Wpływ okien i drzwi na poziom hałasu w pomieszczeniach

Problem ochrony przed hałasem staje się coraz istotniejszy i trudniejszy do rozwiązania w wyniku stale rosnącego zagrożenia zanieczyszczenia środowiska hałasem zewnętrznym, a także znacznie bardziej uciążliwych odgłosów bytowych i instalacyjnych, występujących w budynkach.

Artykuł ukazał się w "Akustyce" - numerze specjalnym "Informatora Budowlanego-murator".

Aby odpowiednio chronić pomieszczenia (zgodnie z obowiązującymi przepisami, takimi jak Prawo budowlane oraz Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie), obiekty należy projektować oraz wykonywać tak, aby zapewnić dostateczną izolacyjność akustyczną. Oczywistym jest, że im wyższy poziom hałasu na zewnątrz pomieszczenia, tym większa powinna być izolacyjność akustyczna otaczających go przegród. Dla rozprzestrzeniających się dźwięków powietrznych ochroną przed hałasem są ściany, których izolacyjność akustyczna w przypadku występowania w nich okien i/lub drzwi jest wypadkową izolacyjnością poszczególnych elementów składowych. Aby móc ją przewidzieć dla warunków rzeczywistych panujących w budynku, trzeba posłużyć się wzorem:

gdzie:
S_p, R’_p – powierzchnia [m²] i wskaźnik oceny izolacyjności akustycznej części pełnej ściany zewnętrznej, wyznaczony z uwzględnieniem przenoszenia bocznego w budynku [dB],
S_i, R_i – powierzchnia [m²] i wskaźnik oceny izolacyjności akustycznej i-tego elementu ściany (okna lub drzwi), wyznaczony w laboratorium oraz zmniejszony o 2 [dB],
S – całkowita powierzchnia ściany [m²].

W tym miejscu należy podkreślić, że wyznaczenie metodą obliczeniową izolacyjności wypadkowej ściany w budynku wymaga uwzględnienia przenoszenia bocznego energii akustycznej przez przegrody ją otaczające. Dotyczy to jedynie części pełnej i oznaczone jest dodatkowo symbolem „prim” (R’_p). Wartości wskaźnika ścian wewnętrznych lub zewnętrznych R’_p można określić metodą obliczeniową według normy PN-EN 12354-1:2002 lub, odpowiednio, PN-EN 12354-3:2003, na podstawie znajomości konstrukcji obiektu i wskaźników oceny badanej przegrody, wyznaczonych w warunkach laboratoryjnych zgodnie
z PN-EN ISO 10140-2:2011. Możliwe jest również posłużenie się wynikiem pomiaru R’p w budynku o identycznej konstrukcji, przeprowadzonego według normy PN-EN ISO 16283:2014 [4] lub PN-EN ISO 140-5:1999. W przypadku występowania stolarki zakłada się, że przenoszenie boczne między poszczególnymi elementami ściany może być pominięte, a wskaźnikami oceny są w tej sytuacji wartości wyznaczone w laboratorium, zmniejszone o 2 dB (tzw. wskaźniki projektowe).
Wpływ okien i drzwi na wypadkową izolacyjność przegrody jest szczególnie istotny, bowiem są to zazwyczaj elementy o mniejszej izolacyjności niż część pełna, a zatem stanowią główną drogę przenikania energii dźwiękowej do pomieszczenia (zwłaszcza gdy stanowią znaczną część powierzchni ściany).

Wskaźniki oceny akustycznej okien i drzwi

Izolacyjność akustyczna okien i drzwi wyrażana jest za pomocą trzech wskaźników R_w (C; C_tr):

• R_w – ważony wskaźnik izolacyjności akustycznej właściwej [dB],
• C – widmowy wskaźnik adaptacyjny widma płaskiego, stosowany np. w przypadku hałasu bytowego lub lotniczego [dB],
• C_tr – widmowy wskaźnik adaptacyjny hałasu niskoczęstotliwościowego, wykorzystywany np. w sytuacji hałasu ulicznego [dB].

Parametry te są obliczane zgodnie z normą PN-EN ISO 717-1:2013, na podstawie wyników pomiarów izolacyjności akustycznej, przeprowadzonych w warunkach laboratoryjnych według PN-EN ISO 10140-2:2011.
Do analizy jakości akustycznej okien i drzwi w świetle obecnych wymagań, zgodnie z normą PN-B 02151-3:1999, stosowane są tzw. wskaźniki oceny izolacyjności akustycznej R_A1 lub R_A2. Wyznacza się je, sumując wartość wskaźnika R_w i odpowiedniego widmowego wskaźnika adaptacyjnego C lub C_tr, tzn.:
R_A1 = R_w + C, dB
R_A2 = R_w + C_tr, dB

Wybór wskaźnika oceny R_A1 lub R_A2 zależy od źródła hałasu dominującego w rozpatrywanej sytuacji. Podstawowym parametrem analizy akustycznej okien i drzwi zewnętrznych jest wskaźnik R_A2, dostosowany do oceny ochrony przed hałasem komunikacji drogowej, natomiast w przypadku drzwi wewnętrznych – wskaźnik R_A1, dostosowany do ochrony przed odgłosami bytowymi.
W szczególnych sytuacjach, określonych w normie PN-B 02151-3:1999, wykorzystuje się wskaźniki uzupełniające, którymi są odpowiednio: R_A1 dla okien i drzwi zewnętrznych, R_A2 dla drzwi wewnętrznych. W tym miejscu warto zauważyć, że wartości wskaźników C i C_tr są ujemne (C = od –1 do –3 dB, Ctr = od –2 do –8 dB, w zależności od konstrukcji stolarki), a zatem wartości R_A1 i R_A2 będą zawsze mniejsze od poprzednio stosowanej wartości R_w.
Mimo że zmiany zasad określania wskaźników oceny zostały wprowadzone do akustycznych wymagań normowych ponad 15 lat temu, dawne wskaźniki R_w są niestety nadal często używane przez projektantów oraz producentów okien i drzwi.

Czynniki wpływające na izolacyjność akustyczną okien

Izolacyjność akustyczna okien zależy od ich kształtu i wymiarów geometrycznych, systemu konstrukcji, rodzaju zastosowanego oszklenia, stopnia i metody rozszczelnienia oraz od sposobu montażu w budynku. Najgorszymi właściwościami akustycznymi charakteryzują się okna o możliwie dużych wymiarach skrzydła w kształcie kwadratu. Z tego powodu wartości wskaźników oceny akustycznej dla tego rodzaju stolarki są wykorzystywane jako reprezentatywne dla całej rodziny wyrobów o podobnej konstrukcji, lecz o różnych kształtach. Jednym z najbardziej istotnych czynników, mających wpływ na izolacyjność akustyczną, jest rodzaj oszklenia (rys. 1). Spowodowane jest to tym, że szyby stanowią największą część powierzchni okna. Uzyskanie większej ochrony przeciwhałasowej możliwe jest dzięki zastosowaniu szklenia specjalnego – o podwyższonej grubości szyb składowych, często klejonych specjalnymi foliami lub żywicą. W takich przypadkach należy jednak liczyć się z wpływem izolacyjności ram, która może być mniejsza od izolacyjności oszklenia, a zatem odgrywać istotną rolę w izolacyjności wypadkowej okna. Zjawisko takie ujawnia się zwłaszcza w stolarce wykonanej z profili aluminiowych lub PVC o cienkich ściankach.
Decydując się na konkretne oszklenie, trzeba również pamiętać, że widoczny wzrost izolacyjności przy zastosowaniu „mocnych akustycznie” szyb jest możliwy jedynie w przypadku okien szczelnych lub przy bardzo starannym doborze nawiewników. Nieumiejętne rozszczelnienie takiego okna grozi bowiem znacznym spadkiem jego izolacyjności, a zatem użycie nawet dobrej pod względem akustycznym szyby może nie przynieść oczekiwanego efektu.
Nawiewniki powietrza, stosowane ze względu na obowiązujące przepisy budowlane dotyczące obiektów, w których nie występuje pełna wentylacja mechaniczna lub klimatyzacja, umieszczane są zazwyczaj w ramie ościeżnicy bądź skrzydła, rzadziej – jako oddzielny element, w ścianie zewnętrznej. W przypadku montażu w oknie ich obecność powoduje zawsze pogorszenie izolacyjności akustycznej. Efekt ten jest tym bardziej zauważalny, im większa jest różnica pomiędzy izolacyjnością okna szczelnego a nawiewnika (rys. 2).

Trzeba w tym miejscu zwrócić uwagę, że nawiewniki powietrza są charakteryzowane innymi niż okna parametrami oceny akustycznej. Należą do nich: elementarna znormalizowana różnica poziomów D_n,e i obliczone na tej podstawie wskaźniki jednoliczbowe D_n,e,w (C; C_tr).

Aby zachować odpowiednią izolacyjność akustyczną stolarki, określoną na podstawie wyników badań laboratoryjnych, konieczne jest zadbanie o jej właściwy montaż. Izolacyjność akustyczna stosowanych pianek montażowych R_s,w mieści się w granicach 45–60 dB. Jej wartość nie ma praktycznie znaczenia w przypadku okien o stosunkowo małej izolacyjności (R_A2 < 32 dB). W miarę jednak jej zwiększania wpływ jakości ww. pianki staje się coraz bardziej istotny i przy niewłaściwym jej doborze może powodować obniżenie izolacyjności stolarki nawet o 10 dB (tab. 1).

Norma europejska PN-EN 14351-1+A1:2010, w całości poświęcona oknom traktowanym jako wyrób budowlany, odnosi się m.in. również do ich parametrów akustycznych. Oprócz zalecanego sposobu pomiarów, dopuszczone jest wykorzystanie metody obliczeniowej, opisanej w załączniku B. Podano w nim tablice pozwalające na oszacowanie izolacyjności akustycznej całego okna w oparciu o właściwości zastosowanej w nich szyby. Sposób ten dotyczy okien nierozszczelnionych (bez nawiewników), o powierzchni nieprzekraczającej 2,7 m², szklonych szybami o izolacyjności R_A2 nie większej niż 36 dB.
W tabeli 2. przedstawiono wyniki obliczeń wykonanych zgodnie z tą metodą. Jak widać, w przypadku użycia szyb o stosunkowo dużej izolacyjności akustycznej (R_A2 ≥ 34 dB) izolacyjność okna jest mniejsza o 1–2 dB. Wynika to z wpływu kształtowników (ram), które są „słabsze”. Trudno się jednak zgodzić, że obniżenie to wynosi zawsze 1–2 dB, niezależnie od konstrukcji stolarki, i że jest jednakowe np. dla grubościennych kształtowników PVC i aluminiowych o stosunkowo dużym przekroju poprzecznym.

Dzięki wejściu w życie normy pomiarowej PN-EN ISO 10140-1:2011 (załącznik I), możliwe jest obecnie określenie także właściwości akustycznych żaluzji okiennych. Co prawda, ich podstawowym zadaniem jest poprawa warunków termicznych w pomieszczeniach i ochrona lokalu przed niepożądanym oświetleniem zewnętrznym, jednak odpowiednio dobrane i zainstalowane mogą również podnieść komfort akustyczny. Właściwości dźwiękochronne żaluzji zależą od konstrukcji ich elementów składowych (pancerza i skrzynki, do której pancerz ten jest chowany), ale przede wszystkim od sposobu ich montażu, tzn. umiejscowienia skrzynki oraz odległości żaluzji od szyby. Wykorzystywane zazwyczaj profile aluminiowe, tworzące pancerz żaluzji, różnią się kształtem, wymiarami, grubością blachy, a także wypełnieniem (ze względu na izolację cieplną w niektórych zastosowana jest pianka poliuretanowa, co nie ma istotnego znaczenia z punktu widzenia akustyki). Podobne różnice występują w konstrukcjach skrzynek.
Wpływ konstrukcji profili oraz skrzynek na izolacyjność akustyczną okna jest inny, w zależności od rodzaju ich montażu, i wynosi od 1 do 5 dB. W przypadku instalacji żaluzji nad oknem, w powiększonym otworze okiennym, dźwięk przenika przede wszystkim przez skrzynkę – poprawa izolacyjności profili pancerza nie ma istotnego znaczenia. W sytuacji montażu na ścianie zewnętrznej wpływ skrzynki jest praktycznie wyeliminowany, a o ochronie przed hałasem układu „okno + żaluzja” decyduje pancerz. Jednak najbardziej istotnym czynnikiem, przekładającym się na izolacyjność akustyczną, niezależnie od rodzaju montażu, jest odległość „d” między pancerzem żaluzji a szybą okna. Im jest ona większa, tym bardziej poprawia się efekt dźwiękochronny opuszczonych żaluzji. Zmniejszanie tej odległości do 4–6 cm może natomiast spowodować obniżenie izolacyjności akustycznej całego układu, tzn. będzie ona mniejsza niż izolacyjność samego okna, zwłaszcza w zakresie niskich częstotliwości. O tym, jak duży jest wpływ odległości żaluzji od szyby okna, świadczą wyniki pomiarów izolacyjności akustycznej przedstawione w tabeli 3. Różnica izolacyjności, wyrażona za pomocą wskaźnika ΔR_A2, waha się w granicach od –2 do 13 dB. Dotyczy to żaluzji, których pancerz wykonano ze stosunkowo cienkiego profilu. W przypadku zastosowania innych rodzajów profili wzrost dźwiękochronności układu „żaluzja + okna” w stosunku do samego okna może wynosić ponad 15 dB. Warto jednak podkreślić, że umiejętne wykorzystanie przedstawionych zależności może sprawić, że żaluzje okienne staną się doraźnym środkiem ochrony przeciwhałasowej.

Czynniki wpływające na izolacyjność akustyczną drzwi

Izolacyjność akustyczna drzwi zdeterminowana jest konstrukcją ich skrzydła (masą powierzchniową, liczbą warstw i sposobem ich łączenia) oraz od szczelnością przymyków. Budowa skrzydeł drzwiowych jest bardzo zróżnicowana i zależy od zakresu ich stosowania oraz związanych z tym wymagań dotyczących odporności na włamanie, ogniowej oraz izolacyjności akustycznej. Wypełnienie skrzydła, którego grubość wynosi zazwyczaj 40–65 mm, mogą stanowić płyty pełne lub drążone (np. z materiałów drewnopochodnych) bądź układy warstwowe, złożone z płyt drewnopochodnych, wełny mineralnej, warstw wtryskiwanej pianki poliuretanowej, blachy stalowej itp. (rys. 3).

Wykorzystywane są również skrzydła z szybami pojedynczymi lub zespolonymi, których izolacyjność w stosunku do skrzydeł pełnych zmienia się w zależności od powierzchni oszklenia i jego właściwości akustycznych. Biorąc pod uwagę zastosowaną konstrukcję, izolacyjność akustyczna skrzydeł zawiera się zazwyczaj w granicach R_A1 = 25–45 dB, dzięki czemu mieści się w zakresie podstawowych wymagań normowych. Jeżeli konieczne jest uzyskanie większych wartości izolacyjności akustycznej (np. w studiach radiowych), należy użyć drzwi podwójnych. W takich przypadkach trzeba indywidualnie dobrać izolacyjność skrzydeł oraz objętość i chłonność akustyczną przestrzeni zamkniętej między skrzydłami.
Przymyki boczne i górny są zazwyczaj uszczelniane przez wprowadzenie uszczelek we wrębach skrzydła i/lub ościeżnicy. Podobnie zabezpieczany jest przymyk środkowy w drzwiach dwuskrzydłowych. Skuteczność uszczelnienia zależy w dużym stopniu od zapewnienia właściwego docisku uszczelki na całym obwodzie, co wiąże się z prawidłowym montażem skrzydła w ościeżnicy (ułożenia na zawiasach) oraz, w przypadku drzwi dwuskrzydłowych, odpowiedniego zaryglowania skrzydeł. Izolacyjność akustyczna drzwi dwuskrzydłowych jest zazwyczaj mniejsza niż jednoskrzydłowych ze względu na trudności w dostatecznym uszczelnieniu przymyku środkowego i dolnego.
Uszczelnienie przymyków dolnych uzyskuje się przez wykorzystanie progu z uszczelką (zazwyczaj taką samą jak w ościeżnicy) lub – w drzwiach bezprogowych – przez stosowanie montowanych w dolnej krawędzi skrzydła jednej lub dwóch uszczelek opadających bądź elastycznej. Istotny jest właściwy dobór kształtu i parametrów akustycznych uszczelki oraz prawidłowy montaż, zapewniający opadanie uszczelki na całej długości.
Przy odpowiednim uszczelnieniu na obwodzie skrzydła możliwe jest uzyskanie izolacyjności akustycznej drzwi niewiele mniejszej od izolacyjności skrzydła. Należy jednak podkreślić, że niewłaściwy montaż drzwi może spowodować jej obniżenie nawet o 5–10 dB. Wpływ uszczelnienia przymyków na izolacyjność drzwi jest tym większy, im wyższą izolacyjność ma samo skrzydło.

Uwagi końcowe

Właściwy dobór konstrukcji ścian (w tym okien i drzwi) wpływa w istotny sposób na komfort akustyczny w budynku. Podstawą wszelkich decyzji w tym zakresie powinny być faktyczne wartości parametrów akustycznych wszystkich zastosowanych elementów ściany, potwierdzone wynikami badań. Zwykle o wypadkowej izolacyjności akustycznej ściany zewnętrznej decyduje izolacyjność akustyczna okien. Co prawda, w przypadku okien szczelnych istnieje możliwość jej oszacowania za pomocą metody obliczeniowej według załącznika B normy PN-EN 14351-1:2010, jednak uzyskane wartości często różnią się od rzeczywistych. Sposób obliczeniowy nie uwzględnia znaczenia wszystkich czynników mających wpływ na właściwości akustyczne okien. Wynik analizy zależy bowiem od rodzaju kształtowników i materiału, z którego są zbudowane, proporcji wymiarów skrzydła, rodzaju uszczelek, jakości wykonania zestawu szklanego czy całego okna itp.
Izolacyjność akustyczna drzwi – ze względu na różnorodność konstrukcji oraz sposobów uszczelniania przymyków – zawiera się w dość szerokim zakresie wartości. Umożliwia to projektantom prawidłowy dobór elementów pod kątem spełnienia wymagań akustycznych stawianych obiektom budowlanym. Istotnymi czynnikami, mającymi wpływ na właściwości akustyczne drzwi, są: jakość wykonawstwa (odpowiedni dobór uszczelek i dokładne ich zamocowanie, prawidłowy sposób łączenia warstw poszycia skrzydła, dbałość o właściwe zamontowanie zamków) oraz jakość montażu w budynku. Zarówno właściwości akustyczne, jak i poprawność montażu drzwi oraz okien powinny być potwierdzone odpowiednimi certyfikatami.

„Akustyka" - numer specjalny „Informatora Budowlanego-murator" ukazał się przy współpracy: