Nowe dokonania w dziedzinie izolacji akustycznych

Problem niewystarczającej izolacyjności akustycznej przegród występuje bardzo często w budynkach wzniesionych przy użyciu nowoczesnych (więc z pozoru bardzo dobrych) technologii.

Lekkie materiały konstrukcyjne o dobrych właściwościach termoizolacyjnych okazują się niewystarczające z punktu widzenia akustyki, podczas gdy w wielu budynkach przedwojennych wzniesionych przy użyciu tradycyjnych technologii standard akustyczny jest bardzo wysoki.

Właśnie ekspansja nowych materiałów konstrukcyjnych wymusza konieczność lepszej znajomości zagadnień akustycznych i stosowania rozwiązań niestandardowych, które pozwolą zapewnić lepszą ochronę przed hałasem w budynkach.

Niestety, wśród projektantów i wykonawców obserwuje się stosunkowo niski poziom wiedzy w tym zakresie. Jeżeli porówna się wiedzę dotyczącą ochrony przed hałasem ze stanem wiedzy dotyczącej bezpieczeństwa konstrukcji, bezpieczeństwa pożarowego czy oszczędności energii i odpowiedniej izolacyjności cieplnej przegród, okaże się, że akustyka jest ciągle dziedziną mało znaną.

Należy jednak pamiętać, że wszystkie te wymogi wymienione są w prawie budowlanym [1] jako wymagania podstawowe dotyczące projektowania i budowy obiektów budowlanych, a więc spełnienie każdego z nich powinno być traktowane przez uczestników procesu budowlanego jako równie ważne.

W dziedzinie izolacji akustycznych nie obserwuje się tak spektakularnego rozwoju technologii, jak chociażby w zakresie ochrony cieplnej. Jedną z przyczyn tego zjawiska jest brak czynnika wymuszającego rozwój, jakim w wypadku termoizolacji jest rosnąca cena energii czy konieczność ograniczenia emisji dwutlenku węgla.

Termoizolacja a izolacyjność akustyczna ściany

Negatywny wpływ systemu ociepleń ETICS (ang. External Thermal Insulation Composite System), dawniej występującego pod nazwą BSO (Bezspoinowy System Ocieplenia) na parametry dźwiękoizolacyjne przegrody zewnętrznej jest znany już od kilku lat.

Producenci materiałów termoizolacyjnych od jakiegoś czasu prowadzą prace nad zminimalizowaniem tego wpływu.

W tabeli 1 pokazano wyniki badań laboratoryjnych dotyczących tego zagadnienia w odniesieniu do ścian bazowych wykonanych z betonu komórkowego, ceramiki drążonej oraz bloczków silikatowych. Zarówno w wypadku ocieplenia w postaci styropianu, jak i wełny lamelowej obserwuje się znaczący spadek izolacyjności akustycznej.

Spadek ten jest tym większy, im wyższa masa powierzchniowa ściany bazowej. Właściwie jedynym rozwiązaniem, w którym zaobserwowano wzrost jednoliczbowego ważonego wskaźnika izolacyjności akustycznej właściwej R_W, jest ściana z bloczków wapienno-piaskowych ocieplona styropianem EPS PLUS (ΔR_W = 1 dB).

Niestety, zaobserwowano spadek wskaźników oceny izolacyjności akustycznej właściwej (ΔR_A1 = –2 dB i ΔR_A2 = –3 dB). Spadek ten był jednak mniejszy niż w wypadku systemu ETICS wykonanego przy użyciu styropianu zwykłego (ΔR_A1 = –5 dB i ΔR_A2 = –4 dB). Powodem tego zjawiska jest uzyskanie niższej częstotliwości rezonansowej systemu ze styropianem EPS PLUS. Efekt ten widoczny jest na rys. 1 przedstawiającym charakterystykę poprawy izolacyjności akustycznej właściwej w funkcji częstotliwości w odniesieniu do obu systemów.

Na rys. 1 umieszczono także wyniki pomiarów wykonane dla dodatkowej izolacji termicznej w postaci izolacji transparentnej o gr. 15 cm. Fot. 1 przedstawia próbkę zamontowaną w celu wyznaczenia izolacyjności akustycznej właściwej w otworze badawczym komór sprzężonych. Zasadniczym powodem stosowania izolacji transparentnych jest wykorzystanie energii słonecznej padającej na przegrodę.

Okazuje się jednak, że izolacje te charakteryzują się także korzystnym wpływem na parametry akustyczne przegrody bazowej. W analizowanym wypadku uzyskano wzrost każdego ze wskaźników charakteryzujących dźwiękoizolacyjność (ΔR_W = 1 dB, ΔR_A1 = 2 dB, ΔR_A2 = 2 dB).

Na rys. 1. widać, że częstotliwość rezonansowa przesunięta została w kierunku wysokich częstotliwości (f₀ = 1000 Hz), dzięki czemu możliwe było uzyskanie tak dobrych parametrów izolacyjnych. Należy pamiętać, że tego typu izolacje występują jedynie na fragmentach ścian, a nie na całej ich powierzchni. Niemniej uzyskane wyniki pozwalają na określenie wpływu izolacji transparentnej na izolacyjność wypadkową przegrody zewnętrznej.

Redukcja poziomu hałasu w pomieszczeniu przez kształtowanie fasady budynku

Zewnętrzny kształt elewacji może mieć zarówno pozytywny, jak i negatywny wpływ na ochronę akustyczną budynku. Pozytywny wynika z całkowitego lub częściowego ekranowania płaszczyzny ściany zewnętrznej przez balkony lub inne elementy. Negatywny wpływ spowodowany jest wzmocnieniem energii akustycznej na skutek dodatkowych odbić od elewacji i częściowo obudowanych balkonów.

Określenie wielkości tych efektów na podstawie danych geometrycznych jest w zadowalającym stopniu zgodne z wynikami pomiarów terenowych i pomiarami na modelach [4]. Wpływ kształtu elewacji na zmniejszenie poziomu hałasu ΔL_fs ­przedstawiono w tabeli 2. Na rys. 2 umieszczono objaśnienie parametrów elewacji mających wpływ na zmniejszenie poziomu hałasu. Należy zauważyć, że istotnym czynnikiem warunkującym redukcję hałasu zewnętrznego jest dźwiękochłonność materiałów, z których wykonana jest elewacja (w tym także balkony).

Na podstawie informacji zawartych w tabeli 2 można stwierdzić, że dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu fasady przy jednoczesnym zastosowaniu materiałów dźwiękochłonnych na elewacji budynku możliwe jest zredukowanie poziomu hałasu w pomieszczeniach nawet o 5–7 dB.

Jednym z rozwiązań, które może być stosowane w takich wypadkach, jest ceramika akustyczna. Są to elementy z otworami, w których wnętrzu umieszczona została wełna mineralna. Na fot. 2 pokazano przykładowe rozwiązanie mogące być elementem redukującym odbicie energii akustycznej [5–6]. Ceramika mocowana jest za pośrednictwem rusztu do ściany konstrukcyjnej. Istnieje możliwość pozostawienie pustki powietrznej zwiększającej dodatkowo dźwiękochłonność układu.

Na fot. 3 przedstawiono fasadę budynku Plaza Centrum w Poznaniu, na której zastosowano elewację z ceramiki akustycznej. Elementy ceramiki akustycznej mogą mieć kilka podstawowych form i kolorów, więc ich użycie powinno być uwzględnione na etapie powstawania projektu architektonicznego z powodu konieczności wkomponowania budynku z tego typu fasadą w otoczenie [6].

W wypadku elewacji narażonych na szczególnie wysoki poziom hałasu możliwe jest zastosowanie rozwiązania polegającego na wykonaniu dodatkowej fasady (np. aluminiowo-szklanej).

Rozwiązanie to pozwala na podniesienie izolacyjności akustycznej ściany zewnętrznej bez konieczności jej przysłaniania i zalecane jest w wypadku budynków klimatyzowanych, w których nie trzeba otwierać okien. Na fot. 4 pokazano przykładowe rozwiązanie tego typu podczas laboratoryjnego badania izolacyjności akustycznej właściwej.

W tabeli 4 przedstawiono wyniki badań izolacyjności akustycznej fasady pojedynczej oraz podwójnej. Z analizy zamieszczonych danych wynika, że pomimo dołożenia do fasady podstawowej dodatkowego układu o wskaźniku oceny izolacyjności akustycznej R_A2 = 36 dB izolacyjność tego wskaźnika poprawiła się o 13 dB. Jest to oczywiście sytuacja zupełnie prawidłowa z punktu widzenia akustyki. Przyrost izolacyjności akustycznej nie jest równy co do ­wartości izolacyjności „dokładanej” warstwy, tak jak ma to miejsce np. w obliczeniach oporu cieplnego komponentów.

Jak poprawić izolacyjność akustyczną właściwą ścian międzylokalowych?

Problem zbyt niskiej izolacyjności akustycznej ścian najczęściej ujawnia się dopiero w obiektach już istniejących. W takiej sytuacji możliwość podjęcia środków zaradczych jest bardzo ograniczona. Ze względu na koszty oraz czas realizacji zazwyczaj rozwiązaniem optymalnym jest adaptacja akustyczna ściany.

Podczas wykonania adaptacji podstawowym kryterium powinna być rzetelna informacja o skuteczności danego rozwiązania. Taka informacja powinna zawierać dane dotyczące ściany bazowej (której izolacyjność poprawiano przez dodanie adaptacji akustycznej). Jest to kluczowe, ponieważ im niższa izolacyjność ściany bazowej, tym wyższa skuteczność adaptacji.

Na rys. 3 pokazano przykładowe rozwiązanie systemowej okładziny ściennej. Bardzo dobrą skuteczność uzyskano dzięki ­zastosowaniu wieszaków akustycznych, za pomocą których adaptacja zamocowana została do ściany bazowej, oraz specjalnego poszycia w postaci płyt gipsowo-kartonowych opracowanych specjalnie w celu podwyższenia skuteczności tego typu rozwiązań.

Skuteczność tego rozwiązania została sprawdzona w badaniach laboratoryjnych. Jako ścianę bazową przyjęto ścianę z keramzytobetonowych pustaków wentylacyjnych. Jest to częste rozwiązanie, kiedy pustaki tego typu umieszczane w ścianie międzylokalowej obniżają jej izolacyjność akustyczną. Fot. 5 przedstawia pierwszą warstwę ściany bazowej wykonanej z pustaków wentylacyjnych.

W tabeli 5 zamieszczono wyniki badań poprawy izolacyjności akustycznej właściwej. Na ich podstawie można stwierdzić, że pomimo uwzględnienia przenoszenia bocznego ta adaptacja powinna pozwolić na osiągnięcie przez przegrodę z pustaków kominowych izolacyjności akustycznej wymaganej jako minimum dla ścian międzylokalowych w budynkach wielorodzinnych R’A1 min. = 50 dB. Przegroda międzylokalowa nigdy jednak nie składa się w całości z pustaków kominowych. Stanowią one jedynie jej część. Izolacyjność wypadkowa powinna zatem być jeszcze wyższa. Skuteczność okładziny na innych przegrodach bazowych (nawet o podobnej izolacyjności akustycznej) może różnić się od określonej w badaniach.

Wskaźnik zmniejszenia poziomu uderzeniowego przez podłogi pływające

W § 326 ust. 3 rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [7], zapisano wymaganie, by rozwiązania dotyczące stropów w budynkach wielorodzinnych zapewniały zachowanie właściwości akustycznych bez względu na rodzaj zastosowanej nawierzchni podłogowej. W większości wypadków wymóg ten sprowadza się do zastosowania podłogi pływającej. Taka podłoga charakteryzuje się tym, że warstwa jastrychu „pływa” w izolacji akustycznej. Standardowym materiałem stosowanym do wykonania warstwy izolacji akustycznej jest uelastyczniony polistyren ekspandowany (styropian EPS) lub wełna mineralna.

Skuteczność tych rozwiązań jest różna, w zależności od grubości warstwy izolacji i od producenta [8]. Często teoretycznie poprawnie zaprojektowana i wykonana podłoga pływająca nie spełnia wymagań normy PN-B-02151-3:1999 [9]. Problemem jest słabe udokumentowanie wyników badań laboratoryjnych tych rozwiązań. Z tego powodu przychylnie należy podchodzić do prób stworzenia nowych rozwiązań.

Poniżej przedstawiono przykłady podłóg pływających z warstwą izolacji akustycznej wyprodukowanej na bazie materiałów pochodzących z recyklingu:

• próbka „a”: materiał z poliuretanu poddanego zabiegowi recyklingu produkowany w postaci taśm o szer. 50 cm i gr. 6 mm; warstwa dociskowa wykonana z jastrychu anhydrytowego o gr. 35 mm (fot. 6);
• próbka „b”: materiał z polistyrenu ekspandowanego poddanego zabiegowi recyklingu i spoiwa na bazie cementu z dodatkami produkowany w postaci plastycznej mieszanki układanej na miejscu budowy; badana próbka izolacji o gr. 40 mm; warstwa dociskowa wykonana z jastrychu cementowego o gr. 40 mm (fot. 7);
• próbka „c”: próbka jw. o zmienionych właściwościach spoiwa.

Próbka „a” dociążona została dodatkowo podczas badań obciążeniem symulującym umeblowanie. Ze względu na eksperymentalny charakter badań powierzchnie próbek były mniejsze od wymaganych przez normę i wynosiły 1,00–1,36 m². Na rys. 4 przedstawiono wyniki badań w postaci charakterystyki zmniejszenia poziomu uderzeniowego znormalizowanego ΔL oraz w postaci jednoliczbowego wskaźnika ΔL_W.

Testowane materiały mogą być alternatywą dla rozwiązań tradycyjnych. Nowe możliwości daje zwłaszcza ułożenie warstwy izolacji w postaci plastycznej mieszanki. Pozwala to na wykonanie warstwy izolacji pozbawionej mostków akustycznych, które często są przyczyną znacznego obniżenia skuteczności podłóg pływających.

Wskaźnik zmniejszenia poziomu uderzeniowego powstającego na podestach i biegach klatek schodowych

W związku ze zmianami dotyczącymi rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [10] (§ 326 ust. 2 pkt 3), określone zostały wymagania dotyczące izolacyjności od dźwięków uderzeniowych podestów i biegów klatek schodowych w obrębie lokali mieszkalnych. Skutecznym sposobem redukcji poziomu uderzeniowego są rozwiązania systemowe polegające na redukcji drgań w miejscu oparcia elementów konstrukcyjnych schodów. Polega to na rozdzieleniu wibroizolacją:

• spocznika od ścian,
• biegu schodowego od spocznika,
• biegu schodowego od ścian,
• stopni od biegu schodowego,
• biegu schodowego od płyty podłogowej (w najniższej kondygnacji).

Przyjęte rozwiązanie musi uwzględniać rodzaj konstrukcji schodów oraz technologię wykonania (np. betonowe monolityczne lub prefabrykowane). Rozwiązania różnych producentów są zbliżone. Istotne różnice występują jednak w dostępie do wyników badań potwierdzających skuteczność oferowanych rozwiązań. Najistotniejszą informacją z punktu widzenia oszacowania ważonego wskaźnika poziomu uderzeniowego znormalizowanego przybliżonego L’n,w, do którego odnosi się norma PN-B-02151-3:1999 [9], jest wartość jednoliczbowego ważonego wskaźnika zmniejszenia poziomu uderzeniowego ΔLW [dB]. Warunkiem skuteczności zastosowanych elementów jest zapewnienie dylatacji schodów od budynku. W przeciwnym wypadku dźwięki materiałowe rozchodzące się przez mostki akustyczne w znacznym stopniu zmniejszają skuteczność omawianych rozwiązań. W tabeli 6 pokazano przykładowe rozwiązania jednego z producentów dotyczące tego zagadnienia.

Podsumowanie

W referacie starano się przedstawić wybrane elementy budynku, których zastosowanie ma istotny wpływ na komfort akustyczny. Nie wszystkie przedstawione rozwiązania są dokonaniami nowymi, jednak z punktu widzenia rynku krajowego są mało znane i dlatego zostały omówione.

Literatura

1. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. – Prawo budowlane (DzU z 1994 nr 89, poz. 414 ze zm.).
2. B. Szudrowicz, „Akustyka budowlana”, [w:] „Budownictwo ogólne”, tom 2 „Fizyka budowli”, praca zbiorowa pod kierunkiem prof. dr. hab. inż. P. Klemma, Wydawnictwo ARKADY, Warszawa 2005.
3. Projekt własny „Prognozowanie właściwości termicznych i akustycznych zewnętrznych przegród budowlanych o złożonej strukturze”, współfinansowany ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (nr 4308/B/T02/2009/36), Katedra Budownictwa Ogólnego i Fizyki Budowli, Wydział Budownictwa, Politechnika Śląska.
4. PN-EN 12354-3:2003, „Akustyka Budowlana. Określenie właściwości akustycznych budynków na podstawie właściwości elementów. Izolacyjność od dźwięków powietrznych przenikających z zewnątrz”. 
5. Strona internetowa: www.terreal.com
6. J. Żach, T. Sasin, „Opis właściwości materiałów i wyrobów budowlanych wymaganych wskazanych dla uzyskania dobrych właściwości akustycznych budynków mieszkalnych”, MBJ2030 Miejski Budynek Jutra, zadanie W1.3.2.
7. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2002 nr 75, poz. 690 ze zm.).
8. L. Dulak, „Akustyka budowlana – wybrane zagadnienia dotyczące projektowania i wykonawstwa. Cz. III. Rozwiązania materiałowe ścian i stropów w aspekcie ich właściwości akustycznych”, „IZOLACJE”, nr 6/2011, s. 43–49.
9. PN-B-02151-3:1999, „Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach oraz izolacyjność akustyczna elementów budowlanych. Wymagania”.
10. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12 marca 2009 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2009 nr 56, poz. 461).
11. PN-EN 12354-2:2002, „Akustyka budowlana. Określenie właściwości akustycznych budynków na podstawie właściwości elementów. Izolacyjność od dźwięków uderzeniowych między pomieszczeniami”.  

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!