Impianti discontinui. Tubazioni di scarico

Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Civile / IASA

a.a. 2017/2018
Laureando: Federico Maiani
Relatore: Mauro Corticelli

ABSTRACT ITA

In questa tesi andremo a trattare argomenti legati all’ambito acustico, sia in maniera generale che nello specifico, seguito da un’analisi più approfondita dell’isolamento acustico degli impianti discontinui.

Verrà poi valutata l’applicabilità nel contesto attuale, della norma UNI 11367 denominata “Acustica in edilizia – Classificazione acustica delle unità immobiliari – Procedura  di  valutazione e verifica  in  opera” e il D.P.C.M. del 5 Dicembre 1997 “Determinazione dei requisiti acustici passivi degli edifici”. Verranno descritti i principi fondamentali da seguire per fornire un corretto isolamento acustico e le possibili soluzioni nel mercato con annessa descrizione dei materiali da utilizzare sia per la produzione di tubature sia per il ricoprimento di esse, in modo da ottenere un prodotto finale con un’elevata capacità insonorizzante, fondamentale per rispettare la normativa e avere un edificio con alte prestazioni acustiche. Parole chiave: pressione sonora, frequenza, curve di ponderazione, isolamento impianti discontinui, progettazione.

Fondamenti di acustica
L’acustica è quella parte della fisica e dell’ingegneria che si occupa della produzione e propagazione dei suoni, degli strumenti per misurarli, registrarli, riprodurli e della progettazione. Per studiare la propagazione delle onde sonore occorre far riferimento ad una serie di grandezze fisiche. Le principali sono: Pressione sonora e potenza sonora. 

Considerando solo le bande centrali e quindi ragionando in termini di bande di ottava, si considerano solo quelle aventi frequenza nominale compresa tra 125 Hz e 4000 Hz, alle quali possono essere aggiunte in alcuni casi quelle con frequenza nominale di 63 e 8000 Hz. In pratica caratterizzare un suono complesso si riduce a fornirne lo spettro in riferimento alle frequenze nominali delle bande di ottava considerando eventualmente solo le bande di maggior interesse.

Le curve di ponderazione sono state messe a punto per valutare con un unico indice i suoni complessi o rumori. Un suono complesso può essere scomposto in bande e per ognuna di esse se ne può determinare il livello sonoro. La curva A approssima la curva isophonica 40 phon, ovviamente rovesciata, ed è utilizzabile per suoni di livello medio-basso; è la curva più usata specialmente per le analisi in edifici civili.

Da considerare anche l’aspetto normativo tramite la consulta: del DPCM 05/12/97, il quale attribuisce gli indici di valutazione da mantenere per ogni categoria di edificio e della UNI 11367, che stabilisce, per ogni requisito dell’unità immobiliare, la corrispondenza tra classe acustica e un coefficiente di peso Z e infine corretto con l’incertezza di misura. Presa visione di tutti questi fattori, dovranno essere analizzati: il potere isolante tra partizioni, l’isolamento di facciata, l’isolamento da rumore di calpestio e quello da rumore provocato da apparecchi continui o discontinui e, una volta concluso, studiare dei metodi validi per mantenerli entro i termini stabiliti.

Impianti discontinui 
Per impianti a funzionamento discontinuo si intendono principalmente gli impianti fissi caratterizza da brevi periodi di funzionamento rispetto al tempo di inattività durante l’arco di una giornata. Appartengono a queste tipologie: impianti sanitari, di scarico, ascensori, montacarichi e chiusure automatiche.
Il parametro utile a definire il livello sonoro di impianti a funzionamento discontinuo è LASmax.

Posizioni di misura 
La UNI 11367 stabilisce che il livello di pressione sonora deve essere misurato in almeno 3 posizioni microfoniche, di cui una individuata in un angolo dell’ambiente e 2 nel campo acustico riverberante.

Per selezionare la posizione d’angolo (posizione di misura 1), occorre individuare l’angolo dell’ambiente più prossimo alla posizione o al percorso dell’installazione impiantistica in esame con il livello massimo di pressione sonora. Il microfono deve distare 0,5 m dalle pareti e ad un’altezza compresa tra 1 m e 1,5 m dal pavimento.

Si devono poi individuare 2 posizioni ulteriori nel campo riverberante dell’ambiente (posizioni 2 e 3). La distanza minima tra ciascuna posizione e tra queste e la posizione d’angolo deve essere di almeno 1.5 m, mentre l’altezza rispetto al pavimento non deve eccedere di 1,75 m. In ciascuna delle 3 posizioni vanno effettuate almeno 2 misurazioni distinte relativi a cicli operativi dell’impianto in condizioni d’uso normali; quindi in totale sono necessarie 6 rilevazioni.
Le 6 misure effettuate vanno mediate energeticamente tra loro.

Correzione per il tempo residuo
Per gli impianti a funzionamento discontinuo, si è scelto di non effettuare la correzione per il rumore residuo. Infatti una delle problematiche che avrebbe posto tale operazione, sarebbe stata la correzione di un livello massimo (LASmax) con un livello equivalente (LAeq).

Correzione per il tempo di riverbero
I tempi di riverberazione dell’ambiente ricevente devono essere misurati, per bande di 1/3 di ottava. Il termine di normalizzazione rispetto al tempo di riverberazione è il seguente:

K2 = - 10 log (T/T0)

Dove:

  • T è la media aritmetica tra i dati dei tempi di riverberazione misurati nelle bande di terzi di ottava comprese tra 100Hz e 3150 Hz 
  • To è il tempo di riverberazione di riferimento variabile in funzione del volume, V, dell’ambiente, secondo i valori della seguente tabella.

V ≤ 100 mc

To = 0.5 sec

100 < V < 2500 mc

To= 0.05(V)^0.5 sec

V ≥ 2500 mc

To= 2.5 sec

Correzione dei parametri per la valutazione della classe degli impianti
Il livello di rumore corretto indotto dagli impianti a funzionamento discontinuo si calcola applicando al livello massimo, rilevato con ponderazione A e con costante di tempo Slow, derivante dalla media energetica sulle diverse posizioni, la correzione per il tempo di riverbero:
Lid = LASmax + K2 = LASmax  - 10 log (T/T0)

Va ricordato che ai fini della classificazione acustica, va sommata l’incertezza  di misura, per determinare il valore utile del livello corretto indotto dagli impianti discontinui.

La progettazione 
I rumori delle condotte idrauliche rappresentano una delle fonti principali di disturbo acustico all’interno di un edificio, perché i sistemi di tubature spesso consentono al suono di propagarsi anche a notevole distanza dal punto di origine. Maggiore importanza ha, invece, il rimbalzare dell’acqua  sulle pareti interne del tubo, perché porta alla creazione di vibrazioni. Queste vibrazioni sono particolarmente forti in presenza dei cambi di direzione della tubazione.

Se i locali sanitari, i rubinetti, gli apparecchi sanitari o le tubazioni di alimentazione e di scarico sono attigui a pareti che confinano per esempio con un soggiorno, si è in presenza di una disposizione sfavorevole che molto probabilmente renderà necessarie misure specifiche di correzione. 

Se invece le disposizione dei locali ci permette di raggruppare locali come la cucina e il bagno, otteniamo una situazione di partenza nettamente più favorevole.

Una progettazione della disposizione dei locali acusticamente ottimale si realizza nel modo più efficace e più vantaggioso rispettando le seguenti raccomandazioni:

  • una disposizione concentrata dei locali sanitari e della cucina.
  • una sovrapposizione dei locali sanitari a piani diversi.
  • una disposizione centrale dei vani tecnici nell'area dei locali sanitari.
  • evitare la vicinanza degli impianti con i locali sensibili al rumore.

Conclusioni
In conclusione le nuove normative vigenti permettono una maggiore semplicità procedurale definendo in modo in modo più chiaro le posizioni di misura e le varie correzioni da effettuare. Ad oggi, si ha una bassissima percentuale di edifici che hanno un adeguato isolamento acustico per le tubature di scarico perché, anche se permettono di avere un confort elevato rispetto alle condizioni standard, sia i costi di esecuzione sia i costi dei materiali sono abbastanza elevati.

Bibliografia e Sitografia
D.P.C.M. 05/12/1997 -  “Determinazione dei requisiti acustici passivi degli edifici”
UNI 11367 – “Acustica in edilizia – Classificazione acustica delle unità immobiliari – Procedura  di  valutazione e verifica  in  opera”
www.comune.costamasnaga.lc.it
www.politesi.polimi.it
www.geberit.it
www.collegio.geometri.bs.it
www.acustica-aia.it
www.taed.unifi.it

ABSTRACT ENG
DISCONTINUOUS PLANTS. EXHAUST PIPES

In this thesis we will deal with topics related to the acoustic field, both generally and specifically, followed by a more analysis
in-depth of the acoustic insulation of discontinuous systems.
The applicability will then be assessed in the current context of the UNI 11367 standard called "Acoustics in building - Acoustic classification of real estate units - Procedure for evaluation and on-site verification" and the D.P.C.M. of December 5, 1997 "Determination of passive acoustic requirements of buildings". The basic principles to be followed to provide correct sound insulation and possible solutions in the market with an annexed description of the materials to be used both for the production of pipes and for the covering of them, will be described in order to obtain a final product with a high soundproofing capacity, fundamental to comply with the law and having a building with high acoustic performance. Keywords: sound pressure, frequency, weighting curves, discontinuous plant insulation, design.

Foundations of acoustics
Acoustic is that part of physics and engineering that deals with the production and propagation of sounds, the instruments to measure them, record them, reproduce them and design them. To study the propagation of sound waves it is necessary to refer to a series of physical quantities. The main ones are: Sound pressure and sound power.
Considering only the central bands and therefore reasoning in terms of octave bands, only those with a nominal frequency between 125 Hz and 4000 Hz are considered, to which in some cases can be added those with a nominal frequency of 63 and 8000 Hz. characterizing a complex sound is reduced to provide the spectrum in reference to the nominal frequencies of the octave bands, considering only the most interesting bands.

The weighting curves have been developed to evaluate complex sounds or noises with a single index.
A complex sound can be decomposed into bands and for each of them the sound level can be determined.
The curve A approximates the 40 phon isophonic curve, obviously inverted, and can be used for medium-low level sounds; it is the most used curve especially for analysis in civil buildings.

Also consider the regulatory aspect through the consultation: of the DPCM 05/12/97, which attributes the valuation indexes to be maintained for each building category and UNI 11367, which establishes, for each requirement of the real estate unit, the correspondence between the acoustic class and a weight coefficient Z and finally corrected with the measurement uncertainty. Having seen all these factors, the insulating power between partitions, the insulation of the façade, the noise insulation and the noise caused by continuous or discontinuous equipment must be analyzed and, once concluded, study of valid methods to keep them within the set deadlines.

Discontinuous plants
For systems with intermittent operation, mainly fixed installations are characterized by short periods of operation with respect to the period of inactivity during one day.

They belong to these typologies: sanitary, drainage, lifts, goods lifts and automatic closing systems.

The parameter used to define the sound level of discontinuous systems is LASmax.

Measurement positions
The UNI 11367 establishes that the sound pressure level must be measured in at least 3 microphone positions, one of which is located in a corner of the room and 2 in the reverberation acoustic field.
To select the corner position (measurement position 1), the angle of the environment closest to the location or path of the installation in question must be identified with the maximum sound pressure level.
The microphone should be 0.5 m away from the walls and at a height between 1 m and 1.5 m above the floor.
Then two further positions must be identified in the reverberating environment field (positions 2 and 3).
The minimum distance between each position and between these and the corner position must be at least 1.5 m, while the height compared to the floor must not exceed 1.75 m. In each of the 3 positions, at least 2 separate measurements must be made of the plant operating cycles under normal conditions of use; so in total 6 surveys are required.
The 6 measurements performed must be energetically mediated with each other.

Correction for the remaining time
For systems with discontinuous operation, it was decided not to carry out the correction for the residual noise. In fact one of the problems that would have placed this operation, would have been the correction of a maximum level (LASmax) with an equivalent level (LAeq).

Reverberation time correction
The reverberation times of the receiving environment must be measured, by 1/3 octave bands.
The normalization term with respect to the reverberation time is as follows:

K2 = - 10 log (T / T0)

Where is it:
T is the arithmetic mean of the reverberation time data measured in third-octave bands between 100Hz and 3150 Hz.
To is the reference reverberation time variable according to the volume, V, of the environment, according to the values ​​in the following table.

V ≤ 100 mc

To = 0.5 sec

100 < V < 2500 mc

To= 0.05(V)^0.5 sec

V ≥ 2500 mc

To= 2.5 sec

Correction of parameters for the evaluation of the class of implants
The level of correct noise induced by the systems operating discontinuously is calculated by applying to the maximum level, detected with weighting A and with Slow time constant, resulting from the energy average on the different positions, the correction for the reverberation time:

Lid = LASmax + K2 = LASmax - 10 log (T / T0)

It should be remembered that for the purposes of the acoustic classification, the measurement uncertainty must be added to determine the useful value of the correct level induced by the discontinuous plants.

The design
The noises of the hydraulic pipes are one of the main sources of acoustic noise inside a building, because the piping systems often allow the sound to propagate even at a considerable distance from the point of origin.

On the other hand, greater importance is the bouncing of water on the inner walls of the pipe, because it leads to the creation of vibrations.
These vibrations are particularly strong in the presence of changes in the direction of the pipe.

If the sanitary facilities, the faucets, the sanitary appliances or the supply and discharge pipes are adjacent to walls that border for example a living room, there is an unfavorable disposition that will most likely make specific corrective measures necessary.

On the other hand, if the layout of the premises allows us to group rooms such as the kitchen and the bathroom, we obtain a much more favorable starting situation.
An acoustically optimal layout of the premises is achieved in the most effective and most advantageous manner, respecting the following recommendations:

  • a concentrated arrangement of health rooms and the kitchen
  • an overlap of health rooms on different floors
  • a central arrangement of the technical rooms in the area of ​​health rooms
  • avoid the proximity of the systems with noise-sensitive rooms

Conclusions
In conclusion, the new regulations in force allow greater procedural simplicity by clearly defining the measurement positions and the various corrections to be made. To date, there is a very low percentage of buildings that have adequate soundproofing for the exhaust pipes because, even if they allow high comfort compared to standard conditions, both the execution costs and the costs of the materials are quite high.

Bibliography and Sitography

D.P.C.M. 05/12/1997 - “Determination of passive acoustic requirements of buildings”

  • UNI 11367 – “Acoustics in the building industry – Acoustic classification of the real estate units – Evaluation and on-site verification procedure”
  • www.comune.costamasnaga.lc.it
  • www.politesi.polimi.it
  • www.geberit.it
  • www.collegio.geometri.bs.it
  • www.acustica-aia.it
  • www.taed.unifi.it