Zagadnienia akustyki w obiektach przemysłowych z lekką obudową

Wykonuje się je z lekkiej obudowy, takiej jak: płyty warstwowe, systemy oparte na bazie kaset stalowych wzdłużnych, warstwowe przekrycia dachowe z elementem nośnym w postaci blach trapezowych. Wymienione rozwiązania mają szereg zalet, m.in. małą masę jednostkową, możliwość montażu niezależnie od warunków atmosferycznych, instalację bez konieczności wykorzystywania ciężkiego sprzętu oraz łatwość demontażu i ponownego montażu, np. w przypadku zmiany przeznaczenia hal.

Czym jest dźwięk i jak go zdefiniować?

Równolegle z postępem nauki, techniki oraz przemysłu nie tylko powstają nowoczesne wynalazki ułatwiające życie i pracę, ale również skutki uboczne tego typu poczynań. Początkowo człowiek, zapatrzony w siebie i w swoje coraz większe możliwości i siłę, nie zwracał uwagi na to, że jego działania będą niebezpieczne dla niego samego i całego otaczającego środowiska. Jednym z wielu skutków ubocznych rozwoju naszej cywilizacji jest hałas. Stosunkowo niedawno dotarło do naszej świadomości, że hałas jest wielkim wrogiem człowieka. W obiektach, w których może przebywać jednocześnie wiele osób, np. w halach produkcyjnych lub magazynowych, istotne znaczenie ma prawidłowa ochrona przed hałasem.

Dźwięk to wrażenie słuchowe, spowodowane falą akustyczną rozchodzącą się w ośrodku sprężystym (ciele stałym, cieczy, gazie). Częstotliwości fal, które są słyszalne dla człowieka, zawarta jest w paśmie między wartościami granicznymi od ok. 16 Hz do ok. 20 kHz. Drgania o mniejszej częstotliwości to infradźwięki, a o wyższej to ultradźwięki. W tym miejscu należy zaznaczyć, że dźwięk to nie tylko coś przyjemnego, uspakajającego dla ucha, to także element naszego życia, przed którym musimy się chronić oraz ograniczać jego wpływ na nasze zdrowie fizyczne oraz psychiczne. Ciemna strona tego zjawiska to hałas. Jest to dźwięk niepożądany lub szkodliwy dla człowieka. Hałas możemy podzielić na ciągły o nieznacznych zmianach natężenia widma częstotliwości w czasie (szmer, szum) oraz impulsowy (np. huk, trzask). Szkodliwość hałasu zależy od jego natężenia, widma częstotliwości, charakteru zmian w czasie, zawartości składowych niesłyszalnych oraz długotrwałości działania. Rozróżnia się trzy główne odmiany tego zjawiska, takie jak:

• hałas przemysłowy
• hałas komunikacyjny
• hałas osiedlowy

Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75, poz. 690) lekka obudowa powinna minimalizować rozchodzenie się dźwięku w otoczeniu poprzez izolację akustyczną oraz w środku obiektu poprzez pochłanianie dźwięku.

Przy definiowaniu charakterystyki dźwiękowej przegród budowlanych stosuje się wielkość zwaną wskaźnikiem ważonym izolacyjności akustycznej R_w wyrażanym w dB oraz widmowe wskaźniki adaptacyjne C i Ctr, odpowiednio hałasu bytowego wewnętrznego, który występuje w obiektach i hałasu zewnętrznego wyznaczane wg PN - EN ISO 10140-2:2011

W Polsce izolacyjność akustyczną oznacza się stosując wskaźniki izolacyjności akustycznej właściwej RA1 oraz RA2 wyrażane w dB. Wyznaczane na podstawie poniżej podanych wzorów:

                                                           RA1= R_w + C

                                                           RA2= R_w + Ctr

Dodatkowym źródłem informacji na temat właściwości akustycznych lekkich przegród jest współczynnik pochłaniania dźwięku α_w wyznaczany wg PN–EN ISO 11654:1999. Jest to liczba określająca zdolność do pochłaniania przez dany obiekt (materiał, ustrój) energii pola akustycznego; energia ta określana jest z kolei wartościami w przedziale od 0 do 1, gdzie 0 oznacza całkowite odbicie dźwięku, natomiast 1 całkowite pochłanianie dźwięku – dotyczy to właściwości absorpcyjnych przegrody od 100 Hz do 5000 Hz.

Doświadczalne wartości pochłaniania dźwięku ustrojów wykonanych z lekkiej obudowy opisuje się na bazie badań wykonywanych wg PN–EN ISO 354:2005.

Poniżej podano klasy pochłaniania dźwięku:

• Klasa A – 0,90, 0,95, 1,00 – bardzo wysoka absorpcja
• Klasa B – 0,80, 0,85 – bardzo wysoka absorpcja
• Klasa C – 0,60, 0,65, 0,70, 0,75 – wysoka absorpcja
• Klasa D – 0,30, 0,35, 0,40, 0,45, 0,50, 0,55 - absorpcja
• Klasa E – 0,15, 0,20, 0,25 – słaba absorpcja
• Niesklasyfikowane – 0,05, 0,10 – odbijające

W przypadku obudowy wykonanych z okładzin pełnych wielkość współczynnika pochłaniania dźwięku waha się w przedziale od 0,05 do 0,15. Znacząco wyższe wartości można uzyskać poprzez zastosowanie okładzin perforowanych.

Lekka a zarazem skuteczna w walce z hałasem

Określenie „lekka” może sugerować, że tego typu rozwiązanie zaprojektowane jako obudowa w obiektach halowych może nie mieć wystarczającego poziomu izolacyjności akustycznej. Jednakże przy zastosowaniu odpowiednio wysokiej masy (jako wypełnienie najlepiej zastosować wełnę mineralną) uzyskuje się bardzo wysokie wskaźniki izolacyjności. Z uwagi na fakt, że parametry akustyczne określane są na podstawie skali logarytmicznej, można przyjąć, że wartość redukcji hałasu o 10 dB oznacza obniżenie poziomu hałasu o około 50%. W związku z tym lekka obudowa w postaci płyt warstwowych, przekryć dachowych warstwowych lub ścian osłonowych opartych na bazie kaset stalowych stanowi bardzo skuteczne rozwiązanie w walce z hałasem.

Dla płyt warstwowych ściennych (rys. 1) lub dachowych z rdzeniem wełnianym (obie okładziny metalowe pełne lub wewnętrzna perforowana) wartość R_w w zależności od producenta waha się na poziomie 31–33 dB. W przypadku tych samych płyt, ale z wewnętrzną okładziną perforowaną (rys. 2), dodatkowym ich atutem jest zdolność do pochłaniania dźwięku. W tym przypadku α_w kształtuje się przeciętnie na poziomie 0,65. Ostateczna wartość uzależniona jest od rodzaju zastosowanej perforacji i jej stopnia.

Izolacyjność akustyczna dachów warstwowych (rys. 3) z elementem nośnym w postaci blach trapezowych i termoizolacją w postaci wełny mineralnej kształtuje się w przedziale od 36 do nawet 50 dB. Wpływ na ostateczne właściwości izolacyjne mają następujące czynniki:

• kształt i grubość zastosowanych blach trapezowych
• grubość termoizolacji
• gęstość zastosowanej wełny
• układ warstw termoizolacyjnych, tzn. czy zastosowano układ jedno- czy wielowarstwowy

Oprócz powyższego na poziom izolacyjności akustycznej ma wpływ rodzaj zastosowanych, jako dodatkowe elementy, mat akustycznych lub wprowadzenie pustek powietrznych między poszczególnymi warstwami tworzącymi przekrycie dachowe.

W przypadku zastosowania blach trapezowych perforowanych oprócz walorów izolacyjnych przekrycie dachowe nabywa właściwości absorpcyjnych. Wielkość pochłaniania uzależniona jest o rodzaju zastosowanej perforacji. Waha się na poziomie około 0,50.

Lekkie ściany osłonowe oparte na bazie kaset stalowych wzdłużnych (rys. 4) odznaczają się największą skutecznością w walce z hałasem. Ich właściwości izolacyjności akustycznej kształtują się na poziomie od 40 do nawet 52 dB. Podobnie ma się sytuacja z właściwościami absorpcyjnymi. W przypadku zastosowania odpowiedniego rodzaju perforacji oraz optymalnej gęstości wełny (element termoizolacyjny) wartość współczynnika pochłaniania dźwięku może kształtować się od 0,55 do nawet 0,95 dB.

Oczywiście nie wolno zapominać o innych rozwiązaniach z grupy lekkiej obudowy, takich jak płyty warstwowe z rdzeniem styropianowym czy ze sztywnej pianki poliuretanowej typu PUR/PIR lub warstwowych przekryciach dachowych z termoizolacją w postaci pianki PIR. Jednakże w tych przypadkach należy podkreślić, że izolacyjność akustyczna waha się odpowiednio dla rozwiązań ze styropianem na poziomie około 23–24 dB, natomiast z poliuretanem w granicach 25–27 dB. W żadnym przypadku nie oznacza to, że wyroby te są gorsze. Są po prostu inne i mogą być stosowane w obiektach o mniej wygórowanych wymaganiach, jeżeli chodzi walkę z hałasem.

Hałas hałasowi jest nierówny, dlatego każdy wznoszony obiekt pod względem akustycznym powinien zostać przeanalizowany indywidualnie. Należy mieć świadomość, że na poziom izolacyjności akustycznej przegrody wpływ mają: masa ustroju (rodzaj zastosowanej termoizolacji, grubość okładzin), kształt użytych okładzin oraz lokalizacja obiektu. Przegroda powinna chronić przed hałasem wydobywającym się z wnętrza obiektu lub dobiegającym ze środowiska zewnętrznego i ma także za zadanie, o ile zaistnieje potrzeba, chronić osoby przebywające wewnątrz obiektu poprzez pochłanianie szkodliwego dźwięku.

Dzięki bardzo dobrym właściwościom pod względem izolacyjności akustycznej oraz pochłaniania dźwięku lekka obudowa w postaci płyt warstwowych (zwłaszcza z rdzeniem z wełny mineralnej) ścian opartych na stalowych kasetach wzdłużnych oraz warstwowych przekryć dachowych jest i będzie bardzo skutecznym orężem w walce człowieka z hałasem.