2 Ilmaääneneristys - MyCourses - Aalto
Meluntorjunta L ELEC-5640 Luku 2: Ilmaääneneristys 7.9.2015 Valtteri Hongisto valtteri.hongisto@aalto.fi Suomen rakentamismääräyskokoelma C1:1998 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 2 Läpäisy Ir It Ii • läpäisysuhde – arvot 0 … 1 – suuri arvo: rakenteen läpäisee vähän ääntä – pieni arvo: ääni heijastuu Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys Ii R 10 lg 10 lg It 1 3 Mittaaminen painemenetelmällä ISO 140-3 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 4 Ilmaääneneristävyyden määrittäminen painemenetelmällä • on läpäisykerroin • W1 [W] on rakenteeseen osuva ääniteho • W2 rakenteen läpäisevä ääniteho • S [m2] on rakenteen pintaala • A2 [m2] on vastaanottohuoneen absorptioala • I1 [W/m2] on pintaan osuva intensiteetti • 0 [kg/m3] on ilman tiheys • c0 [m/s] on äänen nopeus ilmassa. 1 W1 R 10 log 10 log W2 p12 W1 I1S S 4 0c0 p22 A2 W2 4 0c0 W1 p12S R 10 lg 10 lg 2 W2 p2 A2 R L p,1 L p,2 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys S 10 lg A2 5 Pienikokoinen elementti Dn , e A0 L p ,1 L p , 2 10 lg A2 A0=10 m2 Fresh-100 termostaattiohjattu raitisilmaventtiili Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 6 ESIMERKKI Luentoesimerkki 2.1 Äänieristysmittauksen kohteena on ulkoseinä (S=10 m2), johon on asennettu korvausilmaventtiili, joka kokonaan auki. Oletetaan, että kaikki ääni kulkeutuu venttiilin läpi. Tuloksena saadaan Lp,1=100 dB, Lp,2=80 dB ja A2=4 m2. Määritä R ja Dn,e arvot, kun venttiilin koko on 160x200 mm. Miksi D venttiilien tuote-esitteissä on mielekkäämpi kuin R vaikka se ei kuvastakaan elementin fysikaalista ääneneristyskykyä? S R L p ,1 L p , 2 10 lg A2 Dn, e A0 Lp ,1 Lp , 2 10 lg A2 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 7 Ilmaääneneristysluku Rw 70 70 60 60 RW=50 50 R B B 30 20 20 10 10 Oktaavimenetelmä Kolmasosaoktaavimenetelmä 0 R Ilmaääneneristävyyden mittaustulos B Vertailukäyrä asennossa 50 dB A Vertailukäyrän määritelty muoto C Ei-toivottu poikkeama: Max(0; B - R) f [Hz] Ei-toivottujen poikkeamien C summa: Kolmasosaoktaavikaistamenetelmä: Oktaavikaistamenetelmä: • Standardoitu vertailukäyrä. • Käyrää siirretään 1 dB askelin ylimpään mahdolliseen asentoon, jossa ei toivottujen poikkeamien summa (punaiset) on korkeintaan – 32.0 dB: terssikaistamenetelmä – 10.0 dB: oktaavikaistamenetelmä • Rw on vertailukäyrän arvo 500 Hz:llä. Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 32.0 7.6 max0; R 16 i 1 w,vert ,i max0; R 5 i 1 w,vert ,i (korkein sallittu 32.0 dB) (korkein sallittu 10.0 dB) Rtulos ,i 32 dB Rtulos ,i 10 dB 8 2000 f [Hz] 1000 125 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 0 500 30 R 40 R [dB] 40 250 50 R [dB] 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 Kolmasosaoktaavimenetelmä Oktaavimenetelmä R A B C R A B C [dB] [dB] [dB] [dB] [dB] [dB] [dB] [dB] 26.6 R W -19 31 4.4 29.1 R W -16 34 4.9 30 R W -16 34 3.9 32.5 R W -13 37 4.5 35.4 R W -10 40 4.6 39.6 R W -7 43 3.4 40 R W -7 43 3.1 42.2 R W -4 46 3.8 45.5 R W -1 49 3.5 47.0 R W 50 3.0 49 RW 50 0.6 52.4 R W +1 51 0.0 54.2 R W +2 52 0.0 56.8 R W +3 53 0.0 59 R W +3 53 0.0 61.7 R W +4 54 0.0 62.0 R W +4 54 0.0 57.9 R W +4 54 0.0 61 R W +4 54 0.0 61.7 R W +4 54 0.0 62.6 R W +4 54 0.0 Esimerkkejä, Rw Ilmaääneneristävyys [dB] 80 Betoni 180 mm, 450 kg/m2, 60 dB 70 Teräs 0.6 mm, 5 kg/m2, 25 dB 60 EK-kipsi 13 mm, 11 kg/m2, 28 dB 50 40 Siporex 68 mm, 48 kg/m2, 34 dB 30 Rannila Panel 200 mm, 31 kg/m2, 31 dB 20 10 Taajuus [Hz] Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 5000 3150 2000 1250 800 500 315 200 125 80 50 0 GN13, kertopuu 66mm k600 + villa, GN13, 19 kg/m2, 37 dB 3xGN13, AWS 200 mm k 600 + villa, 3xGN13, 63 kg/m2, 63 dB 9 S1 0.95 0.92 0.85 0.83 0.54 Koettu ääneneristys Rw Rw+C100-3150 Rw+C50-3150 Rw+Ctr,100-3150 59 koehenkilöä kuunteli 6 eri naapuriääntä 9 eri seinän Rw+Ctr,50-3150 • läpi ja arvioi häiritsevyyden asteikolla 0-10. • Seinille laskettiin eri mittalukuarvot ja määritettiin yhteys häiritsevyyteen (R2). • Mittaluvuista paras Rw. S1 S2 S3 S4 S6 - Ilmaääneneristävyys R [dB] 85 80 75 70 65 60 50 40 30 20 10 0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 T 55 45 35 25 S3 0.90 0.84 0.75 0.70 0.42 S4 0.62 0.54 0.46 0.38 0.22 S5 0.94 0.86 0.70 0.70 0.31 S6 0.77 0.66 0.51 0.47 0.17 Akustinen kitara, komppaus Musiikki bassokorostuksella, J. Jackson Musiikki ilman bassokorostusta, Rammstein Vauvan itku S5 – Äänekäs keskustelu Koiran haukkuminen, Chihuahua Hongisto et al. 2014 Acta Acust united Ac Äänenpainetaso L1Z [dB] 90 S2 0.86 0.90 0.96 0.87 0.79 W1 W3 W5 W7 W9 W2 W4 W6 W8 15 63 125 250 500 1000 2000 4000 63 125 250 500 1000 2000 4000 Taajuus (Hz] Taajuus [Hz] Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys Häiritsevyys 10 S1 9 R² = 0.95 8 W8 7 W1 6 W5 5 W9 4 W7 W2 3 W6 2 W3 1 W4 0 45 50 55 60 65 70 75 80 Rw [dB] 10 YKSINKERTAINEN LEVY Ääneneristyksen taajuuskäyttäytyminen Ilmaääneneristävyys [dB] 45 1 Mooditon alue 40 35 2 Alin moodi 30 3 Massalakialue (pakkovärähtely sekä moodeja) 25 4 20 4 Koinsidenssin rajataajuus 15 2 10 5 1 3 5 6300 3150 1600 800 400 200 100 50 0 5 Resonoivan värähtelyn alue Useimmiten alueet 1 ja 2 alle 100 Hz:n alueella eikä niitä käsitellä. Taajuus [Hz] Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 11 Jäykkyys ja kimmomoduli E • x on siirtymä [m] • F on voima [N]. • • • • Hooken laki: on jännitys [Pa] e on venymä E on kimmomoduli [Pa] F kx Ee – kimmokerroin – Youngin moduli – elastisuuskerroin Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 12 Materiaalien tiheyksiä ja kimmomoduleita Materiaali teräs normaali kipsi erikoiskova kipsi lastulevy havuvaneri alumiini lyijy kuusipuu bitumi raskas betoni huokoinen betoni savitiili* kalkkihiekkatiili* tavallinen rakennuslasi kevytsoraharkko karkaistu kevytbetoniharkko (mm. siporex) Tiheys Kimmomoduuli E kg/m3 GPa 210 7800 3.0 670 4.5 900 3.2 630 11.0 690 67 2700 alhainen 11000 10,5 440 alhainen 1000 26 2500 2 600 2,2 - 24,7 625 - 2225 7,5 - 10,0 625 - 2225 70 2500 650 tai 950 1,0 - 1,4 400-500 Reikätiilen tiheys tyypillisesti noin 1400 kg/m 2 ja täystiilen 1800 kg/m 2. Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 13 Aaltotyyppien etenemisnopeudet • paksut levyt – kun h > – soveltuu esim. betoniin kun taajuus on suuri – taajuusriippumaton Gh cs m' E p 21 • ohuet levyt h = levyn paksuus Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys – kun h < – tärkein aaltomuoto alueella 100-5000 Hz – taajuusriippuva – Tämä kaava on pääsyy äänieristyslaskennan monimutkaisuuteen cB 4 2B 2h2 E 4 m' p121 2 14 Teräs 4 mm Nopeus [m/s] 900 800 cB c0 700 500 400 300 200 100 16000 8000 4000 2000 1000 500 125 0 63 • Dispersio = äänen nopeuden taajuusriippuvuus • Taivutusaalto dispersiivinen. • Kun levyn taivutusaallon nopeus ja äänen nopeus ilmassa ovat samat, syntyy koinsidenssi-ilmiö, jossa ääneneristys on pieni, koska ilman ja levyn impedanssit samat • Alin koinsidenssitaajuus (kriittinen taajuus) tapahtuu 90 asteen tulokulmassa saapuvalle äänelle taajuudella 600 250 Koinsidenssi Taajuus [Hz] c 12 1 m' fc 2 Eh3 2 0 2 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 15 Poissonin suhde Poissonin suhde : • metallit 0.30 • rakennuslevyt ja kiviaineksiset seinät 0.20. Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 16 Koinsidenssitaajuus on kulmariippuva Alin koinsidenssitaajuus tapahtuu 90 asteen kulmassa = kriittinen taajuus fc, jossa koinsidenssikuoppa on syvimmillään Kohtisuoralle tulokulmalla koinsidenssitaajuus on ∞ Ulkoa tuleva ääni: Koinsidenssitaajuus on terävä ja kulmariippuvuuden voi aistia ikkunan takana kuvan mukaisessa tilanteessa, kun lähde liikkuu. Huonetilassa syntyvä ääni: ääntä saapuu Pintaan kaikilta suunnilta, jolloin koinsidenssikuoppa on laakea. Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 17 Säteilytehokkuus • Säteilytehokkuus (säteilykerroin, säteilysuhde, radiation efficiency) kertoo miten suuri osa taivutusvärähtelystä säteilee ääntä ilmaan. • Säteilytehokkuuden määritelmä: • W [W] on levyn säteilemä ääniteho W v 2 0c0 S – v [m/s] on levyn keskimääräinen värähtelynopeus – S on pinta-ala [m2] • Säteilytehokkuus voi saada arvoja 0.00 ja 1.00 välillä. – =1 kun f>fc – =0...1 kun f<fc (fc on koinsidenssitaajuus) • Paksut betonirakenteet: fc100-200 Hz rakenteen säteilemä äänitehotaso voidaan määrittää lähes koko taajuusalueella (1003150 Hz) värähtelynopeudesta, koska värähtely tuottaa ilmaääntä tehokkaasti. • Rakennuslevyt: fc 1000-3000 Hz värähtelynopeus ei kerro äänen säteilystä suurimmalla osalla taajuusaluetta Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 18 Pakkovärähtelyn ja resonoiva värähtely yksinkertaisessa seinälevyssä • pakkovärähtely alue; f<fc • aallonpituus ilmassa a pitempi kuin levyssä m • akustinen oikosulku levyn keskellä: ääntä ei säteile kaukokenttään • Vain nurkat tai laidat voivat säteillä tehokkaasti • Massasta riippuva eristävyys Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys • resonoiva alue; f>fc • aallonpituus levyssä pitempi kuin ilmassa • ei oikosulkua • koko levy säteilee tehokkaasti • äänieristys on huono 19 Akustinen oikosulku, f<fc • äänen nopeus levyssä suurempi kuin ilmassa • vierekkäiset taivutusaaltojen + ja – kohdat kumoavat toisensa • levyn reuna-alueille kulmamoodi ja laitamoodi Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 20 Levyn ominaistaajuudet • heikentävät ääneneristystä pienillä taajuuksilla • usein 100 Hz alapuolella, eivätkä vaikuta Rw-arvoon f mn 2 2 c m n 4 f c Lx Ly 2 0 m, n 0,1, 2, 3,... – Lx on levyn kiinnityspisteiden välinen etäisyys vaakasuunnassa [m] – Lx on levyn kiinnityspisteiden välinen etäisyys pystysuunnassa [m] Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 21 Luentoesimerkki 2.2. Kipsilevy (13 mm paksu) kiinnitetään aina ruuvein tai liimaamalla pystyrankoihin. Laske levyn ominaistaajuus vaakasuunnassa, jos rankajako on a) 600 mm tai b) 400 mm. 2 0 c fc 2 12 1 m' Eh3 2 f mn 2 2 c m n 4 f c Lx Ly 2 0 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys m, n 0,1, 2, 3,... 22 Wt Häviökerroin h • Kertoo materiaalissa tapahtuvasta energiahäviöstä yhtä jaksoa kohti E t E0e 3 3 1 2 h t • Häviökerroin voidaan mitata levyn jälkikaiunta-ajan avulla • Kokonaishäviökerroin on kolmen osatekijän summa – kytkentähäviökerroin – sisäinen häviökerroin – säteilyhäviökerroin • Kytkentähäviökerroin suurin. • Sisäiset häviöt ovat vain murto-osa kokonaishäviökertoimesta Wi h kok 1. Sisäiset häviöt 2. Säteilyhäviöt 3. Rakenteelliset häviöt 2 .2 fT hkok h sis hkyt h sät – sisäiset häviöt saa selville mittaamalla jälkikaiunta-aika riiputtamalla levyä siimassa tyhjössä • Säteilyhäviö aiheutuu levyn äänisäteilystä. Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 23 Kokonaishäviökerroin ja ilmaääneneristävyys Ilmaääneneristävyys R [dB] 70 Kokonaishäviökerroin 0.10 Minimi (ISO 140-3) A B A: Rw=44 dB B: Rw=39 dB B laskettu 0.09 60 0.08 50 0.07 0.06 40 0.05 0.04 30 0.03 20 0.02 10 0.01 Meier and Schmitz 1999 Building Acoustics Taajuus [Hz] 5000 3150 2000 1250 800 500 315 200 125 80 0 50 5000 3150 2000 1250 800 500 315 200 125 80 50 0.00 Taajuus [Hz] Kipsitiiliseinä 100 mm, 120 kg/m2 testattiin kahdella eri asennustavalla laboratoriossa: Asennustapa A: Jäykkä liitos asennusaukkoon: bitumi Asennustapa B: Elastinen liitos asennusaukkoon: korkki ja silikoni Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 24 Teräs 2 mm Kokonaishäviökerroin taajuusriippuvuus 10 m , näyteaukossa hitsattu neliöputkeen 500 mm välein 0.100 6300 3150 1600 800 400 200 100 0.10 50 Kokonaishäviökerroin h f Af B 2 0.010 0.01 laskettu mitattu 0.001 0.00 Taajuus (Hz) Betoni 180 mm 5x4 m 3x6 m 1.2x2.2 m 1.2x2.2 m Rakennuksessa muurattu laidoilta Rakennuksessa muurattu laidoilta Laidoilta kiristetty näyteaukkoon Laidoilta kiristetty näyteaukkoon 200 100 50 0.100 0.35 0.50 0.04 0.05 -0.40 -0.42 -0.08 -0.10 0.010 Teräslevy 2 mm Teräslevy 4 mm Teräslevy 6 mm Teräslevy 1.2x2.2 m 1.2x2.2 m Laidoilta kiristetty näyteaukkoon Laidoilta kiristetty näyteaukkoon Hitsattu laivaan (Hynnä) Kantorakettilaskelmat (Troclet) Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 0.001 0.10 6300 Lecaharkko 150 mm Betoni 180 mm Kipsi 13 mm EK kipsi 13 mm B 3150 A 18 m2, rakennuksessa 1600 Asennustapa 800 Koko 400 Materiaali 0.01 1.66 0.07 0.41 laskettu 0.18 mitattu -0.72 -0.25 -0.70 -0.63 25 0.00 YKSINKERTAINEN LEVY - laskentamalli 20 log10 m' f 48, f 12 f c R f 20log10 m' f 10 log10 h 1 44, f f c f c c02 12 1 2 m' fc 2 Eh3 Ilmaääneneristävyys, dB 35 Mitattu Rw =28 dB 30 Ennustettu Rw =27 dB 25 • • • • pintamassa m' taajuus f kimmomoduli E häviökerroin h – Taajuusr:va • mitat Lx, Ly, h • Poissonin suhde massalaki 6 dB kasvu per oktaavi 20 15 10 mitattu ennustettu, f<fc 5 ennustettu, ½f - fc ennustettu, f>fc Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 0 Taajuus, Hz 26 Vakiohäviökertoimen vaikutus äänieristykseen • Laskettu edell. kaavalla Ilmaääneneristävyys, dB. 60 50 40 30 20 10 6300 3150 1600 800 400 200 100 50 0 Taajuus, Hz n=0.002 n=0.02 n=0.2 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 27 Esimerkki Larm ym. 2006 Työterveyslaitos 50 Esimerkki: Molemmat levyt painavat n. 15 kg/m2. Miksi teräs 8 dB parempi? 45 25 20 15 Vaneri 21 mm Teräslevy 2 mm 10 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 28 6300 Taajuus [Hz] 3150 1600 800 400 5 200 Vaneri 21 mm 21.0 15.0 11 0.2 8843 1250 28 30 100 Paksuus h [mm] Pintamassa m' [kg/m2] Kimmomoduli E [GPa] Poissonin suhde Taivutusjäykkyys B [N/m] Kriittinen taajuus fc [Hz] Rw [dB] Teräs 2 mm 2.0 15.6 213 0.3 156 8000 36 35 50 R [dB] 40 KIVIAINEKSINEN LEVY (pintamassa > 40 kg/m2) m' f 2h 10 lg tot 10 lg R 20 lg f 2Z 0 c h f Af B fc c02 2 Ilmaääneneristävyys [dB] 90 80 70 60 Teräsbetoni 180 mm 450 kg/m2 50 40 30 20 10 Laskettu arvo Testitulos, laboratorio 0 50 80 125 200 315 500 800 1250 2000 3150 5000 • Ohuiden levyrakenteiden ilmaäänen säteily riippuu pääosin taivutusaaltojen (bending waves) ominaisuuksista 10 kHz alapuolella. • Kun levyn paksuus on suurempi kuin taivutusaallon kuudesosa, alkaa leikkausaaltojen (shear waves) äänensäteily hallita rakenteen äänensäteilyä ja siten myös ilmaääneneristävyyttä. • Kuvassa teräsbetonin laskettu äänieristys luvun 2.11 mukaisilla yhtälöillä – leikkausaaltoja ei huomioitu Taajuus [Hz] 12 1 2 m' Eh3 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 29 KAKSINKERTAINEN SEINÄRAKENNE Kytkemätön tapaus: Kytketty tapaus: • Laitimmaisten levykerrosten välillä ei kytkentää • Yleisempi tapa, koska jäykempi, ohuempi ja helpompi valmistaa elementtinä. • Vasemmalla olevat säännöt pätevät lievempänä. • Huonompi eristävyys. • Eristävyys paranee, kun – paitsi kantava lattia, jonka päälle seinä on pystytetty • Sovelletaan, kun halutaan suuri eristävyys, Rw>65 dB. • Eristävyys paranee, kun – kokonaismassa kasvaa – kaviteetin paksuus kasvaa – kaviteetin täytemateriaalin absorptiosuhde ja määrä kasvavat. • Mallinnus helppoa. – kytkentöjen määrä vähenee – kytkentöjen joustavuus paranee – levyn kiinnitys rankoihin heikkenee • Mallinnus vaikeampaa. Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 30 Kevytväliseiniä 1 RW= 42 - 46 dB - rakennuslevy - ilmaväli 66 mm joustava teräsranka 66 mm k600 villatäyte yli 80 % tilavuudesta - rakennuslevy RW= 36 - 40 dB - rakennuslevy - ilmaväli 66 mm kertopuuranka 66 mm k600 villatäyte yli 80 % tilavuudesta - rakennuslevy Rakennuslevy: - normaali 13 mm kipsi 9 kg/m2: RW=44 dB - erikoiskova 13 mm kipsi 11 kg/m2: RW=46 dB - lastulevy 12 mm 8 kg/m2: RW=42 dB Rakennuslevy: normaali 13 mm kipsi 9 kg/m2: RW=38 dB erikoiskova 13 mm kipsi 11 kg/m2: RW=40 dB lastulevy 12 mm 8 kg/m2: RW=36 dB Ilman villatäytettä arvot ovat 6-8 dB pienempiä. Ilmavälin kasvattaminen 95 mm:iin parantaa arvoja 2 dB. Ilman villatäytettä arvot ovat 2-4 dB alempia. Ilmavälin kasvattaminen 95 mm:iin ei paranna äänieristystä. Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 31 Kevytväliseiniä 2 RW= 49 - 55 dB - 2 rakennuslevyä - ilmaväli 66 mm joustava teräsranka 66 mm k600 villatäyte yli 80 % tilavuudesta - 2 rakennuslevyä RW= 44 - 49 dB - rakennuslevy - ilmaväli 95 mm joustava teräsranka 95 mm k600 villatäyte yli 80 % tilavuudesta - rakennuslevy Rakennuslevy: - normaali 13 mm kipsi 9 kg/m2: 52 dB - erikoiskova 13 mm kipsi 11 kg/m2: 55 dB - lastulevy 12 mm 11 kg/m2: 49 dB Rakennuslevy: normaali 13 mm kipsi 9 kg/m 2: RW=46 dB erikoiskova 13 mm kipsi 11 kg/m 2: RW=49 dB lastulevy xx mm 11 kg/m2: RW= 44 dB Ilman villatäytettä arvot ovat 6-8 dB alempia. Ilmavälin kasvattaminen 95 mm:iin ei paranna arvoja. RW= 64 dB - 2 x kipsilevy 13 mm normaali 9 kg/m2 - ilmaväli 145 mm kaksinkertainen runko k600 villatäyte yli 80 % tilavuudesta - 2 x kipsilevy 13 mm normaali 9 kg/m2 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 32 Stadionin yläpohja (kevytrakenteinen) alue** 63 51 46 125 74 53 250 98 59 500 118 64 1000 131 74 2000 137 75 4000 143 75 8000 143 75 Rw 96 69 argin Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 33 Kaksinkertaisen seinärakenteen laskennan eteneminen portaittain 1. 2. 3. 4. Kytkemätön rakenne, absorboiva kaviteetti. Absorption korjaus, jos ei absorboiva kaviteetti. Jos kytketty rakenne, laskenta ensin jäykällä rangalla. Jos joustava ranka, korjaus jäykkään rankaan nähden. 1 2 KYTKEMÄTÖN RAKENNE epätäydellinen täydellinen absorptio absorptio 3 KYTKETTY RAKENNE jäykät rangat R ideal x R real x x R br x x x R flex x x x Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 4 joustavat rangat x 34 Kytkemätön kaksinkertainen seinärakenne, ideaalitilanne • Kytkemätön kaksinkertainen rakenne • Kaviteetti absorboiva (ei kaiuntaa) 70 60 50 40 fl 30 20 fmam 10 35 5000 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 2000 0 50 d=ilmavälin paksuus [m] fmam=massa-ilma-massa resonanssi [Hz] fl=rajataajuus [Hz] R1 on levykerroksen 1 ääneneristys [dB] R2 on levykerroksen 2 ääneneristys [dB] 80 800 dm'1 m'2 c0 fl 2d 90 315 f mam 80 m'1 m'2 100 125 Rideal f 12 f mam 20 log 10 (m'1 m'2 ) f 48 R1 R2 20 log fd 29 f mam f f l R R 6 f fl 2 1 Massa-ilma-massaresonanssi, fmam • massa-ilma-massa resonanssitaajuus f mam 80 m'1 m'2 80 dm'1 m'2 f mam [Hz] 1000 1 dm' • d=kaviteetin paksuus • m'1=pintalevyn 1 pintamassa • m'2=pintalevyn 2 pintamassa 100 10 • maksimoimalla d ja m saadaan fmam pieneksi RAKENNE ESIMERKKI 1+1 kipsiä ja 66 mm ilmaväli 3+3 kipsiä ja 175 mm ilmaväli m' d [kg/m2] [m] 9 0.066 27 0.175 fmam [m] 104 37 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 1 0.01 0.1 1 10 100 Tulo dm ' [kg/m] 36 = 120 mm Kaviteetin paksuuden vaikutus kytkemättömässä rakenteessa (absorboiva kaviteetti) 90 d = 25 mm 80 d = 42 mm 70 = 45 mm 60 d = 84 mm R [dB] = 84 mm 50 40 25 mm d = 125 mm = 120 mm 42 mm 30 84 mm 20 d = 250 mm 125 mm 10 250 mm bs = 340 mm Taajuus bs = 680 mm 8000 4000 2000 1000 500 250 125 63 0 [Hz] Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys Hongisto ym, Työterveyslaitos, 2002 37 b = 1100 mm Kaviteetin paksuuden vaikutus kytkemättömässä rakenteessa (tyhjä kaviteetti) 90 80 70 d = 25 mm d = 42 mm d = 42 mm d = 84 mm d = 84 mm d = 125 mm d = 125 mm 50 40 0 mm 25 mm 42 mm 84 mm 125 mm 250 mm 30 d = 250 mm 20 10 d = 250 mm 8000 4000 2000 1000 500 250 125 0 63 R [dB] 60 d = 25 mm Taajuus [Hz] a% = 0% Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 45 x 120 puu Hongisto ym, Työterveyslaitos, 2002 38 Kaviteetin kaiunta • kaiunta aiheutuu seisovista aalloista eli moodeista xyzsuunnassa • haitallisimmat seisovat aallot ovat levyn suuntaisia (alemmat moodit) • vasta kun kaviteettiin "mahtuu" puolikas aallonpituus, syntyy poikittaisia seisovia aaltoja (ylemmät moodit) c0 f c1 2 max Lx,c ; Ly ,c [ Resonanssitaajuus [Hz] 100000 10000 1000 100 ] ilmavälin paksuus 10 0.01 rankojen välit 0.1 huone korkeus 1 10 Mitta [m] Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 39 Kaviteetin vajaan absorption huomiointi • • Jos absorptio ei ole täydellinen kaviteetissa, ääneneristys huononee ideaalitilanteeseen nähden kasvavan kaiunnan vuoksi absorption heikennystermi: Rabs 10 lg eff eff c FR – c = materiaalin absorptiosuhde – FR = kaviteetin täyttösuhde (0...1) • • Arvo on on alimmillaan -13 dB Ääneneristävyys Rreal f f c1 Rideal Rideal Rabs f f c1 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys Ääneneristävyyden huononema Rabs [dB] 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Absorptiosuhde eff 40 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 41 Ilmavälin absorptio: Laskentaesimerkki 70 RAKENNE: - kipsi 13 mm - ilmaväli 125 mm - kipsi 13 mm R Rabs 60 Kytkemätön, absorboiva väli 50 Kytkemätön, tyhjä väli 40 30 20 10 5000 3150 2000 1250 800 500 315 200 125 80 fc1 0 50 Ilmaääneneristävyys R, dB (laskettu) 80 Terssikaistan keskitaajuus f, Hz Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 42 Absorptiomateriaalin täyttösuhteen FR bs = 680 mm vaikutus kytkemättömässä rakenteessa bs = 340 mm a% = 0% 90 FR = 0 80 70 a% = 24% 50 a% = 48% 40 0% 30mm bs = 340 bs = 680 mm 24% 20 a% = 88% FR = 0.88 48% 10 88% 8000 4000 2000 1000 500 125 63 0 250 R [dB] 60 Taajuus [Hz] Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys d = 125 mm LPR 42 mm Hongisto ym, Työterveyslaitos, 2002 43 Kytketty rakenne, jäykät rangat Esim. puuranka • Lähtökohdaksi otetaan koko seinän massalakiarvo • Siltataajuus fbr (bridge frequency) • Siltataajuuden yläpuolella rangallisen seinän ääneneristävyys Rbr on korkeintaan RM+RM: RM 20 lg [m'1 m'2 f ] 48 bf m' 2 1 f br f mam c 2c0 m'1 m'2 R • Jäykkien rankojen tuottama parannus br massalakiin nähden RM: • b on viivakytkentöjen eli rankojen välinen etäisyys [m] eli koolausjako Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 1 4 min [Rreal ; RM RM ] RM 10 lg bf c 20 lg m'1 18 m'1 m'2 44 Ilmavälin erilaiset kytkennät: yhteenveto Ilmaääneneristävyys R [dB] Ilmavälissä absorptio 80 70 60 50 40 fbr RM 30 20 4000 2000 1000 500 63 0 250 10 125 RAKENNE: - kipsilevy normaali 13 mm - ilmaväli 125 mm + absorptio - kytkentä vaihtelee - kipsilevy normaali 13 mm Taajuus [Hz] Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys Kytkemätön 46 dB Joustava ranka 46 dB Jäykkä ranka 41 dB 45 Massalaki (levyt kiinni toisissaan) 34 dB Ilmavälin kytkennät: joustavan rangan mallintaminen b Jäykkä ranka: K' Rbr=RM+RM d K' K' Joustava ranka, dyn. jäykkyys = K' d K' d Edellisen kanssa K' ekvivalentti tilanne Rbr=RM+RM+Rfb Bradley&Birta (2001) Noise Con Eng J Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 46 Rangan dynaamisen jäykkyyden määritys K 0 2 m'1 m'2 m'1 m'2 K' K L Mittausjärjestelmässä 2 kpl rankoja pituus L=0.6 m. Dynaaminen jäykkyys yksikköpituutta 1 m kohti on K'. Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 47 Rangan dynaaminen jäykkyys seinässä • Joustavimpien teräsrankojen K'=0.1 MPa – tätä löysempiin on vaikea ruuvata kiinni mitään • Jäykimpien rankojen jäykkyys on luokkaa 10 MPa – tätä jäykemmät antavat lähes saman äänieristysarvon kuin puurangat • Seinärakenteessa rankojen välinen etäisyys on b, jolloin dynaamisen jäykkyyden yksikköpituusarvo muunnetaan vastaamaan rankojen tiheyttä seinässä: K'' K' b Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 48 Ilmavälin kytkennät: joustavan rangan mallintaminen • Joustavilla rangoilla saavutettava ääneneristävyyden parannus jäykkään rankaan nähden Rfb: R fb R flex Rbr 2 • Jousivaikutus voidaan esittää 2 f 1 4 lisäeristyksen muodossa: fr Rfb f 5 log 2 2 2 1 f 4 2 f f f r r • Taajuus fr on ensimmäisen 1 m ' m ' 1 2 pintalevyn, joustavan rangan ja fr K '' toisen pintalevyn muodostama 2 m'1 m'2 mjm-resonanssi: Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 49 Rfb Käytännössä parannus ei ylitä 10 dB, koska ääni kiertää ylä- ja alajuoksun kautta, jotka ovat jäykkiä. Rfb [dB] 30 25 0.1 vaimennussuhde 20 0.2 0.4 15 0.7 10 1.0 5 0 fr=100 Hz -5 -10 50 100 200 400 800 1600 Taajuus [Hz] Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 3150 6300 50 Tutkimus kytkentöjen vaikutuksista Ilmaääneneristävyys [dB] 90 Erilliskiskot, liikuntasauma 62 dB Erilliskisko, tuplarangat 57 dB Yhteiskisko, tuplarangat 53 dB Yhteiskisko ja rangat, joustava teräs 50 dB Yhteiskisko ja rangat, jäykempi teräs 48 dB Yhteiskisko ja rangat, puu 42 dB ISO 717-1 asennossa 52 dB 80 70 60 Seinärakenne: - EK kipsilevy 13 mm 11.7 kg/m2 - ilmaväli 175 mm, mineraalivillatäyte levyjen välisiä kytkentöjä muuteltiin 2 - EK kipsilevy 13 mm 11.7 kg/m 50 40 30 20 10 Erilliskiskot, tuplarangat Yhteiskiskot, tuplarangat Yhteiskiskot ja rangat 8000 4000 2000 Erilliskiskot, liikuntasauma 1000 500 250 63 0 125 ISO 140-3, näytekoko 10 m2 Taajuus [Hz] Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 51 CASE Koolauksen jäykkyyden vaikutus Jäykästi kytketty: 240mm, 42 kg/m2, 48 dB 70 Ilmaääneneristävyys R, dB 60 – • • • • profiilipelti 3 kg/m2 rakennuslevy 11 kg/m2 ilmaväli 50 mm kasetissa 150 mm villa kasetissa, 4,5 kg/m2 200 mm peltikasetti 11,7 kg/m2 50 40 30 20 Jäykästi kytketty, 48 dB Joustavasti kytketty, 54 dB Laskettu 53 dB 10 Joustavasti kytketty: 230mm, 41,2 kg/m2, 54 dB • profiilipelti 3,5 kg/m2 • rakennuslevy 18 kg/m2 • 50 mm ilmaväli + joustava koolaus • 150 mm villa kasetissa, 4,5 kg/m2 • 150 mm peltikasetti 7 kg/m2 0 50 125 315 800 2000 5000 Taajuus, Hz 52 CASE Kaksi kerrosta useamman sijaan 120 Paksuus 220 mm, 77,5 kg/m2 • peltikasetit 1 mm pinnoissa • kipsilevyjä 4 kpl • villatäytteet Ääneneristävyys, dB 100 80 kipsilevyt erillään 60 kipsilevyt erillään, 62 dB kipsilevyt laidoilla, 69 dB 40 LASKETTU, 72 dB 20 kipsilevyt laidoilla LASKETTU, 66 dB 0 50 100 200 400 800 1600 3150 Taajuus, Hz 53 CASE Levyjärjestys ja lisämassa 120 Ääneneristävyys, dB 100 80 47 dB: 52 kg/m2, 350 mm • peltiprofiili, kipsi, Z-ranka 150 mm + villatäyte, kipsi, U-ranka 50 mm, ohutlevyprofiili 60 40 20 0 50 100 200 400 800 1600 3150 Taajuus, Hz Monikerroksinen rakenne, 47 dB Kaksinkertainen rakenne, 66 dB LASKETTU 49 dB LASKETTU 66 dB 66 dB: 65 kg/m2, 400 mm • peltiprofiili, villa 50 mm, 2 kipsiä, Zranka 150 mm + villatäyte, 50 mm Uranka ristikoolattuna + villatäyte, kipsi, 54 ohutlevyprofiili Sandwich-rakenne • Tuplarakenteen kaviteetin korvaa jäykkyyttä lisäävä ydinaine • Seinä- ja kattoelementit, joissa mineraalivillalamellit on liimattu kahden peltilevyn väliin • EPS-täytteiset lämpöeristeovet • Palo-ovet, joissa pinnalla olevat peltilevyt on liimattu ydinaineena olevaan kivivillakerrokseen. • Hunajakennotäytteiset ovet 1 m'1 m'2 • Kelluvat lattiat fd s' • s' on dyn. jäykkyys [N/m3] 2 m'1 m'2 • m' on pintamassa [kg/m2] m'1 s' m'2 pintalevy 1 liimakerros ydinaineen ja pintalevyn välissä joustava ydinaine, esim. paloeriste liimakerros pintalevy 2 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 55 Luentoesimerkki 2.3 Sandwich – oven lämmöneristeenä EPS levy Oven rakenne on ao. mukainen EPS levyn s'=330 MN/m3 Mihin dilataatioresonanssi muodostuu? 1 fd 2 m'1 m'2 s' m'1 m'2 68 mm door frame timber frame 2 6.2 mm aluminium veneer (7 kg/m ) 2 56 mm EPS-isolation board (2 kg/m ) (a) Lähde: Hongisto 2001 Applied Acoustics Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 56 Sandwich ydinmateriaalin paksuus Ilmaääneneristävyys, dB 80 Ilmaääneneristävyys, dB 80 80 mm (30 dB) 70 70 60 60 50 50 40 40 30 30 löysempi ydinaine 20 200 mm (31 dB) jäykempi ydinaine 20 60 mm (33 dB) 120 mm (35 dB) 10 125 mm (31 dB) 10 240 mm (36 dB) • Pintalevy: 1 mm teräs • Ydin mineraalivilla (100 kg/m3). • Sulkeissa on Rw-arvo. Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 5000 3150 2000 1250 800 500 315 200 125 80 5000 3150 2000 1250 800 500 315 200 125 80 50 Taajuus, Hz 50 0 0 Taajuus, Hz • Pintalevy 0.6 mm teräs • Ydin mineraalivilla (125 kg/m3). 57 Villapinnoituksen vaikutus ääneneristävyyteen Ilmaääneneristävyys, dB 70 60 seinäpaneeli 23.8 kg/m2 yksinään (31 dB) 50 40 seinäpaneeli + 50 mm mineraalivilla 60 kg/m3 (37 dB) 30 20 10 Äänieristyksen parannus 5000 3150 2000 1250 800 500 315 200 125 80 50 0 Taajuus, Hz Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 58 Yhteisääneneristävyys katto: S5, R5 IV-kanava: Dn S6=10 m2 ovi: S3, R3 ikkuna: S2, R2 sivuseinä: S4, R4 etuseinä: S1, R1 Ryhteis 10 lg S i i Ri 10 S 10 i Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 59 Esimerkki Luentoesimerkki 2.4 Ovikoko 10x21. Lasin koko 7x14. Umpiosa Rw36dB. Lasitus Rw47dB. Arvioi lopputulos? Ryhteis 10 lg Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys Si i Si 10 Ri 10 60 Ympäristömelun ohjearvot, VnP 993/92 Melu kiinteistön tontilla oleskelualueella Asuinalueet, hoito- ja oppilaitosten alueet - edelliset mutta uusilla alueilla Vapaa-ajan alueet, loma-asuntoalueet Huoneistojen sisäpuolinen melu Asuin-, potilas- ja majoitushuoneet päivällä Opetus- ja kokoontumistilat Liike- ja toimistohuoneet Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys päiväsaikaan klo 07 - 22 yöaikaan klo 22 - 07 LA,eq,u (dB) LA,eq,u (dB) 55 55 45 50 45 LA,eq,s (dB) LA,eq,s (dB) 35 35 45 30 35 45 61 Julkisivun ääneneristystarve • Julkisivurakenteiden ääneneristävyyden pitää olla sellainen, että ohjearvot sisällä täyttyvät, LA,eq,s • Pitää selvittää melutaso ulkona, LA,eq,u – mittaus tai mallinnus – Taso ilman talon heijastavaa vaikutusta • Kaavamerkinnät – Ylempi merkintä L=LA,eq,u- LA,eq,s • käyttötarkoitus tiedossa – Alempi merkintä LA,eq,u • kun käyttötarkoitus ei tiedossa Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 62 JULKISIVUN MITOITUS – ympäristöopas 108 1. Vaatimus ulkomelun ja sallittavan sisämelun erotukselle L: 2. Julkisivun ääneneristysvaatimus Rtr,vaad: (Rw+Ctr) 3. Julkisivun kokonaisääneneristävyyden vaatimus RA,tr,kok: L LA,eq ,u LA,eq , s Rtr ,vaad L K1 7 RA,tr , kok Rtr ,vaad 4. Ikkunan ja oven ääneneristysvaatimus RA,tr: RA,tr ,ikk Rtr ,vaad K 2 5. Seinän ääneneristysvaatimus RA,tr,seinä: RA,tr , seinä Rtr ,vaad 3 6. Pienten elementtien ääneneristysvaatimus Dn,e,A,tr: Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys Dn,e, A,tr Rtr ,vaad 5 63 Korjauskertoimet K1 ja K2 S/SH 2.5 2 1.6 1.3 1 0.8 0.6 0.5 0.4 K1 (dB) 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 (SSi)/S 0.1 0.13 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 K2 (dB) -6 -5 -4 -3 -3 -2 -1 0 S = julkisivuseinän pinta-ala huoneessa, m SH = huoneen lattiapinta-aa 2 SSi = julkisivussa olevien ovien ja ikkunoiden yhteispinta-ala Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 64 Tyypillisiä ääneneristysvaatimuksia Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-5640. Ilmaääneneristävyys 65
© Copyright 2024