河南农业大学毕业论文建筑窗户隔声性能的研究

河南农业大学本科生毕业论文题 目:建筑窗户隔声的性能的研究 学 院 ：林 学 院 专业班级 ：环境工程2009级（1）班 学 号 ： 0902103019 学生姓名 ： 黄 涛 指导教师 ： 杨 喜 田 撰写日期： 2013年 5月27日目录摘要.11综述.11.1噪声的概念和分类.11.2噪声的危害与标准.21.3城市噪声现状和治理途径.32. 隔声窗研究的意义.53.研究的方法.53.1实验步骤.53.2实验数据.64.结果分析.94.1 室外噪声的特征.94.2 不同窗户隔声效果.95.结论与讨论.105.1隔声窗户的选择.105.2型材与密封问题.115.3通风问题.12参考文献.13致谢.14建筑窗户隔声的性能的研究黄涛河南农业大学林学院环境系 郑州450002摘要：随着土地资源的紧缺，临街高层住宅日益增多；另外随着城市规模的扩大和发展速度的加快，人们的生活水平不断的提高，环境噪声也越来严重；噪声污染严重影响人们的身体健康和生活质量。日益严重的噪声问题引发了人们对居住环境的隔声要求，而窗户一直是建筑隔音的薄弱环节。本文研究对比常见隔声窗隔音性能，寻求更新更有效的隔声技术手段。在测量数据基础上结合文献数据，对隔声玻璃性能做了全面总结，将噪声源按频谱进行了细致的分类，方便隔声玻璃的针对性选择。关键词：城市噪声，建筑隔声，隔声窗户，隔声窗选择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、综述1.1噪声概念和分类噪声是指人们不需要的声音，它影响人们的正常休息和工作，危害人体健康。物理学上噪声是指发声体做无规则振动时，各种频率和声强组合发出的杂乱无序声音；医学上噪声指声音超过60分贝的声音；心理学上噪声指使人产生不愉快，烦躁的声音1。按照来源噪声主要分为三种，它们是交通噪声、工业噪声和生活噪声；按照噪声发生的原因主要分为空气动力性噪声、机械噪声和电磁噪声；按照频谱特性主要分为低频（20350Hz）、中频（3502800Hz和高频噪声（2800Hz)2。1.2噪声危害与标准1.2.1噪声危害噪声污染是当今社会面临的四大污染之一，给人带来的危害主要体现在以下3个方面：1）对人听觉的危害，人在较强的噪声环境下暴露一段时间后，会使听力下降。长期接触80dB以上的噪声，听力有可能受到损坏，在大于85dB噪声环境中工作20年，将有10%的人出现耳聋，环境噪声大于90dB时，耳聋患者的比例超过20%。2）对人神经系统的危害，会导致头晕脑胀、烦躁耳鸣，记忆力减退，失眠多梦一系列的症状；3）噪声影响人的正常交流，通常情况下，人们相对交谈距离为1m时候，平均声级为65dB。但是环境噪声会掩蔽语言声，使语言清晰度降低。噪声级与语言声级相当时候，正常交流受到干扰；噪声级高于语言声级10dB时候，语言声会被完全掩蔽3。1.2.2城市噪声标准表1-1 城市噪声标准GB3906-2008声环境功能区类别时段昼间夜间0类50401类55452类60503类65554类4a类70554b类70600类声环境功能区：指康复疗养区等特别需要安静的区域。1类声环境功能区：指以居民住宅、医疗卫生、文化体育、科研设计、行政办公为主要功能，需要保持安静的区域。2类声环境功能区：指以商业金融、集市贸易为主要功能，或者居住、商业、工业混杂，需要维护住宅安静的区域。3类声环境功能区：指以工业生产、仓储物流为主要功能，需要防止工业噪声对周围环境产生严重影响的区域。4类声环境功能区：指交通干线两侧一定区域之内，需要防止交通噪声对周围环境产生严重影响的区域，包括4a类和4b类两种类型。4a类为高速公路、一级公路、二级公路、城市快速路、城市主干路、城市次干路、城市轨道交通（地面段）、内河航道两侧区域；4b类为铁路干线两侧区域4。1.3城市噪声的现状和治理途径1.3.1城市噪声现状根据来源和噪声产生的方式，城市噪声主要分为工业噪声、建筑施工噪声、交通噪声和和社会生活噪声。每种噪声都有产生的背景和复杂性，要针对性的控制减少噪声。随着城市的高速发展，各种噪声也越来越大越来越严重。工业噪声，工业噪声是指在工业生产活动中使用固定的设备时产生的干扰周围生活环境的声音。随着城市工业化，工厂的增多工业噪声的来源增多，但噪音源及干扰范围相对固定，治理时候要有针对性。建筑施工噪声，凡在建筑工地中使用机械、设备所形成的噪声超出国家规定的环境噪声施工场界排放标准的便成为建筑施工噪声。伴随着进城热潮，城市的人口极速增加。郑州市统计局发布的一组数据显示，截至2011年郑州市常住人口为885.7万人，同2001年人口相比，10年共增加208.7万人，涨幅达23.5%， 人口增加对建筑的需求也进一步加大，由于城市面积的限制，高层建筑就会增加。建筑噪声也会增加，建筑施工噪声产生的音源固定，治理时要有针对性5。交通噪声，交通噪声是指机动车辆、铁路货车、机动船舶、航空飞机等交通运输工具在运行时候产生的干扰周围生活环境声音。随着我国经济的平稳快速发展，我国私家车数量年均增速超过30%，09年数量已超过1亿，且还在增加。6这一数据表明城市交通噪声将日益加剧，治理难度也将增大。社会生活噪声是指人为活动所产生的除工业噪声、建筑施工噪声和交通运输噪声之外的干扰生活环境的声音。如开展各种活动时的广播、音响和歌声、饲养动物的嚎叫等。随着固定人口和流动人口的增加生活噪声也是日益严重。1.3.2城市噪声控制途径从控制途径可以分为噪声源处理、传播途径处理、人耳处处理。对于日常生活和工作中的噪声，大多来自交通噪声和生活噪声。处理噪声途径对比如下7：人耳处处理不适合普遍噪声处理，它针对的某些局限环境下，比如工人在车间的操作机器。适用于噪声特别大的环境下，不需要或很少需要语言交流场所。正常生活工作环境基本可以排除在外，因为会影响正常的交流；噪声源处理方式是非常有效的，但是具有局限性，适合噪声源范围小，噪声集中的噪音源，对于生活噪声比如街道人流嘈杂声，路边的汽车声效果不好；另外减少噪声源的声强相对困难，比如汽车轮胎与马路的摩擦声，道路上行人的嘈杂声，很难从噪声源控制。综上，在传播途径中处理是较好的选择，尤其针对影响人们生活工作较大的交通噪声和生活噪声，隔声是最佳选择。1.3.3 隔声处理现状当今阶段城市噪声隔声处理包括道交通路旁设置绿化隔离带，高架桥和车流集中的居民段设置声屏障等。对于宽林带（几十米甚至上百米）隔声量可达1020dB，但是城市营造这样的绿化带是不现实的，普通绿化带只能有大概5dB的隔声量7。声屏障的减噪量与噪声的频率、屏障的高度以及声源与接收点之间的距离等因素有关。声屏障的减噪效果与噪声的频率成分关系很大，对大于2000Hz的高频声比8001000Hz左右的中频声的减噪效果要好，但对于25Hz左右的低频声则由于声波波长比较长而很容易从屏障上方绕射过去，所以效果就差。通常，声屏障对高频声可降低1015dB。声屏障的高度，可根据声源与接收点之间的距离设计，屏障的高度增加一倍，则其减噪量可增加6dB，为了使屏障的减噪效果较好，应尽量使屏障靠近声源或接收点10 。由于人口的增加，城市居住面积有限，临街临路高层建筑建筑数量增多，加上汽车增加，交通噪声进一步严重。绿化带和隔声屏障应用范围有限，很难在窄道路和街道旁实施，而且隔声量较低，隔声效果难以达到理想的效果。要想彻底改变建筑室内声环境，就要从建筑自身的隔声薄弱环节下手，也就是隔声窗户的研究改进。2.研究的意义在城市高速发展的今天，人们的生活水平不断提高，对生活品质的要求越来越高。而噪声问题越来越严重，对人的危害越来越大。人们都迫切希望一个安静的工作环境和生活环境，这种要求已被写入政策法规。从2006年3月1日施行的中华人民共和国治安管理处罚条例规定：制造噪声干扰他人生活的，将被处予警告；警告后不改正的处200元以上500元以下罚款8。减轻噪声对人们的影响，就要从人们的居住环境即建筑着手，一般的建筑墙体有较大的质量，有很好的隔声能力。而窗户由于厚度薄等原因隔声性能差，是建筑隔声的薄弱环节。因而要提高建筑隔声效果，就要开发研究新型的隔声窗，以达到理想的隔声降噪效果。本文主要研究对比中空窗户（双层玻璃中间是空气层或者惰性气体层)、夹层隔声窗（双层或多层玻璃中间夹阻尼材料如PVB）和真空隔声窗（玻璃中间抽去空气，为了玻璃不被压破中间有支柱支撑）的隔声性能，为以后建筑窗户选材做参考。3实验方法和数据3.1实验步骤实验目的：在室外噪声较大且较稳定的情况下，在室内利用噪声仪器分别测出中空窗户和夹层隔声窗户不同状态下噪声大小。并对比开窗室内噪声大小，求出不同窗户隔声量。分析室外噪声频率分布，和不同窗户不同频率噪声的隔声量。实验设备：噪声仪器 爱华AWA6288噪声频谱分析仪 （带频谱测量功能和A声级C声级）；实验地点：郑州市中州大道阳光新城12号楼10楼隔声样板室，临近中州大道室外噪声较大，窗外噪声高达70dB，已经超出国家城市噪声标准，GB3096-2008中一类55dB的标准。该房间墙体和门都做了处理，具有较高的隔声量，房间墙壁上有一个用于交换室内外空气通风器处于关闭状态。实验步骤：进入样板室，关上隔声门防止门外噪声干扰。打开中空窗（4+8A+4mm，A代表空气层）和夹层隔声窗（4+0.76+5mm，0.76mm代表阻尼材料厚度）两道窗户。（两道窗户在同一个窗洞）在距离窗户1.5m处，打开仪器调到每隔20秒记录一个数据，连续记录10个噪声数据组。然后在“仅关闭中空窗户”，“仅关闭夹层隔声窗户”，“两个窗户同时关闭”，“开启通风器并关闭夹层隔声窗户”几种情况下，同样的方式各记录10个数据组。把仪器伸出窗外1m处，测出10个室外噪声数据组。3.2实验数据3.2.1窗外交通噪声的频率分布图图3-1室外噪声频率分布图3.2.2不同关窗状态的整体隔声量根据室内每一组A声级的数据求出等效A声级。图3-2.不同关窗方式室内噪声大小a打开两个窗户；b仅关闭夹层隔声窗户；c是关闭两个窗户；d关闭通风器和夹层隔声窗户；e仅关闭中空窗户。以a做对比分别计算隔声量，a数据分别减去b.c.d.e数据，求出不同窗户的隔声量。隔声量分别除以a求出不同状态窗户隔声率。图3-3不同关窗方式的隔声率由图3-3对比b.e，可知夹层窗效果要好于中空窗。b与c数据十分接近，可知关不关中空影响不大。对比b和d得出通风器的开启对室内声环境有一定的影响。3.2.3不同关窗方式各频率噪声大小图3-4不同关窗方式各频率噪声大小图3-5不同关窗方式的各频率隔声量由3-5看出在63Hz时候中空窗存在隔声低谷，对于中空窗来说是由于质量-空气-质量共振造成的，63Hz是该玻璃的一个吻合频率9。吻合效应指投射于构件板面上的声波速度与板上弯曲速度相一致时产生的现象。这个特性破坏了中空玻璃低频隔声性能。 3.2.4真空隔声窗与单层窗隔声量对比 由于条件限制真空隔声窗未能做研究，引用他人的论文。VG、LG、Fl、Ig分别为真空玻璃、夹层玻璃、单片玻璃、中空玻璃，每一层组片都为3mm。LecLg为一种专用隔音夹胶玻璃10。图3-6典型隔声玻璃隔声曲线从图3-6结果看从图中可以看出，真空玻璃隔声量要比单层玻璃、普通夹层玻璃、中空玻璃、单片玻璃都高，仅次于隔声夹层玻璃，但并没有比其他玻璃有本质的提高。并没有理论知识那样：“真空不传声”，原因是玻璃之间的声桥和边框的传声。4结果分析4.1室外交通噪声的特征实验数据表明室外噪声超出国家城市噪声标准1类住宅标准。由表3-1可知中低频噪声（162K）占80%。测点室外临着交通要道，噪声主要是交通噪声。主要由车轮与马路的摩擦，机器马达的运转等产生。中低频噪声由于波长较长，容易发生衍射穿透力强难以治理。4.2 三种窗户隔声效果对比 图3-3可知隔声率较高的是夹层隔声窗和夹层隔声窗与中空窗同时关闭的情况，单纯的中空窗隔声率低，隔声效果一般。中空窗:有质量-空气-质量、吻合共振两个低谷；在中频隔声较高，低频和高频不是很好。夹层隔声窗：一般对于夹层玻璃由于中间有夹胶层阻尼，其吻合频率不能单单按单片玻璃厚度和总厚度，而是介于二者之间，吻合频率处的隔声主要由胶层决定。胶层的高阻尼决定其隔声性能，夹层玻璃对低频隔声效果较好，高频一般。真空隔声窗：真空窗户没能做到完全隔声的理论与实际的原因是，主要空腔间距和边界封接和两层玻璃之间的支柱以及真空度。真空窗间距小而没有质量-空气-质量共振点，但仍存在吻合谷，吻合频率由单层玻璃厚度决定，当单层玻璃发生震动时，振动就会从支柱和边部就行传递，如果这部分传递声能较多，他就会对真空层的发挥起到阻碍作用。边界封接和支柱等声桥决定着真空窗起作用，所以很难避免声桥现象。5.结论与讨论5.1窗户的选择本文对噪声源、玻璃的隔声性能分别作了测量与研究总结，二者的合理结和才能有效地控制噪声。下面针对高中低频噪声做出合理的选用建议。建议将隔声、综合造价、节能、安全等总体考虑。高频噪声：典例如电锯，在4KHz5KHz最高。3mm玻璃的吻合低谷大于4KHz，使用用单片为3mm的玻璃就不合适。图3-6知，真空玻璃、中空玻璃都处于温和低谷处，电锯声压级约为110dB，假设传到窗户外侧还有100dB，而真空玻璃在4KHz的隔声量还不到30dB，那么穿进去的声音为70dB。此时用单片6mm玻璃隔声量就达35dB，而更后玻璃乳10mm能达到更好的效果，但价格远远低于中空或真空玻璃。如果周围中低频噪声不明显，而高频早上也并不是超过100dB以上的强烈噪声，建议不必使用专门的隔声玻璃，只需使用较厚点的玻璃。中频噪声：中频噪声基本与人发出声音频段相符合，在现实生活中较多，由于3mm玻璃的吻合频率远离中频范围，建议使用3mm玻璃为基础的多层玻璃。在图3-6中，真空、夹层隔声玻璃、中空玻璃都有较好的隔声量，从隔声情况考虑使用任何一种皆可，如果使用夹层玻璃，可提高低谷出隔声量，一些专用的夹层隔声窗已能将该低谷大致消除。低频噪声：低频噪声一直是隔声的一个难点。中空窗对低频隔声较差而夹层隔声窗效果较好，真空和单片玻璃隔声较差，而夹层隔声窗效果显著。在制定玻璃的选区方案时候，要综合考虑，因为单一稳定的噪声源很少比如电钻高频噪声。人们都希望窗户在整个频段都有较好的隔声。同时希望玻璃具有节能，安全等特征。因此复合隔声窗无疑是最佳选择。复合隔声窗可以是空腔与夹层结合，这两点是节能与安全的关键11。如果原来已经有过中空窗，建议在不拆除原窗的基础上，加装一层夹层隔声窗，这样起到综合隔声和保温节能的特性。5.2其他注意事项多层玻璃组合的窗户比如中空和夹层窗，选取厚度不一样的玻璃组合，可以有效地减少噪声与窗户的共振，达到更好的隔声效果13。隔声窗户的玻璃选材很重要，型材决定窗户的密封性和安全性。型材要选取与玻璃配套达到很好的密封作用，使用寿命长具有强度高等特点。否者玻璃隔声性能再好密封不好，就会产生漏音13。一般选取带有硅胶条的金属型材，既能保证密封又能保证强度大安全性能高。5.3通风问题及解决 解决隔声与通风的矛盾一直以来都是难题，现阶段的隔声主要通过玻璃隔声量和密封性能。现今阶段已有人研制出了通风隔声窗，针对隔声玻璃低频隔声差的情况，设计有前馈和后馈的主动控制隔声窗，但是造价高。这个是以后要攻克的难题，造价低隔声高又能通风是隔声窗发展的必然趋势。常用的通风方式，就是加装静音通风器，通风器关闭时候起到很好的隔声，但是在运行的时候，自身会产生噪声。本文实验中测试了通风器的影响，图3-2可知，通风器的开启对对室内声环境有接近5dB的影响，在30多分贝安静环境，噪声敏感的人来说是不小的影响。如果不是长期在屋内，对声环境要求特别高，不建议加装。选择自然通风即可。论文一些问题不完善，鉴于条件限制，实验中噪声源不是十分稳定，数据不够精确；中空窗户和夹层窗户玻璃厚度不一致，夜间数据未作测量；真空玻璃和单层玻璃隔声效果不是自己试验得出的，通风隔声窗没有深入研究；在以后的工作学习中这些问题需要进一步深入研究。参考文献：1毛东兴洪宗辉主编.环境噪声控制工程。北京：高等教育出版社，2010.1:7132马大猷主编噪声控制学北京：科学出版社，1987:31353魏继承译.手术室及ICU环境的噪声污染J.国外医学麻醉与复苏分册，1996，17（5）：311-3124声环境质量标准GB 3096-2008 5郑州市统计局http:/www.zzstj6刘研华，张朋，高小晋.我国城市噪声污染现状与特征.中国环境监测。第25卷 第4期7张伟文.现代城市噪声污染分析及治理措施建议.企业科技与发展.2010.12:1341438中华人民共和国治安管理处罚条例十七条9A .cops,H.myncke,G.Vermeir.insulation of reverberant sound through double and multilayered glass constructions.Axustica.1975,33(4):257265 10 庞堃.建筑玻璃隔声性能及检测方法研究.中国建筑材料科学研究院总院论文:343811陆开明.建筑业双钢化夹层玻璃的制作方法.建材世界.2009.30:13113212杨振华主编.耐热镁合金.北京：化工出版社,2006.1013屈维德等，振动机械手册，机械工业出版社2005.5致谢：在我毕业论文从选题到编制完成的整个过程中，首先需要向一直以来对我关怀备至的杨喜田老师表示最诚挚的感谢！在论文编制的整个过程中，工作繁忙的杨老师为我提供了很多宝贵的意见和建议，从试验的确定到试验的设计，到论文的大纲确定，无不凝聚杨老师的心血。授人以鱼不如授人以渔，杨老师在指导我撰写论文的同时，还注重引导我如何更有效的学习以及学会自己思考，虽然现在的我还稍显稚嫩，但懂得了这些学习及思考的方法，我相信自己无论在今后的工作学习中还是生活中都会逐渐变得成熟起来。感谢郑州嘉韵环保科技有限公司提供的实验仪器和实验地点，以及参考资料；感谢这些年来辛勤教育和陪伴我成长的各位专业课、基础课老师，老师们严谨的治学态度和扎实的理论基础知识储备让我感到深深敬佩，在老师们的帮助指导下，我才学到了扎实的理论知识，为今后的工作学习打下了良好的基础。感谢袁远老师给的宝贵建议，感谢薛帅征、王昆两位研究生学长对我论文内容和格式的指正，感谢寝室室友李幸原、杜泽宇、王海鱼等在论文编制过程的帮助。在毕业论文编制的过程中，通过查阅大量相关资料及现场调查，我不仅巩固了理论知识，学到了很多新的方法和知识，还更好的将理论知识与实际相结合，使自己的分析和思考能力得到进一步提升，逐步探索处适合自己的学习方法和思考方法，为今后的学习工作和进一步发展打下了良好而坚实的基础。当然由于经验和水平的限制，我的论文当中必然还存在着诸多的不当之处，恳请各位老师不吝赐教，给予批评和指正，帮助我更快更好的成长！最后祝愿我周围的亲人、朋友、师长、同学、同事都能够身体健康，事事顺心！祝福林学院和我的母校河南农业大学能够越走越辉煌！指导教师评语(主要评价论文的工作量、试验数据的可靠性、论文的主要内容与特点、写作水平等)： 签 名： 年 月 日答辩委员会评语及论文成绩(主要评价论文的性质、难度、质量、综合训练、答辩情况、不足等。评定论文成绩)：论文答辩成绩：论文综合成绩：主任委员签名： 年 月 日13