Nejnavštěvovanější odborný web
pro stavebnictví a technická zařízení budov

Návrh konstrukce stěny dřevostavby a měření její vzduchové neprůzvučnosti

10.11.2014

Ing. Michal Frank, VUSTAH Brno, Ing. Zuzana Fišarová, Ph.D., Ing. Lubor Kalousek, Ph.D., VUT Brno

Recenzovaný

V současné době se dřevostavby stávají stále žádanějším typem konstrukce domu. Je to zejména pro jejich ekologický přínos, neboť dřevo je přírodní materiál, rychlost stavby a asi nejdůležitější vlastností je nízkoenergetická náročnost hotového domu. Dřevěná stěna má lepší tepelně izolační vlastnosti než zděná stěna o stejné tloušťce. Kromě masivních dřevostaveb (např. klasické srubové stavby) se nejvíce uplatňují ve výstavbě rodinných domů sendvičové konstrukce různých typů. Ve skladbě jednotlivých stěn tak lze využít kombinace různých materiálů pro co nejlepší tepelně i zvukově izolační vlastnosti.

Úvod

Význam a obliba dřevostaveb v České republice dlouhodobě stoupá, především z důvodu rychlosti stavby a nízké energetické náročnosti hotového domu. Pro laboratorní měření stěžejního akustického parametru – vážené vzduchové neprůzvučnosti – byla navržena konstrukce stěny dřevostavby, jež by měla splňovat požadavky příslušných norem. V rámci konstrukce byly použity dva druhy izolačního materiálu, minerální a dřevovláknitá izolace, pro vzájemné porovnání vlivu na sledovanou vlastnost stěny. Zkoušené konstrukce byly zabudovány do zkušebního otvoru mezi vysílací a přijímací dozvukovou komoru akreditované zkušební laboratoře a postupně byly za pomoci příslušné měřící aparatury stanoveny všechny parametry potřebné pro stanovení vzduchové neprůzvučnosti. Bylo provedeno celkem osm měření různých dílčích částí konstrukce stěny, která se skládala z masivních lepených trámů, dvou vrstev izolace, záklopových dřevovláknitých desek, větrozábrany a vláknocementových fasádních desek.

Nároky na akustické vlastnosti budov se s vývojem lidstva a technologií stále mění. Stále intenzivnější automobilová doprava s sebou všeobecně přináší i zvyšování hladiny hluku v životním prostředí, a tím i požadavky na neprůzvučnost obvodových plášťů budov. Důležitou vlastností stavebních konstrukcí je neprůzvučnost, která se projevuje ztrátou akustického výkonu při přenosu vzduchem prostřednictvím konstrukce [1]. Vzduchová neprůzvučnost tedy charakterizuje schopnost dělící konstrukce zabránit přenosu zvuku šířícího se vzduchem z jednoho prostoru do druhého. Její vyšší hodnota charakterizuje vyšší akustický komfort.

V rámci projektu byla navržena a sestavena modelová stěna dřevostavby, na níž bylo provedeno měření laboratorní hodnoty neprůzvučnosti – R, ze které pak byla určena hodnota vážené laboratorní neprůzvučnosti R_w [2].

Vážená stavební neprůzvučnost nemusí v některých případech poskytovat dostatečnou informaci o zvukové izolaci. To se týká zejména stavebních prvků, které vykazují velmi nízkou hodnotu neprůzvučnosti v některém z kmitočtových pásem (typicky lehké dvojité stavební prvky v oblasti nízkých kmitočtů). Z tohoto důvodu byly do hodnocení zvukové izolace zavedeny faktory přizpůsobení spektru C a C_tr. Faktory se uvádějí samostatně vedle hodnoty vážené neprůzvučnosti, a to následujícím způsobem: R_w(C;C_tr). Jejich účelem je zohlednění rozdílných spekter běžných zdrojů zvuku na výslednou hodnotu zvukové izolace. Faktor C se používá pro zdroje zvuku, jejichž spektrum přibližně odpovídá růžovému šumu (např. činnosti v bytě, kolejová doprava o středních a vysokých rychlostech, dálková silniční doprava). Faktor C_tr se používá pro zdroje zvuku s výraznější složkou nízkých a středních kmitočtů (např. městský dopravní hluk, kolejová doprava o nízkých rychlostech, disko hudba) [3].

Podmínky měření a použité přístroje

Měření bylo provedeno v dozvukových komorách zkušební laboratoře č. 1016 akreditované ČIA, která spadá pod Ústav fyzikálního inženýrství, Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně. Měření byla realizována na vzorku stěny o velikosti 2,04 × 2,96 m. Tloušťka vzorku odpovídala vždy konkrétní skladbě (viz dále).

Při měření se vycházelo především z těchto norem:

ČSN EN ISO 10140-1 (730511) Akustika – Laboratorní měření zvukové izolace stavebních konstrukcí – Část 1: Aplikační pravidla pro určité výrobky (2011)
ČSN EN ISO 10140-2 (730511) Akustika – Laboratorní měření zvukové izolace stavebních konstrukcí – Část 2: Měření vzduchové neprůzvučnosti (2011)
ČSN EN ISO 10140-4 (730511) Akustika – Laboratorní měření zvukové izolace stavebních konstrukcí – Část 4: Měřicí postupy a požadavky (2011)
ČSN EN ISO 10140-5 (730511) Akustika – Laboratorní měření zvukové izolace stavebních konstrukcí – Část 5: Požadavky na zkušební zařízení a přístrojové vybavení (2011)
ČSN EN ISO 717-1 (730531) Akustika – Hodnocení zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách – Část 1: Vzduchová neprůzvučnost (1998)
ČSN 73 0532 (730532) Akustika – Ochrana proti hluku v budovách a posuzování akustických vlastností stavebních výrobků – Požadavky (2010)

Pro vlastní měření a zaznamenání výsledků byly použity tyto přístroje:

Obr. 1: Analyzátor BK 2260 [4]
Analyzátor BK 2260 – univerzální, ruční, bateriový, dvoukanálový analyzátor zvuku (obr. 1), který se skládá z technických prostředků a operačního systému. Je ideálním nástrojem pro přesnou analýzu zvuku v reálném čase a je řízen aplikačními programy pro různé úkoly. Základní programové vybavení pro analýzu zvuku BZ7210 ver. 2.0 mění přístroj na vysoce přesný analyzátor hladin zvuku odpovídající příslušným standardům [4].
Mikrofon BK 4189 – je určen pro vysoce přesné měření ve volném poli, kde se požaduje mikrofon s vysokou citlivostí. Lze jej použít ve vnitřním i venkovním prostředí a dokonce odolává pádům z výšky 1 m.
Výkonový zesilovač Europower 1200 W – přední panel obsahuje dvojici potenciometrů pro nastavení hlasitosti kanálů a indikátor úrovně signálu.
Akustický kalibrátor Quest QC20 – slouží ke kalibraci před a po každém měření, čímž se uskutečňuje přezkoušení přístrojového systému.
Obr. 2: Zdroj zvuku BK 4296 [5]
Zdroj zvuku BK 4296 – výkonný zvukový zdroj má 12 reproduktorů v kompaktní dvanáctistěnné skříni (obr. 2), čímž vyzařuje zvuk všemi směry v kulových vlnoplochách. Reproduktory jsou zapojeny tak, aby byla zajištěna shodná fáze a impedance odpovídající zesilovači.
Největším nepřítelem stavební akustiky je hluk pozadí, zejména na nízkých frekvencích v pásmu 100–200 Hz, do kterého nejvíce přispívá hluk z dopravy a klimatizací. Všesměrový zdroj zvuku 4296 je optimalizován tak, aby nejvyšší výkon byl dodáván právě v tomto kritickém pásmu, a tím zajistil korektnost měření při zvýšeném hluku pozadí [5].

Měřicí přístroje pro měření hladin akustického tlaku vyhovují požadavkům na třídu přesnosti 1. Ke všem přístrojům podléhajícím ověření ČMI jsou k dispozici platné ověřovací listy. Měřicí aparatura byla před každým měřením a po ukončení každého měření kalibrována akustickým kalibrátorem Quest QC20.

Zkoušené vrstvy konstrukce

Dřevěná stěna z lepených trámů TESKO o průřezu 200 × 120 mm
Dřevěná stěna z lepených trámů TESKO o průřezu 200 × 120 mm + izolace STEICO Flex tl. 2 × 100 mm + DHF deska Egger
Dřevěná stěna z lepených trámů TESKO o průřezu 200 × 120 mm + izolace STEICO Flex tl. 2 × 100 mm + DHF deska Egger + větrozábrana Jutadach 135 + dřevěný rošt
Dřevěná stěna z lepených trámů TESKO o průřezu 200 × 120 mm + izolace STEICO Flex tl. 2 × 100 mm + DHF deska Egger + větrozábrana Jutadach 135 + dřevěný rošt + fasádní desky Cemvin o rozměrech jedné desky cca 1470 × 500 × 8 mm
Dřevěná stěna z lepených trámů TESKO o průřezu 200 × 120 mm + izolace Isover UNI tl. 2 × 100 mm + DHF deska Egger
Dřevěná stěna z lepených trámů TESKO o průřezu 200 × 120 mm + izolace Isover UNI tl. 2 × 100 mm + DHF deska Egger + větrozábrana Jutadach 135 + dřevěný rošt
Dřevěná stěna z lepených trámů TESKO o průřezu 200 × 120 mm + izolace Isover UNI tl. 2 × 100 mm + DHF deska Egger + větrozábrana Jutadach 135 + dřevěný rošt + fasádní desky Cemvin o rozměrech jedné desky cca 1470 × 500 × 8 mm

Podrobnosti k jednotlivým vrstvám jsou uvedeny v textu a také na obrázcích níže.

Příprava stěny

Jedná se o vzorek stěny dřevostavby o rozměrech cca 2 × 3 m, která se skládá z několika vrstev, jež v kombinaci zajišťují optimální tepelné a zvukové vlastnosti stěny a následně i celé stavby.

Obr. 3: Montáž stěny z lepených trámů s detailem těsnící pásky a šroubu

První vrstvou je samotná nosná konstrukce stěny, která je složena z lepených lamelových trámů TESKO. Obdélníkový průřez jednoho trámu má rozměry 120 × 200 mm (tloušťka × výška). Jednotlivé trámy dřevěné stěny jsou před položením dalšího trámu na horní straně opatřeny těsnící páskou (obr. 3). Ke spojení dřevěných prvků jsou použity šrouby s dostatečnou délkou, aby zajistily dostatečnou soudržnost celé konstrukce.

Na postavenou dřevěnou stěnu byl dále připevněn nejprve vodorovný rošt (průřez desek 40 × 100 mm) ve vzdálenosti jednotlivých desek na šířku izolace. Izolace byla tedy kladena v první vrstvě ve vodorovném směru (obr. 4 a 5) a po instalaci svislého roštu (vzdálenost desek byla opět na šířku izolace) pak ve druhé vrstvě ve svislém směru (obr. 6 a 7).

Obr. 4: Instalace izolace STEICO Flex v první vrstvě

Obr. 5: Instalace izolace Isover UNI v první vrstvě

Obr. 6: Instalace izolace STEICO Flex ve druhé vrstvě

Obr. 7: Instalace izolace Isover UNI ve druhé vrstvě

Pro vzorky stěny (B, C, D) byla použita jako izolační materiál dřevovláknitá izolace STEICO Flex v tloušťce 2 × 100 mm, pro vzorky stěny (E, F, G) pak minerální izolace Isover UNI v tloušťce 2 × 100 mm. Tato vrstva je v konstrukci nezbytná a výrazným způsobem přispívá ke zvýšení její tepelné i zvukové izolační schopnosti.

Desky STEICO Flex jsou použitelné jako výplňová tepelná a akustická izolace stěn a příček, mezikrokevních prostor (nepotřebuje dodatečné kotvení), střech a stropů. Vzhledem k charakteru materiálu, z nějž je vyrobena, se výborně hodí především k izolaci dřevostaveb. Dřevní vlákno jako materiál pro výrobu této izolace se získává rozvlákněním dřevní štěpky (ze smrku a borovice) a je doplněno pojivy na bázi přírodních pryskyřic. Dřevovláknitá izolace navíc díky vysoké akumulaci tepla vykazuje výborné izolační schopnosti proti přehřívání interiéru v létě [6].

Desky Isover UNI (dříve Orsil UNI) jsou vhodné pro nezatížené izolace vnějších stěn (provětrávaných fasád pod obklad – s vkládáním izolantu do kazet nebo do roštů), dále pro izolace šikmých střech, stropů, podhledů a dalších lehkých sendvičových konstrukcí. Materiál je vhodný také do protipožárních systémových konstrukcí s požadavkem na objemovou hmotnost ≥ 40 kg.m⁻³ [7].

Obr. 8: Detail dřevovláknité desky EGGER DHF včetně spoje

Záklop izolace byl proveden difúzně otevřenými dřevovláknitými deskami Egger DHF (obr. 8), spojenými pero-drážkovým systémem. Asymetrický, kónický pero-drážkový profil hrany desky zaručuje zamezení přístupu případné vody a větru hranou desky do konstrukce.

Egger DHF je difuzně otevřená a vlhku odolná dřevovláknitá deska, k jejíž výrobě jsou používány čerstvé piliny a štěpky z pilařské výroby; piliny a štěpky jsou pojeny PU pryskyřicí bez obsahu formaldehydu [8].

Na záklop byla sponkami připevněna větrozábrana JUTADACH 135 (obr. 9), což je třívrstvá pojistná hydroizolační membrána. Skládá se z difúzního filmu a dvou vrstev netkané polypropylenové textilie. JUTADACH 135 je vhodná pro použití jako univerzální kontaktní nebo nekontaktní difúzní membrána. Lze ji použít přímo na plné difúzní bednění nebo na tepelnou izolaci. JUTADACH 135 nepodléhá hnilobě, plísni apod., je zdravotně nezávadná a plně recyklovatelná [9].

Přes tuto vrstvu pak byl aplikován další dřevěný rošt (průřez hranolů 40 × 60 mm), tentokrát pro instalaci finální fasádní vrstvy (obr. 9). Na rošt se pak instalovala finální vrstva – fasádní desky CEMVIN systémem s přiznanou spárou, která musí být dle výrobce minimálně 6 mm (obr. 10).

Obr. 9: Větrozábrana Jutadach 135 s dřevěným roštem pro fasádní desky

Obr. 10: Fasádní desky Cemvin s přiznanou spárou – finální vrstva stěny

Vláknocementové desky s obchodním názvem CEMVIN jsou určeny k mnohostrannému použití ve stavebnictví a elektroprůmyslu. Používají se v bytových, občanských, průmyslových a zemědělských stavbách pro vnější i vnitřní opláštění dřevěných, zděných a ocelových konstrukcí, pro obvodové a příčkové panely, podhledy, podlahy, střešní konstrukce, ztratné bednění, kryty podlahových a elektrorozvodných kanálů, pro nehořlavé podložky a přepážky a pro další doplňkové stavební prvky a výrobky s využitím příznivých pevnostních, tepelných a protipožárních vlastností.

Vláknocementové desky CEMVIN se vyrábí z cementu, perlitu, buničiny a umělých vláken. Jsou zdravotně nezávadné, neobsahují azbest a jiné škodlivé látky pro lidský organizmus. Desky CEMVIN se vyrábějí v základní – přírodní světle šedé barvě, dodávány jsou ve vyzrálém stavu pro okamžité použití a to v celých formátech či přířezech dle přání zákazníků [10].

Vlastní měření s výsledky

Zkoušené konstrukce byly postupně zabudovány do zkušebního otvoru mezi vysílací a přijímací dozvukovou komoru postupem dle příslušných norem. Ve vysílací komoře bylo vytvořeno difúzní zvukové pole zdrojem růžového šumu (také známý jako „1/f šum“ nebo „kmitající šum“; je to signál nebo proces s takovým frekvenčním rozsahem, že výkonová frekvenční hustota je přímo úměrná převrácené hodnotě frekvence). Byl použit zdroj se všesměrovým vyzařováním, který byl umístěn ve vysílací komoře opět podle výše zmíněných norem. Průměrné hladiny akustického tlaku ve vysílací a přijímací komoře byly vyhodnoceny vždy ze šesti poloh mikrofonu umístěného ve výšce 1,2 m nad podlahou místnosti. Průměrovací čas v každé poloze mikrofonu byl 10 s. Zvukoizolační vlastnosti pak byly vypočteny ze získaných hodnot postupem uvedeným v normě ČSN EN ISO 717-1. Výsledky vážené laboratorní neprůzvučnosti jsou uvedeny stručně v tabulce níže (včetně faktorů přizpůsobení spektru C a C_tr).

Tab. 1: Výsledky měření vážené laboratorní neprůzvučnosti
Označení konstrukce	Přibližná tloušťka konstrukce [mm]	Vážená laboratorní neprůzvučnost `R`_w [dB]
A	120	35 (−1;−2)
B	335	49 (−1;−5)
C	336	50 (−1;−4)
D	384	49 (−2;−5)
E	335	50 (−1;−4)
F	336	49 (0;−3)
G	384	51 (−2;−5)

Závěr

Při zkoušení akustických vlastností konstrukce stěny pro dřevostavby, konkrétně neprůzvučnosti, se ukázalo, že oba izolační materiály – dřevovláknitý i minerální – použité ve skladbě stěny, jsou z hlediska akustiky srovnatelné.

Dosažené hodnoty vážené neprůzvučnosti kolem 50 dB jsou velice dobrým výsledkem, neboť podle požadavku normy ČSN 73 0532 (Akustika – Ochrana proti hluku v budovách a posuzování akustických vlastností stavebních výrobků – Požadavky) na zvukovou izolaci obvodových plášťů budov je při nejvyšší ekvivalentní hladině akustického tlaku požadovaná hodnota izolace 48 dB [11]. Konstrukce stěny vytvořená v rámci projektu tak splňuje nejvyšší požadavky zmíněné normy.

Tento příspěvek byl vytvořen v rámci řešení interního projektu 134624-RO-10/2013 díky institucionální podpoře dlouhodobého koncepčního rozvoje výzkumné organizace poskytnuté MPO ČR.

Zdroje a literatura

[1] PLAČEK, Vladimír. Neprůzvučnost konstrukcí dřevostaveb. TZB-info – stavebnictví, úspory energií, technická zařízení budov [online]. 2013-08-19 [cit. 2014-05-02]. Dostupné z:
http://stavba.tzb-info.cz/vlastnosti-drevostaveb/10244-nepruzvucnost-konstrukci-drevostaveb
[2] FRANK, Michal. Inovativní materiály pro použití nejen v dřevostavbách. Brno, 2013. Závěrečná zpráva projektu: 134624-RO-10/2013. Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s.
[3] NOVÁČEK, Jiří. Hodnocení vzduchové neprůzvučnosti v budovách. In: TZB-info – stavebnictví, úspory energií, technická zařízení budov [online]. © 2001-2014 [cit. 2014-05-02]. Dostupné z:
http://stavba.tzb-info.cz/akustika-staveb/hodnoceni-vzduchove-nepruzvucnosti-v-budovach
[4] Brüel & Kjaer – Zvukoměry: Zvukoměr 2260 – .::SPECTRIS.cz | Spectris Praha spol. s r.o. Spectris Praha spol. s r.o. [online]. 2011 [cit. 2014-05-02]. Dostupné z: http://mereni-a-analyza-signalu-hluku-a-vibraci.spectris.cz/zvukomer-2260/
[5] Zdroje hluku. Spectris Praha spol. s r.o. [online]. 2011 [cit. 2014-05-02]. Dostupné z:
http://mereni-a-analyza-signalu-hluku-a-vibraci.spectris.cz/produkty/stavebni-akustika/zdroje-hluku/
[7] Isover UNI | ISOVER. ISOVER: tepelné izolace, zvukové izolace a protipožární izolace [online]. 2013 [cit. 2014-05-02]. Dostupné z: http://www.isover.cz/isover-uni
[8] EGGER DHF: Difúzně otevřená a vyztužující spodní krycí vrstva pro střechu a stěnu. EGGER CZ s.r.o., Česká republika, 2010. Dostupné z: http://www.egger.com/downloads/bildarchiv/105000/1_105634_PP_EGGER-DHF_CZ.pdf
[9] JUTADACH 135: Univerzální difúzní membrána pro fasády a šikmé střechy. JUTA a.s., Dvůr Králové nad Labem, 2010. Dostupné z: http://www.juta.cz/data/soubory/obrazky/phi/2010_kl_jtd-135_cz.pdf
[11] ČSN 73 0532. Akustika – Ochrana proti hluku v budovách a posuzování akustických vlastností stavebních výrobků – Požadavky. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, únor 2010. 24 s.

English Synopsis

Design of construction of wooden house wall and measuring airborne sound insulation

The importance and popularity of wooden houses in the Czech Republic has been rising in long term. It is due of the speed of construction and low energy intensity of the finished house. For laboratory measurements key acoustic parameter – airborne sound insulation – the construction of wood-made wall was designed, so that it accomplished requirements of respective standards. Two different types of material were used, mineral and wood-fiber insulation, for comparison of its influence on the observed property of wall. Tested constructions were placed between the transmission and monitor chamber in accredited laboratory and all needed parameters were determined by appropriate measuring equipment, so the calculation of airborne sound insulation could be made. The influence of individual layers of the wall on airborne sound insulation was stated from altogether eight measurements of different parts of construction.