Akustické vlastnosti skartovaného papíru
Příspěvek prezentuje poznatky o akustických vlastnostech papírové vlny, kterou lze snadno „vyrobit“ skartací použitého kancelářského papíru bez archivní hodnoty, tj. z neplatných norem, poznámek, tiskovin a dalších již nepoužitelných dokumentů. Z hlediska akustických vlastností lze předběžně zkoumaný materiál přirovnat k minerální vlně s objemovou hmotností 25 kg.m−3. V rozsahu základního požadavku na stavby č. 5 ochrana proti hluku se tento specifický druh recyklátu zdá být perspektivní pro případné využití ve stavebnictví.
1. Úvod
Evropské stavebnictví výrazněji směřuje k udržitelnému využívání přírodních zdrojů. Požadavek na udržitelnost zdrojů je uveden v CPR a jeho definice je následující: Stavba musí být navržena a provedena takovým způsobem, aby bylo zajištěno udržitelné využití přírodních zdrojů a zejména opětovné využití nebo recyklovatelnost staveb, použitých materiálů a částí po zbourání; životnost staveb a použití surovin a druhotných materiálů šetrných k životnímu prostředí při stavbě. Pro udržitelnou výstavbu jsou klíčové obnovitelné zdroje a aspekt menší spotřeby energie, který je spojený s výrobou ekologických materiálů. V této souvislosti stojí za povšimnutí recyklovaná papírová vlna v roli ekologického materiálu vyrobeného ze zdrojů dostupných v našem blízkém okolí. Příspěvek prezentuje poznatky o akustických vlastnostech papírové vlny, kterou lze snadno „vyrobit“ skartací použitého kancelářského papíru bez archivní hodnoty, tj. z neplatných norem, poznámek, tiskovin a dalších již nepoužitelných dokumentů.
2. Papírová vlna jako stavební výrobek
Obrázek 1 Papírová vlna ze skartovaného kancelářského papíru
Použitý kancelářský papír bez archivní hodnoty obsahuje občas i citlivé interní informace, a tak není žádoucí, aby byl volně ukládán do nádob na tříděný odpad. V praxi se proto tento druh papíru v TZÚS Praha, s. p., pobočka Teplice, skartuje v automatických skartovačích, které umožňují skartaci dokumentů do stupně tajné podélným a příčným mikrořezem, čímž vzniknou papírové proužky (vlna) s rozměrem cca 2 × 12 mm (viz obrázek 1). Z jednoho listu papíru A4 vznikne během jedné sekundy 2 400 náhodně orientovaných vláken. Takto vzniklou papírovou vlnu lze dlouhodobě ukládat do big bagů. Výsledný produkt by se mohl stát stavebním výrobkem, který lze v budoucnu posoudit podle evropského dokumentu pro posuzování EAD 040138-00-1201 „In-situ formed loose fill thermal and/or acoustic insulation products made of vegetable fibres“, neboť je naplněna definice volně loženého izolačního produktu z rostlinných vláken bez pojiva pro ruční nebo mechanickou instalaci. Podle příslušného EAD mohou být rostlinná vlákna z trávy, lnu, konopí, juty, papíru, recyklovaného papíru nebo neupravené dřevní štěpky. Zamýšlené použití ve smyslu EAD spočívá v aplikaci do dutin střech, stěn a podlah ve formě volně sypané izolace pro ruční nebo mechanickou instalaci. Posouzení výsledného izolačního výrobku podle EAD je možné za podmínky, že papírová vlna bude v konstrukcích bez tlakového zatížení a bez kontaktu s vodou či zeminou a také bez rizika kondenzace vlhkosti. Mezi základní vlastnosti papírové vlny uvedené v EAD 040138-00-1201 patří zvuková pohltivost a odpor proti proudění vzduchu, které souvisejí se základním požadavkem na stavby č. 5 – ochrana proti hluku.
3. Odpor proti proudění vzduchu
Obrázek 2 Měření odporu proti proudění vzduchu podle ČSN EN ISO 9053-1
Odpor proti proudění vzduchu porézních či mezerovitých materiálů je nepřímým vyjádřením některých vlastností jejich struktury. Vlastnost lze využít pro pochopení a matematické stanovení vztahu mezi strukturou a zvukovou pohltivostí. Pro popis stavebních materiálů se používá měrný odpor proti proudění vzduchu σ [Pa.s.m−2] či reciproká veličina nazývaná součinitel proudění vzduchu v materiálech σ−1 [m3.Pa−1.m−1.s−1]. Součinitel proudění vzduchu v materiálech představuje fyzikálně množství vzduchu v m3, které proteče za jednu sekundu plochou 1 m2 porézního či mezerovitého materiálu tloušťky 1 m při rozdílu tlaků 1 Pa na obou stranách vzorku. Měření se provádí podle zkušební normy ČSN EN ISO 9053-1 Akustika – Určení odporu proti proudění vzduchu – Část 1: Metoda statického proudění vzduchu s využitím metody statického proudění vzduchu v režimu laminárního proudění. Principem zkoušky je měření poklesu tlaku mezi dvěma volnými čely vzorku (ve tvaru válce), zatímco je vzorek vystaven řízenému jednosměrnému proudění vzduchu (viz obrázek 2). Použitý zdroj proudění vzduchu umožňuje jemné nastavení průtoku a zajišťuje stabilitu průtoku ve spodní části zkušební komory. Přitom zdroj proudění vzduchu současně poskytuje dostatečně nízké rychlosti proudění vzduchu, tak aby naměřené odpory proti proudění vzduchu byly na rychlosti proudění vzduchu nezávislé.
Odpor proti proudění vzduchu bývá označován jako AFR (zkratka z anglického výrazu airflow resistence) v kombinaci s uvedením dosaženého měrného odporu proti proudění vzduchu v kPa.s.m−2. V deklaracích výrobců izolačních materiálů se proto můžeme setkat s označením např. AFR 5, což znamená, že měrný odpor proti proudění vzduchu ρ konkrétního izolačního materiálu dosahuje 5 kPa.s.m−2.
4. Zvuková pohltivost
Stanovení činitelů zvukové pohltivosti αs se podle příslušného EAD provádí podle ČSN EN ISO 354 Akustika – Měření zvukové pohltivosti v dozvukové místnosti v rozsahu 100 až 5 000 Hz, zatímco vážený činitel zvukové pohltivosti αw se určuje podle ČSN EN ISO 11654 Akustika – Absorbéry zvuku používané v budovách – Hodnocení zvukové pohltivosti s využitím hodnot praktických činitelů zvukové pohltivosti αp na frekvencích: 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1 000 Hz, 2 000 Hz a 4 000 Hz. Vážený činitel zvukové pohltivosti αw lze podle ČSN EN ISO 11654 též klasifikovat, norma zavádí pět tříd E až A, přičemž nejlepší třídou je A. Alternativně lze použít slovní klasifikaci podle německé VDI 3755:2000-02, kde je zavedený slovní popis od odrazivý až po velmi vysoce pohltivý.
V praxi se konstrukcemi, které pohlcují zvuk, zvyšuje činitel pohltivosti stropu nebo stěn místností, což způsobuje pozitivní snížení hladiny akustického tlaku v poli odražených vln a současně dochází k optimalizaci doby dozvuku ve vazbě na zvýšení celkové zvukové pohltivosti místností. Papírová vlna představuje materiál o vysoké mezerovitosti, kde kostru tvoří jednotlivá papírová vlákna, resp. drobné papírky o rozměrech 2 × 12 mm. Mezery jsou vzájemně propojené a současně otevřené na povrchu. Podle teorie je tento druh absorbérů zvuku nejúčinnější, pokud je mezerovitý materiál přítomen ve vzdálenosti alespoň jedné čtvrtiny vlnové délky zvuku od tvrdého povrchu, na kterém je položený. Účinnost je tedy dána tloušťkou aplikované vrstvy papírové vlny. V malých tloušťkách je materiál účinný pouze při vysokých kmitočtech, kdy je vlnová délka malá. Pro funkci v roli absorbéru zvuku je však nutný otevřený kontakt povrchu materiálu s místností, což lze z hygienických a estetických důvodů řešit překrytím řídkou tkaninou, pletivem či perforovaným plechem s podmínkou alespoň 25% perforace celé plochy.
Obrázek 3 Měření zvukové pohltivosti papirové vlny v dozvukové komoře
Během prvotních úvah o možném využití kancelářské papírové vlny byla ověřena zkouškou volně sypaná vrstva tl. 50 mm, u které byla kontrolně změřena objemová hmotnost 80 kg.m−3. Měření zvukové pohltivosti proběhlo v dozvukové komoře TZÚS, pobočka Teplice, s objemem přes 200 m3, která plně odpovídá požadavkům zkušební normy ČSN EN ISO 354. U vrstvy 50 mm byl dosažen vážený činitel zvukové pohltivosti αw = 0,35, což podle německého standardu VDI 3755:2000-02 odpovídá slovnímu popisu „pohltivý“. Následně byly v počítačovém programu ZORBA predikovány hodnoty zvukové pohltivosti αw pro větší tloušťky vrstev papírové vlny s pomocí matematického modelu (Allard & Champoux), jež jsou shrnuty v tabulce č. 1.
| Tloušťka [mm] | αw [–] | Třída podle EN ISO 11654 | Poznámka |
|---|---|---|---|
| 50 | 0,35 | D | měření podle EN ISO 354 |
| 100 | 0,60 | C | predikce Allard & Champoux |
| 150 | 0,80 | B | predikce Allard & Champoux |
| 250 | 0,95 | A | predikce Allard & Champoux |
5. Závěr
Na základě dosavadních zjištění lze konstatovat, že u zkoumaného skartovaného kancelářského papíru s volně sypanou objemovou hmotností 80 kg.m−3 v tloušťkách vrstev 50 až 250 mm lze dosahovat dobrých hodnot váženého činitele zvukové pohltivosti αw v rozmezí 0,35 až 0,95, což odpovídá slovnímu popisu pohltivý až velmi vysoce pohltivý. Z hlediska akustických vlastností lze předběžně zkoumaný materiál přirovnat k minerální vlně s objemovou hmotností 25 kg.m−3. V rozsahu základního požadavku na stavby č. 5 ochrana proti hluku, se tento specifický druh recyklátu zdá být perspektivní pro případné využití ve stavebnictví.
- ČSN EN ISO 354 Akustika – Měření zvukové pohltivosti v dozvukové místnosti
- ČSN EN ISO 9053-1 Akustika – Určení odporu proti proudění vzduchu – Část 1: Metoda statického proudění vzduchu
- EAD 040138-00-1201 In-situ formed loose fill thermal and/or acoustic insulation products made of vegetable fibres
- ČSN EN ISO 11654 Akustika – Absorbéry zvuku používané v budovách – Hodnocení zvukové pohltivosti
Článek se věnuje zajímavé možnosti získání porézního pohlcovače zvuku z materiálu, který vznikne zpracováním odpadu z papíru, zejména kancelářského. Měřením bylo zjištěno, že tento materiál se ve zvukové pohltivosti může vyrovnat porézním pohlcovačům na bázi minerální vlny. Vyšší tloušťky materiálu než 50 mm nebyly změřeny, ale jejich vlastnosti byly vypočteny za pomoci softwaru ZORBA. Při uvádění tohoto materiálu do praxe je třeba vzít v úvahu i jeho fyzikální a chemickou stálost, zejména je-li vystaven biologickým vlivům (plísně). Z této strany mohou plynout některá omezení v použití nebo další nutná opatření při aplikaci v porovnání s pohlcovači z minerálních vláken. Vyloučení kontaktu se zeminou či vodou a vyloučení kondenzace vodní páry v konstrukci je proto v článku správně zmíněno. Využití papírového odpadu pro účely pohlcování zvuku je ekonomicky a ekologicky zajímavou možností a je dobře, že tento článek nás na tuto možnost upozorňuje.