CC BY
187
УДК 502.7
РАЗРАБОТКА ШУМОЗАЩИТНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ УРБАНИЗИРОВАННОЙ ТЕРРИТОРИИ
© М.В. Калиниченко
Ключевые слова: уровень шума; шумозащитное устройство; шумозащитный экран; резонатор.
Представлены результаты расчетов шумозащитных экранов различных типоразмеров и конструкций. Также рассчитана эффективность снижения уровня шума в случае применения таких экранов на улицах г. Мурома.
ВВЕДЕНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
В последние десятилетия количество транспорта на магистралях практически во всех странах мира неуклонно возрастает, и, соответственно, растет уровень создаваемой им шумовой нагрузки. Поэтому проблема повышения эффективности противошумных мероприятий продолжает оставаться весьма актуальной.
В 2011-2012 гг. был проведен мониторинг шумового загрязнения территории г. Мурома. Уровни звука определялись согласно методике, изложенной в [1]. На основании анализа результатов измерений были выбраны три наиболее шумные точки:
№ 1 - перекресток Московская - Войкова;
№ 2 - перекресток Куликова - Советская;
№ 3 - перекресток Московская - Филатова, приведены в [2].
В ходе проведения исследования было выявлено превышение уровней шума над нормативными значениями. Согласно [2], максимальное превышение, равное 39,3 дБА, отмечалось в точке № 1.
Для улучшения акустической обстановки и удовлетворения санитарных требований необходимо проведение акустическо-строительных мероприятий, таких как установка шумозащитных и шумопоглощающих устройств.
ПРИМЕНЕНИЕ ШУМОЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ
Для создания благоприятных акустических условий могут быть установлены шумозащитные экраны и ре-зонаторные поглотители, конструктивные особенности которых были описаны в работах [3-4].
Шумозащитные экраны, предназначенные для защиты населения от шумового воздействия, выполня-
ются в виде панелей с несущими балками слева и справа, возможно с проемами для проезда автомобилей или прохода пешеходов. Обычно вверху панели загнуты в сторону источника шума или наклонены в сторону источника для уменьшения угла, под которым шум выходит в окружающую среду [5].
В качестве исходного шумового параметра использовалась шумовая характеристика автотранспортного потока. В соответствии с ГОСТ 20444-85 [6] установлен эквивалентный уровень звука, создаваемый потоком на расстоянии 7,5 м от оси ближайшей полосы движения автотранспорта и на высоте 1,5 м над уровнем проезжей части.
В соответствии с [1] ожидаемый уровень шума в расчетной точке составляет:
^А р. т. = ^А экв. авт . — ^^А рас. — ^^А воз. — ^->А пок — ^^А зел. — — ^^А экр. — ^^А a, ДБ^А (1)
где ЬАэв ат - шумовая характеристика транспортного потока на рассматриваемом участке автодороги; АЬа рш;. - снижение уровня шума с расстоянием; АЬа еовш -снижение уровня шума вследствие затухания звука в воздухе (АЬа вз = 0,005Я); я - расстояние от оси ближней полосы движения транспорта до расчетной точки, м; в данном случае во всех расчетных точках Я = 3 м; ^А тж. - снижение уровня шума вследствие его поглощения поверхностью территории (трава, кустарник -летом, снег - зимой), для асфальта, бетона, плотного грунта и воды АЬа пок = 0. АЬа зеж - снижение уровня шума из-за поглощения его полосами зеленых насаждений на пути звуковых лучей; АЬа эр - снижение уровня шума экраном или экранирующими элементами местности; АЬа эр = 0 (первоначально нет экранов);
АЬа а - снижение уровня шума в случае ограничения угла видимости дороги из расчетной точки; АЕа а = 0 (обзор дороги из расчетной точки неограничен, а = 180°).
Для исследуемых территорий величина
А зел. = азел. ^, ДБА, (2)
где азел - постоянная затухания звука в зеленых насаждениях; азел = 0,08 дБА/м; В - ширина шумозащитной полосы зеленых насаждений.
Подставив известные данные в выражение (2), получили снижение уровня шума из-за поглощения его полосами зеленых насаждений на пути звуковых лучей:
- для точки № 1 АЬа зел = 0,76 дБА;
- для точки № 2 АЬа зел = 0,95 дБА;
- для точки № 3 АЬа зел = 0,57 дБА.
Величина АЬа рас^ рассчитывается по формуле:
АЬа рас. = К-^(Я/7,5). (3)
Тогда ожидаемый уровень шума в расчетной точке составит
тфак _
Ар.т = (4)
= авт. - К • 1в(я/7,5)-МА вш-АЬА зел., дБА
Тогда в точке № 1 Ьфак = 93,525 - К1е(Я/7,5).
Ар.т '
В точке № 2 Ь%Кт = 91,835 - К^(Я/7,5).
В точке № 3 1фаркт = 90,115 - К'^(Я/7,5).
Для определения коэффициента (К) подставим в формулу (4) вместо 1фкт . значения Ьа эш по данным из [1] и получим
К • 1е((/7,5) = ЕА^-Ьа эКв.. (5)
Результаты расчетов сведем в табл. 1.
С учетом Кср из формулы (4) получим
ЕАрКт = Ь1к, вт -8,34 • 1д(Я7,5), дБА. (6)
Подставляя известные данные в выражение (6), получим фактические уровни шума с учетом Я в каждой точке исследования. Результаты расчетов в сравнении с допустимыми уровнями шума сведем в табл. 2.
Согласно [6], допустимый уровень шума для территорий, непосредственно прилегающих к жилым домам, составляет в дневное время ЕАерКв доп = 55 дБА.
Согласно [7], ожидаемые уровни шума в расчетной точке внутри жилых помещений домов первого эшелона застройки будут меньше на 10 дБА. Превышение фактических уровней шума сверх нормативных уровней в исследуемых точках будет, соответственно:
- в точке № 1 - 43 дБА;
- в точке № 2 - 41 дБА;
- в точке № 3 - 35 дБА.
Таблица 1
Значения коэффициента К
Точка Коэффициент К Средний коэффициент Кср
№ 1 13,125
№ 2 10,44 8,34
№ 3 1,44
Таблица 2
Уровень шума в исследуемых точках в сравнении с нормативными
Точка Значение Я, м тфш: Ар.т 5 дБА Превышение фактических уровней шума, дБА
№ 1 8,5 93 38
№ 2 9,0 91 36
№ 3 9,5 85 30
При выборе месторасположения экрана необходимо учесть, что чем ближе расположен экран к источнику шума, тем выше его эффективность и ниже требуемая высота. Исходя из этого, а также из анализа профиля территории рекомендуется расположить шумозащитный экран на расстоянии 2 м от границы полосы движения, ближайшей к защищаемой застройке.
Согласно методике, изложенной в [1], был выполнен расчет эффективности шумовых экранов с учетом высоты экрана (Нэ), длины пути звукового луча (5) и прочих характеристик.
При расчетах высота экрана (Нэ) задавалась в пределах от 3 до 9 м. Результаты расчетов сведены в табл. 3.
Из расчетов следует, что необходимое снижение шума обеспечивается при высоте экрана, равной Нэ = = 9 м, т. к. &ІА экр. = 44 дБА > 35 дБА = &1а экр. тер.
В работе [4] также были рассчитаны длины экранов. Расчеты производились по двум типам экранов: экраны типа а - с прямыми боковыми отгонами и экраны типа б - с боковыми отгонами с «изломом». Полученные значения представлены в табл. 4.
В результате проведенных акустических расчетов в контрольных точках получены следующие значения эквивалентных уровней звука на территориях с учетом установки шумозащитных экранов вдоль дороги:
- в точке № 1 - 54,9 дБА;
- в точке № 2 - 54,9 дБА;
- в точке № 3 - 45,6 дБА.
Величины превышений допустимых санитарных норм представлены в табл. 5.
Анализ полученных значений показывает, что установка шумозащитных экранов позволит снизить уровень шума от транспортных потоков на рассматриваемых территориях до допустимых значений.
В работах [3, 8] описаны более совершенные и более эффективные конструкции шумозащитных экранов. Особенности их конструкций заключаются в том, что у кромки барьера располагается четвертьволновой резонатор в виде стакана с жесткими стенками и дном. Согласно [9], при падении звуковой волны на входное отверстие резонатора внутри него будут распространяться два звуковых луча: прямой луч г'ь движущийся
от входного отверстия ко дну, и отраженный от дна луч г3, движущийся в обратном направлении (рис. 1).
Таблица 3
Результаты расчетов шумозащитных экранов
м Ма экв., дБА
3 8
4 10,5
5 12
6 18,5
7 24
8 34,5
9 44
Таблица 4
Габаритные размеры шумовых экранов
Точка 1эк. прив., м Ь, м Ьэ. общ., экрана типа а, м Ьэ..общ., экрана типа б, м
№ 1 57,04 77,04 111,2 87,08
№ 2 46,43 66,43 98,43 83,23
№ 3 32,28 52,28 76,52 65,48
Таблица 5
Превышение расчетных уровней звука над допускаемыми санитарными нормами при наличии шумозащитных экранов, дБА
^^^^Точка Шум № 1 № 2 № 3
Ьэкв., дБА -0,1 -0,1 -9,4
\ Линия, разделяющая освещенную область 4 и область тени Область \
геометрической \ тени '
///////////////////////////////
Рис. 1. Схематическое изображение барьера с резонатором у кромки: 1 - поверхность дороги; 2 - барьер; 3 - источник шума; 4 - резонатор; і - прямой луч; г - луч, отраженный от барьера; Г2 - луч, отраженный от дороги; к - луч, падающий на кромку барьера; й - лучи, дифрагированные на кромке; і -луч, вошедший в резонатор; г3 - луч, отраженный от дна резонатора; й1 - вторичный веер лучей, рассеянных на кромке резонатора
За счет их интерференции вдоль оси резонатора образуется стоячая волна. В случае если глубина резонатора составляет четверть длины падающей на него волны (Х(гй ~ 3Х/4)), а расстояние между стенками резонатора достаточно мало (2гй віи(5/2) ~ Х/10), то у его дна устанавливается область максимального, а у входного отверстия - минимального звукового давления [9].
Экраны с резонаторами являются более эффективными практически во всем рассматриваемом диапазоне частот по сравнению с традиционными барьерами в виде простой стенки. Особенно они эффективны на относительно низких частотах, где, как известно, осуществить необходимое шумоподавление наиболее трудно. Барьеры с резонаторами имеют значительно меньшие размеры, чем рассчитанные выше шумозащитные экраны с боковыми отгонами. Высота экрана с резонатором составляет около 4 м, что существенно сокращает затраты на расходные материалы.
Применяемые резонаторы могут быть различной формы. Согласно [8], для шумопоглощения может быть использован щелевой резонатор Гельмгольца -акустический прибор, сосуд прямоугольной формы с открытой горловиной. Максимальное поглощение шумов щелевым резонатором происходит на частоте, которая может определяться по формуле [8]:
/0 = 5480,1——— , Ги> (7)
0 х й
где Р - процент открытого пространства (щелей) на единицу площади; Э - высота горла резонатора, мм; й - глубина рабочей зоны резонатора, мм.
С практической точки зрения переход от общей модели резонатора к конкретной его реализации может быть осуществлен с использованием деревянного декоративного каркаса, монтируемого на расположенной в зоне наиболее интенсивного акустического шума вертикальной стене или навесах. На каркасе закрепляется набор деревянных планок, между которыми оставляются зазоры. Внутреннее пространство каркаса заполняется звукопоглощающим материалом. Резонансная частота поглощения зависит от сечения деревянных планок, глубины каркаса и эффективности звукопоглощения изоляционного материала [10].
Рассчитать резонансную частоту подобной конструкции можно с помощью оценочной формулы:
/,>
где - ширина деревянной планки, мм; г - ширина зазора, мм; d - толщина деревянной планки, мм; В -глубина каркаса, мм; с - скорость звука в воздухе, м/с.
В случае если в одной конструкции применяются планки различной ширины и закрепляются они с неодинаковыми зазорами, а также выполняется каркас с переменной глубиной, то можно построить поглотитель, эффективно работающий в широкой полосе частот.
В работе с помощью он-лайн калькулятора был рассчитан резонансный поглотитель для наиболее шумных территорий города Мурома. На основании полученных данных был сделан вывод, что чем больше
2х п V ((й х1,2х Э)х (г + ^))
(8)
с
г
X
толщина планки, тем больше эффективная глубина зазора (в пределах от 30 до 54 мм.).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
Основным источником внешнего шума, воздействующим на территорию жилой застройки и расположенные на ней жилые здания г. Мурома, является поток автомобилей. Шумовая характеристика автотранспортного потока на указанных территориях дорог составляет около 92,6 дБА в час пик дневного времени. Максимальный уровень звука составляет 98,2 дБА. Для обеспечения выполнения требований санитарных норм по шуму необходимо осуществление шумозащитных мероприятий.
На основании проведенных теоретических и модельных исследований можно сделать вывод, что средства снижения уровня акустического шума известны, и их применение позволяет обеспечить снижение воздействия шума на человека и на окружающую среду.
Вместе с тем следует признать, что на сегодняшний день нет единого подхода к применению сооружений как экранизирующих конструкций, так и шумопоглощающих конструкций с резонаторами, защищающими от транспортного шума автомагистралей. Разработка единого подхода при проектировании сооружений с учетом их экранизирующего эффекта позволит положительно изменить шумовую обстановку в прилегающей жилой застройке и на тротуарных проходах между домами и городскими автомагистралями.
В настоящее время высокоэффективного универсального средства защиты не существует. Известные средства обладают рядом недостатков, например: применение экранов нецелесообразно в жилых районах, а их применение на автомагистралях довольно дорого. Применение поглотителей на основе резонаторов Гельмгольца ограничивается конкретными условиями и частотными характеристиками акустического загрязнения.
Поэтому вопрос о применении того или иного шумопоглощающего устройства необходимо решать с учетом конкретно сложившихся условий, учитывая характеристики шумовой обстановки данной территории.
ЛИТЕРАТУРА
1. Руководство по расчету и проектированию средств защиты застройки от транспортного шума. М.: Стройиздат, 1982. 106 с.
2. Калиниченко М.В. Исследование загрязнения городских территорий автотранспортом (на примере города Мурома) // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. 2011. № 3. С. 8-12.
3. Вовк И.В., Мацыпура В.Т., Сотникова Т.А. Об одном методе повышения эффективности шумоподавляющих барьеров // Акустический вюник. Киев, 2006. Т. 9. № 2. С. 17-26.
4. Калиниченко М.В. Разработка шумозащитных мероприятий (на примере города Мурома) // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. 2012. № 1. С. 19-22.
5. СП 42.13330.2011. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений. М.: ОАО «Центр проектной продукции в строительстве», 2011. 114 с.
6. СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. М.: Минздрав РФ, 1996. 10 с.
7. ГОСТ 20444-85. Шум. Транспортные потоки. Методы измерения шумовой характеристики. М.: Изд-во стандартов, 1985. 23 с.
8. Medwin H. Shadowing by finite noise barriers // The Journal of the Acoustical Society of America. 1981. V. 69. № 4. P. 1060-1064.
9. Шендеров Е.Л. Изучение и рассеяние звука. Л.: Судостроение, 1989. 204 с.
10. Медведев В.Т. Инженерная экология: учебник. М.: Гардарики, 2002. 687 с.
Поступила в редакцию 14 сентября 2012 г.
Kalinichenko M.V. DEVELOPMENT OF NOISE-REDUCING ACTIVITIES OF URBANIZED TERRITORIES
The results of calculations of noise-reducing screens of various sizes and designs are presented. The effectiveness of the noise level in the case of such screens in the streets of the city of Murom is calculated.
Key words: noise level; noise protection device; soundproof screen; resonator.
