建筑排水系統(tǒng)降噪措施的現(xiàn)場評價方法模擬研究

王士良 朱生高 楊一林 劉鴻博

【摘要】 從減振、隔振、吸聲和隔聲等方面采取措施可以降低管道排水噪聲對室內(nèi)環(huán)境造成的聲污染。在實驗室內(nèi)模擬衛(wèi)生間坐便器排水產(chǎn)生管道噪聲的情景，并對管道采取包覆、加管道井等降噪措施，采集不同條件下的聲學數(shù)據(jù)，并從中尋找到可以表征降噪措施性能的關鍵數(shù)據(jù)。

【關鍵詞】 排水噪聲;情景模擬;包覆管道井;降噪

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2019.02.017

Abstract： The measures of vibration reduction，isolation，sound absorption and sound insulation can reduce the sound pollution caused by pipe drainage noise to indoor environment. In the laboratory，the scene of pipe noise generated by toilet seat drainage was simulated，and noise reduction measures such as cladding and adding pipe wells were adopted to collect acoustic data under different conditions，and key data that could represent the performance of noise reduction measures were found.

Key words： drainage noise;scenario simulation;cover the pipe well;denoise

伴隨我國居民居住水平日益提高，室內(nèi)噪聲污染問題備受關注。管道排水噪聲是建筑室內(nèi)噪聲的主要來源之一。在室外噪聲被阻隔的條件下，當排水管道噪聲大于45分貝時，將會對人的身心健康產(chǎn)生危害。輕則影響睡眠，重則引起疾病。排水管道中聲源的輻射噪聲由聲源，管道和端口共同作用形成，主要分為三類：排水橫管中的噪聲，排水橫支管內(nèi)的噪聲，排水立管中的噪聲。我們關注的排水管道噪聲實際是噪聲源通過管道及其降噪措施的阻隔和衰減后，聽到或測到的聲壓數(shù)值。

從減振、隔振、吸聲和隔聲等方面采取措施可以降低管道排水噪聲對室內(nèi)環(huán)境造成的聲污染。在實際工程應用中，選擇低噪聲衛(wèi)生潔具、優(yōu)化管路系統(tǒng)設計、管材管件的選材和結構優(yōu)化、管路包覆吸聲抑振材料和合理的房間布局等措施都可以降低管道排水噪聲對室內(nèi)聲環(huán)境的影響。這些措施已經(jīng)在新的排水系統(tǒng)建設和老舊排水系統(tǒng)的改造升級中獲得普遍應用。

我們在實驗室內(nèi)模擬衛(wèi)生間坐便器排水產(chǎn)生管道噪聲的情景，并對管道采取不同的包覆降噪措施，采集不同條件下的聲學數(shù)據(jù)，并從中尋找到可以表征降噪措施性能的關鍵數(shù)據(jù)。

1 試驗材料與設備

1.1 試驗材料與設備

坐便器（吉博力：酷方）;HDPE排水管及管件（吉博力：dn110×4.3）;橡塑海綿;輕質(zhì)發(fā)泡磚（用于搭建管道井：ρ=0.9 kg/m3）;瓷磚（用于管道井表面裝飾）。

1.2 試驗設備

振動噪聲采集系統(tǒng)：德國米勒貝姆振動與聲學系統(tǒng)有限公司。

2 實驗室簡介

試驗在中國建材檢測認證集團噪聲實驗室內(nèi)進行。實驗室的結構側(cè)視圖如圖1所示，實驗室的一層和二層是四間混響室，同層混響室間使用標準實驗墻相隔，三層為環(huán)境模擬和測試間。

實驗室采用PAK聲學測試平臺，該平臺配備16支聲學信號采集端口，可以同時采集管道系統(tǒng)中不同部位輻射出的噪聲信號，并實時輸出噪聲聲壓-時間曲線。

3 試驗方案

將坐便器安裝在三層的測試間，以同層排水方式與下方的排水管道相連。排水立管間使用同材質(zhì)的管件相連，立管底部使用兩個45°彎頭與橫管相連（見圖2）。

試驗單次排水量以坐便器的水箱容量為準，分別為3 L和6 L。分別測試5種不同排水系統(tǒng)：（1）裸管;（2）管材+吸聲橡塑海綿;（3）管材+輕質(zhì)發(fā)泡磚管井;（4）管材+吸聲橡塑海綿+輕質(zhì)發(fā)泡磚管井;（5）管材+輕質(zhì)發(fā)泡磚管井+裝飾瓷磚。4間混響室內(nèi)均分別安裝4支聲學信號采集端口，同時記錄聲源室和接收室內(nèi)的噪聲聲壓級。

4 結果與分析

坐便器排水過程產(chǎn)生的噪聲曲線與實驗室管材聲學性能檢測的曲線存在明顯區(qū)別。如圖3所示，坐便器排水時的噪聲-時間曲線呈現(xiàn)為鋸齒狀波浪線，這是因為管道內(nèi)的水流量不同。管材聲學性能測試要求管道內(nèi)的水流量是恒定值，而在馬桶排水時，管道內(nèi)的水流量是變化的。變化的水流與管道撞擊，相繼產(chǎn)生不同大小的噪聲，噪聲又在管道中疊加，使得實際的管道排水產(chǎn)生的噪聲曲線相對復雜。

噪聲曲線可以準確反映噪聲大小隨時間的變化。綜合對比全部測試的噪聲曲線，我們認為最大的噪聲峰值和30 dB/A以上噪聲的持續(xù)時間是重要的數(shù)據(jù)參數(shù)。

4.1 不同降噪措施的性能評價

管道包覆吸聲材料和修葺管道井是常見的降噪措施。從圖4可以看到，吸聲橡塑海綿使得聲源室內(nèi)的噪聲峰值降低近10 dB/A，輕質(zhì)發(fā)泡磚管道井則將噪聲峰值降低高達20 dB/A以上，但將兩種措施綜合使用獲得的效果與單獨使用管道井相近，可見氣泡磚管道井是一種高效的降噪措施，使用者可以兼顧施工成本，選擇適合的降噪措施。

4.2 排水量對噪聲評價的影響

通常認為排水管道中的水流量越大管道噪聲也越大，但實測數(shù)據(jù)顯示，兩種排水量（3 L和6 L）下的噪聲峰值相近，但排水量為6 L時，高于30 dB的噪聲持續(xù)時間延長了近1倍，見圖5。我們認為這與衛(wèi)生潔具的排水口的內(nèi)徑有關，內(nèi)徑限制了單位時間內(nèi)排出水流的流量，排水時間與水流總量成正比。實際生活中衛(wèi)生間內(nèi)持續(xù)的排水會延長噪聲持續(xù)時間，在降噪措施無法完全消除噪聲干擾時，減少噪聲持續(xù)時間也有利于改善室內(nèi)聲環(huán)境。

4.3 隔斷墻對噪聲的阻隔作用

通常衛(wèi)生間與其他房間之間以不承重的隔斷墻進行區(qū)隔。盡管我們清楚隔斷墻具有一定的隔音效果，但始終沒有將它看作降低室內(nèi)噪聲的手段。隔斷墻的存在使得接收室內(nèi)的噪聲峰值較聲源室進一步降低，噪聲持續(xù)時間也大大縮短，最佳是可以實現(xiàn)“無噪聲”效果;在未做任何降噪措施的條件下，聲源室2中的輻射噪聲峰值為61 dB/A，可視作新的噪聲源，經(jīng)隔斷墻的隔聲作用，輻射聲波噪聲峰值將至38 dB/A，這反映出隔斷墻具有良好的隔聲效果，這同樣啟示我們，優(yōu)化隔斷墻的降噪效果，將有助于改善室內(nèi)噪聲問題。

另外我們也注意到，伴隨聲源室內(nèi)的噪聲顯著降低，接收室內(nèi)噪聲峰值的降低并不明顯。這與噪聲的頻率有關，噪聲是由不同頻率的聲波組成，不同材料和結構對聲波的吸收和阻隔都具有一定的選擇性，總有部分頻率的聲波無法被吸收或者阻隔而繼續(xù)向外輻射傳播。我們認為以與衛(wèi)生間相鄰房間內(nèi)接受到的輻射結構聲數(shù)值作為評價室內(nèi)房間噪聲等級的依據(jù)更具現(xiàn)實意義。一方面，這些房間的噪聲水平低至相關規(guī)定要求即滿足人們對于舒適居住環(huán)境的要求;另一方面，綜合的降噪措施同樣可以降低管道產(chǎn)品的開發(fā)難度和管道系統(tǒng)的工程成本。

目前，我國發(fā)布了一系列相關標準，對建筑噪聲作出了明確要求。CECS 179-2009《健康住宅建設技術規(guī)程》、GB 50118-2010《民用建筑隔聲設計規(guī)范》等，均對室內(nèi)噪聲限值作出規(guī)定，但是這些標準規(guī)范都缺少現(xiàn)場測試方法和驗證規(guī)范，導致無法實施。國內(nèi)使用的室內(nèi)現(xiàn)場噪聲測試設備功能普遍單一，難以滿足多元化的市場需求，而缺少統(tǒng)一的噪聲現(xiàn)場測試方法標準，也不利于降噪管道產(chǎn)品開發(fā)和排水管道系統(tǒng)優(yōu)化的協(xié)同配套發(fā)展。既可以實現(xiàn)建筑噪聲現(xiàn)場測試評價，又可以為衛(wèi)生潔具、管材管件、包覆材料制造商，管路系統(tǒng)設計，建筑結構設計等不同客戶群體提供科學準確的聲學數(shù)據(jù)參考，是開發(fā)先進科學的現(xiàn)場噪聲測試方法和配套設備的研究方向。

5 結論

1）在測試流量范圍內(nèi)（3 L和6 L），水流量的大小對噪聲峰值的影響不明顯，但減少流量可以縮短噪聲的持續(xù)時間。

2）與橡塑海綿包覆材料相比，輕質(zhì)發(fā)泡磚管井的降噪性能更佳，不僅可以降低噪聲還可以減少噪聲的持續(xù)時間，這與輕質(zhì)發(fā)泡磚的多孔結構有關。

3）隔斷墻具有良好的隔聲降噪效果。提高隔斷墻的吸聲隔聲性能將有助于改善室內(nèi)聲學環(huán)境;采用與衛(wèi)生間相鄰房間內(nèi)的結構輻射噪聲數(shù)值作為建筑室內(nèi)噪聲評價的依據(jù)更為合理。

4）噪聲實驗室及測試平臺可以同時測量多點的噪聲數(shù)據(jù)，可以為現(xiàn)場評價提供科學的聲學參考數(shù)據(jù)，滿足不同的客戶需求，且該設備通過一定的改造，有望在實際工程應用中推廣普及。

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