Badanie przeprowadzone przez Katie Salter, doktorantkę z Acoustics Innovation Institute na University of Salford w Wielkiej Brytanii, wykazało krytyczne znaczenie prawidłowego umiejscowienia pomp ciepła powietrze-woda (ASHP) w szkołach dla zapewnienia odpowiedniego środowiska akustycznego. Analiza instalacji w szkole średniej w Manchesterze pokazała, że niewłaściwa lokalizacja urządzeń prowadzi do znacznego przekroczenia dopuszczalnych poziomów hałasu w salach lekcyjnych.
Kontekst i wyzwania akustyczne
Pompy ciepła powietrze-woda są coraz częściej wybierane przez placówki edukacyjne w Wielkiej Brytanii jako zamiennik dla systemów grzewczych opartych na paliwach kopalnych, co wspiera krajowe zobowiązania do osiągnięcia zerowej emisji netto. Jednakże, jak pokazuje studium przypadku, hałas generowany przez ASHP może stać się uciążliwy w salach lekcyjnych. Dobre środowisko akustyczne jest niezbędne dla efektywnej nauki dzieci, a przewlekle wysokie poziomy hałasu wiążą się z niższymi wynikami w nauce oraz większym dyskomfortem zgłaszanym przez uczniów i nauczycieli.
W analizowanej szkole dwie pompy ciepła zostały zainstalowane na dziedzińcu, w odległości od dwóch do pięciu metrów od okien sal lekcyjnych. Okna te często muszą być otwarte w celu chłodzenia i wentylacji, podczas gdy inne części szkoły wymagają ogrzewania. Skuteczne ekranowanie dużych pomp ciepła jest trudne ze względu na ich rozmiar fizyczny, kierunkowość emisji dźwięku oraz zawartość niskich częstotliwości. Dodatkowo, umiejscowienie ASHP, otoczone z trzech stron (oraz od gruntu) powierzchniami odbijającymi dźwięk, mogło generować rezonanse niskich częstotliwości oraz echa i pogłos w średnich i wysokich częstotliwościach.
W Wielkiej Brytanii szkoły muszą przestrzegać maksymalnych wewnętrznych poziomów hałasu otoczenia (IANL) określonych w dokumencie Building Bulletin 93 (BB93), które obejmują również hałas z pomp ciepła.
Wyniki pomiarów i symulacji
W ramach badania zmierzono poziomy ciśnienia akustycznego (SPL) w odległości około 10 cm od dziesięciu okien sal lekcyjnych (pięciu na parterze i pięciu na pierwszym piętrze) przy czterech stanach pracy pomp ciepła – od najcichszego (dwa wentylatory i jedna sprężarka w jednej ASHP) do najgłośniejszego (wszystkie cztery wentylatory i sprężarki w obu ASHP).
- Obecna lokalizacja: Zmierzone poziomy SPL przy oknach wahały się od 60 do 69 dB(A) w trybie najcichszym oraz od 73 do 79 dB(A) w trybie najgłośniejszym. Nawet przy założeniu optymistycznego obniżenia hałasu o 15 dB przez otwarte okno, poziomy SPL wewnątrz pomieszczeń nie spełniały kryteriów BB93, które dla odnowionych sal lekcyjnych z wentylacją naturalną wynoszą 45 dB(A).
- Alternatywna lokalizacja (symulowana): W drugiej części badania symulowano alternatywne umiejscowienie pomp ciepła, wykorzystując szum różowy. Obliczone poziomy SPL w tej lokalizacji wahały się od 41 do 56 dB(A) w trybie najcichszym oraz od 56 do 64 dB(A) w trybie najgłośniejszym. W trybach cichszych co najmniej osiem z dziesięciu sal lekcyjnych prawdopodobnie spełniłoby kryteria BB93. W trybach o wyższej mocy większość sal nadal przekraczała kryteria, ale z mniejszym marginesem, co otwiera możliwości dla innych opcji łagodzenia hałasu, takich jak praca ASHP z niższą mocą w godzinach lekcyjnych. W obecnej lokalizacji nawet ograniczenie pracy ASHP w godzinach lekcyjnych nie spełniłoby kryteriów BB93 przy otwartych oknach.
Zalecenia dla projektantów i instalatorów
Badanie wyraźnie pokazuje, że odpowiednie umiejscowienie pomp ciepła jest kluczowe dla minimalizowania problemów z hałasem. Kwestia ta powinna być oceniana na wczesnym etapie projektowania, z uwzględnieniem kryteriów hałasu w szkołach zawartych w BB93 oraz lokalnych wymagań. Należy szczegółowo przeanalizować warunki użytkowania i kontekst, w tym:
- Wymagania dotyczące ogrzewania, chłodzenia i wentylacji w całej szkole oraz ich wpływ na pracę i harmonogram ASHP.
- Wymagane godziny pracy pomp ciepła.
- Wymagania dotyczące użytkowania pomieszczeń znajdujących się w pobliżu pomp ciepła.
Pompy ciepła powinny być lokalizowane jak najdalej od sal lekcyjnych. Należy również wykorzystywać naturalne przeszkody, takie jak budynki szkolne, oraz umieszczać mniej wrażliwe pomieszczenia po stronie bliskiej ASHP.
Opracowano na podstawie informacji rynkowych: HVAC / branża ogólna. Inspiracja źródłowa: CIBSE Journal.
