Tlumení hluku od kotlů a kogeneračních jednotek
Autor příspěvku Hark Kemlein-Schiller je produktovým manažerem firmy Kutzner+Weber ve Spolkové republice Německo, největšího výrobce tlumičů hluku ke spalovacím cestám. V širších souvislostech seznamuje se současným stavem a vývojem techniky v tlumení hlukových emisí od kotlů a kogeneračních jednotek.
Hluboké brumlání a vysoké pištění, a další nepříjemné zvuky, mohou doprovázet provoz moderních otopných soustav. Kogenerační jednotky, používané pro současnou výrobu tepla a elektrického proudu, se v tomto směru často ukazují jako „potížisté“. Aby k obdobným problémům nedošlo, musí být otázky omezení hluku řešeny již ve fázi projektu.
Během posledních let se domácí spotřebiče (např. myčka nádobí a lednička) staly výrazně tišší. Tato skutečnost však znamená, že hluk od kotlů či kogenerace, který se dříve skrýval pouze v pozadí poslechu, nyní vystupuje do popředí a je více vnímán.
Hluk nejen, že ruší, ale od určité hladiny hluku škodí organizmu. Hluk do hodnoty hladiny akustického tlaku A 80 dB, který přibližně odpovídá hlukovému spektru jedoucího osobního automobilu, není ještě relativně nebezpečný. Hluk od 80 do 120 dB již je při delší expoziční době nebezpečný. Lidský organizmus reaguje stresem, poruchami spánku a nevolnostmi. Při překročení této hladiny mohou následovat dlouhodobé poruchy sluchu.
Lidské ucho slyší různé frekvence v závislosti na sluchovém prahu. Nízké frekvence slyší hůře než střední a vysoké. Hluk je vyjádřen v logaritmickém měřítku a je reprezentován hladinou akustického tlaku v dB v určité vzdálenosti od zdroje. Pro hodnocení hlučnosti je používána jednočíselná hladina akustického tlaku A v dB, opět v určité vzdálenosti. Z fyzikální podstaty zvuku je signál vždy frekvenčně závislý.
Pro frekvence do cca 100 Hz představuje zvýšení hladiny akustického tlaku o 5 dB subjektivní zvýšení hlasitosti na dvojnásobek. Při středních a vysokých frekvencích je to teprve při zvýšení o 10 dB. Proto je citlivost reakce na nižší frekvence vyšší. Je třeba se proto zaměřit na oblast nižších frekvencí.
Je častý omyl, který předpokládá, že celková hladina akustického tlaku A je vždy stejná bez ohledu na to, o jaké frekvence se jedná. Proto je běžné, že i při stejných celkových hladinách akustického tlaku A je subjektivní vnímání hluku zcela odlišné podle toho, v jaké oblasti spektra se jednotlivý kmitočet s nejvyšší hodnotou hladiny akustického tlaku nachází (viz obr. 1).
Je ve dvojnásobné vzdálenosti od droje hluku poloviční hlasitost?
To si často lidé myslí. Zvuk (zejména u nízkých kmitočtů) se ve volném prostoru šíří nesměrově, tedy po povrchu koule. Vzhledem k tomu, že povrch koule je úměrný druhé mocnině poloměru, klesá akustický tlak úměrně s druhou mocninou vzdálenosti. Ve dvojnásobné vzdálenosti není tedy poloviční ale čtvrtinový. Obvykle se měří hladina akustického tlaku ve vzdálenosti 1 m od zdroje. Každé zdvojnásobení vzdálenosti odpovídá snížení hlučnosti o 6 dB. Konkrétně to tedy znamená: vzdálenost 2 m snížení hladiny akustického tlaku o 6 dB, vzdálenost 4 m o dalších 6 dB, 8 m o dalších 6 dB. Celkově to znamená na vzdálenost 10 m redukci hladiny akustického tlaku o 20 dB. Redukce hladiny akustického tlaku o 10 dB znamená snížení subjektivního vnímání hlasitosti na polovinu a redukce o 20 dB na čtvrtinu.
Dostaneme od dvou stejně hlasitých kotlů dvojnásobnou hlučnost?
Dva stejně hlasité zdroje hluku (např. dva kotle stojící vedle sebe) zvýší v logaritmickém součtu hlučnost o 3 dB, což je rozdíl patrný lidským uchem. Naproti tomu, je-li jeden z kotlů o 12 dB méně hlučný, žádný význam pro vnímání celkové hlučnosti to nemá.
Z odborné literatury je známo, že nízké frekvence se šíří od ústí komínů ve tvaru kulových ploch. Střední a vyšší frekvence se šíří více nahoru. Tento jev může sledovat každý, kdo stojí u paty komína elektrárny. Zde jsou slyšet zpravidla jen nízké frekvence hluku. Prostřednictvím odrazů se také stává, že v některých bodech se zvukové vlny sčítají a posilují. Na tomto základě je nutné se zaměřit při konstrukci tlumičů hluku především na oblast nízkých frekvencí.
Zkonstruovat tlumič hluku na základě celkové hladiny akustického výkonu není bohužel možné. Z hladiny akustického výkonu nevyplývá, jaký tvar má spektrum rušivého signálu. Přesný návrh tlumiče je proto nutno provést z fyzikálních důvodů podle frekvenční analýzy.
Je tlumič jako tlumič?
Často je sklon věřit tomu, že rozhodující jsou rozměry tlumiče hluku. Právě v této oblasti existují značné rozdíly. Pasivní tlumiče hluku pohlcují zpravidla střední a vysoké frekvence, ale v klíčové oblasti nízkých frekvencí nebývají dostačující. Často bývá efektivnější instalovat dva jednotlivé tlumiče za sebou, než jeden tlumič dlouhý. Pro nízkofrekvenční oblast musí být vždy instalován speciální tlumič (ITS – tlumič pro nízké frekvence), popř. reflexní tlumič. Technicky je možné kombinovat pasivní tlumiče tak, že se dosáhne širokopásmového účinku. V nabídce tlumičů se vždy porovnává možnost jejich vzájemného uspořádání.
U pasivních tlumičů se věnuje pozornost také použitému materiálu. Měl by být především odolný proti vylučujícímu se kondenzátu. Kondenzát z tlumiče je nutné průběžně odvádět, aby se nesnižoval účinek tlumení.
Vyhodnocení certifikovaných měření hluku, prováděné K+W potvrdilo, že u kotlů lze očekávat při frekvenci 250 Hz nejvyšší hlukové zatížení (obr. 2). U kogeneračních jednotek leží tato hodnota podstatně níže, výrazně pod 100 Hz. Pasivní tlumiče jsou plně funkční až při hodnotách přes 400 Hz. U kogenerací je tedy bezpodmínečně nutné použít speciální tlumiče pro nízké frekvence.
Řešení tlumičů hluku pro minikogenerační jednotky
Rozšiřující se používání kogenerací v jednotlivých domech i sídlištích si vyžádalo vývoj tlumičů AGG série (obr. 3 a 4). Jedná se o pasivní absorpční tlumiče malých jmenovitých světlostí pro frekvence od 63 do 8 kHz. Podle jmenovité světlosti a stavební délky dosahují tyto tlumiče v kritické oblasti frekvencí od 40 do 100 Hz útlumu až 34 dB. Tyto tlumiče jsou vhodné též i jako první tlumicí člen hluku pro klasické tepelné soustavy.
Řešení pro malá a střední zařízení v omezených prostorách
Firma K+W ve spolupráci s institutem pro stavební fyziku (IBP – Fraunhofer-Institut) vyvinula aktivní rezonanční tlumič pro nízkofrekvenční oblast, plně funkční do 500 Hz (obr. 5 a 6) pro světlosti do DN160 o stavebních délkách 580 mm a pasivní tlumič s DN až 300 při stavebních délkách 760 mm. Aktivní tlumič pracuje na elektroakustickém principu. Mikrofon snímá akustické vlny v blízkosti reproduktoru, který je pak posílá zpět do komory tlumiče posunuté o půl periody, a tak se zvuková vlna vyhlazuje. Současně se zvyšuje i účinnost tlumičů se štěrbinovými komorami. Tyto tlumiče jsou vhodné i pro kondenzační kotle, v tomto případě jsou elektronické části chráněny speciální fólií a kondenzát je průběžně odváděn. Jsou vyráběny ve jmenovitých světlostech od DN80 do DN300 pro pracovní teploty do 200 °C a přetlaky do 200 Pa. Aktivní tlumiče běžně dosahují útlumu 10 dB.
Řešení pro střední a velké kotle a pro kogenerační jednotky od elektrického výkonu 20 kW výše
Tlumič TTS byl vyvinut speciálně pro nízké frekvence (obr. 7 a 8). A právě ve spalinových cestách kogeneračních jednotek je ve spektru, v oblasti pod 100 Hz, obsažen nejvyšší podíl hlukové zátěže.
Podkladem pro návrh tlumičů je spektrum hladin akustického výkonu zjištěné frekvenční analýzou. Pro návrh tlumičů se používá výpočetní program vypracovaný institutem IBP. Tlumič TTS tlumí hluk v komorách určených vždy pro danou konkrétní frekvenci. Komory se oddělují přepážkami z děrovaných plechů. Podle světlosti tlumiče je možný útlum až 37 dB.
upraveno podle článku Für jedes Problem eine Lösung…(Sanitär + Heizungstechnik č. 2/2011, str. 44–47)