lättbyggnadskonstruktioner
Elin Sandin
Civilingenjör, Arkitektur 2020
Luleå tekniska universitet
Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser
Titel: Fönstrets akustiska påverkan på lättbyggnadskonstruktioner Författare: Elin Sandin
Publiceringsår: 2020
Omfattning: Examensarbete 30hp
Program: Civilingenjör Arkitektur, 300hp
Handledare: Fredrik Ljunggren, Luleå tekniska universitet Extern Handledare: Roger Johnsson, Tyréns
Examinator: Fredrik Ljunggren, Luleå tekniska universitet Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser
Avdelningen för drift, underhåll och akustik
FÖRORD
Detta examensarbete är den avslutande delen på min utbildning Civilingenjör Arkitektur med inriktning på Husbyggnad. Utbildningen har innefattat 300 högskolepoäng och examensarbetet har varit 20 veckor långt och innefattat 30 högskolepoäng.
Jag har många att tacka för min examen och min studietid här på Luleå tekniska universitet.
Jag vill särskilt tacka min handledare Roger Johnsson på Tyréns som med brinnande intresse har hjälpt mig i vått och torrt under arbetet. Men även för att du alltid fått mig att känna mig som en naturlig del i teamet och för att du alltid tagit dig tid att förklara och svara på alla mina frågor.
Fortsättningsvis vill jag tacka alla på akustikavdelningen på Tyréns för en fantastisk tid med mycket härligt snack och för att ni aldrig har tvekat när jag bett om hjälp.
Vidare vill jag tacka Fredrik Ljunggren för hjälpen med examensarbetet men främst ett tack för att du födde intresset för akustik hos mig. Utan dig hade jag förmodligen aldrig kommit in på akustikspåret.
Jag vill även tacka min farfar Staffan Sandin för att du alltid varit en förebild, både för mina studier men även för min personliga utveckling.
Ett särskilt tack vill jag ge min sambo, Johan Bergquist. För att du alltid funnits för mig och hjälpt mig när det ibland känts hopplöst.
Slutligen vill jag tacka alla mina nära och kära som alltid uppmuntrat och peppat mig.
_______________________
Elin Sandin Luleå, juni 2020
SAMMANFATTNING
God inomhusljudmiljö är och har alltid varit viktigt för att människor ska trivas och framförallt må bra. Idag utsätts många för dålig ljudmiljö med ljud från bland annat installationer och buller från trafik. Dessa ljud och buller har visat sig påverka de boendes hälsa med följder så som sömnproblem, stress och högt blodtryck. God ljudisolering mot externa bullerkällor beror till stor del på ytterväggens konstruktion tillsammans med de fönster som är monterade. Studier på byggnader uppförda i lättbyggnadsteknik har visat att låga frekvenser inte dämpas lika bra som för tunga byggnader, dessa låga frekvenser påverkar de boende. Numera är det tillåtet att bygga bostäder där trafikbullernivån är hög och detta ställer ökade krav på väggars ljudisolerande förmåga.
Examensarbetet sker i samarbete med Lindbäcks Bygg som bygger flerbostadshus i trä, genom industriell produktion av moduler. Tyréns har tillsammans med Lindbäcks Bygg upptäckt att fönster med hög ljudisolering inte presterar som förväntat i deras ytterväggar, byggda i lättbyggnadsteknik. Med prestatanda menas ljudisolering mot ljud utanför byggnad. Detta är konstaterat i två tidigare projekt med Lindbäcks Bygg. Även i diskussion med andra lättbyggnadstillverkare har även problematiken bekräftats.
Målet är att finna lösningar för att förbättra den sammansatta ljudisoleringen för ytterväggar i lättbyggnadsteknik tillsammans med fönster. Vidare är syftet att förstå interaktionen mellan fönsters och ytterväggs ljudisolerande egenskaper i lättbyggnadsteknik.
I detta examensarbete har fältmätningarna valts som metod. Mätningar gjordes på riktiga bostadsmoduler på en byggarbetsplats. Först testades originalfönstret av typen 2+1 med Rw = 43 dB och Rw + Ctr = 37 dB och sedan gjordes tester med ett fönster med hög ljudisolering av typen 2+1 med Rw = 50 dB och Rw + Ctr = 46. Mätningarna gjordes enligt standard 16283-3 vilket innebär att högtalaren ställs upp i en vinkel på 45º. I examensarbetet testades bortmontering av karmskruv och isolering i smyg inne, ute och både och. Vidare testades olika nischdjup och svällisten studerades.
Fönstrets höga ljudisolering uppnåddes inte vid placering mitt i väggen (R´45 + Ctr = 6 dB sämre än förväntat) helt i enlighet med tidigare resultat. Bortmontering av karmskruven gav inte någon betydande skillnad i ljudisolering utan gav 1 dB försämring med anpassningsterm. Isolering i smygen på insidan gav en liten förbättring på 1 dB och testades både i originalposition men även vid förflyttning utåt i nischen. Dock är denna lösning inte möjlig att använda i praktiken. Denna förbättring kan bero på skillnader i nischhöjd ute och inne men även för att isoleringen kan ta upp en del av vibrationerna från fönstret. Förändring av nischdjupet gav en stor skillnad. En förflyttning från originalplaceringen mitt i väggen gav betydande förbättringar av ljudisoleringen.
Förflyttning utåt gav en förbättring på 1 dB men vid förflyttning inåt gick reduktionstalet från 41 dB till 48 dB och R’45 + Ctr gick från 37 dB till 43 dB. Vilket är samma resultat som labbtesterna (-3dB). Med fönstret monterat längst in mot rummet presterade alltså fönstret förväntad ljudisolering.
Slutsatserna från studien är att den dominerande överföringsvägen för ljud utifrån och in är genom fönstret och inte genom flanktransmission via karmskruvarna ut i väggen. Vidare är slutsatsen att fönstrets placering i nischen har en stor betydelse och vid höga ljudkrav och fönster med hög ljudreduktion så rekommenderas att ändra placeringen i fönstret. Ytterligare en slutsats från denna studie är att fönster i lätta väggar inte behöver prestera sämre än i tunga väggar eftersom resultat uppnåddes som är jämförbara med labbresultat.
Trovärdigheten i denna studie har stärkts av den dagliga kontakten och handledningen som skett av akustikexperter på Tyréns. Den främsta begränsningen i arbetet har varit störningar till närliggande bostäder. Störningarna har orsakat att mätningar ibland har fått avbrytas och göras om vid senare tillfällen.
Fortsatta studier rekommenderas att göras för att stärka resultaten men även för att vidare utveckla lösningar och teorierna bakom dessa upptäckter.
ABSTRACT
Good indoor sound environment is and has always been important for people to feel good.
Today, many people are exposed to poor sound environment with sounds from traffic, among other things. Studies on buildings constructed in lightweight construction technology have shown that low frequencies are not attenuated as well as for heavy buildings. Nowadays, it is permissible to build homes where the traffic noise level is high, and this results in increased demands on the sound-insulating ability of the walls.
The master thesis is in collaboration with Lindbäcks Bygg, which builds multi-dwelling houses in wood, through industrial production of modules. Tyréns, together with Lindbäcks Bygg, has discovered that windows with high sound insulation do not perform as expected in their exterior walls, built in lightweight construction technology. By performance sound insulation against sound outside the building, is meant. This has been noted in two previous projects with Lindbäcks Bygg. The problem has also been confirmed in discussions with other lightweight manufacturers.
The goal is to find solutions to improve the composite sound insulation for exterior walls in lightweight construction technology together with windows. Furthermore, the purpose is to understand the interaction between window and exterior wall sound insulating properties in lightweight construction technology.
In this thesis, field measurements have been chosen as the method. Measurements were made on real housing modules at a construction site. Firstly the original window of type 2+1 was tested with Rw = 43 dB and Rw + Ctr = 37 dB and then tests were done with a high sound insulation window of type 2+1 with Rw = 50 dB and Rw + Ctr = 46. The measurements were made according to standard 16283-3 which means the speaker is set at an angle of 45º. In the masters project, the removal of frame screws and insulation in embrasures inside, outside and both were tested. Furthermore, different niche depths were tested and the swelling list was studied.
The high sound insulation of the window was not achieved when placed in the middle of the wall (R´45 + Ctr = 6 dB worse than expected), completely in accordance with previous results.
Removing the frame screw did not make a significant difference in sound insulation since it gave a 1 dB deterioration with adjustment term. Insulation in the insides of the embrasures gave a slight improvement of 1 dB and was tested both in the original position but also when moving the window outward in the niche. However, this solution is not possible to use in practice. This improvement may be due to differences in niche height inside and outside but also because the insulation can absorb some of the vibration from the window. Changing the niche depth made a big difference. Moving from the original location in the middle of the wall resulted in significant improvements in sound insulation. Outward movement produced an improvement of 1 dB.
However, when moving inward, the reduction rate went from 41 dB to 48 dB and R'45º + Ctr went from 37 dB to 43 dB. Which is the same result as the lab tests (-3dB). Thus, with the window mounted the furthest inside the niche, the window performed the expected sound insulation.
The conclusions of the study are that the dominant transmission path for sound from outside and in is through the window and not through flank transmission via the frame screws into the wall. Furthermore, it is concluded that the position of the window in the niche is of great importance and in the case of high sound requirements and windows with high noise reduction it is recommended to change the position in the window. A further conclusion from this study is that windows in light walls do not have to perform worse than in heavy walls because obtained results are comparable to lab results.
The credibility of this study has been strengthened by the daily contact and guidance provided by acoustic experts at Tyréns. The main limitation in the work has been disruptions to nearby homes.
Further studies are recommended to be done to strengthen the results but also to further develop the solutions and theories behind these discoveries.
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
1 Inledning ... 1
Bakgrund och problembeskrivning ... 1
Syfte och huvudmål ... 1
Delmål ... 2
Avgränsningar ... 2
Lindbäcks byggsystem ... 2
1.5.1 Testobjekt ... 2
2 Teori ... 4
Akustikens grunder ... 4
Luftljudsisolering ... 4
2.2.1 Flanktransmission ... 5
2.2.2 Anpassningsterm, C & Ctr ... 5
2.2.3 Enkelvägg ... 6
2.2.4 Dubbelväggar ... 6
2.2.5 Sammansatta väggars reduktionstal ... 8
2.2.6 Koincidensfrekvens ... 8
2.2.7 Fönster ... 9
2.2.8 Nischeffekten ... 11
Lagar, krav och regler ... 11
Simuleringar ... 12
2.4.1 Insul 8.0 ... 12
2.4.2 BASTIAN ... 12
Fältmätningar ... 14
2.5.1 Fönster- och fasadmätningar ... 14
3 Metod ... 15
Litteraturstudie ... 15
Simuleringar ... 15
3.2.1 Insul 8.0 ... 15
3.2.2 Bastian ... 15
Experiment, fältmätningar ... 15
3.3.1 Utförande ... 15
3.3.2 Utrustning ... 18
3.3.3 Val av metod ... 18
Reliabilitet och validitet ... 18
Tidigare projekt ... 19
Studiens genomförande ... 19
4 Tidigare fältmätningar ... 21
Projekt 1 ... 21
Projekt 2 ... 21
5 Resultat ... 22
Simuleringar ... 22
5.1.1 Insul 8.0 ... 22
5.1.2 Bastian ... 23
Fältmätningar ... 25
5.2.1 Delmoment 1 – Originalfönster ... 25
5.2.2 Delmoment 2 – Fönster, bättre ljudreduktion ... 27
5.2.3 Beräknade resultat, fönster ... 28
6 Analys ... 32
Simuleringar ... 32
6.1.1 Insul 8.0 ... 32
6.1.2 Bastian ... 32
Fältmätningar ... 32
6.2.1 Delmoment 1 – Originalfönster ... 32
6.2.2 Delmoment 2 – Fönster, bättre ljudreduktion ... 33
6.2.3 Mätosäkerhet ... 34
7 Diskussion ... 35
Förslag till fortsatt arbete ... 35
8 Slutsats ... 37
Delmål ... 37
Syfte och huvudmål ... 37
Rekommendation till Lindbäcks Bygg AB ... 37
9 Litteraturförteckning ... 39
Bilaga 1 - Grafer ... 41
Bilaga 2 - Tabell, ljudreduktion fönster (dB) ... 45
Bilaga 3 - Foton från fältmätning ... 46
ORD OCH BEGREPP
BBR Boverkets byggregler
BFS Boverkets författningssamling
deciBel Logaritmisk storhet (dB)
Efterklangstid Den tid det tar för ljudtrycksnivån att minska 60 dB efter att ljudet slås av (s)
Ekvivalent
ljudabsorptionsarea
Den totalabsorberande yta som ger samma absorption som det aktuella rummet (m2)
Ekvivalent ljudnivå Konstant ljudnivå under en given tidsperiod som innehåller samma ljudenergi som det varierande ljudet under samma tid Englasfönster Fönster med en glasruta
Fasta fönster Ej öppningsbara fönster Frekvens Ett mått på tonhöjden (Hz) Ljudnivå Ett ljuds styrka i dB
Ljudnivåskillnad Skillnad i ett ljuds styrka mellan t.ex. två rum (dB)
Ljudreduktion Ljudnivåskillnad mellan sändar- och mottagarrum korrigerat för skiljeytans storlek och mängden ljudabsorbenter i
mottagarrummet (dB)
Maximal ljudnivå Den högsta ljudnivån under en viss period med tidsvängning fast
”F”
Mottagarrum Rummet som mottar ljudet, dvs där man mäter ljudet.
SS Svensk Standard
SS-EN Europeisk standard
SIS Svenska standardiseringsorganisationen
Standardiserad ljudnivåskillnad
Ljudnivåskillnad mellan sändar- och mottagarrum korrigerat mot ett referensvärde av efterklangstiden i mottagarrummet (dB) Sändarrum Rummet som sänder ut ljudet
Treglasfönster Fönster med tre glasrutor Tvåglasfönster Fönster med två glasrutor
TECKENFÖRKLARING
A Ljudabsorptionsarea/Ekvivalent absorptionsarea (m2) Am Mottagarrummets ljudabsorptionsarea (m2)
C Spektrumanpassningsterm för luftljudsisolering med jämnt fördelat ljudspektrum Ctr Spektrumanpassningsterm för luftljudsisolering med spektrum för stadstrafik dB Decibel, logaritmisk storhet
DnT Standardiserad ljudnivåskillnad (dB) DnT,w Vägd standardiserad ljudnivåskillnad (dB)
DnT,A,tr Vägd standardiserad ljudnivåskillnad med spektrumsanpassningsterm för stadstrafik (dB)
E Elasticitetsmodul (Pa, N/m2) LAeq Ekvivalent ljudtrycksnivå (dBA)
LFmax Högsta ljudtrycksnivå med tidsvängning ”F” (dBA) log Logaritm med basen 10
p Ljudtryck (Pa) R Reduktionstal (dB)
Rw Vägt reduktionstal, mätt i laboratorium (dB) R’w Vägt reduktionstal i byggnad (dB)
R’45 Vägt reduktionstal i byggnad med högtalare placerad i 45º infallsvinkel (dB) S Byggnadselementets yta (m2)
v Poissons tal
1 INLEDNING
I detta avsnitt beskrivs bakgrunden till examensarbetet, följt av en problembeskrivning. Vidare presenteras arbetets syfte och mål, avgränsningar samt frågeställningar. Slutligen avslutas avsnittet med en kortare beskrivning av företaget och deras byggsystem.
Bakgrund och problembeskrivning
Bra akustik och god inomhusmiljö är och har alltid varit viktigt för att människor ska trivas och framförallt må bra. Idag utsätts många av oss för dålig ljudmiljö med ljud från installationer, bakgrundsljud från trafik och musikanläggningar (Andersson, Ljud, buller & vibrationer, 2017).
Folkhälsomyndigheten (2019) beskriver att utsatthet för buller och ljud kan ge både kort- och långvariga hälsoproblem som sömnproblem, stress, högt blodtryck. Det är även bevisat att buller har en negativ påverkan på prestation och inlärning. Studier på senare år har pekat på att risken för hjärt- och kärlsjukdomar kan öka vid långvarig exponering för trafikbuller. God ljudisolering mot externa bullerkällor beror till stor del på ytterväggens konstruktion tillsammans med de fönster som är monterade.
Lättbyggnadsteknik i flerbostadshus är ett relativ nytt byggnadssätt då det fram till 1994 var förbudet att bygga högre än två våningar i trä (Brandskyddsföreningen, 2020). Förr byggdes mestadels tunga enkelväggar i tegel och betong vilka stämmer bra överens med ljudkraven på byggnader, frekvensmässigt. I BBR från 1993 nämns inte frekvensintervallet men i Svensk Standard (1996) beskrivs att ljudkraven för luftljudsisolering var i frekvensintervallet 100–3150 Hz. Studier på byggnader uppförda i lättbyggnadsteknik visar på att låga frekvenser inte dämpas lika bra som för tunga byggnader, dessa låga frekvenser påverkar de boende.
I BBR från 1998 lanseras flera olika ljudklasser för byggnader. Ljudklass C utgör minimikrav och för bättre ljudmiljö introduceras Ljudklass A och B. I Svensk Standard (1998) anges att för ljudklass A och B krävs en anpassningsterm för det utökade frekvensintervall 50–3150 Hz. En av anledningarna är det ökade byggandet av flerbostadshus i trä som numera är tillåtna med fler än två våningar (Brandskyddsföreningen, 2020). Dock är det först i BBR från 2004, som hänvisar till Svensk Standard (2004), som kravet på att även ljudklass C behöver ta med anpassningstermer i frekvensintervallet 50–3150 Hz finns.
Ständigt anpassas och höjs kraven för luftljudsisolering i bostäder för att minska störningar och öka komforten. Detta innebär att nya problem och utmaningar uppstår kontinuerligt. Numera är det tillåtet att bygga bostäder där trafikbullernivån är hög och detta ställer ökade krav på väggars ljudisolerande förmåga.
Examensarbetet sker i samarbete med Lindbäcks Bygg som bygger flerbostadshus i trä, genom industriell produktion av moduler. Tyréns har tillsammans med Lindbäcks Bygg upptäckt att fönster med hög ljudisolering inte presterar som förväntat i deras ytterväggar, byggda i lättbyggnadsteknik. Med prestatanda menas ljudisolering mot ljud utanför byggnad. Detta är konstaterat i två tidigare projekt med Lindbäcks Bygg. Även i diskussion med andra lättbyggnadstillverkare har även problematiken bekräftats.
Syfte och huvudmål
Syftet med denna studie är att förstå interaktionen mellan fönsters och ytterväggs ljudisolerande egenskaper i lättbyggnadsteknik. Målet är att finna lösningar för att förbättra den sammansatta ljudisoleringen för ytterväggar i lättbyggnadsteknik tillsammans med fönster.
Det är viktigt att detta projekt genomförs för att det skapar förståelse för konstruktionen och akustiken vilket i sin tur skapar förutsättningar för en bättre ljudmiljö inomhus för de boende.
Effekten av projektet blir ökad förståelse och kunskap, ljudmässigt bättre lägenheter och i framtiden säkerställa att byggnader uppfyller ställda ljudkrav utan att behöva åtgärdas i efterhand.
Delmål
För att kunna uppnå huvudmålet har följande delmål (DM) formulerats:
DM1: Konstatera att fönster i lätta ytterväggar ibland presterar sämre än vad som kan förväntas utifrån beräkningar.
DM2: Utreda hur prestationen för fönster i lätta ytterväggar kan förbättras och därmed hur konstruktionens totala luftljudsisolering kan förbättras.
DM3: Utreda vilken den dominerande överföringsvägen är för ljud utifrån och in för konstruktion med lätt vägg och fönster.
DM4: Utreda om fönster generellt presterar sämre i väggar byggda i lättbyggnadsteknik än i tunga väggar. Labbvärden som tillverkarna tillhandahåller baseras alltid på mätningar i tung betongvägg.
Avgränsningar
Examensarbetet avgränsas till att enbart titta på lättbyggnadsteknik i trä för bostäder. Specifikt studeras ett industriellt byggföretags lösningar, konstruktioner och metoder. Detta för att det inte är möjligt inom examensarbetets tidsramar att hinna studera och analysera flera olika lösningar för lättbyggnadskonstruktioner.
Examensarbetet avgränsas vidare till att göra fälttester på en väggtyp med endast en typ av fasadlösning. Fasaden som väljs är skivfasad.
Mätperioden har varit mellan 2020-04-07 och 2020-05-06.
Lindbäcks byggsystem
Lindbäcks Bygg är Sveriges ledande företag inom rationellt byggande i trä. De bygger flerbostadshus genom industriellt byggande som har bilindustrin som förebild. Lindbäcks Bygg bygger volymer i fabrik som sedan transporteras till byggarbetsplatsen. På byggplatsen monteras modulerna på varandra med mjuka vibrationsisolatorer mellan volymerna för att förbättra ljudisoleringen mellan lägenheterna. Volymerna är kompletta med bjälklag, fönster, väggar, fast inredning och innertak när de lämnar fabriken. En lägenhet kan bestå av en eller flera moduler.
(Holmlund, 2020) Värt att nämna är att Lindbäcks monterar sina fönster med adjufix, men benämns som karmskruv i resterande del av rapporten.
1.5.1 Testobjekt
Ytterväggsuppbyggnaden på Lindbäcks moduler skiljer sig något åt beroende på om fasadmaterialet är träpanel, tegel, skivpanel eller puts. Testobjektet i denna studie har skivpanel som fasadmaterial och vägguppbyggnaden redovisas i Tabell 1.
Tabell 1 Vägguppbyggnad skivpanel
Tjocklek Material
Inne
2x15 mm Gips
220 mm Regelstomme / isolering
45 mm Regelstomme / isolering
9 mm GU-skiva
28x70mm Läkt
8 mm fasadskiva Fasadskiva i plåt Ute
Testlägenheten är en tvårumslägenhet på 50,3 m2 som består av två moduler. Endast modulen med kök och vardagsrum testas och den är på totalt 25 m2. Planlösningen för modulen som testas presenteras i Figur 1.
Figur 1 Planlösning testobjekt
2 TEORI
Den teori som ligger till grund för denna studiens metodval och analys redovisas i avsnittet nedan. Här beskrivs litteraturstudien, omfattande grundläggande akustiska begrepp, ljudisolering, krav, regler, lagar och standarder. Vidare presenteras relevanta formler och även relevant teori gällande fältmätningar och laborativa mätningar.
Akustikens grunder
Ljudvågor är mekaniska, elastiska vågor som fortplantar sig i luft (Wallin, Carlsson, Åbom, Bodén, & Glav, 2014).
För att bättre åskådliggöra ett ljuds styrka används en mätstorhet som bygger på en logaritmisk skala med basen 10, deciBel. En deciBel (1 dB) motsvarar både den mätnoggrannhet som generellt uppnås vid akustiska mätningar men även den minsta förändring som människan normalt kan uppfatta. Logaritmiska storheter kallas för nivåer och ljudtrycksnivå (eller kortare ljudnivå) är ett ljuds styrka, uttryckt i dB. (Wallin et. al., 2014) Ljudtrycksnivå, Lp, är det logaritmiska förhållandet mellan ett aktuellt ljudtryck (i Pa) , p, och det angivna referensvärdet, pref (2 ∗ 10−5𝑃𝑎), i kvadrat (Andersson, 2017), se ekvation 1.
𝐿𝑃 = 10𝑙𝑜𝑔 ( 𝑝
𝑝𝑟𝑒𝑓)
2 (1)
A-vägning innebär att det inkommande ljudet till ljudmätaren filtreras, anpassat till örats olika känslighet vid kombinationer av ljudtrycksnivåer och frekvenssammansättning för att bättre koppla till vår upplevelse av ljudets styrka. För att ange att ljud mätts med A-vägning så anges ljudnivån i dBA. Många ljud varierar i styrka över tid och för att då kunna karakterisera och skapa ett mått på bullret används ekvivalent ljudtrycksnivå, Leq. Det är den konstanta ljudnivå under en given tidsperiod som innehåller samma ljudenergi som det varierande ljudet under samma tidsperiod. A-vägd ekvivalent ljudtrycksnivå, LAeq, kan registreras med en ljudnivåmätare eller bullerdosimeter. (Andersson, 2017)
Efterklangstiden, T, är den tid det tar för ljudtrycksnivån att minska 60 dB efter att ljudkällan stängts av, uttryckt i sekunder (Wallin, et al., 2014). Efterklangstid ger ett mått på mängden ljudabsorbenter i ett rum. Mer ljudabsorberande ytor ger en kortare efterklangstid.
Luftljudsisolering
Luftljudsisolering är ett mått på hur mycket byggnadskonstruktionen hindrar ljud i ett utrymme från att fortplantas in till ett angränsade utrymme (Åkerström, 2001). Enligt SS 25267:2015 (Svensk Standard, 2015) ”Luftljudsisolering är en byggnads förmåga att reducera luftburet ljud mellan två rum, eller mellan två åtskilda utrymmen utan gemensamma fria öppningar.”. Reduktionstal, R, används som mätetal och det mäts som ljudnivåskillnaden mellan sändarrum och mottagarrum, samt korrigeras för skiljekonstruktionens area, S, och mottagarrummets ekvivalenta ljudabsorptionsarea, A. (Svensk Standard, 2015) Ljudtrycksnivån i sändarrummet betecknas Ls och ljudtrycksnivån i mottagarrummet betecknas Lm. Reduktionstalet, R beräknas med ekvation 2.
R = 𝐿𝑠− 𝐿𝑚− 10𝑙𝑜𝑔𝐴𝑚
𝑆 (2)
Reduktionstalet varierar med frekvens och som följd av det används ofta ett sammanfattningsvärde, för att förenkla överslagsberäkningar. Detta sammanfattningsvärde kallas vägt reduktionstal, betecknas Rw och utvärderas enligt standarden ISO 717/1 (Svensk Standard, 2013).
Standardiserad ljudnivåskillnad, DnT, är ljudnivåskillnad som är standardiserad till ett referensvärde av efterklangstiden, T, i mottagarrummet och uttrycks i deciBel (T0 = 0,5s), se ekvation 3.
𝐷𝑛𝑇 = 𝐿𝑠− 𝐿𝑚+ 10𝑙𝑜𝑔 (𝑇
𝑇0) (3)
Sambandet mellan standardiserad ljudnivåskillnad och reduktionstal beror på rumsvolymen och skiljekonstruktionens area, sambandet presenteras i ekvation 4.
𝐷𝑛𝑇 = 𝑅 + 10𝑙𝑜𝑔 (0,16 ∗ 𝑉
𝑇0∗ 𝑆 ) (4)
Kraven på luftljudsisolering för bostäder anges som DnT men vid beräkningar och dimensioneringar sker beräkningarna på Rw.
2.2.1 Flanktransmission
Flanktransmission är ljudets transmission mellan två rum, eller genom en fasad, längs andra vägar än via den direktskiljande väggen. Det funkar så att alla ytorna i sändarrummet sätts i svängning av det infallande ljudet. Därefter strålas svängningarna ut direkt på andra sidan ytan eller så sätter de andra ytor i svängning av den primära exiteringen, se Figur 2. (Åkerström, 2001) Flanktransmissionen är den dominerande orsaken till att luftljudsisoleringen i fältmätningar blir lägre än motsvarande labbmätningar. För att skilja mellan labb- och fältmätningar används ett ’ (prim) för att markera att det är en fältmätning, till exempel R’w medan mätvärden utan prim visar att det är labbvärden.
Vid mätningar i laboratorium kan ljud endast gå via den provade väggen och då betecknas reduktionstalet som Rw. Prim, ’, används alltså när värdet är uppmätt i fält, som nyss nämnt.
(Andersson, 2017)
Figur 2 Flanktransmissionsvägar och direktvägar mellan två rum
2.2.2 Anpassningsterm, C & Ctr
Enbart vägt reduktionstal är inte alltid lämpligt för klassificering av ljudisolering. Detta gäller även fasadkomponenter som fönster och dörrar. Detta eftersom typiska externa ljudkällor har mycket mer lågfrekvensenergi. För att ta hänsyn till detta läggs en anpassningsterm (C eller Ctr) till reduktionstalet. (Hassan, 2009)
Beroende på innehållet av mängden lågfrekvent ljud används antingen C eller Ctr. Ctr viktar ljudisoleringen vid låga frekvenser mer än C. Anpassningstermerna C och Ctr är alltid negativa för luftljudsisoleringen och försämrar därmed ljudisoleringen. (Hassan, 2009)
C-termen gäller vid landsvägstrafik över 80km/h, järnvägstrafik vid normal och hög hastighet, jetflyg på kort avstånd, industrier med mellan- och högfrekvent ljud och vid höga röster och skrik, till exempel vid lekplatser.
Ctr-termen gäller vid gatutrafik, järnvägstrafik vid låga hastigheter (diesellok), propellerflyg, diskotekmusik och låg- och mellanfrekventa ljud från industrier.
För lättbyggnadsväggar rekommenderas att ta hänsyn till frekvenser lägre än 100 Hz om byggnaden är i ett område med lågfrekventa ljud. Därför finns anpassningstermen Ctr,50–3150 som bättre viktar ljudisoleringen vid låga frekvenser. (Hassan, 2009) Vid frekvensintervallet 100–
3150 Hz betecknas det enbart med C och Ctr men vid frekvensintervallet 50–3150 Hz indikeras detta med C50-3150 och Ctr50-3150.
Enligt ISO 717 (Svensk Standard, 2013) rekommenderas det att byggnadsdelars ljudisolerande förmåga redovisas genom att addera anpassningstermen till det vägda reduktionstalet enligt exempel nedan:
Rw(C;Ctr)=42(0;-3) dB (Vigran, 2008)
2.2.3 Enkelvägg
Enkelväggar är väggar som är uppbyggda med ett material rakt igenom, exempelvis en betongvägg. I Figur 3 redovisas uppbyggnad och reduktionskurva för en 230 mm tjock betongvägg. Det beräknade vägda reduktionstalet för denna exempelvägg är 61 dB.
Figur 3 Exempeluppbyggnad enkelvägg, reduktionstal/frekvens i tabell
2.2.4 Dubbelväggar
Det går ofta att uppnå samma vägda reduktionstal för lätta dubbelväggskonstruktioner som för tunga enkelväggar. Dock har enkelväggar bättre reduktionstal vid låga frekvenser än dubbelväggar tack vare sin större massa. (Andersson, 2017) En dubbelvägg är uppbyggd av två skilda väggskivor. De kan sitta ihop med reglar eller vara helt skilda från varandra med en
luftspalt och två skilda regelstommar. Det finns tre olika vägar som ljud som träffar en dubbelvägg kan ta för ljudöverföring (Andersson, 2017), se Figur 4.
A. Väggskivorna är helt åtskilda och ljuder passerar genom luftskiktet.
B. Väggskivorna är förbundna med varandra och ljudet passerar via bryggor.
C. Väggskivorna är fast randinspända och ljudet passerar via randinspänningen.
För att uppnå högsta möjliga reduktionstal för en dubbelvägg, måste väggskivorna vara fristående från varandra och sakna fast randinspänning. Detta är oftast i praktiken helt omöjligt.
Vid genomgående reglar försämras alltså reduktionstalet jämfört med fristående reglar. Detta medför även att reduktionstalet försämras ju mindre CC-avstånd i väggkonstruktionen.
(Andersson, 2017)
Se Figur 5 för exempeluppbyggnad och reduktionskurva för en dubbelvägg. Väggen är uppbyggd med två lager gipsskivor, stålreglar och isolering, en luftspalt och sedan ytterligare isolering, stålreglar och två lager med gips. Det beräknade vägda reduktionstalet för denna vägg är 61 dB, dvs samma som enkelväggen i föregående avsnitt. Dock är den totala väggtjockleken 40 mm mindre än enkelväggen, dvs 190 mm och dubbelväggen väger bara 37,4 kg/m2 medan enkelväggen väger 538,2 kg/m2.
Figur 5 Exempeluppbyggnad dubbelvägg, reduktionstal/frekvens i tabell Figur 4 Ljudöverföring vid dubbelvägg
I Figur 6 visas de båda exempelväggarnas reduktionstal. Båda väggarna har samma vägda reduktionstal och vägda standardiserade ljudnivåskillnad. Vad som är tydligt är att dubbelväggen har betydligt lägre reduktionstal vid lägre frekvenser och följaktligen är också anpassningstermerna mycket större. Vidare syns tydligt att dubbelväggen även har högre reduktionstal för mellanfrekvenserna.
Figur 6 Reduktionstalskurva, enkel- och dubbelvägg, reduktionstal/frekvens
2.2.5 Sammansatta väggars reduktionstal
En vägg består ofta av flera element exempelvis fönster och/eller dörr, en så kallad sammansatt vägg. Vid sammansatta väggar kommer det totala reduktionstalet att kraftigt påverkas av det sämsta delelementets reduktionstal. (Andersson, 2017) Öppningar och sprickor kan förekomma och trots att de är små, sett till area, så har de ett reduktionstal på nära noll. Resultatet blir att även relativt små öppningar drastiskt kan sänka reduktionstalet för en skiljekonstruktion. (Wallin, et al. 2014) Formeln för sammansatta väggars reduktionstal, se ekvation 5.
𝑅 = 10𝑙𝑜𝑔 ∑ 𝑆𝑖
∑ 𝑆𝑖10−𝑅𝑖⁄10 𝑑𝐵 (5)
R = den sammansatta väggens reduktionstal Si = delelementens area
Ri = delelementens reduktionstal
2.2.6 Koincidensfrekvens
När projiceringen av ljudvågen som infaller mot väggen överensstämmer med böjvåglängden av väggen uppträder koincidens. När detta händer sätts väggen lätt i svängning av det infallande ljudet. På andra sidan av väggen har väggens svängningar lätt att sätta luften i svängning.
Resultatet av det blir att reduktionstalet för denna frekvens (och vinkel) blir mycket låg. När ljudet faller in plant med ytan kallas detta kritisk frekvens. Detta uppträder när väggens böjvågs våglängd är lika med våglängden hos luftljudet. (Andersson, 1998) Fasta material är dispersiva,
det vill säga att ljudhastigheten varierar med frekvens, till skillnad från luft. Detta medför att ljudhastigheten och våglängden generellt är olika för vägg och luft, utom vid just koincidens.
Vid koincidens reduceras reduktionstalet. Dock infaller ljudet i allmänhet med varierande vinklar och följaktligen kommer minskningen av reduktionstalet ske relativt mjukt i de allra flesta fall. Om ljudet däremot skulle ha en bestämd infallsvinkel kan reduktionstalet minska kraftigt.
(Andersson, 1998) Den kritiska frekvensen, fc, beräknas med Ekvation 6.
𝑓𝑐 = 𝑐2
2𝜋√12𝑚(1 − 𝑣2) 𝐸ℎ3
(6)
m = ytvikt (kg/m2) v = Poissons tal E = elasticitetsmodul h = tjocklek
2.2.7 Fönster
Reduktionstal för fönster påverkas av flera faktorer, glasets tjocklek, asymmetrisk tjocklek på kombinerade glasskivor, avstånd mellan glasskivor och laminering av glasskivorna (Andersson, 2017).
Ett fönsters ljudreduktion bestäms till stor del av antalet glasrutor, dess tjocklek och luftavståndet mellan rutorna (förutsatt att fönstret är lufttätt).
Englasfönster ger låg ljudreduktion, men vid addition av massa i form av ytterligare ett glas, det vill säga tvåglasfönster, förbättras ljudreduktionen markant. Tvåglasfönster är i många fall fullt tillräckligt och kan ge bra resultat. Vid treglasfönster fås en liten förbättring från tvåglasfönster. (Everest & Pohlmann, 2015) Vidare finns även 2+1-glasfönster som är ännu bättre än treglasfönster tack vare det ökade avståndet mellan sista glaset och de två andra glasen som normalt är en enhet.
Karmar och bågar tillverkas främst i trä, dock kombineras det ibland med utvändig beklädnad och båge av aluminium.
Fasta fönster som har monterats korrekt och ordentligt är tätast och har därmed den bästa ljudisoleringen, jämfört med öppningsbara fönster av likvärdig kvalitet. För öppningsbara fönster så har sidohängda fönsterbågar den bästa tätningen och ljudisoleringen. Nästa typ av fönster är vridfönster. Dessa har praktiska fördelar men är svåra att få täta och därigenom löper de stor risk för sämre ljudreduktion. (Göransson, 2009)
Glasets påverkan
Ljudreduktionen ökar vid tjockare glasrutor eftersom rutan blir tyngre och det blir svårare för ljudvågorna att sätta den i svängning. Vi fördubbling av tjocklek ökar reduktionstalet med 6 dB för frekvenser upp till koincidensfrekvensen. Det kan vara en god idé att laminera ihop glasskivor om de är tjockare än 4 mm eftersom det ger en lägre böjstyvhet och då inträffar koincidensen vid högre frekvenser. (Göransson, 2009)
I fönster med flera glas kan rutorna svänga i takt och detta försämrar ljudreduktionen. För att undvika detta kan man ha olika tjocklek på glasskivorna, så kallade asymmetriska glasskivor.
Avståndet mellan glasskivorna avgör vid vilken frekvens grundresonansen uppstår. Ju större avstånd det är mellan glasskivorna, desto lägre bli resonansfrekvensen. Förbättringen är marginell upp till 20 mm men vid större avstånd kan en rejäl förbättring fås av ljudreduktionen. Kopplade bågar och tillsatsrutor kan även åstadkomma samma sak. (Göransson, 2009)
Om det är mycket höga krav på ljudreduktionen kan man kombinera dessa förbättringar genom att exempelvis välja ett fönster med stort avstånd mellan rutorna, karmabsorbenter i
mellanrummet, separata bågar, treglasfönster med asymmetri och olika tjocklek på rutorna.
(Göransson, 2009)
Nyproducerade fönster
Fönstertillverkare som säljer ljudklassade fönster redovisar ljudisoleringen som ett reduktionstal inom ett standardiserat frekvensområde (100–3150 Hz). Ljudreduktionen som tillverkaren anger är uppmätt i laboratorium och under ideala förutsättningar. Det innebär att det oftast inte går att uppnå samma förhållande vid montage i byggnad. Följaktligen är det lämpligt att räkna med en säkerhetsmarginal på 3 dB och vid fönster med riktigt bra ljudreduktion är 5 dB som säkerhetsmarginal rekommenderad. (Göransson, 2009) C och Ctr anges också och numer ofta även C50-3150 och Ctr 50–3150.
Montage
Det är mycket viktigt att montera fönster på rätt sätt för att de ska fungera på rätt sätt och isolera ljud till bästa möjliga förmåga. Det är även viktigt att mellanrummet mellan fönsterkarm och yttervägg har god täthet. Denna spalt ska drevas med exempelvis mineralullsremsor och därefter tätas med fogmassa eller liknande, för bästa ljudreduktion. (Göransson, 2009)
En förklaring av ett fönsters uppbyggnad presenteras i Figur 7 och illustrationen är producerad av författaren till examensarbetet.
Figur 7 Fönsteruppbyggnad
1. Foder
2. Smyg insida, även kallad nisch 3. Svällist
4. Smygdjup ute, även kallad nischdjup ute (röd markering) 5. Fönsterbleck
6. Fönsterbåge 7. Fönsterkarm
2.2.8 Nischeffekten
Vinokur (2006) beskriver att nischeffekten är beroendet av den uppmätta ljudisoleringen på positionen av objektet (fönstret) i öppningen. Det är känt att lågfrekvent ljudisolering är sämre när objektet är placerat i mitten av nischen än när det är monterad vid endera kanten. När objektet är monterat i mitten av öppningen blir det ett symmetriskt trippelsystem och det har två naturliga huvudfrekvenser nära varandra. Sakuma, Inoue och Seike (2017) beskriver de generella resultaten av nischeffekten som:
• Effekten är signifikant under den kritiska koincidensfrekvensen.
• Effekten beror på placeringen av objektet i nischen.
• Det lägsta reduktionstalet erhålls när provet är beläget i mitten av nischen.
• Det högsta reduktionstalet erhålls när provet är monterat i linje vid en av nischens kanter.
• Effekten beror på öppningens form av nisch runt objektet.
Storleken på öppningen och fönstret har en påverkan på nischeffekten. Wareing, Davy och Pearse (2015) förklarar att reduktionstalet minskar under koincidensfrekvensen när nischdjupet ökar.
Sakuma et. al. (2017) bekräftar detta och fortsätter med att positiva, negativa eller inga effekter av detta uppstår vid högre frekvenser. Effektens signifikans under den kritiska koincidensfrekvensen bekräftar även Dijckmans och Vermeir (2012). De förklarar att fönstrets placering i nischen inte har någon betydelse för påverkan över den kritiska koincidensfrekvensen.
Reduktionstalet för dubbelväggar är minimal när fönstret placeras i mitten av nischöppningen och maximal när det placeras i utkant av öppningen. Nischeffekten är även större för dubbelväggar i mellanfrekvensområdet, där ljudöverföring är mycket beroende av infallsvinkeln, än vad den är för enkelväggar. Inverkan av nischdjupet är även större för dubbla glas än enkla.
(Dijckmans & Vermeir, 2012)
För att undvika nischeffekten bör nischdjupen vara olika och i förhållandet 2:1. Fördelaktigt är även om den yttre och inre nischen skiljer sig i djup likväl som höjd. (Dijckmans & Vermeir, 2013)
Wareing et. al.:s (2015) studier har även visat på att vid mindre testobjekt, mindre än 5 m2, så kan reduktionstalet öka över koincidensfrekvensen. Detta motsäger de flesta andra studier men författarna förklarar att andra författare har teoretiska resultat som överensstämmer med detta resultat. Fortsättningsvis förklarar de att nischeffekten är mer påtaglig vid objekt mindre än 5 m2. Positiva effekter på reduktionstalet kan ske över koincidensfrekvensen. Vid studier av infallsvinkeln bekräftas att en vinkel över 40º ger högre reduktionstal runt och över koincidensfrekvensen. Detta kan bero på den skuggande effekten från kanterna och vid nischer med olika höjd är en teori att diffraktionerade vågor sträcker sig längst kanterna på nischen, men det finns inga bevis på detta för närvarande. (Sakuma et. al., 2017) Förbättringen som sker över koincidensfrekvensen är större vid tvåglasfönster än englasfönster (Dijckmans & Vermeir, 2012).
Lagar, krav och regler
Regler, krav och lagar har till syfte att skapa en god boendemiljö för nuvarande och kommande generationer. Detta gäller bland annat buller.
Bestämmelser i lagar, förordningar samt myndigheters föreskrifter och allmänna råd kan samlas i begreppet regler. Allmänna råd är inte bindande, därav är inte alla regler bindande men allmänna råd är rekommendationer för hur det kan eller bör göras för att uppfylla de bindande regler som måste följas. Författningar är lagar, förordningar och föreskrifter. Dessa är bindande regler. (Andersson, 2017)
Ljudkrav vid nyproduktion av bostäder författas av Boverkets författningssamling, BFS.
Boverket har i uppgift att i BFS utfärda tillämpningsföreskrifter till Plan och bygglagen och Plan- byggförordningen, vilket utförs i Boverkets byggregler, BBR. BBR innehåller både krav och allmänna råd. Kraven i BBR är samhällets minimikrav på byggnader och det övergripande kravet
är att byggnaderna ska utformas så att uppkomst och spridning av störande ljud begränsas så att olägenheter för människors hälsa därmed kan undvikas. (Andersson, 2017)
Kraven delas in i fyra ljudklasser, A, B, C & D, nämnda i ordning bäst till sämst. Ljudklass C motsvarar de minimikrav som tillämpas idag och som anges i BBR. Om det byggs efter denna klass kan det förväntas att ungefär 20% av de boende anser sig störda. Genom att välja ljudklass A eller B så minskar andelen störda. Ljudklass D finns med för att kunna klassindela äldre byggnader som, av olika anledningar, inte kan uppfylla ljudklass C. (Andersson, 2017)
Ljudklass C finns i BBR medan ljudklass A, B och D för bostäder finns i standarden SS 25267 (Svensk Standard, 2015). Många flerbostadsbyggare eftersträvar att uppnå ljudklass B medan ytterst få eftersträvar ljudklass A på grund av de merkostnader som detta innebär.
Simuleringar
Syftet med simuleringar är att kunna testa olika lösningar eller uppbyggnader för att se vilka resultat som kan förväntas, teoretiskt sett.
2.4.1 Insul 8.0
Insul är ett program som används för att beräkna ljudisolering hos väggar, golv, tak och fönster. Insul gör bra uppskattningar av reduktionstal men ofta brukar Insul visa ett något bättre resultat än vad som uppmäts i fält. Programmet beräknar luftljudsisoleringen och stegljud i tersband (1/3 oktavband). (INSUL, 2020) Ett exempel på hur programmet ser ut presenteras i Figur 8.
Figur 8 Exempelbild Insul 8,0
2.4.2 BASTIAN
Bastian är en programvara som beräknar luft- och stegljudstransmission mellan rum i byggnader och luftljudsisolering från utsidan. Dessa beräkningar baseras på del 1, 2 och 3 av standarden SS-EN 12354. (DataKustik, 2020a) Bastians beräkningsprocedurer utgör en grund för prognoser för ljudisolering av byggnader. Programmet byggs upp av två rum, ett sändarrum och ett mottagarrum. Knutpunkter och konstruktion väljs för alla ingående element och det går även att modellera dörrar, fönster och luftintag i de angränsande väggarna. Programmet beräknar ljudtrycksnivåer för ljudöverföring från utsidan, flanktransmission, strukturell efterklangstid, vägt reduktionstal per byggnadsdel och totalt reduktionstal. (DataKustik, 2020b) Bastian kan
beräkna både stegljud och luftljud, men i detta examensarbete är bara luftljud aktuellt och därför presenteras endast resultatet från luftljudsberäkningarna i Bastian.
En bra egenskap med Bastian är att programmet visar hur mycket av ljudet (i procent) som går igenom vilket element i byggnaden.
Beräkningarna i Bastian baseras på verkliga mätningar av de olika delelementen. Dessa mätdata är samlade i databaser och är bland annat kategoriserade inom olika länder för att enkelt hitta relevanta konstruktioner. (DataKustik, 2020b)
Nackdelen med Bastian är att standarderna som programvaran baserats på är framtagna för tunga konstruktioner och fungerar inte lika bra för konstruktioner byggda med lättbyggnadsteknik. Resultaten blir osäkra vid lätta konstruktioner och det går därmed inte helt att lita på reduktionstalet som fås för dessa konstruktioner.
Ett exempel på hur fördelningen av ljud ser ut i BASTIAN visas i Figur 9. Det är en enkel modell på en betongbyggnad. Det totala vägda reduktionstalet är 52,8 dB och det presenteras även vilken väg ljudet tar i procent. I exemplet visas att 64 % av ljudenergin går genom skiljekonstruktionen, 25 % genom golvet och resten genom de övriga ytorna. Då kan ett antagande göras att skiljekonstruktionen är den dominerande faktorn för ljudöverföring men att golvet även kan behöva tas i beaktande.
Figur 9 BASTIAN, exempel
Fältmätningar
Alla mätningarna som kommer göras i denna studie kommer inte kunna göras vid samma tillfälle. Mätningarna måste följaktligen vara reproducerbara, dvs kunna upprepas under exakt samma omständigheter vid ett senare tillfälle och ge samma resultat.
2.5.1 Fönster- och fasadmätningar
Enligt ISO 16283-3:2016 (Svensk Standard, 2016) finns två metoder för att mäta fasader inklusive fönster. Dessa beskrivs kort nedan.
The global method
Ljudtrycksnivån utomhus mäts 2 meter framför fasaden och i mottagarrummet mäts ljudtrycksnivån antingen i fem fixerade positioner eller med hjälp av en mikrofon som rör sig runt i rummet. Den uppmätta ljudnivåskillnaden kan antingen normaliseras (justeras till en absorptionsarea på 10 m2, Dn) eller standardiseras (justeras till 0,5 s efterklangstid, DnT).
Mätningen kan göras med högtalare eller trafikljud. När högtalare används ska den stå på ett avstånd av minst 5 m framför fasaden. Infallsvinkeln ska vara 45º ± 5º och högtalaren kan antingen placeras på marken eller så högt upp över marken som möjligt. Vanligtvis föredras att placera högtalaren på marken av praktiska anledningar. (Rindel, 2018)
The element method.
Ljudtrycksnivån ute mäts mot fasaden och högtalaren ska placeras så att infallsvinkeln är så nära 45º som möjligt. Avståndet ska vara minst 3,5 m framför fasaden. Resultatet från mätningen blir reduktionstal. Om högtalarmetoden inte kan användas är det möjligt att använda trafikljud som ljudkälla. Då antas att infallsvinklarna täcker en större räckvidd. (Rindel, 2018)
Högtalaren ska, som nämnt ovan, placeras med 45º infallsvinkel och detta kan göras på olika vis. Infallsvinkeln ska vara 45º på något vis i rymden. Om det inte är möjligt att placera högtalaren horisontellt med objektet som ska mätas kan högtalaren ställas på marken 45º ut från väggen.
Båda alternativen illustreras i Figur 10 nedan.
Figur 10 Högtalarpositioner
3 METOD
I detta avsnitt presenteras metodvalen för studien och tillvägagångssättet. Denna studie är i huvudsak en kvantitativ studie baserad på mätningar och beräkningar med en teoretisk bas från litteraturstudie.
Litteraturstudie
Litteraturstudien utfördes för att få en översikt av tidigare insamlad kunskap om ett valt ämne och för att indikera problemet. Även för att få en överblick och en djupare kunskap om luftljudsisolering, beräkningsmetoder, fältmätningar och ljudisolering i väggar byggda med lättbyggnadsteknik med fönster. Litteraturstudien har legat till grund för teoriavsnittet.
Fortsättningsvis har även standarder studerats.
Litteratur i form av böcker inhämtades från universitetsbiblioteket i Luleå men även böcker som akustikexperterna på Tyréns äger. Dessa böcker berörde främst ljud, akustik, byggnadsakustik, vibrationer och buller. Fortsättningsvis utfördes systematisk sökning efter artiklar på databaser som Scopus, Google Scholar och Web of Science. Sökord som använts presenteras i Tabell 2 nedan och de användes både enskilt och i kombinationer.
Tabell 2 Sökord
Lightweight wall Sound insulation Windows Double wall
construction
Acoustics Measurement uncertainty
Issues Calculation Differences
Vibration Lightweight construction
Effects from noise Noise Health effects Frequencies Niche effect Sound transmission
loss
Performance
Simuleringar
I detta examensarbete utfördes ett flertal simuleringar. De genomfördes i olika program och simuleringarna beskrivs kortfattat nedan.
3.2.1 Insul 8.0
I denna studie användes Insul 8.0 initialt för att testa olika vägguppbyggnaders reduktionstal och få förståelse för det men senare även för att testa och kontrollera resultat från mätningar.
Ytterligare ett område Insul användes för var att kontrollera fönstret och dess koincidensfrekvens.
3.2.2 Bastian
För att kontrollera om det är ett alternativ att bygga upp en exempelvägg i en öppning i en betongbyggnad byggdes en simulering upp i Bastian. Även en simulering utfördes för att testa alternativet i ett flerbostadshus byggt helt i lättbyggnadsteknik.
Experiment, fältmätningar
3.3.1 Utförande
I detta examensarbete har fältmätningarna valts som metod. De olika möjligheterna av metod som jämfördes presenteras i avsnitt 3.3.3. Mätningarna skedde på riktiga moduler, tillhandahållna från Lindbäcks Bygg, av samma konstruktion som problemet uppmärksammades på.
Mätningarna utfördes enligt standard SS-EN ISO 16283-3:2016 för R’45. Förändringar mot originalutförande var att fönstersalning inte var original utan det monterades en temporär fönstersalning av trä. Detta bedöms inte påverka resultatet.
Mätningarna delades upp i två delmoment Vid första typen var objektet originalfönster av typen 2+1 med Rw = 43 dB och Rw + Ctr = 37 dB. I originalutförande är fönstret monterat i mitten av nischen. Uppbyggnaden av fönstret presenteras i Tabell 3.
Tabell 3 Uppbyggnad originalfönster
Glas 4 mm Luftspalt 16 mm
Glas 4 mm Luftspalt 64 mm
Glas 4 mm
Det togs fem mätpunkter utomhus mot fasaden och utfördes två svep inne vid varje mätning.
En skiss på mätpunkterna presenteras i Figur 11. Vidare togs även bakgrundsmätningar vid varje mätning. Anledningen till att det tas fem mätpunkter varav två är på den bortre väggen, som inte undersöks i denna studie, är för att kunna utesluta att det reflekterande ljudet och ljudet som rundar hörnet påverkar mätresultaten. Foton från mätningen redovisas i Bilaga 3.
Mätningen som genomfördes på vardagsrummet utfördes på samma vis som för köket, men spegelvänt. Mätningar som utfördes presenteras i Tabell 4.
Tabell 4 Mätningspresentation vid delmoment 1
Mätning Mätobjekt
1 Originalvägg med fönster 2
Originalvägg med fönster förtäckt med isolering och två
plywoodskivor på vardera sida om fönstret
3 Originalvägg i vardagsrummet som är utan fönster
Vid andra delmomentet var objektet ett förbättrat fönster med Rw = 50 dB och Rw + Ctr = 46 dB. Fönstret monteras i originalutförande i mitten av nischen. Uppbyggnaden av fönstret presenteras i Tabell 5.
Tabell 5 Uppbyggnad fönster med förbättrad ljudreduktion
Glas 6 mm Luftspalt 16 mm Glas, laminat 3+3 mm
Luftspalt 84 mm Glas, laminat 5+5 mm
Delmoment 2 delades upp i två mättillfällen. Det togs fem mätpunkter utomhus mot fasaden, utfördes två svep inne vid varje mätning och gjordes bakgrundsmätningar, på samma sätt som vid delmoment 1. Mätningarna som utfördes presenteras i Tabell 6.
Tabell 6 Mätningspresentation vid delmoment 2
Mättillfälle Mätning Mätobjekt
1
1 Originalvägg med förbättrat fönster 2 Drevning och svällist 1)
3 Isolering i smygen, insida 4 Isolering i smygen, utsida 5 Isolering i smygen, ute och inne 6 Karmskruv bortmonterad 2
1 Förflyttning av fönstret i nischen utåt
2 Förflyttning av fönstret i nischen utåt, isolering i smygen insida 3 Förflyttning av fönstret i nischen inåt
1) Drevning och svällist används som tätning i resterande mätningar.
Initialt var det planerat att testa endast drevning istället för svällist men på grund av problematik med att svällisten svällde otillräckligt på bygget fick drevning i kombination med svällist användas för att fönstret skulle bli tätt.
Figur 11 Mätningsskiss
3.3.2 Utrustning
Utrustning som använts vid mätningar presenteras i Tabell 7.
Tabell 7 Mätutrustning
Utrustning Modell
Ljudnivåmätare och analysator
NOR140 – Norsonic
Högtalare på stativ OPERA15 – dBTechnologies
Brusgenerator Minirator MR-PRO –NTi
AUDIO 3.3.3 Val av metod
Det fanns olika alternativ för mätningar som gjordes i detta examensarbete. Dessa beskrivs och jämförs nedan.
Det första alternativet var att bygga en exempelvägg i en betongbyggnad. Med denna metod blir mätningarna mer lika labbmätningar, där testobjektet monteras i en betongkonstruktion. En fördel med detta alternativ är att det blir lite flankljud. Bastian-simuleringar kan göras för att säkerställa att flanktransmissionen är tillräckligt liten. Problematiken med denna lösning är att det är svårt att hitta lämpligt utrymme och detta var den avgörande anledningen till att denna metod övergavs.
Det andra, och det valda, alternativet var att mäta på riktiga bostadsmoduler på en byggarbetsplats. Konstruktionen är korrekt och densamma som i andra byggen och resultaten kan därför antas vara tillförlitliga och tillämpas på andra byggen av samma konstruktionslösning.
Problematiken i detta fall är att modulerna var på en byggarbetsplats vilket kan orsaka störningar och ljud när mätningarna utfördes. Byggarbetsplatsen var även belägen nära andra lägenheter vilka kan bli störda av mätningarna. Ytterligare nackdelar är att flanktransmissionen kan vara betydande och även att modifikationer på själva väggkonstruktionen inte kan göras. Detta alternativ valdes efter Bastian-simuleringar och fältbesök.
Reliabilitet och validitet
Reliabiliteten för studien har säkerställts genom att författaren dagligen har haft kontakt, diskussioner och kommunikationer med akustikexperter på Tyréns. Författaren har alltid haft möjlighet att rådfråga experter vid osäkerheter. Vidare har författaren kunnat ta hjälp av experterna för att säkerställa att resultat och insamlade data är pålitlig och korrekt. Detta har även säkerställt att fel inte har begåtts i beräkningar eller mätningar. Detta gör att reliabiliteten säkerställts. Vidare har även mätinstrumentet kalibrerats innan varje mättillfälle.
Reproducerbarheten i studien är hög ty mätningarna har utförts enligt standard. Dokumentation av mätningar och resultat har gjorts med hög noggrannhet och mätpunkterna markerades på byggnaden för att försäkra att mätpunkterna är desamma vid varje mätning. Även högtalarens placering markerades för att försäkra samma placering.
Validiteten för studien har säkerställts genom att författaren har blivit upplärd av akustikexperter och även haft dem med som handledare vid mätningar. Detta för att säkerställa att misstag ej utförs och att resultaten blir korrekta. Därefter har även en eller flera av dessa experter gått igenom resultaten för att säkerställa att de är tillförlitliga. Ytterligare en bidragande faktor för att säkra att det som faktiskt ska mätas mäts, validitet, är att mätningarna har planerats genomgående innan de utförs och att mätningarna kunde göras på en riktig byggnad istället för en uppbyggd exempelvägg, vid tider när det inte är byggnationer eller andra störande ljud i byggnaden.
Tidigare projekt
Två projekt där problemet tidigare har uppmärksammats studerades för att kartlägga och få en god förståelse för problemet. Tyréns tillhandahöll en presentation, information och data från dessa projekt. Problemet uppmärksammades i dessa projekt i och med att väggen inte klarade ljudkrav. Därför användes ett fönster med förbättrad ljudreduktion. Detta resulterade i att fönstret inte presterade som förväntat utifrån beräkningar. Vilket är problematiken i examensarbetet.
Studiens genomförande
Initialt utförs en studie av tidigare projekt där problemet upptäckts. Detta för att skapa en förståelse för och uppfattning om problemet. En sammanfattning av detta presenteras i avsnitt 4.
Därefter utförs en litteraturstudie för att fördjupa kunskaperna inom ämnet men även för att söka relaterade problem och lösningar. Vidare utförs olika simuleringar i både Insul 8.0 och Bastian i utbildningssyfte, för att motivera eventuellt metodval och för att kontrollera resultat. Detta sker delvis i samtid med fältmätningar. Mätningarna utförs vid olika tillfällen på grund av modifikationer på fönsterkonstruktionen och även för att mäta under optimala förhållanden så som minimala störningar från externa källor men även för att minimera störningar till närliggande bostäder.
Efter mätningar tas resultaten in i programmet NorBuild som sammanställer och ger resultatet i tersband. Flera resultat testas och exporteras sedan till Excel där resterande beräkningar utförs.
Genom ekvationen för sammansatta väggars reduktionstal, se ekvation 5, beräknas fönstrets uppmätta reduktionstal. Till följd av det utförs en sammanställning och resultaten analyseras och diskuteras. En presentation av de olika stegen i studiens genomförande visualiseras i Figur 12.
Figur 12 Visualisering av studiens genomförande
4 TIDIGARE FÄLTMÄTNINGAR
I detta avsnitt presenteras resultat och analyser från två projekt var problemet uppmärksammats tidigare.
Projekt 1
Projekt 1 var ett flerbostadshus med mestadels tvårummare på 34,5 m2, men även några få trerummare. Det är genomgångslägenheter med loftgång.
Mätningar har gjorts på en lägenhet, i ett rum som var i anslutning till loftgången. Detta rum valdes eftersom det är ämnat som sovrum och har då det högsta kravet för luftljudsisolering.
Rummets dimensioner var 3,7 x 2,8 x 2,5 m3. I Tabell 8 redovisas uppmätta värden och beräknade värden utifrån det uppmätta. Reduktionstalet för fönstret beräknades genom ekvation 5 eftersom alla reduktionstal var kända och uppmätta utom fönstret.
Tabell 8 Reduktionstal initialt, Projekt 1
Rw
Labbvärde från tillverkare
R’45
Uppmätta fältvärden
Originalvägg med dörr och fönster 40 dB
Vägg, med fönster och dörr förtäckta 44 dB
Fönster (uppgift från tillverkare) 44 dB
Dörr (2,1 x 1 m2) 43 dB 43 dB
Fönster, beräknat värde utifrån ovanstående mätningar (1,5 x 1,1 m2)
34 dB
Slutsatsen som drogs av detta är att eftersom väggen fick ett så dåligt värde när hela väggen mättes, men ett bra värde när enbart väggen mättes (fönster och dörrar förtäckta), är det fönstret som är källan till det dåliga totala reduktionstalet. Vid beräkning med ekvation 5 fås det egentliga reduktionstalet för fönstret, vilket var mycket lägre än vad det ska ha, enligt tillverkaren och labbtesterna.
Projekt 2
Projekt 2 är ett flerbostadshus med en- och trerummare. Mätningar utfördes på en trerumslägenhet på totalt 52 m2. Lägenheten är en genomgångslägenhet och rummets som mättes är kök/vardagsrum. Detta rums valdes eftersom det ligger på den mest bullerutsatta sidan.
Rummet som har mätts var 7,4 x 3,3 x 2,5 m3. På väggen satt två fönster som var 1,5 x 1,1 m2. I Tabell 9 redovisas ytterligare relevant information och reduktionstal om Projekt 2.
Tabell 9 Reduktionstal och ekvivalent ljudtrycksnivå, Projekt 2
Rw R’45
Originalvägg med fönster 46 dB
Vägg, med fönster förtäckta 50 dB
Fönster (uppgift från tillverkare) 50 dB
Fönster, beräknat värde utifrån mätningar med fönstret monterat i ytterväggen
40 dB
Slutsatsen som drogs av detta är att eftersom väggen fick ett så dåligt värde när hela väggen mättes, men ett bra värde när enbart väggen mättes (fönster förtäckta) är det fönstret som är källan till det dåliga totala reduktionstalet. Vid beräkning med ekvation 5 fås det egentliga reduktionstalet för fönstret, vilket är mycket lägre än vad det ska ha, enligt tillverkaren och labbtesterna.
5 RESULTAT
I detta avsnitt presenteras inledningsvis resultaten från simuleringarna och avslutningsvis resultatet från de gjorda fältmätningarna och beräkningar.
Simuleringar
5.1.1 Insul 8.0 Vägguppbyggnad
Regelavstånd cc-500 användes eftersom uppbyggnaden i fönsterkonstruktion har fler reglar och de sitter tätare än cc-600. Detta har kontrollerats med ritningar från Lindbäcks bygg. Samma uppbyggnad men med cc-600 utfördes också vilket är aktuellt för ytterväggen mot vardagsrummet. Resultatet presenteras nedan i Tabell 10 och reduktionstalskurvan presenteras i Figur 13.
Tabell 10 Resultat från Insul-simulering
Reduktionstal Rw Rw + Ctr
cc-500 52 dB 35 dB
cc-600 53 dB 38 dB
Figur 13 Resultat simulering i Insul av väggar med cc500 resp. 600 mellan reglarna
Fönsteruppbyggnad
Insul 8.0 har även använts för att jämföra tillverkarnas labbresultat mot det uppmätta och då jämföra mot simuleringsresultatet. Vidare fås fönstrets koincidensfrekvenser i Insul. Resultaten från simuleringarna presenteras i Tabell 11.
Tabell 11 Insulsimulering fönster
Rw Rw + C Rw + Ctr Koincidensfrekvens
Originalfönster 41 dB 39 dB 33 dB 3498 Hz
Fönster med förbättrad ljudreduktion
49 dB 47 dB 43 dB 1399 Hz
5.1.2 Bastian
Lättviktsvägg uppbyggd i betongbyggnad
Resultat och indata från simuleringen presenteras i Tabell 12.
Tabell 12 Bastian-simulering betongbyggnad
Element Uppbyggnad R’w
dB %
Höger vägg 150 mm betong 55,1 10
Vänster vägg 150 mm betong 55,1 10
Golvbjälklag 200 mm betong 58,4 5
Takbjälklag 220 mm betong 60,2 3
Skiljevägg Lättbyggnadsvägg i trä
46,6 72
Total: 45,6 100
Simuleringen resulterade i att 72 % av ljudet går genom lättbyggnadsväggen som studerats.
Mått och utformning på konstruktionen visas i Figur 14.
Figur 14 Mått och utformning, Bastian
Lättviktsvägg i lättviktsbyggnad
Denna simulering utfördes för att testa om alternativet att mäta på ett verkligt projekt helt byggt i lättbyggnadsteknik är ett bra alternativ. Resultat och indata från simuleringen presenteras i Tabell 13. Uppbyggnaden är likvärdig med Lindbäcks konstruktion.
Simuleringen resulterade i att 97 % av ljudet går genom skiljeväggen som studeras. Mått och utformning på konstruktionen presenteras i Figur 15.
Tabell 13 Bastian-simulering, lättviktsbyggnad
Element R’w
dB %
Skiljevägg 48,2 97
Höger vägg 77,2 0
Vänster vägg 77,2 0
Golvbjälklag 66,3 1
Takbjälklag 66,3 1
Total: 48,1 100
Figur 15 Mått och utformning, Bastian, lättviktsbyggnad
Fältmätningar
5.2.1 Delmoment 1 – Originalfönster
Resultatet från mätningarna presenteras i Tabell 14 nedan.
Tabell 14 Resultat från delmoment 1
Uppmätt reduktionstal
R’45 R’45 + Ctr,50–3150
Originalvägg med fönster
44 dB 37 dB
Originalvägg, förtäckta fönster
46 dB 39 dB
Vardagsrum, utan fönster
49 dB 40 dB
Beräknat reduktionstal
R’45 R’45 + Ctr,50–3150
Fönster 39 dB 33 dB
Fönster, labbresultat från tillverkare
43 dB 37 dB
Reduktionstalskurvor per tersband presenteras nedan i Figur 16–17. En jämförelse av reduktionstalskurvorna från vardagsrummet, väggen med förbyggt fönster och simuleringarna i Insul 8.0 presenteras i Figur 18.
Figur 16 Reduktionstalskurva originalfönster, enbart fönster
Figur 17 Reduktionstalskurva för köksväggmed fönster, med förbyggt fönster och vardagsrum
Figur 18 Jämförelse resultat från Insul-simulering och mätning
