Úvod Legislativa: Nařízení vlády č. 502/2000 Sb o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací + novelizace nařízením vlády č. 88/2004 Sb. ze dne 21. ledna 2004. a) hlukem je každý zvuk, který může být škodlivý pro zdraví nebo může být jinak nebezpečný, b) vibracemi veškeré vibrace přenášené pevnými tělesy na lidské tělo, jsou-li škodlivé pro zdraví nebo jinak nebezpečné, Hluk je daný: a) velikostí silou v [db] člověk slyší v rozmezí 0-120 db b) jakostí výškou v [Hz] člověk slyší v rozmezí 20-20 000 Hz V technické praxi pracujeme s hladinou akustického tlaku. - akustický tlak má oproti atmosférickému tlaku velmi malé hodnoty. Lidské ucho slyší akustický tlak v rozmezí 2.10-5 Pa (práh slyšení) až 20 Pa (práh bolesti). L p p = 20 log [db] p 0 p - akustický tlak zvuku [Pa] p 0 - referenční hodnota akustického tlaku ( 2.10-5 Pa) spektrum hluku rozložení akustického tlaku nebo výkonu v závislosti na kmitočtu Pro výpočty se slyšitelná oblast rozděluje do oktávových pásem, - intervaly s poměrem mezních kmitočtů 1:2, nejčastěji: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 V praxi se pro hodnocení hluku často používá hladina akustického tlaku frekvenčně vázaného filtrem A hladina akustického tlaku A, [db(a)]. - hodnota zvuku (hluku), kterou ukáže zvukoměr při použití váhového filtru A. Tento filtr potlačuje hodnoty v jednotlivých oktávových pásmech (viz K Ai ). L A = 10 log n i= 1 10 L + K i 10 Ai L i - hladina akustického tlaku v i-tém oktávovém pásmu [db] K Ai - korekce v příslušném oktávovém pásmu [db] Střední kmitočet pásma f m [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Korekce K Ai [db] -26,2-16,1-8,6-3,2 0 1,2 1,0-1,1 1/6
Třída hluku N - třídy hluku, které stanovují maximální hladiny pro jednotlivá frekvenční pásma. L = a + bn f (Hz) 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 a 35.5 22.0 12.0 4.8 0-3.5-6.1-8.0 b 0.790 0.870 0.930 0.974 1 1.015 1.025 1.030 Vyneseme-li spektrum hluku do tohoto grafu je hluk té třídy N (výsledné), která odpovídá nejvýše položené čáře N, ještě se dotýkající zadaného spektra hluku. To je důležité v praxi pro řešení útlumu hluku. Musíme tlumit především ty frekvence, které způsobují zvýšení třídy hluku. 2/6
Šíření hluku - do prostoru - do potrubí Šíření hluku do prostoru Ideální prostředí Útlum hluku ve volném prostoru je dán jen zvětšující se vzdáleností Reálné prostředí Útlum absorbcí silně závislý na relativní vlhkosti vzduchu a frekvenci. Se stoupající frekvencí jsou útlumy vyšší. Až 22 db/100 m jsou útlumy pro 8 khz při relativní vlhkosti 20 %. Pro vyšší vlhkosti a nižší frekvence jsou útlumy nižší. Útlumy pro vlhkosti nad 50 % se již mnoho neliší a jsou od 0 (pro 63 Hz) do 8 db (pro 8 khz). Útlum přízemním efektem uplatní se při šíření zvuku nad terénem do výšky 30 až 60 m, kdy zvuk je zeslabován přirozenou pohltivostí terénu. Tento útlum není frekvenčně závislý a dosahuje hodnot až do 20 db na 100 m. Útlum vlivem překážek nejvýznamnější v technické praxi. Umožňuje vyřešit potřebné snížení hluku zdrojů např. na střeše objektu. V literatuře se uvádí celá řada vztahů pro výpočet útlumů. Jsou to vztahy většinou velmi složité, útlumy jsou navíc frekvenčně závislé, takže se počítají pro jednotlivá frekvenční pásma. Dále je možný útlum vlivem mlhy, deště nebo sněhu, větru, atmosférické turbulence apod. HLADINA AKUSTICKÉHO TLAKU VE VOLNÉM PROSTORU Ve volném prostoru (v poli přímých vln) platí pro výpočet hladiny akustického tlaku: - platí pro přibližně bodový zdroj zvuku vyzařující rovnoměrně do všech směrů L p = L W + 10 log (Q / 4 πr 2 ) kde L W je hladina ak. tlaku (výkonu) vyzařovaná rovnoměrně přes plochu koule 4πr 2 a Q [-] je směrový činitel charakterizující umístění zdroje. Pro zdroj vyjadřující do - celého prostoru je Q = 1 - poloprostoru (na zemi) Q = 2 - čtvrtiny prostoru (v hraně u stropu) Q = 4 - osminy prostoru (v rohu) Q = 8 Příklad: Pod oknem na podlaze stojí jednotka (Q=4), která pro nejnižší otáčky má udánu hladinu ak. výkonu L WA = 40 db. Jaký bude hluk ve vzdálenosti 1 m a ve vzdálenosti 4 m. - Hladina ak. tlaku v 1 m: L pa = L WA + 10 log (4 / 4 π ) = 40 5 = 35 db - Hladina ak. tlaku ve 4 m: L pa = L WA + 10 log (4 / 4 π 16 ) = 40 17 = 23 db 3/6
ÚTLUM ZMĚNOU VZDÁLENOSTI Z výše uvedeného vztahu lze odvodit pro praxi užitečný vztah L 2 L 1 = 20 log (r 1 / r 2 ) například zdvojnásobením vzdálenosti klesne hladina akustického tlaku o 6 db Příklad: Jaký bude hluk výše uvedené jednotky ve vzdálenosti 4 m, je-li hladina akustického tlaku A v 1 m od jednotky 35 db: L 2 = L 1 + 20 log (r 1 / r 2 ) = 35 + log (1/4) = 35 12 = 23 db HLADINA AKUSTICKÉHO TLAKU V UZAVŘENÉM PROSTORU V uzavřeném prostoru (v poli odražených vln) pro výpočet hladiny akustického tlaku (výkonu) platí vztah: L p = L W + 10 log { ( 4 ( 1 - a )) / ( S. α ) } α je střední hodnota činitele pohltivosti prostoru [ - ] S je součet všech ploch v místnosti [ m 2 ] α 0,3 0,4 studia, divadla 0,2 0,25 obchody, restaurace 0,1 0,15 kanceláře, obytné místnosti 0,05 tovární haly, plovárny, strojovny Výraz za logaritmem lze přibližně nahradit vztahem 4/A, často používaný v prospektech zahraničních výrobců, kde A [m 2 ] je tzv. celková absorpce prostoru. Potom - L p = L W + 10 log ( 4 / A ), z toho vyplývá přibližně A = S. α Příklad: Jednotka má pro nejnižší otáčky udánu hladinu ak. výkonu L WA = 40 db. Porovnejte ji s 2. jednotkou, má-li udánu hladinu ak. tlaku A 32 db, stojí-li v prostoru s celkovou absorpcí A = 40 m 2 4/6 Hladina akustického výkonu 2. jednotky výpočtem bude: L WA = L p 10 log ( 4 / 40 ) = 32 + 10 = 42 db Pro A = 200 by hladina akustického výkonu jednotky výpočtem byla: L WA = L p 10 log ( 4 / 200 ) = 32 + 17 = 49 db - výsledek závisí nejen na jednotce, ale značně i na velikosti a zvukové pohltivosti prostoru v kterém stojí. CELKOVÁ HLADINA AKUSTICKÉHO TLAKU V UZAVŘENÉM PROSTORU Sčítá se účinek přímých vln a odražených: L p = L W + 10 log ( Q / 4πr 2 ) + 10 log { ( 4 ( 1 - α )) / ( S. α )} nebo zjednodušeně L p = L W + 10 log ( Q / 4πr 2 ) + 10 log ( 4 /A )
Šíření hluku do potrubí Útlum hluku v potrubí ovlivňuje : přímé potrubí oblouky, kolena rozbočky, odbočky poloha umístění tlumiče rozdělení do vyústek vyústky Útlumy D a vlastní hluky elementů L p Potrubí D1 = D 1m. l [db] L p = 10 + 50 log(v) + 10 log(s) - L rel [db] - l [m] délka trasy potrubí s útlumem D 1m - D 1m [db/m] útlum 1 metru potrubí, u 4-hranného podle tab. 1, přičemž "s" je menší z obou rozměrů a u kruhového podle tab. 2. V této tabulce je "d" průměr potrubí. - v [m.s -1 ] rychlost proudění vzduchu v potrubí - S [m 2 ] průřez potrubí - L rel [db] relativní hladina pro přepočet na oktávová pásma f [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 L rel 4 5,4 6,5 7,7 9,2 10 13,8 21 Útlumy jednoho metru 4-hranného potrubí D 1m [db] s [mm] f [Hz] 63 125 250 500 >1000 75-200 0.60 0.60 0.45 0.30 0.30 200-400 0.60 0.60 0.45 0.30 0.20 400-800 0.60 0.60 0.30 0.15 0.15 800 a více 0.45 0.30 0.15 0.10 0.05 Útlumy jednoho metru kruhového potrubí D 1m [db] s [mm] f [Hz] 63 125 250 500 >1000 75-200 0.10 0.10 0.15 0.15 0.30 200-400 0.05 0.10 0.10 0.15 0.20 400-800 - 0.05 0.05 0.10 0.15 800-1600 - - - 0.05 0.05 5/6
Postup výpočtu Kontrola zadané potrubní sítě postup element po elementu, směrem od ventilátoru k místnosti, od hladin akustického výkonu, obvykle v osmi frekvenčních pásmech (63 až 8000 Hz), odečteme vždy útlum elementu a přičteme vlastní hluk, některé elementy, jako jsou tlumiče hluku, protipožární klapky, expansní boxy s regulátory průtoku atp., se započítají do sítě podle vztahů udávanými výrobci, stanovíme útlum celé sítě (v jednotlivých oktávových pásmech), vypočítáme útlum prostoru do kterého vyúsťují distribuční elementy, stanovíme výslednou hladinu zvuku L A. porovnáváme se záměrem projektu, resp. s přípustnými hodnotami hygienického předpisu. Pozn k návrhu tlumiče Tlumič navrhujeme až podle skutečných potřeb sítě, podle toho v kterých frekvencích je třeba nejvíce tlumit. Musíme znát útlum v závislosti na frekvenčních pásmech tyto dát do souvislosti s útlumem sítě. Není vhodné pracovat pouze s výslednou hladinou akustického tlaku L A, protože se může stát, že předpokládaný tlumič tlumí nejefektivněji při jiných frekvencích než při kterých nastávají maxima hladiny akustického tlaku hluku. Zjednodušený návrh tlumiče: Použitelné pro: předběžný návrh, prostory s malými nároky na úroveň hluku v prostředí, větrací systémy s krátkými rozvody, Hladina akustického výkonu ve vyústce L P [Pa] L PP - hladina akustického výkonu ventilátoru D - útlum systému potrubí útlum vloženého tlumiče Hladina akustického tlaku ve sledovaném místě prostoru L [Pa] L P - útlum vznikající ve sledovaném prostoru Domácí úkol č.1: Použijte svůj projekt, nebo úlohu z předmětu TZ 30 s umístěnou vzduchotechnickou jednotkou. Vypočítejte: 6/6 hladinu akustického tlaku v uzavřeném prostoru strojovny, navrhněte zjednodušeně tlumič hluku tak aby v větraném prostoru nebyla překročena přípustná hodnota hladiny akustického tlaku.