謝小利，盧凌寰，梁 凱，楊 陽（廣西壯族自治區(qū)建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院， 廣西 南寧 530011)

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)通常通過外窗來采光和通風(fēng)，而窗是圍護(hù)結(jié)構(gòu)中隔聲最薄弱的環(huán)節(jié)，尤其是受可開啟扇的影響[1]。普通墻體構(gòu)造如水泥砂漿（20 mm）+混凝土小型空心砌塊（190 mm)+石灰水泥砂漿（20 mm）的計(jì)權(quán)隔聲量可以達(dá)到 50 dB，而中空玻璃鋁合金窗和單層玻璃窗計(jì)權(quán)隔聲量僅為 30～27 dB[2]。處于交通干線旁、商業(yè)中心等鬧市的建筑外窗的隔聲性能，直接影響人們正常的生活質(zhì)量。提高建筑外窗的隔聲性能，是保證室內(nèi)聲學(xué)環(huán)境的有效果途徑[3-4]。已有的研究表明建筑外窗隔聲性能的影響因素包括了型材種類、開啟方式、玻璃規(guī)格、厚度等[3]，但這些影響因素的主次順序和改進(jìn)措施仍需要進(jìn)一步的研究。因此，本文基于正交試驗(yàn)方法對(duì)不同構(gòu)造的外窗的隔聲性能進(jìn)行現(xiàn)場測(cè)試，并結(jié)合 COMSOL Multiphysics 5.5 計(jì)算軟件模擬分析了外窗的不同參數(shù)和構(gòu)造對(duì)隔聲性能的影響。

1 試驗(yàn)方法

本區(qū)域建材市場上常用的建筑外窗型材有塑鋼窗框和鋁合金窗框，開啟方式以推拉、平開方式為主。本文以上述窗型材種類和開啟方式作為研究對(duì)象，同時(shí)為了使研究具有明顯差異性，外窗玻璃規(guī)格選用了 6+12A+6 和 5+19A+5 兩種玻璃規(guī)格，通過正交設(shè)計(jì)的方法來研究不同因素對(duì)外窗隔聲性能的影響，即選擇型材種類、開啟方式、玻璃規(guī)格 3 個(gè)因素，并選取 2 個(gè)水平，正交設(shè)計(jì)表如表1 所示。

表1 正交設(shè)計(jì)表

試驗(yàn)依據(jù)規(guī)范 GBT 19889.5—2006《建筑和建筑構(gòu)件隔聲測(cè)量第 5 部分：外墻構(gòu)件和外墻空氣聲隔聲的現(xiàn)場測(cè)量》，采取聲壓法對(duì)各窗戶進(jìn)行測(cè)量，并按規(guī)范對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 極差分析

極差分析法常用于正交試驗(yàn)的結(jié)果分析，由于計(jì)算簡單、直觀易懂而被稱為直觀分析法。該方法在分析問題時(shí)采用每一個(gè)因素的平均極差來獲得極差值，從而得出考察指標(biāo)的影響因素的主次順序及最佳的因素水平組合。本文的正交試驗(yàn)的隔聲性能結(jié)果也采用了極差分析方法來分析，研究開啟方式、玻璃規(guī)格和型材種類 3 個(gè)因素和 2 個(gè)水平對(duì)外窗隔聲性能的影響情況，計(jì)算結(jié)果如表2 所示。

表2 外窗隔聲性能試驗(yàn)結(jié)果和極差分析

從表2 可以很直觀地看出，開啟方式對(duì)外窗隔聲性能影響最顯著，其次為玻璃規(guī)格。從各因素的優(yōu)水平來看，平開方式較推拉開啟方式的隔聲性能更好，塑鋼窗框的隔聲性能優(yōu)于鋁合金窗框，且 5+19A+5 的玻璃規(guī)格優(yōu)于 6+12A+6，后者的玻璃厚度雖然有所增加，但其中空玻璃的空氣夾層的厚度較小，導(dǎo)致隔聲性能略低。根據(jù) 08 J 931《建筑隔聲與吸聲構(gòu)造》中提供的單層玻璃的厚度和計(jì)權(quán)隔聲量建立的關(guān)系，如圖1 所示。

圖1 玻璃厚度與隔聲量的關(guān)系圖

由圖1 可知，玻璃的厚度與隔聲量具有較明顯的線性關(guān)系，因此增加玻璃的厚度對(duì)窗的隔聲性能也具有明顯的提高作用。

2.2 外窗隔聲性能模擬分析

通過上述外窗正交試驗(yàn)的研究分析可見，外窗的開啟方式是影響外窗隔聲性能的關(guān)鍵，為進(jìn)一步探索外窗隔聲性能的薄弱環(huán)節(jié)，采用 COMSOL Multiphysics 5.5 計(jì)算軟件對(duì)建筑外窗的隔聲性能進(jìn)行仿真。本模擬假設(shè)條件為：測(cè)試樣本對(duì)聲源側(cè)的聲場影響很小，外窗側(cè)為理想的擴(kuò)散場，接收側(cè)為理想的消聲終端。對(duì)推拉鋁合金玻璃窗（6+12A+6）進(jìn)行擬合。擬合結(jié)果表明，在 250 Hz 處，窗的透射聲能分布不均勻，在窗框的四周透射聲能較大，說明該處的窗扇與四周的滑軌間存在的縫隙引起漏聲較大。1 000 Hz 和 2 000 Hz的聲強(qiáng)等值線擬合結(jié)果也表明，在窗的左右兩側(cè)透射聲能較其他部位大，說明該處有較大的漏聲，這與 250 Hz 低頻率的透射聲能分布不同。250 Hz 時(shí)為低頻聲波，具有較強(qiáng)的衍射能力，但隨著頻率的升高，聲波的衍射能力減弱，導(dǎo)致窗四周透射的聲能更加不均勻[5]。因此，外窗在高頻率段時(shí)的隔聲性能較好，但在中低頻率段的較差，而生活和交通噪聲主要為中低頻噪聲，且人耳對(duì)該頻段的噪聲更敏感[6]。所以，改善外窗在該頻率段的隔聲性能具有重大意義。

2.3 外窗隔聲性能的技術(shù)措施

通過上述分析可知，圍護(hù)結(jié)構(gòu)外窗隔聲性能的改善應(yīng)主要針對(duì)低頻段的噪聲，具體改善措施如下：

（1）選擇外窗時(shí)應(yīng)選擇遠(yuǎn)離所處的噪聲頻率集中的某一頻段的產(chǎn)品，以減小共振帶對(duì)外窗隔聲性能的影響。

（2）根據(jù)外窗的朝向、安裝高度、噪聲環(huán)境和房間的功能進(jìn)行隔聲設(shè)計(jì)，可有效降低經(jīng)濟(jì)成本。

（3）對(duì)聲環(huán)境要求高的場所，可通過采用夾層玻璃或中空玻璃、增加型材的厚度和面密度、增加玻璃厚度和中空玻璃空氣層厚度等方式來達(dá)到隔聲效果。

（4）對(duì)有特殊隔聲要求的外窗，可將推拉方式改為平開方式，且用密封條來降低開啟扇的漏聲。

3 結(jié) 語

本文基于正交試驗(yàn)方法對(duì)不同構(gòu)造的外窗的隔聲性能進(jìn)行現(xiàn)場測(cè)試，并結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬，分析了外窗的不同參數(shù)和構(gòu)造對(duì)隔聲性能的影響，獲得以下結(jié)論：

（1）平開方式的隔聲性能優(yōu)于推拉開啟方式的隔聲性能，塑鋼窗框的隔聲性能優(yōu)于鋁合金窗框的隔聲性能，且5+19A+5 的玻璃規(guī)格的隔聲性能優(yōu)于 6+12A+6 的隔聲性能。

（2）開啟方式對(duì)外窗隔聲性能的影響最顯著，其次為玻璃規(guī)格，窗框型材種類對(duì)外窗隔聲性能的影響作用最小。

（3）玻璃的厚度與隔聲量具有較明顯的線性關(guān)系，因此增加玻璃的厚度對(duì)窗的隔聲性能也具有明顯的提高作用。

（4）入射噪聲為低頻噪聲時(shí)，外窗透射聲能分布不均勻，在可開啟扇與窗框的縫隙之間存在較大漏聲，增大入射噪聲頻率時(shí)，外窗透射聲能分布不均勻程度將進(jìn)一步提高。

（5）窗在高頻率段時(shí)的隔聲效果較好，但在中低頻率段的隔聲效果較差，因此改善外窗在中低頻的隔聲性能具有重大意義。在外窗隔聲性能改善措施中，優(yōu)先選擇將推拉開啟方式改為平開方式，可同時(shí)采用夾層玻璃或中空玻璃、增加玻璃和中空玻璃空氣層厚度、增加型材的厚度和面密度等方式來達(dá)到更好的隔聲效果。