Табл. 1. Нормативные требования к звукоизоляции окон
Табл. 2. Оценочная кривая скорректированного уровня звукового давления эталонного спектра
Табл. 3. Звукоизоляция типовых шумозащитных окон и витражей
Метод нормируемых параметров
Метод нормируемых параметров разработан в России группой ведущих строительных акустиков под руководством д.т.н., профессора Георгия Львовича Осипова [1, 2, 3]. По этому методу величина нормируемой звукоизоляции окон, витрин и других видов остекления (далее «окон») определяется следующим образом. Нормируемым параметром звукоизоляции наружных ограждающих конструкций окон здесь является звукоизоляция RAтран [дБ(А)], представляющая собой изоляцию внешнего шума, производимого потоком городского транспорта.
Нормативные значения RAтран.н для различных помещений приведены в табл. 1 в зависимости от уровня транспортного шума у фасада здания. Для промежуточных значений расчетных уровней требуемая величина RAтран.н определяется интерполяцией. Исходная фактическая звукоизоляция окна RAтран [дБ(А)] определяется на основании рассчитанной [1, 2] или измеренной [8, 9] частотной характеристики звукоизоляции данного окна Ri [дБ] в третьоктавных полосах частот i.
Расчет звукоизоляции окна Ri производит проектант здания, измеренные значения Ri предоставляет проектанту здания фирма-изготовитель окна по результатам лабораторных испытаний. Предпочтение отдается измеренным значениям. Звукоизоляция RAтран определяется с помощью эталонного спектра шума потока городского транспорта Li [дБ] для диапазона средних частот третьоктавных полос: i от 100 до 3150 Гц. Уровни эталонного спектра, скорректированные по кривой частотной коррекции А для шума с уровнем 75 дБ(А), приведены в табл. 2.
Для определения величины звукоизоляции окна RAтран по известной частотной характеристике звукоизоляции данного окна Ri следует в каждой треть-октавной полосе частот из уровня эталонного спектра Li (табл. 2) вычесть величину изоляции воздушного шума Ri данной конструкции окна. Полученные величины следует сложить энергетически и результат сложения вычесть из уровня эталонного шума — 75 дБ(А). RAтран [дБ(А)] определяют:
где Li — скорректированные по кривой частотной коррекции А уровни звукового давления эталонного спектра в iй третьоктавной полосе частот, дБ(А); Ri — изоляция воздушного шума данной конструкции окна в iй третьоктавной полосе частот, дБ. Нормативные значения RAтран.н [дБ(А)] определяются по табл. 1 при эквивалентных уровнях звука LAэкв [дБ(А)] у фасада здания при наиболее интенсивном движении транспорта (в дневное время, «часпик»).
Величина LAэкв может быть или измерена [10] или рассчитана [7].Суть метода нормируемых параметров заключается в том, что нормируется не шум в помещении, а значения звукоизоляции окна. Фактические значения параметра RAтран для конкретных окон должны быть больше или равны его нормативного значения RAтран.н. В результате по RAтран [дБ(А)], согласно формуле (1) и табл. 3, определяется, для каких помещений по назначению и для каких эквивалентных уровней шума у фасада здания выбранная конструкция окна подходит для обеспечения необходимой звукоизоляции.
В случае, если для данного помещения и при данных эквивалентных уровнях звука у фасада здания звукоизоляции окна недостаточно, то ее увеличивают, выбрав другую конструкцию, и процедуру повторяют до получения желаемого результата. Первый метод применим к типовому строительству, где возможны решения по хорошему прототипу. Он прост и обычно дает приемлемый результат (это — плюс), но не гарантирует выполнения допустимой нормы шума в помещении (это — минус). Необходимо иметь квалифицированного специалистаакустика и исходные данные звукоизоляции окна Ri и эквивалентных уровней звука у фасада здания LAэкв.
Метод расчета ожидаемой шумности
Метод расчета ожидаемой шумности первоначально разработан группой ведущих судовых акустиков России под руководством д.т.н., профессора Игоря Ивановича Клюкина [3, 4, 5]. Рассмотрим его инженерную суть на основе ключевой формулы строительной акустики для типовой шумовой ситуации в городе [6]. Итак, на улице, в открытом пространстве 1, поток машин или другой источник шума (например, промышленное предприятие) создает шум звуковой мощностью W1 [Вт] с уровнем звуковой мощности Lw1 [дБ(А)].
Источник шума находится в открытом пространстве, например, на улице близко к земле (α1 = 1, Q1 = ∞) на расстоянии r1 от стены дома площадью Sст, за которой находится помещение 2 с постоянной Q2 и допустимой нормой шума Lн2. Этот шум, например, с полусферической формой излучения, достигает стену дома с интенсивностью [Вт/м2]:
Если интенсивность звука, излучаемая этой стеной в помещение 2, есть Jст, а коэффициент звукоизоляции стены этого здания есть (не путать с расстоянием r1):
то мощность звука, проникающая в помещение 2 указанного здания, есть:
Примем, что в помещении 2 имеется диффузное звуковое поле со средним коэффициентом звукопоглощения α2 ограждающих поверхностей и с их общей площадью S2. Тогда постоянная звукопоглощения помещения:
и интенсивность звука в центре помещении 2:
Отсюда уровень звука Lp2 [дБ(А)] в расчетной точке помещения 2, который должен быть равен или меньше допустимого уровня звука Lн2 [дБ(А)], определяется следующей ключевой формулой строительной акустики:
где Lw1 — уровень звуковой мощности источника шума в пространстве 1, дБ(А); Rнс — звукоизоляция стены (окна), дБ(А); Lн2 — допустимый уровень звукового давления на рабочем месте в помещении 2, дБ(А).В открытом пространстве:
поэтому в результате имеем:
где Lp1 — уровень звукового давления снаружи у стены дома, дБ(А). Требуемая звукоизоляция стены, которая определяется звукоизоляцией окна, рассчитывается по формуле [дБ(А)]:
Окончательно имеем [дБ(А)]:
где k — коэффициент, учитывающий нарушение диффузного звукового поля в помещении [1].Если источник шума и расчетная точка расположены на территории, расстояние между которыми больше удвоенного максимального размера источника шума (r1 > 2lmax) и между ними нет препятствий, экранизирующих шум или отражающих шум в направлении расчетной точки (снаружи на расстоянии 2 м от ограждающей конструкции), то октавные уровни звукового давления Lp1 [дБ(А)] в этой расчетной точке следует определять следующим образом:
- при точечном источнике шума (отдельная установка на территории, трансформатор и т.д.) — по формуле:
- при протяженном источнике ограниченного размера (стена производственного здания, цепочка шахт вентиляционных систем на крыше производственного здания, трансформаторская подстанция с большим количеством открыто расположенных трансформаторов) — по формуле:
В этих формулах значения величин F, W — то же, что и в ключевой формуле строительной акустики [1], а значения величины затухания звука в атмосфере βa [дБ(А)/км] принимаются отдельно. Эквивалентные уровни звука у фасада здания при наиболее интенсивном движении транспорта (в дневное время, «часпик») Lp1 = LAэкв [дБ(А)] могут быть измерены [10] или рассчитаны [7].
Второй метод незаменим для уникальных строительных сооружений, где нет хорошего прототипа. Он более трудоемок, чем первый; требует экспериментального контроля и доводки при строительстве и эксплуатации, а главное — работы высококвалифицированных специалистов-акустиков. На бытовом уровне это — минус. Но второй метод надежно гарантирует выполнение допустимой нормы шума в помещениях.
Это его безусловный плюс. Трудности здесь, еще большие чем для первого метода, состоят в получении исходных данных с определенной точностью и надежностью, а именно: звукоизоляции окна Ri, постоянной звукопоглощения помещения Q2, эквивалентных уровней звука LAэкв у фасада здания при наиболее интенсивном движении транспорта (в дневное время, «часпик»).
Приближенный метод
Приближенный метод разработан под руководством д.т.н., профессора Георгия Львовича Осипова и к.т.н. Игоря Любимовича Шубина [7]. По этому методу требования к необходимой звукоизоляции наружных окон зданий RAтран устанавливаются на основании ожидаемого уровня транспортного шума у фасада, обращенного в сторону источника шума LAэкв.тер2, и допустимого уровня шума в помещении LAэкв.доп в соответствии с нормами, указанными в СНиП 2303–2003 [1].
Расчет ожидаемых уровней транспортного шума может производиться приближенно по формулам Г.Л. Осипова и И.Л. Шубина [7].Снижение внешнего шума конструкцией окна в защищаемом помещении предлагается определять по приближенной в данном случае формуле:
где L1 — уровень звукового давления в пространстве источника звука в двух метрах от наружного ограждения, дБ(А); L2 — уровень звукового давления в защищаемом помещении, где необходимо выполнить санитарные нормы шума, дБ(А); S — площадь ограждающей конструкции [м2] со звукоизоляций R; A — эквивалентная площадь звукопоглощения в защищаемом помещении, м2.В нашем случае, если требуемое снижение внешнего шума конструкцией окна должно обеспечить допустимую норму шума в помещении Lн:
и для помещений жилых, административных и других обитаемых зданий приближенно можно принять [дБ(А)]:
где S0 — площадь окна, м2; Aп — эквивалентная площадь поглощения в помещении, м2; средняя в диапазоне 125–1000 Гц,), то требуемая звукоизоляция окна RAтран.тр [дБ(А)] рассчитывается:
RAтран.тр = LAэкв.тер2 – LAэкв.доп – 5 == L1 – Lн – 5. (3)
Величина L1 принимается по данным шумовой карты города или задается заказчиком, величина допустимой нормы шума в помещении Lн — по данным СНиП 2303–2003 [1].Выбор конструкции окна по приближенному методу состоит в выполнении следующего требования: фактическая звукоизоляция окна RAтран должна быть не меньше требуемой по формуле (3), т.е. должно выполняться соотношение RAтран ≥ RAтран.тр.
Характеристики конструкции типовых шумозашитных окон со звукоизоляцией RAтран приведены в табл. 3. Третий метод используется, когда нет под рукой надежных исходных данным для первого и второго метода. Этим методом может воспользоваться инженерстроитель, окончивший краткосрочные курсы акустика. Метод прост и гарантирует в первом приближении приемлемый результат. В этом его практическое значение, это — плюс. Минус — в малой надежности обеспечения желаемой тишины с помощью выбранной конструкции шумозащитного окна.
Конструкция типовых шумозащитных окон
Современное типовое шумозащитное окно состоит из стеклопакета с двумя стеклами, газовой среды между ними и дистанционной виброизолирующей рамки с осушителем. Условием надежности является качественная герметизация стеклопакета. При производстве стеклопакетов используют практически все виды стекол. Алюминий и оцинкованная сталь используются в качестве материала для дистанционных рамок, реже используется пластмасса.
Дистанционная рамка выполняется полой внутри, со специальными диффузионными отверстиями. Внутри находится осушитель, который выполняет функцию впитывания самых незначительных объемов воды в межстекольном пространстве, благодаря чему предотвращается выпадение росы внутри стеклопакетов в холодное время года. Как работает осушитель? Частицы осушителя имеют множество пор, диаметр пор больше, чем диаметр атомов или молекул газа, в связи с этим газы диффундируют в эти поры и абсорбируются.
Для заделки швов в стеклопакете используют герметики, которые играют в какой-то степени и роль виброизолятора. Важным для герметика является обеспечение прочности стеклопакетов и препятствия проникновению водяного пара в межстекольное пространство. Герметики различают по следующим основным свойствам: сила сцепления со стеклом и материалом дистанционной рамки, эластичность, прочность и время старения, ширина и толщина уплотняющей массы, скорость диффузии молекул через герметик.
Качественные стеклопакеты изготавливаются по принципу двойной герметизации. В качестве первичного герметика чаще всего применяется бутил: он обладает наилучшей относительной способностью сопротивляться проникновению водяного пара. Бутиловая масса наносится при температуре чуть больше ста градусов в виде тонкой ленты на обе стороны дистанционной рамки. Когда стекла сдавливают, между стекла ми и рамкой остается разделяющий их бутиловый шов толщиной в несколько десятых долей миллиметра.
С наружной стороны стеклопакета делают вторичную герметизацию, т.к. первичный герметик не может обеспечить требуемую прочность кромочного соединения. В качестве вторичного герметика чаще всего используют полисульфид. Межстекольное пространство в стеклопакетах заполняют воздухом, иногда инертными газами — аргоном (Ar) или криптоном (Kr). Звукоизоляция типовых шумозащитных окон и витражей представлена в табл. 3.
Пример определения необходимой звукоизоляции окна
В качестве примера определим необходимую конструкцию шумозащитного окна жилых комнат квартир в домах категории «В». Исходные данные. По данным шумовой карты города эквивалентные уровни звука у фасада здания принимаем LAэкв = 80 дБ(А) (при наиболее интенсивном движении транспорта — в дневное время, «часпик»). Для исходного окна имеем звукоизоляцию Ri [дБ(А)], указанную в стандартах. Решение. Воспользуемся методом нормируемых параметров. Для этого рассчитаем величину RAтран [дБ(А)] по формуле (1) первого метода:
По полученному значению величины необходимой звукоизоляции окна RAтран ≈ 37 дБ(А) можно сделать вывод согласно табл. 3, что данная конкретная конструкция окна удовлетворяет нормативным требованиям RAтран к звукоизоляции окон для всех помещений №№ 1–6и для эквивалентных уровней звука у фасада здания при наиболее интенсивном движении транспорта (в дневное время, «часпик») LAэкв [дБ(А)] в пределах от 60 до 80 дБ(А).Для LAэкв = 80 дБ(А) у фасада здания при наиболее интенсивном движении транспорта (в дневное время, «часпик») необходимую конструкцию звукоизолирующего окна в жилых комнатах квартир в домах категории «В» имеем из табл. 3 под №10.
Но для домов, входящих в категорию «В», должно быть RAтран = 30 дБ(А). Итак, запас равен 7 дБ(А). Можно оставить так, и тогда это окно распространится и на дома категории «А», а можно выбрать другое окно с меньшей звукоизоляцией и процедуру метода нормируемых параметров повторить.
Заключение
Представленный анализ трех методов определения необходимой звукоизоляции окон жилых и общественных зданий свидетельствует, что в настоящее время не существует единой общепризнанной методики такого определения. Первой метод отражает сложившуюся отечественную и мировую практику в строительной индустрии. Он в основном предназначен для жилых и общественных зданий категории «В» (обеспечение предельно допустимых условий).
В частности, к гостиницам категории «В» относятся гостиницы, имеющие по международной классификации менее трех звезд. Этот метод, образно говоря, смотрит в лучшее прошлое [3, 6]. Второй метод предназначен в основном для жилых и общественных зданий категории «А» (обеспечение высококомфортных условий) и категории «Б» (обеспечение комфортных условий) — гостиницы категории «А» имеют по международной классификации четыре и пять звезд, категории «Б» — три звезды.
Он использует лучший опыт в более продвинутых по акустике областях науки и техники, а именно в судостроении [4, 5]. В строительной индустрии второй метод, образно говоря, устремлен в будущее [3]. Третий метод пытается сочетать в упрощенной форме первый и второй метод для широкого использования в настоящее время [7], как бы соединить лучшее прошлое с лучшим будущем. Он предназначен для всех категорий зданий и удобен на раннем этапе проектирования.
Создание единого метода определения необходимой звукоизоляции окон жилых и общественных зданий — задача будущего. Сейчас все три метода имеют право на существование, каждый со своими плюсами и минусами в области рационального применения. В заключении надо также особо сказать, как не следует определять звукоизоляцию окон. Недопустимо делать это так, как указано в ГОСТ 24866–99 [11].
В данном стандарте основные физические характеристики стеклопакетов указаны таким образом, что требуемые величины звукоизоляции идут без указания ее частотной характеристики, что абсурдно физически и бесполезно практически, в т.ч., конечно, и для определения необходимой звукоизоляции окна любым методом. Этот «прокол» в части определения необходимой звукоизоляции окон свел на нет стандарт, разработанной в спешке специалистами-стекольщиками в сложнейший период перехода нашей страны от плановой экономики к рыночной.
Статья посвящена памяти Г.Л. ОСИПОВА, д.т.н., профессора, главного строительного акустика, директора НИИСФ (1929–2008 гг.).
