3.4. Разработка архитектурных решений проектируемого здания с учетом акустических требований.

Акустические требования

Одним из важнейших факторов, оказывающих негативное воздействие на нервную систему человека, являются акустические и вибрационные воздействия. Поэтому звукоизоляция офисных, лабораторных и производственных помещений, в которых человек умственного труда проводит значительную часть времени бодрствования, - актуальная проблема современного строительства. В офисных и производственных помещениях одновременно находится большое количество людей и работающей оргтехники, что подразумевает весьма жесткие требования к микроклимату, пожарной безопасности и звукоизоляции.

Существует несколько путей снижения уровня шума в офисных, лабораторных и производственных помещениях до приемлемых значений. С одной стороны, усилия должны быть направлены на устранение внешних источников шума. В таких случаях хорошим решением является применение современных оконных профилей с двух-трехкамерными стекло пакетами и звукоизоляция внешних стен плитами с различными наполнителями (минераловатным утеплителем, стекловатой).

С другой стороны, необходимо контролировать и источники шума внутри офисов - компьютеры, принтеры., факсы и кондиционеры. Именно поэтому производители офисной и бытовой техники последнее время все больше внимания уделяют выпуску малошумных моделей. Кроме того, необходима звукоизоляция внутри офисных помещений.

Эффективная защита помещений от шума предполагает использование специальных материалов, структура которых способствует поглощению или ослаблению звуковых колебаний различных частот и интенсивности.

Материалы, применяемые для защиты от шума в конструкциях зданий, подразделяются на звукопоглощающие, гасящие отраженные звуковые колебания внутри помещений, и звукоизолирующие - предназначенные для применения в качестве прокладок под плавающими полами и в многослойных ограждающих конструкциях с целью улучшения изоляции от ударного и воздушного шумов, распространяющихся сквозь стены, перегородки и др.

Звукопоглощающие материалы применяются в основном в конструкциях звукопоглощающих облицовок внутренних поверхностей помещений и технических устройств, требующих снижения уровня шумов (установки вентиляции и кондиционирования воздуха и др.), а также для улучшения акустических свойств помещений (зрительные залы, аудитории и пр.).

С акустической точки зрения звукопоглотители могут быть разделены на следующие группы:

• пористые (в том числе волокнистые);

• пористые с перфорированными экранами;

• резонансные;

• слоистые конструкции;

• штучные или объемные.

Наиболее распространенные из-за легкости в монтаже пористые звукопоглотители изготавливают в виде плит из легких и пористых минеральных штучных материалов - пемзы, вермикулита, каолина, шлаков и др. с цементом или другими вяжущими, которые крепятся к вертикальным или горизонтальным поверхностям непосредственно либо на относе

Эффективность звукопоглощающих материалов оценивается коэффициентом звукопоглощения, а равным отношению количества поглощенной энергии к общему количеству падающей на материал энергии звуковых волн.

Выбор конкретного материала зависит от акустического режима, назначения и архитектурных особенностей помещения. В помещениях, где к внешнему виду звукопоглотителей предъявляются повышенные требования, применяют специальным образом обработанные волокнистые материалы. Сырьем для их производства служат древесные и минеральные волокна, стеклянная вата, синтетические волокна. Эти изделия также изготавливают в виде плоских плит (потолочные или стеновые панели) или криволинейных и объемных элементов.

Наиболее эффективно защита помещений от шума осуществляется с помощью современных теплозвукоизоляционных материалов. Такие материалы бывают как натурального происхождения (минераловатные изделия, каолиновая вата, вспученный перлит, целлюлозная вата, маты из льняной пакли, пробковые изделия), так и синтетического (пенополиэтилен, пенополиуретан, пенополистирол и др.).

Основные зоны применения акустических материалов - внешние стены, внутриофисные перегородки, а также потолки и полы.

Внешние стены

В наших климатических условиях приоритетным является теплоизоляция внешних стен. Но волокнистые теплоизоляционные материалы одновременно являются и звукопоглотителями. Поэтому многие мероприятия, направленные на теплоизоляцию внешних стен, одновременно улучшают и их акустические характеристики.

Для теплозвукоизоляции внешних стен применяются плиты с различными пористыми или волокнистыми наполнителями. Наиболее эффективны плитные звукоизоляторы из волокнистых материалов. В частности, минераловатная изоляция успешно применяется в многослойных конструкциях, звукоизоляционные качества которой многократно лучше, нежели монолитной стены. Конструкция состоит из листов разных материалов, между которыми находится воздушная полость. В такой структуре вибрации затухают быстрее, чем в однородном материале.

Перегородки

Тот же принцип многослойных конструкций применим и для внутренних стен и перегородок в помещениях, с той лишь разницей, что здесь на звукоизолирующие конструкции действуют нагрузки, не превышающие собственной массы конструкции. К тому же здесь на первый план выходят экологичность и пожаробезопасность применяемых материалов. В связи с этими требованиями обосновано применение негорючих волокнистых материалов.

Типичная легкая перегородка с хорошими акустическими свойствами является сэндвич- г.анелью, в которой волокнистый звукоизолятор заключен между двумя гипсокартонными листами (или другим листовым материалом).

Рис.3.4.1. и 3.4.2. Примеры внешнего вида сэндвич -панелей.

Достоинства материала:

•Быстрые сроки возведения или ремонта зданий.

•Строительство может производиться в любое время года, практически вне зависимости от температуры.

•Высокие показатели теплоизоляции.

• Экологичность, гигиеничность, безопасность для человека.

•Отсутствие лишней нагрузки на фундамент постройки.

•Легкость транспортировки.

•Не требуется дополнительная отделка.

•Высокая звукоизоляция.

•Возможность использования в сфере пищевой промышленности и мед. учреждениях.

•Отсутствие реакции на воздействие агрессивных химически веществ или биологических факторов (плесень, грибок).

•Низкая цена по сравнению с аналогами (кирпич, бетон, дерево...).

Недостатки материала:

•Не выдерживают существенную дополнительную нагрузку.

•Высокая вероятность косметического повреждения.

•Промерзание панелей в местах соединения.

•Панели из пенополистерола и пенополиуретана в сочетании с ОСП (OSB) плитами - пожароопасны.

В производственных помещениях использованы более сложные конструкции перегородок, например с многократным чередованием слоев гипсокартона и звукоизолятора или даже воздушной прослойкой между двумя слоями звукопоглощающего материала. Многослойные конструкции перегородок более дороги и сложны в монтаже, но обеспечивают максимально возможную звукоизоляцию.

Для обеспечения хорошей звукоизоляции между помещениями перегородки нельзя опирать на чистые полы или лаги, а надо устанавливать непосредственно на плиту перекрытия. Причем, чтобы свести на нет вероятность возникновения резонансных колебаний, перегородку не доводят до потолка на 15-20 мм, заполняя оставшийся зазор упругим звукоизоляционным материалом. Такая же подушка должна быть предусмотрена и по линии опоры перегородки на пол.

Потолки

Традиционно в качестве основной звукопоглощающей конструкции используется подвесной акустический потолок. Такие конструкции оптимальны в лабораториях, разделенных на индивидуальные рабочие места (къюбиклы) легкими перегородками, доходящими до потолка.

Акустические потолки изготавливаются из минеральной ваты, стекловолокна, а также из гипсометалла, древесно-волокнистых материалов. Также существуют подвесные потолки, облицованные с лицевой стороны алюминием (пленкой, со специальной обработанной внутренней поверхностью, предотвращающей попадание пыли.

Рис. 3.4.3. Акустический потолок Ecophon. Рис.3.4.4. Акустический

потолок Ecophon.

Актовый зал школы. Екатеринбург, Россия Гимназия.

Рис.3.4.5. Акустический потолок Ecophon. Гимназия.

Рис.3.4.6. Акустический потолок Ecophon.Муниципальная школа.

Пол

В настоящее время самым эффективным средством борьбы с ударным шумом является применение конструкции "плавающего" пола. К этому типу перекрытий относятся конструкции со сплошным упругим слоем между полом и несущей железобетонной плитой и конструкции с полом на мягких и упругих прокладках.

Не менее важны и противопожарные характеристики материалов, поскольку по противопожарным нормам при отделке путей эвакуации (коридоров) могут быть использованы только негорючие материалы. Этим требованиям полностью отвечают жесткие минераловатные плиты.

Р ис.3.4.7. «Плавающий» пол — напольное покрытие, уложенное на многослойное прочное монолитное основание, не связанное с бетонным перекрытием. Звукоизоляцию и теплоизоляцию пола создают в процессе обустройства его основания

Принятые решения по разделу 3.4 Акустическое проектирование здания общеобразовательной школы

Звукоизоляция

Проектные решения

• В помещениях - источниках шумов, в актовом зале, театральном кружке, спорт зале и столовой, возможно применение конструкции «плавающего пола» на пробковой подложке - материалы серий Wood-O-Floor Streep, Wood -О -Floor Streep, Wood -O-Floor- Colour Plank. Также использования звукопоглощающих материалов при отделке стен; минеральный войлок в сочетании с перфорированными плитами, защищающими пористые материалы от внешних воздействий, применение плоских покрытий в зала, членение стен и покрытия залов ребрами.

• Защита помещений от транспортного шума, проникающего из вне (автомобильный) достигается путем применения на фасадах конструкций с высокими звукоизоляционными свойствами.

Нормальную слышимость обеспечивают электроакустические средства (громкоговорители).

Рис.3.4.9 План актового зала

Основная проблема большинства актовых залов в школах - их плохая акустика, а именно: большое время реверберации, порхающее эхо, возникающее между параллельными отражающими звук плоскостями, резонирующие ниши под сценой, между потолочными балками, в углах, неравномерность амплитудно-частотной характеристики и др. В таких залах более или менее разборчиво может звучать голос и CD-запись в условиях полного заполнения зала слушателями, одежда которых является звукопоглотителем. Большое время реверберации, благодаря значительной энергии многократно отраженных звуковых волн от гладкого потолка, стен и пола, часто приводит к общему гулу в зале. Если к этому ещё добавить фонограмму 2-х летней давности с кассетного магнитофона или выступление школьного ансамбля на старой аппаратуре, то вместо музыкального сопровождения получится звуковой шум.

Звук в не заглушённом зале просто неуправляем, а качество общей звуковой картины напрямую зависит количества людей, находящихся в нем. По этой причине звук на "саунд чеке" (проверка звука, генеральная репетиция) будет существенно отличаться от звука во время концерта.

Дабы не допустить, чтобы звук из зала во время концерта или дискотеки "гулял" по всей школе (и мешал дополнительным занятиям, проводимым в это время), то кроме звукопоглощения избыточного звука в зале нужно будет продумать и звукоизоляцию актового зала. Звукопоглощение - очень непростая задача, поскольку при этом, в общем случае, необходимо не только убрать лишний звук, звуковой шум и различные мешающие звуковые эффекты - резонирование стекол в оконной раме, дребезжание конструкции освещения зала и др., но и скорректировать амплитудно-частотную характеристику зала, чтобы не создавалось впечатления от звука в зале, будто бы находишься в ванне, или кроме низкочастотной составляющей ничего в зале нет

Большое влияние на акустику зала оказывает потолок. Поэтому одно из решений - звукопоглощение потолка - применение подвесного акустического потолка из звукопоглощающих плит (Rockfon). В актовом зале потолки достаточно высокие, поэтому подвесной потолок не приведёт к значительному уменьшению высоты зала и его объема. Использование трансформирующей системы потолочных плит можно добиваться различного акустического эффекта, в зависимости от функционального предназначения (театральная постановка, конференция, школьный праздник).

Рис. 3,4,10. Предложенные варианты трансформации потолка.

Для повышения эффективности звукопоглощения можно использовать стеновые звукопоглощающие панели (Ecophon), размером не менее 1 метра на две стены, размещенные нa высоте примерно 0,5 -1,5 метра от пола. Это доступное решение, поскольку освещение и доводка в зале устанавливается на высоте 3-4 метров.

Отдельно нужно поговорить о звукопоглощении в области сцены. Сцена представляет собой деревянную полую конструкцию, что является прекрасным резонатором, особенно в низком и среднем диапазоне частот. Варианты улучшения акустики в этом случае могут быть такими: заполнение пространства под сценой звукопоглощающим материалом и обивка сцены звукопоглощающим материалом. Использование занавеса и драпировки позволяет решить сразу несколько задач в плане улучшения визуального восприятия сценического пространства и акустики сцены. 17

Улучшения акустики зала можно добиться не только его звукопоглощением. Правильный выбор и размещение звуковоспроизводящей аппаратуры также влияет на качество звука в зале.

Как правило, в качестве основных колонок используются широкополосные порталы, установленные на сцене по краям. Такое расположение не позволяет добиться приемлемого звука. Даже при высоте сцены 0,5 метра в первые ряды слушателей будет приходить практически одновременно как прямой звук, так и однократно отраженный от паркетного пола, что уже снижает его разборчивость. Широкополосные колонки не могут качественно воспроизводить низкочастотный сигнал и вокал, поскольку происходит их модулирование мощными сред нечастотны ми колебаниями электрогитары. В средних рядах интенсивность прямого звука будет значительно ослаблена поглощением его зрителями на предыдущих рядах, но усилится энергия вторично отраженных от стен и потолка волн среднего диапазона, а в последних рядах, благодаря превышению энергий прямой и отраженной от противоположной стены волн над многократно отраженными от стен и потолка, проявится низкочастотная составляющая с некоторым улучшением разборчивости частоты в среднем диапазоне, а колебания высокой частоты будут значительно ослаблены. То есть, на звук, помимо акустики, оказывают влияние как зрители, так и звуковоспроизводящий тракт. Для улучшения звука можно установить колонки на стойки или подвесить их на потолочные фермы под некоторым наклоном в зал. В последнем случае можно значительно улучшить звук, поскольку прямой звук будет покрывать значительное пространство зала без преград, но это связано с дополнительными строительными работами по закреплению фермы на потолке и колонок на ферме.

Улучшения звука можно добиться и раздельным воспроизведением вокала и инструментов в низкочастотном (бас-гитара, бочка) и среднечастотном (гитара, клавиши) диапазонах.

3.5. Инженерное оборудование проектируемого здания

В проекте предусмотрены системы отопления с нижней разводкой, система холодного и горячего водоснабжения, вытяжкой канальной вентиляцией с естественным побуждением.

Для обеспечения нормируемых показателей микроклимата помещений проектируемых зданий используются система искусственного микроклимата с применением кондиционеров. Для производственных помещений применяются установки центрального кондиционера большой производительности, около 100 ООО м³/ч. В составе установки имеются теплообменники диагонального типа и работающий в реверсивном режиме тепловой насос. Конструктивно тепловой насос позволяет применять режим работы с зимнего на летний и наоборот. При такой производительности на каждый кВт энергетической насыщенности, указанные показатели эффективности, приводящие к 4-х кратному снижению соответствующих эксплуатационных затрат, дают весьма ощутимую годовую экономию со сроком окупаемости необходимых капитальных вложение в несколько лет.

Чтобы оптимизировать потребление энергии, климатические условия внутри и снаружи цздания отслеживается компьютерной системой.

Общий вывод по принятым решениям в проекте Общеобразовательная

школа на 350уч. в г.Одесса:

Принятые в проекте решения соответствуют современным строительным нормам и правилам. В проекте выполнены теплотехнические, светотехнические и акустические требования, при этом проект является экономически эффективными, так как обеспечивают минимизацию теплопотерь при минимальных расходах на теплоэнергию. Температурный режим и необходимый микроклимат поддерживается зимой при помощи обогрева, летом - кондиционирования.

Список используемой литературы

1.ДБН 360 - 92** «Градостроительство», Киев, 2002

2.ДБН В.2.2-3-97 «Школьные здания и учреждения»