Metodický postup měření akustického výkonu vznikajícího při odtoku srážkové vody tělesem střešního vtoku

Článek pojednává o metodickém postupu měření akustického výkonu, který vyzařuje zdroj hluku do okolního prostředí. Hodnota akustického výkonu se vypočítá ze střední hodnoty akustického tlaku, který se měří přes hypotetickou měřicí plochu, kterou určíme z referenční obalové plochy. Sledovaný hluk vzniká při odtoku srážkové vody skrze těleso podtlakového střešního vtoku, který je dále napojený na odtokové potrubí. Úroveň sledovaného hluku, který vydává zdroj hluku do okolního prostředí je závislá na více parametrech, např. na výšce vzdutí vody nad střešním vtokem, na průtočné kapacitě testovaného vtoku nebo na tvaru těla vtoku.

David Fučík, Jan Ručka

Abstract

The article discusses the methodical procedure for measuring the acoustic power emitted by a noise source into the surrounding environment. The acoustic power value is calculated from the mean value of the acoustic pressure, which is measured over a hypothetical measuring surface, which we determine from the reference envelope surface. The observed noise is generated when rainwater drains through the body of the siphonic roof drain, which is further connected to the drain pipe. The monitored noise level emitted by the noise source into the surrounding environment depends on several parameters, e.g. the height of the water swell above the roof drain, the flow capacity of the tested drain or the shape of the drain body. As part of the research, the acoustic performance is being tested for several variants of roof drains on the assembled measuring circuit. The article describes the basic principle of functioning of the siphonic drainage system for flat roofs, the article also mentions information about siphonic roof drains, and also describes the assembled laboratory measuring circuit, in which the measurement takes place. The average value will be calculated from the measured values of the sound pressure, which is measured at individual points, from which the value of the acoustic power will then be calculated. The evaluation of measured data and calculations will be carried out for all monitored variants of siphonic roof drains, where the aim of the measurement is to find the form of the drain that achieves the highest value of flow capacity with optimal water flow in the entire system with the lowest possible acoustic power value.

Keywords

akustický výkon, zdroj hluku, měření hluku, podtlakový systém odvodnění, střešní vtok

Úvod

Článek pojednává o metodickém postupu měření akustického výkonu vznikajícího při odtoku srážkové vody skrze těleso podtlakového střešního vtoku, který je dále napojený na odtokové potrubí. Úroveň sledovaného hluku, který vydává zdroj hluku do okolního prostředí je závislá na více parametrech, např. na výšce vzdutí vody nad střešním vtokem, na průtočné kapacitě testovaného vtoku nebo na tvaru těla vtoku. Testování akustického výkonu pro jednotlivé podtlakové střešní vtoky probíhá na sestaveném měřicím okruhu, který vychází z požadavků technické normy ČSN EN 1253-2 s názvem Podlahové vpusti a střešní vtoky.

Autorský kolektiv se zabýval vytvořením metodického postupu měření akustického výkonu, který vzniká při odtoku srážkové vody skrz těleso střešního vtoku. Metodický postup byl vytvořený v návaznosti na relevantní technické normy a další literaturu. Testování akustického tlaku a výpočet akustického výkonu je provedený dle technické normy ČSN EN ISO 3746 s názvem Akustika – Určování hladin akustického výkonu a hladin akustické energie zdrojů hluku pomocí akustického tlaku.

Z naměřených hodnot akustického tlaku, jehož měření probíhá v jednotlivých bodech bude vypočtena střední hodnota, ze které se následně vypočte hodnota akustického výkonu. Vyhodnocení naměřených dat a výpočtů bude provedeno pro všechny sledované varianty podtlakových střešních vtoků, kde cílem měření je nalezení tvaru vtoku, který dosahuje nejvyšší hodnoty průtočné kapacity při optimálním proudění vody v celém systému s co nejnižší hodnotou akustického výkonu. 

Podtlakový systém odvodnění

Podtlakový systém odvodnění se používá převážně u objektů typu skladovacích hal, které jsou typické větší odvodňovanou plochou s nízkou hodnotou spádování. Jedná se tedy o ploché střechy, které jsou definované sklonem střechy menší nebo rovno 5 stupňům [1].

Systém se skládá z podtlakových střešních vtoků, které jsou svedeny do sběrného potrubí, které bývá instalováno beze spádu a je umístěno pod střešní konstrukcí [2]. Sběrná větev je dále zaústěna do svislého potrubí, které je svedeno dále do kanalizace, příp. jiného objektu. Schéma podtlakového systému je patrné z obr. 1.

Obr. 1 Schéma podtlakového systému odvodnění

Podtlakový systém funguje na principu zcela vodou zaplněného odpadního potrubí, při kterém se v systému dosahuje nižšího tlaku, než je tlak atmosférický [3], [4]. Zaplnění odpadního potrubí dosáhneme speciálními střešními vtoky, vhodným dimenzováním a hydraulickým vyvážením [5]. Pro správnou funkci celého systému musí být průtočné množství jednotlivých střešních vtoků navzájem sladěné [6], [7].

U podtlakového systému se při plném průtoku dosahuje výrazně vyšší odtokové kapacity než při použití gravitačního systému, a to vzhledem k tomu, že v systému vzniká sací efekt [3]. Vyšší odtoková kapacita je však spojena i s vyšší úrovní hluku, který vzniká při odtoku srážkové vody tělesem střešního vtoku.

Pro účely měření byl navržený podtlakový střešní vtok, jehož konstrukce vychází ze standardního gravitačního vtoku, který byl doplněný o vzduchovou přepážku, která zabraňuje přístupu vzduchu do systému, který tak může fungovat na principu podtlakového efektu. Pro srovnání naměřených hodnot jsou sledovány další podtlakové střešní vtoku od různých výrobců.

Sestava měřicího okruhu

Sestava měřicího okruhu je sestavena dle požadavků ČSN EN 1253-2, ve které jsou definovány parametry měřicího okruhu a také podmínky, za jakých má být provedeno měření průtočné kapacity podtlakových střešních vtoků [8].

Měřicí okruh je sestavený z nosné konstrukce, na které je osazena horní nádrž o rozměrech 1800 × 1800 × 500 mm. Dolní nádrž o průměru 1500 mm a výšce 1500 mm je umístěna v úrovni podlahy pod nosnou konstrukcí. Horní nádrž je plněna z dolní nádrže pomocí výtlačného řadu a odstředivého čerpadla WILO BL 100/170-4/4. Podtlakový střešní vtok je při testování osazený ve svislé poloze v ose horní nádrže. Svislé potrubí, na které je napojený střešní vtok je zaústěna zpět do dolní nádrže [10].

Záznam hodnot akustického tlaku, ze kterých se následně vypočte hodnota akustického výkonu, bude probíhat při předem definovaných výškách vzdutí vody nad testovaným střešním vtokem, tj. 5 mm – 65 mm s krokem po 10 mm [9].

Metodika měření akustického výkonu

Určování hladin akustického výkonu od zdrojů hluku pomocí provozní metody s měřicí obalovou plochou nad odrazivou rovinou definuje technická norma ČSN EN ISO 3746. Podle normy se hodnota akustického výkonu, který vyzařuje zdroj hluku do zkušebního prostředí, vypočítá ze střední hodnoty akustického tlaku, jehož hodnota se měří přes hypotetickou měřicí plochu. Měřicí plocha obklopuje zdroj hluku a vychází z referenční obalové plochy, tj. hypotetický kvádr s podstavou na odrazivé rovině, na které je umístěný zkoušený zdroj hluku. Hypotetický kvádr obklopuje zdroj hluku co nejtěsněji. Hodnota d značí vzdálenost mezi referenční obalovou plochou a mezi měřicí plochou [9].

Hladiny časově průměrovaného akustického tlaku od zkoušeného zdroje hluku se musí měřit ve všech polohách mikrofonu. Časový interval měření pro ustálené hladiny akustického tlaku musí probíhat alespoň 10 s, při měření proměnlivé hladiny akustického tlaku musí být čas měření delší [9].

K měření je použitý hlukoměr Testo 816-1, který je patrný na obr. 3. Před a po každé sérii měření musí být mikrofon neboli hlukoměr kalibrován akustickým kalibrátorem [11]. Kalibrátor je znázorněný v pravé části obrázku. Na obrázku je dále znázorněna ochrana proti větru a přenosový kabel pro propojení hlukoměru s PC.

Obr. 2 Fotografie hlukoměru s příslušenstvím

Měření probíhá v měřicích bodech, které leží na měřicí ploše, a to ve vzdálenosti d od referenční obalové plochy. Měřicí plocha je hypotetický povrch o ploše S, na kterém jsou umístěny dráhy a polohy mikrofonu [9].

Při měření je nutné dbát na minimalizování zvuku z pomocných zařízení, která jsou součástí zkoušeného zdroje hluku a nelze je vypnout nebo přesunout mimo zkušební prostředí. Zkoušený zdroj hluku musí být testován včetně pomocných zařízení, které nelze odstranit nebo ztišit.

Pro získání relevantních výsledků se zohledňují korekce na hluk pozadí, tj. korekce K1 a dále korekce na prostředí, tj. korekce K2. Korekce K1 se používá pro hladiny střední hodnoty časově průměrovaného akustického tlaku ve všech polohách na měřicí ploše. Korekce K2 se používá pro hladiny střední hodnoty časově průměrovaného akustického tlaku ze všech poloh mikrofonu na měřicí ploše, aby se zohlednil vliv odraženého nebo pohlceného zvuku. Obě korekce se vyjadřují v decibelech [9].

Na obr. 3 je znázorněna referenční obalová plocha B na třech odrazivých rovinách A, a také měřicí plocha S, na které leží polohy a dráhy mikrofonu. Měřicí obalová plocha je vymezena ve vzdálenosti d o referenční obalové plochy, které těsně obklopuje zkoušený zdroj hluku [9].

Obr. 3 Schéma měření pro středně veliký stroj

Na obr. 4 níže je znázorněný příklad grafu naměřených hodnot ze záznamu hodnot akustického tlaku v jednom z měřených bodů. Svislá osa grafu znázorňuje hodnotu akustického tlaku v decibelech dB, vodorovná osa grafu znázorňuje čas, ve kterém probíhalo měření. Z vodorovné osy je možné odečíst délku měření v daném měřicím bodě. V záhlaví grafu je patrný datum a čas měření, označení měření a průměrná hodnota akustického tlaku v měřicím bodě. V dalším řádku jsou znázorněny maximální a minimální naměřené hodnoty spolu s časovým označením. V grafu je možné zvýraznit dvě volitelné hodnoty, tj. cursor A a cursor B.

Obr. 4 Příklad grafu naměřených hodnot

Závěr

V článku je popsán metodický postup měření akustického výkonu, který vyzařuje zdroj hluku do okolního prostředí. V první částí článku je úvodní část, která popisuje danou problematiku. V další části je popsaný podtlakový systém odvodnění plochých střech a také podtlakový střešní vtok u něhož vzniká hluk při odtoku srážkové vody skrz těleso vtoku. Článek dále popisuje sestavený měřicí okruh, na kterém probíhá testování střešních vtoku, spolu se záznamem hodnot akustického tlaku, který se měří přes hypotetickou měřicí plochu, která je určena z referenční obalové plochy. V rámci testování je sledováno několik variant střeních vtoků. Z naměřených hodnot akustického tlaku bude vypočtena střední hodnota, ze které následně vypočteme hodnotu akustického výkonu. Naměřená data budou porovnána mezi jednotlivými variantami a bude provedeno zhodnocení celého měření. Cílem měření je nalezení tvaru podtlakového střešního vtoku, který dosahuje nejvyšší hodnoty průtočné kapacity při optimálním proudění vody v celém systému s co nejnižší hodnotou akustického výkonu, který je vyzařován do okolního prostředí.

Literatura

1. ČSN 73 1901-1. Navrhování střech – Část 1: Základní ustanovení. ICS 91.060.20. Česká agentura pro standardizaci. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020. 32 s.
2. RUNŠTUK, Michal. Odvodnění plochých střech: gravitační, nebo podtlakový systém?: Wavin Ekoplastik. Materiály pro stavbu [online]. 2015 (3), 72 [cit. 2019-09-14]. Dostupné z: https://www.wavinacademy.cz/wp-content/uploads/2015/10/31_Materialy-pro-stavbu_odvodneni-plochych-strech_150401_FIN.pdf
3. ARTHUR, Scott, John A. SWAFFIELD. Siphonic roof drainage: current understanding. Urban Water 3 (1), 2001, p. 43-52.
4. Plumbing 301: PHCC Educational Foundation Plumbing Apprentice & Journeyman Training Committee. 2nd edition. USA, 2019. 528 s. ISBN 978-1-337-39176-4.
5. SOLAŘ, Jaroslav. ODVODNĚNÍ STŘECH [online]. [cit. 2022-08-11]. Dostupné z: http://fast10.vsb.cz/studijni-materialy/ps4/2.html
6. ČSN EN 12056-3. Vnitřní kanalizace – Gravitační systémy – Část 3: Odvádění dešťových vod ze střech – Navrhování a výpočet. ICS 91.060.20, 91.140.80. Český normalizační institut. Praha, 2001. 48 s.
7. SWAFFIELD, John, Michael GORMLEY, Grant B. WRIGHT a Ian MCDOUGALL. Transient Free Surface Flows in Building Drainage Systems. Abingdon and New York: Routledge, Taylor & Francis Group, 2015. ISBN 978-0-415-58915-4 (hbk), 978-0-203-84576-9 (ebk).
8. ČSN EN 1253-2. Podlahové vpusti a střešní vtoky: Část 2: Střešní vtoky a podlahové vpusti bez zápachové uzávěrky. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. 2016.
9. ČSN EN ISO 3746. Akustika – Určování hladin akustického výkonu a hladin akustické energie zdrojů hluku pomocí akustického tlaku – Provozní metoda s měřicí obalovou plochou nad odrazivou rovinou. ICS 17.140.01. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. 2011. 52 s.
10. FUČÍK, David, Jan RUČKA. Testování podtlakových vtoků odvodnění plochých střech. info, č. 1, s. 1-5, 2021. ISSN: 1804-7157.
11. JÁGERSKÁ, Lenka. Analýza odvodnenia striech podtlakovými kanalizačnými systémami. Dizertační práce. Slovenská technická univerzita v Bratislavě, Stavebná fakulta.

Poděkování

Práce byla financována z rozpočtu projektu „Vybraná témata z oblastí pitné vody a odvodnění“, registrační číslo FAST-J-22-8040, který je financován z programu Specifického vysokoškolského výzkumu Vysokého učení technického v Brně.

Citace

Fučík, D., Ručka, J. (2022). Metodický postup měření akustického výkonu vznikajícího při odtoku srážkové vody tělesem střešního vtoku. Vodovod.info - vodárenský informační portál [online]. 17.10.2022, 2/2022, [cit. 2022-10-17]. Dostupný z WWW: http://vodovod.info. ISSN 1804-7157.