| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Substitution af SF₆ i lydisolerende vinduer

2 Mål for udvikling af alternativer til brug af SF₆ i lydisolerende vinduer

2.1 Vurdering af dagens brug af SF₆

Som en del af projektet har Peter B. Vestergaard, Teknologisk Institut, Byggekomponenter, foretaget en indledende kortlægning af anvendelsen af ruder med SF₆-fyldning i Danmark. Formålet var at afklare, i hvilket omfang der var anvendt SF₆ i gasfyldte termoruder i 1999, hvilke rude- og vinduestyper det var aktuelt for, samt hvilke typer af støjkilder og krav til lydisolation de skulle anvendes til.

Undersøgelsen blev gennemført ved telefonisk kontakt til alle danske termorudeproducenter med mærkningsret i henhold til DS 1094.0. Af disse ca. 50 producenter angav seks virksomheder at have fabrikeret ruder med SF₆ i 1999. Kun fire virksomheder kunne dog finde tilstrækkelige oplysninger til at deltage i kortlægningen med hensyn til rudetyper mv.

2.1.1 Brug af SF₆

2.1.2 Rude- og vinduestyper

Undersøgelsen viste, at der, når der blev anvendt SF₆, var tale om enten meget specielle rudetyper med forventning om en særdeles høj lydisolation (R_w over 40 dB) eller almindelige termolydruder med mere moderate lydisolerende egenskaber (R_w omkring 35 dB).

Stort set alle de leverede ruder var til kontorbyggerier, og mange var til store faste vinduespartier i aluminium.

I Tabel 2.1 i Afsnit 2.1.3 nedenfor angives de aktuelle rude- og vinduestyper for de ved den indledende kortlægning fundne større vinduesprojekter, hvor der er anvendt SF₆-fyldning.

2.1.3 Typer af støjkilder og krav til vinduer

Som det fremgår af Tabel 2.1 har fire af de fundne projekter med SF₆ været til byggerier, der var udsat for togstøj, mens resten fordeler sig mellem vejtrafikstøj, lufthavnsstøj og virksomhedsstøj.

De anførte lydisolationsværdier antages at være de krav, der er stillet i forbindelse med projektet. Hvorvidt de anvendte vinduer har kunnet opfylde disse krav, er ikke nøjere dokumenteret eller vurderet.

Det fremgår, at der i de fem projekter, hvor der findes værdier, er angivet lydisolationsværdier R_w mellem 39 dB og 47 dB.

Tabel 2.1
Gennemførte vinduesprojekter med SF₆ i 1999. Resultater fra den indledende kortlægning udført af Teknologisk Institut.

2.2 Analyse af problemstilling, omfang og behov

Resultaterne af den indledende kortlægning viste, at der – til trods for en faldende tendens – stadig i 1999 var et ikke ubetydeligt forbrug af SF₆ i lydisolerende termoruder.

Ved en total afskaffelse af anvendelsen af SF₆ er viden om alternative rudetyper, der kan opfylde de samme krav til lydisolation som de mest relevante rudetyper med SF₆-fyldning, derfor nødvendig.

En del af problemstillingen er, at der ved valg af lydisolerende ruder og vinduer ofte alene fokuseres på R_w-værdien som parameter for den lydisolerende evne over for trafikstøj. Dette vil normalt favorisere anvendelsen af ruder med SF₆, selv om der i en del tilfælde med almindelig vejtrafikstøj ikke fås den store effekt på hverken rudens eller det samlede vindues lydisolation mod vejstøj af at benytte SF₆-fyldning.

Det er således ikke R_w-værdien alene, men lydisolationen for den aktuelle type af udendørs støj, f.eks. R_A,tr eller R_A,tr,s,A5, der bør bruges ved vurdering af vinduers lydisolation. se Afsnit 1.3.2. Yderligere skal det fremhæves, at det ikke er rudens lydisolation alene, men det samlede vindues, der skal fokuseres på. Det er derfor nødvendigt konkret at vurdere konstruktionernes lydisolerende egenskaber med hensyn til de udendørs støjtyper.

Generelt anses de væsentligste behov for lydisolerende vinduer at være i forbindelse med vejtrafikstøj. Herudover er lydisolationen mod togstøj væsentlig at medtage, hvad også overvægten af vinduesprojekter med togstøj i kortlægningen af SF₆-forbruget viste. Yderligere kan det også forventes, at SF₆ har større indflydelse i forbindelse med togstøj. Grunden hertil er, at SF₆ ofte vil forøge reduktionstallet i mellemfrekvensområdet, der er bestemmende for lydisolationen mod togstøj.

Det er således med hensyn til målene for udvikling af alternativer valgt at benytte to typer af udendørs trafikstøjspektra, nemlig vejtrafikstøj og togstøj, mens der ikke er medtaget andre støjtyper, f.eks. flystøj. Der henvises til Afsnit 1.3.2 vedrørende definitionen af de to spektra, der primært dækker henholdsvis vejtrafik i byområder og jernbanetrafik ved høje hastigheder og i øvrigt forventes at udgøre to yderpunkter med hensyn til indflydelsen af SF₆.

Oplysningerne i forbindelse med kortlægningen peger i retning af, at behovet for alternative rudekonstruktioner ud over almindelige termolydruder med moderate lydisolerende egenskaber (R_w omkring 35 dB) også omfatter mere specielle rudetyper med forventning om en ekstra høj lydisolation (R_w over 40 dB).

De almindelige termolydruder er typisk en let asymmetrisk konstruktion, hvor det ene glas er et 4 mm glas, mens det andet er et 6-8 mm glas, evt. et folielaminat. Hulrumsdybden er ofte omkring 16 mm.

De mere specielle termorudetyper har ét eller to laminater, større samlede glastykkelser og evt. et større hulrum.

Med hensyn til vinduestyper er det også med udgangspunkt i kortlægningen muligt at foretage en opdeling i to hovedtyper, dels oplukkelige standard vinduer i normale vinduesformater, dels faste vinduespartier i store formater.

De førstnævnte kan optræde i mange former for byggeri, herunder også i boligbyggeri, mens de sidstnævnte typisk er at finde inden for kontorbyggeriet.

Formålet med denne forsøgsserie er for nogle få udvalgte konstruktioner at vise forskellen mellem lydisolationen med og uden anvendelse af SF₆. På denne baggrund vil de lydmæssigt begrundede mål for udviklingen af alternativer til brugen af SF₆ i lydisolerende termoruder kunne opstilles.

Udvælgelsen af konstruktionerne er foretaget på baggrund af kortlægningen og analysen i relation til anvendelsen af SF₆ i lydisolerende vinduer, jf. Afsnit 2.1 og 2.2.

De valgte rude- og vinduestyper fremgår af Afsnit 2.3.1, og måleprogrammet er gengivet i Afsnit 2.3.3. Det fremgår heraf, at der er gennemført målinger på ruder alene og på hele vindueskonstruktioner.

De førstnævnte målinger er udført for at finde effekten af SF₆ på ruden alene, idet det meget ofte er lydisolationsværdier for ruder, der fokuseres på, til trods for at ruder stort set altid indbygges i et vindue, og at kravet til lydisolation normalt gælder det samlede vindue. Målingerne af lydisolation for hele vindueskonstruktioner med de samme rudetyper er derimod forsøgsseriens væsentligste bidrag til at vise den reelle effekt af SF₆-fyldningen i rudernes hulrum.

2.3.1 Rude- og vinduestyper

Det er valgt at lade den første forsøgsserie omfatte tre rudetyper. Disse er alle målt som ruder alene, monteret i laboratoriet i henhold til DS/EN ISO 140–3 [4]. Herudover er de to af rudetyperne målt i et oplukkeligt vindue af træ og en rudetype målt i et fast vindue af aluminium. Alle målinger er gennemført med henholdsvis atmosfærisk luft og SF₆.

Rudetyperne 6-16-4 og 6-12-44.1 til vinduet af træ er begge at betragte som almindelige termolydruder og kan som sådan forefindes både med og uden SF₆.

Den ene rudetype består af et 6 mm og et 4 mm glas, mens den anden har et 6 mm glas og et folielaminat (sikkerhedslaminat) med to 4 mm glas. Tykkelsen på ca. 26 mm tillader montage i almindeligt forekommende danske vinduestyper. Disse ruder skal repræsentere rudetyper med R_w-værdier på 35-38 dB.

Rudetypen 6-20-4/1.5/4 til vinduet af aluminium er en tykkere rudekonstruktion, der sjældent vil kunne monteres i en almindelig vinduestype, men derimod i specielle vinduessystemer af plast eller metal. Denne rude skal repræsentere rudetyper med R_w-værdier over 40 dB.

Ruden med en samlet tykkelse på ca. 35 mm har et 6 mm glas og et støbelaminat med to 4 mm glas og et hulrum på 20 mm.

Vinduet af træ repræsenterer et typisk boligvindue, der dog også forekommer i mange andre danske bygningstyper. Træ anses for at være det mest anvendte materiale til vindueskarme og -rammer i Danmark. Andre muligheder havde f.eks. været vinduer af plast, aluminium eller kombinationer af træ og aluminium.

Selv om det lydmæssigt ville være at foretrække at anvende karm-/rammeprofiler med to tætningsplaner, blev det besluttet at vælge et vindue med kun et tætningsplan, svarende til et typisk dansk vindue af træ. Vinduer af træ med to tætningsplaner markedsføres stort set ikke i Danmark.

Det valgte udadgående topstyrede vindue har karm og ramme af fyrretræ. Fugen mellem karm og ramme er udformet med et enkelt anslag forsynet med tætningsliste. Rammen har en omløbende beslagnot. Ruder isættes med glastætningsbånd i den 18 mm høje glasfals. Glaslisterne er i fyrretræ, bundglaslisten dog i aluminium. Glasfalsen tillader montering af 26 mm tykke termoruder. Et snit i vindueskonstruktionen af træ er vist i Figur 2.1.

Det valgte vindue er en standardvare af høj kvalitet, men har ikke optimal tætning i relation til lydisolation.

For at illustrere virkningen af et lydmæssigt bedre tætnet vindue er der derfor gennemført målinger med supplerende tætning af fugen mellem karm og ramme og bundglaslisten på vinduet af træ. Tætningen er foretaget ved påsætning af tape over alle fuger indvendigt og udvendigt.

Figur 2.1
Snit i karm/ramme i vindue af træ (side og bund).

Vinduet af aluminium er valgt som repræsentant for vinduer i store kontorfacader af metal og glas. Af forsøgstekniske årsager er det dog valgt at benytte et normalt vinduesformat.

Vinduet består her af en smal karm udformet som et boxprofil af aluminium, monteret med kuldebroisolerende profildele i glasfalsen. Ruden monteres mellem glastætningsbånd med påskruede glaslister af aluminium, og der afsluttes med afdækninger af aluminium. Vindueskonstruktionen fremgår af Figur 2.2.

Figur 2.2
Snit i karm i vindue af aluminium.

2.3.2 Laboratoriemålinger – målefaciliteter, målemetode og montage

Målingerne er gennemført i DELTA’s laboratoriefaciliteter i Århus i henhold til standarden DS/EN ISO 140-3 [4].

Prøveemnerne monteres i en prøveåbning mellem to lydhårde målerum. Senderummet har et volumen på 118 m³ og modtagerummet et volumen på 65 m³.

Prøveåbningen, der er 0,45 m dyb, har en forskydning på siderne samt foroven, således at åbningen måler 1,25 m ´ 1,50 m på senderumssiden, hvor prøveemnet indsættes, og 1,37 m ´ 1,56 m på modtagerumssiden.

Reduktionstalsmålingerne udføres med et bevægeligt højttalersystem og roterende mikrofoner i sende- og modtagerum.

Ruderne alene måles som angivet i standarden ved montering i kit (Perennator TX 2001 S) mellem to lister af træ. Rudemålene er 1230 mm ´ 1480 mm. Et eksempel på en rudemontage er vist i Figur 2.3.

Figur 2.3
Eksempel på montering af rude i laboratoriet.

Vinduet af træ blev opstillet på to klodser og fastholdt med kiler. Fugen mellem karm og prøveåbning (10 mm) blev stoppet med fugefilt (glasuld), og kilerne blev fjernet. Fugen blev lukket med silicone fra både sende- og modtagerum. Den indvendige side af karmen flugtede med forskydningen i måleåbningen (nichedybde ca. 85 mm fra senderum til karmoverflade). Vinduesmålene er 1230 mm ´ 1480 mm og rudemålene 1047 mm ´ 1297 mm.

Ved montagen af det ikke-oplukkelige vindue af aluminium blev karmen opstillet på to klodser og fastgjort med to skruer i hver af de lodrette sider. Fugen mellem karm og prøveåbning (10 mm) blev stoppet med fugefilt (glasuld) og lukket med silicone fra modtagerummet. Afslutningsvis blev rude og aluminiumafdækninger mod senderummet monteret. Den indvendige side af karmen flugtede med forskydningen i måleåbningen (nichedybde ca. 70-80 mm fra senderum til aluminiumkonstruktionens overflade). Vinduesmålene er 1230 mm ´ 1480 mm og rudemålene 1154 mm ´ 1404 mm.

Ved at alle målinger er udført i samme laboratorium og med ens principper for montering, opnås en god måleubestemthed, der gør det muligt med tilfredsstillende nøjagtighed at sammenligne resultaterne af vinduerne med forskellige ruder indbyrdes. Ved genmontage af vinduerne vil der dog kunne forventes lidt større afvigelser, ligesom ruder af forskellige fabrikater ikke kan forventes at give identiske resultater. I forbindelse med projektets forsøgsserier er der gennemført en række kontrolmålinger, der sikrer kvaliteten af og muligheden for at sammenligne de opnåede måleresultater. Rapporten beskriver kun nogle få af disse målinger.

Som nævnt tidligere kan tætningen af karm-/rammefugen i vinduet af træ ikke anses for lydmæssigt optimal. Dette illustreres i Figur 2.4, der viser måleresultater for en 6-16-4 rude med SF₆ i vinduet af træ med forskellige supplerende tapetætninger. Måleresultaterne viser store forskelle i frekvensområdet 800 Hz til 2500 Hz, mens kurverne er stort set sammenfaldende uden for dette område.

Figur 2.4
Effekt af tapetætning over karm-/rammefugen mv. for 6-16-4 SF₆-rude i vinduet af træ.

Når der i det følgende for vinduet af træ skrives "med tape", forstås herved supplerende tætning med tape over karm-/rammefugen indvendigt og udvendigt samt over bundglaslisten.

2.3.3 Måleprogram

Måleprogammet for første forsøgsserie fremgår af Tabel 2.2. Målingerne blev gennemført i efteråret 2000. De tre ruder til rudemålingerne og de tre ruder til vinduesmålingerne blev alle leveret med SF₆-fyldning. Efter den første måling blev gasfyldningen aftappet, og ruderne fremstod herefter med fyldning af atmosfærisk luft.

Tabel 2.2
Måleprogram for første forsøgsserie.

  
2.3.4 Måleresultater

Måleresultaterne fra første forsøgsserie er gengivet i de følgende tre tabeller. I tabellerne er heltalsværdier og værdier med én decimal af R_w, R_A,tr og R_A,tr,s,A5 anført. Herudover er den fundne effekt (forskellen mellem enkelttalsværdierne) af SF₆-fyldning i forhold til atmosfærisk luft i rudernes hulrum gengivet. En positiv forskel indikerer, at der er opnået en bedre lydisolation ved at benytte SF₆-fyldning.

Tabel 2.3
Måleresultater for 6-16-4 rude med og uden SF₆ målt alene samt i vindue af træ.

Tabel 2.4
Måleresultater for 6-12-44.1 rude med og uden SF₆ målt alene samt i vindue af træ.

Tabel 2.5
Måleresultater for 6-20-4/1.5/4 rude med og uden SF₆ målt alene samt i vindue af aluminium.

  
Måleresultaterne i form af reduktionstallene pr. 1/3 oktav er for første forsøgsseries prøveemner gengivet på kurvebladene i Bilag A.

2.3.5 Vurdering af måleresultater

I Tabel 2.6 er der foretaget en sammenstilling af resultaterne fra Tabel 2.3-2.5 i Afsnit 2.3.4. Sammenstillingen viser effekten af at bruge SF₆, som det er opnået ved de gennemførte målinger i første forsøgsserie.

Tabel 2.6
Sammenstilling af forskellen i dB ved at bruge SF₆ i stedet for atmosfærisk luft for første forsøgsseries rude- og vinduestyper.

   
For 6-16-4 ruden målt alene er der en positiv effekt på R_w-værdien på 2 dB, men kun en forbedring på ca. 1 dB ved brug af SF₆ ved måling i vindue af træ. For R_A,tr-værdien er der ikke nogen positiv effekt af at bruge SF₆, mens der for togstøjværdien, R_A,tr,s,A5, er en positiv effekt på ca. 1 dB ved alle målinger.

Figur 2.5 viser effekten af SF₆-fyldning af 6-16-4 ruden målt alene. Det udprægede resonansdyk og den store forbedring i frekvensområdet 250 Hz til 800 Hz er karakteristisk for virkningen af SF₆ ved rudemålinger. Sammenligningen af de tilsvarende ruder målt i et vindue af træ i Figur 2.6 viser, at effekten af SF₆ her er væsentligt mindre, men med de samme karakteristika.

Figur 2.5
Reduktionstal pr. 1/3 oktav for ruder målt alene.

Ved sammenligning af de to figurer ses yderligere den tydelige forskel ved frekvenser over 500 Hz mellem rudemålinger og målinger på samlede vindueskonstruktioner. Denne forskel skyldes primært lydtransmission gennem vinduets karm/rammekonstruktion.

Figur 2.6
Reduktionstal pr. 1/3 oktav for ruder målt i vindue af træ og i vindue af træ med tape.

I 6-12-44.1 ruden er det forholdsvis mindre hulrum, hvor indflydelsen af SF₆ generelt er mere begrænset, sandsynligvis medvirkende til den kun begrænsede positive effekt af SF₆ ved ruden målt alene, jf. Figur 2.7. Monteret i vinduet af træ ses en manglende effekt af SF₆ ved alle tre enkelttalsværdier – den lille positive effekt i mellemfrekvensområdet kan ikke opveje det dybe resonansdyk, se Figur 2.8. Generelt er der med dette vindue som følge af et kraftigt dyk i reduktionstalskurven i koincidensområdet opnået en noget ringere lydisolation end forventet. Enkelttalsværdierne for denne rudetype adskiller sig således ikke væsentligt fra værdierne opnået med 6-16-4 ruden. På denne baggrund er der ikke i projektet arbejdet videre med 6-12-44.1 ruden.

Figur 2.7
Reduktionstal pr. 1/3 oktav for ruder målt alene.
  

Figur 2.8
Reduktionstal pr. 1/3 oktav for ruder målt i vindue af træ og i vindue af træ med tape.

Med 6-20-4/1.5/4 ruden er forholdene anderledes, idet der stort set er en positiv effekt på ca. 2 dB på alle enkelttalsværdier ved brug af SF₆. For ruden alene udebliver effekten dog for R_A,tr-værdien som følge af rudens kraftige resonansdyk, et dyk der udflades ved målingen i vinduet af aluminium. Resultaterne for denne rudetype er vist i Figur 2.9.

Som for trævinduet ses den tydelige indvirkning af lydtransmissionen gennem vinduets karmkonstruktion af aluminium ved frekvenser over 500 Hz.

Figur 2.9
Reduktionstal pr. 1/3 oktav for ruder målt alene og i vindue af aluminium.

Med baggrund i kortlægningen beskrevet i Afsnit 2.1, den gennemførte analyse jf. Afsnit 2.2 og de fundne måleresultater i den første forsøgsserie, se Afsnit 2.3, er der truffet en række valg med hensyn til projektets mål og fremgangsmåde for udvikling af alternativer til brug af SF₆ i lydisolerende vinduer i projektets anden del.

For det første er det valgt helt at se bort fra termorudernes lydisolation målt alene; der fokuseres således på de samlede vindueskonstruktioners lydisolation. Som vinduestyper benyttes de allerede udpegede typiske vindueskonstruktioner af træ og af aluminium, og for ruderne tages der udgangspunkt i de afprøvede typer 6-16-4 og 6-20-4/1.5/4. Kravene til lydisolation skal tilgodeses både for vejtrafikstøj og togstøj, hvorimod R_w-værdien ikke vil være en afgørende parameter.

Mål for udviklingen af alternativer til SF₆ er således, at der med de mindste mulige ændringer af rudekonstruktionerne kan opnås de samme eller højere værdier af R_A,tr og R_A,tr,s,A5 i forhold til dem, der opnås med SF₆-fyldning i de oprindelige termorudetyper. Lydisolationen gælder de samlede vindueskonstruktioner.

2.4.1 Almindelige vinduer – moderate krav til lydisolation

Projektets mål for udvikling af alternativer til SF₆ opsummeres her for almindelige vinduer med moderate krav til lydisolation.

Der tages udgangspunkt i et vindue af træ, der som type repræsenterer en stor del af det nuværende danske marked for boligvinduer, med en almindelig type af termolydrude (her valgt som 6-16-4) og en R_w-værdi for den samlede vindueskonstruktion på ca. 35-38 dB.

For denne type af vindueskonstruktion har den første forsøgsserie vist, at der ikke er nogen fordel ved at anvende SF₆, når det drejer sig om vejtrafikstøj (R_A,tr-værdier). Derimod kan der være en effekt på op til ca. 1 dB ved at anvende SF₆, når der er tale om togstøj (R_A,tr,s,A5-værdier).

Målet er således at finde alternativer til brug af SF₆, der netop modsvarer denne effekt på ca. 1 dB for vindueskonstruktioner med termolydruder, der anvendes ved lydisolering mod togstøj.

2.4.2 Specielle vinduer – høje krav til lydisolation

For udvikling af alternativer til SF₆ for specielle vinduer med høje krav til lydisolation er projektets mål lidt mere krævende.

Der er her taget udgangspunkt i de store facadepartier med rammer af metal, der anvendes i forbindelse med nybyggeri af kontorer mv. Med specielle rudeopbygninger stræbes der her ofte efter en R_w-værdi for den samlede vindueskonstruktion på over 40 dB.

For denne type af vindueskonstruktion har den første forsøgsserie med en vinduesramme af aluminium og en rudetype 6-20-4/1.5/4 med et støbelaminat vist, at der, både når det drejer sig om vejtrafikstøj (R_A,tr-værdier), og når der er tale om togstøj (R_A,tr,s,A5-værdier), kan være en effekt på omkring 2 dB ved at anvende SF₆.

Målet er således for denne specielle type af vinduer med høje krav til lydisolation at finde alternativer til brug af SF₆, der netop modsvarer denne effekt på omkring 2 dB ved lydisolering mod henholdsvis vejtrafikstøj og togstøj.