Puurakennusten akustisia erityispiirteitä

Transkriptio

1 Puurakennusten akustisia erityispiirteitä FT Jaana Jokitulppo, suunnittelupäällikkö A-Insinöörit Suunnittelu

2 A-Insinöörit 730 asiantuntijaa 10 % vuotuinen kasvu Perustettu nettosuositteluindeksi Projekteja yli 60maassa Leankoulutettuja Aluetoimistoa Toimialoja 3

3 Akustiikkayksikkö Asiantuntemusta 19 hengen voimin Espoo, Turku, Tampere, Kuopio, Oulu Yksikönjohtaja Mikko Kylliäinen Tekniikan lisensiaatti p fi Suunnittelujohtaja Timo Huhtala Diplomi-insinööri p Suunnittelupäällikkö Jaana Jokitulppo Filosofian tohtori p

4 Erilaisia akustisia pintoja

5 Akustiikkasuunnittelun osa-alueet ja miten ne kytkeytyvät puurakentamiseen Tarkoitus Tutkii äänen heijastumista, vaimenemista, leviämistä ja sirontaa saman tilan sisällä. Liittyy puheen selvyyteen, äänenkäyttöön ja musiikin sointiin. Kohteet Kulttuurirakennukset, oppilaitokset, sairaalat, toimistot, päiväkodit Puumateriaali akustisena pintana Huoneakustiikka Ääneneristys Tarkoitus Vähentää puheen ja musiikin siirtymistä tilasta toiseen ja vaimentaa rakenteeseen kohdistuvien iskujen synnyttämää ääntä. Liittyy yksityisyyteen vastaanottohuoneissa, luottamuksellisiin keskusteluihin neuvottelutiloissa ja naapuriäänten häiritsevyyteen asuinrakennuksissa. Kohteet Asuinrakennukset, kulttuurirakennukset, toimistot, sairaalat Odeon Licensed to: License information /dongle unavailable at start up! Tarkoitus Vähentää liikenne- ja muun melun leviämistä ja vaimentaa rakennuksen teknisten järjestelmien aiheuttamaa ääntä. Kohteet Maankäytön suunnittelu eri vaiheissaan ja erityisesti asuinrakennukset, sairaalat (varavoimakoneet, ilmastointilaitokset), helikopterikentät, teollisuusrakennukset Puurakenne meluntorjuntaratkaisuna esim. meluesteenä. Meluntorjunta Tärinän- ja runkomeluneristys Puurakenteiden ääneneristys Tarkoitus Eristää pyörivät ja liikkuvat laitteet rakennuksen rungosta tai rakennuksen värähtelevästä maaperästä ratojen varsilla. Kohteet Asuinrakennukset, kulttuurirakennukset, toimistot, sairaalat (tärinäherkät kuvantamislaitteet), tutkimuslaitokset (tärinäherkät tutkimuslaitteet), studiot, helikopterikentät Puurakenteiden tärinä- ja runkomelueristys

6 Puheakustiikka

7 Puheakustiikkaan vaikuttavat tekijät Alussa optimaalinen puhetila Ääni ei heijastu yleisölle Pitkä jälkikaiunta-aika Puutteita ääneneristyksessä Taustaääni Huoneen hyvällä akustiikalla tarkoitetaan sellaisia äänisuhteitten ominaisuuksia, että huoneessa esitetty puhe ja ja musiikki kuuluu korvaan kauniina, luonnollisena ja ja selvänä huoneen jokaisessa kohdassa. Diplomi-insinööri U. U. Varjo 1938

8 Esimerkki 1: puhetila Naisten äänihuulten limakalvo värähtelee kertaa/sekunti, miehillä puolta vähemmän Puheäänen voimakkuus: Tavallinen puheääni: db Voimistettu puheääni: db Äänen tuoton kannalta melua (hälyä) ovat kaikki puhumisen kanssa samanaikaiset äänet, jotka ylittävät 45 db. Ääntä voimistetaan 5 db kutakin 10 db taustamelun nousua kohden. Terve ääni: äänen tuottaminen puhuessa on tiedostamatonta ja vaivatonta, äänen laatu vaihtelee tunnetilasta ja asenteesta riippuen Äänihäiriöt: sairaudet (astma, allergiat), äänenkäyttötavat, elämäntavat, runsas äänenkäyttö Tila: kaikuisuus, meluisuus, koneet ja laitteet Ilman laatu: ilman kuivuus ja pöly kuivaavat äänihuulten limakalvoja, kylmyys ja veto, kostea ilma hyvä

9 Puhetila Huonoissa tiloissa puhuja voimistaa ääntään tiedostamattomasti, jolloin äänielimistö rasittuu herkästi Kaikuisuus ja meluisuus häiritsee sekä puhujaa että kuulijoita Kuulija väsyy kuuntelemaan, Keskittyminen asiasisältöön herpaantuu Kuuntelemisen sijaan syntyy tilanteeseen kuulumatonta puhetta ja muuta toimintaa. Melutason noustessa puhuja korottaa jälleen ääntään ja ääni väsyy. Jos akustiikka on huono, yli tekemisen vaara on lähellä. Kookkaat tilat voivat olla liiaksi vaimennettuja tai toisaalta kaikuisia ja meluisia. Vahvistimen käyttö erittäin suositeltavaa isossa tilassa.

10 Akustiikaltaan kehnon luokkahuoneen kustannukset Hyvä luokkahuone Opettajan äänenkäyttö hallinnassa Ei äänihäiriön riskiä Rakennuskustannukset 8842 Epäonnistunut luokkahuone Opettaja menettää äänensä Sijaisen palkkaus 2 viikkoa: 2184 Foniatrin vastaanotto 3 kertaa: 435 Puheterapia 10 kertaa: 910 Sairastumisen kustannukset yhteensä: 3529 Rakennuskustannukset 2447 Korjauskustannukset 6395 Kustannukset yhteensä 12371

11 Puun huoneakustiset ominaisuudet Puusta ja puutuotteissa voidaan helposti tehdä ääntä heijastavia tasopintoja esimerkiksi puhetiloissa tai musiikkitiloissa ääntä sirottavia pintoja (diffuusoreja) esimerkiksi musiikki- tai äänitystiloissa ääntä absorboivia reikälevyjä Helppo yhdistää muihin akustiikkaratkaisuihin

12 Puurakenteiden ilmaääneneristys

13 Ilmaääneneristyksen tarkoitus Äänilähteenä ilmaan synnytettävä ääni puhe, huuto laulu, soitinmusiikki äänentoistolaitteet asumismelu teknisten järjestelmien tuottama melu Ilmaääneneristyksen tarkoituksena vähentää äänitehon siirtymistä tilasta toiseen tiloja erottavan rakenteiden kautta tiloja erottavaa rakennetta sivuavien rakenteiden kautta muiden reittien kautta (esim. LVIS-järjestelmät)

14 Koinsidenssin rajataajuus [Hz] Koinsidenssin rajataajuus Kipsilevy 1000 Teräs Kevytbetoni Lasi Savitiili 100 Puu Betoni Paksuus [mm]

15 20 31, Ilmaääneneristävyys [db] Ääneneristys: yksinkertaisen rakenteen rajataajuudet Leikkausaaltoalue 40 f h Massalain alue f cr Koinsidenssialue 10 5 f 11 0 Keskitaajuus [Hz]

16 Puutuotteiden käyttö ääntä eristävinä rakenteina Puun ja useiden puupohjaisten levyjen koinsidenssin rajataajuus hankalalla alueella puuta ei levymäisenä juuri voida käyttää ääntä eristävinä rakenteina Puun tiheys pienehkö rakenteiden massa levymäisenä ei riitä massalain perusteella ääntä eristäväksi rakenteeksi Seurauksia puurakenteet kaksin- tai kolminkertaisia rakenteita sivutiesiirtymät hallittava rakenteiden katkaisuin 16

17 Rakennusosien ilmaääneneristävyyden parametrinen mallinnusohjelma RAIMO Yksikön oma kehityshanke Parametrinen laskentamalli Perustuu tutkimuskirjallisuuteen Validoitu vertaamalla tuloksia mittaustuloksiin Toteutus A-Insinöörit Suunnittelu Oy, akustiikkasuunnitteluyksikkö Ohjelmointi: Ville Kovalainen Ideointi: Mikko Kylliäinen, Antti Mikkilä, Jesse Lietzén Ohjelman käyttö Tuotekehitys Suunnittelutyö Koulutus

18 Rakenteellinen sivutiesiirtymä F f R Df,w R Ff,w R Fd,w R Dd,w D d

19 Puurakenteiden liitoseristävyyksiä Ågren, A. & Ljunggren, F In situ measured flanking transmission in light weight timber houses with elastic flanking isolators part 2. Internoise Hamburg, August

20 Liitosten tärinäneristinten mitoitus Liitoksissa olevilla tärinäneristyskaistoilla saavutettava eristävyys perustuu niiden painumaan kuormituksen vaikutuksesta Eristintoimittajat ilmoittavat yleensä kaksi tärkeää kuormitusaluetta Jännitys [MN/m 2 ], jolla eristimet toimivat optimaalisesti Suurin sallittu jännitys [MN/m 2 ], jonka eristimet kestävät hetkellisesti ominaisuuksien muuttumatta Eristinten valinta tarkoittaa sitä, että jokaiselle kantavalle seinälle tuleva viivakuorma on tunnettava jokaisessa kerroksessa Tärinäneristinten mitoittamiseksi tarvitaan seuraavat tiedot: Viivakuorma [kn/m] rakenteiden omasta painosta ja hyötykuormien pysyvästä osasta Viivakuorma [kn/m] rakenteiden omasta painosta, hyötykuormien täydestä arvosta ja lumikuormasta Kuormat ilmoitetaan ilman osavarmuuskertoimia

21 Puurakenteiden askelääneneristys

22 Askelääneneristyksen tarkoitus Äänilähteenä rakenteeseen, tavallisesti välipohjaan, kohdistuvat iskut kävely huonekalujen siirto esineiden putoaminen lasten leikki Iskut saavat välipohjan värähtelemään ääni etenee runkoäänenä rakenteiden kautta havaitaan ilmaäänenä muussa tilassa Tarkoituksena vaimentaa rakenteeseen kohdistuvia iskuja

23 Askeläänikoje Vakioäänilähde viisi teräslieriötä á 500 g pudotuskorkeus 40 mm Kukin lieriö putoaa kahdesti sekunnissa Ei vastaa todellisia äänilähteitä tarkoituksena saada aikaan mitattavissa oleva ääni

24 Askeläänitasoluku Normalisoitu askeläänitaso [db] Kolmasosaoktaavikaistan keskitaajuus [Hz] Mittaustulos Vertailukäyrä Askeläänitaso L n tai L n taajuudesta riippuvainen Mittaustulos ilmoitetaan yksilukuarvona eli askeläänitasolukuna laboratoriossa L n,w rakennuksessa L n,w Vertailukäyrä kuvaa hyväksi todettua askeläänispektriä Vertailukäyrää siirretään 1 db pykälin siten, että vertailukäyrän arvojen ja sen yläpuolelle jäävien mitattujen arvojen poikkeamien summa on enintään 32 db Askeläänitasoluku luetaan vertailukäyrältä 500 Hz kohdalta Askelääneneristävyys on sitä parempi, mitä pienempi askeläänitasoluku on

25 Puuvälipohjan kilpailukyky Välipohja ratkaisee pitkälti puurakentamisen kilpailukyvyn Kantavuus Jäykistäminen Taipuma Värähtely Palonkesto Tiiviys LVIS-asennukset ja sprinklerit Ääneneristävyys Akustiikan osalta askelääneneristävyys on mitoittava tekijä Kelluva lattia Kantava rakenne Joustavasti ripustettu alakatto Rakenne 1 Rakenne 2

26 Puuvälipohjan askelääneneristävyyden parametrinen laskentamalli Askeläänitaso L n [db] Yksikön oma kehityshanke Parametrinen laskentamalli Taustalla Pekka Latvanteen diplomityö (TTY) Validoitu vertaamalla tuloksia mittaustuloksiin Laskettu arvo Mitattu arvo Toteutus A-Insinöörit Suunnittelu Oy, akustiikkasuunnitteluyksikkö Ohjelmointi: Ville Kovalainen, Pekka Latvanne Ideointi: Mikko Kylliäinen, Jesse Lietzén Julkaisuja Akustiikkapäivät 2017: Keskitaajuus [Hz] Akustiikkapäivät 2015:

27 Puuvälipohjan askelääneneristys Ln [db] Can Can Can 1 Can 55 Can /3-oktaavikaistan keskitaajuus [Hz] Latvanne, P. & Kylliäinen, M Puuvälipohjien askelääneneristävyyteen vaikuttavat tekijät. Akustiikkapäivät Espoo, , Akustinen Seura ry, s

28 Alakaton kiinnityksen parannusvaikutus Parannus [db] Can94- Can46, C- ja U- profiili Can94- Can43, lauta+ jousiranka Can94- Can41, 22mm U- profiili Can94- Can42, 19mm lauta Can94- Can37, suora kiinnitys /3-oktaavikaistan keskitaajuus [Hz]

29 Välipohjan kansilevyn massan parannusvaikutus Parannus [db] Aus1-Aus2, jousiranka 3x levy Abo5-Abo18, 18mm OSB +50mm kipsivalu (ohut alusmatto) Can1-Can52, OSB+ 35mm bet.elementti 10 Can1-Can54, 15mm OSB+35mm betonivalu /3-oktaavikaistan keskitaajuus [Hz]

30 Kelluvan lattian parannusvaikutus Parannus [db] Aus1-Aus5, 40 (hiekka+sahanpuru) 30 Aus1-Aus4, 40mm hiekka 20 Aus1-Aus3, 40mm eikantava villa Aus1-Aus22, kipsivalu kelluvana /3-oktaavikaistan keskitaajuus [Hz]

31 Askelääneneristävyyteen vaikuttavia tekijöitä Merkittävimmät tekijät Alakatto Alakaton kiinnitystapa Kantavan rakenteen kansilevyn massa Lattianpäällyste Ilmavälin villatäytön määrä (Kelluva lattia) Vähäiset tekijät Vasojen k-jako Jänneväli Vasojen tyyppi Vasojen korkeus, jos levytys kiinnitetty suoraan vasoihin Alakaton massa, jos levytys kiinnitetty suoraan vasoihin

32 Päätelmät Välipohja Kelluva lattia ei ole välttämätön, vaan joustavasti ripustettu alakatto on tärkeämpi Kehitystyön tuloksena saatiin aikaan puuvälipohja, joka on akustisesti lähellä betonivälipohjia Kehitetyn välipohjan lattianpäällysteinä voidaan käyttää samoja tuotteita kuin betonivälipohjan lattianpäällysteinä Puurakentamisen kehittäminen Kehittämisen varaa on vielä paljon Kilpailukyky edellyttää rakennekerrosten vähentämistä ja elementointia Uusia ideoita kannattaa hyödyntää

33 Asetus rakennusten ääniympäristöstä

34 Säädösten rakenne Asetus Ohje Selittää asetusta Ohjearvoja tilaja rakennustyypeittäin Oppaat Suunnittelumenetelmiä Tilatyyppikohtaisia suunnitteluohjeita asetus voimaan Asetukseen liittyvä ohje 06/2018?

35 1 : Soveltamisala Asetus koskee Asuntoja Majoitus- ja potilashuoneita Opetustiloja Kokoustiloja Ruokailutiloja Hoitotiloja Harrastustiloja Liikuntatiloja Toimistotiloja Asetuksessa säädetään Ääneneristyksestä Melun- ja tärinäntorjunnasta Huoneakustiikasta

36 4 : Vaatimukset rakennuksen ääneneristykselle Huonetila Pienin sallittu äänitasoeroluku D nt,w Suurin sallittu askeläänitasoluku L nt,w + C I, Asuntojen, majoitus- tai potilashuoneiden välillä 55 db 53 db Uloskäytävästä asuin-, majoitus- tai potilashuoneeseen 39 db 63 db Spektripainotustermi C I, db

37 4 : Perustelut äänitasoeroluvulle D nt,w Ilmaääneneristysluku R w kuvaa äänitehon siirtymistä tilasta toiseen Mittaluku on alkujaan kehitetty yksittäisen rakennusosan mittaamiseen laboratoriossa Laboratoriossa ääni siirtyy vain tutkittavan rakennusosan kautta, jolloin tulos on oikein Kenttämittauksissa ilmaääneneristysluku ei aina toimi oikein, koska ääntä siirtyy kaikkia reittejä pitkin Määräykset muuttuvat tarkoituksenmukaisemmiksi, vaatimustaso ei kiristy

38 4 : Mittalukujen korrelaatio siirtyneeseen asumismeluun Kylliäinen, M., Takala, J., Oliva, D. & Hongisto, V Justification of standardized level differences in rating of airborne sound insulation between dwellings. Applied Acoustics. Vol. 102, s

39 4 : Perustelut askeläänitasoluvulle L nt,w + C I, Normalisoitu askeläänitasoluku L n,w kuvaa askeläänikojeen tuottaman äänen määrää toisessa huoneistossa Mittaustulos normalisoidaan 10 m 2 absorptioalaan (tilan vaimentavien pintojen määrää kuvaava suure) Suomalaisessa asuinhuoneessa tyypillinen absorptioala ei ole 10 m 2, mistä seuraa virhettä Sitä vastoin jälkikaiunta-aika T on noin 0,5 s kalustetussa huoneessa tilavuudesta riippumatta Mitattava taajuusalue laajenee pienillä taajuuksilla 100 Hz keskitaajuudesta 50 Hz keskitaajuuteen Määräykset muuttuvat tarkoituksenmukaisemmiksi

40 Askeläänenpainetaso [db] 4 : Askeläänitasoluvun riippuvuus päällysteestä Askeläänitasot Askeläänitasoluvut Välipohja Päällyste L n,w [db] VP1 - (tasoitettu ontelolaatasto 265 mm) VP2 Muovimatto Upofloor Estrad 78 VP3 Muovimatto Upofloor Upostep 59 VP4 Lautaparketti Upofloor Karelia Parketinalusmateriaali Tuplex VP5 Tekstiilimatto Epoca Compact 59 VP6 Tekstiilimatto Milliken VP7 Lautaparketti Upofloor Karelia Parketinalusmateriaali Tuplex 2 x lattiakipsilevy Gyproc GL 15 mm Askeläänieristelevy Isover VKL 13 mm /3-oktaavikaistan keskitaajuus[hz] Leq, VP1 Leq, VP2 Leq, VP3 Leq, VP4 Leq, VP5 Leq, VP6 VP8 VP9 Lautaparketti Upofloor Karelia Parketinalusmateriaali Tuplex 2 x lattiakipsilevy Gyproc GL 15 mm Askeläänieristelevy Isover FLO 50 mm Lautaparketti Upofloor Karelia Parketinalusmateriaali Tuplex 4 x lattiakipsilevy Gyproc GL 15 mm Askeläänieristelevy Isover FLO 50 mm 44 42

41 4 : Välipohjien askeläänitasoluvut Mittaluku VP1 VP2 VP3 VP4 VP5 VP6 VP7 VP8 VP9 L' n,w 79,9 77,7 58,7 59,1 58,5 42,7 50,1 43,2 41,3 L' n,w + C I, ,7 65,8 58,1 59,1 58,1 47,3 55,9 52,4 47,6 Kylliäinen, M., Lietzén, J., Kovalainen, V. & Hongisto, V Correlation between single-number-quantities of impact sound insulation and various noise ratings of walking on concrete floors. Acta Acustica united with Acustica. Vol. 101(5), s Mittalukujen ja kuuntelukokemuksen korrelaatio Mittaluku Kovat kengät Pehmeät kengät Tuoli L' n,w 0,41 0,26 0,52 L' n,w + C I, ,49 0,31 0,51 Kylliäinen, M., Hongisto, V., Oliva, D. & Rekola, L Subjective and objective rating of impact sound insulation of a concrete floor with various coverings. Acta Acustica united with Acustica. Vol. 103(2), s

42 Kertymä [%] 4 : Mitä välipohjia nykyisistä voi edelleen käyttää? 214 välipohjan mittausaineisto L nt,w + C I, > 53 db Materiaali [kpl] [%] Betoni 13 6,7 % Kevyt 1 7,7 % Muu 1 11,1 % Yhteensä 15 7,0 % Spektripainotustermi C I, [db] Vain harva rakenne nykyisistä ei täytä uutta vaatimusta L nt,w + C I, db 20 % tapauksista C I, db Spektripainotustermin käyttöönotto tasoittaa välipohjarakenteiden eroja Kemppainen, J. & Kylliäinen, M Spektripainotustermin CI, vaikutus askelääneneristävyyden arviointiin. Akustiikkapäivät Espoo, , Akustinen Seura ry, s

43