Princip stanovení měrného odporu proti proudění vzduchu u stavebních materiálů
Článek pojednává o stanovení odporu proti proudění vzduchu u materiálů pro použití v akustických aplikacích. Odpor proti proudění vzduchu porézních materiálů je nepřímým vyjádřením některých vlastností jeho struktury. Lze jej využít pro stanovení vztahu mezi strukturou těchto materiálů a některými z jejich akustických vlastností (zejména pohlcování a útlum zvuku).
Úvod
Měrný odpor proti proudění vzduchu r (Pa.s.m−2) je reciprokou veličinou k součiniteli proudění vzduchu v materiálech r−1 (m3.Pa−1.m−1.s−1). Součinitel proudění vzduchu v materiálech je méně nestandardní, avšak pochopitelnější veličinou ve srovnání s měrným odporem proti proudění vzduchu. Je definován následovně, jedná se o množství vzduchu v m3, které proteče za jednu sekundu plochou 1 m2 porézního materiálu tloušťky 1 m při rozdílu tlaků 1 Pa na jeho površích. Měrný odpor proti proudění vzduchu r je v tomto smyslu veličinou, jež popisuje, jak velký odpor klade zabudovaný materiál proudění vzduchu při rozdílu tlaků 1 Pa mezi jeho dvěma konci.
Význam veličiny a měření
Měrný odpor proti proudění vzduchu r porézních materiálů je nepřímým vyjádřením některých vlastností jeho struktury. Lze ho využít pro stanovení vztahu mezi strukturou těchto materiálů a některými z jejich akustických vlastností (zejména pohlcování a útlum zvuku). Tato veličina se měří podle evropské normy ČSN EN 29053:1994 Akustika. Materiály pro použití v akustice – Stanovení odporu proti proudění vzduchu. Jak bylo naznačeno v úvodu, měrný odpor proti proudění vzduchu r je poměrem rozdílu tlaků v pascalech na obou stranách zkušebního vzorku k objemovému toku vzduchu v kubických metrech za sekundu procházející zkušebním vzorkem. Normovaný odpor proti proudění vzduchu Rs je součinem odporu proti proudění vzduchu R (Pa.s.m−3) a plochy průřezu zkušebního vzorku ve směru kolmém na proudění vzduchu.
Odpor proti proudění vzduchu R souvisí s normovaným odporem proti proudění vzduchu Rs (Pa.s.m−1) podle vztahu
kde je
- A
- plocha průřezu zkušebního vzorku v m2 kolmého na směr proudění
Měrný odpor proti proudění vzduchu r (Pa.s.m−2) vznikne podělením normovaného odporu proti proudění vzduchu tloušťkou měřeného vzorku.
kde je
- d
- tloušťka zkušebního vzorku v metrech, měřená ve směru toku vzduchu
Obrázek 1 – Princip měření metodou A
Zkušební norma ČSN EN 29053:1994 popisuje dvě velmi odlišné metody zkoušení. V podmínkách ČR se uplatnila metoda stejnosměrného proudění vzduchu (metoda A), jež využívá průchodu regulovaného stejnosměrného proudu vzduchu zkušebním vzorkem tvaru válce nebo kvádru a měření výsledného poklesu tlaku mezi dvěma volnými čely vzorku (viz obrázek 1).
Zkušební zařízení
Obrázek 2 – Přístroj pro stanovení odporu proti proudění vzduchu
Vlastní zařízení pro metodu A, viz obrázek 2, se skládá z měřící komory pro umístění zkušebního vzorku, zařízení pro vyvíjení stálého proudu vzduchu, zařízení pro měření objemového průtoku vzduchu, tlakoměrů na obou stranách vzorku a délkové míry pro měření tloušťky vzorku. Zkušební vzorek se vkládá do měřící komory a je ověřeno, že okraje vzorku jsou dobře utěsněny. Do zkušební komory je instalován vzorek s deklarovanou objemovou hmotností. Odpor proti proudění vzduchu materiálů pohlcujících zvuk roste v určitém rozsahu se vzrůstající rychlostí vzduchu, proto je třeba měřit při nejmenší možné rychlosti proudění vzduchu. Jako spodní hranice je používána rychlost proudění vzduchu u 0,5 × 10−3 m.s−1. Této hodnotě akustické rychlosti odpovídá při hodnotě vlnového odporu vzduchu 400 kg.m−2.s−1 akustický tlak 0,2 Pa (vyjádřeno v logaritmické míře se jedná při referenčním akustickém tlaku 20 μPa o hodnotu hladiny akustického tlaku L = 80 dB).
V průběhu vlastního měření jsou počítačově (pomocí software KIK) vyhodnocovány hodnoty měrného odporu proti proudění vzduchu pro různé rychlosti proudění vzduchu, závislost na rychlosti proudění vzduchu je patrná na grafu 1, jenž demonstruje reálné měření vzorku s hodnotu r = 2 kPa.s.m−2 např. u celulózové izolace, toto odpovídá r−1 = 0,5 m3.kPa−1.m−1.s−1.
Souvislost mezi jedním ze základních kvalitativních parametrů izolantů (objemová hmotnost) a r−1 je zřejmé z grafu č. 2. Zde je nutné uvést, že v grafu uvedená závislost je poněkud nestandardně vztažená na hodiny a rozdíl 10 Pa, avšak o to lépe je graf srozumitelnější pro uživatele. Těžké minerální vlny vykazují nízké hodnoty r−1 resp. vysoké hodnoty r a naopak.
Graf 1 – Ukázka závislosti na rychlosti proudění vzduchu
![Graf 2 – Odvozená závislost odporu proti proudění vzduchu a objemové hmotnosti u minerální vlny [2]](/docu/clanky/0162/016211o7.png)
Graf 2 – Odvozená závislost odporu proti proudění vzduchu a objemové hmotnosti u minerální vlny [2]
Závěr
V České republice je měrný odpor proti proudění vzduchu izolantů méně známou vlastností. Jeho měření a hodnocení je vyžadováno zejména u izolantů používaných pro kontaktní zateplovací systémy a izolantů na bázi foukané celulózy. Odpor proti proudění vzduchu je důležitou vlastností vláknitých izolací, která ovlivňuje jejich zvukovou pohltivost.
Literatura
- ČSN EN 29053:1994 Akustika. Materiály pro použití v akustice – Stanovení odporu proti proudění vzduchu
- www.rockwool.com
The AFR (Airflow Resistance) describes structures of porous materials in an easy way. There is a connection between structures and acoustic characteristics especially sound absorption and sound reduction. In the Czech Republic the measurement is realized according to EN 29053:1994, method A.