Akoestiek en ramen. Luchtgeluidtransmissie door vensters: standaardbeproeving en beoordeling. Samenvatting

Transcriptie

1 KVIV Studedag Alumnum ramen. 12 februar 2004 TI KVIV - Genootschap Bouwfysca.s.m. Alumnum Center Vlaanderen Akoestek en ramen Prof. dr. r. Gerrt Vermer Ir. arch. B. Blancquaert Laboratorum Akoestek, Laboratorum Bouwfysca, K.U.Leuven Samenvattng Over de geludsolate van vensterbeglazng s er een overvloed aan onderzoek en nformate. De glasfabrkanten hebben vrjwel alle mogeljkheden voor verbeterng onderzocht en de relevante zaken n zekere mate geïmplementeerd. De vraag de nu gesteld wordt, s n welke mate het raamprofel een rol speelt n de geludtransmsse door het venster. De aard van het onderzoek denaangaande wordt besproken. De voornaamste resultaten de tot op heden bekomen werden, worden naar de praktjk toe vertaald. Luchtgeludtransmsse door vensters: standaardbeproevng en beoordelng De geludtransmsse s voor elk bouwelement gebaseerd op de verhoudng van het geludvermogen dat op het element nvalt ten opzchte van het geludvermogen dat door het element wordt doorgelaten. Om dt te bepalen wordt het element aangebracht tussen twee onderlng goed geïsoleerde geludtransmssekamers. Voor vensterbeglazng heeft het proefelement standaard afmetngen van 1,50 x 1,25 m. Deze openng kan ook aangewend worden voor vensters, maar men laat her een zekere vrjhed voor de afmetngen. In de zendkamer wordt gelud opgewekt en ut het verschl n gemddeld geluddruknveau aan zend en ontvangzjde wordt de geludverzwakkngsndex R afgeled. Dt gebeurt n de regel n de derde octaafbanden van 100 tot 5000 Hz. Voor de beoordelng van het resultaat wordt rekenng gehouden met de gerngere gevoelghed van het gehoor n de lagere tonen, door het verloop R(f) te vergeljken met een referenteverloop zoals aangegeven op de heronder volgende fguur. Maar om nog beter rekenng te houden met de spectrale samenstellng van het gelud wordt aangeraden om de specfeke aanpassngsgetallen C en C tr te bepalen. C voor butenspectra met wat mnder laagfrequent gelud: spoorwegverkeer bj gemddelde en hoge snelheden; wegverkeer op snelwegen bj hoge snelheden > 80 km/u; straalvlegtugen op korte afstanden, bedrjven de vooral mdden- en hoogfrequent gelud utstralen. C tr voor butenspectra van wegverkeer n de stad; spoorwegverkeer bj lage snelheden; schroefvlegtugen, straalvlegtugen op grote afstanden; bedrjven de vooral laagfrequent gelud utstralen. 1

2 De karaktersate gebeurt zo door het opgeven van dre waarden: R, C en C tr aangegeven als: R(C;C tr ). In de regel zjn de C en C tr aanpassngstermen negatef. Ten aanzen van verkeerslawaa wordt de kwaltet van de producten ook aangegeven als R A,tr (=R w +C tr ). R (db) referentecurve 52 db verschoven curve 38 db R w (C;C tr ) = 38 (-1;-4) db frequente (Hz) Het meetresultaat wordt vergeleken met een referentecurve. De waarde van de verschoven referentecurve bj 500 Hz geeft de R w -waarde van het gemeten element. R A,tr = 38 4 = 34 db Het vensterraam als samengesteld onderdeel Bj een welbepaalde nplantng van een gebouw s de belastng op de verschllende gevelvlakken verschllend. Wj denken daarbj aan voor-, zj- en achtergevels de n meer of mndere mate blootstaan aan verkeerslawaa. De globale gevelsolate van een gebouw ten opzchte van een welbepaalde bron wordt zo bepaald door de geludsolate en de orëntate van de verschllende gevelvlakken. Voor een omstandge rekenmethode voor de globale gevelsolate met voorbeelden en evaluates, verwjzen wj naar het rapport [Vermer e.a., 2003]. In deze tekst wllen wj ons echter beperken tot de geludsolate van samengestelde vensterramen onder alzjdge geludnval. Dt laatste s mmers het geval bj de beproevng n het labo. Wj wllen dus gevelelementen karakterseren welke bestaan ut een combnate van glas, opake elementen, verluchtngsvoorzenngen, keren en naden. Oppervlakteregel voor gevelelementen Het vermogen dat door een samengestelde gevelconstructe doorgelaten wordt vareert van plaats tot plaats op de gevel: mnder, daar waar een betere solate aanwezg s, meer, daar waar zwakkere onderdelen ztten. Grofweg kan men zeggen dat als de oppervlakte van de onderdelen groot genoeg s, gewerkt kan worden met een optellng van de vermogens de door elk van de onderdelen wordt doorgelaten. De regel s dan: R /10 S 10 τ S Rglobaal = 10log = 10log. S tot S tot τ s de transmssefactor van deel. Deze geeft welk aandeel van het aan de zendzjde op deel nvallend vermogen, doorgelaten wordt naar de ontvangzjde. Bouwakoestsch worden de relates bekeken per tertsband gaande van 50 tot 5000 Hz. 2

3 Deze rekenregel leert dat het onderdeel met de zwakste solate bepalend s, tenzj het oppervlak ervan relatef klen s. Klene elementen Verluchtngsroosters en ventlate-utrustng zjn zwakke punten. Voor deze klene elementen (oppervlakte klener dan 1 m 2 ) wordt ook een geludsolatewaarde D ne bepaald. Deze stemt overeen met de geludsolate van 10 m 2 perfect solerende wand waarn het element s aangebracht. Als men ervan ut zou kunnen gaan dat deze waarde onafhankeljk s van de lggng n het gevelvlak, dan kan men de geludtransmsse door deze klene elementen n de som toevoegen en zo een aangepaste waarde berekenen (n de formule s slechts één klen element verondersteld): R /10, /10 10 D S 10 ne +.10 Rglobaal = 10log S tot Zjn meerdere klene elementen aanwezg, of hebben verluchtngsstroken een ander lengte dan deze de n labo beproefd werd, dan moet de formule aangepast worden. Keren en naden Ter hoogte van de raambevestgng (naden) en tussen draaende delen (keren) bestaat de kans op plaatseljk hogere transmsse. De kwaltet van de aanslutng zal her bepalend zjn. Het kan zjn dat de test utgevoerd s op een venster en dat de R-waarde voor het venster dt nslut. Men zou eventueel ook de keren en naden kunnen kenmerken n het labo en hermee op een rekenkundge maner verder gaan. Met R ker wordt dan de geludsolate bedoeld van 1 m 2 wand met daarn 1 strekkende meter ker van een bepaald type (n de formule s slechts één type ker verondersteld, met lengte l ker ). R globaal R /10 D, /10 ne R ker/10 S lker10 = 10log S tot Glasegenschappen Voor dubbele thermsch solerende beglazngen varëren de waarden van 27 tot ongeveer 40 db (R A,tr ). De hoogste waarden gaan evenwel gepaard met grote gewchten (50 kg/m 2 ) en aanzenljke globale glasdktes (40 mm). Maakt men gebruk van dubbele raamconstructes met grote tussenspouw dan kunnen moeteloos veel hogere waarden behaald worden. Deze oplossngen hebben echter net te onderschatten nadelen. Ze nemen meer plaats n, gebruk en onderhoud zjn net altjd even eenvoudg en de ervarng van de butenwereld kan drastsch veranderen. Bovenden bljkt steeds meer dat deze dubbele gevels dkwjls net de energebesparng opleveren de ze beloven [Saelens, 2003]. In vele gevallen waar een hogere geludsolate nodg s, zjn enkele ramen dus gewenst. Raamkaders Het kezen voor een gesofstceerde (en dure) beglazng garandeert echter net dat de beoogde geludreducte effectef behaald wordt. De keuze van het kader bepaalt dkwjls of het venster goed of slecht presteert. Wat zjn echter de aspecten de het verschl maken tussen een goed en een slecht raamkader? Heronder volgen enkele aspecten de naar voor komen bj verschllende auteurs. 3

4 Profelen Hoe meer oppervlakte de profelen nnemen n vergeljkng met het glasoppervlak, hoe belangrjker hun geludsolate wordt. Aangezen ook her de massawet geldt, s het opdrjven van de oppervlaktemassa een goede methode. Bj houten ramen gebeurt dat mddels een grotere secte, PVC ramen kunnen verzwaard worden met stalen profelen. De thermsche onderbrekng n alumnumprofelen geeft een extra akoestsche ontkoppelng. In dt verband s er nteressant werk ut 1981 te sgnaleren [S. Koch,e.a., 1981]. Door het glas te vervangen door een sterk solerende metaalplaatconstructe (R w =54 db) kon nagegaan worden n hoeverre de raamprofelen bepalend waren voor de transmsse door het venster. Er werden geludsolatewaarden gemeten van 43 tot 47 db. Afhankeljk van de raamsoort dus 7 tot 11 db lager dan het proefglas. Spleten en keren Het dchten van spleten en keren s een belangrjke stap naar een betere geludsolate van het venster. Dt betreft zowel het gebruk van goede dchtngstrps (cfr. nfra) als het voorzen van een verbeterd slutmechansme. Volgens [Sälzer, 1979] s een goede dchtng noodzakeljk wl men een R w -waarde boven 30 db behalen. Ook [Hongsto, 2000] benadrukt het belang van een goede dchtng, zj het n het geval van deuren. Zjn aanpak s echter even goed toe te passen op vensters. We kunnen dt soort bouwdelen beschrjven met twee solatewaarden: R lekdcht en R normaal. R lekdcht s de solatewaarde de gemeten wordt als alle spleten zjn afgekleefd, R normaal s de solatewaarde bj een normale plaatsng. Het verschl tussen R lekdcht en R normaal bepaalt n hoeverre we de prestate van het bouwdeel kunnen verbeteren louter en alleen door de R lekdcht waarde op te drjven. In het geval van ramen zou men dt kunnen beschouwen als het opdrjven van de solatewaarde van de beglazng (en de profelen). Wanneer dt verschl boven de 3 db stjgt, s het effcënter om de luchtdchthed van het raam aan te pakken. Op de maner s het mogeljk om met een mnder gecomplceerd/duur venster of deurblad een even goede (of betere) prestate te behalen. Belangrjk s ook op te merken dat vooral de hogere frequentes lekgevoelg zjn. Voor een verbeterng van het bouwdeel n de lagere frequentes s een verbeterng van R lekdcht dkwjls wél een goede methode. Een verbeterde geludsolate kon n het geval van deuren behaald worden door toepassng van dchtngstrps (bjna een verdubbelng van de solatewaarde van een net-afgedchte deur). Het juste slutmechansme s echter ook van belang. Een enkele slutng n het mdden van de deur gaf grote geludlekken op de hoeken van de deur, zeker n het geval het deurblad flexbel was. Het aandrukken van de vleugel over de gehele omtrek door mddel van slutngen s ook voor opengaande ramen van groot belang. 4

5 R (db) R w =43 db R w =24 db Deze fguur toont twee metngen op dezelfde stalen deur. In de standaardtoestand haalt deze deur een R w -waarde van 24 db. Na het aanbrengen van een enkelvoudge rubberstrp tussen deurblad en kader behaalt deze deur een hoge geludweerstand: 43 db! [Hongsto, 2000] frequente (Hz) Is perfecte luchtdchthed nodg? De meeste auteurs stellen een perfecte luchtdchthed voorop. Ut utgebred onderzoek op PVC ramen bljkt echter dat bj de courante luchtdchthed weng effect van een verdere verbeterng van de luchtdchthed wordt vastgesteld [Nurzynsk, 2003]. Bj houten ramen s dt wel het geval. Nurzynsk wjst dt toe aan de verschllende geometre van de keren. Bj kunststoframen heeft de luchtkamer tussen de bnnenste en de butenste afdchtngsstrp mmers relatef dunne wanden. Dt s net het geval bj houten ramen waar eerder een getrapte voeg aanwezg s. Aangezen alumnum en stalen kaders een soortgeljk voegensysteem hebben als PVC ramen, s het mogeljk dat deze concluses ook voor de gevallen gelden. Dchtngstrps Dchtngstrps denen natuurljk n de eerste plaats om spleten te dchten. Ze zjn n verschllende vormen beschkbaar, maar het s de poste op het kader van de strps de een grote rol speelt n de geludreducte. Maakt men een raam ondcht om ventlateredenen gebruk van specale strps, mcro-perforates n het raamkader,..- dan gaat de solate achterut, maar de geometre bepaalt n welke mate. Globaal verlest men 0 tot 7 db n R w -waarde [Nurzynsk, 2003]. Zoals reeds eerder gesteld zou men een ker ook kunnen kenmerken door een geludsolate R ker. Voor ker- en naaddchtngen vareert de globale waarde voor R ker tussen 20 db (geen dchtng) en 60 db (zeer goede dchtng). De effectvtet s daarbj sterk afhankeljk van de nomnale spleetbreedte waarvoor een bepaald dchtngsprofel werkzaam s (fguur) [Gerretsen, 2001; NPR 5272:2003]. 5

6 De fguur geeft weer welke waarden er met verschllende soorten dchtngsprofelen haalbaar zjn. Als de relateve spleetbreedte postef s, betekent dt dat het profel klener s dan de spleet, en vce versa als de waarde negatef s. Hoge geludsolates zjn te behalen met profelen de nomnaal breder zjn dan de af te dchten spleet. R ker relateve spleetbreedte Verschllende onderzoeken tonen echter dat net enkel drecte transmsse door spleten een rol speelt. Ut proeven bljkt zelfs dat opengaande ramen systematsch beter scoren dan vaste ramen. Nurzynsk stelt dat men twee aspecten moet beschouwen: de spleet als transmsseweg en de dchtngstrps als dempende ondersteunng van de vleugel. Verder onderzoek s nodg rond de verklarng van dt fenomeen. Onderzoeksmogeljkheden Eens geludsolatewaarden nagestreefd worden met een enkelvoudg venster boven 35 db(a) en zeker boven 40 db(a) dan duken al de genoemde punten op. De vraag naar deze kwaltet komt naar voor n erg belaste omstandgheden. Het samengestelde karakter van de geludtransmsse brengt mee dat over de combnate raam-glas slechts beperkte nfo aanwezg s. In de aankomende perode zal heraan gewerkt worden. In het verleden kon reeds zeer nformatef materaal bekomen worden met het gebruk van, de geludntenstetsmeetmethode. In de toekomst zullen neuwe werkwjzen onderzocht worden en zal nagegaan worden n welke mate een numereke smulate extra nzchten/praktjkregels kan opleveren. De ntenstet s de geludenerge de gemddeld per tjdseenhed en per eenhed van oppervlak n een aangewezen rchtng stroomt (W/m 2 ). Deze kan afgeled worden ut het tjdsverloop van het product p.v r. p s de akoestsche druk, v r s de deeltjessnelhed n de rchtng r). De akoestsche druk wordt met een mcrofoon bepaald. Voor het bepalen van de snelhed wordt meestal gebruk gemaakt van twee mcrofonen op korte afstand van elkaar. Foto:twee-mcrofoon-probe Bruel and Kjaer De geludntenstetsmeettechnek bedt prncpeel de mogeljkhed om de verdelng van de geludntenstet te meten de door een samengestelde constructe doorgelaten wordt. De aanwendng bj de analyse van gevelsystemen lgt voor de hand. Deze oefenng hebben wj, welswaar n labo, kunnen utvoeren op een gevelconstructe voor het gebouw D3 van de EU te Brussel [Vermer, Bosmans, 1996]. Deze gevel s opgetrokken met modulare elementen met een breedte van 1.25 m en een hoogte van 3.42 m. De lawaablootstellng s voor sommge gedeelten van het project zeer hoog en er zou nagegaan worden of en hoe de geludsolate aan 6

7 een es van 42 db(a) (R route 1, NF) zou kunnen voldoen. Herna wllen wj enkele elementen ut deze stude toelchten mddendeel beglazng 2 randen beglazng 3 mddendeel opake panelen 4 randen van de opake panelen 5 klene paneeltjes 6 vertcale staander 7 horzontale regel 8 9 passtuk (vertcaal) passtuk (horzontaal) De gevel s n het vlak en n de snede complex samengesteld. Op de fguur zjn de opake partjen en de transparante glaspartjen aangegeven. De gevel s opgedeeld n een aantal meetzones, waarvoor het doorgelaten geludvermogen en de overeenstemmende globale geludsolate bepaald s. Bj een dubbele beglazng bleek de beglazng het zwakste punt, maar er bleek evenveel gelud doorheen de horzontale frame-gedeelten te gaan, als doorheen alle sandwch gedeelten samen. De volgende fguur maakt dudeljk dat n het geval dat dubbele beglazng gebrukt wordt n de transparante glasdelen, deze een bepalende rol speelt. De globale geludsolate bedraagt ongeveer 33 db(a), deze ten gevolge van het glas alleen ongeveer 36 db(a). Men moet natuurljk wel n gedachten houden dat de sommge andere onderdelen ook veel klener oppervlak hebben, daardoor mnder vermogen utstralen en een relate hogere geludsolatewaarde opgeplakt krjgen 2. Om de globale geludsolatewaarde te verhogen s dus een betere geludsolate van de beglazng noodzakeljk. Op de tweede llustrate zjn de deelsolates getoond de bekomen werden door het voorzen van een extra bnnenbeglazng met grote tussenspouw. Men merkt dat de transmsse door het glas mnder domnant wordt en dat de globale waarde nu oploopt tot bjna 40 db(a). De opake panelen moeten bljkbaar ook verbeterd worden om de beoogde 42 db(a) te kunnen bereken. Dt s geïllustreerd n de laatste fguur. Deze meetresultaten zjn bekomen na een extra metalen omkastng voor de opake gedeelten. 1 R route s vrjwel equvalent aan R Atr (=R w +C tr ). 2 Voor een goed begrp hebben wj de geludsolatewaarde gerefereerd naar het globale W doorlaatvlak volgens R = 10log W nvallend op volledg wandoppervlak doorgelaten door onderdeel 7

8 equvalente geludverzwakkngsndex [db] equvalente geludverzwakkngsndex [db] frequente 1/3 octave [Hz] db(a) R route, traffc frequente 1/3 octave [Hz] db(a) 8/15/6 geen dubbel raam, geen bnnenomkastng globaal glas sandwch paneel vertcale boord lnks vertcale boord rechts horzontale boord onder horzontale boord boven klen paneel 1 klen paneel 2 vertcale stjl horzontale stjl 8/15/6 +100/10 geen bnnenomkastng globaal glas sandwch paneel vertcal boord lnks vertcal boord rechts horzontale boord onder horzontale boord boven klen paneel 1 klen paneel 2 vertcale stjl horzontale stjl R route, traffc equvalente geludverzwakkngsndex [db] frequency 1/3 octave [Hz] db(a) R route, traffc 8/15/6 +100/10 met bnnenomkastng globaal glas bekledng horzontale boord boven klen paneel 1 klen paneel 2 vertcale stjl 8

9 Praktjkbenaderng Een nteressante houvast voor de praktjk s tabel 40 ut de Dutse norm E DIN De tabel s gebaseerd op ongeveer 2400 metngen op vensters en maakt een schattng mogeljk voor nog te ontwerpen vensters. Men kan er n opzoeken welke de veresten zjn om een bepaalde R w te behalen, of omgekeerd, welke R w men effectef kan verkrjgen als men de solatewaarde van het glas kent. De tabel voorzet eveneens correctewaardes n functe van materaal, grootte van het venster, oppervlakte van het raamkader en het al dan net openend zjn van het venster. De tabel handelt over ramen met een R w van ongeveer 25 db tot 45 db (R A,tr : db). Daarboven zjn extra proeven noodzakeljk. Opgelet, deze R w gelden n labo, de Dutse norm voorzet een praktjkwaarde de standaard 2 db lager lgt. Heronder zjn de waarden ut de tabel grafsch weergegeven. Daarut bljkt dat het raamkader een posteve nvloed heeft op de totale solatewaarde van het venster bj solatewaardes voor het glas (R glas ) beneden 38 db. Voor R glas boven 41 db doet het kader de totale solate echter dalen. Het belang van het kader wordt her nogmaals aangetoond. Illustrate naar E DIN 4109 (tabel 40) De praktjkwaarde gaat ut van een reducte ten opzchte van het labo, met 2 db. De verkeerslawaawaarden komen zo net boven 40 db(a) ut. 9

10 Algemene besluten De geludtransmsse door samengestelde constructedelen wordt overheerst door de zwakste component. De zwakste schakel s deze met de grootste transmssecomponent. Voor vlakke onderdelen s de component het product van de transmssefactor met het overeenstemmende doorlaatoppervlak, voor keren en naden s dt de transmssefactor vermengvuldgd met de lengte. De eenvoud s msledend omdat net alles even bekend s. Voor glas zjn er wel heel wat gegevens, voor de combnate glas+raam lgt het moeljker. Gegevens over ramen op zch hebben ook slechts een relateve waarde omdat de combnate glas+raam er zeker n speelt. Over naden en keren zjn er slechts beperkte gegevens. De tekst geeft de stand van de kenns globaal weer. Het s dudeljk dat dubbele vensters een velge opte zjn wanneer een geludsolate boven 40 db(a) beoogd wordt. Wl men echter hetzelfde bereken met een enkel venster dan komen alle effecten van raamkader, keren en naden om de hoek kjken. Het s net mogeljk om het beslut te herleden tot een one-lner, er zjn te veel effecten n het spel. Akoestsch onderzoek moet toelaten om een en ander scherper af te ljnen. Dt s het plan voor de nabje toekomst. 10

11 Referentes E DIN 4109, Bbl 1/A1: , Tabelle 40: Konstruktonstabelle für Enfachsfenster met Mehrscheben-Isolerglas EINCK, J., FISCHER, C., Hochschalldämmende Fensterkonstruktonen für das Stadthaus Köln, n: "Bauphysk", vol 25, nr. 4, pp , Ernst & Sohn Verlag für Archtektur und technsche Wssenschaften GmbH, Berln, GERRETSEN E., Geludwerng bnnen gebouwen - Bronnen - Grootheden - Meetmethoden Esen, KVIV Hogere Cursus Akoestek, HONGISTO, V., Sound nsulaton of doors - part1: Predcton models for structural and leak transmsson, n: "Journal of Sound and Vbraton", vol. 230, nr. 1, pp , Academc Press, HONGISTO, V., KERÄNEN, J., en LINDGREN, M., Sound nsulaton of doors - part2: Comparson between measurement results and predctons, n: "Journal of Sound and Vbraton", vol. 230, nr. 1, pp , Academc Press, INGELAERE, B., Geludsolate van vensters, n: "WTCB magazne", vol 1998, nr. lente, INGELAERE, B., VERMEIR, G., Geludsolate van vensters (2), n: "WTCB magazne", vol 1998, nr. herfst, pp.26-30, ISO :2000 Acoustcs -- Measurement of sound nsulaton n buldngs and of buldng elements usng sound ntensty -- Part 1: Laboratory measurements. KOCH S., LAKATOS B., SCHUMACHER R., MECHEL F.P., Der Enfluss des Rahmens auf de Schaldämmung von Fenstern, Proc. DAGA 1981, p NPR 5272:2003, Geludwerng n gebouwen - Aanwjzngen voor de toepassng van het rekenvoorschrft voor de geludwerng van gevels op bass van NEN-EN , NEN 2003 NURZYNSKI, J., Influence of sealng on the acoustc performance of PVC wndows, 2 nd Internatonal Buldng Physcs Conference, Leuven, 2003, A.A. Balkema Publ. ISBN , p SAELENS, D., Energeprestatebeoordelng van acteve gevels, Bouwfysca, Tjdschrft van de Nederlands Vlaamse Bouwfyscaverengng, vol. 13, nr. 1, pp 17-23, 2003 SÄLZER, E., MOLL, W., en WILHELM, H., Schallschutz von Aussenbautele: Schalldämmung von Fenstern: Rahmen, Flügel, pp.42-49, Bauverlag GMBH, Berln, VERMEIR G., BOSMANS I., MEES P., Laboratory analyss of the arborne sound transmsson through prefabrcated structural glazng, nvted paper, Proc. INTER.NOISE 96, Lverpool, 1996, p VERMEIR G., THOEN J., INGELAERE B., MEES P., VAN DAELE L., Endverslag betreffende de onderzoeksopdracht vanwege het Mnstere van de Vlaamse Gemeenschap afdelng Algemeen Mleu en Natuurbeled, Berekenng en kostenramng van geludssolate n de neuw- en verneuwbouw ten opzchte van butenlawaa veroorzaakt door weg-, vleg- en spoorverkeer, VERMEIR G.; Lawaabeheersng, ACCO Leuven, ISBN , 1992,