一種兼具通風(fēng)和降噪作用的窗下墻結(jié)構(gòu)★

趙澤陽 檀文迪 楊 靜 李聚真 李春雷

(華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北 唐山 063210)

·水·暖·電·

一種兼具通風(fēng)和降噪作用的窗下墻結(jié)構(gòu)★

趙澤陽 檀文迪*楊 靜 李聚真 李春雷

(華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北 唐山 063210)

在綜合利用自然通風(fēng)和吸聲降噪基本原理的基礎(chǔ)之上，提出一種應(yīng)用于窗下墻部位的新型墻體，對(duì)該新型墻體的構(gòu)造組成、材料、工作原理方面進(jìn)行介紹。本研究所取得的研究成果能夠使房間同時(shí)實(shí)現(xiàn)防噪和通風(fēng)的目的。

通風(fēng)，降噪，窗下墻，結(jié)構(gòu)

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于建筑通風(fēng)降噪問題已經(jīng)進(jìn)行了一定的研究并初具成果。大部分學(xué)者著眼于對(duì)窗玻璃和窗框材料的改進(jìn)研究方向，也有學(xué)者將關(guān)注的重點(diǎn)放在優(yōu)化窗戶的密封性能上。上述方法優(yōu)點(diǎn)是提高了閉窗狀態(tài)的降噪效果，但其缺點(diǎn)是難以同時(shí)滿足降噪和通風(fēng)的需求。也有部分學(xué)者提出利用機(jī)械通風(fēng)設(shè)備更新室內(nèi)空氣的方法，但因設(shè)備運(yùn)行時(shí)能量消耗較大、產(chǎn)生噪聲，且難以達(dá)到自然風(fēng)的通風(fēng)質(zhì)量，因此也沒有在實(shí)踐中得到較好推廣。另有部分學(xué)者在兼具通風(fēng)和降噪的窗構(gòu)造問題上開展研究，該領(lǐng)域的成果較少，其中劉松、鄒海山等提出了一種內(nèi)外交錯(cuò)開窗的窗體構(gòu)型，在內(nèi)外窗之間形成通風(fēng)道，再于雙層窗間形成的通風(fēng)道內(nèi)敷設(shè)吸聲材料，其研究是防噪通風(fēng)窗研究的一次成功探索，但該做法導(dǎo)致窗戶厚度增加，且由于所采用的吸聲材料類型固定，降噪效果不甚理想。由此，有必要探索新技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)防噪、通風(fēng)、采光、美觀等多方面的需求。本研究針對(duì)上述需求，提出了一種應(yīng)用于窗下墻部位的新型墻體結(jié)構(gòu)，以下對(duì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方式、材料、工作原理、性能評(píng)價(jià)進(jìn)行介紹。

1 構(gòu)造研究

1.1構(gòu)造組成

該防噪通風(fēng)墻結(jié)構(gòu)針對(duì)南方地區(qū)氣候特點(diǎn)設(shè)計(jì)，用于窗下墻部位。墻體構(gòu)造層次由外至內(nèi)依次為外圍護(hù)墻、空腔、微穿孔板、空腔、內(nèi)圍護(hù)墻(見圖1)。外圍護(hù)墻為弧形微凸出于建筑外墻表面，并固定于上下窗臺(tái)，在外圍護(hù)墻內(nèi)表面鋪設(shè)多孔吸聲材料。內(nèi)圍護(hù)墻與室內(nèi)墻面平齊并固定于上下窗臺(tái)(見圖2)，內(nèi)圍護(hù)墻是由微穿孔板、左右墻體和上下窗臺(tái)圍合成的封閉腔體構(gòu)造，腔體內(nèi)填充有多孔吸聲材料。在外圍護(hù)墻和內(nèi)圍護(hù)腔體之間再設(shè)置一層微穿孔板，該微穿孔板與內(nèi)外圍護(hù)墻形成兩個(gè)非封閉空腔，該層微穿孔板分為左右兩部分設(shè)置，上下貫通，并以固定桿固定于內(nèi)外圍護(hù)墻上。在外圍護(hù)墻的左右各設(shè)置一個(gè)通風(fēng)口，通風(fēng)口入口處鋪設(shè)封口百葉和鐵絲網(wǎng)，起到防止雜物堵塞孔口的作用(見圖3)。內(nèi)圍護(hù)墻中間位置設(shè)置一個(gè)通風(fēng)口，對(duì)應(yīng)于通風(fēng)孔的位置在內(nèi)圍護(hù)墻上設(shè)置一個(gè)推拉窗，依靠固定于上下窗臺(tái)的滑軌左右推拉，控制內(nèi)圍護(hù)墻上通風(fēng)孔的開閉，在窗扇與內(nèi)圍護(hù)墻縫隙中設(shè)密封緩沖膠條(見圖4)。

1.2使用材料

內(nèi)外圍護(hù)墻采用多層膠合板材料，保證強(qiáng)度的同時(shí)具有一定的保溫及隔聲性能，外圍護(hù)墻外表面選用與墻體外表面裝飾相配合的飾面材料；微穿孔板采用鋁板材質(zhì)，易于加工并具有較好的共振吸聲性能，其厚度、孔徑和開孔率應(yīng)依據(jù)當(dāng)?shù)卦肼曨l譜計(jì)算確定；多孔吸聲材料采用巖棉材料，其中內(nèi)圍護(hù)墻腔體內(nèi)填充的巖棉密度應(yīng)較小，保證空腔內(nèi)有較大的孔隙率；通風(fēng)孔上設(shè)置的百葉采用鋁板材料，橫紋百葉，輕質(zhì)高強(qiáng)，具備良好的耐候性和耐久性，其葉片形狀及表面顏色適應(yīng)建筑外立面效果。

2 工作原理研究

室外自然風(fēng)攜帶噪聲通過外圍護(hù)墻上的兩個(gè)通風(fēng)口進(jìn)入墻體內(nèi)部，空氣流動(dòng)過程中聲能被吸聲材料和微穿孔板消耗后，氣流通過內(nèi)圍護(hù)墻上的通風(fēng)口進(jìn)入室內(nèi)，更新室內(nèi)空氣以達(dá)到換新風(fēng)的目的。具體通風(fēng)和降噪原理如下。

2.1通風(fēng)原理

當(dāng)室外空氣流動(dòng)方向與該墻體垂直或成一定角度時(shí)，氣流直接通過通風(fēng)口進(jìn)入窗體內(nèi)部；當(dāng)室外空氣流動(dòng)與墻體平行時(shí)，氣流經(jīng)過此墻體的弧形外墻，在弧形外墻處的氣流速度會(huì)大于離外圍護(hù)墻表面一定距離處的氣流速度，根據(jù)伯努利原理，外圍護(hù)墻表面氣壓小于距離其一定遠(yuǎn)處位置的氣壓，形成壓差，氣流會(huì)進(jìn)入通風(fēng)口。當(dāng)氣流通過通風(fēng)口后，以一定速度進(jìn)入窗體內(nèi)部。墻體內(nèi)部風(fēng)道靠外墻一側(cè)為多孔吸聲材料，多孔吸聲材料具有較大流阻，在其表面氣流速度相對(duì)較小。相反，風(fēng)道室內(nèi)一側(cè)光滑微穿孔板流阻小于多孔吸聲材料，其表面空氣流速較小，同樣依據(jù)伯努利原理，在室內(nèi)出風(fēng)口位置形成壓差，靠近外圍護(hù)墻一側(cè)空氣壓強(qiáng)大于內(nèi)圍護(hù)墻一側(cè)，氣流被壓向室內(nèi)。同時(shí)，左右雙向風(fēng)壓匯聚于中間室內(nèi)通風(fēng)口位置，加之外圍護(hù)墻弧形構(gòu)造的匯聚作用，形成較強(qiáng)氣流，保證了氣流以足夠的速度進(jìn)入室內(nèi)。綜上，此種方式盡可能加大了室外進(jìn)風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)量和風(fēng)速，同時(shí)在裝置內(nèi)部也盡可能減少了風(fēng)量和風(fēng)速的損耗。

2.2降噪原理

本墻體構(gòu)造采用將多種吸聲方式相結(jié)合的辦法進(jìn)行吸聲構(gòu)造設(shè)計(jì)。吸聲構(gòu)造主要包含窗體中間的微穿孔板、內(nèi)墻外側(cè)的微穿孔板、鋪貼于外墻內(nèi)側(cè)的多孔吸聲材料、填充于內(nèi)墻中的多孔吸聲材料、微穿孔板與圍護(hù)墻之間形成的空腔。多孔吸聲材料對(duì)高頻率聲的吸聲效果最明顯，吸聲相對(duì)系數(shù)較大，但其對(duì)于中低頻噪聲的吸聲效果不明顯；相對(duì)的，微穿孔板的吸聲性能主要集中在中頻頻段，其吸聲頻帶相對(duì)較寬，當(dāng)入射聲波的頻率和微穿孔板的固有頻率一致時(shí)，穿孔位置的空氣會(huì)發(fā)生較大震動(dòng)，能夠有效地使聲能衰減；同時(shí)，在微穿孔板與內(nèi)圍護(hù)墻之間形成一定深度的密閉空腔，入射聲波引起空腔內(nèi)氣體震動(dòng)，能夠有效地消耗低頻聲的聲能。當(dāng)氣流攜帶聲波進(jìn)入窗體內(nèi)部時(shí)，消聲道內(nèi)多孔吸聲材料具有較大的聲阻，使聲能轉(zhuǎn)化為熱能被消耗。但頻率小、波長(zhǎng)長(zhǎng)的聲波依然能夠通過多孔吸聲材料，此時(shí)引起微穿孔板空洞中間空氣震動(dòng)將中頻聲聲能消耗，透過穿孔板的低頻聲引起穿孔板后的空腔震動(dòng)，消耗低頻聲的聲能。綜上，空氣進(jìn)入室內(nèi)時(shí)其各頻段聲波都有一定的消耗，能夠起到明顯的降噪效果，并且可通過對(duì)多種吸聲材料的結(jié)合使用，達(dá)到有針對(duì)性的吸收特定頻率噪聲的效果。

3 適應(yīng)性研究

1)通風(fēng)適應(yīng)性。該結(jié)構(gòu)進(jìn)出風(fēng)口的大小以當(dāng)?shù)叵募酒骄L(fēng)速為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定，為適應(yīng)不同的風(fēng)速條件，其室外通風(fēng)口大小可根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w的平均風(fēng)速進(jìn)行改變，同時(shí)其室內(nèi)通風(fēng)口處的推拉窗扇亦可人為調(diào)節(jié)，以保證室內(nèi)獲得最佳通風(fēng)感受。2)降噪適應(yīng)性。該結(jié)構(gòu)采用預(yù)制裝配式的施工方法，符合裝配式建筑發(fā)展的方向。內(nèi)層墻體可靈活拆裝，這就保證了該結(jié)構(gòu)所使用的吸聲材料可根據(jù)實(shí)際情況靈活更換，且可靈活調(diào)整中間部位的微穿孔板的前后位置。因此，可有針對(duì)性的調(diào)整噪聲吸聲頻率，優(yōu)化吸聲效果。

4 結(jié)語

本研究提出的應(yīng)用于窗下墻位置的防噪通風(fēng)墻，不影響窗口部位的采光量，不對(duì)建筑主體部位的結(jié)構(gòu)造成影響，采用自然通風(fēng)模式最大限度降低能耗。本研究提出的防噪通風(fēng)墻體構(gòu)造，是對(duì)綠色建筑構(gòu)造措施設(shè)計(jì)的一次探索，能夠?yàn)榫G色建筑的實(shí)現(xiàn)提供參考借鑒價(jià)值。

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Awallwithventilationandnoisereductionfunction★

ZhaoZeyangTanWendi*YangJingLiJuzhenLiChunlei

(ArchitectureandCivilEngineeringCollege,NorthChinaUniversityofScienceandTechnology,Tangshan063210,China)

On the basis of the study on the comprehensive utilization of natural ventilation and noise reduction principle, this paper proposes a new wall window wall area, this study in the following aspects: the structure, material, working principle were introduced. The research results of this research can make the room achieve the purpose of noise prevention and ventilation.

ventilation, noise reduction, wall below the window, structure

李春雷(1995- )，男，在讀本科生

TU318

A

1009-6825(2017)26-0123-02

2017-07-08 ★:本論文為華北理工大學(xué)“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目”(項(xiàng)目編號(hào):X2016088)

趙澤陽(1994- )，男，在讀本科生；楊 靜(1992- )，女，在讀本科生；李聚真(1992- )，男，在讀本科生；

檀文迪(1981- )，女，碩士，講師