Akustyczne aspekty adaptacji, modernizacji i rewitalizacji budynków użyteczności publicznej

W przypadku projektów adaptacji, modernizacji czy rewitalizacji istniejących budynków uzyskanie komfortowych warunków akustycznych stanowi jeszcze większe wyzwanie. Wynika to - paradoksalnie - z braku możliwości zmiany większości z wymienionych w zdaniu poprzedzającym czynników, czyli między innymi z istniejącej i często niemożliwej do zmiany konstrukcji budynku, układu i kształtu pomieszczeń, a w przypadku adaptacji na cele muzyczne – najczęściej z niewystarczającej kubatury istniejących pomieszczeń. W przypadku, jeśli modernizowany obiekt podlega ochronie konserwatorskiej, uzyskanie komfortowych warunków akustycznych jest jeszcze trudniejsze.

Przypadek Hali Koszyki w Warszawie

Kompleks zabudowy Hala Koszyki mieści zarówno funkcje handlowe, jak i biurowe. Składa się z fragmentów istniejących (istniejące budynki bramne), połączonych z historyczną Halą Koszyki, która została odbudowana i przeznaczona na cele handlowe i gastronomiczne i która łączy się z nową częścią handlową stanowiącą jej rozbudowę powiązaną z nowymi obiektami biurowymi będącymi nadbudową części handlowej. Całość jest posadowiona na dwóch kondygnacjach podziemnych, na których znajduje się część handlowa, z częścią dostawczą oraz garaż, zaplecze techniczne i magazynowe. Tak opisany zespół tworzy jeden budynek. Całość uzupełniają dziedzińce powiązane systemem przejść (wewnątrz i na zewnątrz zespołu) [3].

Główny budynek zabytkowej Hali Koszyki w rzucie ma kształt litery C, o wymiarach ok. 80×28 m i wysokości ok. 15 m, z dwoma symetrycznymi skrzydłami o wymiarach 22×17 m każde i wysokości ok. 12,5 m. Hala przykryta jest dwuspadowym dachem opartym na skomplikowanej, ażurowej konstrukcji stalowej pozostającej pod opieka konserwatora. Kubatura hali głównej bez uwzględnienia kubatury sklepów to ok. 25  000 m3, natomiast kubatura sklepów oddzielonych od hali głównej witrynami to ok. 8000 m3. Podłoga w hali wykończona została posadzką kamienną. Ściany w zależności od miejsca wykończone są cegłą (zabytkową), szkłem albo betonem. W niewielkich pasach na elementach konstrukcyjnych przewidziano okładziny z blachy. Sufit hali głównej podlega ochronie konserwatorskiej i ma być odtworzeniem typowego tradycyjnego deskowania. W centralnej części parteru zaprojektowano stoiska restauracyjno-barowe.

W tak opisanym wnętrzu współczesne wymagania ochrony pożarowej wymusiły zastosowanie Dźwiękowego Systemu Ostrzegawczego (DSO). To z kolei spowodowało konieczność ograniczenia czasu pogłosu do wartości optymalnie nie wyższej niż 2,0 sekundy, która to wartość pozwoliłaby na uzyskanie odpowiedniej zrozumiałości mowy komunikatów ostrzegawczych DSO. Uzyskanie redukcji czasu pogłosu dla wnętrza o kubaturze 25  000 m3 wymaga zastosowania ok. 2500 m2 efektywnie pochłaniających materiałów dźwiękochłonnych.

Z uwagi na ograniczenia konserwatorskie zastosowanie tradycyjnych sufitów dźwiękochłonnych nie było możliwe - sufit miał stanowić odtworzenie typowego deskowania. W związku z tym zaproponowano niewielkie rozsunięcie desek, aby przekształcić pełne deskowanie na dźwiękochłonny ustrój listwowy, w którym przez szczeliny pomiędzy deskami dźwięk mógłby zostać pochłonięty w warstwie materiału dźwiękochłonnego (wełny mineralnej) umieszczonego za deskowaniem. Rozwiązanie to zostało zaakceptowane przez konserwatora, i dzięki temu cała powierzchnia sufitu (ok. 1000 m² w samej hali, nie licząc sklepów) chłonie dźwięk, choć z uwagi na jedynie niewielkie rozsunięcie desek, główny zakres pochłanianych jest ograniczony do pasm częstotliwości 250-500 Hz, gdzie współczynnik pochłaniania osiąga wartość 0,60-0,70, spadając w wysokich częstotliwościach do zaledwie 0,40.

Z uwagi na wymagania funkcjonalne praktycznie całość ścian w Hali Koszyki zajmują witryny sklepowe, wykonane w założeniach projektowych w całości ze szkła, co nie pozwala wykorzystać tej powierzchni do regulacji czasu pogłosu. Co prawda, jeśli witryny będą otwarte albo wykonane w formie krat, wyposażenie sklepów i znajdujące się w nich towary będą pochłaniać dźwięk, lecz system DSO musi również funkcjonować w sytuacji zamknięcia większości witryn pełnym szkłem.

Z tego powodu jedynym możliwym do wykorzystania elementem ścian były zlokalizowane na dwóch przeciwległych końcach hali ściany ceglane. Ściany miały zostać odtworzone z oryginalnej, zabytkowej cegły. Umożliwiło to wprowadzanie w co drugą spoinę pionową szczeliny powietrznej, w którą włożono warstwę materiału dźwiękochłonnego (wełnę mineralną z czarną fizeliną). Pozwoliło to na uzyskanie dodatkowych 200 m² powierzchni pochłaniającej dźwięk.

Wszystkie opisano powyżej zabiegi wraz z wykonaniem znacznej liczby elementów z perforowanej blachy trapezowej z wkładkami z wełny mineralnej oraz montaż dodatkowych elementów dźwiękochłonnych w formie siatki stalowej z umieszczonym za nią materiałem dźwiękochłonnym pozwoliły na uzyskanie komfortowych warunków akustycznych w ukończonym wnętrzu. Czas pogłosu (RYS. 2) wynosi średnio ok. 1,5 sekundy, spadając mocno w zakresie niskich częstotliwości dzięki mocnemu rozproszeniu dźwięku i zastosowanych materiałach (płytowych) do wykończenia poszczególnych stoisk.

W godzinach szczytu, pomimo obecności dużej liczby osób w lokalach na parterze, poziom hałasu nie jest uciążliwy (ok. 68 dB(A)) i ograniczony do danej strefy, nie propagując na sąsiednie obszary. Zrozumiałość komunikatów DSO jest bardzo dobra, a muzyka odtwarzana we wnętrzu brzmi nienatarczywie, bez typowego dla centrów handlowych wzmocnienia basów.

Izolacyjność akustyczna w adaptacji i modernizacji istniejących budynków

Spełnienie wymagań w zakresie izolacyjności akustycznej od dźwięków powietrznych i uderzeniowych jest wymagane zarówno w nowo projektowanych, jak i w adoptowanych czy modernizowanych budynkach. Wśród projektantów panuje ogólne przekonanie, że spełnienie wymagań akustycznych w zakresie przenikania dźwięków powietrznych albo uderzeniowych może być osiągnięte przez "dodanie kilku warstw na stropie czy ścianie", bez zasadniczego ingerowania w konstrukcję przegrody. Niestety to przekonanie nawet w przypadku wielu nowych budynków jest najczęściej błędne.

W przypadku budynków adoptowanych takie założenie, bez przeprowadzenia dokładnej analizy i pomiarów akustycznych stanu istniejącego może prowadzić do poważnych błędów, których skutki pojawią się dopiero po rozpoczęciu użytkowania zaadoptowanego budynku.

Typowym problemem akustycznym spotykanym w trakcie modernizacji budynków użyteczności publicznej jest zbyt niska masa powierzchniowa istniejących stropów. Przekłada się to na niską izolacyjność akustyczną od dźwięków powietrznych oraz wysoki poziom dźwięków uderzeniowych przenikających przez taki strop. Zwiększenie masy powierzchniowej istniejącego stropu jest najczęściej niemożliwe, gdyż znacznie obniżyłoby to jego nośność.

Natomiast zastosowanie efektywnego akustycznie układu warstwowego na istniejącym stropie wymaga zwykle większej niż typowa grubości warstw podłogowych, na co często nie ma miejsca z punktu widzenia wysokości kondygnacji albo co jest niemożliwe przy zachowaniu poziomu istniejących klatek schodowych. Dlatego każdy projekt modernizacji, adaptacji czy rewitalizacji istniejącego budynku wymaga szczegółowej analizy akustycznej pod względem możliwości spełnienia wymagań akustycznych dostosowanych do zamierzonej funkcji i znalezienia wspólnie z projektantem możliwych rozwiązań budowlanych, pozwalających te wymagania spełnić.

Jak trudna i kosztowna może być adaptacja konstrukcji budynku w celu spełnienia wymagań akustycznych mogą świadczyć np. projekty studiów fitness. Lokalizuje się je najczęściej w istniejących budynkach, których projekt na etapie powstawania nie uwzględniał takiej funkcji. Przy wyborze lokalizacji nowego studia fitness podstawowym kryterium są przede wszystkim względy poza budowlane (lokalizacja, dojazd, otoczenie), stąd szczegółowa analiza istniejącej konstrukcji jest wykonywana głównie pod kątem nośności, a dużo rzadziej względów akustycznych.

Przykładowo, jedno ze studiów fitness w Poznaniu, miało być zlokalizowane na parterze budynku biurowego. Inwestor na podstawie wcześniejszych projektów, będąc świadomy możliwych problemów, zlecił wykonanie szczegółowych analiz i badań akustycznych, które wykazały, że izolacyjność akustyczna żelbetowych stropów płytowych grubości 28 cm jest dosyć wysoka (D_n,T,A1 ≥ 60 dB) i po niewielkich zabiegach spełni wymaganie R’_W + C ≥ 65 dB zapisane w normie PN-B 02151-3:2015.

Natomiast wartość ta spadała drastycznie w pobliżu elewacji, gdzie D_n,T,A1 ≥ 47 dB. Dokładniejsze analizy wykazały, że główną przyczyną jest najprawdopodobniej źle wykonana pod względem akustycznym fasada szklana z profili aluminiowych. Przyczyną było wzdłużne przenoszenie dźwięku przez fasadę. Powodem takiego stanu rzeczy był między innymi brak "czopów" z wełny mineralnej mocowanych zwykle na końcach poszczególnych odcinków słupów i rygli takich fasad oraz sztywne mocowanie pionowych słupów przez jeden wspólny łącznik stalowy do stropów poszczególnych kondygnacji.

Te błędy powodowały przenoszenie dźwięku wzdłuż fasady pomiędzy kondygnacjami. Stojąc w pobliżu słupka fasady na wyższych kondygnacjach, można było wyraźnie usłyszeć dźwięki emitowane przez głośnik ustawiony na parterze. Przy typowej funkcji biurowej transmisja dźwięków wzdłuż elewacji nie stanowiła problemu. Natomiast przy spodziewanych poziomach dźwięku w studiu fitness (dużo wyższych niż w typowym biurze, wynoszących zwykle 80-100 dB(A)), muzyka byłaby wyraźnie słyszalna w biurach na wyższych kondygnacjach.

Naprawa fasady była zbyt droga oraz powodowała utratę gwarancji wykonawcy (!) na samą fasadę. Równocześnie kluczowy z architektonicznego punktu widzenia był niezaburzony dostęp światła słonecznego do wnętrza studia i możliwość obserwacji otoczenia przez osoby ćwiczące. Z tego powodu rozwiązaniem problemu, które zostało zaproponowane, a następnie zrealizowane (FOT. 4), było wybudowanie wewnątrz planowanego studia fitness, w odległości ok. 80 cm równolegle do istniejącej fasady, ścian przeszklonych o podwyższonej izolacyjności akustycznej od dźwięków powietrznych. Przez odpowiednie zaprojektowanie styku tych ścian z istniejącą podłogą podniesioną oraz zastosowanie materiału dźwiękochłonnego pomiędzy ścianami szklanymi w celu ograniczenia pogłosu i maksymalizacji izolacyjności akustycznej osiągnięto zamierzony efekt, oddzielając źródło dźwięku (w tym przypadku muzykę ze studia fitness) od wadliwej fasady.

W innym adaptowanym budynku - tym razem w Warszawie - inwestor zaplanował lokalizację studia fitness na pierwszym piętrze zabytkowego budynku z przepiękną istniejącą konstrukcją żeliwnych słupów i stalowych belek, podpierających strop odcinkowy (FOT. 5-6). Niestety przeprowadzone dokładne pomiary akustyczne pokazały, że z uwagi na istniejącą konstrukcję stalową następuje nadmierna transmisja dźwięków i drgań z obszaru planowanego studia fitness na kondygnacje sąsiednie. Ograniczenie tej transmisji wymagałoby szczelnego obudowania wszystkich elementów stalowych.

Wymagania konserwatorskie oraz piękno istniejącej zabytkowej konstrukcji powodowały, że taka obudowa musiałaby być wykonana ze szkła, co już samo w sobie powodowało olbrzymie koszty. Ponadto stropy były dosyć sprężyste, co w przypadku funkcji fitness wymuszało de facto zaprojektowanie dodatkowego stropu żelbetowego nad istniejącym stropem odcinkowym, aby siły dynamiczne generowane przez urządzenia i ćwiczących nie przenosiły się na powiązane z istniejącym zabytkowym stropem elementy stalowe. Ostatecznie, z uwagi na powyższe problemy i ryzyko nadmiernej emisji hałasu i drgań, inwestor zrezygnował z lokalizowania studia fitness w tym konkretnym budynku, przenosząc je do innego, projektowanego od początku nowego budynku, zlokalizowanego nieopodal.

Pokazane powyżej przykłady pokazują, że decyzja o możliwości akustycznego zaadaptowania danego budynku czy pomieszczenia dla konkretnej funkcji jest nie tylko wynikiem możliwości technicznych, ale może skutkować ponadstandardowymi kosztami, które to koszty bez przeprowadzenia szczegółowej analizy i pomiarów, mogą być trudne do oszacowania. Z tego powodu wykonanie pomiarów akustycznych w planowanych do modernizacji budynkach jest każdorazowo zalecaną formą oceny ich stanu technicznego pod względem akustycznym.

Podsumowanie

Projekty modernizacji, adaptacji czy rewitalizacji istniejących budynków użyteczności publicznej powinny od samego początku uwzględniać aspekty akustyczne. Ich pominięcie skutkować może ujawnieniem się już po otwarciu budynku problemów, których usunięcie będzie praktycznie niemożliwe. Z tego powodu analizy i pomiary akustyczne budynków przeznaczonych do modernizacji i adaptacji są konieczną metodą na wczesne zdiagnozowanie możliwych problemów.

Wyniki takich analiz dają możliwość zespołowi projektowemu na znalezienie rozwiązania zidentyfikowanych problemów, a inwestorowi na ocenę ich kosztów i podjęcie świadomej decyzji o kontynuowaniu lub rezygnacji z planów adaptacji. Jak pokazuje praktyka, przyjmowane przez projektantów założenie, że typowe rozwiązania akustyczne stosowane w nowo projektowanych budynkach, będą również wystarczające w budynkach modernizowanych czy adaptowanych, niestety często nie jest możliwe do spełnienia.

Literatura

1. A.K. Kłosak, „Akustyka wnętrz”, „Materiały Budowlane” 8/2011.
2. A.K. Kłosak, „Zagadnienia akustyczne w projektach budynków użyteczności publicznej - różnorodność funkcji, różnorodność problemów”, „Materiały Budowlane” 8/2015.
3. JEMS Architekci, „Koncepcja architektoniczna Hali Koszyki”, Warszawa 2013.
4. PN-B-02151-2:1987, „Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach. Dopuszczalne wartości poziomu dźwięku w pomieszczeniach”.
5. PN-B-02151-3:1999, „Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach oraz izolacyjność akustyczna elementów budowlanych. Wymagania”.
6. PN-B-02151-3:2015, „Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach oraz izolacyjność akustyczna elementów budowlanych. Wymagania” - projekt aktualizacji normy.
7. PN-B-02151-4:2015, „Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Wymagania dotyczące warunków pogłosowych i zrozumiałości mowy w pomieszczeniach oraz wytyczne prowadzenia badań”.
8. Instrukcja ITB 369/2002, „Właściwości dźwiękoizolacyjne przegród budowlanych i ich elementów. ISBN 83-7321-847-5”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!