CC BY
18Результаты
научных исследований
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
УДК 696.123:628.21
В.П. ГУСЕВ1, д-р техн. наук, А.В. СИДОРИНА2, инженер ([email protected])
1 Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, Москва, Локомотивный пр., 21) 2 ООО «К-Флекс» (143421, Московская область, Красногорский район, 26-й км автодороги «Балтия», БЦ «Рига Ленд», стр. Б3, 4-й этаж )
Защита от шума систем водоотведения жилых и общественных зданий
Рассмотрены определяемые экспериментально на специальных, испытательных стендах акустические характеристики трубопроводов, необходимые при проектировании систем водоотведения (водостоков и канализации). Показано, что широко применяемые различные полимерные водоотводные трубопроводы могут быть источниками повышенного шума в помещениях жилых и общественных зданий. Приведены способы снижения структурной составляющей шума полимерных трубопроводов и воздушной составляющей посредством звукоизолирующих покрытий на основе современных эластомерных и волокнистых материалов. Представлены измеренные акустические характеристики различных покрытий, которые дают возможность подбора оптимальных с точки зрения акустики и экономики вариантов для установки на любые излучающие шум трубы. Исходными данными для разработки таких решений в различных ситуациях на проектируемых, объектах является зависимое от частоты требуемое снижение ожидаемых уровней шума, проникающего через стенки труб в открытое или замкнутое окружающее пространство.
Ключевые слова: системы водостока и канализации, трубопроводы, шум, требуемое снижение шума, звукоизолирующие покрытия.
V.P. GUSEV1, Doctor of Sciences (Engineering), A.V. SIDORINA2, Engineer 1 Scientific Research Institute for Building Physics, Russian Academy of Architecture and Building Sciences (21, Lokomotivny Proezd, Moscow 127238, Russian Federation) 2 OOO "K-Flex" ( 4th floor, structure B3, BC "Riga Land", 26th km of Baltic Highway, Krasnogorsky District, Moscow Oblast, 143421 Russian Federation).
Protection against Noise of Water Disposal Systems of Residential and Public Buildings
Acoustic characteristics of pipelines required for the design of water disposal systems (water drains and sewers) and defined experimentally on the special testing stands are considered. It is shown that widely used various polymer water disposal pipelines can be sources of raised noise in premises of residential and public buildings. Methods for reducing the structural constituent of noise of polymeric pipelines and air constituent by means of sound insulating coatings on the basis of contemporary elastomeric and fibrous materials are presented. Measured acoustic characteristics of various coatings which make it possible to select the optimal, from the acoustic and economy point of view, variants for installing on any pipes radiating noise are also presented. Source data for the development of such solutions under different situations at objects being designed are the required reduction, which depends on frequency, of expected levels of noise penetrating through the pipe walls into open or closed ambient space.
Keywords: water drains and sewer systems, pipelines, noise, required reduction of noise, sound insulating coatings.
Системы водоотведения, в частности водостока и канализации, участвуют в обеспечении комфортных условий в зданиях различного назначения. Вместе с тем их элементы часто излучают повышенный шум в окружающее пространство и создают в помещениях с жесткими требованиями ненормативные акустические условия. К ним относятся в первую очередь жилые помещения, а также операционные и палаты больниц, спальные помещения санаториев и гостиниц. Акустические условия проживания, отдыха и лечения населения соответствуют требованиям действующих санитарных норм по фактору шума (СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки» и СП 51.13330. 2011 Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003 «Защита от шума»), когда корректированные уровни звука в указанных помещениях не превышают крайне низких значений - 25 дБ (А). Поэтому обеспечение нормативных и тем более комфортных условий пребывания человека в указанных помещениях - непростая задача.
12| -
Системы водоотведения излучают повышенный шум, как правило, при эксплуатации в многоэтажных зданиях (более трех этажей). При этом их звуковая мощность зависит от множества факторов, в том числе от расхода транспортируемой среды и наличия препятствий при ее транспортировке; материала, из которого изготавливаются трубопроводы, способа их крепления, а также от наличия жестких контактов (акустических мостиков), возникающих при прохождении элементов трубопроводов через ограждающие конструкции помещений.
Источниками шума, излучаемого системами водостока и канализации непосредственно в помещения, являются трубопроводы, включающие в себя прямые горизонтальные и вертикальные участки, фасонные элементы, такие как повороты, тройники, отводы. Генерация шума происходит при прохождении жидкости по указанным элементам трубопроводов и зависит от скорости потока. Излучаемый шум имеет как аэродинамическую, так и механическую (ударную) природу происхождения. Шум водостока возникает в любое время суток во время дождя, а шум си-
^^^^^^^^^^^^^ 112014
Научно-технический и производственный журнал
Results of scientific research
Рис. 1. Уровни шума в помещениях в зависимости от расходов канализационных стоков (-----эксперимент,-----экстраполяция):
1 — в смежном помещении (за бетонной стеной); 2 — в помещении у канализационной трубы
стемы канализации может возникать круглосуточно в зависимости от объекта, где она установлена, проекта и эксплуатационных условий. Например, в жилых домах шум возрастает в утренние и вечерние часы, когда посещаемость помещений с канализационными стояками заметно возрастает.
Результаты испытаний зарубежных исследователей (сведения о наличии отечественных данных отсутствуют) свидетельствуют о гиперболической зависимости уровня звукового давления (УЗД) в помещении со стояком и в смежном с ним помещении от расхода (объема) канализационных стоков (по данным [1]). На рис. 1 показано, что УЗД быстро возрастают до значений, близких к максимальным, по достижении расхода стоков 4 л/с. Максимальный расчетный расход, согласно СП 41-107-2003 «Проектирование, монтаж и эксплуатация систем внутренней канализации из полипропиленовых труб» составляет 8,9 л/с. С увеличением расхода более 4 л/с темпы роста уровня излучаемого шума снижаются. Это характерно практически для всех исследованных трубопроводов.
Указанный расчетный предел расходов в условиях эксплуатации систем водостока и канализации нередко превышается. В связи с этим в каждом проектном случае при выборе физических и экономических параметров трубопроводов важно использовать достоверные данные о шуме водных и канализационных стоков, а также о звукоизолирующей способности стенок труб, которые обязаны предоставить их производители.
Другими словами, для проектирования систем водоот-ведения и выбора сточных труб требуются две акустические характеристики: октавные уровни звуковой мощности и частотные характеристики звукоизоляции стенок труб. Эти характеристики должны быть получены по результатам испытаний на специальных стендах, отвечающих требованиям соответствующих стандартов.
Схема одного из таких стендов, созданного в институте Фраунхофера в Германии, приведена на рис. 2. Он позволяет измерять уровни шума, излучаемого стенками сточных труб в окружающее пространство, в зависимости от расхода транспортируемой среды и определять уровни излучаемой звуковой мощности. На нем испытываются изделия всех лидирующих европейских производителей труб, используемых для систем водоотведения.
Рис. 2. Схема испытательного стенда для измерения шума систем водоотведения
В качестве аргумента в пользу данного положения целесообразно отметить следующее. Поскольку испытания производятся на одном испытательном стенде, т. е. в одинаковых условиях и по общей методике, а также одним и тем же коллективом специалистов, потребители имеют основания без сомнений пользоваться предоставляемыми акустическими характеристиками для выбора оптимальных с точки зрения акустики и экономики изделий.
Анализ экспериментальных данных [2] показал, что при испытании различных сточных труб на представленном стенде наилучшими акустическими свойствами обладают чугунные трубы (по сравнению с пластмассовыми трубами). В помещении с чугунным стояком (чугунной испытательной трубой) при расходе 4 л/с уровень шума минимальный и составляет 24,9 дБ(А). Это ожидаемый результат, так как звукоизоляция стенки трубы прямо пропорциональна массе, а она у толстых чугунных труб значительно больше, чем у любых других. Повышению звукоизоляции способствует также структура серого чугуна с вкраплением мелкозернистого графита.
Наряду с высокими акустическими качествами чугунные трубы имеют основной важный недостаток - относительно высокую стоимость. Кроме того, в современном строительстве далеко не всегда к положительному фактору относится масса труб.
Указанные недостатки отсутствуют у полимерных труб, поэтому они уверенно вытесняют чугунные. Они более устойчивы к зарастанию, обладают меньшим сопротивлением потоку за счет меньшей степени шероховатости, удобны при транспортировке и монтаже. По сравнению с чугунными образцами ничтожная масса полимерных труб, с одной стороны, положительное качество. С другой стороны, она является причиной их существенного недостатка - низкой звукоизоляции стенок. Некото-
112014
13
Результаты
научных исследований
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 3. Способы виброизоляции трубопроводов: а — горизонтальное крепление; б — вертикальное крепление; в — проход через перекрытие; 1 — труба; 2 — вибродемпфирующая вставка (прокладка); 3 — уплотнитель; 4 — металлическая или пластмассовая гильза; 5 — ограждающая конструкция; 6 — хомут
рого повышения их звукоизолирующей способности добиваются путем увеличения массы полимеров за счет минеральных добавок.
Результаты испытаний широко применяемых различных полимерных водоотводных трубопроводов, полученных в институте Фраунхофера, показали, что при расходе стоков около 4 л/с корректированный уровень звука в помещении со стояком может составлять 57дБ (А). Это высокий уровень шума, при котором такая труба системы стока превращается в «погремушку» и возникает необходимость осуществления защитных мероприятий, чтобы снизить воздушный шум непосредственно в помещении с трубой, а также воздушный и так называемый структурный шумы в смежном с ним помещении.
Для снижения структурного шума в защищаемом помещении достаточно трубопровод надежно виброизолировать в местах прохода через ограждения помещений и крепления к ним. Способы такой виброизоляции приведены на рис. 3. В качестве вибродемпфирующей вставки между трубой и гильзой рекомендуется использовать эффективные эластомер-ные материалы типа К^ОМК 160-240 [3, 4]. Кстати, нередко используемая для этого монтажная пена по ряду причин абсолютно непригодна.
Необходимое снижение воздушного шума достигается путем увеличения звукоизолирующей способности стенок труб посредством установки на них звукоизолирующих покрытий. Акустический эффект от установки того или иного покрытия должен соответствовать требуемому снижению шума источника. Только в этом случае использованный вариант будет оптимальным с точки зрения акустики и экономики.
Требуемое снижение шума на проектируемом объекте определяется путем расчета (Гусев В.П., Леденев В.И., Леш-ко М.Ю. Расчет и проектирование шумо-
нирования воздуха и воздушного отопления // Спр. пособие к актуализированной редакции СНиП 23-03-2003 «Защита от шума» (СП 51.13330.2011). М.: НИИСФ РААСН. 2013. 80 с.), как это делается для вентиляционных систем [6, 7], а на действующем объекте посредством измерений. Пригодность покрытия для конкретного случая устанавливается по упомянутым акустическим характеристикам, соответствующим ГОСТ Р ИСО 15665-2007 «Шум. Руководство по акустической изоляции труб и арматуры трубопроводов»; ГОСТ 31274-2004 (ИСО 3741:1999) «Шум машин. Определение уровней звуковой мощности по звуковому давлению. Точные методы для реверберационных камер».
Такие характеристики в нашей стране определяются в НИИСФ на экспериментальных установках, создаваемых на базе аэроакустического испытательного стенда.
Пнстогон стеиофол (10 мм, 40 кг'н*) - ПФ 150ТБС Мат-Ал-30 (30 мм. 30
Сегменты кз пенпплскса Толщиной 40 МЧ НПЛОТНОСТЫА 35 «/и1 - ГШ Лйсгеаон пенвдтегаптнле« типа «Бпис Стар ДАКТ-Ал» (10 нн, 25 кг/и1) - ПЭ К-ГОХЕК БТ <3£ «I (12 мы)
КРОт 6Т СЖ 072 (] 2 ым) 2 слож - no.pi.mit КОЛИ отрицательный эффект облицовки
глушения систем вентиляции, кондицио- Рис. 4. Эффективность установки различных покрытий на трубе
14
11'2014
Научно-технический и производственный журнал
Results of scientific research
С целью выявления акустических возможностей и создания базы данных нами проведены испытания разных типов звукоизолирующих покрытий на круглые и прямоугольные трубы различного назначения, условно разделенные на три группы. К одной из них отнесены однослойные и комбинированные покрытия, базирующиеся на эластомер-ных материалах типа K-FONIK. В другую группу включены однослойные покрытия из легких вспененных фольгирован-ных (покрытых слоем алюминиевой фольги) и не фольгиро-ванных материалов (пенофол, пенополиэтилен, пеноплекс и т. п.). К третьей группе отнесены покрытия с использованием волокнистых материалов типа ISOVER, ISOTEC Мат-Ал и др. [5, 6].
В данной статье представлены результаты испытаний покрытий с физико-техническими характеристиками, соответствующими каждой группе:
1. Комбинированные и однослойные покрытия: K-FLEX IGO (19 мм); K-FONIK ST GK 072 (12 мм) ; K-FONIK ST GK 072 (12 мм) + K-FONIK ST GK 072 (12 мм) + IN CLAD; K- FONIK 240 (25 мм); K- FONIK 240 (25 мм) + K-FONIK ST GK 072 (12 мм).
3. Сегменты из пеноплекса толщиной 40 мм и плотностью 35 кг/м3 - ПП; листовой пенофол (10 мм, 40 кг/м) - ПФ; листовой пенополиэтилен типа «Блэк Стар ДАКТ-Ал» (10 мм, 25 кг/м3) - ПЭ.
3. Волокнистый материал ISOVER (толщина 100 мм, плотность 22 кг/м3); ISOVER (30 мм, 30 кг/м3); ISOTEC Мат-Ал-30 (30 мм, 30 кг/м3); ISOTEC Прошивной мат 80-СМ-Мат-Ал (30 мм, 80 кг/м3); ISOTEC Прошивной мат 80-СМ-Мат-Ал (80 мм, 80 кг/м3).
Для сравнения эффекты установки нескольких покрытий, представляющих все группы, на круглую трубу диаметром 200 мм представлены в графической форме на рис. 4. Как видно, они существенно различаются, особенно в диапазоне высоких частот. Наибольшее снижение шума в широком диапазоне частот достигается за счет установки на трубу покрытий на базе эластомерных материалов типа K-FONIK, в первую очередь это относится к комбинированному покрытию K-FONIK ST GK 072 толщиной 12 мм. Обычная полипропиленовая труба даже с одним слоем такого по-
Список литературы
1. Отставнов А.А., Сидорина А.В. Снижение уровня шума внутренней канализации // Сантехника. 2012. № 2. С. 46-52.
2. Отставнов А.А., Устюгов В.А. Шум - показатель качества инженерных систем зданий // Сантехника. 2005. № 5. С. 56-60.
3. Гусев В.П. Из опыта борьбы с шумом оборудования инженерных систем // АВОК. 2012. №2. С. 38-42, № 3. С. 64-69.
4. Гусев В.П. Вибрация как источник структурного шума, создаваемого оборудованием инженерных систем, и средства виброизоляции // Academia. Архитектура и строительство. 2010. № 3. С. 175-183.
5. Гусев В.П., Сидорина А.В. Расчет и проектирование защиты от шума транзитных воздуховодов систем ОВК // АВОК. 2013. № 2. С. 94-100.
6. Гусев В.П., Сидорина А.В. Изоляция шума воздуховодов систем вентиляции покрытиями с использованием эла-стомерных и волокнистых материалов // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 37-41.
11'2014 ^^^^^^^^^^^^^^
крытия по звукоизолирующим свойствам не уступает чугунной трубе.
Наряду со значительной эффективностью испытанные эластомерные однослойные и комбинированные покрытия удобны для закрепления на трубах и для ремонта. Они хорошо склеиваются на стыках при устранении щелей, за счет которых возникают акустические мостики и снижается звукоизоляция, а также способствуют предотвращению коррозии на поверхности и повышают сохранность металлических трубопроводов.
Легкие вспененные материалы второй группы со слоем фольги и без него малоэффективны практически во всем диапазоне частот, а на частотах, близких к 1000 Гц, эти покрытия усиливают звук, излучаемый трубой (рис. 4). С таким высокочастотным неприятным звуком хорошо знакомы все телезрители (сигнал включается по прекращении трансляции каналом). Несмотря на низкую эффективность покрытий из вспененных материалов, они полезны для вибродемпфирования труб (снижения амплитуды продольных колебаний). К достоинствам можно отнести также простоту установки на трубы (закрепляются хомутами или наклеиваются).
Эффекты установки покрытий третьей группы (на основе волокнистых материалов) в диапазоне низких частот мало отличаются от подобных характеристик у покрытий из вспененных материалов. Однако в диапазоне средних и высоких частот они значительно выше, чем у покрытий второй группы и сравнимы с эффективностями покрытий первой группы. Покрытия из волокнистых материалов находят применение преимущественно для снижения шума металлических воздуховодов систем вентиляции.
Представленные акустические характеристики покрытий дают возможность подбора оптимальных с точки зрения акустики и экономики вариантов для установки на любые излучающие шум трубы. Исходными данными для разработки таких решений в различных ситуациях на проектируемых объектах являются зависимое от частоты требуемое снижение ожидаемых уровней шума, проникающего через стенки труб в открытое или замкнутое окружающее пространство [4].
References
1. Otstavnov А.А., Sidorina A.V. Noise reduction of domestic sewage. Santechnika. 2012. № 2, рр. 46-52. (In Russian).
2. Otstavnov A.A., Ustyugov V. A. Noise-quality building systems. Santechnika. 2005. № 5, рр. 56-60. (In Russian).
3. Gusev V.P. Of noise control equipment engineering systems // AVOK. 2012. № 2, рр. 38-42, №. 3, рр. 64-69. (In Russian).
4. Gusev V.P. Vibration as a source of structural noise equipment engineering systems and mass marketing. Academia. Arkhitektura i stroitel'stvo. 2010. № 3. рр. 175-183. (In Russian).
5. Gusev V.P., Sidorina A.V. Calculation and design of noise protection transits duct systems HVAC. AVOK. 2013. № 2, рр. 94-100. (In Russian).
6. Gusev V.P., Sidorina A.V. Insulation of ventilation ducts noise using elastomeric coatings and fiber materials. Stroitelnye Materialy [Construction Materials]. 2013. № 6. C. 37-41. (In Russian).
- 115
