Hałas w instalacjach kanalizacyjnych

Wstęp

Hałas powodowany spływem wody w instalacji kanalizacyjnej jest jednym z problemów, z którymi musi poradzić sobie projektant instalacji. W cyklu artykułów postaram się przybliżyć problemy związane z powstawaniem hałasu, jego rozprzestrzenianiem w różnych materiałach, zależnością wysokości hałasu od różnych czynników, czy metodach jego ograniczania. Na stronie temat hałasu i obliczenia związane z natężeniem dźwięku w zależności od emisji źródła, omawiałem już przy okazji projektowania pomp ciepła (hałas w pompach ciepła). Obecnie poświęcę temu problemowi nieco więcej miejsca, dlatego długo zastanawiałem się, gdzie go umieścić. Ostatecznie trafił do tematu projektowania instalacji.

Trochę o dźwięku

Nie pisałem do tej pory nic o falach dźwiękowych, jak się rozchodzą, w jakich ciałach ich prędkość jest największa. Z uwagi na edukacyjny charakter serwisu poniżej kilka słów na ten temat. Dźwięk, ma charakter falowy, posiada częstotliwość w hercach (Hz) i poziom głośności wyrażany w decybelach dB. Przeciętne ucho ludzkie słyszy dźwięki o częstotliwości od 16-20000 Hz. Dźwięki <16 Hz nazywamy infradźwiękami, powyżej 20 kHz – ultradźwiękami. Słyszalność dźwięków zmienia się wraz z wiekiem. Osoby młodsze lepiej reagują na dźwięki wysokie, podczas gdy dość słabo słyszą dźwięki o niskiej częstotliwości. Wraz w wiekiem następuję swoiste przesunięcie słyszalności w dół. Osoby starsze lepiej słyszą dźwięki o bardzo niskiej częstotliwości, a dużo gorzej o wysokiej. Natężenie (poziom głośności) dźwięku wyrażany jest w decybelach i stanowi podstawę przy projektowaniu instalacji. Poziom głośności dość szybko zmienia się, przy oddalaniu od źródła dźwięku, dlatego mierzony jest zawsze w pewnej charakterystycznej odległości (zwykle 1m). Tabela 1 pokazuje typowe wartości natężenia dźwięku dla rożnych sytuacji.

Tabela 1. Poziom hałasu w dB w zależności od źródła dźwięku.

Wartości podane w tabeli pochodzą z materiałów firmy Valsir. Ten hałas wewnątrz samochodu, to chyba mały fiat, albo syrenka. Nowoczesne pojazdy nie generują aż tak dużego hałasu przy zamkniętych oknach. Brak tutaj odniesienia do poziomów istotnych z punktu widzenia BHP. Np. 85 decybeli, to dopuszczalna wartość powyżej której należy ograniczyć czas pracy pracownika. Tak wysokie dźwięki wymagają też ochronników słuchu. Poziom 130 dB powoduje z kolei ból ucha, a przebywanie w takim hałasie może wręcz uszkadzać słuch. Wśród prac związanych z instalacjami wysoki hałas towarzyszy przecinarkom tarczowym dwuręcznym ( >100 dB), piłom łańcuchowym (105-115 dB). W OZE najwyższe poziomy hałasu generują kafary przy montażu fundamentów palowych morskich farm wiatrowych. Poziom natężenia dźwięku może sięgać tutaj ( w zależności od średnicy słupa) 160-190 dB. Pamiętajmy, że to skala logarytmiczna, czyli każde kolejne 10 dB oznacza dźwięk silniejszy 10-cio krotnie. Dwa źródła o tej samej głośności powodują dźwięk silniejszy o 3dB, 10 źródeł podnosi dźwięk o 10 dB, 100 źródeł o 20 dB, 1000 o 30dB, itd. Poniżej na wykresie 1 pokazano, jak zmienia się głośność dźwięku w zależności od przyrostu liczby źródeł o tej samej głośności (W1).

Wykres 1. Różnica poziomu hałasu w dB pomiędzy dwoma źródłami dźwięku o energiach W1 i W2 (lub natężeniu J1 i J2)

Rozchodzenie się dźwięku

Przemieszczanie się fali dźwiękowej (jej prędkość) zależy od ośrodka. Im większa gęstość ośrodka tym teoretycznie większa prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej.

W gazach prędkość dźwięku zależy od gęstości (ilości cząsteczek) i od temperatury. Przy czym im wyższa temperatura i im mniejsza masa cząsteczkowa, tym dźwięk rozchodzi się szybciej.

W cieczach prędkość dźwięku zależy od modułu sprężystości objętościowej i od gęstości. W ciałach stałych z kolei prędkość fali dźwiękowej uzależniona jest od sprężystości ciała (modułu Younga) i gęstości ośrodka. Poniżej w tabeli podaję prędkość rozchodzenia się dźwięku w wybranych ośrodkach.

Tabela 2. Prędkość rozchodzenia się dźwięku w różnych ośrodkach.

Podane powyżej wartości mogą się różnić w literaturze, w zależności od temperatury ośrodka. Dla powietrza np. prędkość rozchodzenia się dźwięku 331 m/s zachodzi w temperaturze 0°C, w 20°C jest większa i wynosi 343 m/s. Dla szkła prędkość może się wahać między 5000-6000 m/s w zależności od jego składu chemicznego. Stal węglowa w 0°C ma prędkość około 5960 m/s, ale stopowa, nierdzewna już około 5800 m/s, drewno jodłowe 4890, a sosnowe 4760 m/s. Ośrodkiem w którym dźwięk rozchodzi się z wyjątkowo dużą prędkością bliską 10km/s jest tlenek glinu Al₂O₃.

Rozchodzenie się dźwięku w budynkach

Hałas dźwiękowy w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej ma swoje źródło wewnętrzne jak i zewnętrzne. Do zewnętrznego należą: hałas dochodzący z ulicy, związany z ruchem pojazdów, w niewielkiej części też samolotów. Do wewnętrznego hałas generowany przez mieszkańców: rozmowy, chodzenie, oglądanie tv, słuchanie muzyki, granie na instrumentach, itp. oraz hałas generowany przez instalacje: klimatyzację, spłuczki ustępowe, piony kanalizacyjne, instalacje grzewcze, wodociągowe, itp.

Rys. Rozchodzenie się dźwięku w budynkach (źr. Valsir).

Wewnątrz budynku hałas może się rozprzestrzeniać dwoma drogami:

poprzez powietrze – tzw. hałas powietrzny, w którym fale dźwiękowe przenoszą się wskutek drgań cząsteczek powietrza
poprzez konstrukcję budynku – tzw. hałas materiałowy, w którym dźwięki przenoszą się poprzez sztywność przegród budowlanych i wyposażenia sanitarnego budynku

Rys. (po prawej) drogi którymi przenosi się hałas. W praktyce należałoby jeszcze dodać do nich okno.

Normy hałasu w budynkach

Obwieszczenie Ministra Rozwoju i Technologii z dnia 15 kwietnia 2022 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie DZ.U. 2022, poz. 1225, mówi, że:

„…budynek i urządzenia z nim związane powinny być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby poziom hałasu, na który będą narażeni użytkownicy lub ludzie znajdujący się w ich sąsiedztwie, nie stanowił zagrożenia dla ich zdrowia, a także umożliwiał im pracę, odpoczynek i sen w zadowalających warunkach.”
…poziom hałasu oraz drgań przenikających do pomieszczeń w budynkach mieszkalnych (…) nie może przekraczać wartości dopuszczalnych, określonych w Polskich Normach dotyczących ochrony przed hałasem pomieszczeń w budynkach oraz oceny wpływu drgań na ludzi w budynkach.”

Jeśli wpiszemy w sieci frazę – „normy hałasu dla budynków mieszkalnych”, AI podpowie nam, że aktualnie wynoszą one:

40 dB w dzień i 30 dB w nocy, przy czym jako dzień należy rozumieć godziny między 6 a 22, natomiast jako noc – godziny między 22 a 6 rano.
W kuchni i pomieszczeniach, gdzie znajdują się urządzenia sanitarne, dopuszczalne poziomy są wyższe i wynoszą odpowiednio 45 dB i 35 dB

Tyle sieć i jej podpowiedzi, niestety, już nieaktualne. Wyszukiwarka operuje nadal danymi przytoczonymi w ww. warunkach technicznych i przytoczonymi w nich normami ochrony akustycznej, w tym:

PN-B-02151-3:2015-10 Akustyka budowlana – Ochrona przed hałasem w budynkach – Część 3: Wymagania dotyczące izolacyjności akustycznej przegród w budynkach i elementów budowlanych
PN-B-02151-02:1987 PN-B-02151-02:1987/ Ap1:2015-05 Akustyka budowlana – Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach – Dopuszczalne wartości poziomu dźwięku w pomieszczeniach

W dzienniku ustaw Dz.U. 2023 poz 2442 ukazało sie jednak nowe ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ROZWOJU I TECHNOLOGII z dnia 27 października 2023 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Wraz z nim przytoczone zostały nowe normy ochrony akustycznej, w tym:

PN-B-02151-2:2018-01 – Akustyka budowlana – Ochrona przed hałasem w budynkach – Część 2: Wymagania dotyczące dopuszczalnego poziomu dźwięku w pomieszczeniach
PN-B-02171:2017-06 – Ocena wpływu drgań na ludzi w budynkach

Poniżej przedstawiam więc najnowsze wymagania ochrony akustycznej dla pomieszczeń. Zwracam też uwagę, że w nowej normie nie ma podziału na dzień i noc, a poziom ciśnienia akustycznego odnosi się do cyklu pracy źródła hałasu.

Jak można odczytać w tabeli, najwyższy dopuszczalny poziom dźwięku A (L_Aeq,nT) w pokoju oraz pokoju połączonym z kuchnią wynosi 25 dB, a w wydzielonej kuchni i pomieszczeniu sanitarnym na poziomie 35 dB. W przypadku parametru określonego dla pokoju dołączono uwagę, że wartość najwyższego dopuszczalnego poziomu dźwięku A zmniejsza się o 5 dB, jeżeli występuje hałas tonalny i/lub niskoczęstotliwościowy i/lub impulsowy, natomiast w przypadku pokoi dziennych połączonych z kuchnią dopuszcza się poziom większy o 5 dB w odniesieniu do hałasu występującego tylko w porze dziennej (tj. w godzinach 6:00–22:00). Tak szczegółowe dane wymagają od projektanta uwzględnienia nie tylko ochrony akustycznej samych przegród, ale i urządzeń zamontowanych wewnątrz lub na zewnątrz budynku. W wielu wypadkach może być potrzebne wykonanie tzw. operatu akustycznego dla budynku, czyli dokumentu badającego wpływ wszystkich źródeł na komfort akustyczny w danej lokalizacji.

Podsumowując – hałas i jego normy, stały się bardzo wymagającym elementem przy projektowaniu instalacji.