Energeticky efektivní budovy 2015 sympozium Společnosti pro techniku prostředí 15. října 2015, Buštěhrad
OBVODOVÝ PLÁŠŤ NA BÁZI DŘEVA ENVILOP Z POHLEDU STAVEBNÍ AKUSTIKY Jiří Nováček1), Martin Volf1), Michal Bureš1), Antonín Lupíšek1) 1) Architektura
a interakce budov s životním prostředím, UCEEB, ČVUT, Buštěhrad
ANOTACE Tento příspěvek se zabývá zvukovou izolací lehkého obvodového pláště na bázi dřeva ENVILOP. V první části jsou prezentovány výsledky laboratorních měření vzduchové neprůzvučnosti pro různé skladby obvodového pláště. Tyto výsledky jsou v další části využity k teoretickému rozboru problematiky a pro návrh akusticky optimalizované varianty ENVILOP SILENT. Závěrečná část je věnována hodnocení pláště z hlediska platné legislativy.
SUMMARY This paper deals with airborne sound insulation of lightweight wood based facade ENVILOP. In the first part, the results of laboratory measurements are presented for various compositions of external wall. These results are then used for theoretical analysis and the development of acoustically optimized variant called ENVILOP SILENT. The final part of this paper is devoted to the evaluation of ENVILOP facade regarding the current legislation.
ÚVOD Obvodové pláště budov lze z akustického hlediska rozdělit na těžké a lehké. Do kategorie těžkých plášťů patří například zděné a monolitické stěny. Jejich neprůzvučnost je ovlivněna především plošnou hmotností. U lehkých plášťů je problém komplexnější, o neprůzvučnosti rozhoduje celé konstrukční řešení pláště (vlastnosti a uspořádání jednotlivých vrstev, způsob upevnění vrstev v konstrukci, přítomnost či absence akustických mostů apod.). Zatímco u těžkých konstrukcí lze neprůzvučnost poměrně spolehlivě odhadnout výpočtem, u lehkých konstrukcí se dává přednost měření. V tomto příspěvku jsou prezentovány a diskutovány výsledky rozsáhlých experimentálních měření vzduchové neprůzvučnosti obvodového pláště na bázi dřeva ENVILOP, který byl vyvinut v rámci Univerzitního centra energeticky efektivních budov ČVUT. Obsažené informace mohou posloužit k vytvoření základní představy o přenosu zvuku lehkými obvodovými plášti, také je však mohou využít architekti a projektanti v rámci rozhodování o koncepčním řešení fasády. Relevantních informací o zvukově izolačních vlastnostech stavebních prvků na bázi obnovitelných materiálů je totiž stále velmi málo. Tab. 1 Skladba plného panelu ENVILOP Popis
Výrobek
Dřevoštěpková deska Dřevovláknitá izolace Difúzně otevřená dřevovláknitá deska Difúzně otevřená fasádní fólie Celkem
EGGER OSB 4 STEICO FLEX EGGER DHF 2PD ISOCELL -
215
Objemová hmotnost (kg/m3) 620 50 625 25 -
Tloušťka (mm) 15 240 15 270
MĚŘENÍ Měření vzduchové neprůzvučnosti podle ČSN EN ISO 10140-2 a ČSN EN ISO 10140-4 základní varianty obvodového pláště ENVILOP bylo realizováno v akreditované zkušební laboratoři v Praze. Následné zkoušky, které měly za cíl prověřit vliv různých konstrukčních úprav na přenos zvuku obvodovým pláštěm, byly provedeny v akustické laboratoři UCEEB. Vždy byla zkoušena sestava čtyř panelů, reprezentující typický výsek fasády s křížením horizontální a vertikální spáry. Rozměry vzorků byly přibližně 3 060 mm x 2 850 mm (šířka x výška) v případě akreditované zkoušky a 3 060 mm x 2 400 mm (šířka x výška) v laboratoři UCEEB. Velká pozornost byla věnována tomu, aby zkoušené panely byly namontovány stejným způsobem jako na stavbě. Z toho důvodu vždy byla horní dvojice panelů zavěšena přes systémové ocelové kotvy do vodorovného nosného prvku, což eliminovalo riziko stlačení těsnění ve spáře mezi panely a zároveň umožnilo správné nastavení šířky obou spár. Pohled na sestavu panelů obvodového pláště při zkoušce v akreditované laboratoři je na obrázku 1.
Obr. 1 Pohled na sestavu s plnými panely (vlevo) a s jedním panelem s oknem o rozměrech 1,40 m x 1,15 m, zaskleným izolačním trojsklem 4-18-4-18-4
Obr. 2 Změřený průběh neprůzvučnosti základní varianty obvodového pláště ENVILOP 1 Výsledná hodnota vážené laboratorní neprůzvučnosti obvodového pláště ENVILOP je u sestavy složené ze čtyř plných panelů Rw (C; Ctr) = 41 (-2; -6) dB, u sestavy s oknem pak 216
Rw (C; Ctr) = 38 (-2; -5) dB. Graf s průběhem neprůzvučnosti v závislosti na kmitočtu je pro obě varianty znázorněn na obrázku 2. Protože vnitřní strana obvodového pláště ENVILOP není řešena jako pohledová, předpokládá se, že ve většině případů bude ze strany interiéru provedena sádrokartonová předstěna. Ta se kromě jiných funkcí (estetické, protipožární, tepelně izolační, apod.) bude také podílet na snižování přenosu zvuku obvodovým pláštěm. Z praktických zkušeností vyplývá, že zlepšení vzduchové neprůzvučnosti je významnější u stěn s větší tloušťkou vzduchové mezery a s vyšší plošnou hmotností obkladových desek. Účelem měření, která byla prováděna v laboratoři UCEEB, však bylo prověřit akustické chování pláště ENVILOP s nejběžnější variantou předsazené stěny, proto byla zvolena následující skladba (od exteriéru):
25 mm vzduchová mezera 50 mm sloupky CW50 s vloženými deskami z minerální plsti ISOVER ORSIK tl. 50 mm, 12,5 mm sádrokartonová deska KNAUF WHITE.
Lze předpokládat, že pro jiné varianty předsazené stěny budou hodnoty neprůzvučnosti ještě příznivější (např. při použití sádrovláknitých desek, sádrokartonových desek s protipožární úpravou, tvrzených sádrokartonových desek apod.). Musí však být dodržena zásada, že předstěna je zcela nezávislá na obvodovém plášti, bez jakéhokoliv mechanického kontaktu.
Obr. 3 Změřený průběh neprůzvučnosti obvodového pláště ENVILOP se sádrokartonovou předstěnou Výsledná vážená laboratorní neprůzvučnost obvodového pláště ENVILOP s předstěnou ze sádrokartonu se zatlumenou vzduchovou mezerou je Rw (C; Ctr) = 57 (-3; -11) dB, s prázdnou vzduchovou mezerou potom Rw (C; Ctr) = 51 (-2; -8) dB. Graf s průběhem neprůzvučnosti v závislosti na kmitočtu je pro obě varianty znázorněn na obrázku 3. Z grafu je zřejmé, že vlivem předstěny se neprůzvučnost významně zvýšila prakticky v celém zvukově izolačním pásmu. A to i ve variantě vzduchové mezery bez pohlcovače, kdy se neprůzvučnost pohybuje někde mezi hodnotami samotné základní konstrukce obvodového pláště a obvodového
217
pláště se zatlumenou vzduchovou mezerou. Takové chování je pro dvojité konstrukce se vzduchovou mezerou bez pohlcovače typické.
TEORIE Obvodový plášť ENVILOP lze z hlediska vzduchové neprůzvučnosti považovat za dvojitou konstrukci, ve které jsou dva obkladové deskové prvky na bázi dřeva vzájemně oddělené vzduchovou mezerou tl. 240 mm, vyplněnou dřevovláknitou deskou. Neprůzvučnost takové konstrukce je prakticky v celé zvukově izolační oblasti výrazně vyšší, než by odpovídalo jednoduché konstrukci se stejnou plošnou hmotností, jak dokládá obrázek 4. Na snižování přenosu zvuku se totiž příznivě podílí také útlum zvuku ve vzduchové mezeře. Dosavadní zkušenosti naznačují, že dřevovláknité desky jsou z hlediska útlumu srovnatelné s deskami z minerálních či skelných vláken. Z obrázku je rovněž zřejmé, že průběh změřených hodnot neprůzvučnosti téměř odpovídá hodnotám vypočteným, tedy že akustické chování zkoušeného vzorku je skutečně velmi blízké ideální dvojité konstrukci se zatlumenou vzduchovou mezerou. Ve výpočtech byl zohledněn fakt, že v každém panelu jsou obě desky po obvodě tuze spojené prostřednictvím dřevěného rámu. Dále byl zanedbán vliv spár na neprůzvučnost, tj. byl zaveden předpoklad, že spáry jsou ideálně těsné.
Obr. 4 Změřený a vypočtený průběh neprůzvučnosti základní varianty obvodového pláště ENVILOP Z obrázku 4 je zřejmé, že ve dvou kmitočtových oblastech dochází k výraznému poklesu neprůzvučnosti, který nepříznivě ovlivňuje hodnotu vážené vzduchové neprůzvučnosti. První oblast zahrnuje třetinooktávová pásma 100 Hz a 125 Hz, druhá pásma 1250 Hz až 4000 Hz. Příčin těchto poklesů může být více, jako nejpravděpodobnější se však jeví: 100 Hz a 125 Hz
rezonance typu hmotnost-poddajnost-hmotnost (deska-vzduch-deska), vlastní rezonance desek na bázi dřeva,
1250 Hz až 4000 Hz
vlnová koincidence deskových prvků.
218
Přestože vzduchová neprůzvučnost samotného pláště ENVILOP už je na velmi dobré úrovni, bylo snahou vyvinout ještě nadstandardní, akusticky optimalizované řešení pláště pro budovy s vysokými nároky na ochranu před hlukem. Tak vznikla varianta ENVILOP SILENT. Její konstrukční řešení, směřující k co nejvyrovnanějšímu průběhu neprůzvučnosti (bez poklesů), spočívalo ve zvýšení plošné hmotnosti alespoň jednoho deskového obkladu vícevrstvým obložením a v použití desek s vyšším vnitřním ztrátovým.
ENVILOP SILENT Ve variantě ENVILOP SILENT jsou panely z vnitřní strany opatřeny jednou vrstvou papírových voštinových desek s pískem WOLF Phonestar TRI tl. 15 mm. Tyto desky se šroubují k panelům přímo na stavbě, na hotový obvodový plášť z panelů ENVILOP, a to takovým způsobem, že překrývají spáry mezi nimi. Aby byla zachována možnost vzájemného volného pohybu panelů, musí být mezi deskami vytvořeny dilatační spáry s mírným odsazením (cca 10 cm) od horizontálních i vertikálních spár mezi panely. Při akustické zkoušce byly spáry mezi voštinovými deskami vyplněny akrylovým tmelem.
Obr. 5 Změřený průběh neprůzvučnosti obvodového pláště ENVILOP s deskami WOLF Phonestar TRI tl. 15 mm a se sádrokartonovou předstěnou Výsledná vážená laboratorní neprůzvučnost samotného obvodového pláště ENVILOP SILENT je Rw (C; Ctr) = 50 (-1; -4) dB a pláště ENVILOP SILENT s předstěnou ze sádrokartonu se zatlumenou vzduchovou mezerou je Rw (C; Ctr) = 61 (-3; -9) dB. Graf s průběhem neprůzvučnosti v závislosti na kmitočtu je pro obě varianty znázorněn na obrázku 5. Z něho je zřejmé, že poklesy neprůzvučnosti byly téměř eliminovány a průběh neprůzvučnosti je velmi vyrovnaný. Vážená neprůzvučnost ENVILOP SILENT je o celých 9 dB vyšší než u základní varianty obvodového pláště ENVILOP. Přitom plošná hmotnost panelu byla zvýšena jen asi o třetinu, z 30 kg/m2 na přibližně 45 kg/m2. Taková plošná hmotnost je stále velmi nízká, zvlášť vezmeme-li v úvahu, že u jednoduché homogenní konstrukce je k dosažení vážené neprůzvučnosti okolo 50 dB třeba plošné hmotnosti 250 až 300 kg/m2. Za pozornost stojí také srovnání hodnoty faktoru přizpůsobení spektru Ctr, který je u základní varianty -6 dB, zatímco u varianty SILENT jen -4 dB. To naznačuje, že ENVILOP SILENT má z hlediska izolace vůči hluku z dopravy příznivější tvar spektra neprůzvučnosti než základní varianta.
219
ZÁVĚR Na závěr ještě zbývá hodnocení obvodového pláště ENVILOP s ohledem na legislativní požadavky, které jsou uvedeny v ČSN 73 0532 [3]. Musí platit, že vážená stavební neprůzvučnost R´w (dB) obvodového pláště je vyšší nebo rovna požadované hodnotě, která závisí na ekvivalentní hladině akustického tlaku A, LA,eq (dB) před fasádou, druhu chráněného vnitřního prostoru a denní době. Pro obecné hodnocení neprůzvučnosti obvodového pláště lze vycházet z limitních hodnot hluku před fasádou (v chráněném venkovním prostoru), definovaných v Nařízení vlády 272/2011 Sb. o ochraně před nepříznivými účinky hluku a vibrací [2]. Pro hluk ze silniční dopravy limit závisí na druhu a třídě komunikace a pohybuje se v rozmezí 55-60 dB přes den, resp. 45-50 dB v noci. Pro takové hodnoty hluku je požadovaná vážená stavební neprůzvučnost obvodového pláště v běžných budovách R´w,pož = 30 dB. Z výsledků měření prezentovaných v předchozích částech příspěvku je zřejmé, že tuto hodnotu splní i základní varianta obvodového pláště s oknem a bez předstěny (R´w 38-2=36 dB > 30 dB). Ostatní varianty, zejména ENVILOP SILENT, poskytují v tomto ohledu nadstandardní úroveň zvukové izolace a tedy i vyšší komfort pro uživatele, resp. chrání před hlukem více uživatelů. Je však třeba zmínit, že současné tendence směřují k výrazným změnám v oblasti hodnocení zvukové izolace staveb. Např. podle metodiky COST TU0901 [5], která je v současné době vnímána jako vzor pro nový systém, se má pro vyjádření požadavků na vzduchovou neprůzvučnost obvodového pláště používat „nová“ veličina D2m,nT,50. Jedná se o normovaný rozdíl hladin akustického tlaku A mezi venkovním a vnitřním prostředím v rozšířeném zvukově izolačním pásmu 50 až 3150 Hz. Přibližný přepočet R´w na D2m,nT,50 je pro variantu pláště s oknem možné provést podle vztahu: D2m,nT,50 = 36-1-6=29 dB. Zvuková izolace má být podle nové metodiky hodnocena pomocí šesti tříd A až E. Nejlepší je třída A, zatímco třída F se používá pro budovy bez požadavků na ochranu před hlukem. Orientační podíl uživatelů stavby rušených hlukem je pro jednotlivé třídy následující: A (méně než 5%), B (5%), C (10%), D (20%), E (35%), F (50% a více). Například pro obytné budovy v lokalitách s hladinou akustického tlaku den-večer-noc Ldvn=55 dB spadá obvodový plášť ENVILOP do třídy C. Uvnitř center měst lze očekávat horší hodnocení. Význam akusticky optimalizovaných variant pláště ENVILOP tedy vzrůstá i s ohledem na předpokládaný vývoj v legislativní oblasti.
LITERATURA [1] [2] [3] [4] [5]
Odborná zpráva č. TR-15-01-a: Vzduchová neprůzvučnost obvodového pláště ENVILOP, UCEEB ČVUT, 2015 Nařízení vlády 272/2011 Sb. o ochraně před nepříznivými účinky hluku a vibrací ČSN 73 0532 Akustika – Ochrana proti hluku v budovách a posuzování akustických vlastností stavebních výrobků – Požadavky ČSN EN ISO 717-1 Akustika - Hodnocení zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách. Část 1: Vzduchová neprůzvučnost 11/2013 COST TU0901 E-Book, Volume 1, Building acoustics throughout Europe Volume 1: Towards a common framework in building acoustics throughout Europe, 2014
PODĚKOVÁNÍ Tento příspěvek vznikl za podpory Evropské unie, projektu OP VaVpI č. CZ.1.05/3.1.00/13.0283 – Projekt Inteligentní budovy (UCEEB) a CZ.1.05/2.1.00/03.0091 – Univerzitní centrum energeticky efektivních budov.
220
