建筑隔聲與地面輻射供暖

戚建強(qiáng)蔣荃林文劉翼朱生高

(中國建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心、國家建筑材料測試中心，北京100024)

1 引言

隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提高，創(chuàng)造一個高質(zhì)量的居住生活環(huán)境，已成為廣大住戶的迫切愿望。其中良好的住宅室內(nèi)聲環(huán)境，是保證高質(zhì)量居住區(qū)環(huán)境的重要組成部分。聲環(huán)境包括兩方面，即室內(nèi)音質(zhì)問題和噪聲控制問題。凡是接收者不需要的、認(rèn)為有干擾的、感到厭煩的聲音都是噪聲。研究表明，噪聲對人們的正常生活產(chǎn)生明顯的影響，噪聲大于45dB（A）時，將影響人睡眠，噪聲大于55dB（A）時，將引起人的情緒不安，噪聲大于75 dB（A）時使人討厭，降低勞動生產(chǎn)率以及學(xué)習(xí)和工作效率，噪聲大于90 dB（A）時能造成臨時性聽閾偏移，大于140 dB（A）時能造成耳急性外傷。同時，長期噪聲容易引發(fā)神經(jīng)衰弱、失眠等精神障礙，甚至誘發(fā)血壓、心臟、胃腸等慢性疾病，尤其對懷孕期間胎兒的健康、嬰幼兒聽力的發(fā)育和專注力的培養(yǎng)、腦力工作者的安眠休整、疾病患者的靜養(yǎng)康復(fù)都存在較大潛在危害。

樓板傳聲是建筑噪聲最主要來源之一，混凝土樓板隔絕腳步聲、跑跳聲、拖動家具等撞擊聲的能力差，加之有樓板內(nèi)可能埋有電管、網(wǎng)線管、采暖管等大量管線，空洞增多，質(zhì)量減小，樓板隔聲問題相當(dāng)突出。

地面輻射供暖是指通過提升地面溫度，形成熱輻射面，依靠輻射面與人體、家具及房間其余表面的輻射熱交換進(jìn)行供暖的技術(shù)方法。由于地暖具有舒適、衛(wèi)生、節(jié)能以及易于實(shí)現(xiàn)“分戶計量、分時調(diào)溫”等優(yōu)點(diǎn)，近年來在我國開始被采用后，迅速得到推廣。2007年地面輻射供暖系統(tǒng)在北京市鋪設(shè)超過1000萬平方米，占到20%以上，在秦皇島等城市地暖鋪設(shè)率甚至占到70%以上。由于地暖系統(tǒng)的特殊構(gòu)造，盤管與樓板間設(shè)有絕熱層，不僅增強(qiáng)了保溫效果，也起到了隔聲作用。一直以來人們大多關(guān)心地暖系統(tǒng)的熱性能與安全性能，本文對地面輻射供暖系統(tǒng)對建筑隔聲的影響進(jìn)行論述。同時結(jié)合中國建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心正在籌建的建筑噪聲測試實(shí)驗(yàn)室，對地面輻射供暖系統(tǒng)提高樓板隔聲性能的能力測試方法進(jìn)行了闡述。

2 建筑隔聲現(xiàn)狀及國內(nèi)要求

2.1 建筑樓板傳聲的現(xiàn)狀

樓板自身有一定厚度和重量，有一定隔絕空氣聲能力，但樓板上人的活動、物體的碰撞等，對樓下房間干擾特別嚴(yán)重，通常講樓板隔聲主要是指隔絕撞擊聲的能力。長期以來，我國住宅樓板隔絕撞擊聲性能達(dá)不到國家住宅隔聲標(biāo)準(zhǔn)，住宅、公寓等居住建筑隔聲問題一直是居民對住宅質(zhì)量投訴最多的問題之一，由于樓板隔聲太差，引起上下層住戶發(fā)生爭吵、不和成為社會問題。其實(shí)不僅是居住建筑，辦公、教學(xué)、醫(yī)院、體育等建筑，對隔聲都有相應(yīng)要求，不少旅館公共走道或隔壁房間的噪雜聲音常常影響房間內(nèi)旅客的休息。

一般住宅樓板多采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆板 (80～120mm)或空心樓板(150～180mm)，在上面再做水泥地面，光禿實(shí)心和空心樓板的撞擊聲級都比較高，隔絕撞擊聲性能很差。它們的撞擊聲級大多數(shù)是80～85dB，與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織要求的67dB相差甚遠(yuǎn)，與日本的標(biāo)準(zhǔn)50～60dB相比差得更遠(yuǎn)。表1為樓板計權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級與主觀評價效果，可以看出，當(dāng)樓板計權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級大于75 dB(A) 50%普通混凝土樓板的計權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化聲壓級大多都在80dB以上，因此，大多按混凝土樓板設(shè)計的民用住宅，其樓板隔聲都是不達(dá)標(biāo)的，嚴(yán)重一點(diǎn)講，這些住宅都是隔聲不合格的。

表1 樓板計權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級與主觀評價

2.2 我國對建筑樓板隔聲的標(biāo)準(zhǔn)要求

早在1988年國家就頒布了《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》（GBJ118-1988），并于2005年頒布了多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，對建筑室內(nèi)噪聲環(huán)境提出要求，這些標(biāo)準(zhǔn)包括 《建筑隔聲評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50121-2005），《民用建筑設(shè)計通則》（GB 50352-2005），《住宅性能評定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50362-2005）等。2008 年頒布的《社會環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》（GB 22337-2008）更是對建筑室內(nèi)環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)提出了更嚴(yán)格的要求，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定臥室、醫(yī)院病房、賓館客房等區(qū)域，晝間噪聲排放限制不大于40dB(A)，夜間不大于30dB(A)。當(dāng)前國內(nèi)對建筑室內(nèi)樓板隔聲以及室內(nèi)允許噪聲級的要求主要遵循上述標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，其中《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》（GBJ118-1988）是所有標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，室內(nèi)隔聲降噪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)共分為3個等級，各等級等含義如下：

一級：較高標(biāo)準(zhǔn)；

二級：一般標(biāo)準(zhǔn)；

三級：（最低標(biāo)準(zhǔn)）。

民用建筑室內(nèi)允許噪聲級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 民用建筑室內(nèi)允許噪聲級標(biāo)準(zhǔn)

民用建筑空氣聲隔聲標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 民用建筑空氣聲隔聲標(biāo)準(zhǔn)

民用建筑撞擊聲隔聲標(biāo)準(zhǔn)見表4。

基于隨機(jī)多層相位屏仿真方法，數(shù)值研究了貝塞爾高斯渦旋光束在各向異性湍流大氣中的強(qiáng)度分布、在軸閃爍指數(shù)和質(zhì)心抖動.如沒有特殊申明，參數(shù)設(shè)置為：貝塞爾高斯渦旋光束拓?fù)浜蒷=3，波形參數(shù)p=10，光束寬度w0=0.07 m，波長λ=1 550 nm，傳輸距離功率譜指數(shù)α=11/3，湍流內(nèi)尺度l0=0.01 m，湍流外尺度L0=10 m，湍流各向異性參數(shù)分別設(shè)置為ξx=5，ξy=1.相位屏尺寸Dx=Dy=1.706 5 m，網(wǎng)格數(shù)Nx=Ny=512，每層相位屏間距Δz=50 m.結(jié)果中每一個相位屏仿真得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)均由500組數(shù)據(jù)統(tǒng)計取平均得到.

表4 民用建筑撞擊聲隔聲標(biāo)準(zhǔn)

2.3 建筑樓板隔聲的主要做法

普通混凝土樓板的計權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化聲壓級大多都在80dB以上，難以滿足標(biāo)準(zhǔn)對樓板隔聲的要求。因此一般需要對樓板進(jìn)行隔絕撞擊聲處理。

樓板的隔聲一般包括隔絕空氣傳聲和固體傳聲兩方面，這兩種噪聲的傳播特性不同，空氣聲常因傳播過程中的擴(kuò)散和設(shè)置屏障而大量地減弱，因此其干擾往往局限于噪聲源附近?？諝饴暤母艚^，首先是避免有裂縫、孔肩，并適當(dāng)增加樓板層的容重，或采用層疊結(jié)構(gòu)，基本能滿足要求。固體傳聲主要是通過樓面振動，并沿房屋結(jié)構(gòu)的鋼性連接面?zhèn)鞑?，最后振動結(jié)構(gòu)向接受空間輻射形成空氣聲，傳給接受者，因此隔絕撞擊聲主要為隔絕固體傳聲。樓板撞擊聲聲壓級決定于樓板的彈性模量、密度、厚度等因素，又主要決定于樓板厚度。在其他條件不變的情況下，當(dāng)樓板厚度增加1倍時，樓板下的撞擊聲級可降低10dB。

改善樓板隔絕撞擊聲性能的措施包括：

1）在承重樓板上鋪放彈性樓面，如塑料橡膠樓面、地毯等軟質(zhì)彈性材料，對于改善樓板隔絕中、高頻撞擊聲的性能有顯著作用。

2）在樓板承重層與樓面之間設(shè)置彈性層，即浮筑樓面以減弱結(jié)構(gòu)層振動。浮筑樓面是在承重樓板上鋪設(shè)彈性墊層，再在上面做配筋的鋼筋混凝土樓面層，從而構(gòu)成一個類似彈簧的隔振系統(tǒng)，樓面質(zhì)量越大，墊層彈性越好，隔聲效果越好。彈性墊層一般選用巖棉板、礦棉板、橡膠板、玻璃纖維塊外包橡膠做成的墊塊材料。一般浮筑樓板經(jīng)設(shè)計可達(dá)到國家樓板撞擊聲級的一級標(biāo)準(zhǔn)(≤65dB)。一般來說，浮筑樓面法是最行之有效的樓板隔絕撞擊聲方法。圖1為浮筑樓面法進(jìn)行樓板隔絕撞擊聲的施工方案。

一般的，樓板隔絕撞擊聲的施工流程為混凝土基層(原漿抹光)清理找補(bǔ)—墻體四周彈水平線—隔音墊下料、鋪設(shè)—鋪設(shè)塑料薄膜-+擠塑板下料、鋪設(shè)—綁扎冷拔絲—灰餅細(xì)石混凝土振實(shí)、壓光、養(yǎng)護(hù)—精裝飾面層。

3 地面輻射供暖對建筑隔聲的作用

地面輻射供暖是指通過提升地面溫度，形成熱輻射面，依靠輻射面與人體、家具及房間其余表面的輻射熱交換進(jìn)行供暖的技術(shù)方法。

任何安裝在地面的輻射采暖系統(tǒng)均包括發(fā)熱體、保溫（防潮）層、填料層等部分。地面輻射采暖在地面和樓板上要設(shè)隔熱層。隔熱層在地面輻射采暖中起著極其重要的作用，它把由地面向下傳的熱量隔絕，形成單一向上的單向傳熱，不僅有利于分戶計量，更重要的是使室內(nèi)的溫度分布更趨合理，即人們的活動空間—較低部分溫度較高，非活動空間—接近頂棚部分溫度較低，并將熱能通過地面以低溫輻射的形式作用于人體，從而降低了室內(nèi)平均溫度，減少了熱量損失，達(dá)到節(jié)能舒適的效果。

根據(jù)熱媒的不同，地面輻射供暖可以分為熱水輻射供暖系統(tǒng)以及電熱輻射供暖系統(tǒng)。熱水輻射供暖系統(tǒng)一般向水管中通入不高于60℃的熱水，依靠熱水的熱量向室內(nèi)供熱。

根據(jù)施工工藝以及結(jié)構(gòu)形式的差異，熱水輻射供暖系統(tǒng)又可分為傳統(tǒng)80式地暖和薄型干法地暖兩大類。圖2為傳統(tǒng)80式地暖系統(tǒng)，圖3為薄型干法地暖結(jié)構(gòu)示意圖。

發(fā)熱電纜低溫輻射供暖系統(tǒng)是以電力為能源、發(fā)熱電纜為發(fā)熱體，將100%的電能轉(zhuǎn)換為熱能，通過采暖房間的地面（或墻面、頂面）以低溫?zé)彷椛涞男问?，把熱量送入房間。

圖4為發(fā)熱電纜地面輻射供暖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

從上述各種地暖結(jié)構(gòu)形式可以看出，不論是何種地暖，均需要在樓板上鋪設(shè)保溫、防潮層，這與前文所述的浮筑樓板隔絕樓板撞擊聲的施工工藝非常相似，因此不難推斷，室內(nèi)安裝地暖后，不但可以享受舒適、衛(wèi)生、節(jié)省空間的采暖，而且在一定程度上降低樓板傳聲，使得居民能夠享受到更為安靜的私密空間。

4 地面輻射供暖隔聲性能評價

地面輻射供暖系統(tǒng)對樓板隔聲性能的提高是其一個明顯的特點(diǎn)，然而，苦于當(dāng)前國內(nèi)尚沒有實(shí)驗(yàn)室提供相關(guān)的檢測服務(wù)，因此地面輻射供暖系統(tǒng)的隔聲性能并不像其其他優(yōu)勢那樣為人所知，同時眾多的地暖系統(tǒng)提供商也很少將其作為區(qū)別于傳統(tǒng)采暖方式的一大優(yōu)勢進(jìn)行宣傳。

針對地面輻射供暖系統(tǒng)鋪裝后對樓板隔聲性能有明顯提高的特點(diǎn)，中國建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心即將建成的建筑聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室可以提供相關(guān)的檢測服務(wù)。該實(shí)驗(yàn)室為上下兩層混響室，上層實(shí)驗(yàn)室為發(fā)聲室，下層實(shí)驗(yàn)室為接收室。實(shí)驗(yàn)室為房中房結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為發(fā)聲室和接收室背景噪聲足夠低，同時在底面構(gòu)造浮筑結(jié)構(gòu)，使整個實(shí)驗(yàn)室建立在彈簧減振系統(tǒng)上，避免外界一切噪聲和振動對聲學(xué)測試的干擾。該實(shí)驗(yàn)室將滿足現(xiàn)有國內(nèi)以及國際絕大部分建筑聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)要求，為國內(nèi)一流的建筑聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

對地面輻射供暖系統(tǒng)進(jìn)行隔聲性能測試時，首先在上層發(fā)聲室地面按照實(shí)際設(shè)計要求鋪裝地暖系統(tǒng)，利用地板打擊器或標(biāo)準(zhǔn)聲源在發(fā)聲室發(fā)聲，同時在發(fā)聲室和接收室進(jìn)行聲學(xué)測試，對測試結(jié)果進(jìn)行計算分析后即可得到該地暖系統(tǒng)隔絕樓板傳聲性能的規(guī)范化結(jié)果。

4 結(jié)論

樓板傳聲是建筑噪聲最主要來源之一，現(xiàn)有普通混凝土樓板的計權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化聲壓級大多隔聲性能不能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，需要通過構(gòu)造浮筑樓板、加設(shè)吊頂以及鋪設(shè)彈性樓面等方式提高樓板隔絕撞擊聲性能，使其滿足國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求。地面輻射供暖系統(tǒng)因其特殊的結(jié)構(gòu)形式，其內(nèi)在具有提高樓板隔絕撞擊聲性能的優(yōu)勢，因此地暖系統(tǒng)提供商應(yīng)深入研究地暖系統(tǒng)對建筑室內(nèi)環(huán)境的綜合提升作用，并不斷提升地暖產(chǎn)品質(zhì)量，為人民群眾提供更為優(yōu)質(zhì)的節(jié)能、環(huán)保、能夠全面優(yōu)化建筑環(huán)境的新型地暖系統(tǒng)，推進(jìn)地暖事業(yè)的發(fā)展。