建筑物理環(huán)境基礎(chǔ)

第二章建筑物理環(huán)境基礎(chǔ) 建筑物理環(huán)境是指建筑室內(nèi)空間與人體相關(guān)的各個物理要素的總和 包括建筑熱環(huán)境 建筑聲環(huán)境和建筑光環(huán)境三部分內(nèi)容 創(chuàng)造舒適的建筑物理環(huán)境是人對建筑的基本要求 利用適宜的手段和方法 來創(chuàng)造良好的建筑物理環(huán)境 不僅關(guān)系到人的舒適性要求 還直接影響建筑的能源資源的消耗 進(jìn)而影響建筑與環(huán)境的關(guān)系 影響人類社會的可持續(xù)發(fā)展 2 1建筑熱環(huán)境建筑熱環(huán)境的主要內(nèi)容有建筑保溫 建筑防潮 建筑防熱 建筑中的太陽能利用等 建筑熱環(huán)境控制就是為了在節(jié)約資源的前提下 滿足人們的熱舒適要求 2 1 1建筑熱環(huán)境基礎(chǔ)建筑物及房間各面的圍擋物稱為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu) 同室外空氣直接接觸的圍護(hù)結(jié)構(gòu)稱為外圍護(hù)結(jié)構(gòu) 如外墻 屋頂 外門和外窗 由于室內(nèi)外空氣溫度的差別 通過建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)必然有傳熱現(xiàn)象 傳熱的基本方式分為傳導(dǎo) 對流和輻射三種 1 穩(wěn)定傳熱如果室內(nèi)外空氣溫度都不隨時間變化 通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程稱為穩(wěn)定傳熱 穩(wěn)定傳熱計算是建筑保溫設(shè)計的基礎(chǔ) 也是我國嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)采暖居住建筑節(jié)能設(shè)計的基礎(chǔ) 按照穩(wěn)態(tài)傳熱計算通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量公式為Q K ti te F 2 1 式中 Q 單位時間的傳熱量 W F 垂直于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計算傳熱面積 K 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù) W K ti和te 分別為室內(nèi) 外空氣溫度 C 傳熱系數(shù)K由下式確定 式中 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱阻 K W 內(nèi)表面換熱阻 0 11 K W 外表面換熱阻 0 05 K W d 材料厚度 m 材料導(dǎo)熱系數(shù) W m K 2 非穩(wěn)定傳熱夏天 室內(nèi)外空氣溫度都隨時間變化 通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程稱為非穩(wěn)定傳熱 非穩(wěn)定傳熱計算是建筑防熱設(shè)計基礎(chǔ) 也是夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計基礎(chǔ) A 室外綜合溫度 室外綜合溫度是室外空氣溫度與太陽輻射當(dāng)量溫度之和 式中 tsa 室外綜合溫度 I 太陽輻射照度 W 圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的太陽輻射吸收系數(shù) ac 圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面換熱系數(shù) 通常取ac 19 0W K 室外綜合溫度是一個假想溫度 可用它來表征建筑室外熱作用的強(qiáng)弱 Tsa是隨時間變化的 建筑各個朝向的tsa不同 在我國總緯度地區(qū)夏季建筑物各個朝向tsa由大到小的次序?yàn)樗矫?東西向 南向 北向 這表明 夏季建筑物防熱設(shè)計應(yīng)優(yōu)先考慮屋頂防熱和防東 西曬 B 熱惰性指標(biāo)表征圍護(hù)結(jié)構(gòu)對溫度波動衰減快慢的程度 熱惰性指標(biāo)D RS 式中R為材料層的熱阻 S為材料層的蓄熱系數(shù) 其值為D值越大 溫度波在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中衰減越快 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性越好 為了抵抗室外熱作用的波動 要求外圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有足夠的熱惰性指標(biāo) 2 建筑熱工設(shè)計分區(qū)我國幅員遼闊 各地氣候差異較大 為了使建筑設(shè)計能夠較好適應(yīng)氣候 我國 民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范 提出了建筑熱工分區(qū)的概念 具體分區(qū)和設(shè)計要求見表2 1 建筑熱工設(shè)計分區(qū)及設(shè)計要求表2 1 2 1 2建筑保溫設(shè)計嚴(yán)寒與寒冷地區(qū)的民用建筑為了保證冬季室內(nèi)的氣溫 濕度 氣流速度和室內(nèi)熱輻射在一定允許范圍內(nèi) 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度不低于室內(nèi)露點(diǎn)溫度 必須進(jìn)行建筑保溫設(shè)計 建筑保溫就是減少由室內(nèi) 高溫 流向室外 低溫 的熱流 建筑保溫設(shè)計包括建筑方案設(shè)計中的保溫綜合處理和外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫的構(gòu)造設(shè)計 1 建筑保溫的綜合處理措施1 控制體形系數(shù) 體形系數(shù)是指一棟建筑物的外表面積F0與其所包圍的體積V0指比 如果建筑外表凹凸過多 體形系數(shù)變大 則建筑物傳熱耗熱量增大 2 合理布置建筑朝向 建筑應(yīng)朝正南向 建筑立面應(yīng)避開當(dāng)?shù)囟局鲗?dǎo)風(fēng)向 3 防止冷風(fēng)滲透 冬季通過外圍護(hù)結(jié)構(gòu)縫隙的冷風(fēng)滲透使建筑物熱損失增大 應(yīng)提高窗戶密封性 建筑立面避開冬季主導(dǎo)風(fēng) 設(shè)置避風(fēng)措施 利用地形 樹木來擋風(fēng) 4 合理選擇窗墻面積比 窗墻面積比 窗墻比 是指窗洞口面積與房間立面單元墻面積之比 為了利用太陽能 南向窗墻比最大 北向窗墻比最小 東 西向窗墻比介于其間 2 合理布置建筑朝向 建筑應(yīng)朝正南向 建筑立面應(yīng)避開當(dāng)?shù)囟局鲗?dǎo)風(fēng)向 3 防止冷風(fēng)滲透 冬季通過外圍護(hù)結(jié)構(gòu)縫隙的冷風(fēng)滲透使建筑物熱損失增大 應(yīng)提高窗戶密封性 建筑立面避開冬季主導(dǎo)風(fēng) 設(shè)置避風(fēng)措施 利用地形 樹木來擋風(fēng) 4 合理選擇窗墻面積比 窗墻面積比 窗墻比 是指窗洞口面積與房間立面單元墻面積之比 為了利用太陽能 南向窗墻比最大 北向窗墻比最小 東 西向窗墻比介于其間 復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)由保溫層和承重層復(fù)合而成 復(fù)合結(jié)構(gòu)按保溫層所處的位置可分為內(nèi)保溫 保溫層在室內(nèi)一側(cè) 外保溫 保溫層在室外一側(cè) 和中間保溫 保溫層夾在中間 三種 外保溫優(yōu)點(diǎn)較多 減小熱橋處的熱損失 有利于防止保溫層內(nèi)部產(chǎn)生凝結(jié)水 房間的熱穩(wěn)定性好 降低墻和屋頂?shù)闹饕糠值臏囟葢?yīng)力起伏 有利于舊房節(jié)能改造 外保溫是我國建筑節(jié)能的發(fā)展方向 3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)異常部位的保溫設(shè)計 A 窗戶的保溫 可選用木材 塑料和塑鋼窗框 使用斷熱金屬窗框 寒冷地區(qū) 可采用多層窗 使用新型節(jié)能窗戶 如低輻射玻璃窗 即LOW E窗 中空玻璃窗等 低輻射能玻璃 即low E玻璃 是利用真空沉積技術(shù)的在玻璃表面沉積一層低輻射涂層 一般由若干金屬或金屬氧化物薄層和襯底組成 普通玻璃的長波熱輻射發(fā)射率約為0 8左右 low E玻璃長波熱輻射發(fā)射率最低可達(dá)到0 04 對長波熱輻射光譜有很強(qiáng)的反射作用 并可調(diào)整制造工藝制造出各種不同光學(xué)性能的產(chǎn)品 如對太陽光有不同透過率的高透過low E玻璃 低透過low E玻璃等 但一般來說 都對可見光透過率影響不大 B 熱橋保溫 熱橋是熱量容易通過的地方 例如鋼或鋼筋混凝土骨架 圈梁 過梁 板材的肋部等 熱橋處內(nèi)表面溫度低于主體 對熱橋應(yīng)進(jìn)行內(nèi)表面溫度驗(yàn)算和保溫處理 C 其他異常部位保溫 外墻角 外墻與內(nèi)墻交角 樓地板或屋頂與外墻交角等應(yīng)加強(qiáng)保溫 靠近外墻0 5 1 0m寬的地面散熱最大 因此 外墻周邊地板采用局部保溫措施 地面材料熱工特性可用地面吸熱指數(shù)B描述 B值越大 則地面從人腳吸取的熱量愈多愈快 地面劃分為3類 木地面 塑料地面等屬于 類 用于高級居住建筑 托兒所 幼兒所 醫(yī)療建筑等 水泥砂漿地面屬于 類 用于一般居住建筑 辦公建筑等 水磨石地面屬于 類 用于人們短時間逗留的房間 以及室溫高于23 的采暖房間 2 1 3建筑防潮設(shè)計 1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝受潮判斷圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部水蒸氣的遷移現(xiàn)象稱為蒸汽滲透 根據(jù)穩(wěn)態(tài)條件下蒸汽滲透理論 可以判別圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否會出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象 其中左圖水蒸氣飽和壓力Ps曲線與水蒸氣分壓力P線不相交 說明圍護(hù)結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生內(nèi)部冷凝 右圖中Ps線與P線相交 則在Ps小于P部位圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部有冷凝產(chǎn)生 2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面結(jié)露的防止和控制控制表面冷凝的主要措施有 利用保溫材料 增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱阻 進(jìn)而提高其內(nèi)表面溫度 保證室內(nèi)表面空氣氣流暢通 加強(qiáng)自然通風(fēng) 選擇具有一定調(diào)濕能力的內(nèi)墻材料 高濕環(huán)境應(yīng)考慮有組織引導(dǎo)表面冷凝水 比如 房間吊頂具有一定坡度 3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝的防止和控制控制內(nèi)部冷凝的主要措施 利用保溫材料提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度 材料層次的布置應(yīng)使水蒸氣滲透 難進(jìn)易出 在保溫層水蒸氣流入的一側(cè)設(shè)置隔氣層 如瀝青 卷材和隔氣涂料等 設(shè)置通風(fēng)間層或泄汽溝道使進(jìn)入保溫層的水分有出路 2 1 4建筑防熱設(shè)計建筑防熱設(shè)計就是為了盡量減少傳入室內(nèi)的熱量并使室內(nèi)熱量盡快散出 防熱設(shè)計宜根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn) 采用圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱 自然通風(fēng) 窗戶遮陽 綠化等綜合措施 隔熱就是減少由室外 高溫 流向室內(nèi) 低溫 的熱流 1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱設(shè)計1 屋頂隔熱建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱設(shè)計的重點(diǎn)是屋頂 隔熱屋頂?shù)臉?gòu)造有絕熱層隔熱屋頂 通風(fēng)間層隔熱屋頂 吊頂隔熱屋頂 閣樓隔熱屋頂 蓄水隔熱屋頂和植被隔熱屋頂 屋頂遮陽 淺色屋面可有效防熱 通風(fēng)屋頂長度不大于10m 間層高20 檐口兜風(fēng) 蓄水面應(yīng)有水生植物或淺色漂浮物 水深為15 20 有土種植屋面 土壤厚度10 左右 2 外墻隔熱自然通風(fēng)建筑外墻隔熱設(shè)計重點(diǎn)是東 西墻 空調(diào)建筑各個朝向外墻隔熱都重要 隔熱外墻有空心粘土磚墻 砌塊墻 通風(fēng)墻與遮陽墻等 外墻遮陽和淺色外墻可有效防熱 復(fù)合墻內(nèi)側(cè)應(yīng)為重質(zhì)材料層 通風(fēng)間層10 寬 東西外墻用花格構(gòu)件或綠化遮陽 2 自然通風(fēng)設(shè)計1 熱壓和風(fēng)壓當(dāng)較重的冷空氣從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入室內(nèi)后 吸收了室內(nèi)的熱量后變成較輕的熱空氣上升從出風(fēng)口排出室外 不斷流入的冷空氣在室內(nèi)被加熱后從建筑物的上部出風(fēng)口排出就形成室內(nèi)自然通風(fēng)稱為熱壓通風(fēng) 圖2 2熱壓作用下的自然通風(fēng) 根據(jù)流體力學(xué)原理 當(dāng)風(fēng)吹向建筑物時 在迎風(fēng)面形成正壓區(qū) 在屋頂 兩側(cè)及背風(fēng)面形成負(fù)壓區(qū) 如果建筑物上設(shè)有開口 氣流就會從正壓區(qū)流入室內(nèi) 再經(jīng)室內(nèi)流向負(fù)壓區(qū) 圖2 3風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng) 自然通風(fēng)是熱壓和風(fēng)壓的綜合結(jié)果 通常 風(fēng)壓通風(fēng)隊改善室內(nèi)氣候條件的效果比較顯著 故應(yīng)首先考慮如何組織風(fēng)壓來進(jìn)行建筑防熱設(shè)計 2 自然通風(fēng)設(shè)計建筑群自由式 錯列式和斜列式布局及建筑南北朝向有利于自然通風(fēng) 穿堂風(fēng) 房間進(jìn)風(fēng)口直對著出風(fēng)口 會使氣流直通 風(fēng)速較大 但風(fēng)場范圍小 進(jìn) 出風(fēng)口錯開 風(fēng)場區(qū)域大 進(jìn) 出風(fēng)口相距太近 室內(nèi)通風(fēng)效果不佳 如果進(jìn) 出風(fēng)口都開在正壓區(qū)或負(fù)壓區(qū)墻面一側(cè)或房間只有一個開口 室內(nèi)通風(fēng)較差 開口的高度低 氣流才能作用到人身上 設(shè)輔助高窗可使頂部熱空氣散出 進(jìn)出風(fēng)口面積相等為宜 或進(jìn)風(fēng)口小一點(diǎn) 利用窗扇 水平挑檐 百葉板 外遮陽板及綠化可以擋風(fēng) 導(dǎo)風(fēng) 有效地組織室內(nèi)通風(fēng) 3 窗口遮陽設(shè)計窗口遮陽可防止直射陽光進(jìn)入室內(nèi)而引起室內(nèi)過熱 東 西向窗戶是遮陽設(shè)計的重點(diǎn) 遮陽的效果可以用遮陽系數(shù)來評價 遮陽系數(shù)是指在直射陽光照射的時間內(nèi) 透進(jìn)有遮陽窗口的太陽輻射量與透進(jìn)無遮陽窗口的太陽輻射量之比 遮陽系數(shù)越小 防熱效果愈好 1 綠化與構(gòu)件遮陽 合理選擇樹種 安排適當(dāng)?shù)奈恢弥矘浠蛟诖巴夥N植藤蔓植物就是綠化遮陽 構(gòu)件遮陽如加寬挑檐 設(shè)外廊 陽臺旋窗等 2 外遮陽 外遮陽比內(nèi)遮陽防熱效果好 固定遮陽板簡單 成本低 便于維修 活動遮陽板可調(diào)節(jié) 除南向外 活動遮陽板均比固定遮陽板效率高 固定與活動 實(shí)體與綠化相結(jié)合的遮陽方式效率最高 固定外遮陽板的適用朝向及特性見下表 固定外遮陽特性3 內(nèi)遮陽 窗簾 卷簾 百葉 活動百葉都可以起到內(nèi)部遮陽的功效 內(nèi)遮陽的防熱效果不如外遮陽好 但內(nèi)遮陽調(diào)節(jié)靈活 使用方便 內(nèi)遮陽還可以控制眩光 提高私密性 有保溫及裝飾功能 建筑遮陽 構(gòu)件遮陽的基本形式水平遮陽垂直遮陽混合遮陽擋板遮陽 2 1 5太陽能在建筑中應(yīng)用太陽能是一種潔凈的可再生能源 建筑中太陽能利用主要包括太陽能熱利用 包括太陽能熱水器 被動式太陽能建筑等 和太陽能光利用 包括光發(fā)電和自然采光 太陽能在建筑中應(yīng)用也常分為被動式和主動式兩類形式 1 被動式太陽能建筑被動式太陽能建筑 太陽房 就是不利用其他機(jī)械動力 只依靠太陽能自然供暖的建筑 白天直接依靠太陽能供暖 多余的熱量用熱容量大的建筑構(gòu)件 如墻壁 地板等 蓄熱槽的卵石 水等吸收 夜間通過自然對流放熱 使室內(nèi)保持一定的溫度 達(dá)到采暖的目的 根據(jù)采暖方式的不同 被動式太陽能房可分為直接得熱式 集熱墻式和附加陽光間式 被動太陽能建筑 就地取材 技術(shù)簡單 不耗費(fèi)或較少耗費(fèi)其他常規(guī)能源 其缺點(diǎn)是冬季平均供暖溫度偏低 太陽房夏季應(yīng)注意防止室內(nèi)過熱 三種類型被動式太陽能建筑示意 直接得熱式集熱墻式附加陽光間式 2 主動式太陽能熱利用主動式太陽能熱利用需要一定的動力進(jìn)行熱循環(huán) 它主要由太陽集熱器 管道 儲熱裝置 循環(huán)泵 熱能交換器組成 主動式太陽能利用能夠較好的滿足住戶的生活要求 可以保證室內(nèi)采暖和供熱水 甚至制冷空調(diào) 但設(shè)備復(fù)雜 投資大 需要消費(fèi)輔助能源和電功率 而且所有的熱水集熱系統(tǒng)都需要設(shè)有防凍措施 主動式太陽熱能利用系統(tǒng)示意 3 光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑一體化通常 光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽電池 方陣 板 儲能裝置 備用電源 輔助發(fā)電機(jī)或電網(wǎng) 以及負(fù)載組成 此外還有功率調(diào)節(jié)和控制裝置 圖2 6 光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑一體化是指太陽能發(fā)電設(shè)備或構(gòu)件在建筑上利用 并做到了與建筑設(shè)計有機(jī)地結(jié)合 圖2 7 圖2 6簡單的太陽發(fā)電系統(tǒng) 圖2 7光伏發(fā)電通風(fēng)屋頂 建筑光環(huán)境控制包括建筑采光設(shè)計和建筑照明兩部分內(nèi)容 建筑采光設(shè)計就是設(shè)法通過采光口使光線進(jìn)入室內(nèi) 2 2 1采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 1 基本光度單位光環(huán)境設(shè)計常用的基本單位有光通量 照度 發(fā)光強(qiáng)度和亮度 光通量 表示光源發(fā)出的光能的多少 單位為lm 流明 照度 表示照射到單位面積上光通量的多少 單位為lx 勒克斯 發(fā)光強(qiáng)度I是光通量的空間密度 單位為Cd 坎德拉 亮度L是發(fā)光體在視看方向上單位面積發(fā)出的發(fā)光強(qiáng)度 單位為Cd 坎德拉每平方米 2 2建筑光環(huán)境 2 采光標(biāo)準(zhǔn)在采光設(shè)計中 天然光指的是天空光 日光在通過地球大氣層時被空氣中的塵埃和氣體分子擴(kuò)散 使白天的天空呈現(xiàn)出一定的亮度 這就是天空光 它是建筑采光的主要光源 天然光變化快 不好控制 因此 我國 建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) GB T50033 2001 規(guī)定 在采光設(shè)計中 天然采光標(biāo)準(zhǔn)以采光系數(shù)為指標(biāo) 采光系數(shù)C是室內(nèi)某一點(diǎn)直接或間接接受天空漫射光所形成的照度與同一時間不受遮擋的該天空半球在室外水平面上產(chǎn)生的天空漫射光照度之比 這樣 不管室外天然光如何變化 室內(nèi)某一點(diǎn)的采光系數(shù)是不變的 建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 給出不同作業(yè)場所工作面的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值 表2 3 表2 4 側(cè)面采光采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用最低值Cmin作為標(biāo)準(zhǔn) 頂部采光取采光系數(shù)平均值Cav作為標(biāo)準(zhǔn) 視覺作業(yè)場所工作面上的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)表2 3 我國幅員遼闊 各地光氣候差別較大 因此 國家標(biāo)準(zhǔn)中將我國劃分為 個光氣候區(qū) 采光設(shè)計時 各光氣候區(qū)取不同的光氣候系數(shù)K 詳見 建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 表2 3和表2 4中采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值都是以 類光氣候區(qū)為基準(zhǔn)給出的 在其他光氣候區(qū) 各類建筑的工作面上的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)中給出的數(shù)值乘以相應(yīng)的光氣候系數(shù)所得到的數(shù)值 建筑的采光等級舉例表2 4 1 采光均勻度采光均勻度為工作面上的最低采光系數(shù)與平均采光系數(shù)之比 頂部采光 級采光均勻度在0 7以上 對頂部采光 級和側(cè)面采光無要求 2 眩光眩光是在視野中由于亮度的分布或范圍不適宜 或存在極端的亮度對比 以致引起不舒適和降低物體可見度的視覺條件 眩光會影響人們的注意力 增加視疲勞 降低視度 甚至喪失視力采光視覺中 減小窗戶眩光主要措施有 作業(yè)區(qū)應(yīng)減少或避免直射陽光 工作人員的視覺背景不宜為窗口 為降低窗戶亮度或減少天空視域 可采用室內(nèi)外遮陽設(shè)施 窗戶結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面或窗戶周圍的內(nèi)墻面 宜采用淺色粉刷 2 2 2建筑采光設(shè)計采光設(shè)計可分為被動式和主動式兩類 被動式采光就是利用不同形式的采光窗進(jìn)行采光 主動式采光是利用集光 傳光等設(shè)備與控制系統(tǒng)將天然光傳送到需要照明的部位 1 側(cè)窗 側(cè)面采光 側(cè)窗采光的特點(diǎn)是房間的天然光照度隨進(jìn)深的增加而迅速降低 照度分布很不均勻 圖2 8 為了有較好的采光均勻度 單側(cè)采光房間的進(jìn)深一般不超過窗高的1 5 2倍為宜 改善側(cè)窗采光特性的措施 利用透光材料本身的反射 擴(kuò)散和折射性能控制光線 使用固定或活動的遮陽板 遮光百葉 遮光格柵 2 天窗 頂部采光 頂部采光包括矩形天窗 鋸齒形天窗 平天窗等 A 矩形天窗 普通矩形天窗是在屋架上架起一列天窗架構(gòu)成的 窗戶的方向與屋架相垂直 稱為縱向天窗 如果將屋面板隔跨分別架設(shè)在屋架上弦和下弦位置 窗扇立在屋架外側(cè) 緊貼屋架 這稱為橫向矩形天窗 其采光均勻度好 自然通風(fēng)效果顯著改善 B 平天窗 平天窗采光口位于水平面或接近水平面它的采光效率最高 約為矩形天窗采光效率的2 2 5倍透明的平天窗容易產(chǎn)生眩光 夏季會造成室內(nèi)過熱 所以 炎熱地區(qū)平天窗要采取遮陽措施 平天窗采光 C 鋸齒形天窗 鋸齒形天窗的屋面傾斜 可以充分利用頂棚的反射光 采光效率比矩形天窗約高15 20 當(dāng)窗口朝北向布置時 接受北向天空漫射光 光線穩(wěn)定 因此減小了室內(nèi)溫濕度的波動及眩光 鋸齒形天窗非常適用于美術(shù)館 超市 體育館及特殊車間使用 采光棚 2 2 3采光窗面積的確定采光窗口面積的確定 通常根據(jù)建筑空間的采光 通風(fēng) 立面處理等綜合要求 先大致確定窗口面積 然后根據(jù)房間的采光要求進(jìn)行校驗(yàn) 驗(yàn)證是否符合采光標(biāo)準(zhǔn)值 采光計算方法很多 建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定了一種簡易圖表計算方法 采光要求不十分精確時 利用窗地比可以估算出采光面積 窗地面積比是指窗洞口面積與室內(nèi)地面面積之比 注 非 類光氣候的窗地面積比應(yīng)乘以光氣候系數(shù)K 建筑聲環(huán)境包括室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計 建筑隔聲和噪聲控制三方面的內(nèi)容 室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計一般只限于各類廳堂如影劇院 音樂廳 體育館 報告廳 教室 禮堂和各類多功能廳等 建筑隔聲和噪聲控制是各類建筑都存在的一個普遍性問題 聲音源于物體的震動 正在發(fā)出聲音的物體稱為聲源 空氣中的聲音就是在彈性媒質(zhì)中傳播的疏密波 常溫下聲波的傳播速度為340m s 人耳可聽到的聲音頻率范圍為20Hz 20000Hz 根據(jù)波長 聲速 頻率的關(guān)系 相應(yīng)的人耳可聽到的聲音波長范圍為17 17m 聲音是一種波動 在傳播過程中 它具有反射 繞射 折射等現(xiàn)象 聲波是能量的攜帶者 材料或結(jié)構(gòu)對聲音可以吸收 反射和透射 2 3建筑聲環(huán)境 人耳所感受到的聲音的強(qiáng)弱可以用A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)聲壓級來表示 簡稱A聲級 聲壓級符號為Lp 單位為dB A 聲壓級的疊加按照對數(shù)運(yùn)算法則進(jìn)行 兩個相等的聲壓級疊加 聲壓級只增大3dB 常見聲源A聲級 閾 YU 泛指界限或范圍 2 3 1吸聲材料與吸聲結(jié)構(gòu) 1 多孔吸聲材料多孔吸聲材料是主要吸聲材料 它具有良好的高頻吸聲性能 最初是以麻 棉 毛等有機(jī)纖維材料為主 現(xiàn)在大部分由玻璃棉 超細(xì)玻璃棉 巖棉 礦棉等無機(jī)纖維材料代替 除了棉狀的以外 還可用適當(dāng)?shù)恼持鴦┲瞥傻陌宀幕驓制?1 多孔吸聲材料的特點(diǎn)多孔吸聲材料具有大量內(nèi)外連通的微小間隙和連續(xù)氣泡 因而具有一定的通氣性 當(dāng)聲波入射到材料表面時 聲波很快地順著微孔進(jìn)入材料內(nèi)部 引起空隙間的空氣振動 由于摩擦 空氣粘滯阻力和空隙間空氣與纖維之間的熱傳導(dǎo)作用 使相當(dāng)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被吸收掉 所以多孔材料吸聲的先決條件是聲波能很容易進(jìn)入微孔內(nèi) 因此不僅材料內(nèi)部 而且在材料表面上也應(yīng)當(dāng)多孔 如果多孔材料的微孔被灰塵污垢或抹面油漆等封閉時 會對材料的吸聲性能產(chǎn)生不利影響 常用的多孔吸聲材料有玻璃棉 礦渣棉 泡沫塑料 各種輕質(zhì)纖維板 木絲板 微孔吸聲磚吸聲粉刷 目前又有壓鑄鋁纖維吸聲板 是綠色防火 防潮的吸聲材料 2 影響多孔材料吸聲系數(shù)的因素多孔材料的吸聲性能與材料的表觀密度和內(nèi)部構(gòu)造有關(guān) 在實(shí)際應(yīng)用中 多孔材料的厚度 容重 材料背后是否有空氣層以及材料表面的裝飾處理等 都對其吸聲性能有影響 A 材料厚度的影響 多孔材料的吸聲系數(shù) 一般隨著厚度的增加而提高其低頻的吸聲效果 而高頻影響不顯著 但材料厚度增加到一定程度后 吸聲效果的提高就不明顯了 所以為了提高材料的吸聲性能而無限制地增加厚度是不適宜的 B 材料密度的影響 改變材料的密度可以間接控制材料內(nèi)部微孔尺寸 通常多孔材料密度的適當(dāng)增加 意味著微孔的的減少 即孔隙率的減少 能使低頻吸聲效果有所提高 但高頻吸聲性能可能下降 多孔吸聲材料的孔隙率一般在70 以上 多數(shù)達(dá)90 C 背后空氣層的影響 當(dāng)多孔吸聲材料背后留有空氣層時 與該空氣層用同樣的材料填滿的效果近似 所以可利用空氣層 既提高吸聲系數(shù)又節(jié)省吸聲材料 D 材料表面裝飾處理的影響 在建筑裝修中為了改善材料吸聲性能的要求 常常要進(jìn)行表面裝飾處理 如表面鉆孔 開槽 粉刷 油漆 利用其他材料護(hù)面 吸聲材料表面的空洞和開口孔隙 對吸聲也是有利的 當(dāng)材料吸濕或表面噴涂油漆 孔口充水或堵塞 會大大降低吸聲材料的吸聲效果 E 聲波的頻率和入射條件 多孔材料的吸聲系數(shù)隨著頻率的提高而增大 對于通常實(shí)用的厚度 5 左右 中高頻有較大的吸聲系數(shù) 吸聲系數(shù)還與入射條件有關(guān) 垂直和斜入射是比較特殊的 實(shí)際情況多是無規(guī)入射 高溫高濕也會影響到吸聲性能 這是由于吸濕吸水后 材料中孔隙率減少 使高頻吸聲系數(shù)降低 隨著含濕量的增加 其影響的頻率范圍便進(jìn)一步擴(kuò)大 2 薄板 薄膜吸聲1 薄板吸聲構(gòu)造任何一種不透氣的材料裝在墻壁上并保持一定的空氣層 就成為板狀吸聲構(gòu)造 當(dāng)聲波撞擊板面時便發(fā)生振動 板的撓曲振動將吸收部分入射聲能 并把這種聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?把膠合板 硬質(zhì)纖維板 石膏板 石棉水泥板等板材周邊固定在框架上 連同板后的封閉空氣層 也構(gòu)成振動系統(tǒng) 系統(tǒng)的彈性除與空氣密度 板的單位面積質(zhì)量和空氣層厚度有關(guān)外 還受薄板的結(jié)構(gòu)剛度影響 薄板的剛度與板的彈性 骨架構(gòu)造 安裝情況有關(guān) 就同一種材料來說 板越薄 支承它的龍骨間距越大 剛度因素值就越小 不同的材料 即使構(gòu)造 尺寸相同 剛度因素也往往不同例如 板厚都是6 龍骨間距都是450 安裝方法都一樣 某種石膏板的剛度因素值約為1 106 S2 而另一種石棉水泥板的剛度因素值約為2 5 106 S2 一般板材剛度因素值約為1 106 3 106 S2 在板與剛性壁之間空氣層的厚度值較小 幾厘米 時 它對共振頻率影響較大 適當(dāng)改變板與剛性壁之間空氣層的厚度值 可在一定程度上調(diào)整吸聲頻率范圍 但是 當(dāng)板與剛性壁之間空氣層的厚度值較大 超過100 時 吸聲范圍就幾乎與空氣層無關(guān) 建筑中薄板結(jié)構(gòu)共振頻率多在80 300Hz之間 其吸收系數(shù)約為0 2 0 5 因而可以作為低頻吸聲構(gòu)造 多孔吸聲材料 在廳堂內(nèi)表面的裝飾構(gòu)造中 下列薄板吸聲能有效地吸收低頻 木板和硬紙板 石膏板 懸吊式抹灰頂 硬塑料板 拉毛干灰板 窗 門 玻璃 木地板 木講臺 金屬板散熱器等 為了使吸聲構(gòu)造耐磨經(jīng)用 很多非穿孔的薄板吸聲構(gòu)造都設(shè)在墻壁的較低部分作為墻裙的裝飾 2 薄膜吸聲構(gòu)造皮革 人造革 塑料薄膜等材料具有不透氣 柔軟 受張拉時有彈性等特性 這些薄膜材料可與其背后封閉的空氣層形成共振系統(tǒng) 用以吸收共振頻率附近的入射聲能 共振系統(tǒng)的彈性與膜所受的張力和背后空氣層的彈性有關(guān) 薄膜吸聲結(jié)構(gòu)頻率通常在200 1000Hz范圍最大吸聲系數(shù)約為0 3 0 4 一般把它作為中頻范圍的吸聲材料 3 空腔共振吸聲空腔 亥姆霍茲 共振器 是一個內(nèi)部為硬表面的封閉體 連接一條頸狀的狹窄通道 以便聲波通過狹窄通道進(jìn)入封閉體內(nèi) 它是一個封閉的空腔通過一個開口與外部空間相聯(lián)系的結(jié)構(gòu) 各種穿孔板 狹縫板背后設(shè)置空氣層形成吸聲結(jié)構(gòu) 根據(jù)其的吸聲機(jī)理 均屬于空腔共振吸聲結(jié)構(gòu)這類結(jié)構(gòu)的材料可用穿孔的石棉水泥板 石膏板 硬質(zhì)纖維板 膠合板以及鋼板 鋁板等 使用這些板材和一定的結(jié)構(gòu)做法 可以很容易的根據(jù)要求來設(shè)計所需的吸聲特性并在工程中達(dá)到設(shè)計要求 而且 材料本身具有足夠的強(qiáng)度 所以這種吸聲結(jié)構(gòu)在建筑中使用比較廣泛 空腔共振器可分為 單個吸聲體 穿孔板共振器 窄縫共振器 空腔共振吸聲構(gòu)造 是在構(gòu)造中封閉有一定體積的空氣 并通過開口或小孔與聲場空間連通 如亥姆霍茲共振器 各種穿孔板 如穿孔石膏板 金屬板 纖維水泥板 木板等 狹縫板等背后設(shè)置空氣層形成的吸聲構(gòu)造 亥姆霍茲共振器 如圖3 5 a 所示 可用石膏澆筑 或采用專門設(shè)計的帶孔徑的空心磚或空心砌塊 由封閉空腔通過開口與外部空間相聯(lián)系 其吸聲原理可用圖3 5 b 說明 當(dāng)孔深t和孔徑d比聲波波長小得多時 孔徑中空氣柱的作用類似于質(zhì)量塊 而空腔V比孔徑大得多 其作用相當(dāng)于空氣彈簧 于是形成一共振系統(tǒng) 彈簧質(zhì)量塊系統(tǒng) 當(dāng)外界入射聲波的頻率和系統(tǒng)的固有頻率相等時 孔徑中的空氣柱由于共振而劇烈振動并與孔壁摩擦從而消耗聲能 穿孔板吸聲構(gòu)造可看成是許多并聯(lián)的亥姆霍茲共振器 如圖3 5 c 所示 1 單個空腔共振器單個空腔共振器可以是規(guī)格不一的空的陶土容器 中世紀(jì)有些國家的教堂已經(jīng)采用 它們的吸聲范圍為100 400Hz 按一定的級配攪拌的混凝土制造的帶狹窄槽空腔的標(biāo)準(zhǔn)砌塊 稱為吸聲砌塊 這種砌塊就是一種空腔共振器 由于砌塊不需作吸聲處理 所以是一種控制混響或噪聲的經(jīng)濟(jì)方法 低頻時 砌塊的吸聲量最大 高頻時減少 砌塊表面可以涂油漆 不影響它們的吸聲效果 這種砌塊的最大優(yōu)點(diǎn)是堅固耐久 適用于體育館 游泳池 工業(yè)廠房 交通運(yùn)輸終點(diǎn)站和比地面低的公路等 2 穿孔板共振器把穿孔板與墻壁隔開一定距離安裝 將板后空氣層劃分為許多小空腔 每一個開孔與背后一個開孔小空腔對應(yīng) 充分利用空腔共振器的吸聲原理 形成許多并聯(lián)的亥姆霍茲共振器 穿孔板厚度 穿孔率 孔徑 孔距 背后空氣層厚度 以及是否填充多孔吸聲材料等 都直接影響吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲性能 市場上已有穿孔吸聲板為穿孔鋁合金板 膠合板 硬質(zhì)纖維板 石膏板 石棉水泥板 薄鋼板 將周邊固定在龍骨上并在背后設(shè)置空氣層或填充多孔材料而構(gòu)成 這種吸聲結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代裝飾工程中普遍使用 它對某些頻率進(jìn)行有選擇的吸收 同樣的吸聲結(jié)構(gòu)在板后直接鋪厚2 5 5 0 的巖棉 玻璃棉時的吸聲特性 吸聲系數(shù)普遍增大 因?yàn)樵诟哳l范圍主要靠多孔材料吸收 而各種多孔吸聲材料高頻的吸收差別不大 吸聲系數(shù)都很大 因此在高頻范圍 結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)主要取決于穿孔率的大小 穿孔率越大 吸聲系數(shù)越大 防火波浪海綿防火波 圖2 15穿孔板構(gòu)造中背襯材料位置對吸聲特性的影響 3 窄縫共振器用木 金屬或硬塑料做成的條板 用帶有開口縫隙或外露槽口的空心砌塊來裝飾墻面 后面填充毛氈等多孔吸聲材料 構(gòu)成一種窄縫吸聲構(gòu)造 它的作用與穿孔板共振器很相似 窄縫象頸狀在后面構(gòu)成空腔 所有的縫隙起透聲作用 它的面積最少應(yīng)占總面積的35 這種吸聲構(gòu)造由于處理手法可以靈活多變 有利于空間造型處理 4 空間吸聲體空間吸聲體用穿孔板材 鋼 鋁 硬紙板條 作成各種形狀如板形 棱柱體形 立方體形 球形 圓柱體形 單錐和雙錐殼體形 通常填充或襯貼玻璃棉 礦棉 適用于噪聲很大的工廠 板式空間懸掛吸聲體 布藝柱形吸聲體 5 可變吸聲體對于某些功能需要轉(zhuǎn)換的空間 其聲學(xué)要求也將隨使用功能而變化 因此 某種固定的吸聲做法難以滿足變化的要求 這時可以利用可變吸聲體進(jìn)行聲音的吸收與反射之間的轉(zhuǎn)換 常用的可變吸聲體有伸縮式簾幕 旋轉(zhuǎn)式吸聲板 平移式吸聲板 鉸鏈?zhǔn)轿暟?旋轉(zhuǎn)式圓柱體等形式 簾幕吸聲體是利用具有通氣性能的紡織品 安裝在離墻面或窗洞一定距離處 背后設(shè)置空氣層 這種吸聲體對中 高頻都有一定的吸聲效果簾幕吸聲體安裝 拆卸方便 兼具裝飾作用應(yīng)用價值較高 紡織品中除了帆布一類因流阻很大 透氣性差而具有膜狀材料的性質(zhì)以外 大都具有多孔材料的吸聲性能 只是由于一般這類織物較薄 吸聲效果比厚的多孔材料差 若幕布 窗簾等離墻面 窗玻璃有一定距離 恰如多孔材料背后設(shè)置了空氣層 盡管沒有完全封閉 對中高頻甚至低頻仍具有一定的吸聲作用 人和家具實(shí)際上也是吸聲體 例如室內(nèi)的桌 椅 柜和被服都具有一定的吸聲能力 有的是多孔材料 有的是薄板吸聲結(jié)構(gòu) 人的穿著不同 吸聲能力也有所差別 一般的吸聲材料和結(jié)構(gòu)可按其吸聲系數(shù)和有效面積的乘積求得吸聲量 吸聲單位 它的單位是 但是 人和家具很難計算吸聲的有效面積 所以其吸聲特性用每個人或每件家具的吸聲量表示 它們與個數(shù) 或件數(shù) 的乘積即為總吸聲量 2 3 2噪聲控制 1 噪聲的危害與評價廣義的噪聲定義為 凡人們不愿聽的各種聲音都是噪聲 從物理學(xué)的角度來看 噪聲是指由頻率和強(qiáng)度都不同的各種聲音雜亂地組合而產(chǎn)生的聲音 城市噪聲來自交通噪聲 工廠噪聲 施工噪聲和社會生活噪聲 其中交通噪聲的影響最大 范圍最廣 噪聲的危害是多方面的 噪聲可以使人聽力衰退 嚴(yán)重的可導(dǎo)致噪聲性耳聾 噪聲會引起多種疾病 會影響人的正常生活 使勞動生產(chǎn)率降低 此外 國外還有極強(qiáng)的噪聲損壞建筑物的報道 城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn) 民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范 建筑施工場界噪聲限值 鐵路邊界噪聲限值及其測量方法 機(jī)場周圍飛機(jī)噪聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn) 和 工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) 等標(biāo)準(zhǔn)給出了城市不同區(qū)域和不同建筑內(nèi)部的噪聲級允許標(biāo)準(zhǔn) 2 居住區(qū)內(nèi)交通干道噪聲控制居住區(qū)內(nèi)交通干道噪聲控制措施有 一是把交通干道設(shè)計成地下或半地下 另一個就是利用隔聲屏障來降低噪聲 這里重點(diǎn)介紹利用隔聲屏障的噪聲控制措施 隔聲屏障是用來遮擋聲源和接收點(diǎn)之間直達(dá)聲的措施 隔聲屏障對波長短的高頻聲降噪明顯對波長較長的低頻聲隔聲效果較差 隔聲屏障所用材料多種多樣 如磚石和砌塊砌筑 混凝土板木板 鋼板 玻璃鋼聲屏障 隔聲屏障有直立式吸聲直立式 上端傾斜式 T形 Y形等 隔聲屏障寬度應(yīng)為高度的2倍以上 此外 在居住區(qū)交通干道噪聲控制中要靈活地利用土堤 圍墻 建筑物 路塹的擋土墻等自然聲屏障 綠化林帶也是一種常用的降噪方法 防噪綠帶宜選用常綠的或落葉期短的樹種 高低配植成林帶 林帶樹木茂密 樹間雜草叢生 才能起到減噪作用 3 建筑室內(nèi)噪聲控制利用隔聲 吸聲降噪和消聲等技術(shù)措施可以有效地控制室內(nèi)噪聲 使用隔聲墻或樓板等構(gòu)件 隔聲罩 隔聲間 隔聲幕等技術(shù)能降低噪聲級20 50dB 對于內(nèi)部為清水墻或抹灰墻面以及水泥或水磨石地面等堅硬材料的房間 如在室內(nèi)天花或墻面上布置吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu) 可使混響聲減弱 這時 人們主要聽到的是直達(dá)聲 那種被噪聲 包圍 的感覺將明顯減弱 這種利用吸聲原理降低噪聲的方法稱為 吸聲降噪 吸聲降噪只能降低混響聲 而對直達(dá)聲無效 因此 吸聲降噪效果不大于15dB 4 隔振設(shè)計為了減弱設(shè)備運(yùn)行時產(chǎn)生的振動以及振動引起的固體聲 必須對設(shè)備進(jìn)行隔振設(shè)計 設(shè)備隔振一般包括設(shè)備基礎(chǔ)隔振和管道隔振兩部分內(nèi)容 在振源 設(shè)備 與基礎(chǔ)之間配置隔振器和隔振墊 可有效地控制振動 從而減低由建筑結(jié)構(gòu)傳遞的振動和固體聲 常用的隔振器有金屬螺旋彈簧 金屬碟形彈簧 不銹鋼鋼絲彈簧 橡膠隔振器及金屬絲隔振器 常見的隔振墊有橡膠墊 玻璃棉板 礦棉氈 軟木板 海綿 泡沫塑料等 金屬彈簧適用于擾動頻率較低的風(fēng)機(jī)和空壓機(jī) 橡膠隔振器和橡膠墊適用于擾動頻率較高的水泵和冷凍機(jī)組 管道隔振是通過設(shè)備與管道之間的軟連接 即彈性連接 實(shí)現(xiàn)的 目前常用的隔振軟管有橡膠軟管 可撓曲橡膠軟管及不銹鋼波紋軟管等幾類 金屬螺旋彈簧 橡膠彈簧 碟形彈簧 阻性消聲器 中高頻消聲 2 3 3室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計在劇場 音樂廳等以聽聞作為主要功能的建筑 音質(zhì)設(shè)計是建筑設(shè)計的關(guān)鍵 廳堂音質(zhì)評價指標(biāo)包括主觀評價指標(biāo)和客觀指標(biāo)兩類 主觀評價標(biāo)準(zhǔn)有合適的響度 高清晰度 足夠的豐滿度 良好的空間感 無回聲等聲缺陷以及低背景噪聲等 客觀評價指標(biāo)有標(biāo)志壓級Lp 混響時間T60 反射聲的時間 空間分布和背景噪聲級 廳堂音質(zhì)設(shè)計的目的就是滿足聽聞?wù)叩囊?2 廳堂音質(zhì)設(shè)計策略 觀眾廳平面形狀 較高視聽要求 室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計原理為了創(chuàng)造良好的室內(nèi)聽音環(huán)境 需做好室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計 房間的音質(zhì)設(shè)計最終體現(xiàn)在建筑的體型 尺寸 構(gòu)造和材料布置等方面 并與建筑的各種功能要求 建筑藝術(shù)處理有密切的關(guān)系 因此 音質(zhì)設(shè)計工作應(yīng)在建筑設(shè)計一開始即應(yīng)同時進(jìn)行 貫穿于設(shè)計和施工的全過程中 并要經(jīng)過必要的測試及相應(yīng)的調(diào)整 修改 達(dá)到預(yù)期效果 第一節(jié) 音質(zhì)的評價標(biāo)準(zhǔn)一個對聽音有要求的房間 其音質(zhì)是否良好 最終要看是否滿足使用者 聽眾和演員的聽聞要求 這種要求 對于語言和音樂是不一樣的 但一般可歸納為以下四個方面 由于這些要求涉及到人們主觀聽聞的反映 所以我們稱其為 主觀聽聞要求 主觀聽音要求1 合適的響度 要求聲音和音樂有足夠的響度 它們的響度應(yīng)高于環(huán)境噪音 或者說背景噪音 2 高的清晰度 語言的清晰度一般不需要每個字都聽清楚 因?yàn)橛幸粋€連貫的原因 一般用語言可懂度來表示 即 聽者聽到的音節(jié)與測定所用音節(jié)的百分比 簡單的說 測試100個字 測試者聽懂多少個字 音樂的清晰度有兩個方面的含義 其中之一 可以清楚的區(qū)分每種聲音的音色 之二 可以聽清楚每一個音符 分清楚節(jié)奏和旋律 3 足夠的豐滿度 通常認(rèn)為 語音悠揚(yáng) 飽滿渾厚 4 無回聲和噪聲干擾 回聲的出現(xiàn)讓人感到討厭 影響注意力的集中 時間長了還回促使聽力疲勞 上述各點(diǎn)均屬于人們在主觀聽音感覺上的要求 是音質(zhì)設(shè)計要達(dá)到的最終目標(biāo) 二 客觀的聲學(xué)技術(shù)指標(biāo)最早的反映客觀的聲學(xué)技術(shù)指標(biāo)的是 混響時間 當(dāng)時人們認(rèn)為它是衡量室內(nèi)音質(zhì)的唯一的標(biāo)準(zhǔn) 隨著聲學(xué)測定技術(shù)的發(fā)展 許多人力圖通過研究 找到能獨(dú)立于混響時間的新的技術(shù)指標(biāo) 經(jīng)過研究 得到以下幾點(diǎn)規(guī)律 下面簡單地介紹一下 1 脈沖聲響應(yīng)的分析 我們知道 聲波是一個一個的脈沖波 聽眾聽到的聲波都是由直達(dá)的脈沖聲和一系列的反射脈沖聲組成的 直達(dá)聲與聲源距離成反比來衰減 就是說 離聲源的距離越長 聲波的能量越小 我們已經(jīng)介紹過聲波是有速度的 一般地 我們認(rèn)為反射聲在50ms 毫秒 內(nèi)到達(dá)者的反射聲可以使直達(dá)聲加強(qiáng) 這是人的耳朵生理特點(diǎn)所決定的 如果超過50ms人耳就會感覺聲音產(chǎn)生斷續(xù)的 因此 一般將50ms后經(jīng)過多次反射到達(dá)人耳的聲音叫做混響聲 3 脈沖聲響應(yīng)對響度的影響 響度的大小主要決定于直達(dá)聲與前次反射聲的強(qiáng)度 而混響時間對短促的聲音增加不了多少 據(jù)研究 在直達(dá)聲后20 30ms的比較強(qiáng)的反射聲作用最明顯 最大界限不應(yīng)超過50ms 4 脈沖聲響應(yīng)對清晰度的影響 聲音的清晰度決定于直達(dá)聲和前次反射聲對混響聲部分的比例 室內(nèi)混響時間的長短并不是影響清晰度的唯一因素 減弱它只是使清晰度更有保證 5 脈沖聲響應(yīng)與回聲 噪聲干擾 回聲的出現(xiàn)是由于長時差的強(qiáng)反射聲突出混響時間而形成的 噪聲可以對正常聽音產(chǎn)生干擾和掩蔽作用 對于觀眾廳 可以分為內(nèi)部噪音和外部噪音 外部噪音主要靠建筑設(shè)計和內(nèi)部的聲學(xué)裝飾設(shè)計 內(nèi)部噪音主要指室內(nèi)的觀眾噪音和機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行噪音 因此 為減少內(nèi)部噪音 除要求觀眾保持安靜外 主要要提高直達(dá)聲和反射聲的水平 而對于機(jī)械噪音 我們通過提高其運(yùn)行質(zhì)量 減少振動 綜上所述 在音質(zhì)設(shè)計過程中 應(yīng)根據(jù)房間的具體使用要求 如主要用于語言 音樂還是綜合使用 做到充分利用直達(dá)聲 合理地分布前次反射聲 正確的控制混響聲 這就有可能達(dá)到主觀聽音的要求 第二節(jié) 房間的容積確定室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計首先應(yīng)根據(jù)建筑功能和聲學(xué)要求來確定房間的容積 房間容積的大小不僅影響到音質(zhì)效果 同時也影響到建筑造價和其他功能 如通風(fēng) 衛(wèi)生要求等 因此 應(yīng)綜合考慮 從聲學(xué)角度來確定房間容積 一般應(yīng)按保證有足夠的響度與合適的混響時間這兩方面的要求的考慮 1 保證足夠的響度人發(fā)出的自然聲功率較弱 房間容積很大時 隨著與聲源的距離增加 直達(dá)聲將有較大的衰減 對于不用擴(kuò)聲設(shè)備的講演廳等一類建筑 為保證有足夠的響度 一般要求其容積不大于2000 3000M3 約容納700人 而采用擴(kuò)聲設(shè)備時 則容積不受限制 對于歌唱及樂器演奏 由于聲功率較大 可以允許房間有較大的容積 如不采用電聲設(shè)備的音樂廳 在充分利用直達(dá)聲和反射聲的房間 可以使容積達(dá)到20000M3 在不用擴(kuò)聲設(shè)備時最大允許各類房間的容積 2 保證合適的混響時間塞賓公式 T60 K V A 2 4 其中 T60 混響時間s K 常數(shù) 一般取0 161 V 房間容積 M3A 室內(nèi)的總吸聲量 從混響時間的計算公式來看 房間容積和觀眾人數(shù)在聲音的混響控制在很大程度上控制了混響時間 在實(shí)際工程中 常用每座容積V n 這一指標(biāo) 單位為M3 座 根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 為了達(dá)到適當(dāng)?shù)幕祉憰r間 對各類房間可采用以下容積建議值 各類房間每座容積建議值 由此表格可以查出每種使用性質(zhì)的聲學(xué)用房的容積 求出層高 第三節(jié) 房間的體型設(shè)計房間的體型設(shè)計對室內(nèi)音質(zhì)有很大影響 它涉及直達(dá)聲 前次反射聲的控制 利用等問題 而且又具體體現(xiàn)在房間的形式 尺寸 構(gòu)造 室內(nèi)頂棚 墻面等界面的形式及尺寸比例等方面 在設(shè)計上常又遇到與建筑的使用和藝術(shù)處理的矛盾 一般的 在體型設(shè)計上應(yīng)注意的主要問題 1 充分利用直達(dá)聲 2 爭取和控制直達(dá)聲 3 消除可能出現(xiàn)的聲學(xué)缺陷 一 充分利用直達(dá)聲1 減少直達(dá)聲的傳播距離并考慮聲源方向性的影響 為了充分利用直達(dá)聲 應(yīng)在平面設(shè)計中使用聽眾盡量靠近聲源 所以座椅的最后一排距舞臺應(yīng)盡量縮短 2 避免直達(dá)聲被遮擋和被觀眾掠射吸收 當(dāng)觀眾廳地面沒有升起或升起很少時 直達(dá)聲將被遮擋或掠過觀眾的頭部到達(dá)后部觀眾 聲能將被大量吸收 根據(jù)計算 觀眾廳座位地面升起的幅度每排應(yīng)不小于8cm 這與視線要求相一致的 二 爭取和控制前次放射聲如前所述 前次放射聲主要是指直達(dá)聲后50ms后到達(dá)的反射聲 如果以聲音的傳播距離計算 約相當(dāng)于17M的路程 聲速以340m s 根據(jù)聲波傳播路線分析 一些沒有從聲學(xué)要求考慮的房間 往往是頂棚和側(cè)墻面的一次反射聲為得到合理的利用 造成不良的音質(zhì)效果 因此 我們在處理時 在頂棚做放射角度不同的造型頂棚 使聲波能夠均勻反射到觀眾廳的每個角落 最后需要指出的是 在一般劇場的后部 特別是樓座后部 其音質(zhì)效果往往一樓中前部好 就是因?yàn)檫@里聚集了大量來自與頂棚和墻面的前次反射聲 同時為防止后墻面再次反射而干擾下一次的反射聲 需要在這些部位做強(qiáng)的吸聲處理 三 前次反射聲的控制措施1 調(diào)節(jié)反射面的傾斜角度 利用幾何作圖法可以在平面和立面上作圖可以求得聲音反射所覆蓋的區(qū)域 從而調(diào)整墻面和頂棚的傾斜角度 2 減小一次反射聲至聲源的距離 降低頂棚高度和減小兩側(cè)墻面的距離 可以縮短反射聲的延遲時間 但大型的會堂和劇場中 為了容納更多的觀眾 房間容積會很大 頂棚和墻面離聲源距離較遠(yuǎn) 為了解決這一矛盾 我們考慮在舞臺上方接近臺口的地方布置懸掛的反射板 來調(diào)整角度和面積來增加放射到全場的一次反射聲 在一些專供音樂演出的音樂廳和大型演播室往外在舞臺和樂池的側(cè)面 頂棚和后部布置喇叭形的聲音反射板 調(diào)整好角度后不僅可使聲音均勻的反射到觀眾區(qū) 還可以使大型交響樂團(tuán)的各個演奏者之間能夠相互聽聞 促使整個樂隊有和諧一致的演奏效果 3 增加擴(kuò)散反射 房間做凸凹不平的表面處理 由于其不規(guī)則的反射作用 可將聲音均勻擴(kuò)散到整個室內(nèi) 例如 不規(guī)則的幾何擴(kuò)散墻面 壁柱 雕刻 跌級的藻井 大的吊燈等等 實(shí)踐證明 這些處理有利于提高音質(zhì)的效果 在賽賓公式的基礎(chǔ)上 后人通過研究又做了某些修正 導(dǎo)出了在工程中普遍應(yīng)用的伊林 努特生 Eyring Knud sen 公式 T60 0 161V SLn 1 4Mv 2 5 其中 S 室內(nèi)總表面積M2 室內(nèi)平均吸聲系數(shù) 4m 空氣吸收系數(shù)在計算混響時間時 為了求得各個頻率的混響時間 需將材料對各頻率的吸聲系數(shù)代入公式 通常我們?nèi)?25 250 500 1000 2000 4000Hz六個頻段的數(shù)值 需要指出的是 在觀眾廳內(nèi) 觀眾和座椅的吸收 通常用每個座椅所具有的吸聲量乘以總個數(shù) 2 4建筑空氣質(zhì)量2 4 1室內(nèi)空氣質(zhì)量概念室內(nèi)空氣環(huán)境是人們接觸最頻繁 最密切的外環(huán)境之一 人們約有80 的時間在室內(nèi)度過 一個成年人平均每天吸入15 空氣 人5分鐘不呼吸空氣就會導(dǎo)致死亡 室內(nèi)空氣質(zhì)量的優(yōu)劣對人們的健康和舒適至關(guān)重要 20世紀(jì)70年代 國外發(fā)現(xiàn)了 建筑病綜合癥 SBS 的存在 由此 世界各國逐漸重視室內(nèi)空氣質(zhì)量研究和控制 1996年美國采暖 制冷和空調(diào)工程師協(xié)會提出了 可接受的室內(nèi)空氣質(zhì)量 IAQ 和 感受到的可接受的室內(nèi)空氣質(zhì)量 等概念 其中 可接受的室內(nèi)空氣質(zhì)量 定義為 空調(diào)房中絕大多數(shù)人沒有對室內(nèi)空氣質(zhì)量表示不滿意 而且空氣中沒有已知污染物達(dá)到了可能對人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重威脅的濃度 感受到的可接受的室內(nèi)空氣質(zhì)量定義為 空調(diào)房中絕大多數(shù)人沒有因?yàn)闅馕痘虼碳ば员硎静粷M意 它是達(dá)到可接受的室內(nèi)空氣質(zhì)量的必要而非充分的條件 2 4 2室內(nèi)空氣污染與人體健康 1 室內(nèi)化學(xué)污染在我國和大多數(shù)發(fā)展中國家 化學(xué)性污染物是室內(nèi)最主要的污染物 1 燃燒產(chǎn)物造成的污染燃燒產(chǎn)物造成的污染主要由室內(nèi)燃燒 烹調(diào)油煙以及吸煙等活動產(chǎn)生的污染 燃煤和生物性燃料污染物主要包括顆粒物 SO2 二氧化硫 CO 一氧化碳 CO2 二氧化碳 NOx 鍩 以及多環(huán)芳徑類物質(zhì)對人體呼吸系統(tǒng)的危害較大 烹調(diào)油煙中含有雜環(huán)胺 苯并笓等多種致癌化合物 會引起呼吸功能下降 導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)疾病患病率增加 環(huán)境煙草煙霧可以增加室內(nèi)苯的濃度 被動吸煙者患肺癌和心血管疾病的危險度增加 EnvironmentTobaccoSmoke 簡稱ETS 世衛(wèi)組織 框架公約 第八條所涉及煙霧類型 環(huán)境中的煙草煙霧是室內(nèi)空氣污染物的一個主要的來源 2 室內(nèi)裝修和家用化學(xué)品污染室內(nèi)裝修和家用化學(xué)品污染主要由建筑材料裝飾材料 膠粘劑 化妝品 消毒劑 殺蟲劑等化工產(chǎn)品產(chǎn)生的污染 污染物主要以揮發(fā)性有機(jī)物 VOCS 和甲醛為主 這類污染物對皮膚 眼 鼻 咽喉有強(qiáng)烈的刺激 甲醛會使人體神經(jīng)系統(tǒng) 呼吸系統(tǒng)的疾病發(fā)生率增加 揮發(fā)性有機(jī)物中的苯系物 如苯 甲苯 會致癌 引起中樞神經(jīng)抑制和白血病等 3 空調(diào)引起的二次污染空調(diào)引起的二次污染可以產(chǎn)生 空調(diào)綜合癥 如疲乏 頭痛 胸悶 嗜睡 易感冒等癥狀 軍團(tuán)病 由軍團(tuán)菌引起的類似于肺炎癥狀 和建筑病綜合癥 SBS如頭暈 頭痛 惡心 易疲勞 呼吸困難 皮膚以及黏膜干燥等癥狀 而離開該建筑物后 癥狀則可消退 4 其他污染室內(nèi)臭氧O3主要源于復(fù)印設(shè)備 O3暴露可使肺功能水平降低 可促使支氣管超敏性發(fā)展 室內(nèi)鉛Pb主要來源于電池 油漆和復(fù)印機(jī)等 長期低水平鉛暴露可導(dǎo)致中樞神經(jīng)和周圍神經(jīng)損傷 認(rèn)知障礙 慢性貧血 發(fā)育遲緩 聽力損傷 2 室內(nèi)微生物污染室內(nèi)微生物污染包括細(xì)菌 病菌 真菌 支原體 螨蟲等 室內(nèi)微生物污染物的主要危害是人類呼吸道傳染病的傳播 3 室內(nèi)放射性污染室內(nèi)放射性污染主要指土壤 巖石和建筑材料中的氡 Rn 氡暴露可導(dǎo)致肺癌 2 4 3室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn) 室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) GB T18883 2002 規(guī)定了住宅和辦公建筑室內(nèi)空氣質(zhì)量參數(shù)及檢驗(yàn)方法 見P44 表2 8 2 4 4室內(nèi)空氣污染控制 1 污染源的控制消除或減少室內(nèi)污染物是改善室內(nèi)空氣品質(zhì)最經(jīng)濟(jì)最有效的途徑 具體如在室內(nèi)減少吸煙 燃燒過程 進(jìn)行燃具改造 減少氣霧劑 化妝品使用 控制能夠給環(huán)境帶來污染的材料 家具進(jìn)入室內(nèi) 源頭控制的策略主要是選擇和開發(fā)低污染的建筑裝飾材料 大量使用綠色建筑裝飾材料 綠色建筑材料是采用清潔生產(chǎn)技術(shù) 少用天然資源和能源 大量使用工業(yè)或城市固態(tài)廢棄物生產(chǎn)無毒害 無污染 無放射性 有利于環(huán)境保護(hù)和人體健康的建筑材料 正確勘察選擇建筑物的地基可以避免氡污染 沙土透氣性太強(qiáng)有利于氡的進(jìn)入 不透氣性泥土利于防止氡污染 住宅建在泥土上為宜 2 室內(nèi)通風(fēng)換氣消除室內(nèi)空氣污染最經(jīng)濟(jì) 最有效的方式是通風(fēng)換氣 通風(fēng)是指將 新鮮 空氣導(dǎo)入人所停留的空間 以除去室內(nèi)污染物 余熱和余濕 通風(fēng)不暢 室內(nèi)新風(fēng)不足 是室內(nèi)污染的主要原因 國內(nèi)外實(shí)例表明 建筑病綜合癥的重要原因就是新風(fēng)量不足 一般家庭居室內(nèi) 每人每小時需要新風(fēng)量約為30m3 即30m3的房間僅有一人時 每小時也要換氣一次 3 采用空氣凈化裝置室內(nèi)污染控制可以降低室內(nèi)空氣污染程度 但很難完全避免污染 通常對于室內(nèi)空氣可以利用凈化的方法降低污染物濃度 常用的方法可分為物理法 化學(xué)法和生物法 室內(nèi)空氣凈化器一般可分為機(jī)械式 靜電式 負(fù)氧離子式 物理吸附式 化學(xué)吸附式 組合式 1 機(jī)械式室內(nèi)空氣凈化器機(jī)械式室內(nèi)空氣凈化器采用多孔性過濾材料如無紡布 濾紙和纖維材料等 把氣流中的顆粒物截留下來 使空氣凈化 它除塵效率高 容塵量大 使用壽命長 一般家庭和辦公室室內(nèi)空氣中顆粒物濃度很低 可以較長時間不用更換過濾材料 靜電式室內(nèi)空氣凈化器 負(fù)氧離子空氣凈化器 2 靜電式室內(nèi)空氣凈化器利用陽極電暈放電原理 使氣流中的顆粒物帶正電荷 然后借助庫侖力的作用 將帶電顆粒物捕集在集塵裝置上而凈化空氣 其除塵效率高達(dá)90 以上 能夠捕集小于0 01 0 1 m左右的微粒 但需要高壓電源 集塵量小 一般1 2周需將積塵裝置清洗一次 3 負(fù)氧離子空氣凈化器用人工方法造成的強(qiáng)電場 使空氣中的中性分子失去一個外層電子 該分子成為基