Zkoušení akustických vlastností otvorových výplní v laboratoři a in situ

Datum: 4.4.2016  |  Autor: Ing. Pavel Rubáš, Ph.D., Technický a zkušební ústav stavební Praha, s. p.  |  Recenzent: doc. Ing. Jan Kaňka, Ph.D., ČVUT Praha

Autor ve svém příspěvku prezentuje zkušenosti ze zkoušení akustických vlastností otvorových výplní v Technickém a zkušební ústavu stavebním v Praze (TZÚS). Vyhodnocení probíhá podle normy ČSN EN ISO 717-1:2013 a je používán počítačově zpracovaný normalizovaný graf. Zkoušené výplňové konstrukce jsou instalovány ve zkušebním otvoru mezi vysílací a přijímací místností stanoveným technologickým postupem výrobce.

Úvod

Zvuk je spojen s kmitáním částic prostředí a šíří se vlněním, do něhož se prostředí uvede sdílením kmitavého pohybu. Uživatel stavby pociťuje sílu, výšku, délku trvání, informaci zvukem přenášenou i nespecifické účinky působení zvuku po stránce fyziologické a psychické. Ochrana uživatelů budov před nadměrným zvukem (hlukem) je významnou součástí kvality staveb. Důležitou vlastností oken je proto neprůzvučnost, vlastnost konstrukce, která se projevuje ztrátou akustického výkonu při přenosu vzduchem prostřednictvím konstrukce. Obvodové pláště budov jsou ve většině případů složenou konstrukcí, která je tvořena mnoha prvky o rozdílné neprůzvučnosti. Nejméně účinnými prvky složených konstrukcí jsou výplně otvorů – okna a dveře, jejichž akustické vlastnosti rozhodují o neprůzvučnosti obvodového pláště jako celku. Zároveň je známou skutečností, že akustické vlastnosti otvorových výplní nelze snadno predikovat výpočtovými metodami, a tak jediným spolehlivým zdrojem zůstávají měření v laboratořích s potlačeným bočním přenosem zvuku.

Zjišťování neprůzvučnosti otvorových výplní

Laboratorní měření akustických vlastností oken a dveří slouží nejčastěji pro určení typu výrobku (při provádění počátečního určení typu výrobku se vychází z harmonizované technické specifikace, kde je popsáno, které zkoušky provádí notifikovaná osoba, popřípadě které zkoušky provádí výrobce. Počátečním určením typu se ověřuje, zda výrobek vyhovuje harmonizované technické specifikaci. Na základě počátečního určení typu se stanoví ukazatele všech harmonizovaných charakteristik, které mají být výrobcem deklarovány. Počáteční určení typu však není posouzením vhodnosti výrobku k danému použití) podle ČSN EN 14351-1 Okna a dveře – Norma výrobku, funkční vlastnosti – Část 1: Okna a vnější dveře bez vlastností požární odolnosti a/nebo kouřotěsnosti a nařízení Evropského parlamentu a Rady (EU) č. 305/2011 ze dne 9. března 2011, (nařízení o stavebních výrobcích – CPR) se provádí v laboratorních podmínkách bez vedlejších cest šíření zvuku. Zvuková izolace výrobku – otvorové výplně je měřena podle série norem ČSN EN ISO 10140.

U oken se používají rozměry zkušebního otvoru přednostně 1 250 mm × 1 500 mm, jak je pro specificky malý zkušební otvor popsáno v ČSN EN ISO 10140-1 Akustika – Laboratorní měření zvukové izolace stavebních konstrukcí – Část 1: Aplikační pravidla pro určité výrobky. Odchylky od tohoto rozměru mohou být možné na základě posouzení národních stavebních zvyklostí; odchylky v ČR nelze doporučit, jelikož uvedený rozměr je při měření dlouhodobou národní zvyklostí. Vlastní montáž okna do otvoru v laboratoři musí být co nejvíce podobná způsobu užívanému v praxi. Je vhodné docílit, aby ostění mělo na obou stranách okna různou hloubku, přednostně se doporučuje poměr 2 : 1, pokud tento poměr není v rozporu s vlastní konstrukcí okna. Výsledky získané s různými poměry hloubek ostění se mohou lišit.

Mezera mezi oknem a zkušebním otvorem (obvykle 10 mm, jelikož se instaluje vzorek 1 230 × 1 480 mm do otvoru 1 250 × 1 500 mm) by měla být vyplněna pohltivým materiálem (těžkou minerální vlnou) a neprodyšně utěsněna s použitím elastického tmelu z obou stran. Z toho je zřejmé, že řešení připojovací spáry je v laboratorních podmínkách blízké ideálu, a předpokládá se, že touto úpravou bude přenos zvuku mezerou mezi oknem a ostěním dostatečně potlačen. Zde lze identifikovat první faktor vedoucí k rozdílným výsledkům neprůzvučnosti u téhož výrobku použitého na stavbě. Podcenění kvality provedení připojovací spáry může totiž dosaženou neprůzvučnost negativně ovlivnit.

U oken nesmíme opomenout správné nastavení podmínek měření, protože neprůzvučnost určitých konstrukcí s vrstveným (laminovaným) zasklením závisí na teplotě v laboratoři během měření. Teplota obou laboratorních komor se musí nacházet v rozmezí 17 až 23 °C a zkoušená okna musejí být dokonce uložena alespoň 24 hodin při této teplotě. Zajímavou myšlenkou je provádění měření při teplotách blízkých těm, pro které je zkoušený prvek navržen. To by v praxi znamenalo měřit laboratorně s gradientem teploty mezi komorami až 35 °C, což je zatím obtížně představitelné, neboť české laboratoře s potlačeným bočním přenosem zvuku nejsou pro tento účel navrženy. Avšak pro naprostý soulad s očekávanými podmínkami při zabudovaném stavu okna je skutečně řešením pouze optimalizace teploty v místnosti zdroje zvuku na −15 °C při zachování teploty 17 až 23 °C v místnosti příjmu zvuku. Autor článku má zkušenost se situací, kdy velmi kvalitní výrobky typu jednoduchých oken s deklarovanou neprůzvučností Rw > 40 dB „selhaly“ během měření konstrukce in-situ z důvodu provádění stavební zkoušky během záporných venkovních teplot. Tento jev je možné vysvětlit ztrátou pružnosti fólie u vrstvených skel, kdy speciální izolační sklo vlivem záporné teploty přechodně přichází o své schopnosti spojené s přenosem zvuku. Otázkou je, jak ke zmíněnému „selhávání“ přistupovat. Zda je správným postupem stavební měření opakovat za vhodnějších podmínek, nebo naopak tento výsledek pokládat za jediný správný. Chráněná místnost je ve valné většině případů používána i v zimním období a její uživatele může dočasný efekt poklesu zvukové izolace fasády během záporných teplot obtěžovat. Dosud však nebyly publikovány související studie, jež by zkoumaly a hodnotily subjektivní vnímání popsaného jevu uživateli. Názor odborníků v oboru je takový, že stavební konstrukce by měly vyhovovat požadavkům stanoveným v závazných předpisech za všech podmínek, při kterých mohou být užívány.

Dveře mají poněkud odlišné zkušební podmínky, jelikož pro dveře je vždy potřebná plocha zkušebního otvoru menší než 10 m2, ale současně specificky malý zkušební otvor 1 250 × 1 500 mm je pro zkoušky dveří nevhodný, neboť nejde o typický stavební otvor pro instalaci dveří. Zkušební otvor v laboratoři se redukuje na míru konkrétních dveří a musí být uspořádán tak, aby spodní hrana dveří byla blízko podlahy zkušební místnosti, a byly tím napodobeny podmínky na stavbě. Laboratoře mají za tímto účelem obvykle připravenou stěnu pro typický rozměr 900 × 1 970 mm.

K vyhodnocení jednočíselných veličin se používá norma ČSN EN ISO 717-1:2013. Hlavním výsledkem akustické zkoušky otvorové výplně, který se objektivně vztahuje k měřené konstrukci, je vážená laboratorní neprůzvučnost Rw [dB]. Revidovaná verze z roku 2013 přináší jednu důležitou změnu, a to možnost, že veličina Rw [dB] může být pro jednodušší vyjádření akustických požadavků ve stavebních předpisech doplněna o vyhodnocení v krocích po 0,1 dB, což může být použito pro vyjádření nejistot měření.

Popis vlastní zkoušky

Zkoušená výplňová konstrukce je instalována ve zkušebním otvoru mezi vysílací a přijímací místností stanoveným technologickým postupem výrobce. Neprůzvučnost na jednotlivých třetinových pásmech se určí ze vztahu:

vzorec 1 (1)
 

kde je

L1
průměrná hladina akustického tlaku ve vysílací místnosti [dB]
L2
průměrná hladina akustického tlaku v přijímací místnosti [dB]
S
plocha zkoušené dělicí konstrukce [m2]
A
ekvivalentní pohltivá plocha přijímací místnosti [m2].
Určí se ze změřené doby dozvuku podle vztahu:

vzorec 2 (2)
 

V
objem přijímací místnosti [m3]
T
doba dozvuku přijímací místnosti [s].
 

Obr. 1: Ukázka záznamu z měření laboratorní neprůzvučnosti R dolní index w [dB] u okna včetně označení oblasti nepříznivých odchylek – viz šipka
Obr. 1: Ukázka záznamu z měření laboratorní neprůzvučnosti Rw [dB] u okna včetně označení oblasti nepříznivých odchylek – viz šipka

Dále se určují faktory přizpůsobení spektru (C; Ctr), které lze podle typu spektra zdroje hluku v reálných podmínkách přičítat k hodnotě Rw. Hodnota C představuje faktor pro růžový šum vážený funkcí A, který zhruba odpovídá spektru hluku při činnostech v bytě nebo dopravnímu hluku na dálnicích. Faktor Ctr se vztahuje k váženému spektru dopravního hluku v městech a obcích. Uvedené faktory (C; Ctr) se uvádějí současně s veličinou Rw (dB) a platí pro základní kmitočtový rozsah 100 až 3 150 Hz. Jako doplňkové byly dále určeny faktory přizpůsobení spektru pro rozšířený kmitočtový rozsah C100–5000 a Ctr, 100–5000, které jsou vztaženy ke kmitočtovému rozsahu 100 až 500 Hz. Podrobnější popis a způsob použití faktorů je uveden v [1], přílohy A a B. Tyto faktory budou pravděpodobně hrát významnější roli v další generaci vyhodnocovacích metod.

Vyhodnocení probíhá podle již zmíněné normy ČSN EN ISO 717-1:2013 a je použit počítačově či ručně zpracovaný normalizovaný diagram. Jedná se o pravoúhlý diagram, kde je na vodorovné ose stupnice v logaritmickém měřítku, vytvořená ze šestnácti středních kmitočtů pásem 1/3 oktávy, a na svislé ose neprůzvučnost R (viz obr. 1). Zhodnocení neprůzvučnosti, resp. zvukoizolační vlastnosti okna pomocí souboru šestnácti hodnot, je pro běžné použití nepraktické a v podstatě pro uživatele, který hodlá srovnávat několik výrobků na trhu, dokonce nepoužitelné. Proto je podle [1] zavedena metoda stanovení jednočíselné hodnotící veličiny – vážené neprůzvučnosti Rw [dB]. Směrná křivka je dvakrát lomenou čarou, a při hledání vážené hodnoty laboratorní neprůzvučnosti se hledá správná poloha směrné křivky vůči spektru naměřených hodnot neprůzvučnosti. Směrná křivka se pohybuje s krokem 1 dB či 0,1 dB ve svislém směru, přičemž se hodnotí nepříznivé odchylky až do okamžiku, kdy je jejich součet nanejvýš 32 dB. V tom okamžiku je směrná křivka ve správné poloze vůči spektru naměřených hodnot, a na pásmu 500 Hz se na směrné křivce odečítá vážená neprůzvučnost Rw [dB].

Požadavky na okna zabudovaná ve stavbě

Požadavek na váženou neprůzvučnost okna zabudovaného ve stavbě závisí na:

  • absolutní ploše okna,
  • podílu plochy okna a celkové plochy obvodového pláště místnosti,
  • ekvivalentní hladině akustického tlaku před fasádou v noci a přes den,
  • využití místnosti.

Harmonizovaná norma pro okna ČSN EN 14351-1 Okna a dveře – Norma výrobku, funkční vlastnosti – Část 1: Okna a vnější dveře bez vlastností požární odolnosti a/nebo kouřotěsnosti uvádí akustické vlastnosti v souvislosti s označením CE. Označení CE je u výrobků typu oken a vnějších dveří od 1. 2. 2010 povinné. Neprůzvučnost má být stanovena referenční metodou podle série norem ČSN EN ISO 10140 nebo alternativně výpočtem u jednoduchých oken s izolačním sklem, avšak výpočtem stanovená vážená neprůzvučnost nesmí být větší než 39 dB. Výsledná hodnota stavební neprůzvučnosti v zabudovaném stavu je tedy určena plochou, použitým zasklením, počtem těsnění a řešením připojovací spáry. Mezi chyby v návrhu okna patří opomenutí tabulky 1.

Tabulka 1: Extrapolační pravidla pro rozdílné rozměry oken
Rozsah velikosti oknaHodnota zvukové izolace okna
Výsledky laboratorní zkoušky pro zkušební vzorek každé velikostiTabulkové hodnoty
−100 % až +50 % celkové plochy zkušebního vzorkucelková plocha ≤ 2,7 m2Rw a Rw + Ctr
+50 % až +100 % celkové plochy zkušebního vzorku2,7 m2 < celková plocha ≤ 3,6 m2Rw a Rw + Ctr opravené o −1 dB
+100 % až +150 % celkové plochy zkušebního vzorku3,6 m2 < celková plocha ≤ 4,6 m2Rw a Rw + Ctr opravené o −2 dB
> +150 % celkové plochy zkušebního vzorku4,6 m2 < celková plochaRw a Rw + Ctr opravené o −3 dB
Intervaly plochy uvedené pro tabulkové hodnoty jsou identické s intervaly pro výsledky zkoušek s použitím doporučeného zkušebního vzorku rozměru 1,23 × 1,48 m.

Z tabulky 1 je zřejmé, že například u okna s laboratorně změřeným Rw = 32 dB, které má zkušební plochu 1,87 m2, nemůže výrobce deklarovat, že tento výrobek (zasklení, rám atd.) s plochou 4,62 m2, má též vlastnost Rw = 32 dB. Správnou deklarací pro výrobek uvedené plochy je Rw = 29 dB.

Konkrétní požadavky na neprůzvučnost zabudovaných oken stanoví národní norma ČSN 73 0532:2010. Pokud plocha oken zaujímá větší plochu než 50 % celkové plochy obvodové konstrukce v místnosti, je minimální požadavek na váženou laboratorní neprůzvučnost okna Rw [dB] stanoven hodnotou uvedenou v tabulce 2 z ČSN 73 0532. Jestliže plocha oken představuje 35 až 50 % celkové plochy obvodové konstrukce v místnosti, je minimální požadavek na váženou neprůzvučnost okna Rw o 3 dB nižší než hodnota uvedená v tabulce 1. Pro okna zaujímající menší plochu než 35 % celkové plochy obvodové konstrukce v místnosti je požadavek na váženou neprůzvučnost o 5 dB nižší než jednočíselná hodnota uvedená v tabulce 1. Snížené požadavky na neprůzvučnost oken vyplývající z výše uvedených podílů plochy okna na celé ploše obvodové konstrukce v místnosti se uplatňují jen tehdy, jestliže hodnota jednočíselné veličiny neprůzvučnosti plné části obvodového pláště je nejméně o 10 dB vyšší než hodnota vážené neprůzvučnosti okna. Za plochu okna se ve smyslu uvedené normy považuje plocha celého okenního otvoru, tj. okno včetně rámu a připojovací spáry. Celkovou plochou obvodové konstrukce v místnosti se rozumí plocha obvodového pláště včetně oken při pohledu z místnosti.

Požadavky na dveře zabudované ve stavbě

Ve stavbách se setkáváme většinou se společnými stěnami s dveřmi mezi sousedícími prostory, kde se požadavek na stavební neprůzvučnost stěny R’w [dB] vztahuje vždy pouze na plnou část stěny (bez dveří) a během měření na stavbě se vliv dveří potlačuje speciální přídavnou konstrukcí. Současně však platí požadavek na dveře, který norma vyjadřuje laboratorní váženou neprůzvučností Rw [dB]. Zejména v případě bytů, kde je zvoleno dispoziční řešení, kdy vstupní místnost je chráněnou obytnou místností (např. chybí předsíň mezi společnou chodbou a obývacím pokojem), je nutné si uvědomit, že významně narůstá požadavek na laboratorní váženou neprůzvučnost vstupních dveří bytu, tj. 37 dB, ve srovnání se standardně požadovanými 32 dB, které se uplatní v kombinaci společná chodba – předsíň – obývací pokoj. Požadavkem, který může být pro mnohé překvapením, je požadavek na váženou laboratorní neprůzvučnost interiérových dveří ≥ 27 dB, které spojují dvě obytné místnosti v jednom bytě.

Měření výplní otvorů v zabudovaném stavu

Stavební měření výplní otvorů zabudovaných v obálce budovy je samostatnou, poměrně složitou kapitolou. Postupuje se podle měřicích metod uvedených v ČSN EN ISO 140-5 Akustika – Měření zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách – Část 5: Měření vzduchové neprůzvučnosti obvodových plášťů a jejich částí na budovách. Norma popisuje celou řadu měřicích metod, které je možné rozdělit do dvou skupin. První skupinou metod je měření vzduchové neprůzvučnosti prvků obvodových plášťů budov, což jsou metody vhodné právě pro okna a dveře v roli komponent obvodového pláště (metody prvku). Druhou skupinou metod je měření zvukové izolace obvodového pláště jako celku (metody celku). Primární metoda pro prvky používá reproduktor jako umělý zdroj zvuku. Další tři méně přesné metody pro prvky používají dosažitelný dopravní hluk (silniční, železniční, letecký). Pouze metodou „prvek–reproduktor“ je možné určit stavební neprůzvučnost okna či vnějších dveří, která může být za určitých podmínek srovnatelná s hodnotami neprůzvučnosti změřenými v laboratoři podle série norem ISO 10140. Metoda se proto používá tehdy, pokud chceme hodnotit účinnost okna na stavbě ve vztahu k jeho účinnosti v laboratorních podmínkách.

Popis vlastní zkoušky při použití in-situ metody „prvek–reproduktor“

Zkoušená výplňová konstrukce je instalována ve stavebním otvoru mezi venkovním prostorem a chráněným prostorem, přičemž zabudování závisí na kvalitě provedení připojovací spáry. Stavební neprůzvučnost R’45º se použije pro okno či vnější dveře, když je zdrojem zvuku reproduktor a úhel dopadu zvuku je 45°. Určuje se podle vztahu

vzorec 3 (3)
 

kde je

L1,s
průměrná hladina akustického tlaku na povrchu zkoušeného vzorku [dB]
L2
průměrná hladina akustického tlaku v přijímací místnosti [dB]
S
plocha zkoušené dělicí konstrukce [m2]
A
ekvivalentní pohltivá plocha přijímací místnosti [m2]
Určí se ze změřené doby dozvuku analogicky podle rovnice (2).
 

Porovnáním vzorce (1) pro neprůzvučnost v laboratoři a stavební neprůzvučnost in-situ (2) zjistíme podstatný rozdíl. Laboratorní měření pracuje s rozdílem průměrných hladin akustického tlaku mezi vysílací a přijímací místností, kde na obou stranách konstrukce je difúzní zvukové pole, avšak metoda in-situ využívá rozdílu mezi průměrnou hladinou akustického tlaku na povrchu zkoušeného vzorku a průměrnou hladinou akustického tlaku v přijímací místnosti. To je dáno tím, že „vysílací místností“ je nekonečně velký venkovní prostor, s nikoli difúzním, ale s volným zvukovým polem, v jehož podmínkách je hledání jakési průměrné hladiny akustického tlaku nereálné. Z tohoto důvodu se mikrofon kontaktně upevňuje na zkoušený prvek a konstanta −1,5 dB v rovnici (3) je korekcí tohoto způsobu upevnění mikrofonu.

Rovnice (3) vychází z předpokladu, že zvuk na zkoušený prvek dopadá pouze pod úhlem 45° a že zvukové pole v přijímací místnosti je dokonale difuzní.

Kromě stavební neprůzvučnosti R’45º se při hodnocení akustických vlastností otvorových výplní in-situ můžeme vzácněji setkat s veličinami R‘tr,s, R‘rt,s a R’at,s. Jde o metody „prvek – silniční hluk“, „prvek – železniční hluk“ a „prvek – letecký hluk“, Slouží ke stejným účelům jako metoda „prvek–reproduktor“. Jsou využitelné v případech, kdy se metoda primární „prvek–reproduktor“ nemůže použít v praxi. Důvodem může být právě velmi vysoké pozadí z dopravního hluku ve venkovním prostoru. Tyto metody vedou často k rozdílným výsledkům, vykazují obvykle nižší hodnoty neprůzvučnosti než primární metoda s reproduktorem a nejsou vůbec porovnatelné s výsledky laboratorních měření, mohou ale dobře vypovídat o skutečné zátěži uživatelů budovy dopravním hlukem resp. o úrovni jejich ochrany před tímto hlukem vlivem konstrukce okna.

Mezi časté dotazy našich klientů – výrobců oken patří dotaz spojený s obavou, zda není výsledek stavebního měření neprůzvučnosti okna ovlivněn stěnou, jež zkoušený prvek obklopuje. Tento dotaz je logický, neboť výslednou hladinu akustického tlaku v místnosti neovlivňuje pouze okno, ale v určitých případech se může skutečně projevit vliv neprůsvitné části fasády – stěny. K tomu lze provést tuto zkoušku. Měřené okno se pokryje z vnitřní strany minerální vlnou tloušťky 100 mm a opláští se dvojitým sádrokartonovým záklopem. Neprůzvučnost takto vylepšeného okna se změří znovu, a pokud měření prokáže zvýšení neprůzvučnosti vlivem přídavné konstrukce o méně než 6 dB v celém kmitočtovém rozsahu nebo jeho části, potom je přenos zvuku stěnou obklopující vzorek skutečně nepřípustně vysoký. Zároveň v takovém případě není opět možné srovnání s laboratorními zkouškami.

Ideální okno z pohledu stavební akustiky

Výrobce, zvažující při vývoji nového typu stavební akustiku, pracuje obvykle s následujícími parametry:

  1. Obr. 2: Příspěvek vzduchové mezery v rozmezí 0 až 200 mm u konstrukce tvořené dvěma skly každé o tloušťce 4 mm
    Obr. 2: Příspěvek vzduchové mezery v rozmezí 0 až 200 mm u konstrukce tvořené dvěma skly každé o tloušťce 4 mm
    Šířka vzduchové mezery – Pokud konstruujeme jednoduché okno, pak je jeho výplní izolační sklo, obvykle dvojsklo či trojsklo. Menší tloušťky vzduchových mezer používané u izolačních skel (12–16 mm) nejsou z hlediska zvukové izolace vhodné. Za optimální šířku vzduchové mezery se ve stavební akustice považuje interval 50 až 200 mm. V oblasti 50 až 100 mm roste podle teorie vážená neprůzvučnost o 1 dB s každým přidaným 1 cm vzduchové mezery, nad 100 mm do 200 mm je další nárůst již pozvolnější a na základě osobních zkušeností ho lze odhadnout na 0,5 dB s každým dalším přidaným 1 cm vzduchové mezery. V oblasti nad 200 mm je již další progres natolik nevýrazný, že není praktického rozdílu mezi mezerami 30 cm a 40 cm. Z tohoto důvodu jsou v rámci základního požadavku ochrany proti hluku nejvhodnější konstrukcí dvojitá (špaletová) okna, kde je možné docílit mezery mezi okny 10 až 20 cm. Obrázek č. 2 dokumentuje teoretický příspěvek vzduchové mezery v rozmezí 0 až 20 cm u konstrukce tvořené dvěma skly, přičemž každé má tloušťku 4 mm. Na základě výsledků měření v naší laboratoři jsme formulovali empirický vztah (4) pro stanovení neprůzvučnosti v závislosti na vzduchové mezeře v rozmezí 0 až 200 mm u konstrukce tvořené dvěma skly každé o tloušťce 4 mm Prostým dosazením zjistíme, že vzduchová mezera mezi pozicemi zasklení má potenciál zvýšit neprůzvučnost až o 14 dB. Pozornému čtenáři neunikne, že hovoříme o vzduchové mezeře, ačkoliv pro výplně izolačních skel se používají inertní plyny typu argon aj. Vzhledem k téměř identickým objemovým hmotnostem vzduchu a inertních plynů platí rovnice (4) i pro inertní plyny.

    vzorec 4 (4)
     

    kde je
    d
    tloušťka uzavřené vzduchové mezery mezi skly [mm].
     

    V minulosti byl v izolačních sklech využíván též fluorid sírový (hexafluorid síry, někdy označovaný podle vzorce SF6). Tato látka je velice nepolární a patří k plynům s vysokou hustotou, asi 6krát vyšší, než je hustota vzduchu, zároveň je čirá. Na rozdíl od ostatních fluoridů síry není jedovatá, avšak jde o prokázaný významný skleníkový plyn společně s dalšímu fluorouhlovodíky a perfluorouhlovodíky, a tak je jeho průmyslové používání velmi omezené.

  2. Tloušťka skel a vrstvení skel – U jednoduchých konstrukcí, mezi které nesporně patří tabule plaveného skla, platí, že s plošnou hmotností roste zároveň neprůzvučnost. Obecně můžeme podle teorie očekávat nárůst vážené neprůzvučnosti o 6 dB s každým zdvojnásobením plošné hmotnosti resp. tloušťky tabule skla. Při využívání této závislosti rychle narazíme na fyzikální limity, neboť předpokládáme-li u tabule skla o tloušťce 4 mm neprůzvučnost Rw = 23 dB, potom Rw = 47 dB teoreticky odpovídá tabuli skla tlusté 48 mm! Účinnějším nástrojem je proto použití vrstvených skel, kde dochází ke slepení např. dvou 4mm skel pomocí vložené fólie do vrstveného skla typu 44.1 či 44.2, která mají lepší neprůzvučnost než obyčejná tabule skla 8 mm.

  3. Asymetrie v zasklení – Na první pohled může být málo účinným řešením, ale opak je pravdou, viz tabulku 2, ze které je zřejmé, že správným rozložením poměru hmoty v izolačním skle lze dosáhnout zajímavých nárůstů neprůzvučnosti při minimální změně tloušťky zasklení. Izolační trojskla a čtyřskla jsou často chybně považována za správný směr ke zvyšování neprůzvučnosti. Zde je možné konstatovat, že tyto konstrukce nejsou pro dosahování vysokých neprůzvučností perspektivní kvůli výskytu vícenásobných rezonancí ve zvukoizolační oblasti, a tak se svými akustickými vlastnostmi blíží konstrukcím dvojitým, a tak například rozdíl mezi neprůzvučnostmi izolačního dvojskla 4/15/4 a trojskla 4/15/4/15/4 není velký.

    Tabulka 2: Neprůzvučnost Rw u asymetrických izolačních dvojskel, výsledky vycházejí z dlouhodobé zkušenosti laboratoří TZÚS Praha, s.p.
    Složení izolačního skla
    sklo/mezera/sklo [mm]
    Rw [dB]Celková tloušťka [mm]
    4/15/43223
    6/15/43425
    8/12/53625
    10/12/83730
    10/15/63831
  4. Konstrukce rámu a křídla – Logicky se podílí na neprůzvučnosti okna, zejména u oken s vyšší neprůzvučností (> 38 dB). Nelze očekávat automatickou rovnost mezi neprůzvučností zasklení Rw,IGU [dB] a neprůzvučností okna Rw,WIN [dB], viz tabulku 3 a obr. č. 3, závislost je výrazně složitější a může být pouze odhadnuta na základě porovnání realizovaných výsledků měření izolačních skel a oken, viz autorem článku formulovaný empirický vztah s exponenciální závislostí (5). Obecně výhodnější jsou hmotné rámy, což jde zcela proti základnímu požadavku na ochranu tepla. Materiálovým ideálem podle stavební akustiky je tedy ocel či hliníkový rám a křídlo s dutinami, jež jsou zcela vyplněny pískem, nebo okna z těžkých druhů dřev.

    Tabulka 3: Teoretická závislost neprůzvučnosti jednoduchého otvíravého okna na neprůzvučnosti použitého izolačního skla
    Neprůzvučnost izolačního skla Rw,IGU [dB]Neprůzvučnost okna Rw,WIN [dB]
    s konkrétním izolačním sklem
    2730
    2831
    2932
    3033
    3234
    3435
    3636
    3837
    4038
    5146
    Pozn.: Tabulka kombinuje závislosti publikované v ČSN EN 14351-1 a poznatky autora článku

    Obr. 3 Závislost neprůzvučnosti R dolní index w,WIN [dB] jednoduchého okna s dvojitým těsněním na neprůzvučnosti použitého zasklení R dolní index w,IGU [dB]
    Obr. 3 Závislost neprůzvučnosti Rw,WIN [dB] jednoduchého okna s dvojitým těsněním na neprůzvučnosti použitého zasklení Rw,IGU [dB]

    vzorec 5 (5)
     

    kde je
    Rw,IGU
    neprůzvučnost použitého zasklení [dB];
    e
    Eulerovo číslo e = 2,718
     


  5. Těsnění funkční spáry – V praxi je řešeno obvykle dvoustupňově pomocí těsnicích profilů. Zde je rozpor se základním požadavkem na hygienu spočívajícím ve výměně vzduchu při zavřeném okně. Náročnější požadavky na neprůzvučnost oken se proto řeší zatlumenými ventilačními klapkami (štěrbinami) nebo vyloučením otvírání oken, kde rám a křídlo splynou v jeden prvek, do něhož se osadí zasklení. Větrání je pak nutno řešit odděleně od okna např. vzduchotechnikou.

  6. Těsnění připojovací spáry – Zde je vhodné zapomenout na univerzální výplň ve formě PUR pěny a raději přistoupit k laboratornímu řešení, jež spočívá ve vyplnění spáry těžkou minerální vlnou a v oboustranném překrytí tmelem či maltou.

Naprosto špičkovým oknem – výrobkem pro řešení základního požadavku CPR č. 5 ochrana proti hluku se zdá být dvojité okno, jež se skládá ze dvou nezávislých jednoduchých oken bez možnosti otvírání. Rám každého z těchto oken je ocelový s důsledným vyplněním veškerých vnitřních dutin pískem, izolační skla jsou vrstvená s neprůzvučností deklarovanou výrobcem Rw = 50 dB, vnitřním mezera mezi okny je 180 až 200 mm. Příznivě se může projevit i zasklení vnějšího a vnitřního okna v navzájem různoběžných rovinách. U popsaného okna lze očekávat laboratorní neprůzvučnost Rw až na úrovni 55 dB. Na druhou stranu základní řešení fasádní otvorové výplně spočívá v jednoduchém otvíratelném okně s prostým zasklením tabulí 4 mm, kde není zvlášť řešena funkční spára. Tento výrobek se s neprůzvučností Rw [dB] bude pohybovat okolo 23–25 dB. Rozdíl mezi špičkovým výrobkem a primitivním, v podstatě středověkým oknem je 30 dB, což je škála, ve které se při návrhu akustických vlastností oken pohybujeme. Nechtějme od oken neprůzvučnost 60 dB, fyzikálně to není možné, nechtějme od nich ani 50 dB, ačkoliv se to zdá konstrukčně uskutečnitelné. Zmíněné okno s neprůzvučností 55 dB potlačuje kvůli ochraně proti hluku ostatní základní požadavky, které jsou na něj kladené. Ale hlavně si takové okno nemůžeme otevřít, abychom se na jaře s chutí nadechli čerstvého vzduchu.

Závěr

Všechna okna a vnější dveře označené značkou CE mají zaručený volný pohyb po celé Evropské unii jako zboží a je možné je bez dalších obchodních překážek prodávat na jednotném evropském trhu. Uvádění akustických vlastností není pro obchod nutnou podmínkou, výrobce může akustické vlastnosti označit jako NPD (vlastnost nestanovena). Stejná situace však neplatí při navrhování staveb a zabudování výrobků do staveb. Zde již nejsou předpisy, obvykle stavební zákony a stavební řády, harmonizovány. V každém členském státě EU mohou být řádově odlišné úrovně požadavků na neprůzvučnost zabudovaných otvorových výplní. V našich podmínkách musíme pro návrh oken a vnějších dveří důsledně používat ČSN 73 0532:2010 Akustika – Ochrana proti hluku v budovách a souvisící akustické vlastnosti stavebních výrobků – Požadavky a zejména přílohy normy ČSN EN 14351-1 Okna a dveře – Norma výrobku, funkční vlastnosti – Část 1: Okna a vnější dveře bez vlastností požární odolnosti a/nebo kouřotěsnosti. V požadavkové normě na stavební akustiku nalezne projektant pro konkrétní navrhovanou stavbu kritérium – minimální požadavek na neprůzvučnost okna či dveří, a navrhne pro stavbu vhodnou otvorovou výplň i s ohledem na její akustické vlastnosti. Investor dle návrhu projektanta vybere na trhu okno či dveře se známou laboratorní vzduchovou neprůzvučností, které mají vlastnost ideálně ověřenou v akreditované laboratoři, a kruh se celkem rozumně uzavírá.

Literatura

  • [1] ČSN EN ISO 717-1. Akustika – Hodnocení zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách – Část 1: Vzduchová neprůzvučnost.
  • [2] ČSN EN 14351-1. Okna a dveře – Norma výrobku, funkční vlastnosti – Část 1: Okna a vnější dveře bez vlastností požární odolnosti a/nebo kouřotěsnosti.
  • [3] ČSN EN ISO 140-5. Akustika – Měření zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách – Část 5: Měření vzduchové neprůzvučnosti obvodových plášťů a jejich částí na budovách.
  • [4] ČECHURA, J. Stavební fyzika 1: Akustika stavebních konstrukcí. Praha: Nakladatelství ČVUT, 1999. ISBN 80-01-01593-9.
  • [5] BERÁNEK, L. Snižování hluku. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1965.
 
English Synopsis
Sound insulation acoustic tests in laboratory in situ

Windows and door designed for noise reduction can be measured by two methods: laboratory airborne sound insulation (EN ISO 10140) and in-situ airborne sound insulation (EN ISO 104-5). The in-situ method mandates for averaging results of measurements taken in surface of tested samples for specific angles of incidence. Furthermore, the article presents some original formulas which could be applied for Rw improvement if the door or window does not reach a minimum requirements or if there are specific requirements for noise reduction. During the measurement of in-situ airborne sound insulation on installed doors or windows, the result can be contaminated by some specific factors like geometry, sizes etc., compromising the compatibility with the laboratory results. It has been noticed how these practical problems, jointly with the acoustical design in the presented formulas, can significantly increase the laboratory values of the product. Results of in situ tests are discussed in comparison with results obtained through a traditional tests performed in the lab.

 

Hodnotit:  

Datum: 4.4.2016
Autor: Ing. Pavel Rubáš, Ph.D., Technický a zkušební ústav stavební Praha, s. p.   všechny články autora
Recenzent: doc. Ing. Jan Kaňka, Ph.D., ČVUT Praha



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Blogger  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (žádný příspěvek, přidat nový)


 
 

Aktuální články na ESTAV.czVinyl – materiál pro podlahoviny. Jak se vyrábí a recykluje?Jak vybrat a správně instalovat filtraci k bazénuRekonstrukce okálu s použitím technologie Activ´Air®Vzorové sestavy pro využívání dešťové vody v domácnosti a na zahradě – III.