Systemy wentylacyjne oraz klimatyzacyjne to obecnie jedne z kluczowych instalacji technicznych montowanych we współczesnych budynkach mieszkalnych oraz biurowych. Jednak, aby prawidłowo dobrać urządzenia, niezbędna jest odpowiednia wiedza branżowa, w tym przede wszystkim z zakresu akustyki.
Głównym zadaniem systemu klimatyzacji oraz wentylacji jest oczywiście właściwe chłodzenie, ogrzewanie, wentylowanie, oczyszczanie oraz osuszanie powietrza w pomieszczeniach zamkniętych. Jednak obok komfortu cieplnego duży wpływ na dobre samopoczucie użytkowników ma również odpowiedni poziom hałasu.
Podstawowe zagadnienia
Dźwięk to drgania akustyczne mogące wytworzyć wrażenia słuchowe. Jest to zjawisko falowe, a fale akustyczne zalicza się do fal sprężystych. Bezpośrednim powodem powstawania dźwięku są drgania mechaniczne ośrodka sprężystego.
Drgania akustyczne powstają w wyniku ruchu cząstek środowiska sprężystego (np. powietrze, ośrodki stałe) względem położenia równowagi.
Hałas to, mówiąc najprościej, grupa dźwięków o różnych częstotliwościach czy też dźwięk niepożądany lub szkodliwy. Fala dźwiękowa docierająca do uszu człowieka jest spowodowana ruchem drgającym powietrza o charakterze fali podłużnej, która powoduje okresowe zmiany ciśnienia, a więc powstawanie ciśnienia akustycznego.
Rodzaje hałasu
W systemach klimatyzacyjnych i wentylacyjnych znajdujących się w pomieszczeniach zamkniętych najczęstszym źródłem hałasu są wszelkiego rodzaju elementy wirujące, w tym przede wszystkim sprężarki czy też wentylatory. Urządzenia te mogą generować dźwięki zarówno natury materiałowej, jak i powietrznej. Hałas materiałowy powstaje na przykład w wyniku złego wyważenia elementów wirujących, które drgając podczas pracy przenoszą wibrację na całą konstrukcję urządzenia, a tym samym intensyfikując drgania powietrza otaczającego urządzenie. Hałas pochodzenia powietrznego związany jest przede wszystkim ze zjawiskami aerodynamicznymi (np. turbulencja, kawitacja, zaburzenia termiczne) , a więc ruchem gazów, a także ruchem ciał stałych w ośrodku gazowym oraz sił działających na te ciała.
Poziom ciśnienia i mocy akustycznej
Zazwyczaj producenci systemów klimatyzacji oraz wentylacji, jako wielkości określające poziom hałasu urządzeń, podają dwie podstawowe wartości, a mianowicie: poziom ciśnienia akustycznego (ang. sound pressure level) oraz poziom mocy akustycznej (ang. sound power level).
Poziom ciśnienia akustycznego jest związany ze zmianą ciśnienia w powietrzu wywołanym przez fale dźwiękowe. Najniższy poziom ciśnienia, który jest słyszalny dla człowieka, nazywany jest progiem słyszenia, natomiast najwyższy – progiem bólu. Jest wartością pomiarową, czyli mierzalną. Poziom ciśnienia akustycznego lub przewidziany w przepisach poziom dźwięku A to przede wszystkim wielkości charakterystyczne dla warunków, jakie występują w pomieszczeniu zamkniętym. Poziom dźwięku jest bezpośrednio związany z mocą akustyczną źródła dźwięku, z tłumieniem naturalnym oraz sztucznym w systemie, a także z warunkami akustycznymi w konkretnym pomieszczeniu zamkniętym.
Poziom ciśnienia akustycznego wyraża wzór:
Lp = 10 log (p/pref )2) = 20 log (p/20)
gdzie:
Lp – poziom ciśnienia akustycznego (dB),
p – wartość skuteczna ciśnienia akustycznego określona przez pierwiastek kwadratowy ze średniego kwadratu amplitudy ciśnienia z czasu obserwacji,
pref – ciśnienie odniesienia równe 20 μPa, które odpowiada w przybliżeniu progowi słyszalności ucha ludzkiego dla częstotliwości 1000 Hz.
Poziom mocy akustycznej jest to całkowita moc fali akustycznej emitowanej przez źródło dźwięku (instalacja wentylacji oraz klimatyzacji). Moc akustyczną wykorzystuje się do oceny źródeł dźwięku, którymi w systemach klimatyzacyjnych i wentylacyjnych będą m.in. wentylatory, centrale wentylacyjne, klimatyzatory, a także nawiewniki i wywiewniki czy też przepustnice wentylacyjne. W przeciwieństwie do poziomu ciśnienia akustycznego, poziomu mocy akustycznej nie da się bezpośrednio zmierzyć. Charakteryzuje ona przede wszystkim źródła dźwięku w instalacji.
Poziom mocy akustycznej wyraża wzór:
Lw = 10 log (W/Wref )
gdzie:
Lw – poziom mocy akustycznej (dB),
W – moc akustyczna emitowana przez źródło dźwięku (W),
Wref – moc odniesienia równa 10-12 (W).
Wiemy już, że w systemach klimatyzacji oraz wentylacji głównymi źródłami hałasu są elementy wirujące, których dane akustyczne są przedstawiane w sposób dokładny i właściwy. Jednak, jeżeli chodzi o pomiary parametrów akustycznych, to często są one pozbawione informacji na temat warunków otoczenia, w których będą zainstalowane, a więc obudowy, a w szczególności jej typu, grubości i konstrukcji paneli, uszczelnienia profili oraz narożników, sposobu zawieszenia urządzenia czy też odległości ścian wewnętrznych od elementów wirujących. Wszystkie te czynniki w dużym stopniu wpływają na poziom generowanego hałasu zarówno na zewnątrz urządzenia, jak i w jego środku. Aby uzyskać jak najbardziej wiarygodne dane odnośnie parametrów akustycznych i wentylacji, należy konkretne urządzenia przetestować w komorze akustycznej według branżowych norm, tzw. „model box”.
Instalacja systemu klimatyzacji czy też wentylacji wiąże się nie tylko z poprawą jakości powietrza w pomieszczeniach zamkniętych, ale może również prowadzić do generowania zbyt dużego hałasu podczas pracy. Dlatego też, istotną rolę w odpowiednim doborze urządzeń odgrywają obecnie projektanci instalacji, których jednym z głównych zadań jest niwelowanie zagrożeń związanych z przekroczeniem dopuszczalnego poziomu hałasu w systemach klimatyzacji i wentylacji.
