Hodnocení hluku v bytové zástavbě

Autor se zaměřuje na metody hodnocení hluku v bytové zástavbě. Na několika příkladech ukazuje aplikace legislativních nařízení na zařízení techniky prostředí instalované v interiéru nebo exteriéru bytové výstavby. Součástí článku je teoretické odvození používaných veličin společně s korekčními tabulkami pro jednodušší využití v praxi. Na závěr autor rozebírá vliv nejistoty měření hluku v souvislosti z požadavky nařízení vlády č. 272/2011 Sb. a jeho dopady pro běžného uživatele obytných budov.

Recenzent: Roman Vavřička

Úvod

Problematika hodnocení hlučnosti v bytové zástavbě není složitá, ale vyžaduje znalost základních veličin a pojmů z oblasti akustiky a legislativy. V řadě případů ten, kdo chce hodnotit hlukovou situaci ani neví, jakou veličinu hodnotíme, či jak jí stanovit.

V tomto článku se pokusíme seznámit čtenáře s hlavními pilíři hodnocení hluku v místech pobytu osob. V úvodu je třeba vysvětlit základní pojmy, podle kterých je hodnocení akustického stavu prostředí v naší zemi prováděno. Dále se seznámíme s konkrétními limity danými v současnosti platným nařízením vlády č. 272/2011 Sb. o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací.

Základní pojmy

Hladina akustického tlaku A L_{pA [dB]} je jednou z hlavních veličin, podle kterých je posuzována hluková situace na pracovištích a v oblasti komunální hygieny. Slouží k jednočíselnému hodnocení hlukové situace. Ve starší literatuře byla tato veličina nazývána „Hladinou zvuku L_A“ v [dBA]. Toto označení je dnes občas přejímáno ze zahraniční literatury, či zakořeněné z minulosti a není podle dnešního zavedeného značení správné, o čemž se můžeme přesvědčit nahlédnutím do výše zmiňovaného nařízení vlády, kde jsou hladiny akustického tlaku A značeny pouze [dB]. Hladinu akustického tlaku A stanovíme ze známých hladin akustického tlaku v oktávovém či třetinooktávovém pásmu podle následujícího vztahu

Útlumová charakteristika váhového filtru A značená K_Ai v [dB] je na obr. 1.

Z grafu je patrné, že pro frekvenci 1000 Hz je hodnota váhového filtru 0 dB. Na této frekvenci lidské ucho vnímá signál beze ztrát, tedy jak je ve skutečnosti vyzařován zdrojem. Pro nižší kmitočty je hodnota váhového filtru A menší než 0 dB, např. pro 31,5 Hz je hodnota –39,4 dB, což znamená, že lidské ucho nízké frekvence tlumí. Tyto skutečnosti souvisí s vnímáním zvuku a Weber-Fechnerovým zákonem. Váhový ­filtr A tedy zohledňuje kmitočtové vnímání zvuku lidským sluchovým orgánem.

Uveďme nyní konkrétní výpočet hladiny akustického tlaku A od axiálního ventilátoru chladicí jednotky, u něhož je známo spektrum hladin akustického výkonu L_Wi. V kontrolním místě vzdáleném 25 m od zdroje, 2 m před fasádou domu, je známé naměřené spektrum hladin akustického tlaku v oktávovém pásmu L_pi, zjištěné ve výšce 2 m nad terénem. Výpočet provedeme v rozsahu kmitočtů od 31,5 Hz do 8 000 Hz.

Výsledná hladina akustického tlaku A L_pA = 49,2 dB je výsledný stav po aplikaci protihlukové bariery mezi zdrojem a kontrolním místem. Bariera byla instalována 5 m od zdroje a byla vysoká 2,5 m. Před protihlukovou úpravou byla v kontrolním místě hladina akustického tlaku A L_pA = 66 dB, což překračovalo hygienický limit v tomto místě L_Aeq,8h = 55 dB.

V tabulce 1 jsou ve čtvrtém řádku uvedeny obecně platné hodnoty váhového filtru A. Hodnoty váhového filtru A v třetinooktávovém pásmu nalezne čtenář např. v [1]. Pro libovolnou frekvenci je možné hodnotu váhového filtru A stanovit podle následujícího vztahu

Je třeba zdůraznit, že ze známého spektra hladin akustického tlaku L_pi je možné stanovit jednočíselnou hodnotu hladiny akustického tlaku A L_pA. Opačný postup není obecně možný, až na některé výjimky. Uvede-li výrobce informaci o hlučnosti svého stroje jednočíselnou formou L_pA, nemůže projektant zpětně zjistit, jaké této hodnotě odpovídá spektrum, které je pro něho z hlediska návrhu protihlukových opatření důležité.

Rozhodující vliv na zdraví člověka, z hlediska působení zvuku, má celkové množství akustické energie působící na sluchový orgán. Z toho vychází další významná veličina užívaná pro hodnocení hlučnosti – Ekvivalentní hladina akustického tlaku A L_Aeq,Tv [dB].

Je to fiktivní ustálená hladina akustického tlaku A, která má stejné účinky na člověka během sledovaného časového úseku T, jako proměnlivá hladina akustického tlaku A za stejný čas [1]. Stanoví se jako energetický průměr podle vztahu (2).

Tato veličina slouží k jednočíselnému hodnocení hlukové situace zejména v případě, že je akustický signál významně proměnný. Proměnný hluk je možné definovat změnou hladiny akustického tlaku v daném místě v závislosti na čase o více než 5 dB. Na obr. 2 je zobrazen časový záznam reálného signálu.

Definice ekvivalentní hladiny vychází z hypotézy, že celkový negativní účinek hluku je úměrný celkové imisi akustické energie za sledovaný čas T, což můžeme vyjádřit vztahem

 

kde

• L_pAi [dB] je střední hladina aku­stického tlaku v i-tém hladinovém intervalu,
• h [–] relativní četnost výskytu hladiny akustického tlaku L_pAi,
• t [–] doba výskytu hladiny akustického tlaku L_pAi .

Již řadu let je možné k určení ekvivalentních hladin A využít funkce většiny zvukoměrů, které tuto veličinu v libovolném časovém intervalu přímo stanovují. Abychom si udělali představu, jak je ekvivalentní hladina stanovena, ukážeme si jednoduchý příklad. Statistický analyzátor rozdělí stupnici měřených hladin na dílčí intervaly, např. po 1 dB. Získáme tak informace o absolutní, či relativní, četnosti výskytu jednotlivých hladin v těchto třídách. Budeme-li získaný časový záznam analyzovat z pohledu časového rozložení dané hladiny, můžeme podle vztahu (2) stanovit ekvivalentní hladinu akustického tlaku A tab. 2.

Celkový sledovaný čas T v našem příkladu 8 hodin = 480 min.

Většina hygienických limitů je udávána ekvivalentní hladinou akustického tlaku A. V případě posuzování rušivých účinků zvuku se rozšíří hodnocení o další parametr, kterým je maximální hladina akustického tlaku A L_Amax [dB] dosažená ve sledovaném intervalu. Tato veličina, jak bude uvedeno dále, se užívá při hodnocení zdrojů zvuku, situovaných uvnitř objektu. Nedílnou součástí vyhodnocení je zjištění hluku okolí, který v případě, že je zdroj s proměnným signálem v klidu reprezentuje minimální hladina akustického tlaku A L_Amin [dB].

Hygienické limity [2]

Nebudeme zde uvádět vyčerpávajícím způsobem všechny limity, které jsou obsahem v současnosti platném nařízení vlády č. 272/2011 Sb., ale pouze stěžejní limity, se kterými se čtenář v běžné praxi setká.

Hygienické limity hluku v chráněných vnitřních prostorech staveb

Chráněné vnitřní prostory staveb jsou obytné či pobytové prostory. Do této kategorie nepatří místnosti uvnitř staveb pro výrobu a skladování a pro individuální rekreaci. Jak již bylo výše uvedeno, je hygienický limit vyjádřen ekvivalentní hladinou akustického tlaku A L_Aeq,Tv [dB], kde index T vyjadřuje délku sledovaného časového intervalu. V denní době se hygienický limit stanoví pro 8 souvislých na sebe navazujících nejhlučnějších hodin L_Aeq,8h. V noční době je limit stanoven pro nejhlučnější 1 hodinu L_Aeq,1h.

Při posuzování hluku od dopravy na pozemních komunikacích a letecké dopravy je limit stanoven pro denní dobu 16 hodin, v noci pak pro 8 hodin.

Základní limitní hodnota pro zvuk šířící se zvenčí a hluk ze stavební činnosti uvnitř objektu je L_Aeq,T = 40 dB

K tomuto limitu je třeba připočíst korekci zohledňující druh chráněného prostoru a denní a noční dobu. Pro ilustraci jsou v tab. 3 uvedeny druhy chráněných vnitřních prostorů s příslušnými limitními hodnotami.

Nařízení vlády určuje příslušný limit podle druhu chráněného prostoru a denní doby tak, že k základní limitní hodnotě 40 dB přičte příslušnou korekci (tab. 3 sloupec třetí). Výsledkem pak je limitní hodnota ekvivalentní hladiny akustického tlaku A (tab. 3 sloupec čtvrtý).

Nedílnou součástí hodnocení hlukové situace je posouzení výskytu tónových složek ve spektru. V případě, že se ve spektru posuzovaného zdroje vyskytuje tónová složka, je třeba k základnímu limitu přičíst korekci –5 dB (tab. 3 sloupec pátý).

Tónové složky se hodnotí v třetinooktávovém pásmu. Je-li některá z hladin akustického tlaku v třetinooktávovém pásmu, případně i ve dvou bezprostředně sousedních třetinooktávách o více než 5 dB vyšší, než hladiny v obou sousedních třetinooktávových pásmech, je ve spektru identifikována tónová složka. Na obr. 3 je uveden výše popsaný případ. Typickými zdroji, v jejichž spektru se vyskytují tónové složky, jsou ventilátory, čerpadla, kompresory atd.

V případě, že se hluk šíří ze zdrojů uvnitř objektu je posuzovanou hygienickou veličinou maximální hladina akustického tlaku A, jejíž limitní hodnota je L_Amax = 40 dB

Shodně jako v předchozím případě, je třeba k této základní hodnotě přičíst korekce zohledňující druh chráněného prostoru a denní či noční dobu. Stejně tak posoudit možný výskyt tónových složek ve spektru a případně uplatnit korekci –5 dB. Číselné hodnoty v tabulce 3 by zůstaly stejné, jen by jim odpovídala jiná veličina.

Prostřednictvím maximální hladiny akustického tlaku A by byly posuzovány i zdroje umístěné mimo budovu, jejichž hluk proniká do vnitřního prostoru konstrukcemi nebo podložím.

Chceme-li mít představu o tom, jaký je rozdíl v případě, že bychom posuzovali výkonově stejný zdroj hluku uvnitř objektu a klasifikovali bychom ho v prvém případě jako stavební činnost uvnitř objektu, a ve druhém případě jako zdroj uvnitř objektu, např. vzduchotechniku získáme takovéto srovnání. První případ by byl posuzován veličinou L_Aeq,T = 40 dB, druhý L_Amax = 40 dB. V grafu na obr. 4 máme srovnání informací posuzovaného zdroje, spektru ekvivalentních hladin (modré sloupce) a maximálních hladin (červené sloupce). Stanovíme-li celkovou hladinu akustického tlaku A ekvivalentní 39,3 dB a maximální = 41,7 dB, je patrný jejich rozdíl 2,4 dB. V případě, že tedy projektant opomene, že zařízení techniky prostředí, instalované v objektu, bude hygienickým předpisem posuzováno podle maximální hladiny a ne ekvivalentní, může v případě, že se pohybuje na hranici limitu tento limit překročit.

Nyní můžeme nabýt dojmu, že pokud bude v objektu probíhat stavební činnost, budou limitní hodnoty ve shodě s údaji v tab. 3. Je tomu tak, ale jak uvádí nařízení vlády, je třeba v pracovních dnech mezi 7 až 21 hodinou přičíst k ekvivalentní hladině akustického tlaku A 40 dB korekci +15 dB. Přípustný hygienický limit tak např. v obytné místnosti bude ve výše uvedené době 55 dB.

Hygienické limity hluku v chráněných venkovních prostorech staveb a v chráněných venkovních prostorech

Za chráněný venkovní prostor staveb se považuje prostor do 2 m od fasády rodinných nebo bytových domů, školních, sociálních a zdravotních zařízení.

Chráněným venkovním prostorem se uvažují nezastavěné pozemky, které se užívají ke sportu, rekreaci, výuce a léčení.

Pro hodnocení hlukové situace se používá ekvivalentní hladina akustického tlaku A L_Aeq,Tv [dB]. Shodně jako při posuzování chráněných vnitřních prostorů staveb je doba sledování škodlivého hluku v denní době od 6:00 do 22:00 hodin, tj. 8 souvislých na sebe navazujících hodin a v noční době, tedy od 22:00 do 6:00 hodin jedna nejhlučnější hodina. Hluk od dopravy na pozemních komunikacích a leteckého provozu je hodnocen pro celou denní dobu, tedy 16 hodin a celou noční dobu, tj. 8 hodin.

Základní hygienický limit ekvivalentní hladiny akustického tlaku A je L_Aeq,T = 50 dB

K tomuto limitu je třeba připočíst korekci zohledňující druh chráněného prostoru a denní a noční dobu. V tab. 4 jsou uvedeny druhy chráněných venkovních prostorů a chráněných venkovních prostorů staveb s příslušnými limitními hodnotami.

Jednotlivé sloupce v tab. 4 reprezentují následující zdroje

1. Hluk od stacionárních zdrojů, veřejná produkce hudby.
2. Hluk z dopravy na silnicích III. třídy.
3. Hluk z dopravy na dálnicích a silnicích I. a II. třídy.
4. Hluk z dopravy v případě staré hlukové zátěže na pozemních komunikacích vzniklé do 30. 12. 2000.

Pro chráněné venkovní prostory staveb je třeba v noční době limitní hodnoty uvedené v tabulce korigovat hodnotou –10 dB. To znamená, že bude-li posuzován hluk stacionárního zdroje (sloupec 1 v tab. 4), v chráněném venkovním prostoru obytného domu (řádek 3 v tab. 4) bude hygienický limit v denní době L_Aeq,8h = 50 dB a v noční době L_Aeq,1h = 40 dB.

Tab. 5 • Hygienické limity chráněných venkovních prostor a chráněných venkovních prostor staveb L_Aeq,s

Významnou měrou může hygienický limit ovlivnit stavební činnost, jak uvádí tab. 5. Ve druhém sloupci jsou uvedeny korekční hodnoty, ve třetím a čtvrtém pak navýšení limitu v denní a noční době pro výše uvedený příklad podle vztahu

Pro zajímavost uveďme hygienické limity ekvivalentních hladin akustického tlaku A z leteckého provozu. Pro celou denní dobu je limit L_Aeq,16h= 60 dB a pro celou noční dobu L_Aeq,8h = 50 dB. Tyto limity se vztahují na charakteristický letový den, který je dán počtem vzletů a přistání všech letadel na sledovaném letišti za 24 hodin, určeným jako průměr všech vzletů a přistání na sledovaném letišti od 1. 5. do 31. 10. kalendářního roku.

Hluk okolí

Stanovení hluku okolí je nedílnou součástí každého vyhodnocení. Na hlukové situaci v chráněném místě se vždy podílí hluk sledovaného zdroje a hluk okolí, který se zdrojem nesouvisí. V tom případě je nutné tyto signály z měření odstranit, abychom tak mohli např. určit kmitočty, na nichž zdroj významně vyzařuje akustický signál, a které je třeba pro splnění hygienického limitu redukovat. V prvním kroku se provede měření se zapnutým strojem L_c, ve druhém pak při vypnutém stroji měření hluku okolí L_n. Na základě rozdílu těchto dvou hodnot DL je pak možné stanovit graficky nebo početně korekci na hluk okolí podle vztahu

Hladina akustického tlaku zdroje L pak je

Graficky je možné opravu na hluk okolí provést podle křivky na obr. 5.

Z grafu je patrné, že minimální hodnota rozdílu L_c – L_n na vodorovné ose je 4. Důvodem je to, abychom při vyhodnocení získali spolehlivé informace o hluku stroje. Dodržením tohoto odstupu tak získáme údaje o hluku stroje, prokazatelně nezatížené parazitními vlivy okolního hluku. V tabulkové formě jsou hodnoty uvedeny v tab. 6.

 

Tab. 6 • Hodnoty korekce K na hluk okolí

Stanovení korekce na hluk okolí vychází ve své podstatě z jednoduché představy o logaritmickém součtu dvou zdrojů. Celková hladina akustického tlaku L_c, změřená zvukoměrem v kontrolním místě, je dána logaritmickým součtem dvou dílčích zdrojů, měřeného stroje L a okolí L_n. Shodné výsledky jako v případě použití vztahu (4) a (5), získáme využitím vztahu (6) pro logaritmický součet.

Ukažme si nyní jednoduchý číselný příklad. Bloková kotelna v blízkosti bytové zástavby způsobuje nadměrný hluk. Z měření v chráněném venkovním prostoru nejbližšího obytného domu je známa hladina akustického tlaku A L_pAc = 42 dB, což je údaj zahrnující hluk kotelny i hluk okolí. Současně byl zjištěn i hluk okolí, tedy při vypnutém zdroji hluku, který činí L_pAn = 37 dB. Cílem je určit jaký je skutečný hluk kotelny. Dosazením rozdílu těchto hodnot do vztahu (4) spočteme korekci K = 1,65 dB. Hladina akustického tlaku A kotelny podle vztahu (5) je L_pA = 40,35 dB. Shodný výsledek získáme dosazením do vztahu (6). Jestliže jsme tedy na počátku změřili celkový hluk v kontrolním místě L_pAc = 42 dB a hygienický limit v kontrolním místě je L_Aeq,1h = 40 dB je jasné, že došlo k překročení limitu. Hygienický limit je maximální hluk, který všechny potenciální zdroje mohou společně v kontrolním místě vytvářet. Z výsledků je patrné, že kotelna vytváří v kontrolním místě větší hluk než okolí a tudíž je tato informace podnětem k provedení protihlukových úprav na zařízení kotelny.

V případě spektrální analýzy by se výpočet opakoval pro jednotlivé kmitočty slyšitelného pásma. Získané spektrum hladin akustického tlaku kotelny by pak odhalilo v kontrolním místě např. zvýšení hlučnosti v určité oblasti kmitočtů, vyzařované prokazatelně zdroji v kotelně.

Na závěr tohoto odstavce si naznačme, jak provést součet více zdrojů hluku. Výpočet můžeme provést buď podle vztahu pro logaritmický součet (6), nebo podle nomogramu na obr. 6, kde na vodorovné ose je rozdíl sčítaných zdrojů. Budeme-li si pamatovat tři základní rozdíly pro sčítání hladin, můžeme logaritmický součet zdrojů provádět jednoduše i bez kalkulačky.

Je-li:

Tzn. sečteme dva zdroje hluku v kotelně, stacionární kotel vytváří v kontrolním místě hladinu akustického tlaku L₁ = 65 dB a oběhové čerpadlo v témže místě L₂ = 61 dB. Na vodorovné ose (obr. 6) nalezneme hodnotu jejich rozdílu 4 dB a na svislé ose tomu odpovídající přírůstek DL = 1,5 dB. Výsledná součtová hodnota je pak dána vyšší z obou sčítaných hodnot, zvýšenou o nalezený přírůstek 65 + 1,5 = 66,5 dB. Hodnoty hlučnosti zaokrouhlujeme na jedno desetinné místo.

Nejistoty měření

Pojem nejistoty měření při hodnocení hlučnosti byl zaveden v naší legislativě v [3] v roce 2001. Od té doby se významně uplatňuje při prokazování dodržení nebo překročení hygienických limitů.

Nejistota měření se u výsledné naměřené hodnoty vyjadřuje jako rozšířená nejistota U, získaná z kombinované standardní nejistoty u_c násobená koeficientem rozšíření k = 2.

Výsledek měření je pak uváděn v hodnotě měřené veličiny

Pro odhad rozšířené nejistoty U při měření ekvivalentní hladiny akustického tlaku A L_Aeq,T je možné po­užít tabulku 7.

Tab. 7 • Hodnoty rozšířené nejistoty U (tab. D1 v [3])

Tato tabulka se někdy ne zcela správně uplatňuje i při měření maximální hladiny akustického tlaku A L_Amax.

Stanovení nejistot měření vychází z principů pravděpodobnosti. Nejistota měření není konstantní hodnotou, a to jak mezi různými laboratořemi, tak i jednotlivými měřiči. Závisí na mnoha faktorech při měření, stejně tak jako na blízkosti výsledné hodnoty hygienickému limitu.

Výpočtem nejistoty podle dostupných podkladů, je možné získat hodnoty i nižší a více odpovídající skutečnosti, než uvádí tab. 7.

Při měření a hodnocení je nutné vždy striktně dodržet délky časových úseků pro hodnocení tak, jak je nařízení vlády stanovuje, tj. je-li předmětem hodnocení např. akustický stav prostředí v noční době, kdy je hodnocen časový úsek 1 nejhlučnější hodiny, může nastat situace, kdy v ostatních 7 hodinách je hygienický limit dodržen a pouze v 1 hodině překročen, je toto jednoznačný důkaz o překročení limitu. Důvod je jednoduchý. Mechanizmem poškození zdraví je rušení spánku, tzn. není důležité v jakou dobu k rušení dochází, ale jaká je intenzita rušivého signálu.

Posouzení splnění nebo nesplnění hygienického limitu určuje hygienik nebo v případě sporu soud. V literatuře [2], [3] nalezneme způsob hodnocení, ze kterých vychází orgány OVZ. Mohou nastat tyto situace:

nejvyšší přípustná hladina je prokazatelně dodržena

nejvyšší přípustná hladina je prokazatelně překročena

nejvyšší přípustná hladina leží v pásmu nejistoty měření

tj. např. je-li naměřena hodnota

V tomto případě je podle [2] § 20 hygienický limit prokazatelně splněn, protože jak uvádí tento paragraf „Výsledná hodnota hladiny akustického tlaku A prokazatelně nepřekračuje hygienický limit, jestliže výsledná ekvivalentní hladina akustického tlaku A po odečtení hodnoty kombinované rozšířené nejistoty je rovna nebo je nižší než hygienický limit“.

Závěr

V tomto článku jsme se seznámili s metodikou hodnocení hlučnosti v mimopracovním prostředí podle nařízení vlády č. 272/2011 Sb., jednotlivými limity a metodikou hodnocení. Projektantům i všem ostatním, kteří dodávají nebo realizují technická díla, jejichž hlučnost se dotýká nejen bytové zástavby, mohu ze zkušenosti doporučit nepodcenit problematiku hlučnosti, a to i v případech, kdy výrobce garantuje nízké hodnoty hluku stroje. Nikdy totiž není zaručeno, že zařízení bude správně instalováno, provozováno atd. a v drtivé většině případů hlučnost zařízení v konkrétní instalaci roste, nikoliv klesá vlivem odrazů aj.! V případě, že projektant provede kontrolní akustické výpočty podle metodik šíření zvuku ve venkovním nebo uzavřeném prostoru, vždy musí pamatovat na nejistoty měření. Je vždy vhodné počítat s určitou rezervou a to alespoň 5 dB. Tzn. jestliže je konkrétní hygienický limit např. v bytě v ložnici roven L_Aeq,1h = 30 dB, je vhodné, aby projektované zařízení v kontrolním místě vykazovalo hladinu akustického tlaku A L_pA = 25 dB. Proč? Protože bude-li v této místnosti provedeno měření s nejistotou 2 dB a současně bude ve spektru odhalena tónová složka, která zpřísňuje hygienický limit o 5 dB, tzn., že limitní hodnota je v pásmu nejistoty měření a chyba při realizaci díla omylem navýší vypočtenou hodnotu z 25 dB na např. 28 dB, limit tak nebude splněn. Snížení hlučnosti o 2–3 dB nebo odstranění tónové složky nemusí představovat náročný problém, ale větší redukce už mohou znamenat výrazné navýšení nákladů nebo výměnu zařízení za jiné tišší.

Literatura

1. NOVÝ, R.: Hluk a chvění. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2000. 389 s. ISBN 80-02246-3.
2. Nařízení vlády č. 272/2011 Sb. o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací.
3. Metodický návod pro měření a hodnocení hluku v mimopracovním prostředí, Č. j. HEM-300-11.12.01-34065.

---

Assessment of the noise in residential buildings

The author deals with noise in non-work environment. Methodology of the noise evaluation in the Czech Republic is described. First, basic terms are explained. The following are the noise hygienic limits and calculation principle.

Keywords: noise, noise calcula­tion, noise in residential building