Міністерство освіти і науки України
Міністерство освіти і науки України
Харківський державний технічний університет
будівництва та архітектури
Іванова Ніна Василівна
УДК 699.844: 534.83
РОЗРОБКА МЕТОДИКИ ОЦІНКИ ЕФЕКТИВНОСТІ
ЗВУКОІЗОЛЯЦІЇ ЖИТЛОВИХ БУДИНКІВ ВІД
ПОВІТРЯНИХ ШУМІВ НА ПІДСТАВІ СИСТЕМНОГО ПІДХОДУ
05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків - 2001
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України, м. Харків.
Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент
Калюжний Владім Всеволодович,
Харківський державний технічний
університет будівництва та архітектури
МОН України,
завідувач кафедри архітектурних конструкцій
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Дідковський Віталій Семенович,
Національний технічний університет
“Київський Політехнічний Інститут”
МОН України, м. Київ,
завідувач кафедри акустики
кандидат технічних наук, доцент
Косьмін Геннадій Тимофійович,
Донбаська державна академія
будівництва та архітектури МОН України,
м. Макіївка,
завідувач кафедри архітектури
Провідна установа - Полтавський технічний університет
ім. Ю.Кондратюка Міністерства освіти і науки України.
Захист відбудеться 8 травня 2001 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої Ради Д 64.056.04 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України: (61002, Харків-2, вул. Сумська, 40).
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України за адресою: 61002, Харків-2, вул. Сумська, 40.
Автореферат розісланий 5 квітня 2001 року.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
кандидат технічних наук, доцент Ємельяненко М.Г.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми дослідження. Гострі екологічні і соціально-економічні проблеми вимагають нових підходів до проектування об'єктів середовища мешкання, перегляду традиційних методів будівельної фізики.
Акустичний шум один з найбільш поширених несприятливих чинників навколишнього середовища, супроводжуючий різні сфери діяльності людини. Інтенсивність шумового засмічення постійно зростає із збільшенням щільності і швидкостей транспортних потоків, з насиченням будівель інженерним обладнанням, засобами механізації побуту, електроакустичною апаратурою. Тому питання захисту від шуму стають все більше актуальними, особливо для житла, де потрібні найбільш комфортні акустичні умови.
У нових соціально-економічних умовах України кількість, якість і види будівництва все частіше визначаються кон’юнктурою попиту чи пропозиції або волею приватного власника. При цьому необхідні багатоступеневі оцінки міри акустичної комфортності об'єктів. Країни об'єднаної Європи переходять на нормативну базу, що заснована на Єврокоді, для якого Європейське бюро Всесвітньої Організації охорони Здоров'я рекомендує керуватися очікуваними соціальними оцінками середовищозахисних заходів.
Загальноприйнята традиційна методика оцінки ефективності звукоізоляції, заснована на системі технічних норм, багато в чому не відповідає цим концепціям:
- норми передбачають неподільну (двоступеневу) оцінку ефективності: норма витримана - позитивний ефект, не витримана - негативний;
- норми орієнтовані на досягнення не комфортних, а терпимих умов;
- норми обмежують лише енергетичні параметри шуму, а в житлі найбільш дратівливим чинником є інформативність шуму навіть при вельми низьких енергетичних рівнях;
-практика роздільного нормування проникаючих зовнішніх шумів і звукоізоляція огорожами від внутрішніх не дозволяє аналізувати загальний шумовий режим приміщень, що визначає їх комфортність;
-за допомогою норм оцінюються лише фрагментарні технічні ефекти звукоізоляції, для вибору варіанту якої вирішальними можуть бути не технічні, а соціально-економічні критерії.
Розробка методики комплексної оцінки ефективності звукоізоляції житла з урахуванням сукупності технічних, соціальних і економічних ефектів є вельми актуальним завданням, відповідною передовим напрямам прикладних досліджень.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Робота виконувалася за програмою Мінвузу УРСР (1982 р.), за координаційним планом Держбуду СРСР (1986 - 1990 р. м.) в рамках міжнародної співпраці з
Словацьким Технічним університетом (м. Братислава, 1983-1993 р. м.), міжвузівської співпраці з МІЇТом ( м. Москва, 1985 - 1990 р. м.). Тематика
досліджень відповідає пріоритетному напряму науково- технічного прогресу України “Раціональне використання природних ресурсів, захист навколишнього середовища”, зокрема, захист середовища мешкання від шуму і вібрацій.
Мета і задачі дослідження:
Мета: розробка методик оцінки ефективності шумозахисного комплексу житла на підставі об'єктивних критеріїв загальної гучності, а також вибору оптимального варіанту звукоізоляції за технічним, соціальним і економічним критеріями.
Для цього необхідне вирішення таких задач:
-формулювання концептуальної основи методики комплексної оцінки загальної ефективності шумозахисту житла;
-дослідження статистичних параметрів рівнів, спектрів і часових характеристик зовнішніх і внутрішніх щодо будівель, джерел шуму в різних ситуаціях;
-розробка методики розрахунку статистичних параметрів зниження рівнів звуку різних видів повітряного шуму конструкціями, що огороджують;
-розробка методики розрахунку рівнів звуку очікуваного загального шумового режиму об'єктів проектування;
-вироблення критеріїв оцінки технічних, соціальних і економічних ефектів звукоізоляції, що об’єктивно відбивають їхній вплив на жителів;
-визначення критеріїв і методів оцінки ступеня акустичної комфортності житлових приміщень;
-розробка комплексної методики оцінки ефективності звукоізоляції житлових будівель від повітряних шумів на підставі системного підходу.
Ударні і структурні шуми не розглядаються, тому що проблематика проектування їхньої звукоізоляції істотно відрізняється у зв’язку з особливостями фізики виникнення і поширення, місць локалізації, залежності від типології будинків, і, відповідно, принципів нормування.
Об'єкт дослідження - шумозахисний комплекс житла і методи оцінки його ефективності.
Предмет дослідження - методика оцінки ефективності звукоізоляції, заснована на системних критеріях технічних, соціальних і економічних ефектів шумозахисного комплексу.
Методи дослідження:
-системний аналіз критеріїв ефективності захисту від шуму, як елементів загальної методології охорони середовища мешкання;
-методи статистичної обробки, кореляційний і регресій ний аналіз даних
про джерела зовнішніх і внутрішніх шумів, про параметри звукоізоляції конструкціями, що огороджують;
-імовірносно-статистичні і неформальні методи аналізу в дослідженні взаємозв'язку фізичних параметрів загального шумового режиму із соціальними оцінками комфортності акустичного середовища;
-застосування персональних комп'ютерів (ПК) і алгоритмів реалізацій
складних розрахункових моделей, що оперують значним обсягом інформації.
Наукова новизна отриманих результатів:
запропонована концептуальна основа оцінки акустичної комфортності житла шляхом системного підходу до вироблення комплексу технічних, соціальних і економічних критеріїв ефективності звукоізоляції;
розроблена методика збору необхідної і достатньої інформації про зовнішні і внутрішні щодо будівель джерела шуму;
розроблена методика визначення статистичних параметрів звукоізоляції з конструкціями, що огороджують, виражених в дБА;
розроблена методика розрахунку критерію шумності звукоізолюємих приміщень, що враховує енергетичний і інформаційний зміст загального шумового режиму;
розроблена методика оцінки технічних, соціальних і економічних ефектів звукоізоляції;
запропонований критерій оцінки акустичної комфортності житла, вимірюваний відсотком жителів, задоволених акустичними умовами;
-на базі системного підходу розроблена нова методика комплексної оцінки ефективності звукоізоляції житлових будинків від повітряних шумів.
Практичне значення отриманих результатів. Розроблена методика дозволяє вибирати оптимальні рішення шумозахисного комплексу житла за досить об'єктивними технічними, соціальними і економічними критеріями як при проектуванні житлових будівель, так і при реконструкції і реставрації житлової забудови.
Методика доведена до готовності застосування в практиці проектування. Її практичне застосування полегшується можливістю використання довідкових матеріалів, розроблених для користувачів методики.
Впровадження результатів досліджень. Елементи дослідження використовуються у навчальному процесі, у дослідженнях і вирішенні практичних завдань кафедрою архітектурних конструкцій ХДТУБА, а також аналогічними кафедрами дружніх ВУЗів.
Методика, що запропонована, впроваджена при розробці конкретних проектів будівельним трестом Територіального Головного керування з будівництва при зведенні житлових будівель у м. Зарінську, на ряді об'єктів, що реконструюються, у м.Харкові і розташовані на вулицях Маяковського, Лермонтовській та ін.
Особистий внесок пошукача. Основні положення роботи, висновки і рекомендації по її використанню розроблені автором особисто:
запропонована концептуальна основа оцінки ефективності шумозахисту житла, заснована на системному аналізі інгредієнтів системи людина - середовище мешкання;
проведена статистична обробка параметрів, зовнішніх і внутрішніх щодо будівель, джерел шуму в різних ситуаціях;
розроблена методика розрахунку статистичних параметрів звукоізоляції конструкціями, що огороджують;
розроблена методика оцінки загальної ефективності звукоізоляції від зовнішніх і внутрішніх повітряних шумів;
запропоновані розрахункові моделі для оцінки очікуваних технічних,
соціальних і економічних ефектів звукоізоляції;
запропонований метод визначення рівня очікуваної комфортності житла;
розроблена робоча методика оцінки ефективності звукоізоляції житлових будинків від повітряних шумів на підставі системного підходу;
вироблені практичні прийоми поетапних дій при оцінці очікуваної ефективності звукоізоляції і ступеня акустичної комфортності житла; для кожного етапу розрахунку розроблені необхідні довідкові матеріали у вигляді таблиць для практичного використання із застосуванням ПК;
розроблена комплексна методика, впроваджена в практику і доступна для використання в реальному проектуванні, при реконструкції і реставрації житлового фонду.
Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати досліджень були докладені, обговорені і схвалені на: 26-й Міжнародній акустичній конференції “Шум і навколишнє середовище" (Високі Татри, ЧРСР, 1987 р.); 27-й Міжнародній акустичній конференції “Наземні комунікаційні споруди. Навколишнє середовище" ( Прага, ЧРСР, 1988 р.); 29-й Міжнародній акустичній конференції “Будівельна акустика. Архітектурна акустика. Акустика міського середовища" (Високі Татри, ЧРСР, 1990 р.); 3-й Всесоюзній науково-технічній конференції молодих вчених “Актуальні питання будівельної фізики" (Москва, НДІБФ, 1985 р.); 4-й Всесоюзній науково-технічній конференції молодих фахівців “Актуальні питання будівельної фізики" (Москва, НБІСФ, 1987 р.). Присуджена грамота “За кращу доповідь" по секції “Будівельна акустика"; зональному семінарі “Питання будівельної фізики при проектуванні і експлуатації будівель різного призначення" (Пенза, ПензІБІ, ПБНТП, 1988 р.); семінарі “Ефективні методи боротьби з шумами в будівництві і на підприємствах будіндустрії" (Харків, ХБНТП, 1987 - 1988 р.); науково-технічних конференціях ХІБІ-ХДТУБА 1983- 2000 р.р.
Публікації. За результатами досліджень було опубліковано 25 друкованих праць, з них: 8 - статей у збірниках наукових праць, 4 з яких – у збірниках, що входять до переліку ВАК України; 6 - тез доповідей у збірниках наукових праць різних наукових конференцій і семінарів, 11- депонованих праць.
Структура та обсяг дисертації. Робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків і рекомендацій, списку використаних джерел з 158 найменувань і додатків. Обсяг дисертації становить 157 сторінок основного тексту, в тому числі 30 малюнків, 12 таблиць та 22 сторінки 4-х додатків.
ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтована актуальність теми дослідження, показаний зв'язок роботи з планами досліджень на кафедрі архітектурних конструкцій ХДТУБА, заснованими на державних і галузевих програмах, сформульована мета дослідження, зазначені його кордони, наукова новизна, особистий внесок здобувача в розробку теми, поданий перелік наукових конференцій, на яких обговорювалися вузлові питання дисертації, наведено число публікацій автора з розробленої теми. Далі подана загальна структура роботи і характеристика практичної цінності отриманих результатів.
У першому розділі розглянуті новітні методологічні концепції досліджень і проектування захисту середовища мешкання від несприятливих чинників, проаналізований стан питання методів оцінки звукоізоляції і сформовані задачі дослідження.
Методика оцінки ефективності заходів щодо оздоровлення середовища мешкання є частиною загальної методології інформаційних технологій. Її апрагматична складова припускає системний аналіз досліджуваної, що досліджує, проектованої підсистем і той, що проектує.
Прагматична частина належить до дій дослідника і проектувальника. Методика проектування, як частина прагматичної методології, займається алгоритмізацією проектних процедур. Центральною ланкою методики проектування є формулювання критеріїв ефективності проектних рішень. Ефективність поділяється на універсальну і загальну. Ефективність в універсальному розумінні означає кожне з практичних достоїнств, а в загальному - сукупність універсальних ефектів.
Основи сучасних уявлень про звукоізоляцію будівельними конструкціями закладені працями Л. Кремера і розвинуті в роботах К. Гезеле, В. Фасольда, В.І. Заборова, Г.Л. Осипова, С.Д. Ковригіна, М.С. Сєдова, В.Г. Крейтана і багатьох інших.
У результаті накопичений великий обсяг знань і експериментальних даних, що дозволяє, користуючись новими інформаційними технологіями, вийти за рамки спрощеного традиційного нормування. З позицій розглянутих методологічних концепцій норми звукоізоляції служать неподільною оцінкою результативності технічних рішень, яка не враховує як позитивні ефекти, так і втрати. Розрахунковим шляхом показано, що імовірність комфортних умов при нормативних значеннях звукоізоляції коливається від 42 до 64 %, що підтверджують дані соціальних обстежень.
Для визначення вимог до критеріїв ефективності звукоізоляції розглянута макросистема “Захист середовища мешкання від шуму”, що включає підсистеми, що проектована, яка досліджує і проектує, досліджені взаємозв'язки між їхніми елементами. Показано, що загальна ефективність проекту шумозахисту складається з послідовно залежних один від іншого технічного, соціального, соціально-економічного і економічного ефектів (рис. 1).
Піддано аналізу стан питання в дослідженнях з відповідних напрямків.
Економічна ефективність поділяється на порівняльну і загальну. Порівняльна використовується для мінімізації витрат на можливі варіанти шумозахисту з однаковими іншими ефектами. Загальна або абсолютна розглядається як відношення прибутку від шумозахисту до необхідних витрат.
Піддані критичному аналізу деякі концепції економіки шумозахисту, що мають політико-кон’юктурний характер.
Соціально-економічна ефективність шумозахисту визначається прибутком у вигляді матеріального збитку, що запобігається, від впливу шуму. В перехідні періоди соціально-економічних відносин у суспільстві цей різновид ефективності, як і абсолютна економічна ефективність, втрачають свою переконливість, оскільки прибуток від шумозахисту і витрати на нього не мають чіткого розподілу між суб'єктами форм власності.
Соціальна ефективність, вимірювана числом мешканців, що забезпечуються акустичним комфортом, є основою для розрахунку економічного і соціально-економічного ефектів. Численні соціальні обстеження реакції населення на шум вирішували завдання, що відрізнялися від даного дослідження. Використані при цьому критерії акустичного навантаження не враховували особливості шумових експозицій в житлі, і, як наслідок, давали низьку кореляцію з кількістю стурбованих шумом.
Розглянуто різні одиниці вимірів та індекси шуму з погляду їхньої кореляції із суб'єктивними реакціями, що формують соціальні оцінки. Найбільш придатним для даного дослідження є критерій, що враховує як енергетичний, так і інформаційний зміст шумової експозиції.
; (1)
(2)
де - середньостатистичний рівень звуку, дБА; - середнє несприятливе відхилення, дБА; - асиметрія розподілення поточних рівнів звуку.
На підставі виконаного аналізу сформульовані задачі дослідження, наведені у вступній частині автореферату, рішення яких розбите на три основних етапи. Кожному з них відповідають наступні розділи роботи.
Другий розділ присвячений дослідженню статистичних характеристик джерел шуму поза будівлями й всередині них.
Для зовнішніх шумів прийнята імовірнісна модель, заснована на розподіленні Вейбулла. Проаналізовано кордони варіювання параметрів розподілу рівнів звуку шумів різного походження (автотранспортних, авіаційних, залізничних, виробничих, внутрішньоквартальних і т.п.). Похибка розрахункової моделі не перевищує 1,0 дБА. Розроблено таблиці, що дозволяють за заданою ситуацією визначити параметри очікуваного розподілу рівнів звуку.
Внутрішні джерела шуму досліджені за мінімальними, максимальними і середніми рівнями звуку кожного джерела й імовірності їхньої реалізації в часі. Побудовано модель у припущенні підпорядкування їх нормальному Гауссову закону. На її основі сформовані варіаційні ряди рівнів звуку шумів найбільш розповсюджених побутових джерел.
Власні шумові режими різних приміщень житлового будинку визначені за їхнім функціональним призначенням і найбільш імовірним набором джерел шуму. Методом послідовної попарної згортки розподілів рівнів звуку окремих джерел на ПК розраховані варіаційні ряди сумарних рівнів звуку власних шумів.
У третьому розділі аналізуються статистичні характеристики звукоізоляції зовнішніми і внутрішніми конструкціями, що огороджують і розроблений порядок розрахунку параметрів загального шумового режиму приміщення, яке ізолюється.
Зниження рівнів звуку при проходженні шуму через звукоізолюючу конструкцію носить стохастичний характер у зв'язку з випадковим характером спектрів реальних шумів і частотних характеристик звукоізоляції. Для дослідження статистичних параметрів зниження рівнів звуку внутрішніми огородженнями піддані аналізу сполучення спектрів звукоізоляції типовими будівельними конструкціями зі спектрами внутрішніх комунальних шумів.
Параметри генеральної сукупності досліджені методом регресійного аналізу для різних процентілів розподілів звукоізоляції, дБА, за індексами звукоізоляції. Установлено, що оптимальною моделлю їх зв’язку є квадратична залежність. Проаналізовані коефіцієнти кореляції, значимість рівнянь регресії в цілому і значимість коефіцієнтів регресії.
Практичне використання отриманих результатів пов'язане з необхідністю побудови варіаційного ряду зниження рівнів звуку конструкцією при заданому значенні індексу звукоізоляції. Розглянуто методику такої операції (рис. 2).
Проаналізоване зниження рівнів звуку зовнішніми огородженнями.
Оцінка ефективності зниження шуму склінням традиційно виробляється за рівнями звуку, дБА. Випадковим розсіюванням зниження рівнів звуку можна зневажити і вважати його значення детермінованим для кожного зразка огородження.
Далі розглянутий порядок розрахунку параметрів загального шумового режиму приміщення, яке ізолюється.
Установлено, що розповсюджені довідкові дані для визначення постійної приміщення занижені і мають закономірність, яка дещо відрізняється від реальних умов. Використання при розрахунках даних дослідження звукопоглинання в житлових приміщеннях, виконаного в Англії, знижує розрахункові рівні звуку проникаючого шуму на 3-4 дБА, виключаючи тим самим найвідомішу похибку загальноприйнятої формули.
Оскільки рівні звуку вихідних шумів і зниження рівнів звуку конструкціями, що огороджують, виходять у вигляді статистичних варіаційних рядів, розрахунок кожного інгредієнта загального шумового режиму виконується за правилом згортки розподілів. Розподіл імовірностей рівнів звуку загального шумового режиму розраховується послідовним попарним згортанням розподілів усіх інгредієнтів.
Розроблено програму, що дозволяє реалізувати весь ланцюг розрахунку на ПК.
Четвертий розділ присвячений заключному етапу - оцінці загальної ефективності звукоізоляції й ухваленню рішення на вибір оптимального варіанту шумозахисту.
При оцінці технічної ефективності необхідно погодити проектне рішення з діючими обов'язковими нормами проектування суб’єктивно сприйнятий рівень звуку загального шумового режиму повинен відповідати рівню акустичної комфортності приміщень не нижче 70 %, рекомендованих Європейським бюро Всесвітньої Організації охорони Здоров'я (ВОЗ). Методика реалізації цієї оцінки пов'язана з необхідністю дослідження соціальної ефективності звукоізоляції.
Соціальні оцінки впливу шуму є стохастичною функцією фізичних параметрів загального шумового режиму. Загальний вигляд залежності очікуваної кількості пасивних скарг на шум, що надходять при опитуваннях, від суб'єктивно сприйнятого рівня звуку встановлений методом регресійного аналізу.
Набір вихідних даних сформований за результатами трьох соціальних обстежень: Словацького Технічного університету (м. Братіслава), МІІТа (м. Москва) і комплексного дослідження ЦНДІЕП житла, ЛенЗНДІЕПа, ТбілЗНДІЕПа, НДІБФа і МНДІТЕПа. Дані перших двох обстежень введені в розрахунок безпосередньо: паралельно з опитуванням мешканців були виконані виміри суб’єктивно сприйманого рівня звуку загального шумового режиму квартир. Дані третього попередньо піддані обробці. Тут наведені досить докладні дані про еквівалентні рівні звуку зовнішніх шумів і про індекси звукоізоляції конструкціями, що огороджують. Матеріали дисертації використані для побудови варіаційних рядів рівнів звуку інгредієнтів шумового режиму обстежених квартир і на ПК розраховані параметри загального шумового режиму й оцінки суб'єктивно сприйманого рівня звуку (рис. 3).
За вихідну математичну модель зв'язку кількості пасивних скарг з індексом шумности прийнята логістична функція, яка лінеаризована шляхом логарифмування. Перевірка лінійності за допомогою кореляційного відношення Пірсона підтвердила, що вибрана розрахункова модель досить адекватна. Оскільки функція регресії передбачалася для використання з метою прогнозу, розрахований довірчий інтервал з рівнем надійності 90 %.
Після зворотної анаморфози отримані істинні рівняння регресії і кордонів довірчого інтервалу:
; (3)
; (4)
; (5)
; (6)
, (7)
де Р - кількість пасивних скарг, %.
Верхня межа довірчого інтервалу покладена в основу функції
комфортності житла:
, (8)
де К - ступінь комфортності, %.
Значенню, що рекомендується ВОЗ, К=70% відповідає суб'єктивно сприйманий рівень звуку = 36 дБА (рис. 3).
Виведені залежності дозволяють прогнозувати очікуваний рівень акустичної комфортності й оцінювати соціальну ефективність звукоізоляції.
Розглянуто критерії економічної ефективності звукоізоляції. Практичний досвід проектування показує, що найбільш переконливі оцінки відносних економічних ефектів для мінімізації витрат при досягненні того самого технічного і відповідного соціального ефектів. Особливого значення цей критерій набуває при порівнянні варіантів шумозахисту за неакустичними показниками (наприклад, естетичним, технологічним, кон’юктурним і т.п.). Тому що звукоізоляційні функції звичайно сполучаються в конструкціях з іншими (наприклад, конструкційними, теплозахисними, світло пропускаючими і т.п.),то додаткові витрати на підвищення звукоізоляції складають незначну частку загальної вартості. Тому стає очевидною доцільність невеликих
одноразових додаткових витрат для досягнення довгострокового ефекту зниження на визначений відсоток ризику втрати мешканцями психологічного і фізіологічного благополуччя і, як наслідок, розладів здоров'я внаслідок впливу шуму.
На закінчення представлений приклад практичного використання розробленої методики в проектуванні шумозахисту об'єкту, що реконструюється.
Спочатку зроблена оцінка існуючого шумозахисного комплексу об’єкта за традиційною методикою з допомогою норм. Показано, що еквівалентний рівень звуку проникаючого зовнішнього шуму не перевищує регламентованого СНіП. Індекси звукоізоляції перекриттями і міжквартирними стінами також відповідають нормативним вимогам. Тому оцінка ефективності шумозахисту по СНіП позитивна. Проте мешканці скаржилися на дратівну дію зовнішніх і внутрішніх шумів.
Запропонована методика використана для аналізу загальної ефективності існуючого шумозахисного комплексу. Побудовані варіаційні ряди рівнів звуку
зовнішніх і внутрішніх шумів, а також розподілу імовірностей зниження рівнів звуку вікнами, перекриттями і міжквартирними стінами. На ПК розраховані еквівалентний рівень звуку загального шумового режиму, суб'єктивно сприйнятий рівень звуку і рівень акустичної комфортності:
Lэ = 42,1 дБА > [Lэ] = 40 дБА; LСВ90 = 49,0 дБА; K = 53% < [K] = 70%,
де: [Lэ] - еквівалентний рівень звуку, що допускається СНіП;
[К] - мінімальний рівень комфортності житла, що рекомендується ВОЗ.
Для поліпшення звукоізоляції рекомендоване застосування вікон з потрійним склінням на пружних прокладках, облицювання міжквартирних стін гнучким обшиванням з гіпсокартону на виступі з заповненням повітряного проміжку звукопоглиначем, застосування підлог конструкції, що плаває і підвісних стель на пружних підвісках. Розраховано індекси звукоізоляції пропонованими конструкціями і побудовані розподіли імовірностей зниження рівнів звуку. Контрольні виміри, виконані за стандартною методикою, підтвердили результати розрахунків. На ПК розраховані параметри очікуваного загального шумового режиму квартири після реконструкції:
Lэ = 29,6 дБА < [Lэ] = 40 дБА; LСВ90 = 35,3 дБА; К=72 % К=70 %.
Таким чином, реалізація запропонованих заходів знижує еквівалентний рівень звуку нижче нормованого і доводить рівень комфортності до вимог “євростандарту”, якщо вважати таким рекомендації Європейського бюро ВОЗ. Частка витрат на додаткову звукоізоляцію в загальній вартості реконструкції складає 4 %, а підвищення рівня акустичної комфортності близько 20 %.
Опитування мешканців після реконструкції підтвердило отримані висновки.
ВИСНОВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ
1.На підставі запропонованої концептуальної моделі шляхом системного підходу до вироблення комплексу критеріїв ефективності звукоізоляції розроблена методика оцінки акустичної комфортності житла та вибору оптимального варіанту звукоізоляції на підґрунті запропонованого методу розрахунку критерію шумності приміщень, що враховує енергетичний і інформаційний зміст шумового режиму.
2.Загальноприйнята традиційна методика оцінки ефективності шумозахисту житла заснована на роздільному нормуванні шумів, що проникають ззовні, і звукоізоляції конструкціями, що огороджують, від внутрішніх шумів, не відповідає сучасним методологічним концепціям, що передбачають системний аналіз технічних, соціальних і економічних ефектів зниження параметрів загального шумового режиму.
3.Об'єктивні оцінки очікуваного загального шумового режиму об'єкта варто розраховувати за передбачуваним розподілом імовірностей рівнів звуку. Критерії, що враховують середні значення, дисперсію й асиметрію розподілів,
відображають енергетичний і інформаційний зміст шумових експозицій.
4.Показано, що для розрахунку статистичних параметрів очікуваного
загального шумового режиму необхідно мати інформацію про імовірносні характеристики рівнів звуку всіх можливих джерел шуму як усередині, так і поза будівлями, і імовірнісні характеристики звукоізоляції конструкціями,що огороджують, виражені в дБА.
5.Розроблені математичні моделі варіаційних рядів рівнів звуку вірогідних джерел шуму в різних ситуаціях. Для розрахунку зовнішніх шумів використано розподілення Вейбулла, для внутрішніх - розподілення Гаусса. Для практичних цілей на ПК табульовані можливі варіанти, представлені в довідкових таблицях.
6.Досліджені статистичні параметри зниження рівнів звуку конструкціями, що огороджують. Регресійними аналізом установлені залежності, що дозволяють за індексом звукоізоляції повітряного шуму (виміряному або розрахованому за стандартною методикою) побудувати варіаційний ряд звукоізоляції в дБА.
7.Розроблено програму для ПК розрахунку статистичних характеристик очікуваного загального шумового режиму приміщень за заданими параметрами зовнішніх і внутрішніх шумів у сполученні з даними про розподіл імовірностей звукоізоляції.
8.На підставі регресійного аналізу запропонована методика визначення рівня акустичної комфортності житла за даними про очікуваний загальний шумовий режим. Мірою комфортності прийнятий процент жителів, що не пред'являють скарги на шум при опитуваннях. Установлено залежність очікуваного рівня комфортності від суб'єктивно сприйнятого рівня звуку, яка названа “функцією комфортності”.
9.Установлено граничне значення суб'єктивно сприйнятого рівня звуку,що забезпечує з надійністю 0,90 рекомендуємий Європейським бюро Всесвітньої Організації охорони Здоров'я мінімальний рівень комфортності житла в 70 %.
10.Розроблено практичні прийоми аналізу загальної ефективності шумозахисного комплексу за переліченими критеріями. Переваги використання розробленої методики перед традиційним підходом наочно демонструє представлений приклад.
СПИСОК НАУКОВИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Иванова Н.В. О точности вероятностной модели акустического климата // “Науковий вісник будівництва”. –Вип.5.-3с. –Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. –1999. –С.117-120.
2. Иванова Н.В. Снижение уровня звука ограждающими констукциями // “Науковий вісник будівництва”. – Вип.5.-3с. –Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. –1999. –С. 121-123.
3. Иванова Н.В. Социальные оценки акустического климата среды обитания
//“Науковий вісник будівництва”. –Вип.9.- 5с.– Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. – 2000. –С.284-288.
4. Иванова Н.В. Об акустической комфортности среды обитания // “Коммунальное хозяйство городов“. – Вип. 23.- 5с.- Харків: ХДАМГ МОУ. – 2000. – С.110 – 114.
5. Иванова Н.В. О методах оценки экономической эффективности шумозащитных мероприятий // Труды 38 н.-т. конф. ХИСИ. –Харьков, 1983. –7с. – Деп. в ВНИИИС 1984, № 4600-84, вып. 1.
6. Иванова Н.В. Об эффективности оценки шумности среды обитания // Труды 39 н.-т. конф. ХИСИ. –Харьков, 1984. –7с. –Деп. в ЦНТИ Госгражданстроя 11.11.1984, № 210, ук. № 10.
7. Иванова Н.В Методологические основы исследования эффективности
звукоизоляции жилья // Труды 40 н.-т. конф. ХИСИ. –Харьков, 1985. –6с. –Деп. в ВНИИИС 1985, № 5970.
8. Иванова Н.В. О связи звукоизоляции ограждений в дБА с индексом изоляции воздушного шума // Труды ІІІ Вс. конф. Молодых ученых “Актуальные вопросы строительной физики. НИИСФ, М., 1985 г.” –М., 1985. –12с. –Деп. в ВНИИИС 1987, № 7546. –С. 111-121.
9. Иванова Н.В. Статистики фактической звукоизоляции строительных конструкций // Труды 41 н.-т. конф. ХИСИ. –Харьков, 1986. –8с. –Деп. в ВНИИИС 1986, № 7115.
10. Иванова Н.В. Статистики ожидаемого шумового режима помещений жилых зданий // Труды 41 н.-т. конф. ХИСИ. –Харьков, 1986. –6с. –Деп. в ВНИИИС 1986, № 7115.
11. Иванова Н.В. О методике оценки шумности жилья // Труды 42 н.-т. конф. ХИСИ. –Харьков, 1987. –6с. –Деп. в ЦНТИ Госгражданстроя РЖ “Архитектура. Градостроительство”, 1988, № 594/11, вып. 2.
12. Иванова Н.В. О социальной эффективности звукоизоляции жилых зданий // Труды 42 н.-т. конф. ХИСИ.–Харьков, 1987.–6с.–Деп. в ЦНТИ Гос-гражданстроя РЖ “Архитектура. Градостроительство”, 1988, № 594/10, вып.2.
13. Иванова Н.В., Калюжный В.В., Синявский В.Д., Дементьев В.В. О статистических характеристиках городских шумов // Труды 27 Международной акустической конф. “Наземные коммуникационные сооружения и окружающая среда. –г. Прага, ЧССР, 1988 г.” –Том 2. –PRAHA: DUM TECHNIKY, CSVTS. – 1988. –C. 224-227.
14. Иванова Н.В., Литвинец П.Д. О погрешности расчета параметров шумового климата на основе распределения Вейбулла // Труды 43 н.-т. конф. ХИСИ. –Харьков, 1988. –7с. –Деп. в ВНИИИС 1989, № 9689.
15. Иванова Н.В., Калюжный В.В., Синявский В.Д., Дементьев В.В.
Вероятностная модель акустического климата городской среды // Труды
43 н.-т. конф. ХИСИ. –Харьков, 1988. –5 с. –Деп. в ВНИИИС 1989, № 9609.
16. Иванова Н.В., Калюжный В.В. Эффективность звукоизоляции воздушных шумов в жилых домах // Труды 43 н.-т. конф. ХИСИ. –Харьков, 1988. –5с. –Деп.
в ВНИИТАГ Госкомархитектуры РЖ “Архитектура. Градостроительство” 1988, № 684/16, вып. 10.
17. Иванова Н.В. О расчете ожидаемой эфективности изоляции воздушных шумов ограждениями // Труды Зонального семинара “Вопросы строительной физики при проектировании и эксплуатации зданий различного назначения”. -Пенза: Приволожский ДНТП, ПензИСИ. –1988. –С. 51-53.
18. Иванова Н.В., Калюжный В.В., Синявский В.Д., Дементьев В.В. О статистических характеристиках городских шумов // Труды Зонального семинара “Вопросы строительной физики при проектировании и эксплуатации
зданий различного назначения”. –Пенза: Приволожский ДНТП, ПензИСИ. –1988. –С. 64-65.
19. Иванова Н.В. Методика расчета статистик общего шумового режима жилых зданий // Труды асп., соискат. И молодых ученых ХИСИ. –Харьков, 1989. –6с. –Деп. в ВНИИНТПИ 1990, № 10315.
20. Иванова Н.В. Прогнозирование акустического климата проектируемых
жилых зданий // Труды 29 Международ. акуст. конф. Чехословацького
акустического общества “Строит. Акуст. городской среды. Архит.
Акуст. –STRBSKE PLESO – VYSOKE TATRY, CSFR, 1990 г.” – Том 1.
–BRATISLAVA: Dom techniky, CSFR. –1990. –C. 74-77.
21. Иванова Н.В. Шумовой фон селитебных территорий в различных градостроительных ситуациях // Труды 48 н.-т. конф. “Повышение эффективности строительства. ХИСИ, Харьков, 1993”. –Харьков: МОУ, ХИСИ. –1993. –С. 41.
22. Иванова Н.В. Эффективность звукоизоляции с позиций современных методологических концепций // “Традицїї та новації у вищій арх.-худ. освіті. Зб. наук. праць ВУЗів України та Росії.” –Вип.4-5. –4с. -Харків: МОУ, ХХПІ. – 1998.-С. 169.
23. Иванова Н.В. Интегральный подход к оценке шума окружающей среды // “Традицїї та новації у вищій арх.-худ. освіті. Зб. наук. праць ВУЗів України та Росії.” –Вип.6. –6с. -Харків: МОУ, ХХПІ. – 1998.-С. 131-132.
24. Иванова Н.В. О вероятности снижения уровней звука бытовых шумов межквартирными ограждениями // “Традиції та новації у вищій арх.-худ. освіти. Зб. наук. праць ВУЗів України та Росії”. – Вип.1. –7с. –Харків: МОУ, ХХПІ. –1999. –С.111 – 113.
25. Иванова Н.В. Социальная эффективность акустической комфортности жилья // “Вісник ХХПІ”. –Вип.1. –3с. -Харків: МОУ, ХХПІ. –1999. –С.324-326.
АНОТАЦІЯ
Іванова Н.В. Розробка методики оцінки ефективності звукоізоляції житлових будинків від повітряних шумів на підставі системного підходу. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди. Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2001.
Дисертація присвячується питанням оцінки ефективності звукоізоляції житлових будинків від повітряних шумів як найбільш розповсюджених. Розроблена нова методика, що враховує енергетичний та інформаційний зміст очікуваного загального шумового режиму об’єктів, яка оцінює технічні, соціальні та економічні ефекти звукоізоляції. Встановлено, що традиційна методика, заснована на системі норм, не відповідає сучасним методологічним концепціям, тому що передбачає тільки неділимі оцінки фрагментарних технічних ефектів шумозахисту.
Запропоновані розрахункові моделі для збору інформації про джерела шуму, для оцінки статистичних параметрів звукоізоляції огороджуючими конструкціями, для розрахунку параметрів та критеріїв оцінки загального шумового режиму, для розрахунку технічних, соціальних та економічних ефектів шумозахисного комплексу та для оцінки очікуваного рівня акустичної комфортності об’єктів.
Для кожного етапу розроблені необхідні довідкові матеріали.
Ключові слова: житлові будинки, звукоізоляція, методика оцінки технічної, соціальної, економічної ефективності шумозахисту.
АННОТАЦИЯ
Иванова Н.В. Разработка методики оценки эффективности звукоизоляции жилых зданий от воздушных шумов на основе системного подхода. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения. –Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2001.
Диссертация посвящена вопросам оценки эффективности звукоизоляции жилых зданий от воздушных шумов, как наиболее распространенных. Разработана новая методика, учитывающая энергетическое и информационное содержание ожидаемого общего шумового режима объектов проектирования, оценивающая технические, социальные и экономические эффекты звукоизоляции.
Установлено, что традиционная методика, основанная на системе норм, не
соответствует современным методологическим концепциям, т.к. предполагает
только неделимые оценки фрагментарных технических эффектов шумозащиты: нормы соблюдены – положительный эффект, не соблюдены – отрицательный. Анализ макросистемы “Защита среды обитания от шума”, включающей проектируемую, исследующую и проектирующую подсистемы, показывает, что общая эффективность звукоизоляции формируется последовательно зависящими один от другого техническим, социальным, социально-экономическим и экономическим эффектами. Их объективная оценка возможна при анализе ожидаемого общего шумового режима объекта проектирования с помощью критерия, основанного на статистических параметрах распределения вероятностей уровней звука: математическом ожидании, дисперсии и асимметрии. Тем самым учитывается как энергетическое, так и информационное содержание шумовой экспозиции.
Процесс оценки эффективности звукоизоляции разделен на три основных этапа.
На начальной стадии предполагается сбор необходимой и достаточной
информации о всех вероятных источниках шума. Предложены расчетные модели для оценки статистических параметров распределений уровней звука внешних и внутренних шумов в различных проектных ситуациях, разработаны соответствующие справочные данные. Для внешних шумов предлагается вероятностная модель акустического климата городской среды, основанная на распределении Вейбулла. Показано, что погрешность модели не превышает 1,0 дБА. Вероятностная модель внутренних шумов построена в предположении подчинения их нормальному Гауссову закону. Проанализированы собственные шумовые режимы различных помещений жилого дома: общих комнат, спален, кухонь, санузлов, включая лестничные клетки, лифты и т.д.
Второй этап состоит в наложении концептуальной схемы шумозащитного комплекса на результаты информационного поиска. Формулируются требования к элементам шумозащиты и принимаются их технические решения. Методами регрессионного анализа исследованы статистические параметры снижения уровней звука при прохождении шумов через ограждающие конструкции. Рассмотрены сочетания спектров звукоизоляции типичными строительными конструкциями со спектрами наиболее распространенных коммунальных шумов с учетом вероятностей их реализации во времени. Рассчитаны соответствующие значения звукоизоляции в дБА. Разработана методика построения вариационного ряда звукоизоляции, дБА, от коммунальных шумов по расчетному значению индекса звукоизоляции воздушного шума ограждением. Последовательная попарная свертка распределений использована для расчета статистических параметров распределения вероятностей уровней звука общего шумового режима
проектируемого объекта.
Заключительный этап состоит из оценки общей эффективности звукоизоляции и принятия решения по выбору оптимального варианта. Рассмотрены приемы оценки технических, социальных и экономических эффектов звукоизоляции. Методами регрессионного анализа исследована зависимость социальной эффективности звукоизоляции от статистических характеристик распределения уровней звука ожидаемого общего шумового режима. Набор исходных данных сформирован по результатам социальных обследований, проведенных Словацким Техническим университетом (г. Братислава), МИИТом (г. Москва), ЦИИИЭП жилища, ЛенЗНИИЭПом, ТбилЗНИИЭПом, НИИСФом и МНИИТЭПом в городах Москве, Ленинграде и Тбилиси. Результаты последнего комплексного обследования предварительно обработаны для оценки параметров общего шумового режима квартир реципиентов. При этом использованы данные о внешних шумах и об индексах звукоизоляции ограждающими конструкциями, методы расчета и справочные материалы, предлагаемые в диссертации. Разработана математическая модель для прогноза степени акустической комфортности объектов. Рассчитаны максимально допустимые параметры общего шумового режима, обеспечивающие условия, при которых ожидаемое количество пассивных жалоб на шум не превышает 30 % опрашиваемых. Это число соответствует рекомендации Европейского бюро Всемирной Организации Здравоохранения.
Вся цепь расчетов, начиная с информационного поиска, заканчивая оценками эффективности технического решения, реализуется на ПК. Для каждого этапа проектирования разработаны необходимые справочные материалы.
В заключение приведен пример оценки эффективности шумозащитного комплекса конкретного объекта на базе разработанной методики. Показаны ее преимущества и существенные отличия от общепринятого традиционного подхода.
Ключевые слова: жилые здания, звукоизоляция, методика оценки технической, социальной, экономической эффективности шумозащиты.
ABSTRACT
N.V. Ivanova. The development of the methods of evaluations of the dvelling building sound insulation efficiency from air noises on the bases of system approach. - Manuscript.
Dissertation for degree of Candidate of Tеchnical Sciences by speciality 05.23.01 - Engineering constructions, buildings and constructions. Kharkov State Technical University of Construction and Architecture (KSTUCA), Kharkov, 2001.
This dissertation deals with development of dwelling building sound insulation
against air noises as the most common new designing methods are elaborated which
take into consideration enegry and informational content of expected total noise
regime for objects being designed and evaluate the technical, social and economic effects of sound insulation.
Calculation models are presented which allow to collect data on noise sources, to evaluate the statistic parameters for enclosing construction sound insulation, to calculate parameters and total noise regime evaluating criteria, to compute technical, social and economic effects of sound insulation complex and to estimate the
acoustical comfort level for objects being designed.
The necessary reference materials for every design stage are developed.
Key words: dvelling building, sound insulation, designing methods; technical, social, economic effects of noise protection.
Підп. до друку 30.03.2001. Формат 60х84 /16
Папір пис. Умовн. друк. арк. 0,9. Тираж 100 прим. Зам. № 408.
____________________________________________________________
Ризограф ХДТУБА МОНУ, 61002, Харків, вул. Сумська,40
