一種新型自然通風(fēng)隔聲窗的構(gòu)造設(shè)計與分析

胡允濤 孟文花

(山西平陽重工機(jī)械有限責(zé)任公司，山西 臨汾 043003)

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一種新型自然通風(fēng)隔聲窗的構(gòu)造設(shè)計與分析

胡允濤 孟文花

(山西平陽重工機(jī)械有限責(zé)任公司，山西 臨汾 043003)

為了進(jìn)一步應(yīng)對城市交通噪聲的嚴(yán)重影響，提出一種新型的自然通風(fēng)隔聲窗構(gòu)造，在雙層窗隔聲原理的基礎(chǔ)上，利用單通道消聲器原理，將多層透明微穿孔共振吸聲結(jié)構(gòu)設(shè)置在雙層窗空腔內(nèi)形成消聲通道，指出該自然通風(fēng)隔聲窗在滿足通風(fēng)的前提下具有良好的隔聲性能。

交通噪聲，自然通風(fēng)，隔聲窗，消聲通道

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城鄉(xiāng)一體化的推進(jìn)，城市交通噪聲的污染愈發(fā)嚴(yán)重。降低建筑室內(nèi)噪聲的重要措施之一是采用高效隔聲窗。本文提出一種新型的自然通風(fēng)隔聲窗構(gòu)造隔聲窗來對噪聲加以適當(dāng)?shù)目刂疲瑥亩鵂I造一個舒適的聲環(huán)境。

1 自然通風(fēng)隔聲窗新型構(gòu)造設(shè)計

1.1 自然通風(fēng)隔聲窗新型構(gòu)造設(shè)計原則

建筑內(nèi)部空間，是為使用者營造一個能夠抵擋室外氣候影響，擋風(fēng)避雨，遮陽隔音且相對獨立的人造物理環(huán)境。因此作為建筑的外圍護(hù)構(gòu)件的窗戶而言，作為室內(nèi)外環(huán)境的銜接，需具備采光、通風(fēng)和觀景基本功能，以及為了調(diào)控室內(nèi)物理環(huán)境處在人體的適應(yīng)范圍內(nèi)，還應(yīng)具有保溫、隔熱、隔聲等特性。本文主要圍繞自然通風(fēng)隔聲窗的隔聲性能和通風(fēng)效果兩個方面進(jìn)行闡述。

1.2 自然通風(fēng)隔聲窗新型構(gòu)造

自然通風(fēng)隔聲窗與普通窗戶一樣，一般也是由窗框、窗扇、玻璃和五金件組成。這里以山西臨汾地區(qū)為例，如圖1所示，外墻結(jié)構(gòu)層一般為300 mm厚，并且選取最常見的窗戶尺寸1 800×1 500來進(jìn)行詳述。

窗戶整體設(shè)計為含有空腔的雙層窗，考慮到窗戶的熱工性能，將室外窗設(shè)置為單層玻璃，室內(nèi)窗設(shè)置為雙層中空玻璃(見圖1c))。構(gòu)造上將較寬的一面(1 050×1 500)設(shè)置為窗戶的通風(fēng)道(見圖1a)，圖1b))，在進(jìn)風(fēng)口處設(shè)置了玻璃百葉，排風(fēng)口處為上懸窗，空氣經(jīng)由進(jìn)、排風(fēng)口及雙層窗中間的空腔進(jìn)行自然通風(fēng)(見圖2)。中間固定扇的空腔內(nèi)安裝了多層透明微穿孔共振板(膜)，形成消聲通道。窗立面中相對較窄的一面(750×1 500)設(shè)置為普通常用的雙層窗，上面窗戶的內(nèi)外兩側(cè)均為固定扇，下面窗戶的內(nèi)外兩側(cè)則是均可以開啟的平開窗扇。只是開啟的時候，內(nèi)側(cè)的窗扇應(yīng)向內(nèi)開啟，而外側(cè)的窗扇應(yīng)向外開啟。

2 自然通風(fēng)隔聲窗的理論分析與計算

2.1 窗戶自然通風(fēng)理論分析

1)窗戶進(jìn)出風(fēng)洞口面積的確定。根據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》[1]中對有效通風(fēng)面積不應(yīng)小于房間地板面積的5%規(guī)定，因此對于約10 m2的建筑空間及常見的窗戶尺寸1 800×1 500為例來進(jìn)行研究，如圖1a)，圖1b)所示，窗戶通風(fēng)洞口的尺寸設(shè)置為1 050×500。

2)熱壓作用通風(fēng)原理。窗戶通風(fēng)原理為熱壓通風(fēng)，如圖3所示。當(dāng)室外溫度低于室內(nèi)溫度，室外的冷空氣由窗戶下方的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入到雙層窗中間的空腔內(nèi)，受到室內(nèi)一側(cè)中空玻璃溫度高的影響，空氣密度變低向上移動，底部形成負(fù)壓區(qū)，室外溫度較低，密度較大的空氣則源源不斷地補充進(jìn)來，形成自然通風(fēng)。

2.2 窗戶隔聲的理論分析

1)窗戶隔聲的理論設(shè)計。城市噪聲絕大部分為交通噪聲，而這些交通噪聲又多為中低頻聲，故窗戶采用薄板吸聲結(jié)構(gòu)能夠很好的吸收中低頻噪聲。因此，自然通風(fēng)隔聲窗的雙層窗設(shè)計不僅能夠起到良好的節(jié)能保溫作用，也是一種能夠很好處理中低頻聲的理論模型。

聲學(xué)上，從聲屏障的隔聲角度考慮，將室外進(jìn)風(fēng)口處設(shè)計成為三片玻璃材質(zhì)的百葉，不僅不影響窗戶的采光效果，還能充當(dāng)小型聲屏障，起到隔聲的作用。而從聲學(xué)吸聲角度考慮，雙層窗戶夾層空腔內(nèi)安裝多層透明微穿孔共振板(膜)，形成消聲通道，其消聲有效頻率范圍為交通噪聲的主要頻譜范圍200 Hz～2 000 Hz[2]，結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。這里選用一種構(gòu)造理論模型：a.外層單層玻璃厚度5 mm；b.中部空腔厚度為150 mm；c.內(nèi)層中空玻璃厚度為：6/10A/6(玻璃/空氣層厚度A/玻璃，單位：mm)。

2)窗戶隔聲的理論計算。

a.通風(fēng)通道關(guān)閉狀態(tài)下隔聲窗隔聲量的理論計算。當(dāng)窗戶窗扇關(guān)閉時，窗戶因為自身雙層的構(gòu)造，形成雙層介質(zhì)隔聲結(jié)構(gòu)，外層的單層玻璃、內(nèi)層的中空玻璃與夾層密閉空氣層。利用隔聲質(zhì)量公式，計算得出雙層窗綜合計權(quán)隔聲量見圖5，并與普通中空玻璃隔聲量進(jìn)行了對比，其隔聲量在不同頻率下的隔聲性能均較高。

b.通風(fēng)通道開啟狀態(tài)下隔聲窗隔聲量的理論計算。自然通風(fēng)隔聲窗在開啟狀態(tài)下的總體隔聲量計算式見式(1)[3]：

(1)

其中，R為自然通風(fēng)隔聲窗在開啟狀態(tài)下的總隔聲量；τ為雙層組合隔聲窗的綜合聲透射比。

對于自然通風(fēng)隔聲窗的總隔聲量通過先分別求解雙層隔聲窗(不包括消聲通道)的聲透射比τc和消聲通道的聲透射比τx來求出[3]。

(2)

其中，Rc為雙層隔聲窗(不包括消聲量)的隔聲量；R1為單層玻璃窗的隔聲量；S1為單層玻璃窗的面積；R2為中空玻璃窗的隔聲量；S2為中空玻璃窗的面積；R3為雙層窗的隔聲量；S3為雙層窗的面積。窗戶不同隔聲部分示意圖見圖6。

其中，R1,R2,R3的隔聲量通過建筑聲學(xué)設(shè)計手冊[4]查出，將其代入式(2)中，得出雙層隔聲窗(不包括消聲通道)在不同頻率下的隔聲量，見表1。

表1 自然通風(fēng)隔聲窗(不包括消聲通道)的隔聲量

然后根據(jù)式(1)，分別求出不同頻率下的聲透射比τc，見表2。

對于消聲通道R4的消聲量根據(jù)通道的尺寸與材料消聲系數(shù)求得，再同樣利用式(1)，得出不同頻率下的聲透射比τx，如表3所示。

表2 自然通風(fēng)隔聲窗(不包括消聲通道)的聲透射比τc

表3 自然通風(fēng)隔聲窗消聲通道的聲透射比τx

在通風(fēng)狀態(tài)下，窗戶的隔聲效果由內(nèi)外側(cè)玻璃與消聲通道共同作用決定，窗戶的綜合聲透射比根據(jù)式(3)求解[3]：

(3)

其中，τ為自然通風(fēng)隔聲窗的綜合聲透射比；Sc為自然通風(fēng)隔聲窗(不包括通風(fēng)洞口)的面積；τc為雙層組合隔聲窗(不包括消聲通道)的聲透射比；Sx為消聲通道通風(fēng)洞口的面積；τx為消聲通道的聲透射比。

計算得出雙層組合隔聲窗的綜合聲透射比τ，見表4。

表4 自然通風(fēng)隔聲窗的綜合聲透射比τ

最后，通過式(2)，計算得出自然通風(fēng)隔聲窗在開啟狀態(tài)下的總隔聲量，見表5。

表5 自然通風(fēng)隔聲窗開啟狀態(tài)總隔聲量

c.新型隔聲窗隔聲量的計算結(jié)論與分析。在圖7中能夠看到，自然通風(fēng)隔聲窗在通風(fēng)通道關(guān)閉狀態(tài)下的隔聲性能開啟狀態(tài)下的隔聲性能計算值的比較。自然通風(fēng)隔聲窗在開啟狀態(tài)時，其隔聲量處于15 dB～20 dB，尤其是低中頻段隔聲量在20 dB以上。隔聲量雖然均低于關(guān)閉狀態(tài)，但仍然可與關(guān)閉的普通單層窗的隔聲性能相當(dāng)，可見其在滿足自然通風(fēng)的前提下對交通噪聲起到了一定的阻隔作用，說明其構(gòu)造的消聲通道在隔聲中的有效性。

3 結(jié)語

自然通風(fēng)隔聲窗因為具有良好的隔聲效果與兼顧通風(fēng)性能，是降低城市噪聲對室內(nèi)聲環(huán)境影響的重要措施。合理利用隔聲原理在窗戶的進(jìn)風(fēng)口處設(shè)置了小型的玻璃材質(zhì)的百葉式聲屏障、在雙層構(gòu)造夾層空腔安裝多層透明微穿孔共振吸聲結(jié)構(gòu)作為消聲通道，使得自然通風(fēng)隔聲窗構(gòu)造更具有實用價值。

[1] GB 50736—2012,民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 俞悟周,王佐民.一種新型高效自然通風(fēng)隔聲窗的設(shè)計與試驗[J].環(huán)境工程,2008(10):102-104.

[3] 方舟群,王文奇.噪聲控制技術(shù)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社,1983.

[4] 建筑聲學(xué)設(shè)計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1987.

A new structure design and analysis of natural ventilation sound-proof window

Hu Yuntao Meng Wenhua

(ShanxiPingyangIndustryMachineryCo.,Ltd,Linfen043003,China)

With adapting the urban traffic noise impact on the living environment, this paper proposed a new structure design of natural ventilation acoustic proof window. Based on double glazing windows principle, the transparent multilayer micro punch resonance sound absorption structure are arranged to form a double window noise channel in the cavity, by using the principle of single channel muffler. Point out the new natural ventilation sound-proof window has not only good noise insulation ability, but also a capacity of ventilation.

traffic noise, natural ventilation, sound-proof window, noise channel

1009-6825(2017)11-0141-03

2017-02-09

胡允濤(1973- )，男，工程師

TU834.1

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