2 Ilmaääneneristys - MyCourses - Aalto

Transcription

Meluntorjunta L
ELEC-5640
Luku 2: Ilmaääneneristys
7.9.2015
Valtteri Hongisto
[email protected]
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
Ii
R  10 lg  10 lg

It
1
3
Mittaaminen
painemenetelmällä
ISO 140-3
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
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
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
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.
32.0
7.6
 max0; R
16
i 1
w,vert ,i
 max0; 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]
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]
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
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]
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
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.
13
Aaltotyyppien
etenemisnopeudet
• paksut levyt
– kun h > 
– soveltuu esim. betoniin
kun taajuus on suuri
– taajuusriippumaton
Gh
cs 

m'
E
 p 21   
• ohuet levyt
h = levyn paksuus
– kun h < 
– tärkein aaltomuoto
alueella 100-5000 Hz
– taajuusriippuva
– Tämä kaava on pääsyy
äänieristyslaskennan
monimutkaisuuteen
cB  4
2B
 2h2 E
4
m'
 p121   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
15
Poissonin suhde
Poissonin suhde :
• metallit 0.30
• rakennuslevyt ja kiviaineksiset
seinät 0.20.
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.
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: fc100-200 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
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
• 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
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]
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
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.
23
Kokonaishäviökerroin ja ilmaääneneristävyys
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
24
Teräs 2 mm
taajuusriippuvuus
10 m , näyteaukossa hitsattu
neliöputkeen 500 mm välein
0.100
6300
3150
1600
800
400
200
100
0.10
50
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
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
Hitsattu laivaan (Hynnä)
Kantorakettilaskelmat (Troclet)
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
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
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
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


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
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.
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
- 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.
31
Kevytväliseiniä 2
RW= 49 - 55 dB
- 2 rakennuslevyä
- ilmaväli 66 mm
- 2 rakennuslevyä
RW= 44 - 49 dB
- rakennuslevy
- ilmaväli 95 mm
- 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
- 2 x kipsilevy 13 mm normaali 9 kg/m2
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
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
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
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 
2d
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
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]
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%
45 x 120 puu
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]
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
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
41
Ilmavälin absorptio: Laskentaesimerkki
70
RAKENNE:
- kipsi 13 mm
- ilmaväli 125 mm
- kipsi 13 mm
R

Rabs
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
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]
d = 125 mm
LPR 42 mm
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
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
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]
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
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'.
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
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:
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]
3150
6300
50
Tutkimus kytkentöjen vaikutuksista
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]
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
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
56
Sandwich ydinmateriaalin paksuus
80
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.
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
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
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
59
Esimerkki
Luentoesimerkki 2.4
Ovikoko 10x21.
Lasin koko 7x14.
Umpiosa Rw36dB.
Lasitus Rw47dB.
Arvioi lopputulos?
Ryhteis  10 lg
 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
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
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:
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
64
Tyypillisiä ääneneristysvaatimuksia
65

2 Ilmaääneneristys - MyCourses - Aalto

Transcription

Similar documents

L n,w

Hinnasto 1.9.2015 alkaen

Digitalisaatio korkeakouluissa: Aalto

UUSI ENERGIA, HANKKEET

Lataa ohjelma pdf-tiedostona

6. Eksponentiaalinen tasoitus Dynaaminen regressio

Keskiviikko 7.10.

Kuvataidekasvatuksen satavuotisjuhlagaala Tärkeää