Tento článek se věnuje akustickým vlastnostem stěnových konstrukcí s dřevěnými prvky, které jsou určeny zejména pro obytné budovy. Popsány jsou tři příklady stěn: příčka mezi dvěma místnostmi v rámci jednoho bytu, stěna oddělující dva různé byty a obvodová stěna. Rozbor je založen na výsledcích laboratorních zkoušek vzduchové neprůzvučnosti. Stěny mají ve všech případech dřevěný nosný rám s vláknitou izolační výplní a oboustranný obklad stavebními deskami. Obvodová stěna je opatřena vnějším tepelněizolačním kompozitním systémem (ETICS).
Stěny s prvky ze dřeva a na bázi dřeva
V České republice jsou stále nejvíce používanými konstrukcemi v novostavbách obytných budov tradiční zděné a betonové stěny. V posledních letech nicméně roste také oblíbenost dřevěných konstrukcí, především pro výstavbu rodinných domů. Podle údajů Českého statistického úřadu vzrostl za uplynulých 20 let podíl dřevostaveb rodinných domů z přibližně 1 % na 15 %. V současné době roste také zájem o větší využití konstrukcí na bázi dřeva i pro bytové domy a jiné budovy, ať už v podobě nosných stěn, příček nebo obvodových plášťů. Vyvíjeny jsou nové stavební systémy kombinující různé materiály jako dřevo, beton, zdivo, ocel atd. Cílem je využít předností jednotlivých materiálů pro snížení jejich spotřeby a pro zlepšení udržitelnosti. Akustické vlastnosti lehkých vícenásobných stavebních prvků se od tradičních zděných stěn liší, jejich porovnání a nové zkušenosti proto mohou být přínosné pro praxi.
Příčky s jednoduchým rámem pro rodinné domy a byty
Vnitřní příčky oddělující místnosti v rámci bytů v rodinných nebo bytových domech mívají jednoduchý dřevěný rám s tloušťkou sloupků mezi 60 mm a 120 mm, vyplněný minerální vatou a oboustranně opláštěný jednou vrstvou sádrovláknitých nebo sádrokartonových desek. Celková tloušťka zkušební stěny (A) byla 150 mm a plošná hmotnost 45 kg.m–2 (včetně dřevěného rámu). Závislost neprůzvučnosti této stěny na frekvenci je uvedena na obr. 1 spolu s průběhem neprůzvučnosti běžné zděné příčky (B) (z oboustranně omítnutých děrovaných keramických cihel o celkové tloušťce 145 mm a plošné hmotnosti 135 kg.m–2).
Vážená (laboratorní) neprůzvučnost obou stěn je Rw = 42 dB. Příčka s dřevěnou konstrukcí vykazuje nižší neprůzvučnost ve frekvenční oblasti pod 125 Hz (rezonanční kmitočet f0 ≈ 55 Hz) a v oblasti nad 1600 Hz (kritický kmitočet fc ≈ 2380 Hz). Pro příčku (A) je hodnota Rw + C50–3150 rovna 39 dB, zatímco pro zděnou příčku (B) Rw + C50–3150 = 40 dB.
Změna tloušťky vzduchové mezery nemá na vzduchovou neprůzvučnost výrazný vliv, neboť ta je limitována přenosem zvuku dřevěnými sloupky, které představují tuhé akustické spojení mezi oběma plášti. Zlepšení zvukové izolace lze dosáhnout především vložením pružných kovových profilů do konstrukce příčky nebo přidáním vrstvy či vrstev deskového obložení.
Stěny s dvojitým rámem pro bytové domy
Zkušební stěna (C) měla dva nezávislé dřevěné rámy vyplněné minerální vatou a vzájemně oddělené vzduchovou mezerou. Každý rám byl z vnější strany opláštěný dvěma vrstvami sádrovláknitých desek (celková tloušťka stěny byla 320 mm a plošná hmotnost 95 kg.m–2, včetně dřevěných rámů). Výsledky měření jsou uvedeny na obr. 2 plnou čarou, zatímco přerušovaně je vyznačen průběh neprůzvučnosti těžké zděné stěny (D) (z oboustranně omítnutých děrovaných keramických cihel o celkové tloušťce 280 mm, s plošnou hmotností 315 kg.m–2).
Vážená neprůzvučnost lehké dvojité stěny (C) s dřevěnými prvky je Rw = 70 dB a zděné stěny (D) Rw = 55 dB. Dřevěná stěna má nižší neprůzvučnost pouze ve frekvenční oblasti pod 80 Hz (rezonanční kmitočet f0 ≈ 30 Hz). Pro stěnu (C) s dřevěným rámem je Rw + C50–3150 = 62 dB, zatímco pro zděnou stěnu (D) Rw + C50–3150 = 54 dB.
Obvodová stěna
Obvodové stěny dřevostaveb mají větší tloušťku a více vrstev v porovnání s vnitřními stěnami. Na exteriérové straně bývají opatřeny systémem ETICS a na interiérové straně sádrokartonovým obložením. Akustické vlastnosti takových vícevrstvých stěnových konstrukcí jsou ve srovnání s vnitřními stěnami komplexnější, jak je dále ilustrováno na obr. 3 na příkladu difuzně otevřené obvodové stěny moderní pasivní dřevostavby. Pro názornost jsou zde kromě neprůzvučnosti celé skladby uvedeny také hodnoty pouze pro základní prvek (F) (rám na bázi dřeva s obložením).
Zkušební stěna (E) měla rám z předem izolovaných dřevěných nosníků s průřezem tvaru I 60/160 mm, mezi které byla vložena dřevovláknitá výplň. Na exteriérové straně byly difuzně otevřené dřevovláknité desky s vyšší hmotností (9 kg.m–2) a se systémem ETICS (tepelněizolační dřevovláknité desky tl. 60 mm s hmotností 265 kg.m–3 a se základní vrstvou omítky s perlinkou). Na interiérové straně byly OSB desky (9 kg.m–2), vzduchová mezera 40 mm s vodorovnými dřevěnými profily, dřevovláknitou výplní a sádrovláknitými deskami (14 kg.m–2). Celková plošná hmotnost stěny byla 70 kg.m–2, tloušťka 310 mm a součinitel prostupu tepla přibližně 0,18 W.m–2. K–1.
Vážená neprůzvučnost obvodové stěny (E) je Rw = 51 dB a Rw + Ctr = 42 dB. Základní prvek má tyto vlastnosti: Rw = 40 dB a Rw + Ctr = 34 dB, po provedení systému ETICS došlo ke změně na Rw =42 dB a Rw + Ctr = 36 dB s největším zlepšením ve frekvenční oblasti nad 1000 Hz.
Závěr a doporučení
Přístupy k hodnocení vzduchové neprůzvučnosti v budovách napříč Evropou jsou popsány v závěrečné publikaci akce COST TU0901 [2]. Vzájemně se velmi liší, pro jejich harmonizaci bylo doporučeno používat jednočíselné veličiny včetně faktorů přizpůsobení spektru, přednostně v rozšířené frekvenční oblasti až na 50 Hz, především pro konstrukce s rezonančním kmitočtem pod 100 Hz. Toto rozšíření je důležité pro zdroje zvuku s výraznými nízkofrekvenčními složkami (např. pro domáci kina, reprodukovanou hudbu), ale není tak významné pro běžné zdroje jako řeč, TV atd., jak uvádí Rindel [3] a další autoři. Obecně, veličinu R´w + C50–3150 (nebo DnT, w + C50–3150) místo R´w je tedy vhodné používat především pro hodnocení a vzájemné porovnávání mezibytových stěn v bytových domech, případně stěn oddělujících obývací pokoje od ostatních obytných místností téhož bytu v bytových i rodinných domech.
Výsledky měření laboratorní vzduchové neprůzvučnosti lehké a těžké stěny popsané výše (pro stěnu (A) a (B)) se zásadně liší ve dvou frekvenčních oblastech, avšak hodnoty Rw a R´w + C50–3150 jsou pro obě stěny téměř shodné. Nicméně je třeba poznamenat, že vzduchová neprůzvučnost lehkých montovaných stěn na stavbě bývá ovlivněna bočním přenosem zvuku více než u zděných stěn. Konvenční hodnota korekce vážené neprůzvučnosti na boční přenos je 2 dB pro těžké stěny a 5 dB a více pro lehké stěny. Vezmeme-li toto v úvahu a použijemeli hodnoty Rw uváděné výrobci pro zděné příčky s celkovou tloušťkou okolo 145 mm, můžeme předpokládat váženou laboratorní neprůzvučnost Rw ≈ 42–47 dB, resp. váženou stavební neprůzvučnost R´w ≈ 40–45 dB a R´w + C50–3150 ≈ 38–43 dB.
Abychom dosáhli stejných hodnot také pro lehkou stěnu s jednoduchým dřevěným rámem (typ A), je nutné provést některou z těchto doporučených úprav (obr. 4):
▪ na obou stranách konstrukce provést dvojité opláštění sádrokartonovými deskami (eventuálně zdvojit opláštění alespoň na jedné straně v případě těžkých stavebních desek, např. sádrovláknitých),
▪ zachovat jednoduché opláštění na obou stranách, avšak přerušit jejich vzájemné spojení vložením pružných kovových profilů mezi dřevěné sloupky a opláštění na jedné straně konstrukce.
Takto upravené lehké stěny zajistí stejnou míru zvukové izolace jako zděné příčky a současně budou splňovat požadavek R´w, pož ≥ 42 dB, který platí v ČR pro stěny mezi nejméně jednou obytnou místností bytu a všemi ostatními obytnými místnostmi téhož bytu [4].
Pro lehkou stěnu s dvojitým dřevěným rámem (C) lze na základě výsledků popsaných výše předpokládat váženou stavební neprůzvučnost R´w ≈ 65 dB a R´w + C50–3150 ≈ 57 dB. Pro zděnou stěnu (D) R´w ≈ 53 dB a R´w + C50–3150 ≈ 52 dB. To znamená, že dřevěná stěna (typ C) je z hlediska zvukové izolace sice lepší než stěna zděná, ale rozdíl mezi nimi není tak velký, jak by se mohlo zdát jen z porovnání hodnot Rw. Obě stěny splňují požadavek vzduchovou neprůzvučnost mezi byty R´w, pož ≥ 53 dB.
Porovnání vzduchové neprůzvučnosti lehké obvodové stěny s dřevěným rámem a zděné stěny je obtížné, neboť skladba obvodových zděných stěn je velmi variabilní (včetně skladby ETICS). Zjednodušeně, Rw okolo 51 dB, které bylo změřeno pro dřevěnou stěnu pasivního domu (stěna (E)), lze očekávat také u zděných obvodových stěn. Vezmeme-li v úvahu faktor přizpůsobení spektru, v tomto případě pro hluk z dopravy Ctr, veličina Rw + Ctr pro zděnou stěnu bude přibližně o 5 dB vyšší než pro zkušební lehkou stěnu (Rw + Ctr = 42 dB). Tento rozdíl lze odstranit nezávislým vnitřním sádrokartonovým obložením (předsazenou stěnou). Pro jinou obvodovou stěnu na bázi dřeva (s celkovou tloušťkou 330 mm) opatřenou takovým nezávislým obložením byla změřena hodnota Rw + Ctr = 46 dB [1]. Požadavky na vzduchovou neprůzvučnost obvodových plášťů budov jsou stanoveny v závislosti na jejich expozici venkovním hlukem. Hodnocení zvukové izolace obvodového pláště je tedy u každé budovy individuální, navíc je velmi ovlivněno akustickými vlastnostmi oken.
Poděkování
Tento článek vznikl za finanční podpory MŠMT v rámci programu NPU I č. LO1605. Článek vychází z příspěvku předneseného na konferenci Acoustics 2019.
JIŘÍ NOVÁČEK, JAROSLAV HEJL
Foto: archiv autorů
Literatura:
1) NOVÁČEK, J. Sound insulation of new wood-based curtain wall system. In Tagungsband – 42. Jahrestagung für Akustik: March 14–17, 2016, Aachen, Germany. Berlin: German Acoustical Society (DEGA), 2016.
2) RASMUSSEN, B. (Editor), MACHIMBARRENA, M. (Editor). COST Action TU0901 – Building acoustics throughout Europe. Volume 1: Towards a common framework in building acoustics throughout Europe. DiScript Preimpresion, S. L., 2014.
3) RINDEL, J. H. Sound Insulation in Buildings. CRC Press, 2017.
4) ČSN 73 0532 Akustika – Ochrana proti hluku v budovách a posuzování akustických vlastností stavebních výrobků – Požadavky, 2010.
Ing. Jiří Nováček, Ph. D., (*1979)
– absolvoval Fakultu stavební ČVUT. Působí v Univerzitním centru energeticky efektivních budov ČVUT. Specializuje se na stavební a prostorovou akustiku.
Ing. Jaroslav Hejl (*1988)
– absolvoval Fakultu stavební ČVUT, obor budovy a prostředí. Působí v Univerzitním centru energeticky efektivních budov ČVUT. Specializuje se na stavební a prostorovou akustiku.
