绿色建筑的噪声控制计算方法分析

郭春梅，黄庆彪，孔令霞，赵乃妮

(1. 天津城建大学 能源与安全工程学院，天津 300384；2. 中国建筑科学研究院 建筑环境与节能研究院，北京100013)

绿色建筑的噪声控制计算方法分析

郭春梅1，黄庆彪1，孔令霞1，赵乃妮2

(1. 天津城建大学 能源与安全工程学院，天津 300384；2. 中国建筑科学研究院 建筑环境与节能研究院，北京100013)

在绿色建筑评价中，建筑的噪声控制计算存在着评价者对声学知识理解不清楚、计算思路不清晰，以至于计算结果模棱两可的情况．在总结分析绿色建筑噪声问题计算方法的基础上，以某实际项目为依托，全面介绍了其计算过程，为绿色建筑噪声评估计算提供参考．

绿色建筑；噪声；计算方法；实例分析

随着人们生活水平的提高和当代城市的发展，良好的室内环境已经成为人们生活、工作中最基本的要求．谈及室内环境的舒适性，以往多注重于室内热湿环境与室内空气质量，然而随着建筑科学的发展，室内声环境也成为人们对室内环境舒适性的迫切要求[1]．在我国现行的GB/T 50378—2006《绿色建筑评价标准》[2]中就有涉及噪声的条款，可见对噪声计算的分析研究具有重要的工程实践意义．本文针对这些条款中有关室内声环境的规定，分析探讨绿色建筑所涉及的噪声问题的计算方法．

1 计算内容分析

文献[2]中有关噪声控制计算有三条：①居住建筑要求卧室、起居室的允许噪声级在关窗状态下白天≤45,dB，夜间≤35,dB，楼板和分户墙的空气声计权隔声量≥45,dB，楼板的计权标准化撞击声声压级≤70,dB，户门的空气声计权隔声量≥30,dB，外窗的空气声计权隔声量≥25,dB，沿街时的≥30,dB；②宾馆和办公建筑室内背景噪声符合GB50118—2010《民用建筑隔声设计规范》[3]中的相关规定；商场类建筑室内背景噪声水平满足GB9670—1996《商场(店)、书店卫生标准》[4]的相关要求；③宾馆客房围护结构空气声隔声标准应符合客房与客房间隔墙≥45,dB，客房与走廊间隔墙(包含门)≥40,dB，客房的外墙(包含窗)≥35,dB，客房楼板的计权标准化撞击声压级≤65,dB．

由上所述，笔者将现行绿色建筑评价标准中有关噪声的计算归纳为：围护结构构件隔声量、室内背景噪声和楼板撞击声声压级三类．当前，在已查阅到的多个参评绿色建筑的实际项目中，有关噪声控制的计算思路、所引公式差异很大，这给绿色建筑的评价工作带来许多不便，笔者依据建筑声学理论对此三类问题进行梳理．

2 计算方法分析

2.1 围护结构构件隔声量计算问题

隔声的定义是用材料、构件或结构来隔绝空气中传播的噪声，从而获得较安静的环境．材料一侧的入射声能与另一侧的透射声能之差就是该材料的隔声量．从理论上讲，假定有一个无限大均匀密实柔性平板，在声波垂直入射时，可得到板的隔声量计算公式

式中：0ρ为空气密度，取1.18,kg/m3；c为空气中声速，取344,m/s；f为入射声波的频率，Hz；m为板的面密度，kg/m2.

一般πfm≫ρ0c，式(1)可简化为

当声波并非垂直入射，而是无规则传播而来时，隔声量Rr为

从式(2)可以看出：板的隔声量取决于板的面密度与频率的乘积；面密度越大，隔声量越大，面密度提高一倍，隔声量增加约6,dB，这就是通常所说的“质量定律”[5]．然而，上述公式推导过程中的种种假设在实际工程应用时采用得并不多．在实际工程中，通过长期经验积累总结出的隔声量计算经验公式[6]为

式中：R为隔声构件的平均隔声量；m为隔声构件的面密度，kg/m2；f为入射声波的频率，Hz，主要入射频率在100～3,200,Hz.

在计算建筑围护结构构件隔声量时，对于多层构件(如多层墙体)，要求首先计算出构件的复合面密度m，再计算构件在每个频带的隔声量．

2.2 室内背景噪声计算问题

室内背景噪声，顾名思义是透过建筑围护结构传播到室内环境的噪声．其计算的整体思路是：在已知噪声源干扰噪声值的基础上，减去包含室内吸声量和外围护结构隔声量在内的建筑围护结构实际降噪量，从而得到室内背景噪声值．

2.2.1 房间吸声量的确定

房间总吸声量A由下式[7]确定

式中：A为房间总吸声量，m2；iα为材料的吸声系数，在不同声音频率下α 的值不同；Si为围护结构的面积，包括内墙、外墙、外窗、地板和天花板，m2.

前面论述的隔声量是在隔声构件单一的情况下的计算方法，但在实际情况中，房间的外墙一般都会设有外窗，内墙也会设有内门等构件，因此就涉及到组合墙的问题．

2.2.2 组合墙实际隔声量的确定

建筑空间外部声场的声波入射到建筑空间的围护结构上，一部分声能透过构件传到建筑空间中来．如果入射声能为E0，透过构件的声能为Er，则构件的透射系数τ 为

构件隔声量R与透射系数τ 的关系[5]为

若一个构件透过的声能是入射声能的千分之一，则τ ＝0.001，R＝30,dB．由式(7)可以看出：τ 总小于1，R总大于零；τ 越大，则R越小，构件隔声性能越差；反之，τ 越小，则R越大，构件隔声性能越好．由此得到组合墙的实际隔声量的计算方法

式中：Ri为组合墙某一部分的隔声量；为组合墙的平均透声系数；τi为组合墙某一部分的透声系数；Si为组合墙某一部分的面积；R为组合墙的实际隔声量.

2.2.3 有效隔声量的确定

有效隔声量是指房间的实际降噪效果，是考虑了围护结构吸声量和隔声量在内的总降噪量，前文已论述了吸声量和窗墙组合实际隔声量的计算方法，现将两个量综合考虑，从而得到房间的有效隔声量[8]

式中：R有效为房间的有效隔声量；R实为房间外墙的实际隔声量；A为房间的总吸声量．

2.2.4 计权隔声量的确定

按照式(11)可以得出各个不同频率下的有效隔声量，而文献[2]中对隔声量等的限值是单值的，所以还需要根据计算出的不同频率下的有效隔声量数据，求得一个单值评价量，即计权隔声量，可用做图法进行计权隔声量的计算．

首先，将构件各频率的有效隔声量作为纵坐标，频率为横坐标，由此形成隔声频率特性曲线；然后，将评价计权隔声量的标准曲线(数据来源于GB/T50121—2005《建筑隔声评价标准》[9]中的空气声基准隔声曲线)置于坐标中，对准两曲线的横坐标，将空气声基准隔声曲线向构件隔声量曲线移动，每步1,dB，直至满足以下两个条件：①移动后的空气声基准隔声曲线与构件隔声曲线相比较，各频率之下的不利偏差之和达到最大，且≤32,dB；②移动后的空气声基准隔声曲线与构件隔声曲线相比较，各频率之下的最大不利偏差≤8,dB．

从500,Hz处向上作垂线，与移动后的空气声基准隔声曲线相交，则交点的纵坐标值即为所求的计权隔声量Rw．

2.3 楼板撞击声声压级计算问题

撞击声是物体在建筑结构上撞击，使之产生振动，沿着结构传播并辐射到空气中形成的噪声．绿色建筑已对此类噪声有上限要求，因此需将此噪声的计算纳入绿色建筑噪声分析当中．

室内撞击声(也称固体声)主要是由人员活动产生的楼板撞击声以及设备、管道安装不当产生的固体传声等．楼板撞击声的强弱与撞击力大小有关，而在楼板上的各种撞击力很难规范统一．为了便于比较各种楼板的撞击声声压级，ISO规定用标准打击器为撞击源，置于楼板上进行撞击，以楼下房间内收到的声压级来表示楼板的隔声性能．在忽略楼板边界条件时，楼下房间撞击声级的表达式[10]为

式中：LN为撞击声级，dB；f为频率，Hz；E为楼板材料的弹性模量，N/m2；ρ 为楼板材料密度，kg/m3；h为楼板厚度，m；C为常数.

由式(12)计算所得的噪声是倍频程每个频率下的撞击声声压级．绿色建筑评价标准的限制是单值，故通常采用倍频程下每个频率噪声的平均值[10]作为评价，比较其是否满足标准的单值性要求．

3 实例分析

3.1 项目概况

以北京市某办公建筑为实例，选出建筑的最不利房间来进行室内背景噪声分析．为得到项目周边的噪声情况，首先对项目周边噪声环境进行监测，为期2,d，分别在项目四周设置监测点，监测结果见表1．根据噪声监测结果以及房间位置，确定本次计算主要分析建筑东北角一办公室的室内背景噪声情况是否满足标准要求，即在关窗状态下≤45,dB．计算位置如图1所示．

表1 周边环境噪声质量监测结果

图1 室内背景噪声分析计算房间示意

3.2 计算过程分析

3.2.1 组合外墙隔声量计算

办公室外围护结构为结构外墙与玻璃幕墙组合，玻璃幕墙的玻璃为低辐射中空玻璃6+9A+6．由于当前数据未显示其隔声性能，暂以中空玻璃5+9A+5隔声数据替代，其空气计权隔声量Rw达32,dB[7]．

外墙墙体构造为水泥砂浆(45,mm)＋矿棉、岩棉、玻璃棉板(40,mm)＋加气混凝土(190,mm)，根据式(4)计算外墙隔声量见表2．

根据项目外立面图以及门窗详图的窗墙尺寸，计算得到该房间的玻璃幕墙面积64.98,m2，墙面积21.66,m2．由式(8)-(10)得出组合墙隔声量计算结果见表3．

表2 外墙的隔声性能计算结果

表3 组合墙的隔声量计算结果

3.2.2 总吸声量A的确定

由式(5)可知，要计算房间的吸声量，首先要查得房间各内表面的材料吸声系数．本项目计算房间室内墙面按照加气混凝土材料考虑，地板为地砖材料，幕墙为玻璃，天花板为混凝土面，查得各材料吸声系数见表4．

表4 采用材料在各频率下的吸声系数

通过建筑结构尺寸计算出各材料的面积，并根据式(5)计算得到房间吸声量，结果见表5．

表5 室内吸声量计算结果

3.2.3 围护结构有效隔声量计算

吸声量确定以后，用吸声量对外围护结构不同频率下的隔声量进行修正．根据式(11)得到计算结果见表6．

表6 组合墙有效隔声量

3.2.4 计权隔声量计算

根据计算出的有效隔声量数据，用前述做图法进行计权隔声量的计算，作图结果如图2所示．

图2 计权隔声频率特性曲线

由图2可知，移动后标准曲线在500,Hz处的隔声量为36,dB，即经过围护结构隔声和考虑室内吸声量后，房间的实际降噪效果单值评价量达到了36,dB．根据周边噪声测试值数据，最大噪声为69.5,dB，则室内背景噪声值为69.5－36＝33.5,dB．该计算结果与项目运行评价时的室内背景噪声实际测量结果34.8,dB非常接近，说明本文所述噪声计算方法可行，并且准确．

4 结 语

将绿色建筑中涉及的噪声计算归纳为围护结构构件隔声量、室内背景噪声和楼板撞击声声压级三大类，分析了计算过程中所涉及的建筑声学原理，在此基础上，以某工程实例阐述了噪声的计算过程及应注意的问题．将计算结果与实测结果比较，差异不大，表明本文对绿色建筑噪声控制的计算方法有效可行．

［1］ 魏惠荣. 绿色住宅内声环境控制[J]. 环境科学与管理，2008(33)：56-58.

［2］ GB/T 50378—2006，绿色建筑评价标准[S].

［3］ GB50118—2010，民用建筑隔声设计规范[S].

［4］ GB 9670—1996，商场(店)、书店卫生标准[S].

［5］ 刘加平. 建筑物理[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2009.

［6］ 康玉成. 建筑隔声设计——空气声隔声技术[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2004.

［7］ 马大献. 声学手册[M]. 北京：科学出版社，2004.

［8］ 吴硕贤. 建筑声学设计原理[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2000.

［9］ GB/T50121—2005，建筑隔声评价标准[S].

［10］ 马大猷. 噪声与振动控制工程手册[M]. 北京：机械工业出版社，2002.

［11］ 许东国. 浅析绿色建筑中声环境质量问题[J]. 江苏建筑，2010(138)：93-94.

［12］ 韩金枝. 环评工作中常见噪声源的噪声控制措施[J].环境科学与管理，2011(36)：181-185.

［13］ 孙双雨. 建筑设计中综合考虑建筑节能和建筑噪声控制[J]. 黑龙江科技信息，2011(3)：314.

［14］ 王 义. 论建筑设计中建筑节能与噪音控制[J]. 科技创新导报，2012(3)：54.

Noise Control Calculation Methods Analysis of Green Building

GUO Chun-mei1，HUANG Qing-biao1，KONG Ling-xia1，ZHAO Nai-ni2
(1. School of Energy and Safety Engineering，Tianjin Chengjian University，Tianjin 300384，China；2. Institute of Building Environment and Energy，China Academy of Building Research，Beijing 100013，China)

In the evaluation of green building,there is a situation in the noise control calculation of construction that the results is ambiguity due to the misunderstanding of the knowledge of acoustics and the unclear method of calculation. Based on analyzing methods in the noise control calculation of green building,this paper introduces the calculation process comprehensively with the data from an actual project to provide the theoretical basis and calculation methods for the assessment of the noise control of green building.

green building；noise；computational methods；case analysis

TB53

A

2095-719X(2015)02-0134-05

2014-09-15；

2014-11-17

“十二五”国家科技支撑计划子课题(2013BAJ09B02-03)

郭春梅（1971—），女，天津人，天津城建大学教授，博士．