Защита от шума и вибраций

Звукоізоляція вікон

Нові будівлі все частіше будуються на ділянках, що зазнають потужного акустичного впливу інтенсивних транспортних потоків. Для житлових та громадських будівель найбільш несприятливими зовнішніми джерелами шуму є автомагістралі, аеропорти, залізничні та трамвайні колії, а також зовнішнє інженерне обладнання. Тому все більше значення набувають питання звукоізоляції фасадних світлопрозорих конструкцій.

Скло є одним з важливих матеріалів, що застосовуються для будівництва фасадів. До його переваг можна віднести високу прозорість, що не змінюється з часом, хімічну інертність, а також високі естетичні якості.

Фасадні світлопрозорі конструкції повинні мати необхідну міцність, герметичність, теплозахисні, світлотехнічні та звукоізоляційні якості.

У питаннях захисту будівель від зовнішніх джерел шуму першорядне значення має забезпечення необхідної звукоізоляції віконних конструкцій, так як звукоізоляційні властивості глухої частини зовнішньої огорожі мають явно вищі значення, ніж засклений віконний отвір.

Якщо конструкція зовнішнього огородження сучасної будівлі з цегли або бетону забезпечує індекс ізоляції повітряного шуму (Rw) не нижче 52-54 дБ, то для вікон досягнення такого рівня звукоізоляції неможливе.

Через низьку масу віконної конструкції кількість переданої через нього звукової енергії більша, ніж у масивної частини глухої стіни

Будь-яке світлопрозоре огородження є коливальною системою, тому її звукоізоляція значною мірою визначається різного роду резонансними явищами, що виникають в області діапазону частот, що нормується. У будівельній акустиці цей діапазон встановлено у межах від 100 до 3150 Гц.

Вимоги до звукоізоляції віконних конструкцій викладені у низці нормативних документів. При цьому як нормовані параметри прийняті такі інтегральні характеристики, як індекс ізоляції повітряного шуму закритих вікон (Rw, дБ), ізоляція зовнішнього шуму, що виробляється потоком міського транспорту (RАтранс, дБА) і клас звукоізоляції, що визначається за величиною RАтранс.

Рівні зовнішнього шуму,  проникаючого в приміщення через засклені огорожі, не повинні перевищувати значень, встановлених главою ДБН В.1.1-31:2013 «Захист територій, будівель та споруд від шуму».

У світовій практиці раніше використовували у стандартах різні індекси звукоізоляції. В даний час вони замінені єдиним числовим індексом Rw (C; Ctr), встановленим у стандарті EN ISO 717-1.

Уніфікований індекс, встановлений стандартом EN ISO 717-1, насправді поєднує три різні показники і визначається наступним чином:

Rw  (C; Ctr)

де,  Rw   показник зовнішнього індексу звукоізоляції

C  - поправочне значення для рожевого шуму (високі частоти)

Ctr - поправне значення для транспортного шуму (низькі частоти).

Два поправочні коефіцієнти були введені для того, щоб враховувати тип шуму, від якого вимагається захист.
Поправка C відноситься до шуму, в якому переважають високі та середні частоти.
Поправка Ctr відноситься до шуму з переважанням низьких та середніх частот (транспортний шум).

Ці поправочні значення, вибір яких залежить від джерела шуму, додаються до уніфікованого показника. Отже, залежно від необхідності, значення звукоізоляції скління може оцінюватися за індексом (Rw + C) або (Rw + Ctr).

З конструктивних факторів, що формують звукоізоляційні властивості віконних конструкцій, значення мають:

- товщина та кількість скла у склопакеті (поверхнева маса огорожі);

- величина повітряного проміжку між склом;

- щільність притворів стулки у віконній рамі.

Яким чином можна збільшити звукоізоляцію світлопрозорої конструкції?

З акустичної точки зору більш доцільним є збільшення товщини скла у склопакеті та повітряного проміжку між ними.

Як показують дослідження, кількість камер у склопакеті має далеко не головне значення і збільшення кількості скла не завжди призводить до бажаного результату.
Якщо розглядати два склопакети (однокамерний і двокамерний) однакової толщини і з однаковою сумарною толщиною скла, виявиться, що однокамерний склопакет матиме більш високе значення індексу ізоляції повітряного шуму Rw порівняно з двокамерним.

Наприклад, однокамерний склопакет з формулою 6-20-6 має більш високу звукоізоляцію, в порівнянні з двокамерним склопакетом з формулою 4-10-4-10-4, де 6 і 4 - це товщина скла, а 20 і 10 - ширина повітряних проміжків між склом. І це незважаючи на те, що в обох випадках загальна товщина склопакетів та сумарна товщина скла однакова.

Звукоізоляцію вікна з потрійним склінням можна підвищити, якщо середнє скло наблизити до одного із крайніх склів (асиметричний склопакет).

Найбільш ефективною конструкцією, з точки зору звукоізоляції, є роздільно-спарене вікно з двома стулками, в одну з яких, як правило, у внутрішню, встановлюється однокамерний склопакет з двома склами по 6-8мм, а у зовнішню раму ставиться одинарне скло завтовшки - 10мм. При загальній товщині такого віконного блоку 120-150мм можна забезпечити індекс звукоізоляції повітряного шуму 44-46 дБ.
Одним з ефективних варіантів є послідовна установка у віконному отворі двох незалежних віконних блоків зі склопакетами. При цьому розмір стулки внутрішнього блоку повинен бути більшого розміру, щоб обидва вікна вільно відривалися.

Подальше покращення показників звукоізоляції склопакетів (на величину 2-3 дБ) може бути досягнуто застосуванням багатошарового скла (триплексів), склеєних за допомогою прозорої в'язкоеластичної плівки PVB.
Всупереч поширеній думці закачування в міжскляний простір інертних газів (аргон, криптон) не істотно впливає на звукоізоляцію склопакета. Різниця може становити трохи більше 1 дБ, що можна порівняти з похибкою вимірювань. Винятком є ​​лише шестифториста сірка (SF6), застосування якої може збільшити звукоізоляцію склопакета на 2-4 дБ. Але шестифториста сірка є горючим газом і робота з ним вимагає обережності та особливої ​​уваги, тому широкого застосування цей газ не отримав.

Великий вплив на звукоізоляцію вікна надає герметичність притворів. Високу звукоізоляцію неможливо забезпечити без застосування, як мінімум, двох повноцінних контурів ущільнення стулки у віконній рамі.

При вирішенні питання підвищення звукоізоляції вікон доводиться стикатися з проблемою забезпечення приток повітря до приміщення при закритих вікнах. Очевидно, що коли для вентиляції відкриваються кватирки, немає сенсу посилювати звукоізоляцію вікна. Установка ефективних шумозахисних вікон має сенс, якщо застосовувати пасивну або механічну систему припливно-витяжної вентиляції.

Наприклад, можна застосувати шумозахисні вентиляційні клапани, які вбудовуються у віконні блоки або зовнішні стіни і забезпечують приплив свіжого повітря і необхідне зниження шуму в режимі вентиляції.

Необхідно зазначити, що допустимі рівні шуму від зовнішніх джерел у приміщеннях встановлюються за умови забезпечення нормативної вентиляції приміщень (для житлових приміщень, лікарняних палат, навчальних класів – за відкритих кватирок, фрамуг, вузьких стулок вікон).

Окремо слід зупинитися на звукоізоляційних властивостях популярного нині суцільного скління фасадів житлових та громадських будівель.

Фасади з суцільним склінням є безперервною в горизонтальному і вертикальному напрямках зовнішнім склінням. Зсередини скління виконується від підлоги до стелі, від стіни до стіни. Конструкції такого фасаду кріпляться шляхом їхнього підвішування до торців (передніх кромок) міжповерхових перекриттів за допомогою консольних кронштейнів.

Вибір архітектурного рішення світлопрозорого фасаду не може бути випадковим або ґрунтуватися лише на естетичних вподобаннях. Для різних типів будівель існують свої критерії використання скління фасадів, з яких найбільш важливими слід вважати функціональні.

Архітектура бізнес-центрів, банків, торгових, спортивних та розважальних центрів має тенденцію до значного збільшення площ скляних фасадів. Для таких будівель підходять фасадні системи зі стрічковим або суцільним склінням. Скління всієї зовнішньої стіни є доречним і популярним у престижних громадських будівлях і спорудах.

Але в житлових будинках, в силу особливості планувальних рішень і жорсткіших вимог щодо звукоізоляції, суцільне скління можна використовувати лише для огородження балконів, нижніх поверхів з громадськими приміщеннями та зимових садів на дахах. Іноді воно може використовуватися для віталень представницьких квартир та апартаментів.

Якщо архітектор планує оснастити багатоповерховий житловий будинок суцільним скляним фасадом, то в цьому випадку практично неможливо забезпечити нормативні вимоги щодо звукоізоляції огороджувальних конструкцій між квартирами. Це пов'язано з високою непрямою передачею шуму каркасом світлопрозорої фасадної конструкції.

Кілька років тому компанія SCHÜCO International KG спільно з Інститутом віконних технологій Розенхайм (Німеччина) провела масштабні випробування звукоізоляційних властивостей фасадних систем скління щодо оцінки непрямих шляхів поширення звуку.

Виявилося, що суцільні фасадні світлопрозорі конструкції обмежують рівень звукоізоляції бетонних міжповерхових перекриттів та міжквартирних стін завбільшки не більше 44-46 дБ.
У той час, як згідно з вимогами ДБН В.1.1-31:2013 «Захист територій, будівель та споруд від шуму» огороджувальні конструкції стін, підлоги та стелі, що відокремлюють суміжні квартири в житлових будинках повинні забезпечувати індекс ізоляції повітряного шуму Rw не менше 52 дБ .

Проблему небажаного поширення шуму фасадної конструкції можна конструктивно вирішити, наприклад, використанням так званих подвійних фасадів.

Подвійні фасади це те ж саме суцільне фасадне скління, але відрізняються тим, що мають основний – внутрішній та додатковий – зовнішній шари. Внутрішній та зовнішній шари фасаду влаштовуються на різній відстані один від одного, яка може становити від кількох десятків сантиметрів до 2-х метрів. При цьому додатковий зовнішній шар, як правило, має одинарне скління та виконує функції захисту від поривів вітру, опадів та сонця. Він може мати рами, що відкриваються, і сонцезахисні жалюзі. Основний внутрішній шар містить одинарні або подвійні склопакети та монтується між перекриттями та міжквартирними стінами.
Такий підхід дозволяє забезпечити відповідність фасадної поверхні єдиній архітектурній ідеї та одночасно виконати нормативні вимоги щодо звукоізоляції огороджувальних конструкцій.

Підсумовуючи, слід зазначити, що використання в архітектурному проекті світлопрозорих фасадних конструкцій потребує розгляду низки питань. Необхідно враховувати позитивні та негативні властивості конструкцій, що розглядаються, і доцільність їх застосування в будинках різного призначення.
Одним з інструментів, покликаних допомогти архітектору в прийнятті рішення, є розробка проекту «Захист від шуму», що передбачає проведення попередніх акустичних розрахунків, інструментальної оцінки впливу на будівлю транспортного шуму, побудову локальних та територіальних карт шуму, вибір оптимальної конструкції фасадного скління та складу застосовуваних склопакетів з погляду будівельної акустики.
Такий підхід дозволить розробляти архітектурно-художній вигляд сучасних будівель, враховуючи містобудівне оточення та архітектурно-планувальні рішення, а також пов'язати функціональні, конструктивні та технологічні вимоги до проектованих об'єктів.

Андрій Смирнов 
інженер-фізик, керівник компанії «Акустик Трафік», 2016

СПИСОК ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ

1. ДБН В.1.1-31:2013 «Защита территорий, зданий и сооружений от шума»
2. ГОСТ 27296-87 «Звукоизоляция ограждающих конструкций. Методы измерения»
3. ДСТУ Б В.2.6-23-2001 «Конструкции зданий и сооружений. Блоки оконные. Общие технические требования»
4. ДСТУ Б В.2.6-45:2008 «Окна и двери балконные, витрины и витражи из алюминиевых сплавов. Общие технические условия»
5. ДСТУ Б В.2.6-19-2000 «Конструкции зданий и сооружений. Блоки оконные и дверные. Метод определения звукоизоляции»
 

(Журнальний варіант статті достпуний за посиланням http://www.ukr.acoustic.ua/img/pdfs/pdffile_877.pdf)