Izolacyjność akustyczna i związane z nią wymagania dotyczące budynków

Artykuł stanowi próbę uszeregowania podstawowych informacji dotyczących izolacyjności akustycznej w budynku. Głównym celem autora było przedstawienie wymagań wynikających z ustawy – Prawo budowlane [1], rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [3] oraz uwzględnienie ostatnich zmian w tym zakresie wprowadzonych nowelizacją trzeciego arkusza normy PN-B-02151 [6].

Izolacyjność akustyczna

Ze względu na sposób powstawania i rozprzestrzeniania się dźwięku zagadnienia dotyczące izolacyjności akustycznej można podzielić na dwie grupy [6]:

– izolacyjność od dźwięków powietrznych – odporność przegrody na przenoszenie dźwięków powietrznych, którą możemy wyrazić za pomocą wskaźników R_A,1,R, R'_A,1, D_nT,A1, R'_A,2, D_nT,A2;

– izolacyjność od dźwięków uderzeniowych – odporność przegrody na przenoszenie dźwięków uderzeniowych, którą możemy wyrazić za pomocą wskaźnika L_n,w,R, L_n,w.

Podział ten pokazano na rysunku.

Rys. Schematyczne przedstawienie podziału stosowanego przy analizie izolacyjności akustycznej przegród w budynku z punktu widzenia wymagań normowych [6]

Parametry dźwiękoizolacyjne przegród wyznaczone w laboratorium dotyczą sytuacji, w której jedyną drogą przenoszenia dźwięku jest droga bezpośrednia (przez przegrodę rozdzielającą pomieszczenia): RA1, RA2, Lnw. Wynika to z faktu, że pomiary realizowane są w sprzężonych komorach akustycznych, które oddylatowane są od siebie nawzajem oraz od reszty budynku. W praktyce w budynkach oprócz drogi bezpośredniej występują drogi pośrednie przenoszenia dźwięku. W takim przypadku mówimy o izolacyjności akustycznej przybliżonej: R'_A,1, D_nT,A1, R'_A,2, D_nT,A2, L'_n,w. W celu wyznaczenia rzeczywistych parametrów dźwiękoizolacyjnych między pomieszczeniami konieczne jest wykonanie badań terenowych [10], [11], [12]. Jeżeli chcemy uzyskać informacje dotyczące tych wskaźników na etapie projektu, konieczne jest ich określenie w sposób obliczeniowy. W przypadku przegród wewnętrznych w celu określenia wskaźników dotyczących dźwiękoizolacyjności między pomieszczeniami (izolacyjności od dźwięków powietrznych i uderzeniowych) w budynku obliczenia przeprowadzić można za pomocą algorytmów podanych w normach [7], [8]. Możliwe jest również ich wyznaczenie w sposób szacunkowy za pomocą metodyki określonej w instrukcji ITB 406/2005 [16]. W przypadku przegród zewnętrznych zazwyczaj mówimy wyłącznie o izolacyjności od dźwięków powietrznych. Wyjątek może stanowić taras, z którego dźwięki uderzeniowe mogą przenikać do pomieszczeń budynku. Dla większości przypadków dotyczących dźwięków powietrznych przenikających przez przegrody zewnętrzne udział przenoszenia bocznego można pominąć [9]. Aby zachować jednak margines bezpieczeństwa w przypadku sztywnych elementów z betonu lub cegły połączonych z przegrodami wewnątrz budynku (stropy, ściany), wystarcza uwzględnienie przenoszenia bocznego poprzez obniżenie izolacyjności akustycznej przegrody zewnętrznej o 2 dB. W przypadku obliczeń jak wyżej zalecane jest posługiwanie się parametrami dźwiękoizolacyjny- mi przegród wyznaczonymi w badaniach laboratoryjnych. Dla wielu materiałów parametry te w postaci wskaźników jednoliczbowych odczytać można z tablic załączonych do instrukcji ITB [14], [15]. Część producentów, wychodząc naprzeciw potrzebom projektantów, stara się umieszczać w swoich materiałach informacyjnych wyniki badań laboratoryjnych. W przypadku braku danych pomiarowych dla ścian wykonanych z żelbetu, betonu zwykłego i betonu komórkowego dopuszcza się korzystanie ze wzorów empirycznych „prawa masy” [14] przedstawionych niżej.

Wartości wskaźników oceny izolacyjności akustycznej właściwej dla ścian z betonu zwykłego o gęstości

2200-2400 kg/m³ i m'>100 kg/m²:

R_A,1,R = 30,9 • logm'-26,1       dB     (1)

R_A,2,R = 30,9 • logm'-29,6    dB    (2)

Wartości wskaźników oceny izola cyjności akustycznej właściwej dla ścian z betonu komórkowego odmiany o gęstości 300-700 kg/m³ i m' = 40-70 kg/m²:

R_A,1,R = 17,9 • logm'+ 4,4    dB     (3)

R_A,2,R = 10,5 • logm'+15    dB    (4)

Wartości wskaźników oceny izolacyjności akustycznej właściwej dla ścian z betonu komórkowego odmiany 300-700 i m' = 71-250 kg/m²:

R_A,1,R = 25,5 • logm'-9,1   dB   (5)

R_A,2,R = 25,5 • logm'-12,6    dB   (6)

gdzie: m' – masa powierzchniowa przegrody w kg/m².

Dla ścian murowanych z bloków wapienno-piaskowych norma PN-EN-12354-1 [7] podaje zależność pozwalającą w sposób rozsądnie bezpieczny oszacować wartość projektową wskaźnika oceny izolacyjności akustycznej właściwej R_A1R dla ścian, w których objętość otworów nie przekracza 15% objętości całkowitej. Porównując jednak wartości obliczone zgodnie z normą [7] z wyznaczonymi w laboratorium stwierdzić należy, że określanie wartości wskaźnika R_A,1,R w ten sposób prowadzi do znaczącego niedoszacowania jego wartości, nawet o 8 dB. Poniżej przedstawiono porównanie wartości wskaźnika R_A,1,R oszacowanego za pomocą wzoru (1) opracowanego przez Zakład Akustyki ITB dla ścian z betonu zwykłego. Powyższe porównanie wskazuje, że oszacowane za jego pomocą wartości w lepszym stopniu odzwierciedlają rzeczywiste (wyznaczone w laboratorium) własności dźwiękoizolacyjne ścian wykonanych z bloków wapienno-piaskowych. Należy w tym miejscu wyraźnie zaznaczyć, że stosowanie wzoru (1) w praktyce projektowej dla ścian z bloczków silikatowych nie jest zalecane, a najlepszym sposobem określenia wartości wskaźnika R_A,1,R jest skorzystanie z wyników badań laboratoryjnych, które są dostępne dla znakomitej większości produktów z tej grupy, oferowanych na krajowym rynku [13].

Tabl. 1 Porównanie wartości wskaźnika R_A1R dla ścian z bloków wapienno-piaskowych uzyskane na drodze pomiarów laboratoryjnych oraz na podstawie wzorów (1) [13]

Wymagania

Konieczność uwzględnienia ochrony akustycznej w projekcie wynika bezpośrednio z przepisów Prawa budowlanego. Ustawa – Prawo budowlane [1] w art. 5 ust. 1 stanowi, że Obiekt budowlany jako całość oraz jego poszczególne części, wraz ze związanymi z nim urządzeniami budowlanymi należy, biorąc pod uwagę przewidywany okres użytkowania, projektować i budować w sposób określony w przepisach, w tym techniczno-budowlanych, oraz zgodnie z zasadami wiedzy technicznej, zapewniając:

1) spełnienie podstawowych wymagań dotyczących obiektów budowlanych określonych w załączniku I do rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) Nr 305/2011 z dnia 9 marca 2011 r ustanawiającego zharmonizowane warunki wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych i uchylającego dyrektywę Rady 89/106/EWG (Dz Urz. UE L 88 z 04.04.2011, str. 5, z późn. zm.), dotyczących:

a) nośności i stateczności konstrukcji,

b) bezpieczeństwa pożarowego,

c) higieny, zdrowia i środowiska,

d) bezpieczeństwa użytkowania i dostępności obiektów,

e) ochrony przed hałasem (wyróżnienie autora),

f) oszczędności energii i izolacyjności cieplnej,

g)  zrównoważonego wykorzystania zasobów naturalnych.

Rozporządzenie [3], wraz z rozporządzeniami zmieniającymi, w dziale IX poświęconym ochronie przed hałasem i drganiami w § 323 stwierdza: budynek i urządzenia z nim 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. Zgodnie z § 323 rozporządzenia pomieszczenia w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej należy chronić przed hałasem:

– zewnętrznym przenikającym do pomieszczenia spoza budynku;

– pochodzącym od instalacji i urządzeń stanowiących techniczne wyposażenie budynku;

– powietrznym i uderzeniowym, wytwarzanym przez użytkowników innych mieszkań, lokali użytkowych lub pomieszczeń o różnych wymaganiach użytkowych;

– pogłosowym, powstającym w wyniku odbić fal dźwiękowych od przegród ograniczających dane pomieszczenie.

To samo rozporządzenie [3] w dalszej części, w § 326 ust. 2, określa, dla jakich elementów i przegród w budynku należy stosować wymagania dotyczące izolacyjności akustycznej:

1) ścian zewnętrznych, stropodachów, ścian wewnętrznych, okien w przegrodach zewnętrznych i wewnętrznych oraz drzwi w przegrodach wewnętrznych – od dźwięków powietrznych;

2) stropów i podłóg – od dźwięków powietrznych i uderzeniowych;

3) podestów i biegów klatek schodowych w obrębie lokali mieszkalnych – od dźwięków uderzeniowych.

Załącznik 1 do rozporządzenia [3] zawiera wykaz Polskich Norm powołanych w zakresie ochrony przed hałasem i drganiami. Normy te i wymagania w nich zawarte z racji zacytowania w rozporządzeniu należy traktować jako nieodzowne w celu spełnienia ustawowych wymagań. Spis norm powołany w rozporządzeniu nie obejmuje najnowszych zmian w powyższym zakresie. W zakresie izolacyjności akustycznej przywołana jest norma PN-B-02151-3 [5], podczas gdy w październiku 2015 r. norma PN-B-02151-3:2015-10 [6] zastąpiła wersję z 1999 r. Z tego powodu w dalszej części opracowania jako wymagania normowe w zakresie izolacyjności akustycznej przywołane będą wymagania zawarte w aktualnej normie PN-B-02151- 3:2015-10 [6]. W najbliższym czasie spodziewana jest nowelizacja Warunków Technicznych i tym samym aktualizacja załącznika 1.

W tabl. 1 przedstawiono, zaczerpnięte z normy [6], najistotniejsze z punktu widzenia tematyki opracowania nazwy i symbole związane z wymaganiami w zakresie izolacyjności akustycznej. Należy zwrócić uwagę, że w przypadku stropów i ścian w obrębie mieszkania wymagania dotyczą wartości projektowego wskaźnika oceny (R_A,1,R, L_n,w,R) w przeciwieństwie do pozostałych przegród, dla których należy określić wartość wskaźnika oceny przybliżonej (R'_A,1, R'_A,2, D_nT,A1, D_nT,A2, L'_n,w), a więc wartość uwzględniającą przenoszenie pośrednie dźwięku. Nieprzekroczenie wartości granicznych wskaźników (kolumna 4, tabl. 1) podanych w normie oznacza spełnienie wymagań w zakresie izolacyjności akustycznej.

Sposób przedstawienia wymagań dotyczących izolacyjności akustycznej przez normę PN-B-02151-3:2015-10 [6] różny jest dla przegród wewnętrznych i zewnętrznych. W przypadku przegród wewnętrznych wymagania przedstawiono w postaci tablic zawierających minimalne wartości wskaźników oceny izolacyjności od dźwięków powietrznych oraz maksymalne wartości wskaźnika ważonego znormalizowanego poziomu uderzeniowego. Wymagania należy przyjmować adekwatnie do rodzaju rozpatrywanego budynku, rodzaju przegrody lub elementu (ściany, stropu, drzwi) oraz funkcji pomieszczeń rozdzielonych przegrodą. W normie przedstawiono wymagania dotyczące dźwiękoizolacyjności przegród wewnętrznych w budynkach mieszkalnych oraz zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Zestawienie budynków, dla których ustanowiono wymagania, przedstawiono w tabl. 2.

Tabl. 2 Wskaźniki charakteryzujące izolacyjność akustyczną stropów w budynku, w dB [6

Dla przegród zewnętrznych, zgodnie z normą [6], wymagania projektant musi ustalić indywidualnie za pomocą wzoru (7)

R’_A,2  = L_A,zew – L_A,wew + 10lg(S/A) + 3, dB    (7)

gdzie:

L_A,zew – miarodajny poziom hałasu na zewnątrz danej przegrody zewnętrznej, wartość zaokrąglona do pełnej liczby decybeli,

L_A,wew – poziom odniesienia do obliczania izolacyjności akustycznej przegrody zewnętrznej na podstawie tablicy normy [dB],

S – pole rzutu powierzchni przegrody zewnętrznej na płaszczyznę fasady lub dachu widzianej od strony pomieszczenia [m²],

A – chłonność akustyczna pomieszczenia w oktawowym paśmie o częstotliwości f = 500 Hz bez wyposażenia pomieszczenia i obecności użytkowników [m²],

3 – poprawka [dB].

Niezależnie od wyniku obliczeń izolacyjność akustyczna przegrody zewnętrznej nie może być mniejsza od wartości poniżej [6]:

– R'_A,2 = 25 dB – hole i pomieszczenia recepcji w hotelach, korytarze i pomieszczenia rekreacyjne w szkołach, sale konsumpcyjne kawiarni i restauracji, sale wystawowe oraz pomieszczenia do zajęć sportowych i inne pomieszczenia o podobnym przeznaczeniu;

– R'_A,2 = 30 dB – pozostałe pomieszczenia.

Wyznaczenie miarodajnego poziomu hałasu L_A,zew związane jest z koniecznością wykonania obliczeń, ponieważ wartość ta dotyczy jednego roku i dla tak długiego okresu pomiar hałasu z oczywistych względów nie jest racjonalny. Pomiar hałasu pozostaje oczywiście nadal bardzo pożądanym narzędziem służącym do kalibracji modelu obliczeniowego. Istnieje również możliwość wyznaczenia wartości L na podstawie map akustycznych. W tym przypadku jednak należy uwzględnić możliwą zmianę wartości poziomu hałasu na wysokości rozpatrywanej elewacji w stosunku do wysokości 4 m nad poziomem terenu, dla której sporządza się mapy hałasu. Obiektywnie stwierdzić należy, że określenie wartości miarodajnego poziomu hałasu na zewnątrz przegrody zewnętrznej wymaga zaangażowania odpowiednich sił i środków oraz nie może się odbyć bez koniecznego w tym zakresie doświadczenia.

Tabl. 3 Rodzaje grup budynków, dla których ustanowiono wymagania dotyczące dźwiękoizolacyjności [6]

Podsumowanie

W artykule przypomniano podstawowe informacje z zakresu izolacyjności akustycznej dotyczące teorii oraz wymagań. Przypomniano również wzory umożliwiające określenie projektowych wskaźników oceny izolacyjności akustycznej właściwej, w przypadku kiedy brak jest wartości wyznaczonych na drodze pomiarów laboratoryjnych.

dr inż. Leszek Dulak

Katedra Budownictwa Ogólnego i Fizyki Budowli

Wydział Budownictwa

Politechnika Śląska

Literatura

1. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. – Prawo budowlane (Dz.U. Nr 49, poz. 414 z późn. zm.).

2. Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. – Prawo ochrony środowiska (Dz.U. Nr 62, poz. 627 z późn. zm.).

3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. Nr 75, poz. 690 z późn. zm.).

4. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 305/2011 z dnia 9 marca 2011 r. ustanawiające zharmonizowane warunki wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych i uchylające dyrektywę Rady 89/106/EWG.

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

6. 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.

7. PN-EN 12354-1:2002 Akustyka budowlana. Określenie właściwości akustycznych budynków na podstawie właściwości elementów. Izolacyjność od dźwięków powietrznych pomiędzy pomieszczeniami.

8. PN-EN 12354-2:2002 Akustyka budowlana – określenie właściwości akustycznych budynków na podstawie właściwości elementów. Izolacyjność od dźwięków uderzeniowych między pomieszczeniami.

9. PN-EN 12354-3:2003 Akustyka budowlana – Określanie właściwości akustycznych budynków na podstawie właściwości elementów – Część 3: Izolacyjność od dźwięków powietrznych przenikających z zewnątrz.

10. PN-EN ISO 140-4:2000 Akustyka – Pomiar izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Pomiary terenowe izolacyjności od dźwięków powietrznych między pomieszczeniami.

11. PN-EN ISO 140-5:1999 Akustyka – Pomiar izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Pomiary terenowe izolacyjności akustycznej od dźwięków powietrznych ściany zewnętrznej i jej elementów.

12. PN-EN ISO 140-7:2000 Akustyka – Pomiar izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Pomiary terenowe izolacyjności od dźwięków uderzeniowych stropów.

13. L. Dulak, Izolacyjność od dźwięków powietrznych i dźwięków uderzeniowych, Regulacje prawne, obliczenia i rozwiązania konstrukcyjne na przykładzie ścian z silikatów, Stowarzyszenie Producentów Białych Materiałów Ściennych „Białe Murowanie”, Warszawa 2016 (patrz str. 81 „IB”).

14. B. Szudrowicz, B. Żuchowicz-Wodnikowska, P Tomczyk, Właściwości dźwiękoizolacyjne przegród budowlanych i ich elementów, „Instrukcje, wytyczne, poradniki” nr 369, ITB, Warszawa 2002.

15. B. Szudrowicz, P. Tomczyk, Właściwości dźwiękoizolacyjne ścian, dachów, okien i drzwi oraz nawiewników powietrza zewnętrznego, „Instrukcje, wytyczne, poradniki” nr 448, ITB, Warszawa 2009.

16. B. Szudrowicz, Metody obliczania izolacyjności akustycznej między pomieszczeniami w budynku według PN- EN 12354-1:2002 i PN-EN 12354- -2:2002, „Instrukcje, wytyczne, poradniki” nr 406, ITB, Warszawa 2005.