河南農(nóng)業(yè)大學畢業(yè)論文建筑窗戶隔聲性能的研究
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河南農(nóng)業(yè)大學畢業(yè)論文建筑窗戶隔聲性能的研究
河南農(nóng)業(yè)大學本科生畢業(yè)論文題 目:建筑窗戶隔聲的性能的研究 學 院 :林 學 院 專業(yè)班級 :環(huán)境工程2009級(1)班 學 號 : 0902103019 學生姓名 : 黃 濤 指導教師 : 楊 喜 田 撰寫日期: 2013年 5月27日目錄摘要.11綜述.11.1噪聲的概念和分類.11.2噪聲的危害與標準.21.3城市噪聲現(xiàn)狀和治理途徑.32. 隔聲窗研究的意義.53.研究的方法.53.1實驗步驟.53.2實驗數(shù)據(jù).64.結(jié)果分析.94.1 室外噪聲的特征.94.2 不同窗戶隔聲效果.95.結(jié)論與討論.105.1隔聲窗戶的選擇.105.2型材與密封問題.115.3通風問題.12參考文獻.13致謝.14建筑窗戶隔聲的性能的研究黃濤河南農(nóng)業(yè)大學林學院環(huán)境系 鄭州450002摘要:隨著土地資源的緊缺,臨街高層住宅日益增多;另外隨著城市規(guī)模的擴大和發(fā)展速度的加快,人們的生活水平不斷的提高,環(huán)境噪聲也越來嚴重;噪聲污染嚴重影響人們的身體健康和生活質(zhì)量。日益嚴重的噪聲問題引發(fā)了人們對居住環(huán)境的隔聲要求,而窗戶一直是建筑隔音的薄弱環(huán)節(jié)。本文研究對比常見隔聲窗隔音性能,尋求更新更有效的隔聲技術(shù)手段。在測量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上結(jié)合文獻數(shù)據(jù),對隔聲玻璃性能做了全面總結(jié),將噪聲源按頻譜進行了細致的分類,方便隔聲玻璃的針對性選擇。關(guān)鍵詞:城市噪聲,建筑隔聲,隔聲窗戶,隔聲窗選擇Study on the performance of sound insulation of building windowsAbstract: With the shortage of land resources, the high-rise residential is increasing continuously. In addition with the expansion of city scale and the pace of development, the peoples living standard improve continuously. This lead to serious environmental noise; Noise pollution seriously affects peoples health and quality of life. The noise problem is increasingly serious sparked the insulation requirements of the living environment, and the window has been a weaker of building sound insulation. Comparative study of common window insulation performance, for newer and more effective insulation technology.Combined with literature data in data base, makes a comprehensive summary on the sound insulation properties of glass, the source of noise spectrum are classified, to choose convenient sound insulation glass.Keywords: city noise, sound insulation, sound insulation windows, selection of sound insulation windows1、綜述1.1噪聲概念和分類噪聲是指人們不需要的聲音,它影響人們的正常休息和工作,危害人體健康。物理學上噪聲是指發(fā)聲體做無規(guī)則振動時,各種頻率和聲強組合發(fā)出的雜亂無序聲音;醫(yī)學上噪聲指聲音超過60分貝的聲音;心理學上噪聲指使人產(chǎn)生不愉快,煩躁的聲音1。按照來源噪聲主要分為三種,它們是交通噪聲、工業(yè)噪聲和生活噪聲;按照噪聲發(fā)生的原因主要分為空氣動力性噪聲、機械噪聲和電磁噪聲;按照頻譜特性主要分為低頻(20350Hz)、中頻(3502800Hz和高頻噪聲(>2800Hz)2。1.2噪聲危害與標準1.2.1噪聲危害噪聲污染是當今社會面臨的四大污染之一,給人帶來的危害主要體現(xiàn)在以下3個方面:1)對人聽覺的危害,人在較強的噪聲環(huán)境下暴露一段時間后,會使聽力下降。長期接觸80dB以上的噪聲,聽力有可能受到損壞,在大于85dB噪聲環(huán)境中工作20年,將有10%的人出現(xiàn)耳聾,環(huán)境噪聲大于90dB時,耳聾患者的比例超過20%。2)對人神經(jīng)系統(tǒng)的危害,會導致頭暈腦脹、煩躁耳鳴,記憶力減退,失眠多夢一系列的癥狀;3)噪聲影響人的正常交流,通常情況下,人們相對交談距離為1m時候,平均聲級為65dB。但是環(huán)境噪聲會掩蔽語言聲,使語言清晰度降低。噪聲級與語言聲級相當時候,正常交流受到干擾;噪聲級高于語言聲級10dB時候,語言聲會被完全掩蔽3。1.2.2城市噪聲標準表1-1 城市噪聲標準GB3906-2008聲環(huán)境功能區(qū)類別時段晝間夜間0類50401類55452類60503類65554類4a類70554b類70600類聲環(huán)境功能區(qū):指康復療養(yǎng)區(qū)等特別需要安靜的區(qū)域。1類聲環(huán)境功能區(qū):指以居民住宅、醫(yī)療衛(wèi)生、文化體育、科研設(shè)計、行政辦公為主要功能,需要保持安靜的區(qū)域。2類聲環(huán)境功能區(qū):指以商業(yè)金融、集市貿(mào)易為主要功能,或者居住、商業(yè)、工業(yè)混雜,需要維護住宅安靜的區(qū)域。3類聲環(huán)境功能區(qū):指以工業(yè)生產(chǎn)、倉儲物流為主要功能,需要防止工業(yè)噪聲對周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴重影響的區(qū)域。4類聲環(huán)境功能區(qū):指交通干線兩側(cè)一定區(qū)域之內(nèi),需要防止交通噪聲對周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴重影響的區(qū)域,包括4a類和4b類兩種類型。4a類為高速公路、一級公路、二級公路、城市快速路、城市主干路、城市次干路、城市軌道交通(地面段)、內(nèi)河航道兩側(cè)區(qū)域;4b類為鐵路干線兩側(cè)區(qū)域4。1.3城市噪聲的現(xiàn)狀和治理途徑1.3.1城市噪聲現(xiàn)狀根據(jù)來源和噪聲產(chǎn)生的方式,城市噪聲主要分為工業(yè)噪聲、建筑施工噪聲、交通噪聲和和社會生活噪聲。每種噪聲都有產(chǎn)生的背景和復雜性,要針對性的控制減少噪聲。隨著城市的高速發(fā)展,各種噪聲也越來越大越來越嚴重。工業(yè)噪聲,工業(yè)噪聲是指在工業(yè)生產(chǎn)活動中使用固定的設(shè)備時產(chǎn)生的干擾周圍生活環(huán)境的聲音。隨著城市工業(yè)化,工廠的增多工業(yè)噪聲的來源增多,但噪音源及干擾范圍相對固定,治理時候要有針對性。建筑施工噪聲,凡在建筑工地中使用機械、設(shè)備所形成的噪聲超出國家規(guī)定的環(huán)境噪聲施工場界排放標準的便成為建筑施工噪聲。伴隨著進城熱潮,城市的人口極速增加。鄭州市統(tǒng)計局發(fā)布的一組數(shù)據(jù)顯示,截至2011年鄭州市常住人口為885.7萬人,同2001年人口相比,10年共增加208.7萬人,漲幅達23.5%, 人口增加對建筑的需求也進一步加大,由于城市面積的限制,高層建筑就會增加。建筑噪聲也會增加,建筑施工噪聲產(chǎn)生的音源固定,治理時要有針對性5。交通噪聲,交通噪聲是指機動車輛、鐵路貨車、機動船舶、航空飛機等交通運輸工具在運行時候產(chǎn)生的干擾周圍生活環(huán)境聲音。隨著我國經(jīng)濟的平穩(wěn)快速發(fā)展,我國私家車數(shù)量年均增速超過30%,09年數(shù)量已超過1億,且還在增加。6這一數(shù)據(jù)表明城市交通噪聲將日益加劇,治理難度也將增大。社會生活噪聲是指人為活動所產(chǎn)生的除工業(yè)噪聲、建筑施工噪聲和交通運輸噪聲之外的干擾生活環(huán)境的聲音。如開展各種活動時的廣播、音響和歌聲、飼養(yǎng)動物的嚎叫等。隨著固定人口和流動人口的增加生活噪聲也是日益嚴重。1.3.2城市噪聲控制途徑從控制途徑可以分為噪聲源處理、傳播途徑處理、人耳處處理。對于日常生活和工作中的噪聲,大多來自交通噪聲和生活噪聲。處理噪聲途徑對比如下7:人耳處處理不適合普遍噪聲處理,它針對的某些局限環(huán)境下,比如工人在車間的操作機器。適用于噪聲特別大的環(huán)境下,不需要或很少需要語言交流場所。正常生活工作環(huán)境基本可以排除在外,因為會影響正常的交流;噪聲源處理方式是非常有效的,但是具有局限性,適合噪聲源范圍小,噪聲集中的噪音源,對于生活噪聲比如街道人流嘈雜聲,路邊的汽車聲效果不好;另外減少噪聲源的聲強相對困難,比如汽車輪胎與馬路的摩擦聲,道路上行人的嘈雜聲,很難從噪聲源控制。綜上,在傳播途徑中處理是較好的選擇,尤其針對影響人們生活工作較大的交通噪聲和生活噪聲,隔聲是最佳選擇。1.3.3 隔聲處理現(xiàn)狀當今階段城市噪聲隔聲處理包括道交通路旁設(shè)置綠化隔離帶,高架橋和車流集中的居民段設(shè)置聲屏障等。對于寬林帶(幾十米甚至上百米)隔聲量可達1020dB,但是城市營造這樣的綠化帶是不現(xiàn)實的,普通綠化帶只能有大概5dB的隔聲量7。聲屏障的減噪量與噪聲的頻率、屏障的高度以及聲源與接收點之間的距離等因素有關(guān)。聲屏障的減噪效果與噪聲的頻率成分關(guān)系很大,對大于2000Hz的高頻聲比8001000Hz左右的中頻聲的減噪效果要好,但對于25Hz左右的低頻聲則由于聲波波長比較長而很容易從屏障上方繞射過去,所以效果就差。通常,聲屏障對高頻聲可降低1015dB。聲屏障的高度,可根據(jù)聲源與接收點之間的距離設(shè)計,屏障的高度增加一倍,則其減噪量可增加6dB,為了使屏障的減噪效果較好,應(yīng)盡量使屏障靠近聲源或接收點10 。由于人口的增加,城市居住面積有限,臨街臨路高層建筑建筑數(shù)量增多,加上汽車增加,交通噪聲進一步嚴重。綠化帶和隔聲屏障應(yīng)用范圍有限,很難在窄道路和街道旁實施,而且隔聲量較低,隔聲效果難以達到理想的效果。要想徹底改變建筑室內(nèi)聲環(huán)境,就要從建筑自身的隔聲薄弱環(huán)節(jié)下手,也就是隔聲窗戶的研究改進。2.研究的意義在城市高速發(fā)展的今天,人們的生活水平不斷提高,對生活品質(zhì)的要求越來越高。而噪聲問題越來越嚴重,對人的危害越來越大。人們都迫切希望一個安靜的工作環(huán)境和生活環(huán)境,這種要求已被寫入政策法規(guī)。從2006年3月1日施行的中華人民共和國治安管理處罰條例規(guī)定:制造噪聲干擾他人生活的,將被處予警告;警告后不改正的處200元以上500元以下罰款8。減輕噪聲對人們的影響,就要從人們的居住環(huán)境即建筑著手,一般的建筑墻體有較大的質(zhì)量,有很好的隔聲能力。而窗戶由于厚度薄等原因隔聲性能差,是建筑隔聲的薄弱環(huán)節(jié)。因而要提高建筑隔聲效果,就要開發(fā)研究新型的隔聲窗,以達到理想的隔聲降噪效果。本文主要研究對比中空窗戶(雙層玻璃中間是空氣層或者惰性氣體層)、夾層隔聲窗(雙層或多層玻璃中間夾阻尼材料如PVB)和真空隔聲窗(玻璃中間抽去空氣,為了玻璃不被壓破中間有支柱支撐)的隔聲性能,為以后建筑窗戶選材做參考。3實驗方法和數(shù)據(jù)3.1實驗步驟實驗目的:在室外噪聲較大且較穩(wěn)定的情況下,在室內(nèi)利用噪聲儀器分別測出中空窗戶和夾層隔聲窗戶不同狀態(tài)下噪聲大小。并對比開窗室內(nèi)噪聲大小,求出不同窗戶隔聲量。分析室外噪聲頻率分布,和不同窗戶不同頻率噪聲的隔聲量。實驗設(shè)備:噪聲儀器 愛華AWA6288噪聲頻譜分析儀 (帶頻譜測量功能和A聲級C聲級);實驗地點:鄭州市中州大道陽光新城12號樓10樓隔聲樣板室,臨近中州大道室外噪聲較大,窗外噪聲高達70dB,已經(jīng)超出國家城市噪聲標準,GB3096-2008中一類55dB的標準。該房間墻體和門都做了處理,具有較高的隔聲量,房間墻壁上有一個用于交換室內(nèi)外空氣通風器處于關(guān)閉狀態(tài)。實驗步驟:進入樣板室,關(guān)上隔聲門防止門外噪聲干擾。打開中空窗(4+8A+4mm,A代表空氣層)和夾層隔聲窗(4+0.76+5mm,0.76mm代表阻尼材料厚度)兩道窗戶。(兩道窗戶在同一個窗洞)在距離窗戶1.5m處,打開儀器調(diào)到每隔20秒記錄一個數(shù)據(jù),連續(xù)記錄10個噪聲數(shù)據(jù)組。然后在“僅關(guān)閉中空窗戶”,“僅關(guān)閉夾層隔聲窗戶”,“兩個窗戶同時關(guān)閉”,“開啟通風器并關(guān)閉夾層隔聲窗戶”幾種情況下,同樣的方式各記錄10個數(shù)據(jù)組。把儀器伸出窗外1m處,測出10個室外噪聲數(shù)據(jù)組。3.2實驗數(shù)據(jù)3.2.1窗外交通噪聲的頻率分布圖圖3-1室外噪聲頻率分布圖3.2.2不同關(guān)窗狀態(tài)的整體隔聲量根據(jù)室內(nèi)每一組A聲級的數(shù)據(jù)求出等效A聲級。圖3-2.不同關(guān)窗方式室內(nèi)噪聲大小a打開兩個窗戶;b僅關(guān)閉夾層隔聲窗戶;c是關(guān)閉兩個窗戶;d關(guān)閉通風器和夾層隔聲窗戶;e僅關(guān)閉中空窗戶。以a做對比分別計算隔聲量,a數(shù)據(jù)分別減去b.c.d.e數(shù)據(jù),求出不同窗戶的隔聲量。隔聲量分別除以a求出不同狀態(tài)窗戶隔聲率。圖3-3不同關(guān)窗方式的隔聲率由圖3-3對比b.e,可知夾層窗效果要好于中空窗。b與c數(shù)據(jù)十分接近,可知關(guān)不關(guān)中空影響不大。對比b和d得出通風器的開啟對室內(nèi)聲環(huán)境有一定的影響。3.2.3不同關(guān)窗方式各頻率噪聲大小圖3-4不同關(guān)窗方式各頻率噪聲大小圖3-5不同關(guān)窗方式的各頻率隔聲量由3-5看出在63Hz時候中空窗存在隔聲低谷,對于中空窗來說是由于質(zhì)量-空氣-質(zhì)量共振造成的,63Hz是該玻璃的一個吻合頻率9。吻合效應(yīng)指投射于構(gòu)件板面上的聲波速度與板上彎曲速度相一致時產(chǎn)生的現(xiàn)象。這個特性破壞了中空玻璃低頻隔聲性能。 3.2.4真空隔聲窗與單層窗隔聲量對比 由于條件限制真空隔聲窗未能做研究,引用他人的論文。VG、LG、Fl、Ig分別為真空玻璃、夾層玻璃、單片玻璃、中空玻璃,每一層組片都為3mm。LecLg為一種專用隔音夾膠玻璃10。圖3-6典型隔聲玻璃隔聲曲線從圖3-6結(jié)果看從圖中可以看出,真空玻璃隔聲量要比單層玻璃、普通夾層玻璃、中空玻璃、單片玻璃都高,僅次于隔聲夾層玻璃,但并沒有比其他玻璃有本質(zhì)的提高。并沒有理論知識那樣:“真空不傳聲”,原因是玻璃之間的聲橋和邊框的傳聲。4結(jié)果分析4.1室外交通噪聲的特征實驗數(shù)據(jù)表明室外噪聲超出國家城市噪聲標準1類住宅標準。由表3-1可知中低頻噪聲(162K)占80%。測點室外臨著交通要道,噪聲主要是交通噪聲。主要由車輪與馬路的摩擦,機器馬達的運轉(zhuǎn)等產(chǎn)生。中低頻噪聲由于波長較長,容易發(fā)生衍射穿透力強難以治理。4.2 三種窗戶隔聲效果對比 圖3-3可知隔聲率較高的是夾層隔聲窗和夾層隔聲窗與中空窗同時關(guān)閉的情況,單純的中空窗隔聲率低,隔聲效果一般。中空窗:有質(zhì)量-空氣-質(zhì)量、吻合共振兩個低谷;在中頻隔聲較高,低頻和高頻不是很好。夾層隔聲窗:一般對于夾層玻璃由于中間有夾膠層阻尼,其吻合頻率不能單單按單片玻璃厚度和總厚度,而是介于二者之間,吻合頻率處的隔聲主要由膠層決定。膠層的高阻尼決定其隔聲性能,夾層玻璃對低頻隔聲效果較好,高頻一般。真空隔聲窗:真空窗戶沒能做到完全隔聲的理論與實際的原因是,主要空腔間距和邊界封接和兩層玻璃之間的支柱以及真空度。真空窗間距小而沒有質(zhì)量-空氣-質(zhì)量共振點,但仍存在吻合谷,吻合頻率由單層玻璃厚度決定,當單層玻璃發(fā)生震動時,振動就會從支柱和邊部就行傳遞,如果這部分傳遞聲能較多,他就會對真空層的發(fā)揮起到阻礙作用。邊界封接和支柱等聲橋決定著真空窗起作用,所以很難避免聲橋現(xiàn)象。5.結(jié)論與討論5.1窗戶的選擇本文對噪聲源、玻璃的隔聲性能分別作了測量與研究總結(jié),二者的合理結(jié)和才能有效地控制噪聲。下面針對高中低頻噪聲做出合理的選用建議。建議將隔聲、綜合造價、節(jié)能、安全等總體考慮。高頻噪聲:典例如電鋸,在4KHz5KHz最高。3mm玻璃的吻合低谷大于4KHz,使用用單片為3mm的玻璃就不合適。圖3-6知,真空玻璃、中空玻璃都處于溫和低谷處,電鋸聲壓級約為110dB,假設(shè)傳到窗戶外側(cè)還有100dB,而真空玻璃在4KHz的隔聲量還不到30dB,那么穿進去的聲音為70dB。此時用單片6mm玻璃隔聲量就達35dB,而更后玻璃乳10mm能達到更好的效果,但價格遠遠低于中空或真空玻璃。如果周圍中低頻噪聲不明顯,而高頻早上也并不是超過100dB以上的強烈噪聲,建議不必使用專門的隔聲玻璃,只需使用較厚點的玻璃。中頻噪聲:中頻噪聲基本與人發(fā)出聲音頻段相符合,在現(xiàn)實生活中較多,由于3mm玻璃的吻合頻率遠離中頻范圍,建議使用3mm玻璃為基礎(chǔ)的多層玻璃。在圖3-6中,真空、夾層隔聲玻璃、中空玻璃都有較好的隔聲量,從隔聲情況考慮使用任何一種皆可,如果使用夾層玻璃,可提高低谷出隔聲量,一些專用的夾層隔聲窗已能將該低谷大致消除。低頻噪聲:低頻噪聲一直是隔聲的一個難點。中空窗對低頻隔聲較差而夾層隔聲窗效果較好,真空和單片玻璃隔聲較差,而夾層隔聲窗效果顯著。在制定玻璃的選區(qū)方案時候,要綜合考慮,因為單一穩(wěn)定的噪聲源很少比如電鉆高頻噪聲。人們都希望窗戶在整個頻段都有較好的隔聲。同時希望玻璃具有節(jié)能,安全等特征。因此復合隔聲窗無疑是最佳選擇。復合隔聲窗可以是空腔與夾層結(jié)合,這兩點是節(jié)能與安全的關(guān)鍵11。如果原來已經(jīng)有過中空窗,建議在不拆除原窗的基礎(chǔ)上,加裝一層夾層隔聲窗,這樣起到綜合隔聲和保溫節(jié)能的特性。5.2其他注意事項多層玻璃組合的窗戶比如中空和夾層窗,選取厚度不一樣的玻璃組合,可以有效地減少噪聲與窗戶的共振,達到更好的隔聲效果13。隔聲窗戶的玻璃選材很重要,型材決定窗戶的密封性和安全性。型材要選取與玻璃配套達到很好的密封作用,使用壽命長具有強度高等特點。否者玻璃隔聲性能再好密封不好,就會產(chǎn)生漏音13。一般選取帶有硅膠條的金屬型材,既能保證密封又能保證強度大安全性能高。5.3通風問題及解決 解決隔聲與通風的矛盾一直以來都是難題,現(xiàn)階段的隔聲主要通過玻璃隔聲量和密封性能?,F(xiàn)今階段已有人研制出了通風隔聲窗,針對隔聲玻璃低頻隔聲差的情況,設(shè)計有前饋和后饋的主動控制隔聲窗,但是造價高。這個是以后要攻克的難題,造價低隔聲高又能通風是隔聲窗發(fā)展的必然趨勢。常用的通風方式,就是加裝靜音通風器,通風器關(guān)閉時候起到很好的隔聲,但是在運行的時候,自身會產(chǎn)生噪聲。本文實驗中測試了通風器的影響,圖3-2可知,通風器的開啟對對室內(nèi)聲環(huán)境有接近5dB的影響,在30多分貝安靜環(huán)境,噪聲敏感的人來說是不小的影響。如果不是長期在屋內(nèi),對聲環(huán)境要求特別高,不建議加裝。選擇自然通風即可。論文一些問題不完善,鑒于條件限制,實驗中噪聲源不是十分穩(wěn)定,數(shù)據(jù)不夠精確;中空窗戶和夾層窗戶玻璃厚度不一致,夜間數(shù)據(jù)未作測量;真空玻璃和單層玻璃隔聲效果不是自己試驗得出的,通風隔聲窗沒有深入研究;在以后的工作學習中這些問題需要進一步深入研究。參考文獻:1毛東興洪宗輝主編.環(huán)境噪聲控制工程。北京:高等教育出版社,2010.1:7132馬大猷主編噪聲控制學北京:科學出版社,1987:31353魏繼承譯.手術(shù)室及ICU環(huán)境的噪聲污染J.國外醫(yī)學麻醉與復蘇分冊,1996,17(5):311-3124聲環(huán)境質(zhì)量標準GB 3096-2008 5鄭州市統(tǒng)計局http:/www.zzstj6劉研華,張朋,高小晉.我國城市噪聲污染現(xiàn)狀與特征.中國環(huán)境監(jiān)測。第25卷 第4期7張偉文.現(xiàn)代城市噪聲污染分析及治理措施建議.企業(yè)科技與發(fā)展.2010.12:1341438中華人民共和國治安管理處罰條例十七條9A .cops,H.myncke,G.Vermeir.insulation of reverberant sound through double and multilayered glass constructions.Axustica.1975,33(4):257265 10 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簽 名: 年 月 日答辯委員會評語及論文成績(主要評價論文的性質(zhì)、難度、質(zhì)量、綜合訓練、答辯情況、不足等。評定論文成績):論文答辯成績:論文綜合成績:主任委員簽名: 年 月 日13