ISOVER ROOF ACOUSTIC akusticky pohltivé střechy na perforovaném trapézovém plechu. Studie průmyslové haly
Vysokou míru hluku v nákupních centrech, výrobních halách a dalších halových objektů je možno jednoduše, levně a velmi účinně snížit pomocí lehké střešní konstrukce s perforovanými trapézovými plechy v systémovém řešení ISOVER ROOF ACOUSTIC.
Tyto konstrukce dokáží velmi účinně pohlcovat zvukovou energii a pro halové novostavby se budou nepochybně používat stále častěji. O kolik dB nám projektová změna střešní konstrukce z plnostěnného TR plechu za verzi s perforovaným TR plechem sníží hlukové zatížení průmyslové haly, se pokusí kvantifikovat tento příspěvek.
Obrázek 1: Titulní strana posudku ČVUT UCCEB s názvem Akustika hal se střešními perforovanými trapézovými plechy v systémových skladbách ISOVER ROOF ACOUSTIC (ke stažení v pdf).
Úvod
Tento příspěvek je věcnou částí akustické studie zpracované Ing. Jiřím Nováčkem, Ph.D. na Universitním centru energeticky efektivních budov ČVUT (ČVUT UCEEB) s názvem Akustika hal se střešními perforovanými trapézovými plechy v systémových skladbách ISOVER ROOF ACOUSTIC.
Předmětem tohoto příspěvku je výpočtové stanovení vlivu systémových perforovaných trapézových plechů Isover ve skladbě střech na prostorovou akustiku průmyslových halových objektů, zejména na zkrácení doby dozvuku a snížení hladiny akustického tlaku z provozu zdrojů hluku. K tomuto účelu byl vytvořen akustický model „typické“ jednolodní haly s ocelovou nosnou konstrukcí a lehkým opláštěním. Akustické výpočty byly provedeny ve specializovaném softwaru ODEON Combined verze 14 a doplněny predikcemi dle běžně používaných výpočtových metod.
| Grafické schéma | Skladba | Jednočíselné hodnoty zvukové pohltivosti |
|---|---|---|
 |
Hydroizolační fólie tl. 1,5 mm Isover MW horní vrstva tl. 60 mm Isover MW spodní vrstva tl. 2×120 mm PE fólie 0,2 mm Výplně TR plechu z MW Geotextilie Perforovaný trapézový plech TR 150/280/0,75 mm |
λw = 0,70 (LM) NRC = 0,85 SAA = 0,85 |
 |
Hydroizolační fólie tl. 1,5 mm Isover MW horní vrstva tl. 60 mm Isover MW spodní vrstva tl. 120 mm PE fólie 0,2 mm Perforovaný trapézový plech TR 150/280/0,75 mm |
λw = 0,40 (LM) NRC = 0,70 SAA = 0,71 |
 |
Hydroizolační fólie tl. 1,5 mm Isover MW horní vrstva tl. 60 mm Isover MW spodní vrstva (podélné vlákno) tl. 120 mm PE fólie 0,2 mm Plný trapézový plech TR 150/280/0,75 mm |
λw = 0,15 (LM) NRC = 0,30 SAA = 0,28 |
 |
Hydroizolační fólie tl. 1,5 mm Skelný vlies 120 g/m2 Isover EPS tl. 120 mm Isover MW spodní vrstva tl. 2×30 mm PE fólie 0,2 mm Výplně TR plechu z MW Geotextilie Perforovaný trapézový plech TR 150/280/0,75 mm |
λw = 0,70 (LM) NRC = 0,85 SAA = 0,86 |
Tabulka 1: Výsledky zkoušek zvukové pohltivosti okazují výrazné rozdíly mezi plochými střechami s perforovaným a plnostěnným TR plechem.
Obrázek 2: Detail akusticky pohltivé střechy s perforovaným TR plechem ISOVER ROOF ACOUSTIC.
Objemové a tvarové řešení vzorové haly
Nejprve byl vytvořen trojrozměrný model haly, který byl následně importován do softwaru ODEON. Hala je navržena jako jednolodní, s obdélníkovým půdorysem (15 × 36 m) a sedlovou střechou. Výška haly je 7,5 m u okapu a 8,5 m ve hřebeni. Nosnou konstrukci haly tvoří ocelové rámy svařované z profilů tvaru I v osové vzdálenosti 6 m. Stěny haly tvoří sendvičové panely s tepelněizolačním jádrem a opláštěním z ocelového plechu (typ Kingspan).
Skladba střechy byla namodelována ve variantách:
- plný trapézový plech TR 150/280/0,75, PE fólie 0,2 mm, Isover T tl. 120 mm, Isover S tl. 60 mm, fólie SIKAPLAN tl. 1,5 mm,
- perforovaný trapézový plech TR 150/280/0,75, geotextilie, výplně TR plechu z MW Fassil, PE fólie 0,2 mm, Isover T tl. 120 mm, Isover S tl. 60 mm, fólie SIKAPLAN tl. 1,5 mm,
Skladby střechy se navzájem liší především spodními vrstvami orientovanými do prostoru haly. V první variantě byl trapézový plech plný, ve druhé perforovaný a vyplněný klíny z minerálních vláken. Podlaha haly je betonová. V obou delších stěnách jsou umístěna okna o rozměrech 1,5 × 5 m (celkem 12 oken). Ve hřebeni střechy se nachází pásový světlík. Pro úplnost jsou ve dvou stěnách umístěna vrata a venkovní dveře (bez bližší specifikace).
Obrázek 3: 3D model jednolodní haly
Zvuková pohltivost vnitřních povrchů
Zvuková pohltivost vnitřních povrchů závisí na frekvenci a obvykle se vyjadřuje hodnotami činitele zvukové pohltivosti λ (-) v oktávových pásmech nejméně v rozsahu od 125 Hz do 4 000 Hz. Pro běžné stavební povrchy jsou tyto hodnoty uváděny v odborné literatuře, u výrobků určených pro pohlcování zvuku bývají obsahem technické dokumentace.
Pro akustické výpočty byly použity hodnoty činitelů zvukové pohltivosti z materiálové knihovny programu ODEON a z podkladů výrobců stavebních materiálů, viz tabulka 2.
| Povrch | f (Hz) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 125 | 250 | 500 | 1 000 | 2 000 | 4 000 | |
| Střecha – plný trapézový plech TR 150/280/0,751 | 0,60 | 0,65 | 0,25 | 0,10 | 0,10 | 0,10 |
| Střecha – perforovaný trapézový plech TR 150/280/0,75, var. 11 | 0,65 | 1,00 | 1,00 | 0,70 | 0,65 | 0,60 |
| Střecha – perforovaný trapézový plech TR 150/280/0,75 var. 21 | 0,65 | 0,95 | 1,00 | 0,55 | 0,35 | 0,25 |
| Stěny – sendvičový panel s opláštěním z ocelového plechu2 | 0,25 | 0,20 | 0,10 | 0,15 | 0,10 | 0,08 |
| Podlaha – hladký beton | 0,01 | 0,01 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,05 |
| Okna a světlík | 0,10 | 0,07 | 0,05 | 0,03 | 0,02 | 0,02 |
| Vrata – pohltivost 10 % | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,10 |
| Nosné ocelové prvky – pohltivost 2 % | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,02 |
| 1 Protokol č. 207/17 o zkoušce stanovení činitele zvukové pohltivosti v dozvukové místnosti ploché střechy z trapézového plechu s izolací Isover, CSI a. s., 2017 2 Acoustic Performance Quide, Insulated roof, wall and facade systems, společnosti Kingspan (6/2005) |
||||||
Tabulka 2: Činitelé zvukové pohltivost λ (-) vnitřních povrchů haly
Zdroje zvuku
V hale bylo uvažováno celkem šest identických zdrojů zvuku, každý s hladinou akustického výkonu A, LwA = 90 dB. Výpočty šíření zvuku byly provedeny pro dva provozní stavy, kdy současně běží všech šest zdrojů zvuku nebo jen dva z nich. Protože reálné průmyslové zdroje hluku v halových objektech většinou tvoří strojní zařízení větších rozměrů, v akustickém modelu byly tyto zdroje namodelovány jako boxy o rozměrech 2 m × 4 m × 2 m (š × d × v), které vyzařují hluk ze čtyř bočních povrchů a jednoho horního. Díky tomuto přístupu je ve výpočtech zahrnut i vliv zdrojů na zmenšení vnitřního objemu haly. Zdroje zvuku byly rozmístěny rovnoměrně na podlaze haly, jak je naznačeno na obrázku 3.
Obrázek 4: Akustický model haly se znázorněním zdrojů zvuku
Obrázek 5: Hladiny akustického výkonu Lw (dB) vážené funkcí A
Doba dozvuku
Doba dozvuku haly závisí na jejích rozměrech, zejména vnitřním objemu, tvaru, množství zvukové pohltivosti vč. jejího rozmístění atp.
Výpočet doby dozvuku byl proveden softwarem ODEON a ručně podle Eyringova vzorce, uvedeného v ČSN 73 0525:
kde V (m3) je objem uzavřeného prostoru, S (m2) plocha vnitřních povrchů, αm (-) střední činitel zvukové pohltivosti a m (m−1) činitel útlumu zvuku při šíření ve vzduchu.
| Varianta | Doba dozvuku T (s) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 125 | 250 | 500 | 1 000 | 2 000 | 4 000 | |
| Plný trapézový plech | 1,48 | 1,58 | 3,13 | 3,67 | 3,93 | 2,62 |
| Děrovaný trapéz. plech – var. 1 | 1,45 | 1,40 | 1,73 | 1,70 | 1,85 | 1,56 |
| Děrovaný trapéz. plech – var. 2 | 1,45 | 1,42 | 1,73 | 1,87 | 2,44 | 2,11 |
Tabulka 3: Doba dozvuku vypočtená softwarem ODEON
| Varianta | Doba dozvuku T (s) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 125 | 250 | 500 | 1 000 | 2 000 | 4 000 | |
| Plný trapézový plech | 1,41 | 1,48 | 3,42 | 3,77 | 3,99 | 2,38 |
| Děrovaný trapéz. plech – var. 1 | 1,34 | 1,06 | 1,22 | 1,49 | 1,63 | 1,33 |
| Děrovaný trapéz. plech – var. 2 | 1,34 | 1,11 | 1,22 | 1,77 | 2,43 | 1,94 |
Tabulka 4: Doba dozvuku podle Eyringova vzorce
Z výsledků uvedených v tabulkách 3 a 4 vyplývá, že doba dozvuku haly s perforovaným trapézovým plechem vypočtená podle Eyringova vztahu je obecně kratší než doba dozvuku stanovená programem ODEON. Je to dáno tím, že počítačový model zohledňuje vliv rozmístění pohltivých povrchů na prostorovou akustiku, zatímco ruční výpočet vychází z předpokladu rovnoměrně rozložené pohltivosti. Umístění perforovaného plechu výhradně na střechu a ponechání odrazivých stěn vede k prodloužení skutečné doby dozvuku v porovnání s predikovanými hodnotami. Lepšího výsledku by bylo dosaženo, kdyby část pohltivosti byla umístěna také na stěny.
Hladina akustického tlaku A
Hladina akustického tlaku A v hale se mění s počtem a vlastnostmi zdrojů zvuku, jejich umístěním, vzdáleností od místa příjmu, množství zvukové pohltivosti, atp. Pokud je vzdálenost mezi zdrojem zvuku a místem příjmu větší než dozvuková vzdálenost, pak lze v poli odražených vln vypočítat hladinu akustického tlaku podle vztahu:
kde Lw (dB) je hladina akustického výkonu zdroje zvuku.
Výsledky výpočtů dle tohoto vzorce jsou uvedeny kurzívou v následujících obrázcích spolu s výsledky simulačních výpočtů programem ODEON. Přestože oba postupy poskytují podobné hodnoty, ruční výpočet vede obecně k mírně nižším hodnotám, zejména ve variantě s více zdroji. Rozdíl je způsoben především zanedbáním vlivu přímého zvukového pole v ručním výpočtu a skutečného rozmístění pohltivých povrchů.
Jednolodní hala – plný trapézový plech
Obrázek 6: Hladiny akustického tlaku A, LA (dB) pro spektrum č. 1 a 6 zdrojů zvuku, průměrná hodnota 80,4 dB (80,1 dB)
Obrázek 7: Hladiny akustického tlaku A, LA (dB) pro spektrum č. 1 a 2 zdroje zvuku, průměrná hodnota 75,3 dB (75,3 dB)
Jednolodní hala – perforovaný trapézový plech s minerální výplní
Obrázek 8: Hladiny akustického tlaku A, LA (dB) pro spektrum č. 1 a 6 zdrojů zvuku, průměrná hodnota 77,1 dB (76,0 dB)
Obrázek 9: Hladiny akustického tlaku A, LA (dB) pro spektrum č. 1 a 2 zdroje zvuku, průměrná hodnota 71,4 dB (71,2 dB)
Závěry
Použití perforovaného trapézového plechu ve skladbě střechy systémového řešení ISOVER ROOF ACOUSTIC má výrazný vliv na prostorovou akustiku haly. Doba dozvuku haly s perforovaným trapézovým plechem je přibližně poloviční oproti běžnému řešení s plným plechem (T = 3,42 s – plný plech, 1,72 s – perforovaný plech; průměrné hodnoty pro oktávová pásma 500 Hz a 1 000 Hz). Obecně platí, že kratší doba dozvuku přispívá ke srozumitelnosti řeči (např. při komunikaci zaměstnanců na pracovišti, služebním nebo bezpečnostním hlášení apod.). Pro srovnání, ČSN 73 0527 doporučuje pro haly se sportovním využitím dobu dozvuku 1,6 s (vztaženo k vnitřnímu objemu 4 423 m3). Vypočtená doba dozvuku haly s perforovaným trapézovým plechem je velmi blízká této hodnotě, což v hale zajišťuje optimální akustické podmínky.
Perforovaný plech dále výrazně přispívá ke snížení hluku v hale (s výjimkou míst v těsné blízkosti zdrojů zvuku). Z výsledků výpočtů je zřejmé, že výsledky pro obě frekvenční spektra zdrojů zvuku jsou obdobné, zatímco vliv počtu současně běžících zdrojů není zanedbatelný. Bylo dosaženo průměrné snížení hladiny akustického tlaku A o 3,3 dB (6 zdrojů), resp. o 4,0 dB (2 zdroje). Pokles o 3 dB zjednodušené odpovídá fiktivnímu snížení počtu běžících zdrojů zvuku o 50 %, resp. rozdíl 4 dB o 60 %.
Kompletní akustická studie průmyslové haly se střechami ISOVER ROOF ACOUSTIC a další související informace jsou je k dispozici na https://www.isover.cz/isover-roof-acoustic-dokumenty.
*Ing. Pavel Rydlo (1967)
pracuje jako manažer technické podpory společnosti Saint-Gobain Construction Products CZ a.s divize Isover. Vystudoval ČVUT v Praze, je autorizovaným inženýrem v oboru pozemní stavby. Od roku 1996 se aktivně zabývá vývojem a aplikacemi tepelných izolací pro stavebnictví.
ISOVER nabízí nejširší sortiment tepelných, zvukových a protipožárních izolací v té nejvyšší kvalitě na českém trhu: produkty z čedičové i skelné vlny, expandovaného polystyrenu a doplňky pro systémová izolační řešení.
