典型建筑外窗窗型隔聲性能驗證

張 吉，魯世偉，張建軍，王治民，王 鑫，劉 剛

（1.天津市環(huán)境工程評估中心，天津 300191；2.天津大學(xué) 天津市建筑物理環(huán)境與生態(tài)技術(shù)重點實驗室，天津 300072；3.天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，天津 300191）

典型建筑外窗窗型隔聲性能驗證

張 吉1，魯世偉2，張建軍3，王治民1，王 鑫3，劉 剛2

（1.天津市環(huán)境工程評估中心，天津 300191；2.天津大學(xué) 天津市建筑物理環(huán)境與生態(tài)技術(shù)重點實驗室，天津 300072；3.天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，天津 300191）

為驗證現(xiàn)存典型建筑外窗窗型的隔聲性能，對天津市7條典型交通線路沿線的交通噪聲進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測和分析，得到交通噪聲聲壓級及噪聲頻譜特性，在此基礎(chǔ)上選取天津市現(xiàn)有的7種典型的建筑外窗窗型，對其隔聲性能進(jìn)行現(xiàn)場測試。對比分析所測試不同外窗窗型的實際隔聲效果。研究結(jié)果顯示,在天津7條典型道路或鐵路噪聲影響下，只有推拉塑鋼單層玻璃雙層窗、平開斷橋鋁中空玻璃窗2兩種窗型能夠完全滿足居住建筑室內(nèi)聲環(huán)境的要求。研究結(jié)果可應(yīng)用于道路和鐵路交通沿線新建或既有建筑的交通噪聲環(huán)境評價，改變以往評價中僅依據(jù)外窗廠家提供的隔聲量數(shù)值的評價方式，提高評價的準(zhǔn)確性。

聲學(xué)；建筑外窗；交通噪聲；外窗隔聲；現(xiàn)場測試；環(huán)境影響評價

建筑外窗作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其隔聲性能往往低于墻體，成為外立面隔聲的薄弱環(huán)節(jié)。近年來城市道路、鐵路交通迅速發(fā)展和城市機(jī)動車保有量的迅速增長，使道路、鐵路沿線成為交通噪聲污染的重點區(qū)域，也是近年來城市居民環(huán)境投訴的重點方面。因此確定合理的建筑外窗隔聲性能是環(huán)境影響評價工作中的重點問題。建筑外窗由于開啟方式、型材種類及厚度、玻璃系統(tǒng)構(gòu)造、密封膠等諸多因素的不同，導(dǎo)致現(xiàn)有窗體產(chǎn)品性能參差不齊，隔聲性能差別很大[1–2]?，F(xiàn)有的建筑門窗隔聲性能分級標(biāo)準(zhǔn)，是以室內(nèi)實驗檢測結(jié)果為依據(jù)的，并未明確工程驗收要求[3]。實際使用中，會隨著外墻構(gòu)造、窗框周圍縫隙處理等因素發(fā)生很大變化，另外隨著外窗使用時間增長，其隔聲性能還會有較大變化，這給交通沿線的環(huán)評工作造成了很大困難。

本文以天津市為例，首先對典型交通線路的交通噪聲進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)測和分析，然后現(xiàn)場測定7種典型的建筑外窗窗型隔聲性能，通過比較分析交通噪聲與外窗的隔聲性能，對天津市現(xiàn)有的外窗窗型的隔聲性能進(jìn)行評價，并給出改善現(xiàn)有建筑外窗隔聲性能的建議。

1 城市交通噪聲監(jiān)測

1.1 典型道路與鐵路選取

根據(jù)天津市內(nèi)主要交通干線的車流量、車型比、路面條件、地理位置及道路兩側(cè)的聲學(xué)環(huán)境進(jìn)行選取，確定西青道、復(fù)康路、衛(wèi)津路、外環(huán)西路、西湖道、天寶路、京山鐵路等6條道路和1條鐵路，分別代表快速路、主干路、次干路、支路和鐵路，作為本課題的典型道路與鐵路進(jìn)行分析研究，選取結(jié)果詳見表1。

表1 典型道路與鐵路的選取結(jié)果

1.2 噪聲監(jiān)測依據(jù)與方法

參照HJ 640-2012《環(huán)境噪聲監(jiān)測技術(shù)規(guī)范城市聲環(huán)境常規(guī)監(jiān)測》中的監(jiān)測方法對道路噪聲進(jìn)行監(jiān)測[4]。測點距任意路口的距離大于50 m處；路段不足100 m的道路選擇路段中點處；測點位于人行道距路面（含慢車道）20 cm處，監(jiān)測點位高度距地面為1.5 m；測點避開非道路交通源的干擾，傳聲器指向被測聲源。鐵路噪聲的監(jiān)測可參照GB12525-1990《鐵路邊界噪聲限值及其測量方法》中的監(jiān)測方法[5]，測點選在鐵路邊界高于地面1.2 m，距反射物不小于1 m處。

由于監(jiān)測目的主要在于掌握交通噪聲特性，因此監(jiān)測時間選擇在星期一至星期五的正常工作日，測試時間選擇在早高峰（7:00－9:00）、晝間平峰（9:30－11:30）、夜間平峰（22:00－24:00）內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測，以此表征道路在此時段內(nèi)的噪聲情況，監(jiān)測時長為接近列車車輛平均運(yùn)行密度的一小時。

以上測試所使用聲級計均采用挪威Norsonic 140，儀器性能符合GB3785和GB/T17181的規(guī)定；測量前后使用聲校準(zhǔn)器校準(zhǔn)測量儀器的示值偏差不得大于0.5 dB；聲校準(zhǔn)器滿足GB/T15173對1級聲校準(zhǔn)器的要求；測量應(yīng)在無雨雪、無雷電的天氣條件下，風(fēng)速小于5 m/s以下時進(jìn)行。

為簡化監(jiān)測工作同時達(dá)到比較不同種類、等級交通噪聲的目的，監(jiān)測中僅統(tǒng)計道路噪聲的等效連續(xù)A聲級和各頻帶聲壓級分布，用以說明各條道路晝、夜間交通噪聲現(xiàn)狀。監(jiān)測過程中，記錄平均車流量和監(jiān)測點位周邊環(huán)境現(xiàn)狀。

2 典型建筑外窗窗型隔聲性能現(xiàn)場檢測

2.1 典型建筑外窗窗型選擇

基于現(xiàn)有建筑外窗的不同開啟形式、窗玻璃厚度、窗框材料三種因素對外窗隔聲性能的影響，對典型外窗隔聲性能進(jìn)行測試。為避免其他因素的影響，在測試中我們盡量選取年代相近的建筑外窗，以使外窗的工藝水平、窗框的密封程度以及外窗的使用年限等外窗隔聲性能影響因素基本保持一致。每種選取3個測試樣本，以減小檢測誤差。

通過前期對天津市建筑外窗的分布情況進(jìn)行市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前天津市住宅外窗開啟形式主要以推拉窗和平開窗為主，窗框材料以斷橋鋁、塑鋼窗為主，玻璃主要包括單層玻璃、單層玻璃（雙層窗）和中空玻璃。根據(jù)調(diào)研結(jié)果，選取了目前現(xiàn)有建筑物使用率最高的幾組建筑外窗組合形式，既包括塑鋼推拉單層玻璃、塑鋼推拉單層玻璃（雙層窗）等傳統(tǒng)窗型，也包括了斷橋鋁合金平開中空玻璃、塑鋼平開三玻兩腔等主流窗型，外窗組合形式見表2。

2.2 隔聲測試依據(jù)與方法

參考GB/T 19889.5-2006《聲學(xué) 建筑和建筑構(gòu)件隔聲測量第5部分 外墻構(gòu)件和外墻空氣聲隔聲的現(xiàn)場測量》介紹的揚(yáng)聲器噪聲測量外墻構(gòu)件隔聲方法以及GB/T 50121-2005《建筑隔聲評價標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行隔聲量檢測實驗。

表2 常見建筑外窗組合形式

首先分別測試外窗的室外表面平均聲壓級、室內(nèi)平均聲壓級。聲源距被測試件中心的距離r應(yīng)至少為5 m（d＞3.5 m），聲波入射角θ應(yīng)為45°±5°,如圖1所示。在外窗表面選擇3個傳聲器位置，將這些位置均勻但不對稱地分布在測量表面；接收室內(nèi)至少采用5個傳聲器位置來測出接收室內(nèi)的平均聲壓級。盡可能滿足以下要求：

(1)各傳聲器之間間隔為0.7 m；

(2)任一傳聲器位置與房間界面或物體之間為0.5 m；

(3)任一傳聲器位置與被測試件之間為1.0 m。

圖1 測點位置示意圖

然后測量房間的混響時間?；祉憰r間測量可依據(jù)GB/T 50076-2013《室內(nèi)混響時間測量規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行測量。計算出房間吸聲量后對外窗隔聲量進(jìn)行修正，得到修正后的表觀隔聲量。

根據(jù)聲平均聲壓級L1與受聲室平均聲壓級L2之差求得標(biāo)準(zhǔn)化聲壓級差DntT，見式（1）、式（2）

式中

Lj——室內(nèi)n個不同測點的聲壓級，從L1到Ln。

式中

A——吸聲量，單位為m2

V——接收室容積，單位為立方米

T——接收室混響時間，單位為秒。

式中

L1,s——被測時間表面的平均聲壓級；

L2——接收室內(nèi)平均聲壓級；

S——被測試件的面積；

A——接收室吸聲量。

得到以上數(shù)據(jù)后，按照GB、T50121-2005《建筑隔聲評價標(biāo)準(zhǔn)》推薦的數(shù)值計算法求得外窗的計權(quán)表觀隔聲量。最后對得到的隔聲量進(jìn)行道路噪聲頻譜修正，并取三個檢測樣本的計權(quán)隔聲量的平均值作為窗體的隔聲量。

3 檢測結(jié)果及分析

3.1 不同種類交通噪聲頻譜分布特點

研究顯示城市居民的夜間休息質(zhì)量每況愈下，給其身心健康造成很大困擾。這一方面是由于現(xiàn)代都市工作生活壓力大,人的身體素質(zhì)普遍下降，居民對夜間聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求不斷提高，另一方面則是由于諸如交通噪聲嚴(yán)重超標(biāo)影響導(dǎo)致。在聲環(huán)境污染的投訴中，居民投訴也多集中于此。為比較各等級道路噪聲情況，我們選取夜間交通噪聲進(jìn)行分析比較。

圖2為所測試7條典型道路或鐵路夜間平峰時段交通噪聲頻譜分布。

圖2 夜間平峰時段（22:00－24:00）各等級交通噪聲頻譜分布

從總體趨勢看，不同交通噪聲的頻譜分布具有相似特點，即在100 Hz以下的低頻部分聲壓級較高，且多在50 Hz左右達(dá)到最大值，125 Hz～1 000 Hz中低頻聲壓級則基本持平，在1 250 Hz以上的高頻部分，隨著頻帶的增加聲壓級逐漸降低。這驗證了交通噪聲能量主要分布在中低頻段的結(jié)論。

同時不同類型、不同等級的交通噪聲頻譜又表現(xiàn)出一定的差異性。結(jié)合監(jiān)測時段得到的各類交通噪聲的連續(xù)等效聲壓級及車流量信息進(jìn)行分析，見圖3。

圖3 夜間平峰時段（22:00—24:00）各類交通噪聲聲壓級與車流量

西青道作為城市快速路，其夜間車流量較大，且車型比中大型車輛較多。在監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，西青道路面為新近鋪設(shè)，路面平整，破損現(xiàn)象較少。同時，測點周圍均為居民小區(qū)，不存在夜間營業(yè)的商業(yè)店鋪，夜間產(chǎn)生噪聲極小，因此測得的交通噪聲并非最大者；復(fù)康路、衛(wèi)津路、外環(huán)西路雖然同為城市主干路，但其車流量差別較大，交通噪聲差別亦較大。復(fù)康路夜間車流量大，其中也存在少量大型工程車輛，且車速較快，因此其道路噪聲較大；衛(wèi)津路測試路段位于天津大學(xué)東側(cè)，雖車流輛較少，但晚間紅綠燈數(shù)量減少，車輛速度極快，因此其交通噪聲較大，另外附近學(xué)校晚歸學(xué)生也產(chǎn)生了一些噪聲；外環(huán)西路為城市外環(huán)線，夜間雖然車流量較小，但大型車輛占比較大，且多為噪聲較大的工程車輛，同時車輛速度極快，導(dǎo)致其道路噪聲最大；西湖道作為城市次干路，車流量小，且多為小型車輛，車速亦較低，但在監(jiān)測過程中，有多輛摩托車經(jīng)過，車速高，噪聲大，記錄得到的瞬時最大聲壓級達(dá)到103.5 dB，還觸發(fā)了個別車輛的警報系統(tǒng)；天寶路作為城市支路，其夜間車流量均來自小區(qū)內(nèi)的晚歸私家車，速度較慢，但道路兩側(cè)夜間營業(yè)的店鋪產(chǎn)生的生活噪聲則構(gòu)成了新的噪聲源；監(jiān)測期間京山鐵路共有9輛列車經(jīng)過，由于夜間動車及高鐵停止發(fā)車，9輛列車均為普通列車，導(dǎo)致測點處噪聲大小明顯低于晝間?？偟膩碚f天寶路京山鐵路等效噪聲值遠(yuǎn)低于其他等級道路。

3.2 典型建筑外窗窗型隔聲性能現(xiàn)場檢測結(jié)果

根據(jù)檢測數(shù)據(jù)得到了7種典型建筑外窗的隔聲性能，并使用交通噪聲頻譜修正量對計權(quán)隔聲量進(jìn)行修正。

由表3所示測試結(jié)果可見，不同窗型隔聲量差別極大。推拉窗隔聲性能普遍較差，這與其密封性較差有直接關(guān)系，即使使用雙層中空的窗玻璃也不能提高其隔聲性能。值得注意的是，當(dāng)在推拉塑鋼單層玻璃窗外增設(shè)一層相同的窗后，形成間隔20 cm左右的雙層窗時，隔聲效果極好。這主要得益于雙層窗與窗間間隙形成的隔聲彈簧系統(tǒng)。測試中也發(fā)現(xiàn)，在政府進(jìn)行的沿街建筑外窗改造中，對建筑近道路一面外墻全部布設(shè)了這一窗型，取得了較為明顯的隔聲效果。

表3 典型外窗窗型隔聲量統(tǒng)計

近幾年隨著窗體材料制作工藝的提升，使斷橋鋁平開窗各方面性能均得到提升。測試中共找到兩種平開斷橋鋁中空玻璃窗，其隔聲性能差別較大，其中平開斷橋鋁中空玻璃窗1為新近安裝，窗框采用新型斷橋鋁工藝，雙層窗玻璃間空腔較大，這都對窗體隔聲效果有提升作用。同時使用時間長、密封膠條老化也是導(dǎo)致平開斷橋鋁中空玻璃窗2這一窗型隔聲量減小的重要因素。

由測試結(jié)果還可以發(fā)現(xiàn)雖然均采用了中空玻璃，平開斷橋鋁中空玻璃窗隔聲效果優(yōu)于推拉塑鋼中空玻璃窗，分析其原因主要是因為兩種窗型的密封性差別較大造成。

隨著國家對節(jié)能的要求越來越高，鼓勵建筑外窗采用保溫隔熱效果較好的中空玻璃窗，天津市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會發(fā)布的《天津市建筑節(jié)能技術(shù)、工藝、材料、設(shè)備的推廣、限值和禁止使用目錄》規(guī)定，建筑門窗均應(yīng)采用三玻兩腔中空玻璃結(jié)構(gòu)。但在實際測試中，平開塑鋼三玻兩腔窗型的隔聲效果并非最好?？梢姵安ＡЫY(jié)構(gòu)外，窗體的隔聲量還受其他因素的限制，單純的增加窗玻璃的厚度并不能改善窗體的隔聲量。

圖4為測得的典型外窗窗型在不同頻率下隔聲特性。由圖可見所有外窗的隔聲量，均呈現(xiàn)出高頻段隔聲效果較好，低頻段隔聲效果較差的趨勢。對于500 Hz以下低頻段的隔聲性能，以推拉塑鋼單層玻璃雙層窗、平開塑鋼三玻兩腔窗兩種窗型的隔聲效果最好，平開斷橋鋁玻璃窗2、推拉塑鋼單層玻璃雙層窗兩種窗型的隔聲效果遠(yuǎn)優(yōu)于其他窗型，平開塑鋼三玻兩腔窗在500 Hz～2 500 Hz的隔聲能力相對較弱。而推拉鋁合金玻璃窗最差。所有窗型中以推拉鋁合金單層玻璃窗、推拉塑鋼中空玻璃窗兩種窗型的隔聲效果最差。

3.3 交通噪聲影響下外窗的選擇

為量化幾種窗型的交通噪聲影響下的隔聲性能，以測得的交通噪聲聲壓級，計算不同窗型的計權(quán)隔聲量下傳至室內(nèi)的聲壓級，然后依據(jù)《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》GB 50118-2010有關(guān)規(guī)定，評價幾種窗型對交通噪聲的隔聲性能。

表4為夜間平峰時段不同窗型的隔聲效果。表中數(shù)值為不同道路交通噪聲值減去窗體隔聲量后的數(shù)值，未能滿足規(guī)范的數(shù)據(jù)使用黑斜體數(shù)字。由此可見，只有推拉塑鋼單層玻璃雙層窗、平開斷橋鋁中空玻璃窗2兩種窗型能夠完全滿足7條典型道路或鐵路噪聲影響下的隔聲要求，平開塑鋼三玻兩腔窗的隔聲性能低于以上兩種窗型，但仍遠(yuǎn)好于其余窗型；由于天寶路、京山鐵路車流量較低，噪聲聲壓級較低，因此所有窗型均能滿足。

4 結(jié)語

(1)城市內(nèi)道路噪聲受多種因素的影響，如車流量、車型比、道路路面狀況等。在道路交通噪聲防治中，應(yīng)注意治理改裝摩托車等噪聲極大的小型交通工具。

(2)現(xiàn)有窗型隔聲量差別較大，一些窗型的隔聲性能尚不能滿足規(guī)范要求的最低限值。且低頻部分隔聲量較差，這對于隔絕以低頻為主的道路噪聲不利。

(3)對于建筑外窗隔聲窗的選擇，推薦推拉塑鋼單層玻璃雙層窗、平開斷橋鋁中空玻璃窗兩種窗型，考慮經(jīng)濟(jì)及安裝的難易以，前者適合既有建筑隔聲改造，后者適用于新建項目。對于平開斷橋鋁中空玻璃窗的應(yīng)采用新工藝生產(chǎn)的窗框材料等。

(4)對于從建筑節(jié)能角度推薦使用的平開塑鋼三玻兩腔窗，其隔聲效果并不理想。生產(chǎn)廠家應(yīng)在滿足其保溫隔熱性能的同時，提高其隔聲性能。

[1]謝浩.室內(nèi)噪聲控制中隔聲窗的設(shè)計要點[J].工業(yè)建筑，2001(5)：20-21.

[2]寇玉德.建筑外窗隔聲性能檢測與分析[J].噪聲與振動控制，2013，33(5)：115-119.

[3]中華人民共和國建設(shè)部.GB/T8485-2008，建筑門窗空氣聲隔聲性能分級及檢測方法[S].

[4]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部 HJ 640-2012環(huán)境噪聲監(jiān)測技術(shù)規(guī)范 城市聲環(huán)境常規(guī)監(jiān)測[S].

[5]國家環(huán)境保護(hù)局.GB 12525-1990鐵路邊界噪聲限值及其測量方法[S].

Verification of Sound Insulation Performance of Typical Building External Windows

ZHANGJi1,LU Shi-wei2,ZHANG Jian-jun3,WANG Zhi-min1,WANGXin3,LIUGang2
(1.TianjinAppraisal Center for Environmental and Engineering,Tianjin 300191,China; 2.Tianjin Key Laboratory ofArchitectural Physics and Environmental Technology,Tianjin University, Tianjin 300072,China; 3.TianjinAcademy of Environmental Sciences,Tianjin 300191,China)

The traffic noises of seven typical traffic lines in Tianjin are monitored and analyzed.Their sound pressure levels and the noise spectrum characteristics are obtained.On this basis,seven kinds of typical building external windows are selected and the field tests of their sound insulation performance are carried out.The real sound insulation effects of different window types are comparatively analyzed according to the relevant specifications.The sound insulation performances of the existing window types of Tianjin are analyzed.The suggestion for improving the sound insulation performance of the windows is given.The results can be used to evaluate the traffic noise environment along the road and railway and improve the accuracy of the environmental impact assessment.However,this traffic noise environment evaluation used to be based on the sound transmission loss provided by window manufacturer only.

acoustics;building external windows;traffic noise;sound insulation;field test;environmental impact assessment

X827

：A

：10.3969/j.issn.1006-1335.2017.01.027

1006-1355(2017)01-0123-05

2016-06-08

張吉（1981－），男，天津市人，工程碩士，從事環(huán)境影響評價和技術(shù)評估等相關(guān)工作與研究。E-mail:851789079@qq.com