huone pääte Rak Building physical design 2 - Acoustical design Autumn 2016 Exercise 5. Solutions.

Transkriptio

1 Rak Building physical design - Acoustical design Autumn 16 Exercise 5. Solutions. 1. Varastohuoneen seinällä on poistoilmakanavan avoin suuaukko, halkaisija 15 mm. Laske huoneeseen poistokanavan kautta aiheutuva A-painotettu keskiäänitaso oktaavikaistoilla 15-4 Hz, kun ilmanvaihtokoneen poistopuhaltimen äänitehotaso tunnetaan (ks. taulukko alla). Varastohuoneen koko on 4 x 4 x,5 m. Seinät ovat kipsilevyä ja lattia sekä katto betonia. Oletetaan huone tyhjäksi. There`s an open exhaust air vent with diameter 15mm on the wall o a storage room. Calculate the A-weighted sound level in the room in octaves 15-4Hz when the sound power level o the exhaust air an is given below. Dimensions o the storage room are 4x4x,5m. Walls are gypsum board and loor is concrete. The room is empty. L w [db] Solution. Tarvittavat kaavat: Vapaan kanavan päätevaimennus: D pääte 1 log 1 c 4 S jossa Ω = S = avaruuskulma π/ 4π, riippuen pääte-elimen sijainnista huonepintoihin nähden päättyvän kanavan poikkipinta-ala Huonevaimennus: D huone 1 log A 4 jossa A = absorptioala Huoneeseen muodostuva äänitaso: L p L w D pääte D huone

2 Lähtötiedot: c = 343, m/s S =,1 m Ω = 6,3 - (π, kanavan suu sijaitsee seinällä) S seinät = 4, m (huoneen seinäpinta-ala) S kl = 3, m (huoneen katon ja lattian yhteispinta-ala) Lasketaan ensin huoneen absorptioala: katto ja lattia α (betoni),3,3,3,3,3,4 A [m -Sab] 1, 1, 1, 1, 1, 1,3 seinät α (kipsilevy),3,,1,1,1,1 A [m -Sab] 1, 8, 4, 4, 4, 4, A tot [m -Sab] 13, 9, 5, 5, 5, 5,3 Lasketaan sitten huoneeseen muodostuva äänitaso: L w [db] D pääte [db] -14,1-8,5-4, -1,4 -,4 -,1 D huone [db] -5,1-3,5 -,9 -,9 -,9-1, L p [db] 65,8 74, 78, 77,7 73,7 68,7 A-painotus [db] -16,1-8,6-3,, 1, 1, L pa [db] 49,7 65,4 74,8 77,7 74,9 69,7 A-painotettu kokonaisäänitaso huoneessa: L pa = 81 db

3 . Neuvotteluhuoneeseen johtaa pyöreä poistoilmakanava, jonka halkaisija on 16 mm. Kanavan avoin suuaukko on huoneen seinällä katon rajassa. Puhaltimen kokonaisilmavirta on 5 l/s ja neuvotteluhuoneen poistoilmavirta on 6 l/s. a) Laske poistoilmakoneen puhaltimesta neuvotteluhuoneeseen aiheutuva äänitaso oktaavikaistoilla 15-4 Hz, kun poistokanavassa ei ole äänenvaimenninta. b) Täyttyykö RakMK D-1 ohjearvo LVIS-äänitasolle? Jos ei, mitoita kanavaan sopiva äänenvaimennin jotta ohjearvo täyttyy. Puhaltimen äänitehotaso on annettu alla. Neuvotteluhuoneen koko on 7 x 7 x 3 m. Seinät ovat A round exhaust air duct with diam. 16mm leads to a meeting room. The opening o the duct is on the wall o the room near the roo. The total air air current o the exhaust an is 5 l/s and the exhaust air current rom the meeting room is 6 l/s. a) Calculate the SPL in the meeting room caused by exhaust air in octaves 15-4Hz, when there`s no sound muler in the duct. b) Is the RakMK D-1 guideline value satisied? I not, design a muler with which the guideline is satisied. The sound power level o the an is given below. Meeting room dimensions 7x7x3m. Walls are gypsum board, loor concrete and roo is covered with mineral wool panels mm glued to surace. L w [db] Solution. a) Lähtötiedot: c = 343, m/s d =,16 m S =, m Ω = 3,1 - (π, kanavan suu sijaitsee seinällä katon rajassa) q = 5 l/s neuvotteluhuoneen poistoilmavirta Q = 5 l/s puhaltimen kokonaisilmavirta S lattia = 49, m betoni S katto = 49, m villa mm S seinät = 84, m kipsilevy Lasketaan ensin huoneen absorptioala: lattia α (betoni),3,3,3,3,3,4 A [m -Sab] 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5, katto α (villa mm),8,3,75,95,95,95 A [m -Sab] 3,9 14,7 36,8 46,6 46,6 46,6 seinät α (kipsilevy),3,,1,1,1,1 A [m -Sab] 5, 16,8 8,4 8,4 8,4 8,4 A tot [m -Sab] 6,7 18,3 9,9 9,9 9,9 1,4

4 Lasketaan sitten huoneeseen muodostuva äänitaso. Vaimennus joka aiheutuu ilmavirran jakautumisesta kanavistossa lasketaan kaavalla: D haara 1 lg Q q jossa q on tarkasteltavan huoneen tulo-/poistoilmavirta ja Q puhaltimen kokonaisilmavirta L w [db] D haara [db] D pääte [db] -9,3-4,6-1,7 -,5 -,1, D huone [db] -8, -6,6-3,9-3,9-3,9-4,1 L p [db] 5,5 5,8 53,4 49,6 44, 39,8 A-painotus [db] -16,1-8,6-3,, 1, 1, L pa [db] 34,4 44, 5, 49,6 45, 4,8 A-painotettu kokonaisäänitaso huoneessa: L pa = 54 db b) RakMK D-1 mukaan LVIS-laitteiden aiheuttama A-painotettu äänitaso saa olla neuvotteluhuoneessa enintään 33 db. Äänenvaimennin siis tarvitaan. Lisätään poistokanavaan 16mm kanavakokoon sopiva äänenvaimennin jossa on vaimennusmateriaalina mineraalivilla (tyyppi: IVK-tuote KVAp-16-1) ja tehdään laskenta uudestaan. Oktaavikaistaiset äänenvaimennusarvot katsotaan valmistajan tuotetiedoista. L w [db] D haara [db] D äv [db] D pääte [db] -9,3-4,6-1,7 -,5 -,1, D huone [db] -8, -6,6-3,9-3,9-3,9-4,1 L p [db] 4,5 36,8 6,4 1,6-4, -9, A-painotus [db] -16,1-8,6-3,, 1, 1, L pa [db] 6,4 8, 3, 1,6 -,8-8, A-painotettu kokonaisäänitaso huoneessa äänenvaimentimen lisäyksen jälkeen: L pa = 3 db Nyt RakMK D-1 ohjearvo täyttyy.

5 3. Kahden toimistohuoneen välillä kulkee ilmastointikanava oheisen kuvan mukaisesti. Laske huoneiden välinen ilmaääneneristävyys oktaavikaistoittailla 15-4 Hz ottaen huomioon väliseinän ääneneristävyys ja sivutiesiirtymä ilmanvaihtokanavan kautta. Huoneiden välinen seinärakenne on tiiviisti asennettu kaksinkertainen levyseinä, jonka pinta-ala on m ja ilmaääneneristävyys on annettu oheisessa taulukossa. Ilmanvaihtokanavien suut ovat kummassakin huoneessa avoimia ja niiden halkaisija on 3 mm. Yhteiskanavan halkaisija on myös 3 mm. Kanavissa ei ole äänenvaimentimia. There`s a ventilation duct between two rooms according to the igure. Calculate the sound reduction index between the rooms in octaves 15-4 Hz taking account o the sound reduction index o the wall and lanking transmission via the duct. The SRI o the partition is given below. There are no air terminal units or mulers in the ducts. The diameter o all the ducts is 3mm. Väliseinän ilmaääneneristävyys R VS [db] Solution. Ilmanvaihtokanavan ilmaääneneristävyys saadaan yhtälöstä: R D jossa ala D Pinta-alavaimennus: lähtö D 4 D ala 1 log S haara D mutka D äv D pääte S = kanavan suun tai pääte-elimen poikkipinta-ala

6 Haaravaimennus, joka lasketaan kanavan rajataajuuden ylä- ja alapuolella: D S 1 log S, 3 haara c S D haara S i i 1log 4S1S, c c c d S 1 = S = S 3 = c = d = haarautumakohtaan tulevan kanava poikkipinta-ala haarautuvan kanavan poikkipinta-ala haarautumakohdasta suoraan jatkavan kanava poikkipinta-ala rajataajuus kanavan halkaisija Päätevaimennus: D pääte 1 log 1 c 4 S Muut vaimennustermit: D mutka ja D äv ovat kanaviston mutkista ja äänenvaimentimista johtuvat vaimennustekijät. Kummatkin oletetaan tässä tehtävässä nolliksi. Jätetään lähtövaimennus D lähtö huomioimatta. Lähtötiedot: c = 343, m/s d =,3 m S 1 = S = S 3 =,71 m c = 571,7 Hz Ω = 6,3 (π) S seinä =, m D lähtö = db (assumption in this exercise) D mutka = db (assumption in this exercise) D äv = db (assumption in this exercise)

7 Kanavan ilmaääneneristävyys saadaan nyt siis yhtälöstä: R Dala Dhaara 1 Dhaara D pääte Lasketaan kanavan ilmaääneneristävyys oktaavikaistoittain: D ala [db] 17,5 17,5 17,5 17,5 17,5 17,5 D haara1 [db] 3,5 3,5 3,5 3, 3, 3, D haara [db] 3,5 3,5 3,5 3, 3, 3, D pääte [db] 7, 3,1 1,,3,1, R kanava [db] 31,8 7,7 5,6 3,8 3,6 3,6 Kanavan ja seinärakenteen yhdessä muodostama ilmaääneneristävyys voidaan laskea kaavalla: R` 1log R VS /1 R kanava / 1 (ks. RIL 43-1 kaava 1.) R VS [db] R kanava [db] 31,8 7,7 5,6 3,8 3,6 3,6 R` [db] 7,8 7, 5,4 3,7 3,6 3,5

8 4. (Vibration isolation) Suunnittele ilmanvaihtopuhaltimelle tärinäneristys siten, että taajuussuhde on 3. Puhaltimen massa alustoineen on 8 kg ja kierrosluku 8 r/min. Oletetaan, että laitteen massa on tasaisesti jakautunut alustan symmetriaakselin suhteen. Käytä neljää tärinäneristintä, jotka sijoitetaan symmetrisesti suorakulmaisen alustan reunoille. Design vibration isolation or a ventilation an so that the requency ratio is 3. The mass o the an including the base is 8kg and the rotation speed is 8 r/min. Let us assume that the mass is evenly distributed along the symmetry axis o the base. Use our vibration isolators positioned symmetrically atr the edges o rectangular base. Solution. Taajuussuhde tarkoittaa tärinäneristettävän laitteen alimman herätetaajuuden ja tärinäneristimien sekä niiden varassa olevan massan muodostaman järjestelmän ominaistaajuuden suhdetta. IV-puhaltimen kierrosluku: = 8 r/min = 8 / 6 Hz = 15, Hz Lasketaan järjestelmän ominaistaajuus vaaditun taajuussuhteen ja laitteen kierrosluvun perusteella: , 3 5, Hz Ominaistaajuudella ja laitteen alle asennettavien tärinäneristinten puristumalla on yhteys: Jotta ominaistaajuus 5, Hz saavutettaisiin, tulee laitteen alle asennettavien tärinäneristinten puristuma olla vähintään: ,,1 m Vaadittu vähimmäispuristuma on siis 1 mm. Seuraava tehtävä olisi valita sopivat tärinäneristimet, jotka täyttävät vähimmäispuristumalle asetetun vaatimuksen. Käytetään esim. Lining Components Oy:n tärinäneristimiä; ks. Valmistaja antaa tärinäneristimilleen mitoitustaulukon, jonka perusteella sopiva tuote voidaan valita. Vaadittu vähimmäsipuristuma 1 mm voidaan saavuttaa esim. käyttämällä 4 kpl Lining Components Oy:n mallin LV4/4 tärinäneristimiä. Tehtävässä oletettiin, että laitteen massa on jakautunut tasaisesti, joten kullekin tärinäneristimelle tulee kuormaa 8 / 4 = kg. Valmistajan mitoitustaulukon mukaan kunkin tärinäneristimen puristuma on tällöin 1 mm, mikä täyttää vaaditun vähimmäisvaatimuksen.

9 5. (Traic noise) Sinulta pyydetään selvitystä moottoritien viereen rakennettavan omakotitalon ulkokuoren ääneneristyksestä. Asemakaavassa on vaatimus, jonka mukaan tien puoleisen julkisivun ulkoseinän, ikkunoiden ja muiden rakenteiden ääneneristävyyden tieliikennemelua vastaan tulee olla vähintään 35 dba. a) Mitoita vaatimukset tien puoleisella julkisivulla alakerrassa sijaitsevan olohuoneen eri rakennusosille RIL :ssa esitetyn Ympäristöoppaan 18 menetelmän mukaisesti. Ulkokuoren mitat olohuoneen kohdalla ovat 7 x 3 m ja huoneen lattiapinta-ala on 35 m. Olohuoneessa on kaksi tielle päin antavaa ikkunaa, koot x1,5 m sekä terassille johtava ikkunaovi, koko,9x,1 m. b) Tee sama tarkastelu kuin a)-kohdassa, mutta käytä äänitasoeromenetelmää. Kuinka paljon ikkunoiden ja ikkunaoven ääneneristystä koskevaa vaatimusta voidaan lieventää parantamalla ulkoseinän ääneneristävyyttä? Mitkä ovat vaatimukset ikkunoiden ja terassinoven ääneneristävyydelle, jos ulkoseinänä on tyypillinen puurunkoinen ja lautaverhoiltu rakenne, jonka ilmaääneneristävyys tieliikennemelua vastaan on Rw + Ctr = 4 db? You are asked to do a survey o the acade sound insulation o a detached house situated near a highway. There`s a regulation in the detail plan, according to which the sound insulation against traic noise o the acade structure, windows and other elements o the acade acing the highway must be at least 35 dba. a) Determine the requirements or the dierent structural elements o the acade o the downstairs living room using the method presented in Environment Guide 18 (RIL Section 8.4.). The size o the acade is 7x3m and the loor area is 35 m. There are two windows (x1,5m) and a terrace door (,9x,1m) in the living room in the acade acing the highway. b) Do the same evaluation but use the sound level dierence method (RIL Section 8.4.3). How much can the requirement or windows and door be lowered by improving the sound insulation o the acade structure? What are the requirements or windows and door i the sound reduction index o the acade against traic noise is Rw + Ctr = 4 db? Solution. a) Ympäristöoppaan mitoitusmenetelmä on esitetty taulukkomuodossa. Menetelmällä voidaan laskea asemakaavavaatimuksen mukaisesta äänitasoerosta, ΔL A, vaatimukset rakennuksen ulkokuoren kunkin rakennusosan ilmaääneneristävyydelle. Lähtötiedot: ΔL A = 35 db asemakaavassa annettu vaatimus äänitasoerolle S = 1 m tarkasteltavan ulkokuoren osan pinta-ala ΣS i = 9 m ikkunoiden ja ikkunaovien yhteispinta-ala S H = 35 m tarkasteltavan huoneen lattiapinta-ala S/S H =,6 ΣS i /S=,4

10 Termien K1 ja K arvoiksi saadaan: K 1 = -1 K = -1 Vaatimus koko ulkokuorelle: R L 7 tr, vaad A K 1 41 db Vaatimus olohuoneen ulkoseinälle: R A R 3, tr tr, vaad 44 db Vaatimukset ikkunoille ja ikkunaovelle: R R tr, vaad A, tr K 4 db Ympäristöoppaan menetelmässä merkintä R A,tr tarkoittaa ilmaääneneristyslukua tieliikennemelua vastaan, R w + C tr [db]. Yhteenveto vaatimuksista: Rakenneosa Vaadittu R w + C tr -arvo [db] Ulkoseinä 44 Ikkunat ja ikkunaovi 4 b) Äänitasoeromenetelmässä ulkokuoren yksittäisen rakennusosan kautta kulkeva äänitasoero lasketaan kaavasta: LA, i Lu Ls log1 i R w Ctr 7 1 S H S

11 ja asemakaavavaatimusta vastaava kokonaisäänitasoero kaavasta: L A, kok 1log 1 n i1 1 1 L A, i /1 jossa L u = L s = R w +C tr = S i = S H = ulkona vallitseva A-painotettu äänitaso sisällä vallitseva A-painotettu äänitaso rakennusosan ilmaääneneristävyys tieliikennemelua vastaan rakennusosan i pinta-ala tarkasteluhuoneen lattiapinta-ala Laskennassa R w + C tr -arvoja pienennetään 3 db. Tällä otetaan huomioon se, että rakennuksessa ei käytännössä saavuteta yhtä hyvää ääneneristävyyttä kuin laboratoriossa, missä rakennusosien ääneneristävyysarvot on mitattu. Kun ylimmästä yhtälöstä vähennetään 3 db, saadaan yhtälö muotoon: LA, i Lu Ls log1 i R w Ctr 1 1 S H S Rakennuksen ulkoseinän kautta muodostuva äänitasoero on: S LA, US log1 US R w Ctr 1 1 US SH Ikkunoiden kautta muodostuva äänitasoero on: S LA, ik log1 ik R w Ctr 1 1 ik SH Ja oven kautta muodostuva äänitasoero on vastaavasti: S LA, ov log1 ov R w Ctr 1 1 ov SH nyt ΔL A,kok = 35 db S ik = 6 m (ikkunoiden yhteispinta-ala) S ov = 1,9 m (terassin oven pinta-ala) S US = 13,1 m (ulkoseinän pinta-ala ilman ikkunoita ja ovea) S H = 35 m

12 Tulee siis etsiä sellaiset arvot ulkoseinän, ikkunoiden ja ulko-oven ääneneristävyydelle R w + C tr, että ehto ΔL A,kok 35 db täyttyy. Ongelma voidaan ratkaista esimerkiksi kokeilemalla taulukkolaskentaohjelmalla. Vaatimukset ulkokuoren eri osille äänitasoeromenetelmällä: Rakenneosa Vaadittu R w + C tr -arvo Ulkoseinä 49 Ikkunat 39 Ulko-ovi 38 ΔL A,i ΔL A,kok 43,3 36,7 4,7 35 db Parantamalla ulkoseinän ääneneristävyyttä 5 db (verrattuna a-kohdan tulokseen), ikkunoiden ääneneristävyyttä voidaan tässä tapauksessa pudottaa 1 db ja oven db, ja silti päästään vaadittuun äänitasoeroon. Vaatimukset ikkunoille ja ovelle kun ulkoseinän ääneneristävyys on R w + C tr = 4 db (tyypillinen lautaverhoiltu puurunkoinen ulkoseinärakenne): Rakenneosa Vaadittu R w + C tr -arvo Ulkoseinä 4 Ikkunat 44 Ulko-ovi 41 ΔL A,i ΔL A,kok 36,3 41,7 43,7 35 db Ikkunoilta ja ovelta vaaditut arvot 44 db ja 41 db ovat tässä tapauksessa jo varsin korkeita siihen verrattuna mitä ääneneristävyysarvoja kaupallisilla tuotteilla tyypillisesti voidaan saavuttaa. Vaatimuksia voitaisiin alentaa parantamalla ulkoseinärakenteen ääneneristävyyttä.