Vliv připojovací spáry na neprůzvučnost výplňových konstrukcí
Připojovací spáry by měly být v ideálním případě vyplněné porézním materiálem s vysokou zvukovou pohltivostí a zároveň s dostatečně velkým měrným odporem proti proudění vzduchu a z obou stran by měly být pečlivě uzavřené pružným tmelem, nejlépe v kombinaci se systémovým těsnicím profilem nebo páskou. Článek vychzí z poznatků výchozího laboratorního experimentu pro hodnocení kvality připojovací spáry.
Úvod
Neprůzvučnost zabudovaných otvorových výplní závisí na akustických parametrech samotného výrobku (laboratorní hodnota Rw), ale zároveň může být ovlivněna provedením připojovací spáry. Pod pojmem připojovací spára se rozumí celý prostor, který se nachází mezi rámem otvorové výplně (okno, dveře apod.) a ostěním stavebního otvoru, tedy stavebně-konstrukční částí budovy. Nestálost při stanovení neprůzvučnosti vnitřních dělících konstrukcí je způsobena hlavně bočním přenosem zvuku. U obvodových konstrukcí (např. oken) se boční přenos nevyskytuje. Nestálost však plyne z provedení a vlastností funkční a připojovací spáry, platí tedy že R´w ≈ Rw. Způsob těsnění této spáry, pokud pomineme funkční spáru, je pro neprůzvučnost otvorových výplní rozhodující. Funkční spára je prostor mezi křídlem a rámem otvorové výplně, v němž dochází ke spolupůsobení křídla a rámu. Protože křídlo je zpravidla pohyblivé, dochází při každém otevření okna či dveří k přerušení těsnicí funkce, kterou je po zavření křídla nutné obnovit. Konstrukční řešení, uspořádání a provedení funkční spáry proto podstatnou měrou určuje a ovlivňuje vlastnosti celého výrobku.
Připojovací spáry by měly být v ideálním případě vyplněné porézním materiálem s vysokou zvukovou pohltivostí a zároveň s dostatečně velkým měrným odporem proti proudění vzduchu a z obou stran by měly být pečlivě uzavřené pružným tmelem, nejlépe v kombinaci se systémovým těsnicím profilem nebo páskou.
Výchozí laboratorní experiment pro hodnocení kvality připojovací spáry
Obr. 1: Uzavřené provedení připojovací spáry
Obr. 2: Jednoduché provedení připojovací spáry
Pro laboratorní porovnání vlivu připojovací spáry byl použit specificky malý zkušební otvor o rozměrech 1 250 × 1 500 mm se stupňovitým upravením na obou bočních stranách a na horní straně s odsazením 60 mm. Tabule plochého plaveného skla tl. 5, resp. 10 mm byly použity jako referenční otvorové výplně simulující prvek podobných akustických vlastností, jež dosahují běžně používaná jednoduchá okna s izolačním zasklením. Tabule plochého skla byly pro experiment upřednostněny před okny pro svou materiálovou homogenitu (float, hustota 2 500 kg/m3, modul pružnosti E = 7 × 104 MPa) a neexistenci funkční spáry. Tyto tabule o rozměrech 1 230 × 1 480 mm byly instalovány do specificky malého zkušebního otvoru za použití uzavřené připojovací spáry, kterou lze pokládat za nejlepší možnou, jak je prezentováno na obrázku 1. Pro vyplnění uzavřené připojovací spáry byl použit jednosložkový pružný hybridní těsnící tmel na bázi MS-polymerů BOSTIK 2720 MS, který dle deklarace výrobce slouží pro vyplňování spár v oblasti pozemního stavitelství (spár dle DIN 18540-F) a těsnění spár v oblasti výroby a instalace oken, dveří a střešních krytin,
Po provedení měření s uzavřenou připojovací spárou byly identické tabule následně znovu instalovány do specificky malého zkušebního otvoru za použití jednoduchého provedení připojovací spáry, které lze pokládat za nejhorší možné (viz obrázek 2).
Obr. 3: Geometrie použitého zkušebního otvoru – vodorovný řez
Vzorky skel tl. 5, resp. 10 mm byly instalovány do specificky malého zkušebního otvoru 1 250 × 1 500 mm tak, aby ostění na obou stranách tabule mělo různou hloubku s poměrem 2 : 1, viz obrázek 3. Mezi tabulí a ostěním byla vždy ponechána mezera 10 mm. Tato mezera byla při první sérii měření vyplněna vhodným pružným tmelem, viz obrázek 1 a na upevnění zasklení se použily dva dřevěné rámečky (25 × 25 mm). Pro druhou sérii měření byl použit pouze jeden rámeček (viz obrázek 2). Prostor mezi vzorky a dřevěnými rámečky byl při prvním měření vyplněn tmelem tloušťky cca 5 mm, při druhém měření byla pro stejnou funkci použita PUR pěna, konkrétně se jednalo o výrobek Illbruck FM310 pistolová montážní, jež je výrobcem deklarována jako celoroční jednokomponentní polyuretanová pěna reagující vzdušnou vlhkostí s velmi kvalitní a pevnou vnitřní strukturou a pevností – tepelně a zvukově izolační materiál vhodný též pro lepení. Vzduchová neprůzvučnost vzorků byla pro varianty určena v třetinooktávových pásmech v kmitočtovém rozsahu 100 až 3 150 Hz, přičemž měření probíhala vždy 24 hodin po instalaci vzorku za stejných podmínek teploty i relativní vlhkosti, aby se vyloučily případné chyby měření spojené s tepelně vlhkostními podmínkami. Zvuková izolace skleněných tabulí či zasklení může záviset na teplotě místnosti během měření, z tohoto důvodu bylo měření prováděno při teplotě 21 ± 0,5 °C v obou zkušebních místnostech vždy s uložením vzorků po dobu 24 hodin při teplotě zkoušky.
Zjištěné hodnoty laboratorní neprůzvučnosti včetně faktorů přizpůsobení spektru byly vzájemně porovnány se závěrem, že v obou případech došlo k velmi významnému poklesu vážené laboratorní neprůzvučnosti Rw (viz tabulka 1). Vzájemně byly porovnávány výsledky pro vzorek skla tabulové 5 mm při použití uzavřené a jednoduché připojovací spáry a výsledky pro vzorek skla 10 mm též při použití uzavřené a jednoduché připojovací spáry s cílem kvantifikovat vliv provedení připojovací spáry u identických vzorků skla. Vliv jednoduché připojovací spáry (oboustranné vypěnění PUR pěnou po obvodě) lze ilustrovat na vzorku skla tl. 10 mm, který zjednodušeně simuluje okno o rozměrech 1,23 × 1,5 m s váženou neprůzvučností Rw = 34 dB, jež byla změřena pro variantu s uzavřenou připojovací spárou Bude-li připojovací spára mezi oknem a přilehlou stavební konstrukcí tl. 10 mm realizována uvedeným způsobem (Rw ≈ 14 dB pro připojovací spáru), vážená neprůzvučnost okna po zabudování do stavby zdánlivě poklesne na hodnotu R´w = 26 dB, což lze interpretovat tak, že většina akustického výkonu přenášeného z místnosti zdroje do místnosti příjmu je přenášena připojovací spárou, a tak by ani výrazně lepší vzorek s touto spárou, např. olověná deska tl. 10 mm, nedosáhl výrazně lepších výsledků. Shrnutí výsledků je uvedeno v následující tabulce 1:
| Vzorek | Uzavřené provedení připojovací spáry Rw (C; Ctr) | Jednoduché provedení připojovací spáry Rw (C; Ctr) |
|---|---|---|
| Sklo tabulové 5 mm | 32 (−1; −3) | 26 (−1; −1) |
| Sklo tabulové 10 mm | 34 (−1; −2) | 28 (−1; −1) |
Teoretické prohloubení
Zkoušené vzorky s připojovací spárou 10 mm jsou v podstatě složenou konstrukcí, která je plošně nehomogenní, je tvořena dvěma prvky o rozdílné neprůzvučnosti – otvorovou výplní a připojovací spárou. Váženou neprůzvučnost Rw této složené konstrukce lze dle [4] vypočítat s použitím rovnice:
(1)
kde je
Obr. 4: Složená konstrukce
- Rw1
- – vážená neprůzvučnost [dB] otvorové výplně
- Rw2
- – vážená neprůzvučnost [dB] připojovací spáry
- S1
- – plocha otvorové výplně [m2]
- S2
- – plocha připojovací spáry [m2]
- S
- – plocha otvorové výplně včetně připojovací spáry
(plocha otvoru) [m2]
Což lze graficky znázornit, viz obrázek 4.
Obr. 5: Shrnutí experimentálních výsledků pro odlišná provedení připojovací spárySyntéza poznatků
Byla kvantifikována hodnota zlepšení neprůzvučnosti ΔRw = 6, viz obrázek 5, která vyjadřuje rozdíl v decibelech mezi uzavřenou a jednoduchou připojovací spárou, jedná se tedy o rozdíl vážené neprůzvučnosti základního prvku (tabulového skla s plochou do 2 m2) s uzavřenou připojovací spárou Rw,1 a jednoduchou připojovací spárou Rw,2:
Na základě dosud provedených experimentů a teoretického prohloubení lze odvodit zjednodušenou závislost pro očekávané neprůzvučnosti v zabudovaném stavu pro otvorové výplně s různými akustickými parametry při použití diametrálně odlišných typů připojovacích spár (nejlepší a nejhorší možná řešení). Na tomto místě musí autor článku konstatovat, že téma připojovacích spár má velký potenciál pro budoucí výzkum. Jím uváděné poznatky jsou založeny na praktických zkušenostech a základních porovnávacích experimentech, jež jsou doplněny běžnou teorií o stavební akustice a mohou být pro takový výzkum inspirací.
Graf č. 1: Vztah stavební (zdánlivé) neprůzvučnosti otvorové výplně R´w v závislosti na laboratorní neprůzvučnosti zabudované otvorové výplně a provedení připojovací spáry za specifických podmínek (plocha otvorové výplně do 2 m2, teplota 21 °C)
Z porovnání vyplývá první zajímavý poznatek: U otvorových výplní s laboratorní neprůzvučností Rw ≤ 25 dB a plochou do 2 m2 (specificky malý zkušební otvor) není s ohledem na ochranu proti hluku vůbec nutné řešit připojovací spáru. Na druhou stranu naprostá většina otvorových výplní – oken a dveří dodávaných na trh v ČR – má laboratorní neprůzvučnost Rw ≥ 30 dB, výjimkou jsou interiérové dveře pro použití uvnitř jednoho chráněného prostoru (např. bytu) či okna s jednoduchým zasklením bez požadavků na tepelně-technické vlastnosti. V těchto případech tedy není nutné řešit připojovací spáru kvůli ochraně proti hluku a postačí primitivní způsob jejího provedení. Druhý poznatek je poměrně logický, šířka připojovací spáry částečně determinuje funkční závislost mezi laboratorní a zdánlivou neprůzvučností otvorové výplně; s rostoucí šířkou funkční spáry se rozdíl těchto neprůzvučností zvětšuje. Platí obecně i z pohledu stavební akustiky, že spára mezi rámem okna či dveří a zdivem či jinou nosnou stavební konstrukcí by měla být v rozmezí 5–10 mm a rozhodně nemá přesáhnout 15 mm. Pokud vychází šířka spáry větší či menší, lze očekávat problémy. Je-li šířka připojovací spáry pod 5 mm, nelze provést její výplň kvalitně, proto není pří řešení požadavků na ochranu proti hluku obhajitelný závěr, že nejlepší připojovací spára má téměř nulovou šířku. V případě šířek připojovací spáry nad 10 mm se bude podle rovnice (1) velmi významným způsobem projevovat druhý člen součtu, který zohledňuje příspěvek připojovací spáry s neprůzvučností Rw2, která je nižší než neprůzvučnost otvorové výplně Rw1. Pokud shrneme uvedená fakta, tak připojovací spáry s tloušťkou mimo optimální rozmezí 5–10 mm není vhodné navrhovat ani realizovat.
Vlastní způsob těsnění připojovací spáry ideální tloušťky 5–10 mm je rozhodujícím vstupem, který ovlivní výsledné akustické vlastnosti otvorové výplně v zabudovaném stavu na stavbě. Jak již bylo uvedeno na začátku, připojovací spáry by měly být v ideálním případě vyplněné porézním materiálem s vysokou zvukovou pohltivostí a zároveň s dostatečně velkým měrným odporem proti proudění vzduchu a z obou stran pečlivě uzavřené pružným tmelem, nejlépe v kombinaci se systémovým těsnicím profilem nebo páskou. Zvuková pohltivost je materiálově konstrukční vlastností, která je pro aplikace v budovách vyjádřena prostřednictvím váženého činitele zvukové pohltivosti αw [–] podle ČSN EN ISO 11654:1998 Akustika – Absorbéry zvuku používané v budovách. Zjednodušeně lze uvést, že zcela nepohltivý materiál má součinitel zvukové pohltivosti αw = 0 (beton či sklo mají např. αw = 0,05), zatímco ideálně pohltivý materiál má vážený součinitel zvukové pohltivosti αw = 1 (minerální vlna s tloušťkou v řádu centimetrů). Zároveň jsou podle této normy absorbéry klasifikovány do tříd A až E, přičemž nejlepší třídě A odpovídají hodnoty součinitele zvukové pohltivosti αw = 0,90 až 1,00. Pokud bychom použili slovní klasifikaci podle VDI 3755:2015-01 Zvuková izolace a absorpce zvuku, tak budeme tyto absorbéry označovat jako „velmi vysoce pohltivé“. Zvuková pohltivost je jedním z nejdůležitějších aspektů při potlačování hluku. Dopadne-li zvuková vlna na plochu, její energie se zčásti pohltí. Dopadající zvukové vlny způsobí, že vzduch mezi zrny či vlákny, ze kterých se konstrukce elementárně skládá, začne vibrovat. Vibrace působí tření a okamžitou přeměnu akustické energie na tepelnou. V tomto případě jde o změny teploty, které jsou lidskými smysly nepozorovatelné. Z tohoto důvodu se k pohlcování zvuku nejlépe hodí látky porézní nebo s mezerovitou strukturou. Zvuk se šíří jemnými póry, jejichž celková plocha je značně velká vzhledem k jejich objemu, resp. zvuk je dobře pohlcován vzniklými mezerami. tomto smyslu je ideální výplní připojovací spáry minerální vlna s vyšší objemovou hmotností, která splňuje požadavek na vysokou absorbci zvuku společně s dostatečným odporem proti proudění vzduchu.
Obr. 6: Základní zóny připojovací spáry podle ČSN 74 6077
A – vnější uzávěr připojovací spáry
B – vnitřní uzávěr připojovací spáry
C – tepelná izolace
ČSN 74 6077 Okna a vnější dveře – Požadavky na zabudování považuje neprůzvučnost otvorových výplní za jakousi sekundární vlastnost, která má být naplněna. Primární jsou z hlediska normy tepelně-technické vlastnosti, což je možné demonstrovat na obrázku 6, kde je výplň připojovací spáry označena jako „tepelná izolace“.
Tento tepelně technický pohled může vést k nepravdivým závěrům, že nejlepší izolace je PUR pěna, a že jde o ideální vyplnění připojovací spáry. Tyto závěry však nejsou zcela správné, protože takto provedený návrh nezohledňuje základní požadavek na ochranu proti hluku a nadřazuje jeden základní požadavek (ochrana tepla) vůči jinému (ochrana před hlukem). Řešení musí přijatelným způsobem vzít ohled na všechny funkce, které má těsnění splňovat.
Závěr
Článek otvírá dosud přehlížené a nedostatečně zkoumané téma vlivu připojovací spáry na neprůzvučnost otvorových výplní. V experimentální části je prokázán zásadní vliv připojovací spáry na stavební (zdánlivou) neprůzvučnost zabudovaných otvorových výplní a jsou konfrontovány výsledky měření neprůzvučnosti identických výrobků s uzavřenou a jednoduchou připojovací spárou. V teoretické části je navázáno prohloubením a odvozením závislosti mezi laboratorními (deklarovanými) hodnotami neprůzvučnosti otvorových výplní Rw a jejich stavebními (zdánlivými) hodnotami R´w v závislosti na tloušťce a kvalitě provedení jejich připojovací spáry. Pro běžné otvorové výplně byl potvrzen předpoklad, že Rw ≈ R´w s nalezením prahové hodnoty Rw ≤ 25 dB pro otvorové výplně s plochou do 2 m2, kde nemá smysl řešit kvalitu připojovací spáry. Pro výplně s Rw ≥ 35 dB s plochou do 2 m2 bylo dokázáno, že správné provedení připojovací spáry je klíčové k tomu, aby stavební (zdánlivé) hodnoty neprůzvučnosti byly blízké laboratorním (deklarovaným) hodnotám. Graf č. 1 ilustruje s využitím teoretického vzorce (1) vliv provedení připojovací spáry tl. 5 a 10 mm na stavební (zdánlivou) neprůzvučnost otvorových výplní s různou laboratorní neprůzvučností, jež mají plochu do 2 m2. Současně je nutné zmínit, že v praxi bude závislost znázorněná v grafu č. 1 ovlivněna i dalšími faktory, mezi které patří plocha otvorové výplně, teplota během měření a tloušťka připojovací spáry.
Literatura
- ČSN EN ISO 717-1. Akustika – Hodnocení zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách – Část 1: Vzduchová neprůzvučnost.
- ČSN EN 14351-1. Okna a dveře – Norma výrobku, funkční vlastnosti – Část 1: Okna a vnější dveře bez vlastností požární odolnosti a/nebo kouřotěsnosti.
- ČECHURA, J. Stavební fyzika 1: Akustika stavebních konstrukcí. Praha: Nakladatelství ČVUT, 1999. ISBN 80-01-01593-9.
- BERÁNEK, L. Snižování hluku. Praha: SNTL, 1965.
The article is based on the analysis of the laboratory experiment evaluating the quality of the connection joints. The importance of connecting joint is discussed - connecting joints should ideally be filled with a porous material with high sound absorption and high specific airflow resistance and carefully sealed including combination of sealing profile or tape.