一種新型自然通風隔聲窗的構造設計與分析

胡允濤 孟文花

(山西平陽重工機械有限責任公司，山西 臨汾 043003)

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一種新型自然通風隔聲窗的構造設計與分析

胡允濤 孟文花

(山西平陽重工機械有限責任公司，山西 臨汾 043003)

為了進一步應對城市交通噪聲的嚴重影響，提出一種新型的自然通風隔聲窗構造，在雙層窗隔聲原理的基礎上，利用單通道消聲器原理，將多層透明微穿孔共振吸聲結構設置在雙層窗空腔內形成消聲通道，指出該自然通風隔聲窗在滿足通風的前提下具有良好的隔聲性能。

交通噪聲，自然通風，隔聲窗，消聲通道

0 引言

隨著我國經濟的快速發展和城鄉一體化的推進，城市交通噪聲的污染愈發嚴重。降低建筑室內噪聲的重要措施之一是采用高效隔聲窗。本文提出一種新型的自然通風隔聲窗構造隔聲窗來對噪聲加以適當的控制，從而營造一個舒適的聲環境。

1 自然通風隔聲窗新型構造設計

1.1 自然通風隔聲窗新型構造設計原則

建筑內部空間，是為使用者營造一個能夠抵擋室外氣候影響，擋風避雨，遮陽隔音且相對獨立的人造物理環境。因此作為建筑的外圍護構件的窗戶而言，作為室內外環境的銜接，需具備采光、通風和觀景基本功能，以及為了調控室內物理環境處在人體的適應范圍內，還應具有保溫、隔熱、隔聲等特性。本文主要圍繞自然通風隔聲窗的隔聲性能和通風效果兩個方面進行闡述。

1.2 自然通風隔聲窗新型構造

自然通風隔聲窗與普通窗戶一樣，一般也是由窗框、窗扇、玻璃和五金件組成。這里以山西臨汾地區為例，如圖1所示，外墻結構層一般為300 mm厚，并且選取最常見的窗戶尺寸1 800×1 500來進行詳述。

窗戶整體設計為含有空腔的雙層窗，考慮到窗戶的熱工性能，將室外窗設置為單層玻璃，室內窗設置為雙層中空玻璃(見圖1c))。構造上將較寬的一面(1 050×1 500)設置為窗戶的通風道(見圖1a)，圖1b))，在進風口處設置了玻璃百葉，排風口處為上懸窗，空氣經由進、排風口及雙層窗中間的空腔進行自然通風(見圖2)。中間固定扇的空腔內安裝了多層透明微穿孔共振板(膜)，形成消聲通道。窗立面中相對較窄的一面(750×1 500)設置為普通常用的雙層窗，上面窗戶的內外兩側均為固定扇，下面窗戶的內外兩側則是均可以開啟的平開窗扇。只是開啟的時候，內側的窗扇應向內開啟，而外側的窗扇應向外開啟。

2 自然通風隔聲窗的理論分析與計算

2.1 窗戶自然通風理論分析

1)窗戶進出風洞口面積的確定。根據《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》[1]中對有效通風面積不應小于房間地板面積的5%規定，因此對于約10 m2的建筑空間及常見的窗戶尺寸1 800×1 500為例來進行研究，如圖1a)，圖1b)所示，窗戶通風洞口的尺寸設置為1 050×500。

2)熱壓作用通風原理。窗戶通風原理為熱壓通風，如圖3所示。當室外溫度低于室內溫度，室外的冷空氣由窗戶下方的進風口進入到雙層窗中間的空腔內，受到室內一側中空玻璃溫度高的影響，空氣密度變低向上移動，底部形成負壓區，室外溫度較低，密度較大的空氣則源源不斷地補充進來，形成自然通風。

2.2 窗戶隔聲的理論分析

1)窗戶隔聲的理論設計。城市噪聲絕大部分為交通噪聲，而這些交通噪聲又多為中低頻聲，故窗戶采用薄板吸聲結構能夠很好的吸收中低頻噪聲。因此，自然通風隔聲窗的雙層窗設計不僅能夠起到良好的節能保溫作用，也是一種能夠很好處理中低頻聲的理論模型。

聲學上，從聲屏障的隔聲角度考慮，將室外進風口處設計成為三片玻璃材質的百葉，不僅不影響窗戶的采光效果，還能充當小型聲屏障，起到隔聲的作用。而從聲學吸聲角度考慮，雙層窗戶夾層空腔內安裝多層透明微穿孔共振板(膜)，形成消聲通道，其消聲有效頻率范圍為交通噪聲的主要頻譜范圍200 Hz～2 000 Hz[2]，結構示意圖見圖4。這里選用一種構造理論模型：a.外層單層玻璃厚度5 mm；b.中部空腔厚度為150 mm；c.內層中空玻璃厚度為：6/10A/6(玻璃/空氣層厚度A/玻璃，單位：mm)。

2)窗戶隔聲的理論計算。

a.通風通道關閉狀態下隔聲窗隔聲量的理論計算。當窗戶窗扇關閉時，窗戶因為自身雙層的構造，形成雙層介質隔聲結構，外層的單層玻璃、內層的中空玻璃與夾層密閉空氣層。利用隔聲質量公式，計算得出雙層窗綜合計權隔聲量見圖5，并與普通中空玻璃隔聲量進行了對比，其隔聲量在不同頻率下的隔聲性能均較高。

b.通風通道開啟狀態下隔聲窗隔聲量的理論計算。自然通風隔聲窗在開啟狀態下的總體隔聲量計算式見式(1)[3]：

(1)

其中，R為自然通風隔聲窗在開啟狀態下的總隔聲量；τ為雙層組合隔聲窗的綜合聲透射比。

對于自然通風隔聲窗的總隔聲量通過先分別求解雙層隔聲窗(不包括消聲通道)的聲透射比τc和消聲通道的聲透射比τx來求出[3]。

(2)

其中，Rc為雙層隔聲窗(不包括消聲量)的隔聲量；R1為單層玻璃窗的隔聲量；S1為單層玻璃窗的面積；R2為中空玻璃窗的隔聲量；S2為中空玻璃窗的面積；R3為雙層窗的隔聲量；S3為雙層窗的面積。窗戶不同隔聲部分示意圖見圖6。

其中，R1,R2,R3的隔聲量通過建筑聲學設計手冊[4]查出，將其代入式(2)中，得出雙層隔聲窗(不包括消聲通道)在不同頻率下的隔聲量，見表1。

表1 自然通風隔聲窗(不包括消聲通道)的隔聲量

然后根據式(1)，分別求出不同頻率下的聲透射比τc，見表2。

對于消聲通道R4的消聲量根據通道的尺寸與材料消聲系數求得，再同樣利用式(1)，得出不同頻率下的聲透射比τx，如表3所示。

表2 自然通風隔聲窗(不包括消聲通道)的聲透射比τc

表3 自然通風隔聲窗消聲通道的聲透射比τx

在通風狀態下，窗戶的隔聲效果由內外側玻璃與消聲通道共同作用決定，窗戶的綜合聲透射比根據式(3)求解[3]：

(3)

其中，τ為自然通風隔聲窗的綜合聲透射比；Sc為自然通風隔聲窗(不包括通風洞口)的面積；τc為雙層組合隔聲窗(不包括消聲通道)的聲透射比；Sx為消聲通道通風洞口的面積；τx為消聲通道的聲透射比。

計算得出雙層組合隔聲窗的綜合聲透射比τ，見表4。

表4 自然通風隔聲窗的綜合聲透射比τ

最后，通過式(2)，計算得出自然通風隔聲窗在開啟狀態下的總隔聲量，見表5。

表5 自然通風隔聲窗開啟狀態總隔聲量

c.新型隔聲窗隔聲量的計算結論與分析。在圖7中能夠看到，自然通風隔聲窗在通風通道關閉狀態下的隔聲性能開啟狀態下的隔聲性能計算值的比較。自然通風隔聲窗在開啟狀態時，其隔聲量處于15 dB～20 dB，尤其是低中頻段隔聲量在20 dB以上。隔聲量雖然均低于關閉狀態，但仍然可與關閉的普通單層窗的隔聲性能相當，可見其在滿足自然通風的前提下對交通噪聲起到了一定的阻隔作用，說明其構造的消聲通道在隔聲中的有效性。

3 結語

自然通風隔聲窗因為具有良好的隔聲效果與兼顧通風性能，是降低城市噪聲對室內聲環境影響的重要措施。合理利用隔聲原理在窗戶的進風口處設置了小型的玻璃材質的百葉式聲屏障、在雙層構造夾層空腔安裝多層透明微穿孔共振吸聲結構作為消聲通道，使得自然通風隔聲窗構造更具有實用價值。

[1] GB 50736—2012,民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].

[2] 俞悟周,王佐民.一種新型高效自然通風隔聲窗的設計與試驗[J].環境工程,2008(10):102-104.

[3] 方舟群,王文奇.噪聲控制技術[M].上海：上海科學技術出版社,1983.

[4] 建筑聲學設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社,1987.

A new structure design and analysis of natural ventilation sound-proof window

Hu Yuntao Meng Wenhua

(ShanxiPingyangIndustryMachineryCo.,Ltd,Linfen043003,China)

With adapting the urban traffic noise impact on the living environment, this paper proposed a new structure design of natural ventilation acoustic proof window. Based on double glazing windows principle, the transparent multilayer micro punch resonance sound absorption structure are arranged to form a double window noise channel in the cavity, by using the principle of single channel muffler. Point out the new natural ventilation sound-proof window has not only good noise insulation ability, but also a capacity of ventilation.

traffic noise, natural ventilation, sound-proof window, noise channel

1009-6825(2017)11-0141-03

2017-02-09

胡允濤(1973- )，男，工程師

TU834.1

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