綠色建筑的噪聲控制計(jì)算方法分析

郭春梅，黃慶彪，孔令霞，趙乃妮

(1. 天津城建大學(xué) 能源與安全工程學(xué)院，天津 300384；2. 中國建筑科學(xué)研究院 建筑環(huán)境與節(jié)能研究院，北京100013)

綠色建筑的噪聲控制計(jì)算方法分析

郭春梅1，黃慶彪1，孔令霞1，趙乃妮2

(1. 天津城建大學(xué) 能源與安全工程學(xué)院，天津 300384；2. 中國建筑科學(xué)研究院 建筑環(huán)境與節(jié)能研究院，北京100013)

在綠色建筑評價(jià)中，建筑的噪聲控制計(jì)算存在著評價(jià)者對聲學(xué)知識理解不清楚、計(jì)算思路不清晰，以至于計(jì)算結(jié)果模棱兩可的情況．在總結(jié)分析綠色建筑噪聲問題計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，以某實(shí)際項(xiàng)目為依托，全面介紹了其計(jì)算過程，為綠色建筑噪聲評估計(jì)算提供參考．

綠色建筑；噪聲；計(jì)算方法；實(shí)例分析

隨著人們生活水平的提高和當(dāng)代城市的發(fā)展，良好的室內(nèi)環(huán)境已經(jīng)成為人們生活、工作中最基本的要求．談及室內(nèi)環(huán)境的舒適性，以往多注重于室內(nèi)熱濕環(huán)境與室內(nèi)空氣質(zhì)量，然而隨著建筑科學(xué)的發(fā)展，室內(nèi)聲環(huán)境也成為人們對室內(nèi)環(huán)境舒適性的迫切要求[1]．在我國現(xiàn)行的GB/T 50378—2006《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[2]中就有涉及噪聲的條款，可見對噪聲計(jì)算的分析研究具有重要的工程實(shí)踐意義．本文針對這些條款中有關(guān)室內(nèi)聲環(huán)境的規(guī)定，分析探討綠色建筑所涉及的噪聲問題的計(jì)算方法．

1 計(jì)算內(nèi)容分析

文獻(xiàn)[2]中有關(guān)噪聲控制計(jì)算有三條：①居住建筑要求臥室、起居室的允許噪聲級在關(guān)窗狀態(tài)下白天≤45,dB，夜間≤35,dB，樓板和分戶墻的空氣聲計(jì)權(quán)隔聲量≥45,dB，樓板的計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲聲壓級≤70,dB，戶門的空氣聲計(jì)權(quán)隔聲量≥30,dB，外窗的空氣聲計(jì)權(quán)隔聲量≥25,dB，沿街時(shí)的≥30,dB；②賓館和辦公建筑室內(nèi)背景噪聲符合GB50118—2010《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]中的相關(guān)規(guī)定；商場類建筑室內(nèi)背景噪聲水平滿足GB9670—1996《商場(店)、書店衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[4]的相關(guān)要求；③賓館客房圍護(hù)結(jié)構(gòu)空氣聲隔聲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合客房與客房間隔墻≥45,dB，客房與走廊間隔墻(包含門)≥40,dB，客房的外墻(包含窗)≥35,dB，客房樓板的計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級≤65,dB．

由上所述，筆者將現(xiàn)行綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)噪聲的計(jì)算歸納為：圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件隔聲量、室內(nèi)背景噪聲和樓板撞擊聲聲壓級三類．當(dāng)前，在已查閱到的多個(gè)參評綠色建筑的實(shí)際項(xiàng)目中，有關(guān)噪聲控制的計(jì)算思路、所引公式差異很大，這給綠色建筑的評價(jià)工作帶來許多不便，筆者依據(jù)建筑聲學(xué)理論對此三類問題進(jìn)行梳理．

2 計(jì)算方法分析

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件隔聲量計(jì)算問題

隔聲的定義是用材料、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)來隔絕空氣中傳播的噪聲，從而獲得較安靜的環(huán)境．材料一側(cè)的入射聲能與另一側(cè)的透射聲能之差就是該材料的隔聲量．從理論上講，假定有一個(gè)無限大均勻密實(shí)柔性平板，在聲波垂直入射時(shí)，可得到板的隔聲量計(jì)算公式

式中：0ρ為空氣密度，取1.18,kg/m3；c為空氣中聲速，取344,m/s；f為入射聲波的頻率，Hz；m為板的面密度，kg/m2.

一般πfm?ρ0c，式(1)可簡化為

當(dāng)聲波并非垂直入射，而是無規(guī)則傳播而來時(shí)，隔聲量Rr為

從式(2)可以看出：板的隔聲量取決于板的面密度與頻率的乘積；面密度越大，隔聲量越大，面密度提高一倍，隔聲量增加約6,dB，這就是通常所說的“質(zhì)量定律”[5]．然而，上述公式推導(dǎo)過程中的種種假設(shè)在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)采用得并不多．在實(shí)際工程中，通過長期經(jīng)驗(yàn)積累總結(jié)出的隔聲量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式[6]為

式中：R為隔聲構(gòu)件的平均隔聲量；m為隔聲構(gòu)件的面密度，kg/m2；f為入射聲波的頻率，Hz，主要入射頻率在100～3,200,Hz.

在計(jì)算建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件隔聲量時(shí)，對于多層構(gòu)件(如多層墻體)，要求首先計(jì)算出構(gòu)件的復(fù)合面密度m，再計(jì)算構(gòu)件在每個(gè)頻帶的隔聲量．

2.2 室內(nèi)背景噪聲計(jì)算問題

室內(nèi)背景噪聲，顧名思義是透過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳播到室內(nèi)環(huán)境的噪聲．其計(jì)算的整體思路是：在已知噪聲源干擾噪聲值的基礎(chǔ)上，減去包含室內(nèi)吸聲量和外圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔聲量在內(nèi)的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際降噪量，從而得到室內(nèi)背景噪聲值．

2.2.1 房間吸聲量的確定

房間總吸聲量A由下式[7]確定

式中：A為房間總吸聲量，m2；iα為材料的吸聲系數(shù)，在不同聲音頻率下α 的值不同；Si為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積，包括內(nèi)墻、外墻、外窗、地板和天花板，m2.

前面論述的隔聲量是在隔聲構(gòu)件單一的情況下的計(jì)算方法，但在實(shí)際情況中，房間的外墻一般都會設(shè)有外窗，內(nèi)墻也會設(shè)有內(nèi)門等構(gòu)件，因此就涉及到組合墻的問題．

2.2.2 組合墻實(shí)際隔聲量的確定

建筑空間外部聲場的聲波入射到建筑空間的圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，一部分聲能透過構(gòu)件傳到建筑空間中來．如果入射聲能為E0，透過構(gòu)件的聲能為Er，則構(gòu)件的透射系數(shù)τ 為

構(gòu)件隔聲量R與透射系數(shù)τ 的關(guān)系[5]為

若一個(gè)構(gòu)件透過的聲能是入射聲能的千分之一，則τ ＝0.001，R＝30,dB．由式(7)可以看出：τ 總小于1，R總大于零；τ 越大，則R越小，構(gòu)件隔聲性能越差；反之，τ 越小，則R越大，構(gòu)件隔聲性能越好．由此得到組合墻的實(shí)際隔聲量的計(jì)算方法

式中：Ri為組合墻某一部分的隔聲量；為組合墻的平均透聲系數(shù)；τi為組合墻某一部分的透聲系數(shù)；Si為組合墻某一部分的面積；R為組合墻的實(shí)際隔聲量.

2.2.3 有效隔聲量的確定

有效隔聲量是指房間的實(shí)際降噪效果，是考慮了圍護(hù)結(jié)構(gòu)吸聲量和隔聲量在內(nèi)的總降噪量，前文已論述了吸聲量和窗墻組合實(shí)際隔聲量的計(jì)算方法，現(xiàn)將兩個(gè)量綜合考慮，從而得到房間的有效隔聲量[8]

式中：R有效為房間的有效隔聲量；R實(shí)為房間外墻的實(shí)際隔聲量；A為房間的總吸聲量．

2.2.4 計(jì)權(quán)隔聲量的確定

按照式(11)可以得出各個(gè)不同頻率下的有效隔聲量，而文獻(xiàn)[2]中對隔聲量等的限值是單值的，所以還需要根據(jù)計(jì)算出的不同頻率下的有效隔聲量數(shù)據(jù)，求得一個(gè)單值評價(jià)量，即計(jì)權(quán)隔聲量，可用做圖法進(jìn)行計(jì)權(quán)隔聲量的計(jì)算．

首先，將構(gòu)件各頻率的有效隔聲量作為縱坐標(biāo)，頻率為橫坐標(biāo)，由此形成隔聲頻率特性曲線；然后，將評價(jià)計(jì)權(quán)隔聲量的標(biāo)準(zhǔn)曲線(數(shù)據(jù)來源于GB/T50121—2005《建筑隔聲評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[9]中的空氣聲基準(zhǔn)隔聲曲線)置于坐標(biāo)中，對準(zhǔn)兩曲線的橫坐標(biāo)，將空氣聲基準(zhǔn)隔聲曲線向構(gòu)件隔聲量曲線移動(dòng)，每步1,dB，直至滿足以下兩個(gè)條件：①移動(dòng)后的空氣聲基準(zhǔn)隔聲曲線與構(gòu)件隔聲曲線相比較，各頻率之下的不利偏差之和達(dá)到最大，且≤32,dB；②移動(dòng)后的空氣聲基準(zhǔn)隔聲曲線與構(gòu)件隔聲曲線相比較，各頻率之下的最大不利偏差≤8,dB．

從500,Hz處向上作垂線，與移動(dòng)后的空氣聲基準(zhǔn)隔聲曲線相交，則交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值即為所求的計(jì)權(quán)隔聲量Rw．

2.3 樓板撞擊聲聲壓級計(jì)算問題

撞擊聲是物體在建筑結(jié)構(gòu)上撞擊，使之產(chǎn)生振動(dòng)，沿著結(jié)構(gòu)傳播并輻射到空氣中形成的噪聲．綠色建筑已對此類噪聲有上限要求，因此需將此噪聲的計(jì)算納入綠色建筑噪聲分析當(dāng)中．

室內(nèi)撞擊聲(也稱固體聲)主要是由人員活動(dòng)產(chǎn)生的樓板撞擊聲以及設(shè)備、管道安裝不當(dāng)產(chǎn)生的固體傳聲等．樓板撞擊聲的強(qiáng)弱與撞擊力大小有關(guān)，而在樓板上的各種撞擊力很難規(guī)范統(tǒng)一．為了便于比較各種樓板的撞擊聲聲壓級，ISO規(guī)定用標(biāo)準(zhǔn)打擊器為撞擊源，置于樓板上進(jìn)行撞擊，以樓下房間內(nèi)收到的聲壓級來表示樓板的隔聲性能．在忽略樓板邊界條件時(shí)，樓下房間撞擊聲級的表達(dá)式[10]為

式中：LN為撞擊聲級，dB；f為頻率，Hz；E為樓板材料的彈性模量，N/m2；ρ 為樓板材料密度，kg/m3；h為樓板厚度，m；C為常數(shù).

由式(12)計(jì)算所得的噪聲是倍頻程每個(gè)頻率下的撞擊聲聲壓級．綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的限制是單值，故通常采用倍頻程下每個(gè)頻率噪聲的平均值[10]作為評價(jià)，比較其是否滿足標(biāo)準(zhǔn)的單值性要求．

3 實(shí)例分析

3.1 項(xiàng)目概況

以北京市某辦公建筑為實(shí)例，選出建筑的最不利房間來進(jìn)行室內(nèi)背景噪聲分析．為得到項(xiàng)目周邊的噪聲情況，首先對項(xiàng)目周邊噪聲環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，為期2,d，分別在項(xiàng)目四周設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測結(jié)果見表1．根據(jù)噪聲監(jiān)測結(jié)果以及房間位置，確定本次計(jì)算主要分析建筑東北角一辦公室的室內(nèi)背景噪聲情況是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，即在關(guān)窗狀態(tài)下≤45,dB．計(jì)算位置如圖1所示．

表1 周邊環(huán)境噪聲質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果

圖1 室內(nèi)背景噪聲分析計(jì)算房間示意

3.2 計(jì)算過程分析

3.2.1 組合外墻隔聲量計(jì)算

辦公室外圍護(hù)結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)外墻與玻璃幕墻組合，玻璃幕墻的玻璃為低輻射中空玻璃6+9A+6．由于當(dāng)前數(shù)據(jù)未顯示其隔聲性能，暫以中空玻璃5+9A+5隔聲數(shù)據(jù)替代，其空氣計(jì)權(quán)隔聲量Rw達(dá)32,dB[7]．

外墻墻體構(gòu)造為水泥砂漿(45,mm)＋礦棉、巖棉、玻璃棉板(40,mm)＋加氣混凝土(190,mm)，根據(jù)式(4)計(jì)算外墻隔聲量見表2．

根據(jù)項(xiàng)目外立面圖以及門窗詳圖的窗墻尺寸，計(jì)算得到該房間的玻璃幕墻面積64.98,m2，墻面積21.66,m2．由式(8)-(10)得出組合墻隔聲量計(jì)算結(jié)果見表3．

表2 外墻的隔聲性能計(jì)算結(jié)果

表3 組合墻的隔聲量計(jì)算結(jié)果

3.2.2 總吸聲量A的確定

由式(5)可知，要計(jì)算房間的吸聲量，首先要查得房間各內(nèi)表面的材料吸聲系數(shù)．本項(xiàng)目計(jì)算房間室內(nèi)墻面按照加氣混凝土材料考慮，地板為地磚材料，幕墻為玻璃，天花板為混凝土面，查得各材料吸聲系數(shù)見表4．

表4 采用材料在各頻率下的吸聲系數(shù)

通過建筑結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算出各材料的面積，并根據(jù)式(5)計(jì)算得到房間吸聲量，結(jié)果見表5．

表5 室內(nèi)吸聲量計(jì)算結(jié)果

3.2.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)有效隔聲量計(jì)算

吸聲量確定以后，用吸聲量對外圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同頻率下的隔聲量進(jìn)行修正．根據(jù)式(11)得到計(jì)算結(jié)果見表6．

表6 組合墻有效隔聲量

3.2.4 計(jì)權(quán)隔聲量計(jì)算

根據(jù)計(jì)算出的有效隔聲量數(shù)據(jù)，用前述做圖法進(jìn)行計(jì)權(quán)隔聲量的計(jì)算，作圖結(jié)果如圖2所示．

圖2 計(jì)權(quán)隔聲頻率特性曲線

由圖2可知，移動(dòng)后標(biāo)準(zhǔn)曲線在500,Hz處的隔聲量為36,dB，即經(jīng)過圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔聲和考慮室內(nèi)吸聲量后，房間的實(shí)際降噪效果單值評價(jià)量達(dá)到了36,dB．根據(jù)周邊噪聲測試值數(shù)據(jù)，最大噪聲為69.5,dB，則室內(nèi)背景噪聲值為69.5－36＝33.5,dB．該計(jì)算結(jié)果與項(xiàng)目運(yùn)行評價(jià)時(shí)的室內(nèi)背景噪聲實(shí)際測量結(jié)果34.8,dB非常接近，說明本文所述噪聲計(jì)算方法可行，并且準(zhǔn)確．

4 結(jié) 語

將綠色建筑中涉及的噪聲計(jì)算歸納為圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件隔聲量、室內(nèi)背景噪聲和樓板撞擊聲聲壓級三大類，分析了計(jì)算過程中所涉及的建筑聲學(xué)原理，在此基礎(chǔ)上，以某工程實(shí)例闡述了噪聲的計(jì)算過程及應(yīng)注意的問題．將計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果比較，差異不大，表明本文對綠色建筑噪聲控制的計(jì)算方法有效可行．

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Noise Control Calculation Methods Analysis of Green Building

GUO Chun-mei1，HUANG Qing-biao1，KONG Ling-xia1，ZHAO Nai-ni2
(1. School of Energy and Safety Engineering，Tianjin Chengjian University，Tianjin 300384，China；2. Institute of Building Environment and Energy，China Academy of Building Research，Beijing 100013，China)

In the evaluation of green building,there is a situation in the noise control calculation of construction that the results is ambiguity due to the misunderstanding of the knowledge of acoustics and the unclear method of calculation. Based on analyzing methods in the noise control calculation of green building,this paper introduces the calculation process comprehensively with the data from an actual project to provide the theoretical basis and calculation methods for the assessment of the noise control of green building.

green building；noise；computational methods；case analysis

TB53

A

2095-719X(2015)02-0134-05

2014-09-15；

2014-11-17

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃子課題(2013BAJ09B02-03)

郭春梅（1971—），女，天津人，天津城建大學(xué)教授，博士．