新型通风隔声窗及其在高层建筑中的应用

新型通风隔声窗及其在高层建筑中的应用

舒子擎

中南大学建筑与艺术学院建筑系湖南省长沙市410075

摘要：在现代城市化发展不断加速的背景下，交通噪声和空气污染成为影响人们健康居住的主要障碍。为此，文章通过对现有通风窗基础上进行改良革新，推出集自然通风、隔声、净化等多功能为一体的新型窗户，其创新之处在于能够实现主动降噪、被动降噪并将外部流入的空气进行净化，弥补了现有隔声窗针对不同频率噪声隔声能力的不足，能够将进入室内的空气有效净化，以解决降噪隔声与间室内外通风的矛盾。

关键词：隔音；自然通风；主动降噪；被动降噪；空气净化

1引言

随着城市建设进程的不断加速，我们赖以生存的自然环境却变得脆弱不堪，灯光璀璨的繁华都市充斥着令人反感的噪声污染，人们的生活质量也深受其害。不仅如此，工业化快速发展带来的弊端也逐渐显现，空气质量问题日趋严峻。根据中国环境监测总站颁布的《中国环境状况公报》，长三角、京津冀、珠三角等重点区域共74个城市中有95.9%已经超标。相关研究表明，人们所居住的环境质量对身体健康有着密切的关联，居住环境的好坏直接影响着人们的身体状况。例如，噪声直接刺激着人们的中枢神经系统，会引发心神不安、心律不齐、舒张压上升等症状；低劣的空气质量也会使人们工作与学习的效率大打折扣。同时还可能引起更严重的症状，如疲劳、恶心、皮肤红肿等。而生活常识、经验有关的研究表明，从窗户传进室内的噪音占比高达90%，所以最直接解决噪声的方法是安装隔声窗，而且也较为经济。

为此，文章提出一种基于主被动降噪技术的自然通风隔声净化窗的设计理念，并进行实验分析与研究。

2隔声净化窗整体设计方案

基于主被动降噪技术的自然通风隔声净化窗的整体结构图与工作流程图分别如图1、图2所示。其核心主要由三部分装置组成：

（1）主动降噪装置，运用有源控制技术，采用自适应算法，消除中低频噪声，扩大降噪频段；

（2）被动降噪装置，采用聚氨酯吸声棉及透明微穿孔板，根据声波与材料间粘滞作用及共振原理，吸收中高频噪声；

（3）空气净化装置，通过初效滤网和复合滤网（栅栏式静电驻极层和蜂窝式活性炭滤层），利用静电吸附等物理方式，有效过滤外部空气中的杂质及有害物质。

3隔声净化窗具体设计方案

3.1窗体设计

本隔声净化窗的组成是上部消声通道和下部普通推拉窗，整体采用断桥铝合金及钢化中空玻璃。其中，上部消声通道的外框，运用断桥铝合金与方管进行连接，室外一侧进风口处为上悬窗，室内一侧为一体式下悬窗；通道的上下左右四个方向用木板及不锈钢板进行密封，接缝处用玻璃胶粘合，保证密封性；出风口位于通道下底面最右边，采用开洞方式。下部推拉窗则可以实现生活采光、保温隔热等功能。

3.2主动降噪装置

主动降噪装置主要由参考传声器、次级声源、控制器以及误差传声器组成。其中，参考传声器用于检测进入消声通道中的室外噪声信号，次级声源的作用在于产生与噪声声波振幅相同、相位相反的抗噪声波，控制器用于数据处理与分析，误差传声器用于检测消声通道内的残余噪声信号，并将该信号反馈给控制器。通过该噪声控制系统，消除中低频噪声，扩大整窗降噪频率范围。

3.3被动降噪装置

被动降噪装置原理与组成。被动降噪装置主要具有多孔吸纳噪声结构的聚氨酯棉和具有共振吸声结构的PETG微穿孔板组成，实现对中频和高频噪音的消除，从而优化被动降噪的性能。聚氨酯吸声棉布置在消声通道的上下左右四个面。其结构具有许多微孔，孔细小且分布均匀，如有声波通过多孔材料表面，由于声波产生振动，小孔或间隙也会发生空气运动，声波与孔壁间产生摩擦并能够将其粘滞，这样噪音也可以很好的转化为热能，在使声能减弱的基础上也产生了反射声减弱的效果；PETG微穿孔板则纵向布置在消声通道内部，且与消声通道前后玻璃保持一定的距离。当噪音的入射频率和降噪材料的共振频率相同的情况下，PETG微穿孔板颈的空气会发生剧烈运动，形成的吸收峰能够使吸收效果增强，声能也会明显变弱。

3.4空气净化装置

空气净化装置原理与组成。室外污染空气经初效滤网过滤掉大颗粒灰尘，初效滤网（全金属网过滤器）由多层折叠扩张不锈钢网构成，以不同的密度排列，孔径由粗到细，空气通过初效滤网结构时需多次改变流动方向，从而更高效地捕集大颗粒灰尘。经初步过滤的空气流入通道，通过静电驻极滤层，驻极体（制作时利用电晕放电法产生的离子束轰击使其带静电）在无外加电场条件下依靠自身产生的静电力直接吸引空气中的带电亚微米粒子并将其捕获，同时使空气中的中性亚微米粒子具备极性再加以控制，起到过滤PM10等可吸入颗粒物和细菌的作用。接着空气中的有毒有味气体通过活性炭滤层，滤网中多孔结构的活性炭颗粒将其吸附，实现空气深度过滤。最终洁净空气流入室内。多重空气滤净原理如图所示。

4通风隔音净化窗在建筑中的未来前景

在人口不断增长与用地指标紧张的矛盾下，高层建筑成为了新时代的主要选择。但高层建筑也有其弊端，因其多位于繁华路段，交通便捷，来往车辆的噪声严重影响着人们正常的生活和办公，从高层住宅本身出发，研究降噪是解决噪音影响的主要切入点。但对于靠近主街道的高层住宅来说，房屋垂直高度较高，路边的绿化带与公共隔声装置作用不明显，只有通过将噪声污染阻隔在高层建筑外部才是行之有效的办法。传统声屏障降噪效果对距离较近的低层建筑效果远远大于高层建筑，对于高层建筑其效果便明显下降，因为它受制于声屏障的高度、与建筑物的距离、噪音位置和整体环境状况；大约6m高度的声屏障就6、7层以上的住宅来说，其效果可谓微乎其微。因此，在市区道路的两侧的声屏障不能够满足高层住宅居民的需要，这种新型的通风隔音净化窗便很好的解决了这一点。

现在在市面上较为普及使用的是双层中空玻璃塑钢窗，在紧闭窗户的情况下，它的隔声性能分为：2级25～30dB（A）、3级30～35dB（A）、4级35～40dB（A）。现在许多研究成果为以下两种：其一是机械通风、其二是自然通风的降噪窗。机械通风降噪窗的弊端在于只能通过换气扇消耗电能实现室内通风，这样不仅消耗了有限的自然资源，也在通风过程中带来了少量噪音，有时效果适得其反，这些缺陷都不利于其产品的推广。自然通风隔声窗通过微孔板和两层玻璃之间的空隙去实现相对于机械通风窗更好的隔声效果，但其窗户开后面积较小，不能满足人们生活中通风换气的需要。

通过新型的隔声窗能够在一定程度上解决其噪声和通风的双重问题，可谓是一举两得，能够使都市生活的室内环境质量得到大大提升。

5结束语

新型通风隔声窗通过一种良性循环的途径创造出一个更好的室内环境是未来新型节能建筑、建材的发展新方向。在都市生活节奏加快，人们普遍处于亚健康的形式下，新型通风隔声窗户很好的解决了城市居民面对生活环境质量日趋低下、恶劣环境影响身心健康的苦恼。若能给该产品加以合理的优化升级，再将产品逐步推向市场，相信能够被越来越多的大众家庭所认可与青睐，新型通风隔声窗也必将迎来可观前景。