobnoustrojów na zawilgoconej powierzchni tłumika) oraz zapewnić minimalną odległość do innych zainstalowanych elementów równą 1 x (napływ) lub 1,5 x (wypływ) maksymalnej grubości płyty tłumiącej.

Sieć przewodów należy łączyć z tłumikiem za pomocą kształtek przejściowych, zapewniających w największym możliwym stopniu jednorodny przepływ powietrza.

W przypadku sekcji tłumienia zlokalizowanej w centrali w [16] dodatkowo zalecono, aby:

• Płyty tłumiące wykonać jako odejmowalne i składające się z odpornego na ścierania materiału, bezpiecznego ze względów zdrowotnych oraz nieuwalniającego żadnych włókien w czasie eksploatacji,
• Wlot tłumika był wyposażony w stożkowe osłony płyt tłumiących, zmniejszające spadek ciśnienia.

dr inz. Anna Charkowska

Bibliografia

1. D. Błocka, Ochrona przed hałasem. Obliczenia akustyczne przy doborze wentylatorów, „Rynek Instalacyjny” nr 4/2013.
2. A. Charkowska, Hałas w instalacjach wentylacji i klimatyzacji, „Chłodnictwo i Klimatyzacja” nr 12/2013.
3. Co robić z hałasującą wentylacją mechaniczną?, www.vinsar.pl.
4. Heating, ventilation and air conditioning systems – design and dimensions, Fan – Noise Power Generated, www.engineeringtoolbox.com.
5. J. Hendiger, Akustyka instalacji wentylacyjnej, czyli co szumi, co tłumi?, „Instalreporter” nr 4/2013.
6. J. Hendiger, P. Ziętek, W. Chludzińska, Wentylacja i klimatyzacja, Materiały pomocnicze do projektowania, Venture Industries, Warszawa 2016.
7. http://www.airtradecentre.com/.
8. Izolacja akustyczna kanałów wentylacyjnych, www.rockwool.pl/produkty.
9. K. Kaiser, Tłumiki akustyczne w instalacjach wentylacyjnych, „Rynek Instalacyjny” nr 12/2009.
10. K. Kaiser, A. Wolski, Hałas i zanieczyszczenia w wentylacji pomieszczeń, IPPU MASTA, Gdańsk 2011.
11. M. Malicki, Wentylacja i klimatyzacja, PWN, Warszawa 1980.
12. S. Mencel, Hałas w instalacjach wentylacyjnych, „Magazyn Instalatora”, 2012.
13. Obwieszczenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, Dz.U. z 2015 r. poz. 1422.
14. PN-B-02153:2002P Akustyka budowlana – Terminologia, symbole literowe i jednostki.
15. PN-EN 15251:2012P Parametry wejściowe środowiska wewnętrznego dotyczące projektowania i oceny charakterystyki energetycznej budynków, obejmujące jakość powietrza wewnętrznego, środowisko cieplne, oświetlenie i akustykę.
16. S. Pykacz , Warunki techniczne wykonania i odbioru robót budowlanych, Część E: Roboty instalacyjne sanitarne, Zeszyt 2: Instalacje wentylacyjne i klimatyzacyjne, Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa, 2017
17. S. Pykacz, E. Buczyńska-Tytz, Warunki techniczne wykonania i odbioru instalacji wentylacyjnych. Wymagania techniczne, COBRTI Instal, zeszyt 5, Warszawa 2002.
18. Tłumiki akustyczne w instalacjach wentylacyjnych, www.alnor.pl.
19. www.jeven.pl/.
20. www.lindab.com.pl.
21. www.swegon.com.
22. www.ventia.pl.
23. www.vtsgroup.pl.