Massiivipuurakenteet ovat alkaneet yleistyä tällä vuosituhannella. Miten massiivipuurakenteet pärjäävät ääneneristävyyden vaatimusten tiukentuessa ja kuinka se saadaan toimimaan?

Kirjoittaja: Topi Huhtanen

Massiivipuurakenne

Massiivipuurakenne on nimensä mukaisesti puurakenne, mikä on yhtenäistä puuta. Tunnetuin ja käytetyin massiivipuurakenne on CLT-levy, kuva 1, mikä on normaalisti paksuudeltaan 80 mm – 200 mm. CLT-levy koostuu toisiinsa ristiin liimatuista puukerroksista ja kerroksia on tavallisesti kolme, viisi tai seitsemän.

Kuvassa yksi on kuva kahdesta CLT-levystä. CLT-levyt ovat kolme ja viisi lamellisia.

Kuva 1. CLT-levy (Puuinfo 2020a)

Ääni ja ääneneristävyys

Ääni koostuu painevaihteluista, jotka aiheuttavat värähtelyä ilmaan. Äänenvoimakkuuden ja melutason mittausyksikkö on desibeli (dB) ja se on logaritminen yksikkö. Tämä tarkoittaa, että kaksi identtistä äänilähdettä luovat yhdessä melutason, joka on kolme desibeliä korkeampi kuin vain yhtä käytettäessä. (Silvent 2019) Taulukossa 1 on esitetty äänenpainetason muutoksia ja äänenpainetasoja.

Äänilähde Äänenpainetaso Äänitason muutos Miltä tuntuu?
Kuulokynnys 0 ± 1 dB Olematon
Pensaiden lehtien havina 5–25 ± 3 dB Melkein huomaamaton
Tietokone 25–50 + 10 dB Kaksi kertaa voimakkaampi
Äänekäs puhuminen 50–70 + 20 dB Neljä kertaa voimakkaampi
Liikenne 70–85 – 10 dB Kaksi kertaa hiljaisempi
Moottoripyörä 85–90 – 20 dB Neljä kertaa hiljaisempi
Disco 90–110
Kipukynnys 110–130
Suihkumoottori 150

Taulukko 1. Äänenpainetasoja, (Puuinfo 2020b) ja äänenpainetason muutokset (McMullan 2007, 163–164).

Ääneneristävyyttä mitataan kahdella tavalla, sekä standardisoidulla äänitasoeroluvulla D nT,w, joka kuvaa huonetilojen välistä ilmaääneneristystä että standardisoidulla askeläänitasoluvulla L’nT,w+ C I,50–2500, mikä kuvaa huonetilojen välistä askelääneneristystä (Ympäristöministeriön asetus rakennuksen ääniympäristöstä 796/2017). Ääneneristävyyden arvot pohjautuvat ISO-standardeihin ja ovat suoraan verrannollisia desibeliin, 1 Rw = 1 dB. Aikaisemmin käytettiin ilmaääneneristävyys lukua Rw ja askelääneneristävyys lukua Ln,w.

Äänentasoluvun on oltava vähintään 55 dB asuntojen välillä, eli äänen on pienennyttävä vähintään 55 dB kulkeutuessaan toiseen huoneistoon. Askeläänitasoluku saa olla maksimissaan asuntojen välillä 53 dB, eli askelääntä ei saa kuulua huoneistosta toiseen yli 53 dB. (Ympäristöministeriön asetus rakennuksen ääniympäristöstä 796/2017) D nT,w – ja Rw-luvut eivät ole keskenään verrattavissa. Aikaisemmin käytetty ilmaääneneristysluku Rw-luku on 5–10 dB pienempi, kuin äänitasoeroluku D nT,w (NOVA Acoustics 2022). Ln,w – ja L’nT,w+ C I, 50-2500 tasoluvut eivät ole keskenään vertailukelpoisia. Näin siitä käytettiin merkintää R’w [dB].

CLT-levyn ääneneristys

Puurakenteilla ääneneristävyyden parantaminen puun massan lisäämisellä ei ole tehokasta, koska tästä aiheutuisi turha rakenteiden paksuuntuminen. Taulukossa 2 on esitetty eri rakenteiden ääneneristävyydet paksuuden suhteen.

Betoniseinä Kalkkikiviharkkoseinä CLT-seinä LVL-seinä Hirsi-seinä Betonivälipohja CLT-välipohja
180 mm + tasoite 250 mm 180 mm 180 mm 205 mm + joustava pinnoite + joustava lattiapinnoite
240 mm 240 mm
Rw=60 dB Rw=58 dB Rw=40 dB Rw=41 dB Rw=42 dB D nT,w = 55 dB D nT,w = 40 dB
L’nT,w+ C I,50-2500 = 53 dB L’nT,w+ C I,50-2500 = 70 dB

Taulukko 2. Eri rakenteiden ääneneristävyyksiä. (Lahtela et.al. 2021)

Pelkän CLT-levyn ääneneristävyyttä ilman lisäeristeitä on tutkittu Kanadassa. Taulukossa 3 on esitetty eripaksuisten CLT-levyjen ääneneristävyyttä. Ääneneristävyysluvut Pohjois-Amerikassa ovat erilaiset kuin Euroopassa. Ilmaääneneristävyyttä kuvaa STC-luku ja ilmaääneneristävyyttä IIC-luku.

CLT-paneeli Paksuus [in] Paksuus [mm] STC Rating IIC Rating
3-kerros CLT seinä 3,07 78 33 N/A
5-kerros CLT seinä 6,88 175 38 N/A
5-kerros CLT lattia 5,19 132 39 22
5-kerros CLT lattia 6,88 175 41 25
7-kerros CLT lattia 9,65 245 44 30

Taulukko 3. Eripaksuisten CLT-levyjen ääneneristävyyden tuloksia. (McLain 2018)

STC on ilmaäänen eristävyyden keskiarvo ja IIC on askeläänen eristävyys. Yleisesti STC-arvo on noin 4 dB alhaisempi, kuin Rw-arvo, esimerkiksi STC 60 ≈ Rw 56. (Moderco Inc. 2022) IIC-arvon vertaaminen Ln,w-arvoon on likiarvo, IIC ≈ 110-Ln,w. Näin ollen Ln,w 50 ≈ IIC 60. (Warnock 2004, 3)

Ilmaääneneristävyys

Jotta puulla päästäisiin hyvään ääneneristävyyteen, on rakenteet suunniteltava jousirakenteiksi, kuva 2. Jousirakenne on tyypillisesti rakenne, missä kahden massan välissä on eristetty ilmatila. Jousirakenteessa täytyy myös ottaa huomioon, että ontelo on täytettävä osittain vaimennusmateriaalilla, tavallisesti mineraalivillalla, jotta jousirakenne toimisi kunnolla. (Puuinfo 2020b)

Kuvassa kaksi on kuvattu massaan perustuvan rakenteen toiminta, missä ääni kulkee massan läpi ja vaimenee. Lähtevä ääni w1 on suurempi, kuin saapuva ääni w2. Jousirakenteessa ääni vaimenee massojen välissä.

Kuva 2. Ilmaäänen kulkeminen massiivi- ja jousirakenteessa. w1 dB > w2 dB (Kuva: Topi Huhtanen)

Kuvassa kolme on kuvattu viisi eri seinärakennetta. Ensimmäisessä rakenteessa 100 mm villaa kahden 80 mm paksun CLT-levyn välissä. Toisessa rakenteessa 50 mm villaa kahden 80 mm paksun CLT-levyn välissä. Kolmannessa rakenteessa erona toiseen on kipsilevytykset seinän molemmin puolin. Rakenteessa neljä on 160 mm paksu CLT-levy ja 66 mm paksu puurunko kiinni siinä, eristettä on 66 mm ja puurungossa on vielä kaksi kerrosta 13 mm kipsilevyä. Rakenteessa viisi on erona rakenteeseen neljä, että siinä puurunko on erotettu CLT-levystä. Rakenteen 1 Rw on 57, rakenteen kaksi Rw on 50, rakenteen kolme Rw on 59, rakenteen neljä Rw on 50 ja rakenteen viisi Rw on 57. Ontelon paksuuden kasvattaminen parantaa jousirakenteen ääneneristävyyttä, kuten kuvassa kolme rakenteiden 1 ja 2 erosta huomaa. Rakenteiden massan lisääminen kipsilevytyksellä parantaa myös ääneneristävyyttä, kuvan kolme rakenteet 2 ja 3. Myös rakenteiden erottaminen toisistaan parantaa ääneneristävyyttä, kuvan kolme rakenteet 4 ja 5.

Kuvassa kolme on kuvattu viisi eri seinärakennetta. Ensimmäisessä rakenteessa 100 mm villaa kahden 80 mm paksun CLT-levyn välissä. Toisessa rakenteessa 50 mm villaa kahden 80 mm paksun CLT-levyn välissä. Kolmannessa rakenteessa erona toiseen on kipsilevytykset seinän molemmin puolin. Rakenteessa neljä on 160 mm paksu CLT-levy ja 66 mm paksu puurunko kiinni siinä. Eristettä on 66 mm ja puurungossa on vielä kaksi kerrosta 13 mm kipsilevyä. Rakenteessa viisi on erona rakenteeseen neljä, että siinä puurunko on erotettu CLT-levystä. Rakenteen 1 Rw on 57, rakenteen kaksi Rw on 50, rakenteen kolme Rw on 59, rakenteen neljä Rw on 50 ja rakenteen viisi Rw on 57

Kuva 3. CLT-levy seinärakenteita (Lahtela et. al. 2021, 20–35) (Kuva: Topi Huhtanen)

Askelääneneristävyys

Vaikka massasta on apua ääneneristävyydessä, kulkeutuvat äänet runkoääninä huoneistoista toiseen. Välipohjalaatoissa jousirakenne toimii hyvin, vaikkei se pelkästään riitä. Kuvassa neljä on esitetty viisi erilaista lattiarakennetta. Rakenteiden yksi ja kaksi erona on, että rakenteessa kaksi on kelluva rakenne. Rakenne kolmessa on kaksi toisistaan erillään olevaa CLT-levyä. Rakenteiden neljä ja viisi erona on, että rakenne viidessä on alapohjassa olevat kipsilevyt erotettu kattorakenteesta jousirangalla. Rakenteiden L’nT,w+ C I, 50–2500 luvut ovat rakenne yksi 43, rakenne kaksi 49, rakenne kolme 52, rakenne neljä 58 ja rakenne viisi 53 desibeliä.

Kuvassa neljä on viisi eri lattiarakennetta. Rakenteiden yksi ja kaksi erona on, että rakenteessa kaksi on kelluva rakenne. Rakenne kolmessa on kaksi toisistaan erillään olevaa CLT-levyä. Rakenteiden neljä ja viisi erona on, että rakenne viidessä on alapohjassa olevat kipsilevyt erotettu kattorakenteesta jousirangalla. Rakenteiden L’nT,w+ C I, 50–2500 luvut ovat. rakenne yksi 43, rakenne kaksi 49, rakenne kolme 52, rakenne 4 58 ja rakenne 5 53 desibeliä.

Kuva 4. Viisi erilaista välipohjarakennetta (Lahtela, et. al. 2021, 38–54)  (Kuva: Topi Huhtanen)

Erottamalla laatan alapohjan kipsilevyt erillisellä jousirangalla tai tärinäneristimillä palkeista tai CLT-levystä saadaan askelääneneristävyyttä parannettua, vertaa kuvan neljä rakenteet 4 ja 5. Myöskin kelluva rakenne laatan päällä parantaa ääneneristystä, vertaa kuvan neljä rakenteet 1 ja 2. Rakenteen massan lisääminen, esimerkiksi betonilla tai kalkkikivirakeella parantaa ääneneristävyyttä. Rakenteiden erottaminen toisistaan parantaa ääneneristävyyttä, kuten kuvan neljä rakenne 3, missä alempi CLT-levy on kokonaan irti ylemmästä CLT-levystä.

Runkoääniä voidaan katkoa erilaisilla polymeereillä rakenteiden liitoksissa. Kuvassa 5 on esitetty erilaisia ratkaisuja runkoäänten katkaisuja vasten. Kuvassa viisi leikkaus seinien nurkkakenteesta, missä on seuraavan listan mukaan kuvattu missä kohtaa rakenteessa on runkoäänien katkaisut:

  1. Askeläänieriste (Punainen)
  2. Jousiranka (Vihreä)
  3. Joustava kiinnitin (Sininen)
  4. Solupolymeerikaista (Sininen)
  5. Solupolymeerikiinnitin runkoon (Sininen)
  6. Solupolymeeri tai akustiikkalevy katkaisemaan askelääni (Keltainen)
  7. Joustava lattiapinnoite (Turkoosi)
  8. Massan lisäys (Harmaa)

Kuvassa viisi leikkaus seinien nurkkakenteesta, missä on edellä olevan listan mukaan kuvattu missä kohtaa rakenteessa on runkoäänien katkaisut. 1. on lattiapinnoitteen alla. 2. on CLT-levyn alla ja osittain eristetty. 3. on yläpohjassa ja siinä on kipsilevyt kiinni. 4. on seinien ja laatan liitoskohdassa nurkassa. 5. ja 6. on seinän ja lattialaatan liitoskohdassa. 7. on pintalaatta lattiassa. 8. on CLT-levyn päällä lattiassa.)

Kuva 5. Runkoäänten erilaisia katkaisutapoja. (Kuva: Topi Huhtanen)

Yhteenveto

Massiivipuuelementin ääneneristävyys on suhteellisen hankalaa, verrattuna esimerkiksi teräsbetoniin, missä pärjätään hyvin pitkälle pelkän massan avulla. Puurakenteessa on tukeuduttava massan lisäämisen lisäksi kelluviin- ja jousirakenteisiin. Puurakenteilla on toisaalta helppoa erottaa rakenteelliset massat toisistaan erilaisilla akustisilla ratkaisuilla, kuten solupolymeerikaistoilla. Eli kyllä massiivipuurakenteilla pärjätään tiukentuneissa ääneneristävyyden vaatimuksissa, ehkä askeläänieristävyyden kannalta jopa paremmin.

Lähteet

Lahtela T., Kylliäinen M., Lietzén J., Kovalainen V., Talus L.. Puuinfo Oy. 2021. Ääneneristys puutalossa. Viitattu 21.6.2022. Saatavissa https://puuinfo.fi/wp-content/uploads/2021/05/Aanikirja_kokonainen-1.pdf

McLain, R. 2018. Acoustics and Mass Timber: Room-to-Room Noise Control. Wood Works – Wood Products Council. Viitattu 21.6.2022. Saatavissa https://www.woodworks.org/wp-content/uploads/wood_solution_paper-MASS-TIMBER-ACOUSTICS.pdf

McMullan, R. 2007. Enviromental Science in Building. Sixht Edition. Yhdysvallat. New York: Palgrave MacMillan. (163–164)

Moderco Inc. 2022. STC (North America) or Rw (Rest of the World). Viitattu 21.6.2022. Saatavissa: https://www.moderco.com/stc-north-america-rw-rest-world/

NOVA Acoustics. 2022. What’s the difference between Rw and DnTw? Laboratory Acoustic Tests Vs Field Acoustic Tests. Viitattu 21.6.2022. Saatavissa https://www.novaacoustics.co.uk/blog/whats-difference-between-rw-and-dntw-laboratory-acoustic-tests-vs-field-acoustic-tests

Puuinfo. 2020a. Monikerroslevy (CLT). Viitattu 21.06.2022. Saatavissa https://puuinfo.fi/puutieto/insinoorituotteet/monikerroslevy-clt/

Puuinfo. 2020b. Rakenteet: Pilari-palkkirakenteet: Ääneneristys. Viitattu 21.6.2022. Saatavissa: https://puuinfo.fi/rakenteet/pilari-palkkirakenteet/aaneneristys/

Silvent. 2019. Perustietoa desibelistä (dB). Viitattu 21.06.2022. Saatavissa: https://knowledge.silvent.com/fi/kuusi-desibeleista-kertovaa-faktaa-jotka-jokaisen-henkilostojohtajan-tulisi-tietaa

Warnock, A.C.C. 2004. Impact sound ratings: ASTM versus ISO. NRC Publications Archive. Viitattu 21.6.2022. Saatavissa https://nrc-publications.canada.ca/eng/view/accepted/?id=bf1701d4-749b-4b9e-858e-4764157f2708

Ympäristöministeriön asetus rakennuksen ääniympäristöstä 796/2017. Finlex. Viitattu 21.06.2022. Saatavissa https://www.finlex.fi/fi/laki/alkup/2017/20170796

Kirjoittaja

Topi Huhtanen työskentelee LAB-ammattikorkeakoulussa projektisuunnittelijana ja toimii projektityöntekijänä Puukerrostalon tilaamisen kehitys– PTK-hankkeessa.

Artikkelikuva: https://pxhere.com/fi/photo/134646 (CC0)

Julkaistu 12.12.2022

Viittausohje

Huhtanen, T. 2022. Massiivipuurakenne ja ääneneristävyys. LAB Pro. Viitattu pvm. Saatavissa: https://www.labopen.fi/lab-pro/massiivipuurakenne-ja-sen-aaneneristavyys/