Шум в санитарно-технических системах зданий/В. Е. Бухин, к. т. н.

Санитарно-технические системы зданий, в трубопроводах которых циркулирует жидкая среда, вносят существенный вклад в общий уровень шумового загрязнения как в высокочастотной, так и в низкочастотной частях его спектра. Причем в последнем случае шум, распространяясь по конструктивным элементам  здания далеко от источника возникновения, становится интегральной составляющей, снижающей общий уровень комфортности среды обитания.

В начале второй половины прошлого века в РФ началось массовое строительство многоэтажных панельных жилых домов, в которых предусматривались комфортные условия проживания: ХВС и ГВС, хозяйственно-фекальная канализация и централизованное отопление. К сожалению, акустике жилых зданий не было уделено должного внимания, а контроль за уровнем шума в помещении был чисто декларативным.

Делалось это сознательно, так как в таком случае можно сэкономить до 30 % общей стоимости строительных работ.

Основные требования к акустическим характеристикам конструкций зданий были изложены в строительных нормах и правилах (СП 51.13330.2011 «Защита от шума», Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003 и ТСН 23-315-2000 «Допустимые уровни шума, вибрации и требования к звукоизоляции в жилых и общественных зданиях», Актуализированная редакция МГСН 2.04-97). Важность акустических характеристик зданий была подтверждена и на акустическом инженерном форуме АИФ-2016 (табл. 1).

Таблица 1. Параметры, характеризующие пассивные свойства сооружений

Акустические требования к зданиям, их компонентам и инженерным сетям

Примечание. Rw – внешняя звукоизолирующая способность перегородок между помещениями (определяется требованиями стандарта EN ISO-140-5, относится к элементам, отгораживающих друг от друга две отдельные единицы недвижимости); D2m,n,T,w – гармонизированная акустическая изоляция фасада, рассчитывается в соответствии со стандартом EN ISO-140; Ln,w – нормализованный уровень шума от ходьбы по перекрытию, определяется требованиями стандарта EN ISO-140-6; LAs max – максимальный взвешенный уровень длительного звукового давления A; Laeq – постоянный эквивалентный уровень взвешенного давления A. Максимально допустимые значения параметров шумности инженерных сетей:

La max = 35 дБ (А) – для инженерного оснащения с прерывистым режимом работы (лифты, водопроводные сливы, санитарные узлы и т.п.); La max = 25 дБ (А) – для инженерного оснащения с постоянным режимом работы (системы отопления, вентиляции, кондиционирования и т.п.).

Шум и звук

В акустике применяются два близких по смыслу термина – «звук» и «шум». Первый – означает физическое явление, вызванное колебательными явлениями окружающей среды, он имеет определенные амплитуду и частоту. Воспринимаемые человеческим ухом частоты лежат в диапазоне 16–20 000 Гц. Для оценки уровня звукового воздействия используется дБ (логарифм отношения интенсивности к эталонной величине). Под вторым же обычно понимают хаотическое смешение звуков, отрицательно воздействующих на психику человека. Причем он в максимальной степени воспринимает звуковые частоты речевого диапазона (500–4000 Гц). Организм человека дифференцированно реагирует на шумы разного уровня и частотного спектра. Однако длительное воздействие шума интегральной интенсивности 70–90 дБ приводит к патологическим  процессам в нервной системе, а 100 дБ и выше – к снижению остроты слуха вплоть до развития тугоухости  и даже глухоты.

По характеру распространения шума в помещении различаются два его вида: воздушный и структурный (рис. 1). Воздушный шум вызывается звуковыми волнами в воздухе, например, от работающей аудиотехники. В общем случае его распространение зависит от звукоизолирующей способности ограждающих конструкций. Структурный шум – механического происхождения, возникает от ударных воздействий перфоратора, дрели, молотка и т. п. Образующаяся при этом вибрация распространяется практически по всему зданию, и уровень шума зависит от комплексной шумоизоляции помещения (толщина, структура и физические характеристики материалов конструкций, их массы,  щели и отверстия в них).

Рис. 1. Передача звуковых колебаний от канализационного трубопровода: а – воздушным путем; б – через строительные конструкции

Для защиты от воздушного шума достаточно перекрытия толщиной 160 мм.

В монолитном домостроении используются перекрытия толщиной 200–250 мм. Но даже при таких конструктивных параметрах не всегда удается достигнуть требуемого уровня шумоизоляции и его приходится обеспечивать за счет устройства звукоизолирующих полов и стен. При этом удвоение массы стены обеспечивает снижение уровня шума на 6 дБ (т. е. на 35 %).

Для достижения эффекта «абсолютной тишины» в квартире уровень шума не должен превышать 30 дБ. В то же время в большинстве случаев городская квартира находится под «давлением» 40–50 дБ. Так, например, в скандинавских странах установлены следующие предельные значения шумов – 35 и 40 дБ в жилых помещениях и на кухне, соответственно.

Для жилых домов, построенных по современным проектам, характерна высокая степень насыщенности трубопроводными системами, которые либо непосредственно участвуют в генерации шума, либо служат для  него проводниками и, образно говоря,  дистрибьюторами. Причем внутренние трубопроводы служат источниками как воздушного, так и структурного шумов.

Например, во внутренних канализационных трубопроводах отводимая жидкость, не полностью заполняющая сечение трубы, перемещается как вдоль ее, так и поперек, вызывая вибрацию стенок. Это способствует возникновению шума как в виде звуковых волн, так и виде вибраций строительных конструкций, через заделку и крепления трубопроводов, что приводит к распространению шума далеко от источника его возникновения на соседние помещения.

Хотя в СП 51.13330.2011 «Защита от шума»,  в Актуализированной редакции СНиП 23-03-2003 внутренние трубопроводы водоснабжения, отопления и водоотведения не отнесены к разряду инженерного оборудования, оказывающего существенное влияние на шумовой режим зданий, тем не менее их расположение  относительно строительных конструкций в разделе «Элементы ограждающих конструкций, связанные с инженерным оборудованием» регламентируется в части прохождения через межквартирные перегородки. Они должны пропускаться через междуэтажные перекрытия и межкомнатные стены (перегородки) в эластичных гильзах, допускающих температурные перемещения и деформации труб без образования сквозных щелей.

Акустические параметры трубопроводных систем должны быть определены уже на этапе проектирования. Но из-за отсутствия четких нормативных требований приходится пользоваться приближенными данными. Так, шум от исправных водопроводов при заполнении сливного бачка унитаза достигает 67 дБ, при заполнении ванны водой – 36–58 дБ, при вытекании воды из смесителя – 44–50 дБ. Для сравнения: уровень шума от электробритвы – 60 , пылесоса, телевизора –70, стиральной машины –68, холодильника – 42, спокойного разговора – 65, детского плача –78 дБ.

К факторам, в наибольшей степени определяющим уровень шума, в основном относятся: физико-химические характеристики материала труб и соединительных деталей, конструкции крепежных узлов, способ прокладки трубопроводов (открытый или закрытый), геометрия изменения направления вертикальных стояков и горизонтальных отводных  трубопроводов, технология выполнения прохождения их через перекрытия и стены.

Снижение уровня шума

Снизить уровень шума можно, во-первых, за счет использования звуконепроницаемых канализационных трубопроводов с большей массой, выполненных из многослойных труб со вспененным внутренним слоем, армированных стекловолокном или с минеральными утяжеляющими добавками в материал труб. Во-вторых, за счет применения креплений со звукоизолирующим внутренним слоем. В-третьих, прокладкой трубопроводов в шахтах или коробах со звуконепроницаемыми стенками (табл. 2).

Таблица 2. Варианты звукоизоляции канализационного стока

В-четвертых, применением двух 45° или трех 30° отводов вместо 87° (90°) или отводов с большим радиусом закругления (рис. 2).

Рис. 2. Схема трубопровода с большим углом закругления

До второй половины прошлого века для устройства трубопроводов внутренней хозяйственно-фекальной канализации и некоторых видов технологических трубопроводов применялись исключительно трубы и детали из серого чугуна по ГОСТ 6942 с раструбными соединениями. В качестве уплотняющего материала использовались законопачиваемые жгуты из волокнистых материалов с последующей заделкой цементом или заливкой серой.

Из-за особенностей технологии производства внутренняя поверхность чугунных труб и деталей имеет высокую шероховатость, что при небольших скоростях и непостоянном расходе транспортируемой жидкой среды создает благоприятные условия для образования отложений, уменьшающих внутренние сечения труб.

При индустриальной сборке элементов зданий монтаж чугунных трубопроводов был трудоемким и малопроизводительным процессом. Кроме того, существовавший в России объем производства чугунных труб и деталей не обеспечивал потребности строительства. За рубежом в настоящее время применяют безраструбные чугунные трубы типа SML с соединением их на хомутах из нержавеющей стали и уплотнениями из коррозионностойкой резины EPDM   NВR (DIN 19522/EN 877), позиционируемые как трубы, обеспечивающие акустический комфорт. Уровень шума в этом случае по нормам Союза немецких инженеров VDI 4100 не должен превышать 30 дБ. В настоящее время такие трубы и детали импортируются в РФ.

Полимерные трубы

Альтернативой чугунным трубам стали  с 1963 г. канализационные трубы и детали из полиэтилена, производство которых было освоено в России. Успешное использование для устройства внутренней канализации труб из полиэтилена отмечалось уже в 1966 г. в Сборнике материалов научно-технического совещания по применению пластических масс в санитарно-технических устройствах. Производство канализационных трубопроводов из полиэтилена было регламентировано в ТУ 21-26-100-74 «Трубы канализационные из полиэтилена высокой плотности и фасонные части к ним». Однако массовое применение систем ГВС потребовало использования трубопроводов из более термостойких полимерных материалов.

В 1996 г. в России началось серийное производство труб и деталей для систем внутренней канализации из полипропилена по ГОСТ 32414. Аналогичные системы массово применяются и в настоящее время. А вот канализация, выполняемая из поливинилхлорида, получила меньшее развитие – трубы и детали для нее в большинстве случаев импортные в связи с недостаточным  производством в России поливинилхлоридной смолы.

Как в любых других, в полимерных трубопроводах при  движении стоков происходит частичное преобразование энергии потока. При этом колебательные движения стенок труб передаются воздуху и строительным конструкциям, вызывая их вибрацию, и распространяются в радиальном направлении в воздухе (звуковые волны).

Рис. 3. Прокладка сточных трубопроводов в вибро-,  шумоизолирующем массиве

Уровень шума, сопровождающий движение стоков по отводящим трубопроводам, во  многом зависит от организации слива жидкости в сантехприборах, места и технологии прокладки водоотводящих коммуникаций (рис. 3). Кухонные, туалетные и ванные комнаты в наибольшей степени укомплектованы трубопроводами и сантехприборами, которые являются источниками возникновения шума, распространяющегося и на другие помещения. Причем канализационные трубопроводы, выполненные из различных материалов, водопроводы, краны-смесители и сливные бачки унитазов имеют различные акустические характеристики. А частотный спектр, охватывая практически все воспринимаемые ухом частоты, «уходит» в инфразвуковую, неслышимую, но тем не менее воспринимаемую область.

Рис. 4.Уровень шума канализационных трубопроводов из различных материалов, определенный по стандарту DIN 4109

Примечание. Замеры выполнялись штутгарским институтом Fraunhofer на самом низком уровне звукоизоляции помещения (стена из материала плотностью 220 кг/м³ ). Использованы средние данные, полученные из сопроводительной документации заводов – изготовителей оборудования.

Традиционный способ, позволяющий существенно снизить уровень шума, – использование более массивных труб, так как чем больше масса трубопровода, тем меньше амплитуда и интенсивность его вибрации. По этому параметру, как отмечалось выше, металлическая или керамическая канализация обеспечивает больший уровень звукового комфорта, чем канализация, выполненная из полимерных труб (рис. 4). Их вибрации можно уменьшить, помимо увеличения толщины стенки (что неэкономично), за счет оборачивания труб волокнистыми или пористыми материалами – минеральной ватой, вспененными пластмассами (рис. 5). Например, звукоизоляция труб минеральной ватой (плотность ~ 125 кг/м³) толщиной 0,05 м снижает шум до 43 дБ.

Рис. 5. Звукоизоляция вспененными материалами   

Применение в строительстве трубопроводов, расположенных в шахтах или коробах, позволяет снизить уровень шума до 40 дБ (рис. 6). Также этого можно достигнуть за счет трассировки трубопроводов, оптимального подбора труб, рациональной расстановки креплений, расположения и правильной заделки гильз.

Рис. 6. Прокладка трубопровода в монтажном коробе 

Инновационным решением для снижения шума стало применение новых типов полимерных труб – многослойных со структурированной стенкой и внутренним вспененным слоем. Например, можно привести технологию, разработанную компанией Amut. С помощью коэкструзии производятся многослойные трубы из полипропилена со слоем из стекловолокна или с минеральным наполнителем (карбонат кальция или сульфат бария), использование которых в системах водоотведения позволяет значительно уменьшить уровень шума.

К сожалению, в массовом строительстве такие трубы пока практически не применяются и рассматриваются как своего рода акустическая роскошь, а не элемент стандартной системы, необходимый для снижения уровня шума в помещении до комфортного уровня 30 дБ.

Статья из журнала "Аква-Терм" № 3/2016

вернуться назад

Читайте также:

Очистка воды с помощью биопленок

Топливные смеси с водой для котельных и мини-ТЭС/И. Трохин

Солнечные системы горячего водоснабжения и отопления

Безопасная «поквартирка»