不同构造参数双层窗隔声性能试验研究

朱杰，陈洋，蔡乐刚



不同构造参数双层窗隔声性能试验研究

朱杰，陈洋，蔡乐刚

(上海市房地产科学研究院，上海 200031)

通过试验研究玻璃构造形式与规格、开启方式与密封形式、双层窗间距及窗框型材对双层窗隔声性能的影响，分析得出：玻璃构造形式与规格对双层窗的计权隔声量影响较小，其空气声隔声量频率特性曲线相近，低频共振频率主要出现在160～250 Hz范围；外平开/内推拉形式双层窗的隔声性能与双平开形式双层窗相当，均显著优于双推拉形式双层窗，且推拉窗采用包覆式密封条替换普通毛条，对提升外平开/内推拉形式双层窗的隔声量有一定效果；在相同条件下，当两层窗之间的间距大于90 mm时，双层窗构件的计权隔声量相近，隔声性能优于间距为80 mm的双层窗。

双层窗；隔声性能；测试分析

0 引言

当前机场、铁路、高架道路等周边建筑受噪声污染程度较严重，部分地区的室外声环境达到80 dB(A)及以上，为满足相关标准要求，单层窗难以满足敏感建筑降噪隔声改造的要求，双层隔声窗的研究与应用越来越广泛。目前针对建筑噪声控制技术已有较多研究，包括隔声构件隔声性能测试、吸声材料研究等[1-3]，由于双层窗构造较复杂，隔声性能影响因素甚多，尚无法建立一种普适的预测模型，对双层窗隔声性能的研究较少[4-6]，尚未见系统研究报道。在当前的工程设计中，根据隔声需求通过大量样窗设计与测试进行隔声构件选型，存在重复性和不确定性。因此，有必要系统研究不同工况下双层窗隔声性能的影响因素，为隔声设计工程提供技术参考。本文通过定制加工不同设计参数的双层窗试件，实验测试分析不同因素对双层窗隔声性能的影响规律。

1 试验方案设计

为减小外界因素如样窗材料、加工质量、安装差异对试验结果的影响，本试验样窗构配件统一采购、委托同一专业门窗厂定制加工，且实验室安装后由专业技术人员复核。本试验样窗设计参数包括玻璃构造形式与规格、开启方式与密封形式、窗框型材与双层窗间距，其中，考虑既有住宅建筑实际情况，开启方式主要为外平开/内推拉、双推拉与双平开三种；设计了6种玻璃构造形式(外中空/内单片、双中空、外夹层/内单片、外夹层/内中空、外中空/内夹层和双夹层)，各玻璃构造形式又根据玻璃厚度与具体构造分为不同规格，以及两层窗间距为80～120共5种形式和塑钢、断桥铝两种窗框型材。设计参数具体如表1所示，表1中，pvb指玻璃夹层膜，A代表中空玻璃空气层，表中数字单位均为mm。

2 测试方法与结果

窗试样空气声隔声性能测试方法严格按照GBT19889.3-2005《声学建筑和建筑构件隔声测量第3部分：建筑构件空气声隔声的实验室测量》进行，以1/3倍频程在频率范围100～5 000 Hz内共18个中心频率进行测试，测试前测量实验室温湿度，尽可能保持相近的测试环境。

测试结果依照GB/T 50121-2005《建筑隔声评价标准》计算，考虑到隔声窗为外立面窗，故只考虑交通噪声频谱修正量tr，构件计权隔声量w及修正量tr，测试结果见表2。

3 试验结果分析

3.1 玻璃构造形式与规格的影响

在其他条件相同的情况下，不同玻璃构造形式与规格双层窗构件S1～S19隔声量测试结果如图1所示。由图1可以看出可以看出，双层窗构件的隔声量w均超过45 dB，交通噪声频谱修正后的隔声量w+tr超过40 dB，且除构件S1和S17外，其余构件隔声量w+tr均超过45 dB，隔声性能达到6级标准[7]。不同玻璃构造形式的双层窗的隔声量无显著差异。对比相同玻璃构造形式、不同规格双层窗的隔声量可以看出，在其他条件相同的情况下，增加玻璃厚度对提升双层窗隔声量的效果不显著，如双中空玻璃形式构件S8较S5玻璃厚度整体增加了14 mm，隔声量仅提高了1 dB；外夹层/内单片玻璃形式构件S11较S9两层玻璃厚度分别增加了8 mm+0.38 mm pvb和4 mm，修正后隔声量w+tr反而降低了1 dB。

表1 双层隔声窗参数设计

注：试样窗尺寸均为1.2 m×1.5 m；窗框型材均为大连实德品牌型材。

表2 双层窗隔声量测试结果(dB)

图1 不同玻璃构造形式与规格双层窗的隔声量

图2为6种玻璃构造形式的不同规格窗构件的空气声隔声量频率特性曲线，分析可发现：

(1) 除部分构件如S7、S8、S14外，试验测试双层窗构件的1/3倍频程隔声性能频谱曲线均存在低频共振现象，低频共振低谷点主要位于250 Hz处，但对于不同的玻璃构造形式，其受低频共振的影响程度存在一定差异，如外中空/内单片玻璃构造形式的双层窗受低频共振影响较大，外夹层/内单片玻璃构造形式的双层窗受低频共振影响较小。

(2) 从图2(a)可以看出，对于外中空/内单片玻璃构造形式双层窗，随着两层窗体玻璃规格厚度的增大，窗隔声性能稍有提升，主要表现为降低低频共振效应。另外，对比图2(b)、2(d)可以发现，对于双中空、外夹层/内中空玻璃构造形式双层窗，增大两层窗体的玻璃厚度，可有效减弱低频共振的影响。

(3) 对于外夹层/内单片玻璃构造形式双层窗，所测试构件的隔声量频率特性曲线基本相同，低频段受低频共振影响较小，但在1 000 Hz处存在较严重的吻合谷效应(见图2(c))。对比图2(d)和图2(e)，可认为外夹层/内中空、外中空/内夹层两种玻璃构造形式的双层窗的隔声量频率特性曲线基本相似。

(4) 从图2(f)看出，构件S17在250 Hz和1 000 Hz处均出现较严重的低谷点，主要原因可能为构件S17内、外两层窗的构造形式相同，加剧共振效应和吻合效应，表现为其交通噪声频谱修正量tr较其他构件显著偏大。

图2 不同玻璃规格对隔声性能频谱曲线的影响

3.2 开启方式与密封形式的影响

从实测数据可以看出(见表2)，外平开/内推拉双层窗构件S9较双平开双层窗构件S21隔声量w低3 dB，而修正后隔声量w+tr反而高2 dB；双推拉双层窗构件S20隔声性能相对较差，修正后隔声量w+tr为41 dB，较构件S9、构件S21分别小6 dB和4 dB，主要原因为推拉窗存在明显的漏声点，降低了双层窗整体隔声性能。包覆式密封条可有效加强窗扇与窗框间的紧密性，采用包覆式密封条的外平开/内推拉双层窗隔声量较推拉窗采用毛条可提高1 dB。

对比不同开启方式及密封形式双层窗构件的隔声量频率特性曲线(见图4)，可以看出，双推拉双层窗各频段的隔声量均小于其他类型双层窗，而双平开双层窗修正后隔声量小于外平开/内推拉双层窗的主要原因是双平开双层窗在低频100 Hz频率处隔声量显著偏低。采用包覆式密封条替换毛条可有效提升推拉窗体的隔声性能，进而提升外平开/内推拉双层窗的隔声性能。

图3 不同玻璃构造形式的隔声性能频谱曲线

图4 开启方式及密封胶条与隔声量频率特性曲线的关系

3.3 双层窗间距的影响

一定范围内，双层窗较大间距空气层可有效衰减两窗间振动能量的传递，空气层厚度越大，双层窗隔声性能越好[5]。从图5分析看出，间距超过90 mm的双层窗构件计权隔声量基本相近，均达50 dB及以上，较两窗间距为80 mm的构件S24计权隔声量提高3～4 dB。从间距与双层窗各隔声量频谱特性曲线(图6)的关系可发现，在125～1 000 Hz范围内，两窗间距为80 mm双层窗构件S24的隔声量显著低于其余测试构件，与构件S27相比，窗间距增大了50%，测试频率范围内各频率下对应的隔声量均有所提高，在低频段100～250 Hz范围内相差5 dB以上，如图6所示。

图5 双窗间距对隔声性能的影响

图6 双窗间距和空气声隔声量频率特性曲线的关系

3.4 窗框型材的影响

试验对比了塑钢型材和断桥铝型材窗框对双层窗隔声性能的影响，试验显示两者隔声性能基本相近，测试构件计权隔声量均为50 dB，修正后隔声量均为47 dB，如图7所示。

4 结论

(1) 试验结果表明，在两窗间距100 mm、开启方式为外平开/内推拉条件下，不同玻璃构造形式双层窗的计权隔声量均超过45 dB，交通噪声频谱修正后隔声量w+tr超过40 dB，隔声标准达到5级及以上。玻璃构造形式与规格对双层窗的计权隔声量影响不显著，空气声隔声量频率特性曲线基本相近，低频共振频率主要位于160～250 Hz，且在1 000 Hz处存在吻合效应现象；

图7 窗框型材对隔声性能的影响

(2) 在相同条件下，外平开/内推拉双层窗的隔声性能与双平开双层窗差异不大，计权隔声量均超过50 dB，隔声性能显著优于双推拉双层窗，而双推拉双层窗交通噪声修正后隔声量超过40 dB，达到5级隔声标准。推拉窗体采用包覆式密封条替换毛条，可提升外平开/内推拉双层窗的整体隔声量；

(3) 试验结果显示，相同条件下，间距90 mm及以上的双层窗隔声性能相近，较间距为80 mm双层窗构件隔声量提高3～4 dB，故设计双层隔声窗时，两层窗的间距宜取90～100 mm；

(4) 其他因素相同条件下，塑钢型材双层窗和断桥铝型材窗框双层窗的隔声性能基本相近，均可达6级隔声标准。

[1] 吕玉恒. 噪声控制与建筑声学设备和材料选用手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2011.

LÜ Yuheng. Materials handbook of noise control & architectural acoustics[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2011.

[2] HENRY L, RAYMOND W, JOSH F, et al. Global trends in environmental noise control for a smarter city[J]. 声学技术, 2016, 35(6): 563-570.

[3] 许欢, 陈妍, 何龙标, 等. 影响材料吸声性能几种因素的实验研究[J]. 声学技术, 2013, 32(6): 197-198.

XU Huan, CHEN Yan, HE Longbiao, et al. Experimental investigation of factors influencing sound absorption property[J]. Technical Acoustics, 2013, 32(6): 197-198.

[4] 王佐民, 姜在秀. 双层板结构隔声性能阻抗法分析[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2011, 39(9): 1383-1386,1412.

WANG Zuomin, JIANG Zaixiu. Impedance analysis method for sound insulation of double panel[J]. Journal of Tongji University(Natural Science), 2011, 39(9): 1383-1386,1412.

[5] 彭子龙, 温华兵, 桑晶晶. 基于统计能量法的单双层玻璃窗隔声量分析[J]. 噪声与振动控制, 2014, 34(4): 197-201.

PENG Zilong, WEN Huabing, SANG Jingjing. Analysis of sound insulation performances of single and double layer glazing windows based on SEA[J]. Noise and Vibration Control, 2014, 34(4): 197-201.

[6] TAKAHASHI D, SAWAKI S, MU R L. Improvement of sound insulation performance of double-glazed windows by using viscoelastic connectors[J]. Journal of Sound and Vibration, 2016, 371(9): 56-66.

[7] 住房和城乡建设部建筑制品与构配件产品标准化技术委员会. GB/T 8485-2008建筑门窗空气声隔声性能分级及检测方法[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.

Standardization Technical Committees of Building Products and Components of MOHURD. GB/T 8485-2008. The graduation and test for airborne sound insulating properties of windows and doors[S]. Beijing: Standards Press of China, 2008.

Experimental study of sound insulation performance of double-glazed windows with different structure parameters

ZHU Jie, CHEN Yang, CAI Le-gang

(Shanghai Real Estate Science Research Institute, Shanghai 200031, China)

The influence of different structure parameters on sound insulation performance of double-glazed windows are studied experimentally, including glass structures and specifications, open mode and sealing form, spacing between double windows and window frame profiles. The results show that glass structures and specifications have small effect on the weighted sound isolation of double-glazed windows, and the frequency characteristic curves of air sound insulation quantity for them are similar, and the resonance frequency mainly appears in 160～250 Hz. The sound insulation performances of the double-glazed window with outswing and inner sliding forms are basically the same as the double swing windows, but better than the double sliding windows significantly. Furthermore, using of coated seals instead of seal strips is effective to enhance sound insulation for double-glazed windows. When spacing between the double windows is greater than 90 mm, the sound insulation performances are almost the same, which are superior to the double-glazed windows of 80 mm spacing.

double-glazed window; sound insulation performance; test and analysis

TU112

A

1000-3630(2018)-04-0344-06

10.16300/j.cnki.1000-3630.2018.04.009

2017-07-07;

2017-09-09

上海市科学技术委员会基金资助项目(14231201100)。

朱杰(1989－), 男, 浙江金华人, 硕士研究生, 研究方向为房屋安全、房屋修缮改造、历史建筑保护。

朱杰,E-mail:jiez0114@126.com