Hluk zdrojů tepla. příručka pro projektanty

Hluk zdrojů tepla příručka pro projektanty Příručka je určena projektantům, energetickým specialistům a auditorům v oboru vytápění, větrání a zdravotně-technických instalací. Obsahuje základní pojmy akustiky, šíření zvuku ve volném a uzavřeném prostoru, šíření zvuku přes překážky, zdroje zvuku kotle, komíny, hořáky, čerpadla, ale i metody boje proti hluku. Část bude věnována aktuálním hygienickým limitům pro stacionární zdroje v ČR v komunální sféře. Garant: Ing. Miroslav Kučera, Ph.D. QUANTUM, a.s., Brněnská 122/212, 682 01 Vyškov, tel.: +420 517 343 363 QUANTUM Heating s.r.o., Pekná cesta 15, 831 52 Bratislava, tel.: +421 904 009 798

Hluk zdrojů tepla příručka pro projektanty Z důvodů neustálého vývoje a v zájmu zlepšování kvality dodávaných výrobků vyhrazujeme právo měnit technické parametry uvedené v této příručce bez předchozího oznámení. QUANTUM, a.s., Brněnská 212, 682 01 Vyškov Tel.: +420 517 343 363-5, Fax: +420 517 343 666 e-mail: quantumas@quantumas.cz www.quantumas.cz

Obsah 1. ÚVOD...4 2. ZÁKLADNÍ POJMY...4 2.1. Veličiny v akustice...4 2.2. Hluk okolí...5 2.3. Sčítání hladin...6 2.4. Kvalifikovaný odhad spektra zdroje zvuku... 7 3. ŠÍŘENÍ ZVUKU VE VOLNÉM PROSTORU...8 3.1. Akustické pole bodového zdroje zvuku...9 3.2. Akustické pole lineárního zdroje zvuku...10 3.3. Směrovost zdrojů...10 3.4. Instalace zdrojů v polouzavřených prostorech...11 4. ŠÍŘENÍ ZVUKU V UZAVŘENÉM PROSTORU...13 5. ŠÍŘENÍ ZVUKU PŘES PŘEKÁŽKY... 16 5.1. Vztahy pro určení útlumu zvuku...17 5.2. Vliv šířky bariery na celkový útlum v kontrolním místě...20 6. ŠÍŘENÍ ZVUKU STĚNAMI... 23 6.1. Neprůzvučnost... 23 6.2. Vliv otvorů na neprůzvučnost... 25 6.3. Neprůzvučnost jednoduché stěny... 27 6.4. Příklad řešení šíření zvuku přes stěnu...30 7. HLUK KOTELEN... 34 7.1. Cesty šíření zvuku... 34 7.2. Hluk hořáků a kotlů... 35 7.3. Hluk generovaný do kouřovodu...39 7.4. Šíření zvuku z komína...39 7.5. Hluk čerpadel... 43 7.6. Hluk ventilátorů...45 8. HLUK KOTELEN... 47 8.1. Hladina akustického tlaku A a ekvivalentní hladina... 47 8.2. Identifikace tónové složky ve spektru...49 8.3. Legislativa v České republice...50 8.4. Zákon o ochraně veřejného zdraví č. 258/2000 Sb....50 8.5. Nařízení vlády o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací...51 8.5.1. Hygienické limity hluku v chráněných vnitřních prostorech staveb...51 8.5.2. Hygienické limity hluku v chráněných venkovních prostorech staveb a v chráněných venkovních prostorech...53 8.6. Nejistoty měření... 53 Použité zdroje...56 3

1. ÚVOD Problematika nadměrné hlučnosti je v řadě případů připisována špatnému projektu. V praxi hraje ovšem významnou roli cena a té se podřizuje konečná realizace. Není proto výjimkou setkat se s případy, kdy je osazeno zařízení, o kterém mohl projektant původně uvažovat, ale vzhledem k nadměrné hlučnosti se rozhodl pro jiné, obvykle dražší a méně hlučnější. Významnou roli hraje i kvalita realizace díla, pružné usazení strojů, potrubních vedení atd. Stížnosti na nadměrný hluk se objevují obvykle po rekonstrukcích zařízení, kdy jsou do stávajících objektů instalována nová zařízení, např. záměna starých kotlů s atmosférickým spalováním za kotle s tlakovými hořáky, rekonstrukce rozvodů ÚT ze samotížných na systémy s oběhovým čerpadlem ad. V takových případech nejde obvykle o jedno zařízení způsobující hluk, ale o skupinu více zdrojů, u nichž projektant podcenil nebezpeční vzniku nadměrného hluku. Dalším je pak nedostatečná spolupráce projektanta zařízení s projektantem stavební části. Výsledkem těchto opomenutí či úmyslných zanedbání ve snaze snížit cenu, je obtěžování okolních chráněných objektů nadměrným hlukem. V řadě případů jsou zdroje, jakými jsou např. kotelny, situovány v blízkosti obytných celků, nebo přímo uvnitř těchto oblastí. Odezvou na stížnosti nájemníků je v drtivé většině případů pozastavení provozu zařízení orgány hygienické správy a nařízení odstranění závad. Dodatečné zásahy do již realizovaných staveb znamenají zvýšené investice, a to mnohdy mnohonásobně vyšší než kdyby byly realizovány ve fázi projektu zařízení. 2. ZÁKLADNÍ POJMY 2.1. Veličiny v akustice V prvé řadě je nutné si uvědomit, že šíření zvuku prostředím je popsáno logaritmickou funkcí. Zdroj generuje do svého okolí signál, který je vyjádřen hladinou akustického výkonu L W v [db], jde tedy o vlastnost daného zdroje. Do kontrolního místa dopadá akustický signál na lidský sluchový orgán, popsaný hladinou akustického tlaku L p v [db], který popisuje stav prostředí v daném místě a jeho hodnota je ovlivněna cestou šíření mezi zdrojem a kontrolním místem (obr. 1). Je tedy vždy nutné, uvádíme-li hladinu akustického tlaku, současně uvést i vzdálenost, ve které byla stanovena! Obr. 1 - Šíření zvuku od zdroje do kontrolního místa Dalším významným pojmem je akustické spektrum. Akustické spektrum je závislost sledované veličiny na frekvenci f [Hz]. Sledovanou veličinou bývá akustický tlak, akustická rychlost, intenzita zvuku, akustický výkon respektive jejich hladiny. Zvuky, které je možné pozorovat v našem životním prostředí, nejsou akustické signály o jednom jediném kmitočtu. Každý reálný zvuk se skládá z řady dílčích signálů. Proto je nutné pracovat se spektry. 4

Tab. 1 - Střední oktávové a 1/3 okt. kmitočty Střední kmitočet v pásmu 1/1 okt. 1/3 okt. Střední kmitočet v pásmu 1/1 okt. 1/3 okt. Střední kmitočet v pásmu 1/1 okt. 1/3 okt. 25 x 250 x x 2500 x 31,5 x x 315 x 3150 x 40 x 400 x 4000 x x 50 x 500 x x 5000 x 63 x x 630 x 6300 x 80 x 800 x 8000 x x 100 x 1000 x x 10000 x 125 x x 1250 x 12500 x 160 x 1600 x 16000 x x 200 x 2000 x x 20000 x V praxi nejčastěji pracujeme v oktávovém nebo 1/3 oktávovém pásmu. Tabulka 1 uvádí konkrétní hodnoty v obou pásmech. Jednotlivé střední kmitočty reprezentují intervaly o určité šířce na frekvenční ose. Jednotlivé intervaly na sebe těsně navazují a představují tak spojité pásmo. Jde v podstatě o popsání slyšitelného pásma z hlediska kmitočtů. 2.2. Hluk okolí Stanovení hluku okolí je nedílnou součástí každého vyhodnocení. Na hlukové situaci v chráněném místě se vždy podílí hluk sledovaného zdroje a hluk okolí, který se zdrojem nesouvisí. V tom případě je nutné tyto signály z měření odstranit, abychom tak mohli např. určit kmitočty, na nichž zdroj významně vyzařuje akustický signál, a které je třeba pro splnění hygienického limitu redukovat. V prvním kroku se provede měření se zapnutým strojem L c, ve druhém pak při vypnutém stroji měření hluku okolí L n. Na základě rozdílu těchto dvou hodnot L je pak možné stanovit graficky nebo početně korekci na hluk okolí podle vztahu (1) Hladina akustického tlaku zdroje L pak je (2) Graficky je možné opravu na hluk okolí provést podle křivky na Obr. 2. Tab. 2 - Hodnoty korekce K na hluk okolí Z grafu je patrné, že minimální hodnota rozdílu L c - L n na vodorovné ose je 4. Důvodem je to, abychom při vyhodnocení získali spolehlivé L [db] 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 K[dB] 2,20 1,90 1,65 1,44 1,26 1,10 0,97 0,85 0,75 L [db] 8,5 9 9,5 10 11 12 13 14 15 K[dB] 0,66 0,58 0,52 0,46 0,36 0,28 0,22 0,18 0,14 informace o hluku stroje. Dodržením tohoto odstupu tak získáme údaje o hluku stroje, prokazatelně nezatížené parazitními vlivy okolního hluku. V tabulkové formě jsou hodnoty uvedeny v Tab. 2. 5

Obr. 2 - Oprava na hluk okolí Stanovení korekce na hluk okolí vychází ve své podstatě z jednoduché představy o logaritmickém součtu dvou zdrojů. Celková hladina akustického tlaku L C změřená zvukoměrem v kontrolním místě je dána logaritmickým součtem dvou dílčích zdrojů, měřeného stroje L a okolí L n. Shodné výsledky jako v případě použití vztahu (1) a (2), získáme využitím vztahu (3) pro logaritmický součet. (3) Ukažme si nyní jednoduchý číselný příklad. Bloková kotelna v blízkosti bytové zástavby způsobuje nadměrný hluk. Z měření v chráněném venkovním prostoru nejbližšího obytného domu je známa hladina akustického tlaku A L pac = 42 db, což je údaj zahrnující hluk kotelny i hluk okolí. Současně byl zjištěn i hluk okolí, tedy při vypnutém zdroji hluku, který činí L pan = 37 db. Cílem je určit jaký je skutečný hluk kotelny. Dosazením rozdílu těchto hodnot do vztahu (1) spočteme korekci K = 1,65 db. Hladina akustického tlaku A kotelny podle vztahu (2) je L pa = 40,35 db. Shodné výsledek získáme dosazením do vztahu (3). V případě spektrální analýzy by se výpočet opakoval pro jednotlivé kmitočty slyšitelného pásma (Tab. 1). Získané spektrum hladin akustického tlaku kotelny by pak odhalilo v kontrolním místě např. zvýšení hlučnosti v určité oblasti kmitočtů, vyzařované prokazatelně zdroji v kotelně. 2.3. Sčítání hladin Výpočet můžeme provést buď podle vztahu pro logaritmický součet (3), nebo podle nomogramu na Obr. 3, kde na vodorovné ose je rozdíl sčítaných zdrojů. Budeme-li si pamatovat tři základní rozdíly pro sčítání hladin, můžeme logaritmický součet zdrojů provádět jednoduše i bez kalkulačky. Je-li: 6

Obr. 3 - Nomogram pro sečítání hladin Provedḿe součet dvou zdrojů hluku v kotelně, stacionární kotel vytváří v kontrolním místě hladinu akustického tlaku L 1 = 65 db a oběhové čerpadlo v témže místě L 2 = 61 db. Na vodorovné ose (Obr. 3) nalezneme hodnotu jejich rozdílu 4 db a na svislé ose tomu odpovídající přírůstek L = 1,5 db. Výsledná součtová hodnota je pak dána vyšší z obou sčítaných hodnot, zvýšenou o nalezený přírůstek 65 + 1,5 = 66,5 db. Hodnoty hlučnosti zaokrouhlujeme na jedno desetinné místo. 2.4. Kvalifikovaný odhad spektra zdroje zvuku Řada výrobců uvádí ve svých podkladech pouze hladinu akustického tlaku A v určité vzdálenosti. V takovém případě pak projektantovi nezbývá nic jiného, než provést kvalifikovaný odhad akustického výkonu, resp. za určitého předpokladu spektra akustického výkonu. Uveďme příklad, kdy je známa pouze hladina akustického tlaku A ve vzdálenosti 1m L pa = 40 db. Přepočet mezi hladinou akustického tlaku a výkonu je dán obecně známým vztahem (4) Index A označuje váhový filtr A o kterém bude podrobněji pojednáno v následující kapitole. Je tedy třeba stanovit měřicí plochu S, kterou definuje např. norma ČSN ISO 3744. Podle této normy jsou dva možné tvary měřicí plochy - kulová a rovnoběžnostěn. Na obr. 4 je případ měřicí plochy tvaru rovnoběžnostěnu. Jsou zde zobrazeny dva kvádry, které reprezentují zdroj (malý kvádr), a velký, který reprezentuje měřicí plochu, tedy plochu, kterou projde signál vyzářený ze zdroje. V našem případě by na základě rozměrů zdroje byla velikost měřicí plochy S = 35 m2 (d = 1 m). V tom případě je pak podle vztahu (4) hladina akustického výkonu A L WA = 55,5 db. Jak bylo výše uvedeno, je pro další výpočet nutné znát spektrum hladin akustického výkonu generované do prostoru strojovny buď korigované váhovým filtrem A, nebo bez korekce tzn. lineárně. Obr. 4 - Schéma měřicí plochy pro přepočet hladiny akustického tlaku na hladinu akustického výkonu 7

Spektrum stanovené z jedné hodnoty na základě předpokládaného průběhu neodpovídá skutečnému tvaru spektra stroje, a neodhalí tónové složky ve spektru. Spektrum je pak možné odhadnout např. z průběhu váhového filtru A úpravou vztahu pro výpočet hladiny akustického výkonu A. (5) kde je n [-] počet oktáv, pro které spektrum počítáme (v našem případě 8), K ai [db] hodnoty váhového filtru A, viz. následující kapitola. Získané spektrum hladin akustického výkonu zdroje v oktávovém pásmu shrnuje Tab. 3. f [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 LWiT [db] 72,6 62,5 55 49,6 46,4 45,2 45,4 47,5 3. ŠÍŘENÍ ZVUKU VE VOLNÉM PROSTORU Při šíření zvuku mezi zdrojem a pozorovatelem dochází k postupnému snižování akustické energie. Úbytek této energie je dán řadou dílčích útlumů, mezi které se řadí útlum vlivem absorpce ve vzduchu, útlum vlivem větru a teplotních gradientů, turbulencí a přízemního efektu, dále pak útlum vlivem mlhy, deště a sněhu. Tyto útlumy nazýváme přenosové a jsou významné zejména pro větší vzdálenosti, se kterými není možno v technickém návrhu počítat. Další možnosti útlumu jsou skryty v pohltivém terénu, odrazivém terénu, v zástavbě (např. sklady a jiné akusticky nenáročné stavby), případně vzrostlé zeleni, která však dobře tlumí až od kmitočtů 5 khz a její vlastnosti jsou ovlivněny roční dobou. Obr. 5 - Schéma šíření zvuku ve volném prostoru (Z - zdroj, K - kontrolní místo) 8

3.1. Akustické pole bodového zdroje zvuku Spektrum hladin akustického tlaku v oktávovém či třetino oktávovém pásmu v kontrolním místě K je dáno vztahem (6) kde je L Wi [db] hladina akustického výkonu v i-tém kmitočtovém pásmu, Q [-] činitel směrovosti zdroje, r [m] přímá vzdálenost mezi bodem Z a K viz. obr. 5. V případě, že není známa hladina akustického výkonu zdroje, ale pouze hladina akustického tlaku zdroje L pzi určená ve vzdálenosti r p, je možné stanovit pro bodový zdroj hladinu akustického tlaku v kontrolním místě K podle vztahu (7) kde je r p [m] vzdálenost, v níž je známa hladina akustického tlaku L pzi, Druhý člen rovnice (7) představuje útlum zvuku vlivem vzdálenosti. Změnu tohoto útlumu, v případě bodového zdroje, prezentuje obr. 6. Z této závislosti je patrný pokles hladiny akustického tlaku při zdvojnásobení vzdálenosti o 6 db. Obr. 6 - Pokles hladin akustického tlaku se vzdáleností od bodového zdroje První možností jak tedy snížit akustickou energii v kontrolním místě je zajistit dostatečnou vzdálenost mezi zdrojem a kontrolním místem. Typickým příkladem jsou např. letiště. V případě, že není možné zajistit dostatečnou vzdálenost zdroje od chráněného místa a není možné uplatnit některý z výše uváděných principů, je třeba hledat jinou možnost snížení akustické energie. Vhodné je zaměřit se přímo na samotný zdroj a snížení jeho hlučnosti. V mnoha případech může dojít k výměně zdroje na jiný tišší. 9

3.2. Akustické pole lineárního zdroje zvuku Lineární zdroj hluku může být reprezentován řadou bodových zdrojů situovaných na přímce. Podrobnějším zkoumáním je možno dospět k poznatku, že v malé vzdálenosti od zdrojů zvuku, které jsou umístěny na přímce, neklesá hladina zvuku o 6 db při zdvojnásobení vzdálenosti, jak tomu je u samostatného bodového zdroje, ale pouze o 3 db. Hladina akustického tlaku bude dána vztahem (8) 3.3. Směrovost zdrojů Jelikož většina praktických zdrojů zvuku vyzařuje nerovnoměrně do všech směrů, vynutila si praxe zavedení nového pojmu činitel směrovosti Q [-], jehož definice je dána vztahem (9) kde je I( ) [W/m 2 ] intenzita zvuku ve směru prostorového úhlu, Im [W/m 2 ] střední intenzita zvuku na měřicí ploše. Obr. 7 - Směrové vyzařování zdroje Při výpočtech vyjadřuje směrový činitel umístění zdroje v prostoru. 10

V praxi obvykle vystačíme se čtyřmi základními případy. Zdroj v prostoru Q = 1, zdroj umístěn na podlaze Q = 2, zdroj umístěn v blízkosti dvou stěn Q = 4 a zdroj v rohu Q = 8. Způsob zjištění těchto hodnot vychází ze schématu na obr. 7 a vztahu (10). (10) Je tak možné spočítat jiné prostorové uspořádání. Vliv směrového činitele na výslednou hlukovou situaci v prostoru podává graf na obr. 8. Dosadíme-li do vztahu (6) za Q výše uvedené hodnoty a za L W např. 85 db, získáme výsledné hladiny akustického tlaku L p tak jak uvádí tab. 4. Je tedy patrné, že s rostoucím Q bude hluková situace v kontrolním místě horší. Toto zhoršení platí pro jakoukoliv vzdálenost r. Q 1 2 4 8 L P 54 57 60 63 ZHORŠENÍ 0 +3 +6 +9 Obr. 8- Pokles hluku v závislosti na směrovém činiteli a vzdálenosti Tato skutečnost je dána odrazem zvuku od blízkých stěn. Významně se tento problém projeví v prostorech, jako jsou vnitrobloky, dvory atd. Většina zařízení je výrobci měřena v tzv. volném poli, tedy situaci, kdy je v okolí měřeného zařízení minimum odrazivých ploch. Pro projektanty je pak překvapením, umístí-li zařízení do dvora s akusticky tvrdými stěnami, že dojde k navýšení hlučnosti v kontrolních místech. 3.4. Instalace zdrojů v polouzavřených prostorech Nebezpečí instalace zařízení z hlediska akustiky nastává zejména v případech, kdy není možné zařízení instalovat mimo chráněnou zástavbu např. na střechu, nýbrž je nutné zařízení instalovat např. do vnitrobloku obytných domů. Ve vnitroblocích bývá velice nízké hlukové pozadí a nevyhovující zdroj hluku lze snadno prokázat měřením na místě. Pro akustické posouzení dnes existuje řada výpočetních softwarů, jejichž rozdíly jsou zejména v možnostech zadání složitějších geometrických situací, možnosti zadání parametrů pro zvukové charakteristiky materiálů, směrovosti zdrojů a rozdíl je také ve výpočetní metodice. Sofistikovanější software je samozřejmě cenově výrazně dražší, proto je vždy nutné posoudit každou situaci a provést rozhodnutí, jak velké území bude sledováno a jaké detaily jsou pro posouzení hluku rozhodující. Mohou to být odrazy od fasády, frekvenční složení zvuku, blízkost posuzovaného bodu vůči zdroji a velikost zdroje zvuku, jeho směrovost a počet zdrojů, které musí být ve výpočtu zohledněny. 11

Na obr. 9 a obr. 10 je zobrazena situace při instalaci tepelného čerpadla do vnitrobloku. Je zde vytvořen vertikální řez rozložení akustického signálu. Na prvním obrázku je patrné místo zdroje zobrazené modrou barvou, které na barevné stupnici odpovídá hladina akustického tlaku A vyšší než 65 db. Je zřetelné pole mezi objekty, kde akustický signál téměř neklesá. Ve druhém obrazci je stejná situace, avšak po provedení protihlukových opatření, kdy došlo k významnému snížení hlukové expozice pod úrověň 40 db. Obr. 9 - Hluková pásma ve vertikální rovině před úpravami pro maximální provoz TČ [6] Obr. 10 - Hluková pásma ve vertikální rovině po akustických úpravách, maximální provoz TČ [6] 12

4. ŠÍŘENÍ ZVUKU V UZAVŘENÉM PROSTORU Akustické pole ve vnitřním prostoru je možné rozdělit na dvě oblasti. První pole blízké zdroji je tzv. pole přímých vln, v němž se významně projevuje vliv umístění zdroje dané směrovým činitelem Q a vzdáleností od zdroje r. Druhým je pole odražených vln, kde se významnou měrou projevuje vliv prostoru vyjádřen středním činitelem zvukové pohltivosti α a plochou obklopujících stěn S. Hladinu akustického tlaku ve vnitřním prostoru L p1 [db] stanovíme podle vztahu (11) kde je L w [db] hladina akustického výkonu zdroje, Q [-] směrový činitel zdroje, r [m] vzdálenost mezi zdrojem a kontrolním místem, S i [m 2 ] plocha všech stěn ohraničujících chráněnou místnost, α m [-] střední činitel pohltivosti stěn. Obr. 11 - Akustické pole v uzavřeném prostoru V poli odražených vln nazývaném též difuzním je akustické pole vyrovnané, tzn., že v jakémkoliv místě je hladina akustického tlaku stejná, jak dokumentuje druhý člen v závorce ve vztahu (11). Pomyslnou hranici mezi polem přímých a odražených vln reprezentuje v obr. 11 čárkovaná čára. Ve větších vzdálenostech od zdroje je možné vliv přímých vln zanedbat. V praktických výpočtech bychom však měli hladinu akustického tlaku v uzavřeném prostoru zjišťovat jako kombinaci účinků obou akustických polí podle vztahu (11). Akustické chování vnitřního prostoru je významně ovlivněno schopností pohlcovat akustickou energii dopadající na jeho obklopující plochy. Pohltivost plochy charakterizujeme činitelem zvukové pohltivosti α. Provedeme-li bilanci akustického výkonu dopadajícího na stěnu o definované ploše 1 m 2, zjistíme, že se energie rozdělí na následující složky obr. 12. 13

Obr. 12 - Bilance akustické energie při dopadu zvukové vlny na stěnu Část zvuku se odrazí intenzita zvukové vlny I 1, pohltí I 2, vyzáří za stěnu I 3, projde za stěnu otvory a štěrbinami I 4, projde za stěnu vlivem ohybového kmitání stěny I 5, projde do ostatních částí konstrukce ve formě chvění I 6 a přemění ve stěně v teplo I 7. Činitel pohltivosti pak můžeme definovat vztahem (12) Tab. 5 - Hodnoty činitele pohltivosti vybraných materiálů Materiál Kmitočet f m [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 Hladký beton 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 Dlaždice 0,02 0,02 0,02 0,03 0,03 0,04 Cihelná zeď neomítnutá 0,02 0,03 0,03 0,04 0,05 0,07 Vápenná omítka na drátěném pletivu 0,03 0,03 0,04 0,04 0,04 0,05 Cihlová stěna s hlazenou omítkou 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,03 Obkládačky, mramor, kachle 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,03 Sádrová omítka na zdi 0,01 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 Papírové tapety nalepené na zdi 0,02 0,03 0,04 0,05 0,07 0,09 Stěny obložené dřevem 0,10 0,11 0,10 0,08 0,08 0,11 Parkety na asfaltu 0,05 0,03 0,06 0,09 0,10 0,22 Linoleum přímo na betonu 0,02 0,02 0,03 0,03 0,04 0,04 Korková podlaha cl. 20 mm 0,04 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 Okenní sklo 0,40 0,30 0,20 0,17 0,15 0,10 Koberec 0,15 0,07 0,10 0,19 0,28 0,79 Akustický stěnový obklad Sonit PK10 0,18 0,38 0,77 0,75 0,66 0,51 Akustický materiál Polyson 0,18 0,37 0,7 0,83 0,95 1 14

Tedy poměr energie pohlcené stěnou ku energii dopadající. Je jasné, že činitel pohltivosti může nabývat hodnot v rozsahu 0 (stěna dokonale odrážející) až 1 (stěna zcela pohlcující zvuk). Hodnoty blízké 0 reprezentují keramické obklady, betonové plochy atd., naopak hodnotu blízkou 1 reprezentují materiály pro pohlcování zvuku, porézní látky jako např. molitan. Dalším případem α = 1 je otevřené okno. Činitel α je veličina kmitočtově závislá, a je tedy třeba ji uvádět ve spektru. Některé konkrétní hodnoty činitele pohltivosti předkládá tab. 5. Střední činitel pohltivosti prostoru je možné stanovit ze vztahu (13) Kde hodnoty α i odečteme např. z tab. 5 a plochy S i reprezentují dílčí plochy stěn o pohltivosti α i. V případě prostorů s vyšší vybaveností, kde by bylo obtížné definovat jednotlivé povrchy s jejich pohltivostmi, je možné stanovit střední činitel pohltivosti z doby dozvuku podle vztahu (14) kde je V [m 3 ] objem místnosti, T [s] doba dozvuku. Doba dozvuku je čas, za který poklesne hladina akustického tlaku v prostoru o 60 db. V reálných prostorech je doba dozvuku obvykle v rozsahu 0,5 až 5 s v závislosti na kmitočtu. Tab. 6 - Příklad doby dozvuku školní tělocvičny bez akustických úprav T 1 a po jejich realizaci T 2 f [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 T 1 [s] 3,15 4,75 5,80 5,48 4,40 3,10 T 2 [s] 1,35 1,62 1,85 1,55 1,70 1,42 Obr. 13 - Závislost doby dozvuku na objemu místnosti a celkové pohltivosti prostoru 15

5. ŠÍŘENÍ ZVUKU PŘES PŘEKÁŽKY Jednou z řady možností, jak snížit intenzitu zvuku šířící se od zdroje do kontrolního místa je umístění překážky mezi zdroj a kontrolní místo. V tom případě vznikne tzv. dodatečný útlum vlivem překážky. Snížení energie je dosaženo ohybem akustické vlny přes vloženou bariéru. Princip ohybu zvukové vlny se nejvíce uplatňuje v pozemní dopravě při návrhu clon, barier, valů atd. U stacionárních zdrojů je použití barier méně časté, avšak také s výhodou uplatnitelné. Častější řešení je instalace stacionárního zdroje do objektu. Zde je pak třeba počítat s dalšími technologiemi, které zaručí spolehlivý chod zdroje. Takovou technologií je např. vzduchotechnika zajišťující dostatečný přívod vzduchu, u níž je pak třeba také řešit snížení hlučnosti, neboť tato využívá jako zdroje tlakového vzduchu ventilátory, které jsou sami o sobě významnými zdroji aerodynamického hluku. Je však celá řada zařízení, která není možné do objektu umístit, jako např. kondenzační jednotky, či např. kontejnerové kotelny apod. V takovém případě je nutné najít řešení k potlačení nadměrného hluku, a tím může být instalace protihlukové bariéry. Hladinu akustického tlaku v kontrolním místě sníženou o útlum vlivem ohybu zvukové vlny přes barieru stanovíme ze vztahu (15) kde je (a + b) [m] přímá dráha mezi bodem Z a K viz. obr. 14, D i [db] útlum vyvolaný ohybem přes bariéru v i-tém kmitočtovém pásmu. Přímá vzdálenost mezi zdrojem Z a kontrolním místem K v obr. 4 značená r je shodná se vzdáleností (a + b) ve vztahu (15). Označení (a + b) je zavedeno pro popis jednotlivých úseků ve schématu na obr. 14. Obr. 14 - Schéma šíření zvuku přes bariéru (Z - zdroj, K - kontrolní místo) K tomu, aby bariéra účinně snižovala akustickou energii, musí být splněny některé zásady. Neprůzvučnost bariéry musí být významně vyšší než vlastní útlum ohybem přes bariéru. Tento požadavek je ovlivněn volbou materiálu. Rozhodujícím parametrem je plošná hmotnost zvoleného materiálu a samozřejmě tloušťka konstrukce. Obvykle se můžeme setkat s těmito materiály bariér - betonové, zděné (cihlářské prvky), ocelové systémy, dále pak zejména v dopravě s konstrukcemi z plastů, průhledných výplní (skla, plexiskla), dřeva, hliníku, případně kombinované. Zvýšení pohltivosti odrazivých povrchů je možné zlepšit instalací pohltivých materiálů na straně zdroje, mezi něž patří porézní keramické materiály, minerální vata pokrytá latěmi, cementové směsi s dřevěnými třískami atd. Dalším požadavkem je nepřítomnost otvorů v bariéře, a když, tak akusticky zatlumených. 16

Bariéru je možné instalovat též v uzavřených prostorách, kde je ovšem třeba počítat se snížením útlumu vlivem odrazu od stěn, jak dokumentuje obr. 15. V takovém případě je třeba přiléhající stěny obložit zvuk pohltivým materiálem. Obr. 15 - Bariéra ve vnějším a) a vnitřním b) prostředí Při návrhu překážky je nutné mít na paměti, že většina vztahů byla odvozena za předpokladu nekonečné stěny a útlum takto stanovený počítá pouze s šířením vertikálně přes překážku a zanedbává postranní cesty, se kterými je třeba v praxi počítat. Chyby, které se můžeme dopustit tím, že nebudeme do výpočtu zahrnovat konečnou délku překážky, bude uvedena dále. 5.1. Vztahy pro určení útlumu zvuku V následující části budou prezentovány některé z možných postupů stanovení útlumu zvuku ohybem přes překážku. Výčet si nečiní nároky na úplnost, pouze seznamuje s několika možnostmi výpočtu. Nejznámější princip výpočtu, někdy též nazývaný přesný výpočet, nese jméno Augustina Jeana Fresnela, který doplnil Huygensův princip ve smyslu interference vlnění. V následujícím textu budou uvedeny stěžejní body postupu, které vedou k praktickému použití. Podrobné odvození nalezne čtenář v dostupné literatuře, např. [4]. Útlum zvuku obecně roste s délkovým rozdílem drah. Útlum dále roste s kmitočtem, což je vyjádřeno tzv. Fresnelovým číslem (16) kde z je rozdíl drah daný vztahem (17) kde je f [Hz] je kmitočet, a, b, c, d [m] vzdálenosti, viz. obr. 14. 17

Útlum zvuku je dán obecně známým vztahem (18) kde X, Y jsou hodnoty Fresnelových. Pro výpočet Fresnelových integrálů se užívá parametr q (19) kde je h [m] je efektivní výška bariéry. Fresnelovy integrály se řeší ve tvaru (20) (21) Hodnoty těchto integrálů je možné získat jako součet konvergentních číselných řad [4]. Náročnost stanovení Fresnelových integrálů vedla řadu autorů k vytvoření zkrácených metod výpočtu použitelných v technické praxi. Jedním z nich byl na Fakultě stavební ČVUT docent Čechura, který navrhl zjednodušující vztah mezi hodnotou Fresnelova čísla N a útlumem D ve tvaru (22) Ze vztahu je patrné, že pro hodnotu N = 0 je D = 6 db, což nastane v případě, že rozdíl drah ve vztahu (17) je 0. Jak je dále uvedeno v [4], při práci se zvukem v kmitočtových pásmech poskytuje Čechurův vztah reálnější hodnoty v porovnání s přesným výpočtem Fresnelových integrálů. Další z výpočtových postupů uvádí lit. [11]. Metodika vychází z přesného výpočtu Fresnelových integrálů. Na podkladě těchto výsledků vznikl zjednodušující vztah mezi parametrem q a útlumem zvuku překážkou ve tvaru (23) 18

Popsanou závislost reprezentuje obr. 16. Obr. 16 - Útlum zvuku vlivem překážky [11] Srovnání jednotlivých metod výpočtu útlumu přes barieru předkládá obr. 17. Výsledky jsou zpracovány pro zvolené parametry a = 5 m, b = 20 m, h = 1 m. Obr. 17 - Závislost útlumu bariérou na kmitočtu V technice prostředí je nejčastějším zdrojem tlakového vzduchu ventilátor, ať jako součást složitějšího systému či jako součást samostatně stojících chladících jednotek, tepelných čerpadel atd. Podle požadavků na dopravní parametry použijeme buď axiální, či radiální ventilátory, které se ještě dělí na radiální nízkotlaké, středotlaké či vysokotlaké. 19

Provedḿe srovnání pro dva konstrukčně rozdílné ventilátory. První axiální a druhý radiální s dozadu zahnutými lopatkami. S výhodou využijemeznalosti relativního spektra daného typu ventilátoru obr. 18. Z obrázku je patrné, že srovnáním obou typů s přihlédnutím k váhovému filtru A bude pro lidský sluchový orgán hlučnější axiální ventilátor, neboť má akustický výkon soustředěn do oblasti středních a vyšších kmitočtů. Obr. 18 - Tvar relativního spektra radiálního a axiálního ventilátoru v závislosti na kmitočtu Vezmeme-li tyto dva ventilátory oba se shodnou hladinou akustického výkonu A (např. 95 db) a umístíme-li je do schématu (obr. 14) s parametry a = 5 m, b = 20 m, h = 1 m, bude útlum dán křivkami obr. 17. Vypočteme-li spektrum hladin akustického tlaku podle vztahu (15) (pro Q = 1) a útlum např. podle (23), zjistíme, že v kontrolním místě bude hladina akustického tlaku L pa od axiálního ventilátoru o 2,4 db nižší (nezávisle na L WA ) než od radiálního s dozadu zahnutými lopatkami, i když se radiální zdál na první pohled tišší. Nezávislost na vstupní hodnotě L WA je dána tvarem spektra ventilátoru L rel (obr. 18), které je pro jakékoliv vstupní hodnoty dopravního tlaku a dopravovaného množství stejné. To proto, že tvar spektra je dán typem ventilátoru. To, že je axiální ventilátor méně hlučnější je dáno tvarem spektra útlumu zvuku barierou (obr. 17). Z tohoto grafu je patrné, že s rostoucím kmitočtem roste i útlum a tedy bariéra lépe tlumí zdroje s akustickým výkonem soustředěným do vyšších kmitočtů, jaký reprezentuje právě axiální ventilátor. 5.2. Vliv šířky bariery na celkový útlum v kontrolním místě Dosud prezentované metodiky výpočtu útlumu zvuku bariérou nerespektovaly vliv šířky bariery. Jakým způsobem je do výpočtu možné zapracovat vliv šířky ukáže následující část. Vyjděme ze schématu na obr. 19. Je zde zakreslena bariéra konečných rozměrů. Je patrné, že pro šíření zvuku jsou možné tři cesty. První přes bariéru vertikálně a dvě zbývající cesty v horizontální rovině po stranách bariéry. Pak je tedy možné v kontrolním místě očekávat působení tří signálů. Celková hladina akustického tlaku L pic v kontrolním místě bude dána součtem třech hladin akustického tlaku od jednotlivých signálů podle vztahu (24) kde jednotlivé hladiny akustického tlaku L pin jsou dány vztahem (15). Obr. 19 - Cesty šíření zvuku přes barieru konečných rozměrů 20

Dosazením vztahu (15) do (24) a po nezbytných úpravách získáme vztah pro výsledný útlum bariérou s konečnými rozměry ve tvaru (25) Celkovou hladinu akustického tlaku v kontrolním místě L pic pak můžeme stanovit ze vztahu (13), kde za útlum D i dosadíme hodnotu útlumu stanovenou podle vztahu (25). Dílčí útlumy můžeme stanovit podle kterékoliv výše popsané metodiky. Rozdíl je pouze v tom, že grafické schéma (obr. 14) chápeme vertikálně nebo horizontálně a do příslušného výpočtu dosazujeme odpovídající efektivní výšku bariéry. Uveďme příklad, kde uvažujme situaci podle obr. 20. Je zde zobrazena situace, kdy efektivní výška bariéry pro cestu šíření z levé strany bariéry (cesta č. 2) odpovídá trojnásobku efektivní výšky ve vertikálním směru (cesta č. 1). Pro šíření signálu z pravé strany bariéry (cesta č. 3) uvažujme efektivní výšku dvojnásobnou. Vertikální schéma (obr. 14) ponechme shodné s předchozími příklady (a = 5 m, b = 20 m, h = 1 m). Obr. 20 - Cesty šíření zvuku půdorysné schéma - příklad Změnu útlumu zvuku bariery konečných rozměrů zobrazuje graf na obr. 21. Výpočet útlumu byl proveden dle vztahu (23). Křivka odpovídající cestě č. 1 reprezentuje útlum zvuku ohybem přes horní hranu bariéry, a současně útlum, který podle popsaných metodik výpočtu vykazuje bariéra nekonečných rozměrů. Výsledný útlum vlivem postranních cest poklesne na hodnotu odpovídající nejnižší křivce v grafu. Obr. 21 - Útlum bariérou konečných rozměrů - příklad 21

Jak se tedy změní útlum vlivem konečné délky bariery? V případě, že uvažujeme pro všechny tři možné cesty šíření shodnou efektivní výšku bariéry h, zjistíme, že útlum poklesne o hodnotu 10 log (3) = 4,77 db. To je dáno tím, že v kontrolním místě působí v tu chvíli tři pomyslné shodné zdroje. Kdybychom předpokládali pro zjednodušení symetrii bariéry a efektivní výšku h uvažovali pro obě postranní cesty stejnou, získáme následující výsledky (obr. 22). Graf na obr. 22 představuje snížení útlumu bariérou vlivem její konečné délky o hodnotu D [db] v závislosti na parametru K, který představuje násobek efektivní výšky bariéry h. Tzn., že efektivní výšky pro cesty šíření 2 a 3, jsou násobeny parametrem K. Jednotlivé křivky v grafu na obr. 22 prezentují oktávová kmitočtová pásma. Je patrné, že nejnepříznivější je hodnota nejnižší oktávy 31,5 Hz. Z grafu je možné odečíst o kolik se zmenší útlum bariérou pro zvolené frekvence a šířku bariery oproti případu nekonečné bariéry. V konkrétním případě je vhodné pro danou geometrii využít přímo výpočtové vztahy (15), (25). Obr. 22 Snížení útlumu vlivem konečné délky bariéry (a = 5 m, b = 20 m, h = 1 m) V praxi je problematika mnohonásobně složitější. Rozšíření problému jsme již naznačili zohledněním postranních cest při uvažování překážky konečných rozměrů. Další problém, který může nastat, uvádí obr. 23, kdy je zdroj hlukusituovaný v obytné zástavbě. Když jsme v úvodu hovořili o využití bariéry v uzavřeném prostoru, vyvstal problém s odrazem od blízkých stěn a předmětů. Stejná situace nastala zde. Budeme-li chránit dům vpravo, postavíme do cesty signálu překážku. Problém nastane, bude-li potřeba chránit i dům vlevo, což je běžná situace. V takovém uspořádání bude docházet k odrazu zvuku od ploch bariery přiléhající ke zdroji. Od stěny odražený signál se pak bude šířit na opačnou stranu do chráněného místa. Protože je případ symetrický, budou se do chráněných míst šířit signály odražené od protilehlé bariéry a signály utlumené ohybem přes přilehlou bariéru. Obr. 23 - Šíření zvuku v obytné zástavbě 22

Možným řešením je zvýšení bariéry tak, aby bylo zamezeno odrazu od vnitřních ploch, resp. odklonit zvukovou vlnu od chráněných míst. V takovém případě však případ může přejít na geometrii blížící se tvaru potrubí (zdroj obklopují čtyři bariéry). Pak by na řešení bylo třeba nahlížet jako případ šíření zvuku z potrubí (komínů). Zde je třeba uvážit vhodnou volbu směrových charakteristik. Směrovost zdroje je významně ovlivněna kmitočtem, jak uvádí např. [11]. Neúměrné zvyšování bariér není v řadě případů možné jak z důvodů architektonických, tak konstrukčních. Možným řešením je eliminovat odrazy zvuku od vnitřních ploch bariery instalací zvuk pohltivých materiálů. 6. ŠÍŘENÍ ZVUKU STĚNAMI Problematika šíření zvuku přes dělící příčky nebo nosné stěny mezi sousedními prostory ve stavbách, nebo do vnějšího prostoru je doménou stavební akustiky. Projektanti systémů, vytápění či klimatizace, zajišťujících ve vnitřních prostorách požadované mikroklima, stojí v mnoha případech před problémem, jak stanovit množství akustické energie, které se bude ze strojovny šířit do ostatních částí objektu. V řadě případů je v těsné blízkosti strojovny chráněný prostor a od projektanta strojního zařízení je požadováno navrhnout taková akustická opatření, aby byl v chráněném prostoru splněn hygienický limit daný nařízením vlády č. 272/2011 Sb. o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací [10]. V takovém případě musí projektant vědět, jaké spektrum hluku se bude dělící konstrukcí do sousedního prostoru šířit. Za tím účelem by měl od projektanta stavaře získat spektrum vzduchové neprůzvučnosti dané konstrukce (příčky, stěny). Ve stavební akustice je běžné uvádět tuto informaci v 1/3 oktávovém pásmu v rozsahu kmitočtů 100-3150 Hz, případně ve formě vážené neprůzvučnosti R W [db]. Vážená neprůzvučnost je však pro přesnější výpočty, zvláště pak pro návrh zvukoizolačních opatření, nevhodná. Po projektantu vzduchotechniky, či vytápění, je mnohdy požadováno provést akustické výpočty např. od kmitočtu 31,5 Hz do 8000 Hz. V takovém případě jsou pro něho výše uvedené informace nedostačující. Významným pojmem ve stavební akustice, který dále uplatníme, je činitel průzvučnosti definovaný vztahem (26) Tedy energie, která za stěnu projde otvory a netěsnostmi a dále je vyzářená stěnou v důsledku ohybového kmitání vztažená k celkové dopadající energii. Celkovou průzvučnost stěny získáme podobně jako ve vztahu (13) sumací dílčích průzvučností násobených plochou (27) 6.1. Neprůzvučnost Při výpočtech šíření zvuku přes stěny uplatníme další pojem, tzv. neprůzvučnost konstrukce. Neprůzvučnost dělící stěny vyjadřuje schopnost stěny nepropouštět na druhou stranu akustické vlnění. V praxi rozeznáváme dva druhy: vzduchovou a kročejovou neprůzvučnost. Akustickou kvalitu stěny budeme vyjadřovat vzduchovou neprůzvučností danou vztahem (28) Tato veličina je tedy vlastností stěny, je kmitočtově závislá a budeme ji proto uvádět v okrávovém či třetinooktávovém spektru. 23

Ve schématu na obr. 24 je zakreslena vysílací místnost, kterou může být např. kotelna v objektu, s níž sousedí dělící příčkou chráněný prostor. Obvykle je známé spektrum hladin akustického tlaku v poli odražených vln od zdroje hluku L p1, kterým je např. kotel, čerpadlo atd., nebo jejich kombinace. Hladinu akustického tlaku L p2 v přilehlém vnitřním chráněném prostoru ve vzdálenosti přibližně rovné polovině šířky dělící stěny určíme podle vztahu Obr. 24 - Schéma vysílacího a přijímacího prostoru (29) kde je R [db] vzduchová neprůzvučnost dělící stěny v kmitočtovém pásmu, A 2 [m 2 ] celková pohltivost přijímacího prostoru daná vztahem (30), S [m 2 ] plocha dělící stěny, (30) kde je α i [-] činitel pohltivosti dílčí části dělicí stěny, S i [m 2 ] dílčí plocha dělicí stěny. Levou část vztahu (29) nazýváme stupněm zvukové izolace D [db], který vyjadřuje zvukoizolační schopnost stěny a závisí na vzduchové neprůzvučnosti R, celkové pohltivosti přijímacího prostoru a velikosti dělící stěny. Využitím vztahu (29), jak bylo výše uvedeno, získáme informaci o hladině akustického tlaku v určité vzdálenosti od stěny. Co však v případě, že nás zajímá hladina akustického tlaku těsně za stěnou? Podle [11] je třeba vztah (29) upravit do tvaru (31) V případě šíření zvuku stěnou do venkovního prostoru je hladina akustického tlaku na vnější straně stěny (vně budovy) dána vztahem (32) Tento vztah jsme získali ze vztahu (31) dosazením hodnoty činitele pohltivosti a přijímacího prostoru (vnější prostředí) blízkém jedné. Pro následné akustické výpočty ve venkovním prostoru je vhodné stanovit hladinu akustického výkonu, kterou stěna vyzařuje (33) 24

kde je L p2 [db] hladina akustického tlaku vně kotelny, S [m 2 ] plocha dělící stěny. Stavební konstrukce běžně vykazují rozdílné vlastnosti, tzn., stěna nemá stejnou tloušťku v celé ploše, jednotlivé části mohou být z různých materiálů, ve stěně jsou okna, dveře atd. V takové případě je nutné stanovit spektrum vzduchové neprůzvučnosti kombinované stěny. Z energetické bilance je podle [5] vzduchová neprůzvučnost kombinované stěny (34) Bude-li stěna složena ze dvou dílčích ploch o rozdílných hodnotách R, je ze vztahu (35) patrné, že výsledná zvukoizolační schopnost složené stěny poklesne, jak dokumentuje obr. 25. Obr. 25 - Pokles vzduchové neprůzvučnosti [11] V případě návrhu zvukoizolační stěny je třeba uvážit možné cesty šíření zvuku mezi řešenými prostory. Ve stavební akustice jsou rozlišovány dva pojmy, laboratorní neprůzvučnost R a stavební neprůzvučnost R. Rozdíl je v tom, že při měření v laboratoři vypovídá hodnota neprůzvučnosti o cestě šíření signálu pouze stěnou, kdežto stavební neprůzvučnost je hodnota nižší přibližně o 2 až 3 db, protože na stavbě se projeví vliv zabudování dělící stěny do stavby a tedy i možné cesty přenosu signálu se zvýší. V tom případě je vhodné stupeň zvukové izolace zvýšit o přidanou hodnotu cca 3 db. Výpočet pak provedeme podle vztahu (36), což je nám již známý vztah (29) rozšířený pouze o 3 db. (35) 6.2. Vliv otvorů na neprůzvučnost Nejslabšími prvky obvodového pláště budovy jsou otvory. Ať jde o dveře, okna, větrací otvory ad. Okna, zvláště s jednoduchým zasklením, patří např. v kotelnách k nejslabším prvkům obvodového pláště. Vliv otvorů na celkovou vzduchovou neprůzvučnost stěny podává obr. 26. Uvedeme-li příklad pro stěnu o ploše 60 m 2, jenž vykazuje vzduchovou neprůzvučnost R = 60 db, v případě realizace otvoru o ploše 0,6 m 2 poklesne celková vzduchová neprůzvučnost stěny na 20 db. 25

Obr. 26 - Pokles vzduchové neprůzvučnosti vlivem otvorů [11] Větrací otvory, u nichž je požadavek na malé tlakové ztráty, tj. např. aerační otvory, je třeba uvažovat s nulovou neprůzvučností. Tyto otvory vykazují nulovou zvukoizolační schopnost (R = 0 db). Hladina akustického výkonu vyzařovaná takovýmto otvorem je dána vztahem (36) kde je L p1 [db] hladina akustického tlaku uvnitř kotelny, S ot [m 2 ] plocha větracího otvoru. Vzduchová neprůzvučnost stěny, v níž je otvor, je dána vztahem (37) kde je R 1 [db] vzduchová neprůzvučnost stěny bez otvoru, S o [m 2 ] plocha otvoru, S [m 2 ] plocha stěny včetně otvoru. Uvedený vztah platí pro otvory, jejichž rozměr je srovnatelný s vlnovou délkou signálu t = 1. U malých otvorů jako jsou štěrbiny v oknech, dveřích apod. je rozměr mnohonásobně menší, průzvučnost nabývá hodnot vyšších než 1, což může být dáno rezonancí v otvoru a tedy zesílením. Výsledná neprůzvučnost stěn s malým otvorem je pak dána vztahem (38) kde vzduchovou neprůzvučnost štěrbiny stanovíme podle vztahu (39) 26

kde je b [m] šířka štěrbiny, f [Hz] kmitočet. Jak uvádí [11] platí vztah (39) pro jednoduché štěrbiny. U tvarově komplikovaných vznikají dodatečné útlumy zvyšující vzduchovou neprůzvučnost, což nás přiklání na stranu bezpečnosti výpočtu. Dosud jsme se seznámili s principem výpočtu šíření zvuku přes dělící stěnu s otvory či bez nich, ale v tuto chvíli nám schází to nejdůležitější, a to spektrum vzduchové neprůzvučnosti jednotlivých konstrukcí. Jak bylo naznačeno v úvodu, měla by tato informace přijít od projektanta stavební části. V mnoha případech není možné tuto informaci získat. 6.3. Neprůzvučnost jednoduché stěny Spektrální průběh vzduchové neprůzvučnosti jednoduché stěny uvádí obr. 27. V tomto diagramu jsou zakresleny tři frekvenční oblasti. V první oblasti se projevují rezonanční jevy. Frekvenční rozsah této oblasti se pohybuje v šířce 2 až 3 oktáv v okolí vlastní rezonance stěny. Vzduchová neprůzvučnost je v této oblasti malá a vzhledem k velkým rozdílům mezi maximy a minimy R je zde komplikovaný výpočet. Z hlediska izolační schopnosti je tato oblast nevhodná a při návrhu vhodného materiálu a rozměrů konstrukce by neměl rezonanční kmitočet přesáhnout 100 Hz, což u většiny užívaných konstrukcí skutečně je. Obr. 27 - Spektrální průběh vzduchové neprůzvučnosti jednoduché stěny Ve druhé oblasti se významně projevuje závislost vzduchové neprůzvučnosti na hmotnosti. Frekvenční rozsah této oblasti je ohraničen zdola trojnásobkem základního rezonančního kmitočtu, shora třetinou kritické frekvence f k (koincidenčního kmitočtu). Vzduchová neprůzvučnost je dána vztahem (40) kde je m [kg/m 2 ] plošná hmotnost stěny daná vztahem (41). (41) kde je h [m] tloušťka stěny, ρ [kg/m 3 ] hustota materiálu stěny. 27

Ze vztahu (40) je patrné, že při zdvojnásobení plošné hmotnosti vzroste vzduchová neprůzvučnost o 6 db. Třetí oblastí je pásmo koincidenčních kmitočtů. Tato oblast je charakteristická poklesem vzduchové neprůzvučnosti v důsledku rostoucího vlivu ohybové tuhosti stěny. Nejnižší koincidenční kmitočet odpovídá úhlu dopadu zvukové vlny 90 a je dán vztahem (42) kde je c [m/s] rychlost zvuku (pro vzduch 20 C, je c = 344 m/s), c L [m/s] rychlost podélných vln v materiálu tab. 8. Praktický výpočet vzduchové neprůzvučnosti vychází z aproximace skutečného průběhu vzduchové neprůzvučnosti lomenou čarou obr. 28. Obr. 28 - Spektrální závislost vzduchové neprůzvučnosti Tab. 7 - Šířka prodlevy v oblasti koincidence [11] h [m] x 2 x k h 0,001 3,9 14,8 0,200 0,002 3,5 11,0 0,214 0,003 3,25 4,4 0,224 0,005 3,00 8,0 0,235 0,007 2,85 7,2 0,245 0,010 2,70 6,4 0,255 0,020 2,40 5,3 0,270 0,030 2,26 4,8 0,284 0,050 2,10 4,3 0,295 0,070 2,00 4,0 0,310 0,100 1,90 3,7 0,320 28

Lomená čára sestává ze čtyř kmitočtových oblastí. První oblast omezená shora hodnotou kmitočtu f A. Tato oblast je popsána vztahem (40), se zdvojnásobením kmitočtu roste neprůzvučnost o 6 db. Kmitočet f A stanovíme podle vztahu (43) kde je kη [-] konstanta závisející na činiteli vnitřního tlumení materiálu h viz tab. 7. Druhá oblast ohraničená kmitočty f A a f B je oblast,v níž je vzduchová neprůzvučnost konstantní R A =R B. Kmitočet f B stanovíme podle vztahu (44) kde je 2 x [-] konstanta z tab. 7. Výšku prodlevy R A můžeme stanovit buď ze vztahu (40) dosazením za f hodnotu f A, nebo podle vztahu [11] (45) kde je E [N/m 2 ] dynamický modul pružnosti stěny, η [-] činitel vnitřního tlumení stěny. Materiálové konstanty získáme z tab. 8. Třetí oblast ohraničená kmitočty f B a f C je oblast,v níž vzduchová neprůzvučnost vzroste pouze na jedné oktávě o 10 db. (46) Tab. 8 - Materiálové konstanty [11] Materiál r [kg/m 3 ] E [N/m 2 ] η [-] R A [db] m f A [Hzkg/m 2 ] m f B [Hzkg/m 2 ] c L [m/s] Hliník 2700 6,2.10 10 0,003 30 7100 67000 4800 Ocel 7850 2,6.10 11 0,003 38 18400 177000 5750 Olovo 11400 2,3.10 10 0,035 56 141000 648000 1410 Pórobeton 900 2,9.10 9 0,010 31 8000 51000 1800 Beton 2300 2,2.10 10 0,030 36 14100 66000 3100 Cihly 2000 1,6.10 10 0,035 35 12600 58000 2800 Sádra 1050 4,4.10 9 0,020 32 8900 47000 2040 Sklo 2700 7,5.10 10 0,002 29 6300 69300 5270 Překližka 700 9,3.10 9 0,010 23 3200 20400 3645 Sololit 1000 4,7.10 9 0,020 31 7940 44500 2170 Polystyren 13 1,3.10 6 0,060 11 794 3260 315 29

Kmitočet f C stanovíme podle vztahu (47) Hodnoty vzduchové neprůzvučnosti stanovíme podle vztahu (48) Ve čtvrté oblasti pro kmitočty vyšší než f C je vzduchová neprůzvučnost daná vzrůstem o 4,5 db/okt [11] (49) Další autor [1] uvádí vzrůst o 6 db/okt. (50) Kmitočty f A resp. fb je možné stanovit též ze součinů v tab. 8. Využijeme-li jednoduchý matematický zápis (51) Plošnou hmotnost stanovíme ze vztahu (41) ze známé tloušťky stěny a známého materiálu stěny. Shodný postup aplikuje s indexem B. Stanovení vzduchové neprůzvučnosti je možné též graficky, vynesením lomené čáry v měřítku a odečtením hodnot pro sledované kmitočty, jak naznačuje obr. 28. 6.4. Příklad řešení šíření zvuku přes stěnu Na obr. 24 je zobrazena reálná situace, kotelna, v níž je umístěn zdroj, který v poli odražených vln vytváří spektrum hladin akustického tlaku L p1 tab. 9. Cílem řešení je stanovit spektrum hladin akustického tlaku L p2v sousedním chráněném prostoru. Tab. 9 - Spektrum hladin akustického tlaku zdroje f [Hz] 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 L p1 [db] 92 95 99 97 88 83 76 75 71 K Ai [db] -39,4-26,2-16,1-8,6-3,2 0 1,2 1-1,1 L pi + K Ai [db] 52,6 68,8 82,9 88,4 84,8 83 77,2 76 69,9 L pa = 91,8 db V tab. 9 je naznačen výpočet hladiny akustického tlaku A, která nám usnadní porovnání jednotlivých variant. Zdroj vytváří v kotelně v poli odražených vln hladinu akustického A L pa = 91,8 db. K řešení šíření zvuku přes stěnu je dále nutné znát tloušťku stěny h = 0,25 m, hustotu materiálu stěny, v našem případě cihlová stěna r = 2000 kg/m 3. Z tab. 8 odečteme pro tento materiál výšku prodlevy 30

R A =35 db a součiny m f A = 12600 Hz kg/m2, m f B = 58000 Hz kg/m 2. Dále stanovíme ze vztahu (41) plošnou hmotnost m = 500 kg/m 2, ze vztahu (51) hodnoty f A = 25,2 Hz a f B = 116 Hz. Shodné výsledky získáme dosazením do vztahů (42), (43), (44). Hodnotu f C stanovíme ze vztahu (47) f C = 232 Hz. Nyní máme stanoveny body na frekvenční ose tak, jak jsou naznačeny v obr. 28. Výpočet vzduchové neprůzvučnosti provedeme buď podle vztahů (40), (45), (48), (49) nebo (50), čímž získáme spektrální závislost vzduchové neprůzvučnosti dané stěny, nebo grafickou metodou, tj. v měřítku např. na milimetrový papír nakreslíme lomenou čáru z obr. 28. Při konstrukci je třeba dát pozor na to, že kmitočtová osa je logaritmická, v tom případě je nutné jednotlivé oktávy vynášet tak, že mezi nimi budeme dodržovat konstantní rozestup např. 15 mm. Tab. 10 - Shrnutí výsledků při šíření zvuku mezi kotelnou a chráněnou místností (hodnoty v tab. jsou v db) ř.č. f [Hz] 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 1 R s 35 35 37 45,5 49,5 54 58,5 63 67,5 2 L p2s 61,2 64,2 66,2 55,7 42,7 33,2 21,7 16,2 7,7 3 R d 0 5 10 16,5 22,5 28,5 31 31 33 4 R sd 12,1 17,1 22 28,6 34,5 40,5 43 43,1 45,1 5 L p2sd 84,1 82,1 82,1 72,6 57,7 46,7 37,2 36,1 30,1 6 R o -14,3-11,3-8,3-5,3-2,3 0,7 3,7 6,7 9,7 7 R sdo 11,6 16,3 20,8 26,2 30,6 34,6 37,5 39,5 42 8 L p2sdo 84,6 82,9 82,4 75 61,6 52,6 42,7 39,7 33,2 9 R v 12,1 12,1 12,1 12,1 12,1 12, 12,1 12,1 12,1 10 L p2v 84,1 87,1 91,1 89 80 75 68 67 63 Lomenou čáru vyneseme následující způsobem: 1) vyneseme úsek A-B ve výšce prodlevy RA, vypočtené kmitočty f A a f B nám tento úsek ohraničí, 2) úsek pro kmitočty nižší než f A vykazuje směrnici 6 db/okt., 3) úsek B-C má sklon 10 db /1 oktávu, tím je bod C přesně určen, 4) vyneseme čtvrtý úsek, jehož počátek je v bodě C a má sklon 4,5 resp. 6 db/okt. Pro jednotlivé sledované kmitočty v našem případě oktávové pásmo v rozsahu 31,5-8 000 Hz odečteme jednotlivé vzduchové neprůzvučnosti tak, jak naznačují šipky v obr. 28. Takto získané spektrum vzduchové neprůzvučnosti pro naši zadanou stěnu je v tab. 10 řádek 1 a graficky v obr. 8. Obr. 29 - Vzduchová neprůzvučnost řešených konstrukcí dělící příčky 31

V dalším kroku stanovíme hladinu akustického tlaku v chráněném prostoru L p2 podle vztahu (29). K tomuto výpočtu je třeba znát plochu dělící stěny S = 26,3 m 2 (ze schématu obr. 24) a pohltivost přijímacího prostoru A 2 = 10 m 2 (pro náš případ). V praxi je možné tuto hodnotu stanovit podle vztahu (30). Výsledky výpočtu shrnuje tab. 10 řádek 2 a graf na obr. 29. Hladina akustického tlaku v chráněném prostoru při šíření signálu plnou stěnou je L pa = 52,3 db. V tab. 10 jsou v řádcích 3, 4, 5 uvedeny výsledky v případě, že ve stěně budou dveře o ploše 1,6 m 2, které reprezentuje sololitová deska o tloušťce h = 6 mm. Výsledky jsou patrné z grafů na obr. 29 a obr. 30. Vzduchová neprůzvučnost dveří R d byla získána shodně jako u plné stěny, vzduchová neprůzvučnost kombinované stěny R Sd pak podle vztahu (34). Spektrum hladin akustického tlaku L p2sd je v řádku 5. Tomuto spektru odpovídá hladina akustického tlaku A v chráněném prostoru L pa = 68,1 db. V případě, že bychom uvažovali, že dveře mají netěsnosti, tedy chybí např. práh, je takové řešení shrnuto v řádcích 6, 7, 8, kde je uvedena neprůzvučnost R o štěrbiny o délce 80 cm a šířce 1 cm podle vztahu (39). Dále kombinovaná neprůzvučnost zahrnující vliv stěny, dveří a štěrbiny R sdo podle vztahu (38) a současně spektrum hladin akustického tlaku L p2sdo. Těmto výsledkům odpovídá L pa = 70 db. Tedy štěrbina v našem případě zhorší hlukovou situaci o méně než 1,9 db. Obr. 30 - Spektrum hladin akustického tlaku v kotelně a v chráněném prostoru Poslední řešenou variantou, řádky 9 a 10, je stěna, v níž je volný otvor o ploše velikosti dveří, tedy případ, že by mezi místnostmi byly otevřené dveře. Vzduchová neprůzvučnost stěny s otvorem byla stanovena ze vztahu (37). Tomuto případu odpovídá L pa = 83,8 db. Je jasné, že v takovém případě se signál bude šířit otvorem a neprůzvučnost stěny bude hrát vedlejší roli. Tab. 11 - Shrnutí výsledků při šíření zvuku z kotelny do venkovního prostoru (hodnoty v tab. jsou v db) ř.č. f [Hz] 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 1 R s 35 35 37 45,5 49,5 54 58,5 63 67,5 2 L p2os 51 54 56 45,5 32,5 23 11,5 6 0 3 R ok 4 9,5 15,5 21,5 28 29 29 29 32,5 4 R sok 21 26,1 31,4 37,9 43,9 45,5 46 46,1 49,6 5 L p2osok 65 62,9 61,6 53,1 38,1 31,5 24 22,9 15,4 V tab. 11 je shrnutí výsledků při šíření zvuku přes stěnu do venkovního prostředí. Řešenou stěnou je plocha o rozměru 7,5 x 3,5 m ze schématu Obr. 24. Pro jednoduchost zadání jsou její parametry shodné jako v předchozím řešení mezi místnostmi. Řádek 1 v tab. 10 je shodný s řádkem 1 v tab. 11. Rozdíl v řešení spočívá v tom, že pro stanovení hladin akustického tlaku ve venkovním prostoru využijeme vztah (32). Výsledky pro plnou stěnu jsou v tab. 11 v řádcích 1 a 2. Této situaci odpovídá hladina akustického tlaku A L pa = 42,1 db. 32

Obr. 31 - Vzduchová neprůzvučnost obvodové stěny Obr. 32 - Spektrum hladin akustického tlaku z kotelny do venkovního prostoru Druhou variantou bylo do stěny osazení těsného okna o rozměru 1 x 0,5 m s jednoduchým zasklením tloušťky 4 mm. Vzduchová neprůzvučnost okna R ok je uvedena v řádku 3, výsledná hodnota pro kombinovanou stěnu je v řádku 4 R sok. Při této kombinaci bude hladina akustického tlaku A ve venkovním prostoru L pa = 48,7 db, což je významný nárůst o 6,6 db. Grafická podoba výsledků je uvedena v obr. 31 a obr. 32. Z příkladu je patrné, že na celkový zvukoizolační efekt konstrukce mají největší vliv nejslabší členy, jako jsou okna, dveře, netěsnosti, trhliny atd. V případě, že je požadována vyšší vzduchová neprůzvučnost konstrukce, než je možné zajistit jednoduchou stěnou, vede návrh na dvojité stěny, které mohou být řešeny ze dvou stejných konstrukcí oddělených vzduchovou mezerou nebo nosné konstrukce a před stěny např. ze sádrokartonu. Zlepšení je možné dosáhnout vyplněním vzduchové mezery pohltivou látkou. 33

7. HLUK KOTELEN 7.1. Cesty šíření zvuku Jednotlivé možné cesty šíření akustického signálu naznačuje obr. 33. Zvuk se od jednotlivých zařízení šíří do prostoru kotelny a dále do sousedních chráněných prostor (dozorny, bytové a nebytové prostory v objektu ad.) a dále pláštěm budovy do venkovního prostoru. V kotelnách větších výkonů je předpoklad, že pro obsluhu je vytvořen chráněný prostor ve formě dozorny, která je akusticky odizolována od prostoru kotelny okny a dveřmi s vysokou vzduchovou neprůzvučností, tak aby v tomto prostoru byly splněny hlukové limity dané nařízením vlády č. 272/2011 Sb. [10]. Hladinu akustického tlaku uvnitř kotelny L p1 [db] stanovíme podle vztahu(11). Hladinu akustického tlaku v přilehlém vnitřním chráněném prostoru L p2 [db] pak podle vztahu (29). Pokud se šíří hluk do venkovního prostředí, potom je hladina akustického tlaku na vnější straně stěny (vně budovy dána vztahem (32). Přímo od kotle se zvuk také šíří do kouřovodu a je dále vyzařován komínem do okolí. V případě komína je třeba ještě řešit otázku, zda je zvuk vyzařován jen koncem komína nebo i jeho pláštěm. Tato problematika bude diskutována v dalších odstavcích. Obr. 33 - Cesty šíření zvuku Nejslabšími prvky obvodového pláště budovy jsou otvory. Ať jde o dveře, okna, větrací otvory ad. Vliv otvorů na celkovou vzduchovou neprůzvučnost stěny podává obr. 23. Dveře vyrobené z tenkého ocelového plechu vykazují malou neprůzvučnost. Je tedy třeba, umožňuje-li to situace, směřovat tyto otvory na opačnou stranu budovy od chráněných venkovních prostor. V takovém případě je ovšem vhodné realizovat dvojité dveře, různá zádveří atd. Okna, zvláště s jednoduchým zasklením, patří v kotelnách k nejslabším prvkům obvodového pláště. Je vhodné se těmto prvkům vyhnout, nebo je omezit na nutnou mez. V řadě realizací do budov původně sloužícím k jinému účelu, či památkově chráněných je vhodné okna z vnitřní části doplnit přídavným zasklením. Větrací otvory, u nichž je požadavek na malé tlakové ztráty, tj. např. aerační otvory, je třeba uvažovat s nulovou neprůzvučností. Tyto otvory vykazují nulovou zvukoizolační schopnost (R = 0 db). Hladina akustického výkonu vyzařovaná takovýmto otvorem je dána vztahem (35). Otvory, určené pro sání či výfuk vzduchu, u nichž tlakové ztráty překonává ventilátor, je možno osadit tlumiči hluku. V provedení do fasády je dnes celá řada možností, z nichž jedním z řešení je tlumič na obr. 34. 34

Obr. 34 - Schéma kulisového tlumiče hluku Tento tlumič je vhodný vzhledem ke své malé stavební hloubce. Je možno ho umístit nejen samostatně do pláště budov, ale i jako koncový prvek potrubí. Při hodnocení hlukové situace ve venkovním prostoru je možné větrací otvory, dveře, ale i konce komínů a jiné malé plochy považovat za bodové zdroje. V takovém případě lzeočekávat snížení hladin akustického tlaku při zdvojnásobení vzdálenosti o 6 db, jak dokumentuje vztah (6). V případě, že není známa hladina akustického výkonu zdroje, ale pouze hladina akustického tlaku zdroje L pzi určená ve vzdálenosti r p je možné stanovit pro bodový zdroj hladinu akustického tlaku v kontrolním místě podle vztahu (7). Stěny objektu, ale i okna, zabírají-li větší část fasády, se vzhledem ke vzdálenosti kontrolního místa mohou chovat jako plošný zdroj. V takovém případě není možné uvažovat pokles hladin se zdvojnásobením vzdálenosti o 6 db. Hladina akustického tlaku zpočátku vůbec neklesá a to přibližně do vzdálenosti rovné charakteristickému rozměru zdroje, a až odtud je možné uvažovat s poklesem akustické energie o 3 db/2.r. Ale až od vzdálenosti rovné dvojnásobku charakteristického rozměru je možné takový zdroj považovat za bodový. 7.2. Hluk hořáků a kotlů V případě plynových kotelen, které se dnes nejčastěji projektují, je z pohledu zdroje jedním z nejvýznamnějších hluk generovaný spalovacím procesem uvnitř kotle. Spalovací proces zajišťují v dnešní době zejména tlakové hořáky. Méně časté jsou atmosférické hořáky, u nichž je spalovací proces rozdělen do velkého počtu samostatných plamínků, využívají při spalování volný okolní vzduch. Tento způsob spalování vykazuje nízkou emisi akustické energie. Tlakové hořáky využívají pro dopravu spalovacího vzduchu do směšovací hlavice a do spalovacího prostoru a dále do kouřovodu radiální ventilátory. Hluk vznikající při spalování plynu v tlakovém hořáku je aerodynamické povahy a vyznačuje se spojitým spektrem. U hořáků menších výkonů je ventilátor součástí hořáku. U větších je pak oddělen a je tedy možno na něj pohlížet jako na samostatný zdroj hluku. Výrobci obvykle uvádí hlučnost hořáku ve formě hladiny akustického tlaku A L pa [db] měřené 1 m před čelem hořáku. Tento údaj je pro projektanta nedostačující a podává mu pouze možnost určení hlučnosti v prostoru kotelny a to jen jedno číselnou hodnotou. Pro snížení emise hluku do prostoru kotelny dodávají výrobci pro svá zařízení zákryty, u nichž je možno očekávat snížení hladiny akustického tlaku A přibližně o 10 db. Tím je omezeno šíření zvuku povrchem hořáku. 35

Obr. 35 - Závislost hladiny akustického výkonu A na tepelném výkonu atmosférických hořáků [11] Obr. 36 - Závislost hladiny akustického tlaku A na tepelném výkonu tlakového hořáku (ve vzdálenosti 1 m) [12] Problém, který při řešení hlučnosti kotelen vyvstává je určení spektra zdroje. Nejen, že znalost spektra je důležitá pro správný návrh protihlukových opatření, ale současně je i měřítkem pro nalezení případných tónových složek vyzařovaných zdrojem. Zjištěné tónové složky jsou totiž důvodem pro zpřísnění hlukových limitů o 5 db, což může v určité situaci znamenat obtížně řešitelný problém. Nutno poznamenat, že hořák není možno posuzovat jako samostatný zdroj. Důvodem je to, že hluk vznikající při spalovacím procesu je možné měřit pouze ve volném prostoru. Jak bylo dokázáno [3] při spojení hořáku s určitým typem spalovacího prostoru a kouřovodu vytváří tento celek kmitavý systém, vyznačující se rezonančními kmitočty, které významným způsobem změní kmitočtové složení hluku vyzařovaného do komína. Znalost tohoto spektra je nezbytnou informací pro správný návrh tlumiče hluku do kouřovodu. Stejný hořák připojený na různé spalovací prostory bude vykazovat odlišné hlukové parametry z hlediska šíření hluku do kouřovodu. Na základě dlouhodobých měření a vyhodnocení na soustavách kotlů s tlakovými hořáky (lit. [12]) je možno pro kvalifikovaný odhad použít závislost na obr. 37. Tento graf podává informaci o hladině akustického výkonu A v závislosti na tepelném výkonu zařízení. 36

Obr. 37 - Závislost hladiny akustického výkonu A na tepelném výkonu pro soustavu hořáku a kotle [12] Jak bylo výše diskutováno, je pro projektanta důležitá znalost spektra signálu. V tom případě je možné doporučit pro kvalifikovaný odhad tvaru spektra závislost na obr. 38. Obr. 38 - Relativní spektrum hladin akustického výkonu tlakových hořáků [12] Spektrum hladin akustického výkonu je dáno vztahem (52) Protože relativní spektrum bylo získáno na základě statistických metod, bude skutečný průběh okolo této hodnoty kolísat. Je-li dán požadavek na zjištění spektra generovaného hořákem instalovaným na kotli, je možno získat tyto informace také měřením. V první řadě je třeba zvolit vhodnou měřicí vzdálenost. Optimální je, s přihlédnutím k rozměrům hořáku, volit vzdálenost 1 m od pláště hořáku (obr. 39). Měření je nutno provést v dostatečném počtu míst alespoň 5. Měřicí plochu je možno volit buď kulového tvaru, nebo rovnoběžnostěn (kvádr). Vhodnost určité plochy je dána tvarem pláště hořáku např. obr. 40. Hledané spektrum hladin akustického výkonu je pak dáno vztahem Před měřením je vhodné seznámit se s měřicími postupy pro stanovení hladin akustického výkonu zdrojů. Je možno doporučit řadu norem ČSN ISO 3740. Pro provozní měření pak přímo určená norma ČSN ISO 3746. 37

Obr. 39 - Schéma měření hlučnosti tlakového hořáku Obr. 40 - Instalovaný tlakový hořák 38

7.3. Hluk generovaný do kouřovodu Doposud jsme hovořili o cestě šíření signálu do prostoru kotelny. Další významnou cestou šíření signálu je kouřovod a následné vyzařování zvuku z komína. V praxi je velmi obtížné informaci o hluku vyzařovaného do kouřovodu zjistit. Výrobci tuto informaci uvádí jen velmi zřídka. Měření na konkrétním zařízení je velmi obtížné a nebezpečné. Nebezpečí spočívá v tom, že mikrofon je třeba umístit do proudu spalin, které vzhledem ke své povaze (vysoká teplota a vlhkost), mohou způsobit poškození, případně zničení přístroje. Jistou ochranou může být opatření mikrofonu ochranným krytem, který však nesmí zkreslovat měřený signál. Jak bylo výše diskutováno, při spojení stejného hořáku s různými spalovacími prostory, bude výsledný signál vždy odlišný. Je to dáno tím, že akustický signál se šíří kanály vnitřními průduchy kotle, které se liší podle typu kotle. Výsledné spektrum tedy určuje nejen typ hořáku ale i kotle. Pro kvalifikovaný odhad spektra akustického výkonu generovaného do kouřovodu je možné použít následující postup [12]. Na obr. 41 je zobrazena závislost hladin akustického výkonu A na tepelném výkonu kotle generovaná do kouřovodu. Obr. 41 - Závislost hladiny akustického výkonu A na tepelném výkonu kotle generovaného do kouřovodu [12] Při porovnání spektra akustického výkonu v kouřovodu těsně za kotlem a spektra měřeného 1 m od čela hořáku zjistíme významnou shodu, jak uvádí [12]. Spektrum hladin akustického výkonu generované do kouřovodu, pak možno stanovit podle vztahu (52) s uvažováním tvaru spektra (obr. 38). 7.4. Šíření zvuku z komína Na komín je nutno pohlížet jako na lineární zářič, kde akustický výkon je vyzařován ve dvou částech. První část v hrdle komína (bodový zdroj) a nezanedbatelná část povrchem komína (lineární zdroj). Akustický výkon je ovšem povrchem komína vyzařován nelineárně a klesá směrem od paty komína k hrdlu. V praxi je pak ve fázi návrhu velmi obtížné předpovědět, jak bude komín vyzařovat akustickou energii, aby nedocházelo k překračování hygienicky přípustných limitů. Pro šíření zvuku z konce komína je možno ve volném prostoru uvažovat pokles hladiny akustického tlaku při zdvojnásobení vzdálenosti o 6 db. Na obr. 42 je ukázka simulačního řešení hluku z kouřovodu. Vyzařování povrchem komína je třeba uvažovat zejména u lehkých komínů, které mohou vykazovat nízkou hodnotu vzduchové neprůzvučnosti R jeho pláště. Pokles hladin akustického tlaku se vzdáleností je pak dán vlastnostmi lineárního zdroje, tj. v blízké vzdálenosti klesá hladina akustického tlaku při zdvojnásobení vzdálenosti pouze o 3 db. Teprve od vzdálenosti odpovídající výšce komína je možno uvažovat pokles o 6 db shodně, jako je tomu u bodového zdroje. 39

Obr. 42 - Výpočtový model šíření hluku z komína U klasických zděných komínů je možné počítat se šíření zvuku pouze z konce komína. V rámci projektu je vhodné uvážit, zda při rekonstrukci kotelny není vhodné využít stávající zděný komín a do něho vložit lehkou ocelovou konstrukci. Zděný komín tvoří nosnou část a současně zvyšuje výslednou neprůzvučnost pláště komína (obr. 43). Obr. 43 - Klasický zděný komín s vestavbou nového komína z lehké konstrukce Uvažujeme-li při výpočtu s reálnou hodnotou vzduchové neprůzvučností komína, je jasné, že akustický výkon bude s výškou komína klesat. Hladina akustického výkonu v koruně komína pak bude dána vztahem (53) kde je L W1 [db] hladina akustického výkonu na patě komína, D [m] průměr komína, x [m] vzdálenost mezi patou komína a vytčeným úsekem (obr. 46), R (db) vzduchová neprůzvučnost pláště komína. 40

Na obr. 44 je zobrazen průběh hladin akustického výkonu v závislosti na výšce komína a vzduchové neprůzvučnosti R. Je patrné, že čím je neprůzvučnost pláště větší,tím větší je i hladina akustického výkonu vyzařovaná z konce komína. Obr. 44 - Hladina akustického výkonu LW3 vyzařovaná z konce komína při určité jeho délce x (vztaženo k hladině akustického výkonu na začátku potrubí L W1 = 115 db, D = 500 mm) Není-li znám průběh vzduchové neprůzvučnosti pláště komína, je možné použít postup stanovení vzduchové neprůzvučnosti stěn kruhového potrubí dle [2]. Tento postup je založen na aproximaci zvukoizolační schopnosti, pro jednotlivá oktávová pásma, formou lomené čáry (obr. 45). Obr. 45 - Spektrum vzduchové neprůzvučnosti kruhového potrubí [7] V nízkých kmitočtových pásmech nepřekročí neprůzvučnost potrubí o kruhovém průřezu hodnotu 50 db. Ve středních kmitočtech je neprůzvučnost kruhového potrubí určena vztahy (54) a (55). Výslednou neprůzvučnost stanovíme jako vyšší ze dvou jmenovaných hodnot. (54) (55) kde je m [kg/m 2 ] plošná hmotnost stěny potrubí, D [m] průměr potrubí, f m [Hz] střední kmitočet v oktávě. 41

Vztahy jsou použitelné pro potrubí do průměru ø 630 mm. Pro větší průměr potrubí se od oktávy 4000 Hz určí neprůzvučnost podle vztahu (56) Hladinu akustického výkonu vyzařovanou pláštěm komína můžeme určit podle vztahu (57) kde g (x) je dáno vztahem (58) Obr. 46 - Schéma vyzařování hluku z komína Druhou možnost stanovení hladin akustického výkonu po výšce komína podává jednoduchá úvaha vycházející z obecně platného vztahu pro součet hladin. Komín rozdělíme na n úseků o stejné délce, např. 1 m. Podle vztahu (53) stanovíme pokles hladin akustického výkonu po výšce komína. V každém vytčeném úseku musí platit zákon o zachování energie. Hladina akustického výkonu L w1n se rozdělí na dvě složky L W2n a L W3n. Jednotlivé členy jsou zobrazeny na obr. 47. Známe-li rozložení hladin akustického výkonu po výšce komína stanovené podle vztahu (53), pro každý takto zvolený úsek bude výkon vyzářený do okolí pláštěm dán vztahem (59) 42

Obr. 47 - Schéma vyzařování hluku z komína ( S - průřez potrubí, S2 - plocha pláště potrubí) Tento výpočet by se provedl pro všechny zvolené úseky. V kontrolním místě by pak byla zvuková zátěž sumou jednotlivých hladin L W2n. Nesmí se však zapomenout, že v kontrolním místě spolupůsobí ještě signál vyzářený z konce komína (bodového zdroje). Ten je možno určit podle vztahu pro šíření zvuku ve volném prostoru (60) Výsledná zvuková situace v kontrolním místě je pak dána logaritmickým součtem těchto dvou složek.je-li třeba rozhodnout v daném místě, jakou měrou se na hlukové situaci podílí komín, dostáváme se do složité situace. V kontrolním místě se projevují všechny signály, které se od zdroje mohou šířit jinými cestami než komínem. Je třeba stanovit akustický výkon, který komín generuje. Měření podél pláště komína je vzhledem k výšce komína obtížné. Jistou možností, umožní-li to místní situace, je změřit hluk šířící se z koruny komína. Vzhledem k charakteru spalin a rychlosti proudění je nemožné vložit mikrofon do proudu. Nejen, že bychom získali zkreslené výsledky, ale hrozilo by poškození přístroje. Ze znalosti šíření zvuku z konce potrubí je možno doporučit, volit měřicí místo přibližně pod 45 od osy proudu ve vzdálenosti přibližně 1 m. Měřicí plochu pak uvažovat kulovou. Cílem je odhalit případné tónové složky zdroje a cesty jejich šíření. Při řešení dané problematiky možno čtenáře odkázat na literaturu [13]. 7.5. Hluk čerpadel Významným zdrojem hluku v kotelnách, předávacích stanicích, ale i otopných soustavách jsou oběhová čerpadla. Hluk čerpadel se projevuje diskrétními tónovými složkami, které odpovídají základní frekvenci otáčení čerpadla. Provedenou kmitočtovou analýzou v chráněném prostoru je pak možno tyto zdroje odhalit. Čerpadla menších výkonu jsou dnes v řadě případů konstruována tzv. na mokro, tedy rotor elektromotoru pracuje v kapalině. Tato čerpadla vyzařují akustickou energii méně. Ve vzdálenosti 1 m od čerpadla činí hladina akustického tlaku přibližně 30-50 db. Obr. 48 - Oběhové čerpadlo instalované v kotelně 43

Čerpadla vyšších výkonů jsou obvykle řešena jako samostatně stojící (obr. 48) s elektromotorem spojena spojkou. Představu o hluku čerpadla v závislosti na jeho výkonu ve vzdálenosti 1 m od obrysu podává obr. 49. Obr. 49 - Hladina akustického tlaku oběhových čerpadel ve vzdálenosti 1 m od obrysu stroje Neopomene-li projektant oddělit takové čerpadlo od soustavy pryžovými kompenzátory, zbývá pro šíření zvuku cesta přes uložení čerpadla ve stavební konstrukci. Čerpadla menších výkonů mohou být držena pouze pryžovými kompenzátory (obr. 50). Obr. 50 - Čerpadlo oddělené od soustavy pryžovými kompenzátory Výkonnější stroje jsou pak usazeny na základ přes pryžové či ocelové pružiny (obr. 51). Obr. 51 - Pružný izolátor s ocelovou pružinou od firmy Getzner V případě, že nejsou známy technické parametry instalovaného čerpadla, je třeba provést měření. Tím je možno získat spektrum hladin akustického výkonu soustrojí čerpadlo elektromotor. Ideální stav při měření je běh pouze měřeného stroje, což ne vždy je možné a proto je nutné měření provést v co nejmenší vzdálenosti od stroje, nejlépe ve vzdálenosti 1 m, abychom se nacházeli v poli přímých vln. Pro zpřesnění výsledků je vhodné provést měření v několika místech. Hledané spektrum hladin akustického výkonu je pak možno získat dosazením hodnot hladin akustického tlaku do vztahu (36), kde za S dosadíme měřicí plochu. 44

7.6. Hluk ventilátorů Ventilátor je typickým představitelem zdroje aerodynamické povahy. Hlučnost ventilátoru je charakteristická spojitým širokopásmovým spektrem, které roste s mocninou obvodové rychlosti. Toto spektrum bývá někdy narušeno tzv. sirénovým hlukem, projevujícím se diskrétními tónovými složkami. Hlavní příčina hlučnosti ventilátorů je dána vysoce turbulentním prouděním vzduchu oběžným kolem a spirální skříní. K tomu se ještě připojuje mechanický hluk od ložisek, elektromotoru, spojky, převodů (u ventilátorů řemenové) ad. Tyto mechanické zdroje zvuku se vyzařují převážně do okolí ventilátoru, tedy do prostoru kotelny. Do sání a výtlaku následně pak do venkovního a vnitřního chráněného prostoru se šíří zejména hluk aerodynamický. Není-li známo spektrum hladin akustického výkonu instalovaného ventilátoru je pro kvalifikovaný odhad možno doporučit následující postup [11]. Celková hladina akustického výkonu ventilátoru je dána vztahem (61) kde je V [m 3 /s] dopravované množství vzduchu, p [Pa] dopravní tlak ventilátoru. Tvar spektra závisí na typu ventilátoru (obr. 18) a spektrum akustického výkonu ventilátoru je pak dáno vztahem (62) Ventilátor je z principu své konstrukce rotačního stroje nežádoucím zdrojem chvění, které se může přenášet dvěma hlavními cestami. První cestou je připojovací potrubí na sání a výtlaku ventilátoru. Tento přenos je možno významně snížit podobně jako u čerpadel pružnými elementy, jak dokumentuje obr. 52. Druhou cestou přenosu chvění je stavební konstrukce. Zde je opět možné uplatnit odizolování pryžovými nebo ocelovými pružinami (obr. 53). Obr. 52 - Radiální ventilátor instalovaný v kotelně 45

Obr. 53 - Uložení ventilátoru na ocelových pružinách 46

8. HODNOCENÍ HLUKU A SOUČASNÁ LEGISLATIVA Problematika hodnocení hlučnosti v bytové zástavbě není složitá, ale vyžaduje znalost základních veličin a pojmů z oblasti akustiky a legislativy. V řadě případů ten, kdo chce hodnotit hlukovou situaci ani neví, jakou veličinu hodnotíme, či jak jí stanovit. 8.1. Hladina akustického tlaku A a ekvivalentní hladina Hladina akustického tlaku A L pa [db] je jednou z hlavních veličin, podle kterých je posuzována hluková situace na pracovištích a v oblasti komunální hygieny. Slouží k jednočíselnému hodnocení hlukové situace. Ve starší literatuře byla tato veličina nazývána Hladinou zvuku L A v [dba]. Toto označení je dnes občas přejímáno ze zahraniční literatury, či zakořeněné z minulosti a není podle dnešního zavedeného značení správné, o čemž se můžeme přesvědčit nahlédnutím do výše zmiňovaného nařízení vlády č. 272/2011 Sb., kde jsou hladiny akustického tlaku A značeny pouze [db]. Hladinu akustického tlaku A stanovíme ze známých hladin akustického tlaku v oktávovém či třetinooktávovém pásmu podle následujícího vztahu (63) Útlumová charakteristika váhového filtru A značená K Ai v [db] je na obr. 54. Obr. 54 - Váhový filtr A v závislosti na kmitočtu Z grafu je patrné, že pro frekvenci 1000 Hz je hodnota váhového filtru 0 db. Na této frekvenci lidské ucho vnímá signál beze ztrát, tedy jak je ve skutečnosti vyzařován zdrojem. Pro nižší kmitočty je hodnota váhového filtru A menší než 0 db, např. pro 31,5 Hz je hodnota -39,4 db, což znamená, že lidské ucho nízké frekvence tlumí. Tyto skutečnosti souvisí s vnímáním zvuku a Weber-Fechnerovým zákonem. Váhový filtr A tedy zohledňuje kmitočtové vnímání zvuku lidským sluchovým orgánem. Uveďme nyní konkrétní výpočet hladiny akustického tlaku A od axiálního ventilátoru chladící jednotky. V kontrolním místě vzdáleném 25 m od zdroje, 2 m před fasádou domu, je známé naměřené spektrum hladin akustického tlaku v oktávovém pásmu L pi, zjištěné ve výšce 2 m nad terénem. Výpočet provedeme v rozsahu kmitočtů od 31,5 Hz do 8 000 Hz. Tab. 12 - Příklad výpočtu hladiny akustického tlaku A f [Hz] 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 L p1 [db] 52,3 50,5 50 49,2 47,5 44,3 39,4 33,1 25,9 K Ai [db] -39,4-26,2-16,1-8,6-3,2 0 1,2 1-1,1 L pi + K Ai [db] 12,9 24,3 33,9 40,6 44,3 44,3 40,6 34,1 24,8 10^(0,1.(L pi +K Ai )) 19,48 272,06 2427,65 11564,7 27038,6 26924,3 11546,9 2571,30 302,46 L pa = 49,2 db 47

Výsledná hladina akustického tlaku A L pa = 49,2 db byla získána dosazením hodnot z tab. 12 do vztahu (63). V tab. 12 jsou ve třetím řádku uvedeny obecně platné hodnoty váhového filtru A. Hodnoty váhového filtru A v třetinooktávovém pásmu nalezne čtenář např. v [11]. Pro libovolnou frekvenci je možné hodnotu váhového filtru A stanovit podle následujícího vztahu Je třeba zdůraznit, že ze známého spektra hladin akustického tlaku L pi, je možné stanovit jednočíselnou hodnotu hladiny akustického tlaku A L pa. Opačný postup není obecně možný, až na některé výjimky. Uvede-li výrobce informaci o hlučnosti svého stroje jednočíselnou formou L pa, nemůže projektant zpětně zjistit, jaké této hodnotě odpovídá spektrum, které je pro něho z hlediska návrhu protihlukových opatření důležité. Rozhodující vliv na zdraví člověka z hlediska působení zvuku má celkové množství akustické energie působící na sluchový orgán. Z toho vychází další významná veličina užívaná pro hodnocení hlučnosti - Ekvivalentní hladina akustického tlaku A L Aeq,T v [db]. Je to fiktivní ustálená hladina akustického tlaku A, která má stejné účinky na člověka během sledovaného časového úseku T, jako proměnlivá hladina akustického tlaku A za stejný čas [11]. Stanoví se jako energetický průměr podle vztahu (64). Tato veličina slouží k jednočíselnému hodnocení hlukové situace zejména v případě, že je akustický signál významně proměnný. Proměnný hluk je možné definovat změnou hladiny akustického tlaku v daném místě v závislosti na čase o více než 5 db. Na obr. 55 je zobrazen časový záznam reálného signálu. Definice ekvivalentní hladiny vychází z hypotézy, že celkový negativní účinek hluku je úměrný celkové imisi akustické energie za sledovaný čas T, což můžeme vyjádřit vztahem (64) kde je L pai [db] střední hladina akustického tlaku i-tém hladinovém intervalu, h [-] relativní četnost výskytu hladiny akustického tlaku LpAi, t [-] doba výskytu hladiny akustického tlaku LpAi. Obr. 55 - Časový průběh hladiny akustického tlaku A Již řadu let je možné k určení ekvivalentních hladin A využít funkce většiny zvukoměrů, které tuto veličinu v libovolném časovém intervalu přímo stanovují. Abychom si udělali představu, jak je ekvivalentní hladina stanovena, ukážeme si jednoduchý příklad. Statistický analyzátor rozdělí stupnici měřených hladin na dílčí intervaly, např. po 1 db. Získáme tak informace o absolutní či relativní četnosti výskytu jednotlivých hladin v těchto třídách. Budeme-li získaný časový záznam analyzovat z pohledu časového rozložení dané hladiny, můžeme podle vztahu (64) stanovit ekvivalentní hladinu akustického tlaku A tab. 13. 48

Tab. 13 - Příklad výpočtu ekvivalentní hladiny akustického tlaku A od stavební činnosti v blízkosti obytné zóny L pai [db] 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 t i [min] 0,8 1,6 6,5 3,6 16,1 14,1 20,8 22,5 40,5 31,2 56,2 38,7 53,9 L pai [db] 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 t i [min] 27,3 30,3 25,4 23,8 11,3 21,1 12,3 6,4 2 7,7 1,3 2,8 1,8 Celkový sledovaný čas T v našem příkladu 8 hodin = 480 min. Většina hygienických limitů je udávána ekvivalentní hladinou akustického tlaku A. V případě posuzování rušivých účinků zvuku se rozšíří hodnocení o další parametr, kterým je maximální hladina akustického tlaku A L Amax [db] dosažená ve sledovaném intervalu. Tato veličina, jak bude uvedeno dále, se užívá při hodnocení zdrojů zvuku, situovaných uvnitř objektu. Nedílnou součástí vyhodnocení je zjištění hluku okolí, který v případě, že je zdroj s proměnným signálem v klidu reprezentuje minimální hladina akustického tlaku A L Amin [db]. 8.2. Identifikace tónové složky ve spektru Nedílnou součástí hodnocení hlukové situace je posouzení výskytu tónových složek ve spektru. Výpočty i měření je tedy nutné řešit v závislosti na kmitočtovém složení daného akustického signálu. V naprosté většině případů je nutno sledovat vznik a šíření hluku minimálně v oktávových kmitočtových pásmech (31,5 Hz až 8 khz). V dnešní době, kdy jsou projektanti vybaveni přístrojovou technikou pro měření hluku, která je schopna udávat hladiny akustického tlaku v 1/3 oktávových pásmech, je třeba preferovat výpočet od 1/3 oktávy tj. od 25 Hz do 10 khz. Význam ve sledování 1/3 oktávového pásma spočívá právě v identifikaci tónových složek ve spektru zvuku zdroje. Podle Nařízení vlády [10] je tónová složka identifikována ve spektru, jestliže je hladina akustického tlaku v třetinooktávovém pásmu, případně i ve dvou sousedních třetinooktávách vyšší o více než 5 db než sousední třetinooktávy a v pásmu od 10 do 160 Hz je ekvivalentní hladina akustického tlaku vyšší než hodnota prahu slyšení. Na obr. 56 je uveden příklad identifikace tónové složky. Případ označený slovem NE není tónovou složkou, i když splňuje podmínku, že je tato hladina o více jak 5 db vyšší než sousední. Protože je tato hodnota v pásmu od 10 do 160 Hz, musí zde být současně splněna podmínka, že příslušná hladina akustického tlaku musí být vyšší než hodnota prahu slyšení, což splněno není. Nejde tedy o tónovou složku. Je jasné, že tónová složka ve spektru signálu zdroje bude negativním faktorem pro exponované osoby. Obr. 56 - Identifikace tónové složky ve spektru zvuku A právě identifikace tónové složky vede podle [10] ke zpřísnění místně daného hygienického limitu o 5 db. Tzn. bude-li např. v chráněném venkovním prostoru obytné stavby v noční době hygienický limit L Aeq,1h = 40 db, dojde vlivem identifikace tónové složky ve spektru k jeho zpřísnění na hodnotu 35 db, do doby odstranění této tónové složky ze spektra zdroje hluku. 49

8.3. Legislativa v České republice V oblasti komunálního hluku je nejvýznamnějším zdrojem nadlimitní hlučnosti doprava, která zvláště ve větších obytných zónách převyšuje ostatní zdroje. To ovšem neznamená, že by v těchto oblastech nebyly ostatní zdroje sledovány. Při posuzování hlukové zátěže se postupuje tak, že se samostatně hodnotí podle platné legislativy, v daném kontrolním místě dopravní zdroje (dopravní komunikace) a samostatně ostatní zdroje, tedy i stacionární zdroje techniky prostředí, i když mají mnohem přísnější přípustné limity hluku než doprava. Z toho by se mohlo zdát, že pokud bude nově umisťován stacionární zdroj do blízkosti hlučné komunikace, schová se jeho hlučnost, podle vztahu pro logaritmický součet, za hluk dopravy, což podle výše uvedeného není možné uplatnit. V České republice je ochrana obyvatel před hlukem zakotvena v zákoně č. 258/2000 Sb., o ochraně veřejného zdraví, který byl v prosinci 2015 novelizován. Novelizace byla provedena zákonem č. 267/2015 Sb. Jednotlivé hygienické limity jsou pak obsahem nařízení vlády č. 272/2011 Sb. o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací. Toto nařízení vlády bylo v červenci 2016 novelizováno a jednotlivé změny byly uveřejněny ve Sbírce zákonů pod číslem 217/2016 Sb. Pro projektanty a pracovníky v oblasti vytápění přináší tyto novely řadu změn, které budou diskutovány dále. V říjnu 2017 vstoupil v platnost nový metodický návod pro hodnocení hluku v komunální sféře [8], který reaguje na výše uvedené novely. 8.4. Zákon o ochraně veřejného zdraví č. 258/2000 Sb. Významným paragrafem z hlediska posuzování hluku je 77, který se věnuje problematice ochrany staveb před vnějšími zdroji hluku. Podle 77 odst. 1 orgán ochrany veřejného zdraví je dotčeným orgánem, což znamená, že při stavebních řízeních, žádostech o umístění stavby, územních řízeních atd., je stavební úřad podle 77 odst. 3 zákona, povinen oslovit orgán ochrany veřejného zdraví, který k předmětné stavbě vydá stanovisko, které může vázat na splnění určitých podmínek. Z hlediska ochrany veřejného zdraví jsou sledovány stavby rodinných a bytových domů, stavby pro předškolní a školní výchovu a vzdělávání, stavby pro zdravotní a sociální účely a funkčně obdobné stavby. Vždy platilo, že se hygiena vyjadřovala ke stavebnímu povolení, zvláště u větších staveb či specifických zdrojů, avšak v dnešní době s rostoucí popularitou tepelných čerpadel jako zdrojů tepla rodinných domů (dále jen RD) a současně se množícími stížnostmi na tyto zdroje z hlediska hluku je takovýto legislativní tlak na snižování jejich akustických emisí pochopitelný. Podle 77 odst. 4 zákona, stavebník předloží kromě dosud požadovaných podkladů i měření hluku, provedené podle 33a fyzickou či právnickou osobou, která je držitelem osvědčení o akreditaci nebo držitelem autorizace podle podmínek stanovených Ministerstvem zdravotnictví ČR. Takovouto osobou není držitel autorizace ČKAIT, který je obvykle autorem stavební části projektu. Pro stavebníky malých staveb typu RD je to v každém případě navýšení nákladů, ale současně lepší ochrana budoucích nájemníků před hlukem. Cílem opatření je ochrana nejen obyvatel, ale současně i provozovatelů zdrojů zvuku. Snahou tohoto paragrafu bylo tzv. zajištění priority v území, což znamená, že pokud je v území zdroj zvuku a do území vstupuje jako druhý RD, je povinností stavebníka, aby na své náklady provedl taková opatření, která ochrání stavbu před vnějšími zdroji hluku, které již v území jsou. A naopak, pokud jsou v území již rodinné domy a nově je plánována stavba zdroje hluku, u něhož se předpokládá vyšší hlučnost, je na straně provozovatele, aby navrhl taková opatření, která povedou k dodržení limitů v daném území. Autorizované či akreditované měření hluku je podkladem orgánů ochrany veřejného zdraví při vydávání souhlasného nebo zamítavého stanoviska. Ochranou před hlukem se rozumí ochrana před nadlimitním hlukem. Nadlimitní hluk je hluk překračující hygienický limit daný nařízením vlády č. 272/2011 Sb. ve znění novely č. 217/2016 Sb. Pokud zdroj či stavba vstupují do nadlimitně zatíženého území, je povinností investora záměru předložit nejen měření, ale též akustickou studii dokumentující způsoby dodržení hygienických limitů. V případě provozovatele zdroje jde o opatření ke snížení hluku zdrojů, nebo v případě chráněného objektu jde o návrh pláště stavby s dostatečnou neprůzvučností (ochrana obyvatel objektu). V nadlimitní oblasti nemůže být stavba zbavena nároku na ochranu proti hluku. Stavebník je povinen, pokud je stavba v zájmu ochrany veřejného zdraví, provést ochranná opatření. V opačném případě nemá nárok požadovat opatření od správce zdroje hluku. V případě, že chráněný objekt vstupuje do oblasti s podlimitním hlukem, nemá stavebník povinnost realizovat protihluková opatření. Prokázat zda jde o území s pod, nebo nadlimitní zátěží lze měřením nebo výpočtem, obvykle výpočtovým softwarem, v němž je nutné uvažovat všechny zdroje, které budou mít na akustickou situaci v daném místě vliv. V mnoha případech, zvláště pro jednotlivé RD, je časově i finančně výhodnější provést autorizované nebo akreditované měření, které doloží, zda je místní situace nad nebo podlimitní. Je třeba si uvědomit, že výsledky realizovaného akustického modelu bez měření na místě nemusí být správné. Pokud je realizován výpočet, je prokazatelným výsledkem údaj minimálně o 3 db nižší než místní hygienický limit. Důležitou informací pro provozovatele zdrojů je způsob postupu orgánu ochrany veřejného zdraví ve věci posouzení zvýšené hlučnosti zdrojů zvuku. Pokud je zdroj hluku umístěn v podlimitní oblasti a dojde k navýšení jeho hlučnosti o 2 db a více a současně hygienický limit není překročen, není toto postihováno. Jakmile by v budoucnu bylo zjištěno překročení limitu, je povinnou osobou provozovatel zdroje. 50

8.5. Nařízení vlády o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací Tepelné soustavy patří mezi stacionární zdroje hluku v objektech. Jejich zdroje i části bývají umisťovány uvnitř či vně objektů a tím mohou zhoršovat akustickou situaci v daném kontrolním místě. Pro účely tohoto nařízení jsou definovány tři hlavní typy sledovaných prostorů. Chráněné venkovní prostory jsou nezastavěné pozemky určené k rekreaci, sportu, léčení a výuce. V nařízení vlády [10] je definování prostoru významného z hlediska pronikání hluku. Za prostor významný z hlediska pronikání hluku se považuje prostor před výplní otvoru obvodového pláště stavby, zajišťující přímé přirozené větrání, za níž se nachází chráněný vnitřní prostor stavby, pokud tento chráněný prostor nelze přímo větrat jinak. Obvykle jde o části obvodového pláště s nejnižší hodnotou vzduchové neprůzvučnosti, jako jsou okna, ale i větrací otvory ve fasádě. Podle 30 ods. 3 zákona č. 258/2000 Sb., se chráněným venkovním prostorem staveb rozumí prostor do vzdálenosti 2 m před částí jejich obvodového pláště, významný z hlediska pronikání hluku zvenčí do chráněného vnitřního prostoru bytových domů, rodinných domů, staveb pro předškolní a školní výchovu a vzdělávání, staveb pro zdravotní a sociální účely atd. (obr. 57). Pro účely měření je chráněný venkovní prostor definován vzdáleností od fasády 0,5 až 2 m. Obr. 57 - Chráněné prostory podle nařízení vlády Chráněné vnitřní prostory staveb jsou prostory bytových domů, rodinných domů, staveb pro předškolní a školní výchovu a vzdělávání, staveb pro zdravotní péči a obytné místnosti ve všech stavbách. Do těchto prostorů nepatří chodby, komory, koupelny, ateliéry ani hotelové pokoje. Dále je v [10] 2 ods. p) definován pojem stacionárního zdroje, který jednoznačně určuje, že zařízení pro větrání a vytápění jsou stacionárními zdroji zvuku, pokud jsou pevnou součástí objektu (bez nichž nemůže budova sloužit k požadovanému účelu) a jsou instalována v rámci výstavby a se stavbou kolaudována. Do této kategorie spadají též tepelná čerpadla ve výše vyjmenovaných objektech. Za stacionární zdroj nejsou považovány zdroje tepla, pokud jsou v objektech mimo obytnou budovu (např. bazén vedle RD). Stejně tak nejsou stacionárními zdroji různé větrací jednotky, které mají funkci vytápění a jsou do objektu instalovány dodatečně. Tyto zdroje jsou považovány ve smyslu tohoto nařízení za tzv. sousedský hluk. Jsou určeny ke zvýšení komfortu bydlení a nikoliv primárně k vytápění. 8.5.1. Hygienické limity hluku v chráněných vnitřních prostorech staveb Nařízení vlády pracuje s pojmem Určující ukazatel hluku, kterým je ve vnitřním prostoru ekvivalentní hladina akustického tlaku A L Aeq,T v [db], kde index T vyjadřuje délku sledovaného časového intervalu v případě, že se hluk šíří do vnitřního prostoru vzduchem zvenčí. V denní době se hygienický limit pro stacionární zdroje stanoví pro 8 souvislých na sebe navazujících nejhlučnějších hodin. V noční době je limit stanoven pro nejhlučnější 1 hodinu. Druhým určujícím ukazatelem hluku je maximální hladina akustického tlaku A L Amax v [db] v případě, že se hluk šíří ze zdrojů uvnitř objektu. Základní limitní hodnoty jsou L Aeq,T = 40 db L Amax = 40 db K tomuto limitu se připočte korekce zohledňující druh chráněného prostoru a denní a noční dobu. Pro ilustraci jsou v tab. 14 uvedeny druhy chráněných vnitřních prostorů s příslušnými limitními hodnotami. Nedílnou součástí hodnocení hlukové situace je posouzení výskytu tónových složek ve spektru. V případě, že se ve spektru posuzovaného zdroje vyskytuje tónová složka, je třeba k základnímu limitu přičíst korekci -5 db (tab. 14 sloupec pátý). Jak bylo výše uvedeno, tónové složky se hodnotí v třetinooktávovém pásmu. Je-li některá z hladin akustického tlaku v třetinooktávovém pásmu, případně i ve dvou bezprostředně sousedních třetinooktávách o více než 5 db vyšší, než hladiny v obou sousedních třetinooktávových pásmech, je ve spektru identifikována tónová složka. Typickými zdroji, v jejichž spektru se vyskytují tónové složky, jsou kotle, tepelná čerpadla, kompresory i oběhová čerpadla. 51

Tab. 14 - Hygienické limity vybraných chráněných vnitřních prostor Druh chráněného vnitřního prostoru Nemocniční pokoje Obytné místnosti Přednáškové síně, učebny, pobytové místnosti škol Doba pobytu od 6:00 do 22:00 od 22:00 do 6:00 od 6:00 do 22:00 od 22:00 do 6:00 Korekce Limit Limit 40 db tónové složky [ db ] [ db ] [ db ] 0-15 0-10 40 25 40 30 po dobu užívání 5 45 40 35 20 35 25 Prostřednictvím maximální hladiny akustického tlaku A by byly posuzovány i zdroje umístěné mimo budovu, jejichž hluk proniká do vnitřního prostoru konstrukcemi nebo podložím. Chceme-li mít představu o tom, jaký je rozdíl v případě, že bychom posuzovali výkonově stejný zdroj hluku uvnitř objektu a klasifikovali bychom ho v prvém případě jako stavební činnost uvnitř objektu, a ve druhém případě jako zdroj uvnitř objektu, např. vzduchotechniku získáme takovéto srovnání. První případ by byl posuzován veličinou L Aeq,T = 40 db, druhý L Amax = 40 db. V grafu na obr. 58 máme srovnání informací posuzovaného zdroje, spektru ekvivalentních hladin (modré sloupce) a maximálních hladin (červené sloupce). Stanovíme-li celkovou hladinu akustického tlaku A ekvivalentní 39,3 db a maximální 41,7 db, je patrný jejich rozdíl 2,4 db. V případě, že tedy projektant opomene, že zařízení techniky prostředí instalované v objektu bude hygienickým předpisem posuzováno podle maximální hladiny a ne ekvivalentní, může v případě, že se pohybuje na hranici limitu tento limit překročit. Obr. 58 - Ekvivalentní a maximální spektrum hladin akustického tlaku - příklad Nyní můžeme nabýt dojmu, že pokud bude v objektu probíhat stavební činnost, budou limitní hodnoty ve shodě s údaji v tab. 14. Je tomu tak, ale jak uvádí nařízení vlády, je třeba v pracovních dnech mezi 7 až 21 hodinou přičíst k ekvivalentní hladině akustického tlaku A 40 db korekci +15 db. Přípustný hygienický limit tak např. v obytné místnosti bude ve výše uvedené době 55 db. 52

8.5.2. Hygienické limity hluku v chráněných venkovních prostorech staveb a v chráněných venkovních prostorech Určujícím ukazatelem hluku je ekvivalentní hladina akustického tlaku A L Aeq,T v [db]. Shodně jako při posuzování chráněných vnitřních prostorů staveb je doba sledování škodlivého hluku v denní době od 6:00 do 22:00 hodin, tj. 8 souvislých na sebe navazujících nejhlučnějších hodin a v noční době, tedy od 22:00 do 6:00 hodin pouze jedna nejhlučnější hodina. Základní hygienický limit ekvivalentní hladiny akustického tlaku A pro stacionární zdroje je L Aeq,T = 50 db K tomuto limitu je třeba připočíst korekci zohledňující druh chráněného prostoru a denní a noční dobu. V tab. 15 jsou uvedeny druhy chráněných venkovních prostorů a chráněných venkovních prostorů staveb s příslušnými limitními hodnotami. Pro chráněné venkovní prostory staveb je třeba v noční době limitní hodnoty uvedené v tabulce korigovat hodnotou -10 db. To znamená, že bude-li posuzován hluk stacionárního zdroje (sloupec 1 v tab. 15), v chráněném venkovním prostoru obytného domu bude hygienický limit v denní době L Aeq,8h = 50 db a v noční době L Aeq,1h = 40 db. K tomuto limitu je třeba připočíst korekci zohledňující druh chráněného prostoru a denní a noční dobu. V tab. 15 jsou uvedeny druhy chráněných venkovních prostorů a chráněných venkovních prostorů staveb s příslušnými limitními hodnotami. Jednotlivé sloupce reprezentují následující zdroje 1) Hluk od stacionárních zdrojů. 2) Hluk z dopravy na silnicích III. třídy. 3) Hluk z dopravy na dálnicích a silnicích I. a II. třídy. 4) Hluk z dopravy v případě staré hlukové zátěže na pozemních komunikacích vzniklé do 30. 12. 2000. Tab. 15 - Hygienické limity chráněných venkovních prostor a chráněných venkovních prostor staveb Druh chráněného prostoru Chráněný venkovní prostor staveb lůžkových zdravotnických zařízení včetně lázní Chráněný venkovní prostor lůžkových zdravotnických zařízení včetně lázní Chráněný venkovní prostor ostatních staveb a chráněný ostatní venkovní prostor Hygienický limit L Aeq,T [db] 1) 2) 3) 4) 45 50 55 65 50 50 55 65 50 55 60 70 8.6. Nejistoty měření Při měření a hodnocení hluku se postupuje podle českých norem z oborů akustiky a elektroakustiky. Při hodnocení hlukové situace je vždy nutné uplatnit nejistotu. Nejistota měření se u výsledné naměřené hodnoty vyjadřuje jako rozšířená nejistota U, získaná z kombinované standardní nejistoty u c násobená koeficientem rozšíření k =2. Výsledek měření je pak uváděn v hodnotě měřené veličiny (65) Stanovení nejistot měření vychází z principů pravděpodobnosti. Nejistota měření není konstantní hodnotou, a to jak mezi různými laboratořemi, tak i jednotlivými měřiči. Závisí na mnoha faktorech při měření, stejně tak jako na blízkosti výsledné hodnoty hygienickému limitu. Pro kvalifikovaný odhad rozšířené nejistoty U při měření ekvivalentní hladiny akustického tlaku A L Aeq,T je možné použít tabulku D1 v [8]. Pro představu, je možno očekávat, že nejistota při měření v interiéru i exteriéru dosahuje přibližně hodnot 1,8 až 2 db. Výpočtem nejistoty podle dostupných podkladů, je možné získat hodnoty i nižší a více odpovídající skutečnosti, než uvádí tab. D1 v [8]. 53

Tato tabulka se někdy ne zcela správně uplatňuje i při měření maximální hladiny akustického tlaku A LAmax. Při měření a hodnocení je nutné vždy striktně dodržet délky časových úseků pro hodnocení tak, jak je nařízení vlády stanovuje, tj. je-li předmětem hodnocení např. akustický stav prostředí v noční době, kdy je hodnocen časový úsek 1 nejhlučnější hodiny, může nastat situace, kdy v ostatních 7 hodinách je hygienický limit dodržen a pouze v 1 hodině překročen, je toto jednoznačný důkaz o překročení limitu. Důvod je jednoduchý. Mechanismem poškození zdraví je rušení spánku, tzn., není důležité, v jakou dobu k rušení dochází, ale jaká je intenzita rušivého signálu. Tab. 16 - Hodnoty rozšířené nejistoty U (tab. D1 v [8]) Druh hluku Hluk s odstupem více než 10 db od hluku pozadí Hluk s odstupem 4-10 db od hluku pozadí Rozšířená nejistota U při měření ekvivalentní hladiny akustického tlaku L Aeq,T Interiér Exteriér 1,7 db 1,7 db 2,0 db 1,8 db Posouzení splnění nebo nesplnění hygienického limitu určuje hygienik nebo v případě sporu soud. Výsledná hodnota hladiny akustického tlaku nepřekračuje, podle [2] 20 hygienický limit jestliže: (3) Při měření v chráněném venkovním prostoru staveb se do změřené hodnoty projeví odrazy od blízkých ploch. Při posuzování hlučnosti se podle [10] pracuje s dopadající zvukovou vlnou, což znamená, že od naměřené hladiny akustického tlaku A se podle [9]odečte hodnota korekce na odrazy 2 nebo 3 db. V literatuře [8], [10] nalezneme způsob hodnocení, ze kterých vychází orgány OVZ. Mohou nastat tyto situace: nejvyšší přípustná hladina je prokazatelně dodržena nejvyšší přípustná hladina je prokazatelně překročena nejvyšší přípustná hladina leží v pásmu nejistoty měření tj. např. je-li naměřena hodnota LAeq,1h= 41,2 db a rozšířená nejistota U = 1,3 db 54

V tomto případě je podle [10] 20 hygienický limit prokazatelně splněn, protože jak uvádí tento paragraf Výsledná hodnota hladiny akustického tlaku A prokazatelně nepřekračuje hygienický limit, jestliže výsledná ekvivalentní hladina akustického tlaku A po odečtení hodnoty kombinované rozšířené nejistoty je rovna nebo je nižší než hygienický limit. Seznámili jsme se s metodikou hodnocení hlučnosti v mimopracovním prostředí podle nařízení vlády č. 272/2011 Sb, jednotlivými limity a metodikou hodnocení. Projektantům i všem ostatním, kteří dodávají, nebo realizují technická díla, jejíchž hlučnost se dotýká nejen bytové zástavby, mohu ze zkušenosti doporučit nepodcenit problematiku hlučnosti, a to i v případech, kdy výrobce garantuje nízké hodnoty hluku stroje. Nikdy totiž není zaručeno, že zařízení bude správně instalováno, provozováno atd. a v drtivé většině případů hlučnost zařízení v konkrétní instalaci roste, nikoliv klesá vlivem odrazů aj.! V případě, že projektant provede kontrolní akustické výpočty podle metodik šíření zvuku ve venkovním nebo uzavřeném prostoru, vždy musí pamatovat na nejistoty měření. Je vždy vhodné počítat s určitou rezervou a to alespoň 5 db. Tzn., jestliže je konkrétní hygienický limit např. v bytě v ložnici roven L Aeq,1h = 30 db, je vhodné, aby projektované zařízení v kontrolní místě, vykazovalo hladinu akustického tlaku A L pa = 25 db. Proč? Protože bude-li v této místnosti provedeno měření s nejistotou 2 db a současně bude ve spektru odhalena tónová složka, která zpřísňuje hygienický limit o 5 db, tzn., že limitní hodnota je v pásmu nejistoty měření a chyba při realizaci díla omylem navýší vypočtenou hodnotu z 25 db na např. 28 db, limit tak nebude splněn. Snížení hlučnosti o 2 až 3 db nebo odstranění tónové složky nemusí představovat náročný problém, ale větší redukce už mohou znamenat výrazné navýšení nákladů nebo výměnu zařízení za jiné tišší. 55

Použité zdroje [1] Čechura, J.: Stavební fyzika 10. Praha: Vydavatelství ČVUT, 1999. 173 s. ISBN 80-01-01593-9. [2] D. D. Reynolds, J. M. Bledsoe, Algoritmus for HVAC Acoustics, ASHRAE, 1991. [3] Dědourek, M.: Rezonanční jevy spalovacích zařízení. Diplomová práce, Fs ČVUT v Praze, 2001 [4] Kaňka, J., O výpočtech útlumu zvuku ohybem. TZB info, 10. 3. 2012. Dostupné z: http://stavba.tzb-info.cz/akustika-a-hluk/6618-o-vypoctech-utlumu-zvuku-ohybem. [5] Kaňka, J.: Stavební fyzika 31. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2004. 121 s. ISBN 80-01-02861-5. [6] Králíček, J., Kučera M.: Acoustic Assessment and Design of Acoustic Protection for Heat Pumps. In: VVI, 2017, ročník 26, číslo 6, s. 322-327. ISSN 1210-1389. [7] Kučera, M., Nový, R., Bašta, J.: Linear Sources with Non-linear Distribution of Sound Energy. In: Proceedings of the Fourteenth International Congress on Sound and Vibration. Cairns: The International Institute of Acoustics and Vibration, 2007, SBN 978-0-7334-2516-5. [8] Metodický návod pro měření hluku v mimopracovním prostředí - MZDR 47681/2017-2/OVZ. [9] Metodický návod pro hodnocení hluk v chráněném venkovním prostoru staveb, Č. j.: 62545/2010-OVZ-32.3-1.11.2010. [10] Nařízení vlády č. 272/2011 Sb. o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací, ve znění novely 217/2016 Sb. [11] Nový, R., Hluk a chvění. Vydavatelství ČVUT v Praze, 2000. 389 s. ISBN 80-02246-3. [12] Nový, R.: Hluk spalovacích zařízení. In: VVI, 2011, ročník 20, číslo 4a, s. 175-184. ISSN 1210-1389. [13] Nový, R., Kučera M.: Hluk vyzařovaný komíny. In: VVI, 2018, ročník 27, číslo 4, s. 212-219. ISSN 1210-1389. [14] Zákona č. 258/2000 Sb., o ochraně veřejného zdraví a o změně některých souvisejících zákonů, ve znění pozdějších předpisů. 56

57