Katedra materiálového inženýrství a chemie MATERIÁLŮ

Katedra materiálového inženýrství a chemie ■■■■■

TEPELNÉ A AKUSTICKÉ VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ

Katedra mate eriálového inženýrství a chemie ■ ■■■■■

Obsah přednášky: -

šíř í tepla šíření t l materiály t iál

-

tepelně fyzikální veličiny (měrná tepelná vodivost, měrná tepelná kapacita, kapacita lineární délková teplotní roztažnost)

-

tepelně technické veličiny (tepelná jímavost, součinitel teplotní vodivosti vodivosti, tepelný odpor vrstvy materiálu materiálu, součinitel prostupu tepla) parametry důležité především pro materiály konstrukcí, které oddělují prostředí s rozdílnými teplotními, vlhkostními a tlakovými parametry

- šíření zvuku, materiály pro pohlcující a neprůzvučné konstrukce, rozložení akustického výkonu 2


Tepelné materiálové parametry dělíme na: o tepelně fyzikální veličiny – měrná tepelná vodivost, měrná tepelná kapacita, lineární délková teplotní roztažnost - definují přímo vlastnosti a chování materiálů z pohledu stavební fyziky o tepelně p technické veličiny y – tepelná p jjímavost,, součinitel teplotní vodivosti, tepelný odpor vrstvy materiálu, součinitel prostupu tepla - popisují vlastnosti konstrukce v závislosti na jejím geometrickém uspořádání a použitých materiálech o akumulační (tepelná kapacita) o transportní (součinitel tepelné vodivosti, teplotní vodivosti) o mechanické (teplotní roztažnost, objemové změny)

3


Normy definující tepelné vlastnosti stavebních materiálů a požadavky na tepelně izolační funkci stavebních konstrukcí: ČSN 73 0540-1 Tepelná ochrana budov. Část 1: Termíny, definice a veličiny pro navrhování a ověřování. (červen 2005), nahrazení normy z roku 1994 1994. ČSN EN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov. Část 2: Funkční požadavky. (duben 2007) – nahrazení stávajících norem z let 1994 2002 1994, 2002, 2005 2005. ČSN 73 0540-3 Tepelná ochrana budov. Část 3: Výpočtové hodnoty veličin pro navrhování a ověřování. (listopad 2005), nahrazení normy z roku 1994. ČSN 73 0540-3 Tepelná ochrana budov. Část 4: Výpočtové metody. (červen 2005), nahrazení normy z roku 1994. ČSN EN 12524 Stavební materiály a výrobky – Tepelné a vlhkostní vlastnosti – Tabulkové návrhové hodnoty (2001). 4


ČSN EN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov. Část 2: Funkční požadavky. (duben 2007) - norma stanovuje požadavky na měrnou spotřebu energie pro vytápění a celkovou spotřebu energie v budově a to včetně spotřeby energie pro osvětlení vyjma technologického vybavení Energetický druh budovy

Jednotka

Spotřeba energie v domě Pro vytápění Celková

Pasivní dům

[kWh.m-2.h-1]

15

42

Nízkoenergetický dům

[kWh.m-2.h-1]

50

130

Běžná novostavba

[[kWh.m-2.h-1]

115

170

Starý dům

[kWh.m-2.h-1]

220

280

5


Tepelně-technické normy zavádějí tři typy tepelně fyzikálních veličin: o normové hodnoty – číselná hodnota veličiny stanovená normalizovaným postupem o charakteristické hodnoty – číselná hodnota veličiny statisticky vyhodnocená z naměřených hodnot o výpočtové hodnoty – stanovené výpočtem podle norem na základě normové nebo charakteristické hodnoty této veličiny (případně přímo tabulková hodnota dle normy) – zavedení bezpečnostních přirážek, koeficientů, hodnot určujících vlastnosti materiálu apod apod.

6


Šíření tepla materiály • Přenos tepla - podle fyzikální podstaty dějů, jimiž jsou realizovány, se rozlišují tři druhy přenosu tepla: • vedením (kondukcí) v látkách • prouděním (konvekcí) látek • zářením (radiací) • Vedení V d í - přenos tepla vedením probíhá ve spojitém látkovém

prostředí - stavební částice látky si předávají kinetickou energii neuspořádaných řád ý h ttepelných l ý h pohybů, h bů která kt á se tí tím přenáší ř áší z míst í t vyšší teploty do míst o nižší teplotě látky - vedení tepla probíhá v látkách pevných, kapalných i plynných 7


Proudění - přenos tepla prouděním látky je vázán taktéž na spojité látkové prostředí - probíhá pouze v tekutinách, tj. v kapalinách a plynech - samovolné proudění je vyvoláno tím, že se ohříváním v důsledku roztažnosti zmenšuje j hustota látek - pokud vznikne mezi místem ohřevu a místem ochlazení v tekutině teplotní rozdíl, ohřívaná část tekutiny stoupá při vytlačování ochlazené těžší části - v kapalinách a zvláště v plynech přenos tepla prouděním převažuje nad přenosem tepla vedením

8

Záření


- přenos tepla zářením nevyžaduje látkové prostředí - teplo se přenáší elektromagnetickým zářením - energetická výměna mezi plochami o různé teplotě - pokud je přenos tepla zprostředkován převážně infračerveným zářením (vlnová délka 760 nm – 1 mm), nazývá se tento přenos sálání

9


Stavební materiály – převážně porézní nebo mezerovité - kromě kondukce se uplatňuje při přenosu tepla také konvekce a záření - zejména u větších pórů je nutné brát v úvahu také proudění plynů či par - na protilehlých stranách pórů dochází také k šíření tepla sáláním způsob šíření tepla v materiálu je závislý na následujících ás eduj c c vlastnostech: ast ostec o pórovitosti (velikosti pórů) a objemové hmotnosti o struktuře o teplotě o typu materiálu (kov, nekov) o vlhkosti 10


Vliv tepla na materiály Vlivem tepelné energie přidané do materiálu dochází ke změně jeho teploty, která je doprovázena změnami rozměrů materiálu (objemu - pórovitosti), změnou pevnosti, tvrdosti, tažnosti, látkového složení atd. tepelnou závislost obecně vykazují veškeré materiálové parametry - délkové (objemové) změny vyvolané v materiálu vlivem změny teploty mohou vést (v závislosti na pevnostních charakteristikách materiálu) ke vzniku trhlin, na to jsou citlivá především souvrství materiálů o různé tepelné roztažnosti - tepelná energie může v materiálu vyvolat i další významné změny vedoucí až k narušení celistvosti (např. rozpad po vysušení – sádra) 11


Měrná tepelná vodivost – součinitel tepelné vodivosti λ [Wm-1K-1] - vyjadřuje schopnost materiálu vést teplo - udává tepelný výkon výkon, který projde plochou homogenního materiálu o velikosti 1 m2 do vzdálenosti 1m při teplotním rozdílu 1K Transport tepla lze popsat například Fourierovým vztahem

q = − λ gradT

[Wm-2]

- součinitel teplené vodivosti se dosazuje do tepelně technických výpočtů vlastností stavebních konstrukcí (výpočet součinitele prostupu tepla tepla, tepelný odpor konstrukce)

12


Podle součinitele tepelné vodivosti můžeme stavební materiály rozdělit na: o vysoce tepelně izolační materiály λ = 0,03 – 0,10 Wm-1K-1 (objemová hmotnost do 500 kgm-3) o materiály s dobrými tepelně izolačními vlastnostmi λ = 0,10 – 0,30 Wm-1K-1 (objemová hmotnost do 800 kgm-3) o materiály se středními tepelně izolačními vlastnostmi λ = 0,30 – 0,60 Wm-1K-1 (objemová hmotnost do 1600 kgm-3) o materiály t iál s běž běžnými ý i ttepelně l ě izolačními i l č í i vlastnostmi l t t i λ = 0,60 – 1,25 Wm-1K-1 (objemová hmotnost do 2400 kgm-3) o hutné anorganické materiály λ = 1,25 – 3,5 Wm-1K-1 (objemová hmotnost > 2400 kgm-3) o ostatní hutné ortotropní materiály λ > 3,5 Wm-1K-1 o kovy s velikostí tepelné vodivosti λ > 50 Wm-1K-1

13


Závislost součinitele tepelné vodivosti na objemové hmotnosti

14


Závislost součinitele tepelné vodivosti na objemové hmotnosti 1 – lehký beton z experlitu, 2 – pórobeton, 3 – plynosilikát, 4 – lehký 15 beton z keramzitu, 5 - cihelný střep


Závislost součinitele tepelné vodivosti Liaporu na sypné hmotnosti 16


- na součinitel tepelné vodivosti má výrazný vliv vlhkost materiálu ((s nárůstem vlhkosti dochází k p poklesu tepelně p izolačních vlastností) způsobeno součinitelem tepelné vodivosti vody (cca 0,58 Wm-1K-1), která je cca 25x > než tepelná vodivost vzduchu (cca 0,025 Wm-11K-11) a také tím, že dochází k šíření tepla prouděním - v případě, případě kdy dojde k zmrznutí vody, vody dochází k dalšímu nárůstu součinitele tepelné vodivosti - ( λ = 2,3 2 3 Wm-1K-1 při -10 -10°C) C)

17


- podstatný nárůst součinitele tepelné vodivosti vlivem nárůstu vlhkosti má významné ý důsledkyy při p p praktickém p provádění tepelných izolací – nasákavé a navlhavé materiály je nutné v průběhu skladování, montáže i po zabudování do konstrukce dostatečně chránit proti pronikání vlhkosti - při návrhu tepelně izolačních systému a konstrukčních detailů je tedy nutné počítat se součinitelem tepelné vodivosti, vodivosti který odpovídá praktické vlhkosti materiálu (ne dokonale vysušenému materiálu)!!! - v ČSN 73 0540-1 je vyjádřena změna velikosti součinitele tepelné vodivosti v závislosti na změně vlhkosti pomocí vlhkostního součinitele materiálu (případně konstrukce) Zu [-] (dříve Zw) 18


Vlhkostní součinitele materiálu Zu [-]

Z

u

=

a2

λk

- a2 součinitel regresní lineární závislosti součinitele teplotní vodivosti na hmotnostní vlhkosti (směrnice závislosti) - λk charakteristická hodnota součinitele tepelné vodivosti

19


Závislost součinitele tepelné vodivosti na obsahu vlhkosti

20


Závislost součinitele tepelné vodivosti na obsahu vlhkosti desek EPS - S - každým objemovým % obsahu vlhkosti roste tepelná vodivost o 3 - 4 % (měřeno na zkušebních tělesech o objemové hmotnosti 16 kg/m3). ) 21


- pro zvýšení tepelně izolačních vlastností materiálu je výhodnější větší množství malých pórů oproti pórům velkým, ve kterých probíhá radiace - anisotropní p materiály y mají j v jjednotlivých ý směrech různé hodnoty součinitele teplené vodivosti (minerální vlny, lamináty s výztuží ze skleněných vláken, dřevo)

22


Vliv teploty na transport tepla - u porézních materiálů dochází se zvyšováním teploty k intenzivnějšímu sálání v pórech nárůst součinitele tepelné vodivosti - pro informativní stanovení závislosti mezi teplotou a součinitelem tepelné vodivosti je možno použít vztah:

λt = λ0 + 0, 0025 0025tt

23


Závislost součinitele tepelné vodivosti na teplotě EPS desky (měřeno na zkušebních tělesech o objemové hmotnosti 20 kg/m3).

24


Měření součinitele tepelné vodivosti • metody přímé • metody nepřímé p y Základem všech metod jje znalost rozložení teploty (teplotního pole) v měřeném vzorku materiálu. Podle P dl ttoho, h jjakým ký způsobem ů b se ve vzorku k vytváří t áří teplotní t l t í pole rozdělujeme metody na stacionární – měření probíhá za stálého tepelného výkonu a nestacionární – tepelný výkon se během měření mění. Stacionární metody jsou exaktnější, exaktnější jednodušší jednodušší, spolehlivější a snáze kontrolované. Na druhé straně je dosažení ustáleného teplotního stavu časově náročné a to i při měření relativně malých vzorků – zdlouhavé, zdlouhavé při měření vlhkých vzorků může dojít k redistribuci vlhkosti a tím ke změně 25 tepelné vodivosti zkoušeného vzorku.


Metody měření součinitele tepelné vodivosti lze také rozdělit podle dalších aspektů: o podle tvaru zdroje – bodové, liniové (kruhové, přímkové), plošné objemové a kombinované plošné, o podle tvaru měřeného vzorku – vzorky nedefinovaného tvaru, definovaného geometrického tvaru (koule, destička, válec) o podle časové průběhu tepelného příkonu zdroje

26


Přístroje pro měření součinitele tepelné vodivosti přístroj st oj S Shotherm ot e S Showa o a Denko e o – měření ě e v nestacionárním estac o á -p stavu - princip měření je založen na metodě horkého drátu – - měření teplotního nárůstu v definované vzdálenosti od lineárního zdroje tepelné energie, který působí konstantním výkonem na jednotku délky - drátem, drátem umístěným v ose vzorku vzorku, se dodává konstantní tepelný tok - s časem dochází k exponenciálnímu nárůstu teploty

q ⋅ ln(t2 − t1 ) λ= 4π (T2 − T1 ) - topný drát je umístěn mezi dvě vrstvy zkoumaného materiálu (Shotherm – jedna část vzorku nahrazena materiálem nepropustným pro teplo o známém λ) 27


- měření trvá řádově v desítkách sekund, což umožňuje měření vlhkých vzorků Přístroj ISOMET 104 (Applied Precision) - přístroj je založen na nestacionárním způsobu měření - do analyzovaného vzorku jsou vysílány tepelné impulsy a následně je měřena časová závislost teplotní odezvy materiálu t iál - teplota je vzorkována a jako funkce času přímo vyhodnocena y jjako funkce času pomocí p p polynomiální y regrese g

28


Stacionární metody - Gaurded hot plate - Metoda Poensgenova, Poensgen-Eriksonova metoda, Bockova metoda - měření je založeno na průchodu ustáleného toku tepla z měřící topné desky zkoušeným vzorkem k chlazené desce přístroje

29


• Metody nepřímé - založeny na měření jiné fyzikální veličiny, z níž pak lze tepelnou vodivost odvodit (dynamická metoda určení teplotní vodivosti – difuzivity a)

λ a = cρ Rovnice vedení tepla:

∂T ∂ ∂T ρc = (λ ) ∂t ∂x ∂x

λ = λ (t )

(inverzní analýza experimentálně stanovených teplotních profilů – obdobné s řešením inverzní úlohy transportu vlhkosti) 30


Tepelná kapacita c - měrná – vztažena na kg látky [J kg-1 K-1] - objemová bj á – vztažena t ž na m3 látky látk [J m-33 K-11] - udává množství tepla tepla, které je nutné dodat 1 kg (m3) materiálu aby se ohřál o 1K

Q ⎞ 1 ⎛ dQ cx = ⎜ ⎟ m ⎝ dT ⎠ x - index x značí druh termodynamické změny stavu, stavu při níž je tělesu přiváděno teplo (konstantní tlak, objem), nemění-li se při dodávání tepla látce její objem, dodané teplo pouze zvyšuje š j vnitřní itř í energiiii látk látky a jjejí jí tteplota l t roste, t může-li ůž li se při ři ohřívání objem látky zvyšovat, koná látka při rozpínání práci a tuto práci je nutné krýt dalším dodáním tepla - u pevných a kapalných látek malá tepelná rozpínavost a 31 proto nerozlišujeme cp, cv.


- je také vysoce závislá na vlhkosti a teplotě - s nárůstem vlhkosti roste také měrná tepelná kapacita - aditivní diti í veličina liči závislost á i l t měrné ě é ttepelné l é kapacity na vlhkosti lze vyjádřit jednoduchým směšovacím vztahem

c = (c 0 + c w u ) /(1 + u ) - kde c je měrná tepelná kapacita vlhkého materiálu - cw měrná tepelná kapacita vody (cca 4182 J/kgK při 20°C) 20 C) - hmotnostní obsah vlhkosti [kg/kg] - c0 měrná tepelná kapacita suchého materiálu - závislost měrné tepelné kapacity na teplotě není možné popsat žádným obecně platným vztahem vztahem, neboť je zcela individuální pro každý druh materiálu

32

33


34


35


36



Měření měrné tepelné kapacity • kalorimetrická k l i t i ká měření ěř í – nádoba ád b opatřena tř teploměrným t l ě ý zařízením •p princip p měření jje založen na zákonu zachování tepla p - v uzavřené tepelně izolované soustavě se tepla přijatá studenějšími tělesy rovnají teplům odňatým teplejším tělesům za předpokladu předpokladu, že tělesa nemění svá skupenství skupenství, nepůsobí na sebe chemicky a nevykonávají při tomto procesu žádnou vnější mechanickou práci - výměna tepel mezi tělesy trvá tak dlouho, dokud v soustavě nedojde k vyrovnání teplot všech těles

Q = mc x Δ T

n

∑

i =1

n

m ic iti = t ∑ m ic i i =1

Kalorimetrická rovnice

37


Měření měrné tepelné kapacity – adiabatický kalorimetr I/II – mají jí stěny tě dokonale d k l ttepelně l ě izolovány i l á od d okolí k lí – dodávané teplo způsobí vzrůst teploty uvnitř kalorimetru – směšovací kolorimetr

m v c v + v k T − T1 c = M T2 − T mv … hmotnost kapaliny v kalorimetru cv … měrná tepelná p kapacita p kapaliny p y v kalorimetru vk … vodní hodnota kalorimetru T … konečná teplota lázně kalorimetru T1 … počáteční hodnota lázně kalorimetru T2 … teplota vzorku před vhozením do kalorimetru c … měrná tepelná kapacita vzorku M … hmotnost vzorku

38


Měření měrné tepelné kapacity – adiabatický kalorimetr II/II

(T − T1) ⎤ ⎡ vk = 4,1688⎢(M 2 − M 1 ) − ( M 1 − M k ) ⎥ ( ) T − T 2 ⎦ ⎣ Mk … hmotnost suchého kalorimetru (kg) M1 … hmotnost kalorimetru naplněného vodou asi do ½ (kg) T1 … teplota v kalorimetru na počátku měření (°C) T2 … teplota ohřáté vody (°C) M2 … hmotnost h t t kalorimetru k l i t s veškerou šk vodou d (kg) (k ) T … teplota kalorimetru po ustálení (°C) 4 1688 … měrná tepelná kapacita vody (J /kg K) 4,1688

39


Teplotní délková a objemová roztažnost • mezii nejdůležitější jdůl žitější ttepelné l é vlastnosti l t ti stavebních t b í h materiálů t iálů patří kromě tepelné kapacity a tepelné vodivosti také teplotní délková a objemová roztažnost • vlastnosti, které v mnohých případech rozhodují o použití materiálů • !!!! vlivem teploty může docházet také ke smršťování – vznik smykových (případně tahových) trhlin např. ve zdivu součinitel délkové teplotní roztažnosti α [K-1] - vyjadřuje reakci materiálu na změnu teploty (změna rozměrů ve všech směrech) - protože u stavebních materiálů zabudovaných v konstrukcích převažuje většinou jeden rozměr, posuzujeme je většinou podle změny délky Δl 40


dl = l 0 α dT • u většiny ětši ttradičních dič í h materiálů t iálů se součinitel či it l lilineární á í délk délkové é roztažnosti pohybuje v rozsahu 6 – 16 x 10-6 K-1 • např. p u betonů a oceli se uvažuje j hodnota stejná j 10 - 12 x 10-6 K-1 • pozor na spolupůsobení materiálů zabudovaných v konstrukci !!! vnitřní pnutí, pnutí deformace !!! součinitel objemové j teplotní p roztažnosti γ [[K-1] - pro pevné látky s isotropní strukturou lze vzhledem k malé hodnotě α volit vztah

γ ≅ 3α

1 dV γ= V0 dT 41


Tepelně-technické vlastnosti materiálů • počítají čít jí se na základě ákl dě známých á ý h ((změřených) ěř ý h) h hodnot d t tepelně-fyzikálních veličin • tepelná jímavost • součinitel teplotní vodivosti • tepelný odpor vrstvy materiálu • součinitel p prostupu p tepla p

42

Tepelná jímavost materiálů b [W2sm-4K-2]


• vyjadřuje schopnost materiálu přijímat nebo uvolňovat teplo • čím větší je tepelná jímavost materiálu, tím materiál méně přijímá ale i uvolňuje teplo přijímá, • nízká hodnota tepelné jímavosti pak znamená, že materiál rychle přijme teplo, ale také ho rychle uvolní

b = λ ⋅ c ⋅ ρV λ součinitel či it l ttepelné l é vodivosti di ti c měrná tepelná kapacita ρv objemová j hmotnost 43


Součinitel teplotní vodivosti a [m2s-1] • popisuje i j schopnost h t materiálu t iál o definované d fi é vlhkosti lhk ti vyrovnávat rozdílné teploty při neustáleném vedení tepla (důležité např. při přerušovaném vytápění) • platí, že čím vyšší je velikost součinitele teplotní vodivosti, tím rychleji probíhá vyrovnání teplot

λ a= c ⋅ ρV λ součinitel tepelné vodivosti c měrná tepelná kapacita ρv objemová hmotnost 44


Tepelný odpor vrstvy materiálu R [m2KW-1] • dříve dří návrhová á h áh hodnota d t dl dle norem ČSN • vyjadřuje tepelně izolační vlastnosti materiálu o konkrétní tloušťce • čím je vyšší, tím více materiál (konstrukce) izoluje

R=

d

λ

λ součinitel tepelné vodivosti d tloušťka materiálu

45


Součinitel prostupu tepla U [W/m2K]

1 U= R

• parametr t popisující i jí í vlastnosti l t ti konstrukce k t k • dle ČSN 73 0540-2 je to tepelně technická veličina charakterizující j tepelně p izolační vlastnosti konstrukce

46



Vztah mezi součinitelem prostupu tepla a tepelným odporem.


Akustické vlastnosti materiálů • pro potlačení tl č í odrazu d zvukových k ý h vln l se navrhují h jí konstrukce k t k pohlcující •p pro p potlačení p přenosu zvukových ý vln se navrhují j konstrukce zvukově izolační • měřítkem vhodnosti stavebních materiálů pro tyto konstrukce je jich vlnový odpor Z [N s m-33]

Z = ρ ⋅c c rychlost šíření podélných vln v materiálu ρ objemová hmotnost materiálu

49


- vlnový odpor popisuje tzv. akustickou tvrdost materiálu, podle které materiály dělíme na: • akusticky měkké materiály – hodnoty vlnového odporu blízké odporu vzduchu (Z0) • akusticky tvrdé materiály – Z >> Z0

50


Schéma rozložení akustického výkonu zvukové vlny po dopadu na stavební konstrukci. 51


Materiály pro pohlcující konstrukce • schopnost materiálu (konstrukce) pohltit část akustického výkonu dopadající zvukové vlny je definována f č činitelem zvukové pohltivosti α v kmitočtovém pásmu • definován jako podíl akustického výkonu konstrukcí α=Wa/Wi pohlceného k akustickému výkonu na konstrukci dopadajícího • zvuková p pohltivost A [m [ 2] - schopnost p absorbéru (pohlcovače) pohlcovat část akustického výkonu zvukové vlny, která na něj dopadá

A = αs ⋅ S αs činitel zvukové pohltivosti pohlcovače v kmitočtovém pásmu S plošný obsah volného povrchu pohlcovače [m2] 52


Šíření zvuku stavebními konstrukcemi:

a) b) c))

šíření zvuku vzduchem šířením zvuku kmitáním (vibrace) šíření zvuku jjinými ý cestami ((otvory y a netěsnosti v konstrukcích) 53


Materiály pro neprůzvučné konstrukce - neprůzvučnými p ý konstrukcemi jsou j konstrukce stěn a stropů, p které akusticky oddělují různé prostory – zprostředkovávají přenos zvukových vln ze vzduchu s určitou ztrátou akustického výkonu Rozeznáváme neprůzvučnost: o vzduchovou, o které mluvíme v případě, kdy sledujeme šíření akustické energie ze vzduchu přes stěnu (konstrukci) opět do vzduchu za stěnou o kročejovou, kdy se jedná o vyzařování akustické energie stěnou, která byla uvedena do ohybového vlnění vlivem i impulsů l ů (k (kroků). ků) Tento T jev j se objevuje bj j především ř d ší ve stavebnictví

54


Norma ČSN Č 73 0532/2000 stanovuje požadavky pro vzduchovou a kročejovou neprůzvučnost jejichž splnění je splněním p závazných ý p požadavků zákona č.50/1976 Sb., Stavebního zákona ve znění jeho pozdějších úprav, § 47, odst. 1 a vyhlášky č. 137/1998 Sb., o obecných technických požadavcích na výstavbu, § 32, odst.3. Význanou akustickou charakteristikou konstrukcí je jejich plošná hmotnost m m´ [kgm-2], ] která definuje neprůzvučnost konstrukcí, a dle které můžeme stavební konstrukce rozdělit na ohybově poddajné, polotuhé a tuhé o ohybově poddajné konstrukce – m´ ≤ mc´ o polotuhé mc´ ≤ m´≤ ms´ o konstrukce k k tuhé hé ms´´ ≤ m´´ mc´, ms´ - charakteristické hodnoty plošné hmotnosti, liší se pro různé typy materiálů 55


mc ´= kc

ρ c

ms ´= k s mc ´ ρ objemová hmotnost materiálu [kg m-3] c rychlost šíření podélných vln v materiálu [ms-1] kc [ms-1], ks - materiálové konstanty závislé na hodnotě ztrátového činitele η (viz. normy) - akustický ztrátový činitel η je vyjadřován jako míra schopnosti materiálu pohlcovat šířící se zvuk a měnit energii zvukem vytvořených vibrací na energii tepelnou • v látkách pevného skupenství rychlost šíření podílných vln úzce souvisí s tuhostí těchto látek, neboť platí

c ≈ (E / ρ )

1/ 2

kde E (Pa) je dynamický modul pružnosti

56



Vážená neprůzvučnost Rwc [dB] pro plošnou hmotnost mc´, vážená neprůzvučnost Rws pro plošnou hmotnost ms´

Rwc = 20 ⋅ log ( mc´) +10

Rws = Rwc + 10 pro konstrukce ohybově poddajné platí:

Rw = 20 ⋅ log ( m´) +10 pro konstrukce ohybově polotuhé platí:

10 m´ Rw = Rwc + ⋅ log mc´ log ks

⎛ m´⎞ pro konstrukce ohybově tuhé platí: Rw = 20⋅ log⎜ ⎟ +20 ⎝ ks ⎠


Neprůzvučnost jednoduchých konstrukcí tedy závisí na následujících parametrech stavebních materiálů: o objemová hmotnost materiálů (s jejím nárůstem se zvyšuje také neprůzvučnost) o rychlost šíření podélných zvukových vln c (resp. na dynamickém y modulu pružnosti p materiálu v tahu za ohybu y E [Pa]) – s poklesem neprůzvučnost vstoupá o na ztrátovém činiteli η, s jehož nárůstem se zvyšuje neprůzvučnost konstrukce o neprůzvučnost jednoduchých konstrukcí závisí na jediném konstrukčním parametru – tloušťce konstrukce h

59


Stavební a prostorová akustika Doba dozvuku učeben, tělocvičen, sálu, studií atd. bývá pokládána za převládající ukazatel jejich akustických vlastností. Měření doby dozvuku jsou důležitá v oblasti snižování hluku v sálech, a také pro posuzování sálů pro řeč a hudbu. Čas dozvuku - doba, doba během níž intenzita zvuku klesá o 60 dB - krátký čas dozvuku umožňuje nejjasnější a nejvýraznější příjem zvuků, vysokou zřetelnost řeči a snížení hladiny rušivého hluku - dlouhý čas dozvuku,typický pro místnosti, v nichž se nachází mnoho h ttvrdých dý h povrchů, hů snižuje iž j zřetelnost ř t l t řřeči či a posiluje il j intenzitu hluku v interiéru

60


Přípustné hodnoty doby dozvuku ve školních učebnách učebnách, tělocvičnách, ve společenských místnostech pro předškolní děti,, v halách a chodbách školních a zdravotnických ý zařízení stanovuje nařízení vlády č. 502/2000 Sb.o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací. Optimální čas dozvuku se pohybuje v mezí od 0,3 sec např.: p v kinech vybavených y ý moderním ozvučovacím systémem, y , do cca 7 sek. např.: ve velkém kostele. ČSN ISO 3382 Akustika - měření doby dozvuku místností a sálů s uvedením jiných akustických parametrů 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 ČSN EN ISO 717 - 1 Akustika - Hodnocení zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách - Část1: Vzduchová neprůzvučnost 61


Prostorová akustika se zabývá způsoby jak dosáhnout co nejkvalitnějšího poslechu produkovaného zvuku v určitém prostoru. V uzavřených p ý p prostorech, které nejsou j p pravoúhlé a jejichž rozměry jsou větší než vlnová délka zvuku, jsou procesy šíření zvuku velmi složité. Prostorová akustika je rozdělena do tří částí: Vlnová Vl á tteorie i - zabývající bý jí í se difuzitou dif it (rozptylem) ( t l ) zvuku k Geometrická akustika – zabývá se geometrickým řešením prostoru zajišťuje všechna potřebná místa zvukem o prostoru, dostatečné a srovnatelné intenzitě, používá speciální odrazové plochy pro řízené zvukové vlny. Statistická akustika - jejím základním kritériem je doba dozvuku. 62

Katedra materiálového inženýrství a chemie MATERIÁLŮ

Recommend Documents