不同構(gòu)造參數(shù)雙層窗隔聲性能試驗研究

朱杰，陳洋，蔡樂剛

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不同構(gòu)造參數(shù)雙層窗隔聲性能試驗研究

朱杰，陳洋，蔡樂剛

(上海市房地產(chǎn)科學(xué)研究院，上海 200031)

通過試驗研究玻璃構(gòu)造形式與規(guī)格、開啟方式與密封形式、雙層窗間距及窗框型材對雙層窗隔聲性能的影響，分析得出：玻璃構(gòu)造形式與規(guī)格對雙層窗的計權(quán)隔聲量影響較小，其空氣聲隔聲量頻率特性曲線相近，低頻共振頻率主要出現(xiàn)在160～250 Hz范圍；外平開/內(nèi)推拉形式雙層窗的隔聲性能與雙平開形式雙層窗相當(dāng)，均顯著優(yōu)于雙推拉形式雙層窗，且推拉窗采用包覆式密封條替換普通毛條，對提升外平開/內(nèi)推拉形式雙層窗的隔聲量有一定效果；在相同條件下，當(dāng)兩層窗之間的間距大于90 mm時，雙層窗構(gòu)件的計權(quán)隔聲量相近，隔聲性能優(yōu)于間距為80 mm的雙層窗。

雙層窗；隔聲性能；測試分析

0 引言

當(dāng)前機場、鐵路、高架道路等周邊建筑受噪聲污染程度較嚴(yán)重，部分地區(qū)的室外聲環(huán)境達到80 dB(A)及以上，為滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，單層窗難以滿足敏感建筑降噪隔聲改造的要求，雙層隔聲窗的研究與應(yīng)用越來越廣泛。目前針對建筑噪聲控制技術(shù)已有較多研究，包括隔聲構(gòu)件隔聲性能測試、吸聲材料研究等[1-3]，由于雙層窗構(gòu)造較復(fù)雜，隔聲性能影響因素甚多，尚無法建立一種普適的預(yù)測模型，對雙層窗隔聲性能的研究較少[4-6]，尚未見系統(tǒng)研究報道。在當(dāng)前的工程設(shè)計中，根據(jù)隔聲需求通過大量樣窗設(shè)計與測試進行隔聲構(gòu)件選型，存在重復(fù)性和不確定性。因此，有必要系統(tǒng)研究不同工況下雙層窗隔聲性能的影響因素，為隔聲設(shè)計工程提供技術(shù)參考。本文通過定制加工不同設(shè)計參數(shù)的雙層窗試件，實驗測試分析不同因素對雙層窗隔聲性能的影響規(guī)律。

1 試驗方案設(shè)計

為減小外界因素如樣窗材料、加工質(zhì)量、安裝差異對試驗結(jié)果的影響，本試驗樣窗構(gòu)配件統(tǒng)一采購、委托同一專業(yè)門窗廠定制加工，且實驗室安裝后由專業(yè)技術(shù)人員復(fù)核。本試驗樣窗設(shè)計參數(shù)包括玻璃構(gòu)造形式與規(guī)格、開啟方式與密封形式、窗框型材與雙層窗間距，其中，考慮既有住宅建筑實際情況，開啟方式主要為外平開/內(nèi)推拉、雙推拉與雙平開三種；設(shè)計了6種玻璃構(gòu)造形式(外中空/內(nèi)單片、雙中空、外夾層/內(nèi)單片、外夾層/內(nèi)中空、外中空/內(nèi)夾層和雙夾層)，各玻璃構(gòu)造形式又根據(jù)玻璃厚度與具體構(gòu)造分為不同規(guī)格，以及兩層窗間距為80～120共5種形式和塑鋼、斷橋鋁兩種窗框型材。設(shè)計參數(shù)具體如表1所示，表1中，pvb指玻璃夾層膜，A代表中空玻璃空氣層，表中數(shù)字單位均為mm。

2 測試方法與結(jié)果

窗試樣空氣聲隔聲性能測試方法嚴(yán)格按照GBT19889.3-2005《聲學(xué)建筑和建筑構(gòu)件隔聲測量第3部分：建筑構(gòu)件空氣聲隔聲的實驗室測量》進行，以1/3倍頻程在頻率范圍100～5 000 Hz內(nèi)共18個中心頻率進行測試，測試前測量實驗室溫濕度，盡可能保持相近的測試環(huán)境。

測試結(jié)果依照GB/T 50121-2005《建筑隔聲評價標(biāo)準(zhǔn)》計算，考慮到隔聲窗為外立面窗，故只考慮交通噪聲頻譜修正量tr，構(gòu)件計權(quán)隔聲量w及修正量tr，測試結(jié)果見表2。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 玻璃構(gòu)造形式與規(guī)格的影響

在其他條件相同的情況下，不同玻璃構(gòu)造形式與規(guī)格雙層窗構(gòu)件S1～S19隔聲量測試結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出可以看出，雙層窗構(gòu)件的隔聲量w均超過45 dB，交通噪聲頻譜修正后的隔聲量w+tr超過40 dB，且除構(gòu)件S1和S17外，其余構(gòu)件隔聲量w+tr均超過45 dB，隔聲性能達到6級標(biāo)準(zhǔn)[7]。不同玻璃構(gòu)造形式的雙層窗的隔聲量無顯著差異。對比相同玻璃構(gòu)造形式、不同規(guī)格雙層窗的隔聲量可以看出，在其他條件相同的情況下，增加玻璃厚度對提升雙層窗隔聲量的效果不顯著，如雙中空玻璃形式構(gòu)件S8較S5玻璃厚度整體增加了14 mm，隔聲量僅提高了1 dB；外夾層/內(nèi)單片玻璃形式構(gòu)件S11較S9兩層玻璃厚度分別增加了8 mm+0.38 mm pvb和4 mm，修正后隔聲量w+tr反而降低了1 dB。

表1 雙層隔聲窗參數(shù)設(shè)計

注：試樣窗尺寸均為1.2 m×1.5 m；窗框型材均為大連實德品牌型材。

表2 雙層窗隔聲量測試結(jié)果(dB)

圖1 不同玻璃構(gòu)造形式與規(guī)格雙層窗的隔聲量

圖2為6種玻璃構(gòu)造形式的不同規(guī)格窗構(gòu)件的空氣聲隔聲量頻率特性曲線，分析可發(fā)現(xiàn)：

(1) 除部分構(gòu)件如S7、S8、S14外，試驗測試雙層窗構(gòu)件的1/3倍頻程隔聲性能頻譜曲線均存在低頻共振現(xiàn)象，低頻共振低谷點主要位于250 Hz處，但對于不同的玻璃構(gòu)造形式，其受低頻共振的影響程度存在一定差異，如外中空/內(nèi)單片玻璃構(gòu)造形式的雙層窗受低頻共振影響較大，外夾層/內(nèi)單片玻璃構(gòu)造形式的雙層窗受低頻共振影響較小。

(2) 從圖2(a)可以看出，對于外中空/內(nèi)單片玻璃構(gòu)造形式雙層窗，隨著兩層窗體玻璃規(guī)格厚度的增大，窗隔聲性能稍有提升，主要表現(xiàn)為降低低頻共振效應(yīng)。另外，對比圖2(b)、2(d)可以發(fā)現(xiàn)，對于雙中空、外夾層/內(nèi)中空玻璃構(gòu)造形式雙層窗，增大兩層窗體的玻璃厚度，可有效減弱低頻共振的影響。

(3) 對于外夾層/內(nèi)單片玻璃構(gòu)造形式雙層窗，所測試構(gòu)件的隔聲量頻率特性曲線基本相同，低頻段受低頻共振影響較小，但在1 000 Hz處存在較嚴(yán)重的吻合谷效應(yīng)(見圖2(c))。對比圖2(d)和圖2(e)，可認為外夾層/內(nèi)中空、外中空/內(nèi)夾層兩種玻璃構(gòu)造形式的雙層窗的隔聲量頻率特性曲線基本相似。

(4) 從圖2(f)看出，構(gòu)件S17在250 Hz和1 000 Hz處均出現(xiàn)較嚴(yán)重的低谷點，主要原因可能為構(gòu)件S17內(nèi)、外兩層窗的構(gòu)造形式相同，加劇共振效應(yīng)和吻合效應(yīng)，表現(xiàn)為其交通噪聲頻譜修正量tr較其他構(gòu)件顯著偏大。

圖2 不同玻璃規(guī)格對隔聲性能頻譜曲線的影響

3.2 開啟方式與密封形式的影響

從實測數(shù)據(jù)可以看出(見表2)，外平開/內(nèi)推拉雙層窗構(gòu)件S9較雙平開雙層窗構(gòu)件S21隔聲量w低3 dB，而修正后隔聲量w+tr反而高2 dB；雙推拉雙層窗構(gòu)件S20隔聲性能相對較差，修正后隔聲量w+tr為41 dB，較構(gòu)件S9、構(gòu)件S21分別小6 dB和4 dB，主要原因為推拉窗存在明顯的漏聲點，降低了雙層窗整體隔聲性能。包覆式密封條可有效加強窗扇與窗框間的緊密性，采用包覆式密封條的外平開/內(nèi)推拉雙層窗隔聲量較推拉窗采用毛條可提高1 dB。

對比不同開啟方式及密封形式雙層窗構(gòu)件的隔聲量頻率特性曲線(見圖4)，可以看出，雙推拉雙層窗各頻段的隔聲量均小于其他類型雙層窗，而雙平開雙層窗修正后隔聲量小于外平開/內(nèi)推拉雙層窗的主要原因是雙平開雙層窗在低頻100 Hz頻率處隔聲量顯著偏低。采用包覆式密封條替換毛條可有效提升推拉窗體的隔聲性能，進而提升外平開/內(nèi)推拉雙層窗的隔聲性能。

圖3 不同玻璃構(gòu)造形式的隔聲性能頻譜曲線

圖4 開啟方式及密封膠條與隔聲量頻率特性曲線的關(guān)系

3.3 雙層窗間距的影響

一定范圍內(nèi)，雙層窗較大間距空氣層可有效衰減兩窗間振動能量的傳遞，空氣層厚度越大，雙層窗隔聲性能越好[5]。從圖5分析看出，間距超過90 mm的雙層窗構(gòu)件計權(quán)隔聲量基本相近，均達50 dB及以上，較兩窗間距為80 mm的構(gòu)件S24計權(quán)隔聲量提高3～4 dB。從間距與雙層窗各隔聲量頻譜特性曲線(圖6)的關(guān)系可發(fā)現(xiàn)，在125～1 000 Hz范圍內(nèi)，兩窗間距為80 mm雙層窗構(gòu)件S24的隔聲量顯著低于其余測試構(gòu)件，與構(gòu)件S27相比，窗間距增大了50%，測試頻率范圍內(nèi)各頻率下對應(yīng)的隔聲量均有所提高，在低頻段100～250 Hz范圍內(nèi)相差5 dB以上，如圖6所示。

圖5 雙窗間距對隔聲性能的影響

圖6 雙窗間距和空氣聲隔聲量頻率特性曲線的關(guān)系

3.4 窗框型材的影響

試驗對比了塑鋼型材和斷橋鋁型材窗框?qū)﹄p層窗隔聲性能的影響，試驗顯示兩者隔聲性能基本相近，測試構(gòu)件計權(quán)隔聲量均為50 dB，修正后隔聲量均為47 dB，如圖7所示。

4 結(jié)論

(1) 試驗結(jié)果表明，在兩窗間距100 mm、開啟方式為外平開/內(nèi)推拉條件下，不同玻璃構(gòu)造形式雙層窗的計權(quán)隔聲量均超過45 dB，交通噪聲頻譜修正后隔聲量w+tr超過40 dB，隔聲標(biāo)準(zhǔn)達到5級及以上。玻璃構(gòu)造形式與規(guī)格對雙層窗的計權(quán)隔聲量影響不顯著，空氣聲隔聲量頻率特性曲線基本相近，低頻共振頻率主要位于160～250 Hz，且在1 000 Hz處存在吻合效應(yīng)現(xiàn)象；

圖7 窗框型材對隔聲性能的影響

(2) 在相同條件下，外平開/內(nèi)推拉雙層窗的隔聲性能與雙平開雙層窗差異不大，計權(quán)隔聲量均超過50 dB，隔聲性能顯著優(yōu)于雙推拉雙層窗，而雙推拉雙層窗交通噪聲修正后隔聲量超過40 dB，達到5級隔聲標(biāo)準(zhǔn)。推拉窗體采用包覆式密封條替換毛條，可提升外平開/內(nèi)推拉雙層窗的整體隔聲量；

(3) 試驗結(jié)果顯示，相同條件下，間距90 mm及以上的雙層窗隔聲性能相近，較間距為80 mm雙層窗構(gòu)件隔聲量提高3～4 dB，故設(shè)計雙層隔聲窗時，兩層窗的間距宜取90～100 mm；

(4) 其他因素相同條件下，塑鋼型材雙層窗和斷橋鋁型材窗框雙層窗的隔聲性能基本相近，均可達6級隔聲標(biāo)準(zhǔn)。

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Experimental study of sound insulation performance of double-glazed windows with different structure parameters

ZHU Jie, CHEN Yang, CAI Le-gang

(Shanghai Real Estate Science Research Institute, Shanghai 200031, China)

The influence of different structure parameters on sound insulation performance of double-glazed windows are studied experimentally, including glass structures and specifications, open mode and sealing form, spacing between double windows and window frame profiles. The results show that glass structures and specifications have small effect on the weighted sound isolation of double-glazed windows, and the frequency characteristic curves of air sound insulation quantity for them are similar, and the resonance frequency mainly appears in 160～250 Hz. The sound insulation performances of the double-glazed window with outswing and inner sliding forms are basically the same as the double swing windows, but better than the double sliding windows significantly. Furthermore, using of coated seals instead of seal strips is effective to enhance sound insulation for double-glazed windows. When spacing between the double windows is greater than 90 mm, the sound insulation performances are almost the same, which are superior to the double-glazed windows of 80 mm spacing.

double-glazed window; sound insulation performance; test and analysis

TU112

A

1000-3630(2018)-04-0344-06

10.16300/j.cnki.1000-3630.2018.04.009

2017-07-07;

2017-09-09

上海市科學(xué)技術(shù)委員會基金資助項目(14231201100)。

朱杰(1989－), 男, 浙江金華人, 碩士研究生, 研究方向為房屋安全、房屋修繕改造、歷史建筑保護。

朱杰,E-mail:jiez0114@126.com