Защита от шума в зданиях

Введение
Защита от шума - одна из важнейших требований, которое выдвигают к эксплуатационным характеристикам зданий различного назначения.
Неблагоприятное воздействие на здоровье человека вследствие чрезмерных уровней шума находится на уровне с влиянием загрязнения воды и атмосферы. Поэтому крайне важно обеспечить высокие эксплуатационные характеристики ограждающих конструкций зданий и сооружений по критерию защиты от шума [3].
Свойство ограждающих конструкций защищать от шума оценивают индексом изоляции воздушного шума. Величину звукоизоляции определяют (расчетом или соответствующими измерениями) в каждой 1/3 октавной или октавной полосе нормированного частотного диапазона и получают, таким образом, частотную характеристику изоляции воздушного шума данным ограждением.
Выбор и разработка шумозащитных конструкций должны основываться на общем методе решения задачи проектирования «от среды к конструкции». При таком подходе целесообразно: определить функциональное назначение и место проектируемого элемента в структуре здания; установить воздействия, которым подвергается элемент; выявить процессы и явления, возникающие в элементе при этих воздействиях; установить требования к элементу, определяемые заданием и нормами проектирования; произвести анализ возможных решений с их всесторонней оценкой; выбрать конструктивное решение элемента, производя необходимые расчеты.
Источники шума в зданиях
Шум – совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты. С физиологической точки зрения шум - это всякий неприятный звук.
Главными физическими параметрами, которые вносят вклад в передачу звука через простые однослойные конструкции, являются:
- поверхностная масса, которая отвечает за вынужденные колебания;
- изгибная жесткость, которая вместе с поверхностной массой определяет граничную частоту пластин,
- размеры, которые вместе с гибочной жесткостью и поверхностной массой определяют низкие собственные резонансы (нормальные моды),
- коэффициент потерь, который определяет амплитуду резонирующего колебания, и угол падение звуковой волны. Причиной возникновения шума в здании являются внутренние и внешние источники.
Главными физическими параметрами, которые вносят вклад в передачу звука через многослойные конструкции, являются:
- поверхностная плотность пластин [6]
- изгибная жесткость, которая вместе с поверхностной массой определяет предельную частоту пластин
- наличие или отсутствие заполнителя между пластинами;
- расстояние между пластинами;
- тип соединения пластин.
Внутренние: звук работы радио, телевизионных приемников, громкие разговоры, крики, музыка, звук от рабочей бытовой техники, шум сантехнического оборудования.
Внешние: транспортный шум, промышленный шум, бытовой шум.
Шумы: 1. Воздушные - распространяются в воздушной среде
2. Ударные - распространяются в твердых телах вследствие механического на них воздействия.
Рисунок 1 – Системный подход акустики дома
Воздушный шум может передаваться через ограждения, главным образом через щели, трещины, отверстия или сквозные поры, а также вследствие изгибных колебаний ограждения, которые вызывают в соседнем помещении колебания частиц воздуха, создавая там новые звуковые волны. В большинстве случаев решающее значение для передачи шума через ограждение имеют именно изгибные его колебания.

Рисунок 2 - Способы распространения шума в здании:
прямой (1,2)- через поры, неплотности в сопряжениях конструкций, непосредственно через ограждение; косвенный (обходной - 3,4) - через другие помещения.
Основным путем передачи воздушного шума является передача звуковой энергии через ограждение, разделяющее два смежных помещения. Однако следует учитывать передачу шума в данное помещение из соседнего, где имеется источник шума, не только через разделяющее их ограждение, но и косвенным путем — через другие ограждения [2].
Ударный шум распространяется по перекрытиям и стенам на значительно большие расстояния, чем воздушный, хотя он тоже постепенно затухает. Интенсивность затухания ударного шума зависит от степени однородности материала, его модуля упругости и от количества участков сопряжения элементов конструкций друг с другом. В железобетоне и металлах интенсивность затухания ударного шума невелика, так как эти материалы однородны и обладают незначительными потерями на внутреннее трение. В кирпичной кладке затухание ударного шума ослабляется больше вследствие неоднородности конструкции (кирпич и раствор в швах).
Источники шума на территории жилой застройки достаточно разнообразны. В основе своей это транспорт (включая автомобильный и рельсовый) и объекты инфраструктуры (торговые, бытовые центры и зоны досуга), в отдельных случаях могут быть промышленные предприятия. Все эти источники оказывают влияние на формирование характера внутриквартального уровня шума.
Защита от шума систем воздушного отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха
Современные административные, общественные и жилые здания трудно представить без систем ОВК (систем воздушного отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха), обеспечивающих в помещениях необходимый микроклимат. Участвуя в обеспечении жизнедеятельности человека, они создают для него при работе негативные акустические условия в зданиях и на прилегающих к ним территориях застройки, поскольку являются источниками повышенного шума [1].
В общем, различают три составляющие шума системы ОВК

. Это аэродинамический шум, распространяющийся по воздуховодам в обслуживаемые системами помещения и в открытое пространство. Воздушный шум излучается источниками непосредственно в окружающее пространство. Шум, создаваемый в помещениях их ограждениями, называют структурным, а его причиной является вибрация механического или аэродинамического происхождения, передающаяся на строительные конструкции здания. Эксплуатация названных систем, как правило, невозможна без осуществления комплекса строительно-акустических мероприятий.
Аэродинамический шум в зонах воздействия создают вентиляторы, путевая арматура (дроссель-клапаны, шиберы), фасонные элементы воздуховодов и воздухораспределительные устройства. Для снижения такого шума пригодны преимущественно абсорбционные глушители. Это трубчатые, пластинчатые, канальные глушители с применением звукопоглощающих материалов (ЗПМ). Трубчатые глушители (круглые и прямоугольные) эффективны в воздуховодах с поперечными размерами до 500 мм. Увеличить снижение шума в воздуховодах с большими поперечными размерами можно путем равномерного распределения ЗПМ по их сечению. Этот принцип использован в пластинчатом глушителе. В прямоугольных воздуховодах (в воздушных каналах) с поперечными размерами до 800x500 мм часто применяют канальные глушители - пластинчатые глушители с одной пластиной.
Рисунок 3 - Глушители аэродинамического шума:
а, б — трубчатые; в — пластинчатый; г — с пространственными звукопоглотителями; д — камерные
Затухание звука в абсорбционных глушителях зависит от длины активной части, периметра проходного сечения, от толщины слоя, плотности и коэффициента ЗПМ. Эффективность трубчатого глушителя может быть увеличена за счет увеличения его длины, а также толщины слоя ЗПМ (в диапазоне низких и средних частот). Повысить акустические возможности канального глушителя можно, только увеличивая его длину. Пластинчатый глушитель имеет преимущество: его эффективность можно повысить в широком диапазоне частот, увеличивая длину, толщину пластин или уменьшая расстояние между пластинами. От высоты и количества пластин эффективность этих глушителей не зависит. Оптимальные размеры глушителей определяются на основе акустических расчётов [5].
Необходимое снижение аэродинамического шума достигается за счёт использования круглых гибких воздуховодов. Они нашли применение для соединения металлических магистральных воздуховодов, входных и выходных патрубков фэнкойлов с воздухораспределительными или воздухозаборными устройствами и подразделяются на два типа: бескаркасные и каркасные. Гибкие бескаркасные воздуховоды (ГБВ), изготавливаются из эластомерных материалов, например, вспененного полиэтилена с алюминиевым покрытием, или гофрированной алюминиевой фольги. Гибкие каркасные воздуховоды (ГКВ) - это разнообразные лёгкие многослойные конструкции, монтирующиеся на металлических спиралях (каркасах).
Гибкие каркасные воздуховоды по акустическим свойствам (эффективности снижения распространяющегося по ним шума) не уступают трубчатым глушителям, а по удобству монтажа превосходят металлические воздуховоды. Звукоизолирующие возможности стенок этих воздуховодов существенно ниже, чем у традиционных металлических воздуховодов, и это их существенный недостаток, следствием которого являются ненормативные акустические условия в помещениях, где они применяются.
Меры и средства снижения воздушного шума зависят от величины его требуемого снижения, а также от места расположения источника (оборудования). Окружающее источники пространство может быть замкнутым, когда они находятся в техническом, вспомогательном, обслуживаемом помещении, или свободным, когда они установлены снаружи здания (на фасадах, балконах, кровле). На выбор решений могут влиять также условия эксплуатации оборудования и другие факторы.
Снижение структурного шума. Необходимое снижение структурного шума достигается посредством виброизоляции - снижения колебаний, передаваемых от источников на строительные конструкции здания посредством разнообразных упругих систем, размещаемых между строительными конструкциями и оборудованием. Конструкции этих систем зависят от сложности решаемых задач. Поскольку элементы систем ОВК - источники широкополосной вибрации, виброизоляция рассчитывается и проектируется для широкого диапазона частот. Применяются одно-, двухзвенные, а в некоторых случаях и трехзвенные системы (схемы) виброизоляции [3].
Защита зданий от воздушного шума
Нормируемым параметром изоляции воздушного шума внутренними ограждающими конструкциями (стены, перегородки, перекрытия) жилых и общественных зданий, а также хозяйственных и зданий управления промышленных предприятий является индекс изоляции воздушного шума ограждающей конструкции R'W, дБ. Нормируемым параметром изоляции ударного шума межэтажными перекрытиями является индекс изоляции ударного шума межэтажного перекрытия L'nW, дБ.
Индекс изоляции воздушного шума R'W ограждающей конструкции определяют по ГОСТ путем сопоставления частотной характеристики изоляции воздушного шума данной ограждающей конструкции R 'со стандартной оценочной частотной характеристикой изоляции воздушного шума.
Индекс изоляции ударного шума L'nW межэтажного перекрытия определяют по ГОСТу путем сопоставления частотной характеристики приведенного уровня ударного шума в помещении под перекрытием L'n со стандартной оценочной частотной характеристикой изоляции ударного шума [7].
Нормативные величины индексов изоляции воздушного шума внутренних ограждающих конструкций R'W норм i нормативные величины индексов изоляции ударного шума межэтажных перекрытий L'nW норм для жилых и общественных домов, а также для вспомогательных, хозяйственных и зданий управления промышленных предприятий следует принимать в соответствии с нормативами.
Внутренние ограждающие конструкции удовлетворяют нормативным требованиям, если их фактические величины индексов изоляции воздушного шума R 'W факт является не меньше от нормативных величин R'W норм (R'W факт ≥ R 'W норм), фактические величины индексов изоляции ударного шума межэтажных перекрытий L'nW факт является не больше, чем нормативное значение.
Нормативной звукоизоляцией внутренних ограждающих конструкций в зданиях промышленных предприятий, в жилых и общественных домах, которые отделяют помещения защищаются от шума, от помещений с источниками шума, являются расчетные величины необходимой изоляции воздушного шума R'нх, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами в диапазоне от 31,5 Гц до 8000 Гц.
Необходимую звукоизоляцию R'нх определяют в соответствии с требованиями ГОСТа в зависимости от уровня шума в помещении с источником и допустимых уровней шума в смежном помещении, в которое проникает шум.
В натурных условиях звукоизоляция внутренних ограждающих конструкций является, как правило, меньше, чем их звукоизоляция, определенная по результатам измерений в лабораторных условиях, в результате воздействия косвенной передачи шума по прилегающим конструктивным элементам в доме.
В связи с этим при проектировании внутренних ограждающих конструкций, индексы звукоизоляции которых определены по результатам измерений в лабораторных условиях на испытательных стендах без косвенной передачи шума, величины этих индексов надо принимать с поправками для учета влияния косвенной передачи шума на звукоизоляцию данной ограждения в натурных условиях, а именно:
- величину индексов изоляции воздушного шума каркасно-обшивных перегородок, выполненных из акустически гибких плит (гипсокартонных, гипсоволокнистых, древесноволокнистых плит и т.п.), надо принимать уменьшенной на величину ΔRW, дБ, в соответствии с таблицей 4 в зависимости от величины индекса RW, дБ, определенного по результатам лабораторных испытаний;
- величину индексов изоляции ударного шума конструкций межэтажных перекрытий с полом LnW, дБ, надо принимать увеличенной на 2 дБ;
- величину индексов улучшения изоляции ударного шума конструкциями пола или напольным покрытием ΔLnW, дБ, надо принимать уменьшенной на 2 дБ [8].
Величину индексов изоляции воздушного шума R'W, дБ, акустическое однородных внутренних ограждающих конструкций (стен, перекрытий) следует определять при проектировании объектов строительства