胡允涛 孟文花

(山西平阳重工机械有限责任公司，山西 临汾 043003)



一种新型自然通风隔声窗的构造设计与分析

胡允涛 孟文花

(山西平阳重工机械有限责任公司，山西 临汾 043003)

为了进一步应对城市交通噪声的严重影响，提出一种新型的自然通风隔声窗构造，在双层窗隔声原理的基础上，利用单通道消声器原理，将多层透明微穿孔共振吸声结构设置在双层窗空腔内形成消声通道，指出该自然通风隔声窗在满足通风的前提下具有良好的隔声性能。

交通噪声，自然通风，隔声窗，消声通道

0 引言

随着我国经济的快速发展和城乡一体化的推进，城市交通噪声的污染愈发严重。降低建筑室内噪声的重要措施之一是采用高效隔声窗。本文提出一种新型的自然通风隔声窗构造隔声窗来对噪声加以适当的控制，从而营造一个舒适的声环境。

1 自然通风隔声窗新型构造设计

1.1 自然通风隔声窗新型构造设计原则

建筑内部空间，是为使用者营造一个能够抵挡室外气候影响，挡风避雨，遮阳隔音且相对独立的人造物理环境。因此作为建筑的外围护构件的窗户而言，作为室内外环境的衔接，需具备采光、通风和观景基本功能，以及为了调控室内物理环境处在人体的适应范围内，还应具有保温、隔热、隔声等特性。本文主要围绕自然通风隔声窗的隔声性能和通风效果两个方面进行阐述。

1.2 自然通风隔声窗新型构造

自然通风隔声窗与普通窗户一样，一般也是由窗框、窗扇、玻璃和五金件组成。这里以山西临汾地区为例，如图1所示，外墙结构层一般为300 mm厚，并且选取最常见的窗户尺寸1 800×1 500来进行详述。

窗户整体设计为含有空腔的双层窗，考虑到窗户的热工性能，将室外窗设置为单层玻璃，室内窗设置为双层中空玻璃(见图1c))。构造上将较宽的一面(1 050×1 500)设置为窗户的通风道(见图1a)，图1b))，在进风口处设置了玻璃百叶，排风口处为上悬窗，空气经由进、排风口及双层窗中间的空腔进行自然通风(见图2)。中间固定扇的空腔内安装了多层透明微穿孔共振板(膜)，形成消声通道。窗立面中相对较窄的一面(750×1 500)设置为普通常用的双层窗，上面窗户的内外两侧均为固定扇，下面窗户的内外两侧则是均可以开启的平开窗扇。只是开启的时候，内侧的窗扇应向内开启，而外侧的窗扇应向外开启。

2 自然通风隔声窗的理论分析与计算

2.1 窗户自然通风理论分析

1)窗户进出风洞口面积的确定。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》[1]中对有效通风面积不应小于房间地板面积的5%规定，因此对于约10 m2的建筑空间及常见的窗户尺寸1 800×1 500为例来进行研究，如图1a)，图1b)所示，窗户通风洞口的尺寸设置为1 050×500。

2)热压作用通风原理。窗户通风原理为热压通风，如图3所示。当室外温度低于室内温度，室外的冷空气由窗户下方的进风口进入到双层窗中间的空腔内，受到室内一侧中空玻璃温度高的影响，空气密度变低向上移动，底部形成负压区，室外温度较低，密度较大的空气则源源不断地补充进来，形成自然通风。

2.2 窗户隔声的理论分析

1)窗户隔声的理论设计。城市噪声绝大部分为交通噪声，而这些交通噪声又多为中低频声，故窗户采用薄板吸声结构能够很好的吸收中低频噪声。因此，自然通风隔声窗的双层窗设计不仅能够起到良好的节能保温作用，也是一种能够很好处理中低频声的理论模型。

声学上，从声屏障的隔声角度考虑，将室外进风口处设计成为三片玻璃材质的百叶，不仅不影响窗户的采光效果，还能充当小型声屏障，起到隔声的作用。而从声学吸声角度考虑，双层窗户夹层空腔内安装多层透明微穿孔共振板(膜)，形成消声通道，其消声有效频率范围为交通噪声的主要频谱范围200 Hz～2 000 Hz[2]，结构示意图见图4。这里选用一种构造理论模型：a.外层单层玻璃厚度5 mm；b.中部空腔厚度为150 mm；c.内层中空玻璃厚度为：6/10A/6(玻璃/空气层厚度A/玻璃，单位：mm)。

2)窗户隔声的理论计算。

a.通风通道关闭状态下隔声窗隔声量的理论计算。当窗户窗扇关闭时，窗户因为自身双层的构造，形成双层介质隔声结构，外层的单层玻璃、内层的中空玻璃与夹层密闭空气层。利用隔声质量公式，计算得出双层窗综合计权隔声量见图5，并与普通中空玻璃隔声量进行了对比，其隔声量在不同频率下的隔声性能均较高。

b.通风通道开启状态下隔声窗隔声量的理论计算。自然通风隔声窗在开启状态下的总体隔声量计算式见式(1)[3]：

(1)

其中，R为自然通风隔声窗在开启状态下的总隔声量；τ为双层组合隔声窗的综合声透射比。

对于自然通风隔声窗的总隔声量通过先分别求解双层隔声窗(不包括消声通道)的声透射比τc和消声通道的声透射比τx来求出[3]。

(2)

其中，Rc为双层隔声窗(不包括消声量)的隔声量；R1为单层玻璃窗的隔声量；S1为单层玻璃窗的面积；R2为中空玻璃窗的隔声量；S2为中空玻璃窗的面积；R3为双层窗的隔声量；S3为双层窗的面积。窗户不同隔声部分示意图见图6。

其中，R1,R2,R3的隔声量通过建筑声学设计手册[4]查出，将其代入式(2)中，得出双层隔声窗(不包括消声通道)在不同频率下的隔声量，见表1。

表1 自然通风隔声窗(不包括消声通道)的隔声量

然后根据式(1)，分别求出不同频率下的声透射比τc，见表2。

对于消声通道R4的消声量根据通道的尺寸与材料消声系数求得，再同样利用式(1)，得出不同频率下的声透射比τx，如表3所示。

表2 自然通风隔声窗(不包括消声通道)的声透射比τc

表3 自然通风隔声窗消声通道的声透射比τx

在通风状态下，窗户的隔声效果由内外侧玻璃与消声通道共同作用决定，窗户的综合声透射比根据式(3)求解[3]：

(3)

其中，τ为自然通风隔声窗的综合声透射比；Sc为自然通风隔声窗(不包括通风洞口)的面积；τc为双层组合隔声窗(不包括消声通道)的声透射比；Sx为消声通道通风洞口的面积；τx为消声通道的声透射比。

计算得出双层组合隔声窗的综合声透射比τ，见表4。

表4 自然通风隔声窗的综合声透射比τ

最后，通过式(2)，计算得出自然通风隔声窗在开启状态下的总隔声量，见表5。

表5 自然通风隔声窗开启状态总隔声量

c.新型隔声窗隔声量的计算结论与分析。在图7中能够看到，自然通风隔声窗在通风通道关闭状态下的隔声性能开启状态下的隔声性能计算值的比较。自然通风隔声窗在开启状态时，其隔声量处于15 dB～20 dB，尤其是低中频段隔声量在20 dB以上。隔声量虽然均低于关闭状态，但仍然可与关闭的普通单层窗的隔声性能相当，可见其在满足自然通风的前提下对交通噪声起到了一定的阻隔作用，说明其构造的消声通道在隔声中的有效性。

3 结语

自然通风隔声窗因为具有良好的隔声效果与兼顾通风性能，是降低城市噪声对室内声环境影响的重要措施。合理利用隔声原理在窗户的进风口处设置了小型的玻璃材质的百叶式声屏障、在双层构造夹层空腔安装多层透明微穿孔共振吸声结构作为消声通道，使得自然通风隔声窗构造更具有实用价值。

[1] GB 50736—2012,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

[2] 俞悟周,王佐民.一种新型高效自然通风隔声窗的设计与试验[J].环境工程,2008(10):102-104.

[3] 方舟群,王文奇.噪声控制技术[M].上海：上海科学技术出版社,1983.

[4] 建筑声学设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社,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

胡允涛(1973- )，男，工程师

TU834.1

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