住宅建筑卫生间排水噪声影响及控制策略研究

作     者：池冰源 

作者单位：山东建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王亚平

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 08[工学] 0813[工学-建筑学] 0713[理学-生态学] 

主      题：住宅建筑 卫生间排水噪声 数值模拟 声场分布 控制策略 

摘      要：随着绿色建筑、健康建筑等概念的提出和发展,人们对居住环境质量的要求不断提高,室内声环境成为评价住宅品质的一个重要内容。住宅内部噪声直接影响人们的生活质量和工作效率,其中卫生间排水管道距卧室、起居室等空间较近,使用过程中带来明显噪声影响,是室内主要噪声源之一。目前已有相关研究主要集中在分析住宅卫生间排水噪声的产生原理和噪声特性等方面,偏重于研究噪声源本身的性质,而针对排水噪声在室内空间分布的研究相对较少;同时以往研究往往以实测获得的数据作为分析依据,需要建立排水噪声专用实验室,使得研究成本显著提高。本文采用数值模拟方法研究室内排水噪声源特性及其在空间中的分布,以流体数值分析的结果作为声学模拟的声源数据,采用声学有限元模拟方法预测并直观地表达噪声在居住空间中的分布特性。首先通过案例调研分析典型住宅平面布局、围护构件、卫生间排水系统、排水噪声的产生机制及影响因素,并实测典型住宅内的排水噪声,了解住宅卫生间排水噪声对相邻楼层产生的影响。在文献分析和实地调研中发现,普通住宅中存在排水噪声偏高、声压级超出规范要求的现象,对住户正常生活和休息造成严重干扰,需要进行深入研究分析,并进行噪声控制。其次,基于前期调研、相关理论研究,采用CFD和有限元仿真分析技术,提出利用流场和声场联合仿真模拟空间中噪声分布的方法;建立卫生间排水管道和主卧套间的基础模型,模拟排水管道在不同工况下产生的辐射声场,使用控制变量法分析管道材质、围护构件、立管位置和门的位置对声场分布的影响。研究结果表明,排水管道产生的噪声随着频率增加而增大,具有明显高频特性,声压级的较大值往往出现在高频1600～2000Hz之间;密度和杨氏模量较大的管材如铸铁管能够减轻水流冲击振动,从而降低外部空间的辐射噪声;当隔墙采用混凝土普通砖、普通烧结砖、轻集料混凝土砌块及粉煤灰砌块时,外部空间监测点噪声值分别为46.1dB（A）、44.6dB（A）、48.1dB（A）和46.7dB（A）,重质材料如普通烧结砖、混凝土砖等砌筑的隔墙具有较好隔声性能,有利于降低相邻空间的噪声值;此外,立管与卫生间门的布置位置也会影响相邻空间的噪声级,宜将排水立管布置在远离卧室空间的一侧,同时避免卫生间门直接朝向卧室空间。基于声场模拟数据并结合噪声防治原则,总结归纳住宅卫生间排水噪声的控制策略。模拟常用卫生间门的隔声效果,结果表明采用木材和玻璃的门扇其中高频隔声效果远高于PVC折叠门;在半消声室搭建简易实验台,实测目前市场中常用管道降噪材料的隔声效果,实验结果表明:当包覆单层降噪材料时,所选材料的隔声量范围为4.6dB（A）～7dB（A）,当与阻尼隔振片组合使用时,组合材料的隔声量范围为8.3dB（A）～10.7dB（A）,其中聚酯纤维与阻尼隔振片组合使用时具有最好的降噪效果。因此,从合理设置平面布局、治理噪声源及控制传播途径等方面提出降低排水噪声影响的措施。最后将论文研究得出的降噪措施应用于解决实际问题,通过实际改造项目验证其可行性和有效性。本研究借助有限元数值模拟技术分析住宅卫生间排水噪声对室内声环境的影响,并提出相应的设计和改善策略,为营造舒适的室内环境、减轻排水噪声干扰提供相应参考和设计依据,对健康住宅建筑的设计研究具有一定的理论与实践意义。