Acustica ambientale e architettonica

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1 Acustica ambientale e architettonica Esercitazione Ing. Ubaldo Carlini

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5 Dati geometrici dell'ambiente Grandezza Larghezza [m] 22 Lunghezza [m] 45 Altezza [m] 10 Volume totale [m 3 ] 9900 Supeficie pavimento in parquet [m 2 ] 990 Superficie pareti [m 2 ] 1340 Superficie soffitto [m 2 ] 990 Dati di progetto geometrici Superficie unitaria porte d'uscita [m 2 ] 4,5 Superficie totale porte d'uscita [m 2 ] 49,5 Superficie schermo da proiezione [m 2 ] 128 Superficie tavolo da conferenza [m 2 ] 12 Altri dati di progetto caratteristici N porte d'uscita 11 N poltroncine 1200 Superficie unitaria porte d'uscita [m 2 ] 4,5 Superficie schermo da proiezione [m 2 ] 128 Superficie complessiva bocchette d'immissione aria [m 2 ] 7,2 Numero bocchette immissione aria 18 Superficie bocchetta unitaria [m 2 ] 0,4 Portata d'aria trattata dall'uta [m 3 /h] Portata d'aria uscente da ogni bocchetta [m 3 /h] 1333 Superficie parete netta [m 2 ] (senza schermo e porte) 1162,5 Superficie totale (soffitto+pavimento+pareti) [m 2 ] 3320

6 1 - Correzione acustica della sala 2 - Attenuazione del rumore negli impianti di ventilazione 3 Riduzione del rumore di un impianto di condizionamento Correzione acustica della sala L analisi acustica si limita alle due frequenze: Bassa frequenza: 125 Hz Media frequenza: 500 Hz Queste frequenze sono quelle di maggiore interesse per la correzione acustica della sala.

7 Analisi acustica della sala a 125 Hz Superfici assorbenti Area S i [m 2 ] o numero Coefficiente di assorbimento αi Unità di Assorbimento αi*s i [m 2 ] Tipi di assorbenti pavimento 990 0,04 39,6 legno (parquet) pareti laterali 864 0,03 25,92 intonaco cemento parete con schermo 92 0,03 2,76 intonaco cemento parete di fondo 206,5 0,03 6,195 intonaco cemento schermo 128 0,03 3,84 cotone soffitto 990 0,03 29,7 intonaco cemento tende pesanti porte 49,5 0,08 3,96 cotone bocchette d'aria 7,2 0,15 1,08 a griglie poltroncine ,1 120 imbottite

8 Superfici assorbenti Analisi acustica della sala a 500 Hz Area S i [m 2 ] o numero Coefficiente di assorbimento αi Unità di Assorbimento αi*s i [m 2 ] Tipi di assorbenti pavimento 990 0,07 69,3 legno (parquet) pareti laterali 864 0,04 34,56 intonaco cemento parete con schermo 92 0,04 3,68 intonaco cemento parete di fondo 206,5 0,04 8,26 intonaco cemento schermo 128 0,1 12,8 cotone soffitto 990 0,04 39,6 intonaco cemento tende pesanti porte 49,5 0,15 7,425 cotone bocchette d'aria 7,2 0,3 2,16 a griglie poltroncine ,3 360 imbottite

9 Calcolo del tempo di riverberazione Si procede al calcolo del tempo di riverberazione per le seguenti tre situazioni: 1- Sala vuota 2 - Sala semipiena (75% occupati) 3 - Sala piena Calcolo della sommatoria delle unità di assorbimento UA (somma di αi*s i [m2]) Frequenza sala vuota sala semipiena sala piena 125 Hz 233,06 323,06 353, Hz 537,79 672,79 717,79 α m = α S i S i i Calcolo del coefficiente di assorbimento medio αm Frequenza sala vuota sala semipiena sala piena 125 Hz 0,07 0,10 0, Hz 0,16 0,20 0,22

10 τ = 0, 16 s V α S i i Calcolo del tempo di riverberazione τs con la formula di Sabine Frequenza sala vuota sala semipiena sala piena 125 Hz 6,80 4,90 4, Hz 2,95 2,35 2,21 τ 60 V = 0,16 1 S ln (1 α m) Calcolo del tempo di riverberazione τ60 con la formula di Eyring Frequenza sala vuota sala semipiena sala piena 125 Hz 6,56 4,66 4, Hz 2,70 2,11 1,96

11 Valori dei tempi di riverberazione consigliati per i vari impieghi (f=500 Hz) Per le sale da conferenza i valori dei tempi di riverberazione consigliati sono: τ 60 =1,2 s (f=500 Hz) τ 60 =1,7 s (f=125 Hz)

12 Il tempo ottimale di riverberazione si verifica in genere per la situazione intermedia (sala semipiena) e per la frequenza con tempo di riverbero che si discosta maggiormente da quello ottimale. Nel nostro esempio: f=125 Hz τ 60 =4,66 s Dalla formula di Eyring si ricava: α m 0,16 V / τ 60 S = 1 e Si ricava: α m = 0,24 L assorbimento totale si dovrà portare a: S. α m = ,24=812,43 m 2 L incremento sarà di: (812,43-323,06)=489,38 m 2

13 Per determinare la superficie del materiale assorbente necessario per la correzione acustica della sala si procede nel seguente modo: 1) Si considera il valore del coefficiente di assorbimento del materiale scelto alla frequenza di 125 Hertz, per esempio α=0,6, e si sottrae il valore del coefficiente di assorbimento della parete nuda (α=0,03), ottenendo un valore di 0,57. 2) Si divide la superficie dell incremento dell assorbimento da realizzare per il coefficiente calcolato al punto che precede e si ottiene la superficie del materiale assorbente da applicare: S mat.ass = 489,38/0,57=858,56 m 2 Il materiale assorbente sarà applicato dapprima sulla parete di fondo, di fronte alla sorgente sonora, poi sulle pareti laterali ed infine al soffitto. Le parti vicine alla sorgente sonora si escludono in maniera che l energia sonora si possa diffondere, quanto più possibile, uniformemente nell ambiente.

14 Rumore negli impianti di ventilazione L energia sonora prodotta dalla sorgente primaria (ventilatore dell UTA) è costretta a propagarsi lungo i condotti che formano l impianto di distribuzione dell aria. L p = L W log( 2 4 π r ) In questo caso non è applicabile la legge di variazione della pressione sonora con il quadrato della distanza

15 L energia sonora prodotta dal ventilatore è convogliata in una linea di trasmissione rappresentata dai condotti di distribuzione dell aria. In uscita da questi condotti, l aria viene irradiata attraverso bocchette, diffusori e altri dispositivi terminali e raggiunge gli occupanti dell ambiente climatizzato. Il problema fondamentale è conoscere il livello di pressione sonora che si avrà in un ambiente ventilato per effetto della propagazione dell energia sonora dalla sorgente primaria. Il problema in generale si può suddividere in tre fasi: 1) Determinare la potenza sonora totale introdotta nel sistema dal ventilatore. 2) Calcolare le attenuazioni che l energia sonora del ventilatore negli elementi costituenti l impianto di distribuzione dell aria. 3) Calcolare l energia irradiata dai terminali del condotto nell ambiente ventilato.

16 Potenza sonora totale introdotta nel sistema dal ventilatore. Le informazioni sulla potenza sonora che è convogliata nell impianto dal ventilatore sono date per ogni banda di ottava direttamente dal costruttore (vedi pagina seguente); in mancanza di dati si può effettuare una stima preliminare mediante le equazioni seguenti: L W L W L W = lg P + 10 lg H = lgq + 10 lg H = lg P 10 lgq L W = livello di potenza sonora globale Q = è la portata dell aria espressa in m 3 /h H = prevalenza sviluppata dal ventilatore in mm H 2 O P = potenza elettrica del motore in kw Per potere distribuire la potenza sonora globale così ottenuta in livelli per bande di ottava si applicano le seguenti correzioni (da sommare al livello di potenza sonora globale): Frequenza [Hz] Ventilatore centrifugo a pale curve rovesce Ventilatore centrifugo a pale curve in avanti Ventilatore centrifugo a pale radiali diritte Ventilatori assiali Flusso misto

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18 Attenuazioni dell energia sonora nel sistema dei condotti Non è necessario conoscere il livello di pressione sonora in ogni punto dell impianto. È necessario conoscere la riduzione che subisce l energia sonora durante il percorso per prevedere la potenza sonora irradiata in ambiente ai terminali del condotto (L W_AMB. ). Si calcolano preliminarmente le attenuazioni del livello di potenza sonora, in db, dovute a ciascun elemento dell impianto. La potenza sonora irradiata ai terminali del condotto vale: L W _ AMB. = L W _ UTA A vib. A rif. A dir. A ter. L W_UTA = potenza sonora dell Unità di Trattamento dell Aria A vib. = Attenuazione di potenza sonora dovuta alle vibrazioni delle pareti del condotto A rif. = Attenuazione di potenza sonora dovuta alla riflessione in direzione della sorgente A dir. = Attenuazione di potenza sonora dovuta alle diramazioni A ter. = Attenuazione di potenza sonora ai terminali del condotto Sulla base dei dati forniti come la portata dell aria, la superficie delle bocchette e la geometria del condotto, si calcolano le attenuazioni con l ausilio dei diagrammi seguenti.

19 A vib. = Attenuazione di potenza sonora dovuta alle vibrazioni delle pareti del condotto

20 A rif. = Attenuazione di potenza sonora dovuta alla riflessione in direzione della sorgente

21 A dir. = Attenuazione di potenza sonora dovuta alle diramazioni

22 A ter. = Attenuazione di potenza sonora ai terminali del condotto

23 L p _ D L p _ D = L + 10 log( Q ) 20 log( r) 11 W _ AMB. Calcolo del livello di pressione nell ambiente ventilato Finora è stato calcolato la potenza sonora che giunge alla bocchetta o al diffusore per irradiarsi nell ambiente. Se più bocchette sfociano nello stesso ambiente, è consuetudine considerare solo la bocchetta più vicina al ventilatore e presumere che le altre forniscano la stessa quantità di potenza sonora; questa stima sopravvaluta la potenza sonora totale che sarà irradiata in ambiente ma ha il vantaggio di conservare un certo margine di sicurezza. L = L + p _ cond. p _ D L p _ riv. L p_d = Livello di pressione sonora diretta L p_riv. = Livello di pressione sonora riverberata L p _ riv. = LW _ AMB. 10log Rc log n θ Qθ + 10log 4 π r = LW _ AMB. 2 n. = numero delle bocchette che sfociano nello stesso ambiente Costante d ambiente Posizione della sorgente Fattore di direttività Q θ Al centro del locale 1 Al centro di una parete, del soffitto o del pavimento 2 αm Al centro di uno spigolo formato da due superfici 3 R c = S In un vertice formato da tre superfici 4 1 αm

24 Nel caso che la potenza sonora residua ai terminali di mandata non fornisca dei livelli di pressione sonora compatibili con i livelli sonori richiesti per gli ambienti, occorre inserire dei dispositivi detti attenuatori o silenziatori che siano in grado di fornire un ulteriore attenuazione del livello di potenza sonora. Tali sistemi si inseriscono all interno del sistema in modo da ricevere un flusso d aria non turbolento, cioè ad una distanza minima paria a 3-6 volte il diametro del condotto del più vicino ventilatore, gomito o curva. I silenziatori si distinguono in funzione del meccanismo col quale si sottrae l energia sonora al flusso d aria: 1) reattivi; 2) dissipativi. Nei silenziatori di tipo reattivo l attenuazione dell energia sonora si verifica in seguito alle riflessioni del rumore verso la sorgente che lo produce a seguito di un cambiamento dell impedenza acustica del condotto. Hanno un notevole ingombro e producono perdite di carico elevate. Nei silenziatori di tipo dissipativo si ha un attenuazione dell energia sonora in seguito alla trasformazione per attrito dell energia meccanica di oscillazione in calore, come avviene per i materiali porosi.

25 Lo spazio racchiuso nel condotto non dà luogo ad un campo sonoro riverberato e la maggior parte dell energia si propaga in direzione parallela all asse del condotto. Una piccola parte dell energia totale si attenua per ripetute riflessioni. Nel caso delle onde piane si ha una propagazione su fronti piani paralleli tra loro e perpendicolari all asse del condotto. I materiali porosi sono molto efficaci nell assorbimento acustico, pertanto vengono impiegati come rivestimento delle pareti interne del condotto. L onda subisce una diminuzione progressiva di energia ai bordi con un effetto di curvatura (soprattutto alle basse frequenze) come illustrato nella fig Il risultato è che dalla porzione d onda che si propaga nell aria viene continuamente sottratta energia.

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28 Dissipatore reattivo: esempio

29 Silenziatori dissipativi rettangolari Caratteristiche costruttive I silenziatori rettangolari della serie SQ sono essenzialmente costituiti da un cassone metallico, in lamiera zincata di spessore minimo 1 mm, con flange alle due estremità forate nei quattro angoli. Possono essere a sezione rettangolare o quadrata in differenti dimensioni e con diverse lunghezze e contengono setti fonoassorbenti regolarmente spaziati e dallo spessore predeterminato. Il telaio dei setti è costruito in lamiera zincata. Il materiale fonoassorbente è in lana minerale (densità non inferiore a 40 kg/m3) ad alto coefficiente di assorbimento acustico con rivestimento in fibra di vetro per impedirne lo sfaldamento con velocità dell aria fino a 20 m/s. La certificazione di reazione al fuoco del materiale fonoassorbente è in Classe 1 ai sensi del D.M

30 Caratteristiche acustiche

31 Caratteristiche aerauliche dei silenziatori rettangolari. Caratteristiche tecniche relative ad un modello commerciale

32 Silenziatori dissipativi circolari Caratteristiche costruttive: Il silenziatore circolare è essenzialmente costituito da un involucro esterno in robusta lamiera d acciaio zincato che racchiude un materassino fonoassorbente in lana minerale con densità non inferiore a 40 kg/m3 ad alto coefficiente di assorbimento acustico, rivestito con velo di vetro e protetto con lamierino forato per impedirne lo sfaldamento con velocità dell aria fino a 20 m/s. I silenziatori circolari sono in due versioni, esecuzione normale e con ogiva centrale, con diverse caratteristiche di attenuazione, adatti per il collegamento a ventilatori e condotte a sezione circolare in dimensioni unificate.

33 Attenuazione acustica dei silenziatori circolari (SCK versione con ogiva centrale). Caratteristiche tecniche relative ad un modello commerciale

34 Caratteristiche aerauliche dei silenziatori circolari (SCK versione con ogiva centrale). Caratteristiche tecniche relative ad un modello commerciale

35 Metodi per il controllo e l attenuazione del rumore Ventilatori installati nei locali macchine La collocazione delle macchine deve avvenire in modo da arrecare il minore disturbo possibile, ossia installando la centrale in un locale distante; La macchina deve essere isolata dal solaio su cui poggia a mezzo di un supporto resiliente; Se la macchina è all interno di un locale: le pareti del locale devono essere doppie e rivestite di materiale dotato di elevato potere fonoisolante; Per ridurre il rumore trasmesso dalla centrale di condizionamento alle canalizzazioni, si può installare dopo il ventilatore una camera di attenuazione detta plenum. Tale camera è isolata dal ventilatore e dai condotti mediante giunti flessibili per evitare la trasmissione delle vibrazioni e deve essere rivestita internamente da materiale fonoassorbente (vedi fig. seguente)

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38 Calcolo del livello di pressione in ambiente e del rumore proveniente dall esterno Il livello sonoro in ambiente da confrontare con il livello di pressione acustica tipo NC25, è dato dalla somma del livello di pressione sonora provocato dal condotto (L p_cond. già calcolato) e da quello immesso nell ambiente dalle fonti esterne L p_pc (nel nostro esempio dalla pompa di calore). L p _ tot = Lp _ cond. + L p _ PC Il calcolo del livello di pressione in ambiente ad opera di sorgenti esterne (necessario per determinare L p_pc ) è svolto secondo il metodo di calcolo illustrato nella norma UNI EN ISO (UNI EN Acustica in edilizia - Valutazione delle prestazioni acustiche di edifici a partire dalle prestazioni di prodotti. Isolamento acustico contro il rumore proveniente dall esterno per via aerea ). Si calcola dapprima l isolamento acustico di facciata normalizzato rispetto al tempo di riverberazione D 2m,nT che dipende dal potere fonoisolante della facciata, dalla forma esterna della facciata, dalle dimensioni dell ambiente.

39 V è il volume dell'ambiente ricevente, espresso in m³. L fs è la differenza del livello di pressione sonora a causa della forma della facciata. Nel nostro caso, siccome nella facciata dell'edificio considerato non abbiamo balconi o altro, questo contributo è nullo. T 0 è un valore pari a 0,5 secondi. É un tempo di riverberazione di riferimento. S è l'area della facciata. Il valore di D 2m,nt, secondo la norma di riferimento DPCM 05/12/1997 (Determinazione dei requisiti acustici degli edifici) stabilisce i valori limite; nel nostro caso D2m,nt = 42 db (Art. 3 dell'allegato A). La sala conferenze è appartenente alla categoria F (edifici adibiti ad attività ricreative, di culto o assimilabili a Classificazione ambienti abitativi) Art.2 Allegato A. Questo valore è il valore limite consentito, e si configura come un valore di attenuazione. R' è il potere fonoisolante apparente rispetto ad un campo sonoro incidente diffuso sulla facciata:

40 R i è il potere fonoisolante dell'elemento normale i-esimo della facciata. S i è la superficie dell'elemento i-esimo normale della facciata. Questa superficie è espressa in m². A 0 è l'area equivalente di assorbimento acustico. Quest'area è pari a 10 m². D ni è l'isolamento acustico normalizzato del piccolo elemento i-esimo della facciata. Questi elementi sono ad esempio le prese d'aria, i ventilatori, i condotti elettrici, etc. S è la superficie complessiva della facciata (espressa in m²) vista dall'interno. K è una correzione dovuta al contributo della trasmissione laterale. Questo contributo vale 0 se gli elementi di facciata non sono connessi tra di loro, mentre vale 2 per elementi pesanti connessi con giunti rigidi.

41 L p_pc = L 1,2m D 2m,nt L 1,2m è il livello di pressione sonora generato dalla sorgente (es. la pompa di calore), ad una distanza di 2 metri dall'edificio. Ad esempio se la sorgente sonora dista d dalla facciata, ci collochiamo in un punto che dista r = d 2 metri dalla sorgente. La formula per calcolare il livello di pressione sonora alla distanza r è la nota relazione: L 1,2m = L w_pc 20 Log r alla fine della formula tiene conto della riflessione esercitata dalla facciata dell'edificio stesso. Il rapporto tecnico UNI/TR 11175, guida alle norme serie UNI EN per la previsione delle prestazioni acustiche degli edifici, fornisce un valido applicativo alla tipologia costruttiva nazionale.

42 Riduzione del rumore di una sorgente esterna BARRIERE ACUSTICHE 2 π N A = 20 log + 5[ db] tgh 2 π N A = Attenuazione della barriera in db N è il numero di Fresnel così definito: 2 N = ( A + B) ( R + λ D)

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49 Bibliografia Ian Sharland L attenuazione del rumore - Manuale di acustica applicata Ed. Woods Italiana R. Lazzarin, M. Strada Elementi di acustica tecnica Ed. CLEUP UNI EN Acustica in edilizia - Valutazione delle prestazioni acustiche di edifici a partire dalle prestazioni di prodotti. Isolamento acustico contro il rumore proveniente dall esterno per via aerea UNI/TR Acustica in edilizia - Guida alle norme serie UNI EN per la previsione delle prestazioni acustiche degli edifici - Applicazione alla tipologia costruttiva nazionale

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