ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ Учебное пособие

661

Самые глубокие реки текут с наименьшим шумом.

Курций

ГЛАВА 9. ЗАЩИТА ОТ ШУМА И ВИБРАЦИЙ

9.1. Шум и его действие на человека и окружающую среду

Шум это любой звук, который может вызвать потерю слуха или быть вредным для здоровья или опасным в другом отношении. Источниками внешнего шума в городах и других населенных пунктах являются (рис. 9.1):

потоки всех видов наземного автомобильного и рельсового транспорта; авиационный транспорт в аэропортах и зонах воздушных подходов к

аэродромам; площадки погрузо-разгрузочных работ объектов транспорта, предпри-

ятий торговли и других коммунально-бытовых учреждении обслуживания; промышленные предприятия, отдельные установки и агрегаты; открытые спортивные сооружения и игровые площадки; механизмы и установки, выполняющие работы по строительству, убор-

ке и благоустройству городских территорий.

Человек обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различной частоты. Поэтому одной из важных характеристик шума является его частота f, измеряемая в герцах (Гц).

В зависимости от частоты шум подразделяют на низкочастотный диапазон частот ниже 400 Гц; среднечастотный от 400 до 1000 Гц; высоко-

частотный свыше 1000 Гц.

Пространство, в котором распространяются звуковые волны, называют звуковым полем. Любая точка звукового поля имеет определенное давление, скорость и кинетическую энергию частиц воздуха. При прохождении звуковых колебаний в среде частички среды совершают колебания относительно своего первоначального положения. Скорость этих колебаний значительно меньше скорости распространения звука в воздухе. Во время прохождения звуковых колебаний в воздушной среде появляются области разряжения и области повышенного давления.

Разность давления в возмущенной и невозмущенной воздушной среде определяет величину звукового давления Р, которое выражается в паскалях

(Па).

Поток звуковой энергии в единицу времени, отнесенный к единице поверхности, перпендикулярной к направлению распространения звуковой волны, называют интенсивностью звука в данной точке J,измеряемой в Вт/м2.

663

Интенсивность звука и звуковое давление связаны между собой следующим соотношением:

где С удельное акустическое сопротивление, или акустическая же-

сткость среды, для воздуха С = 410 Н с/м3, воды С = 1,5 106 Н с/м3, стали

С = 4,8 107 Н с/м3.

Минимальные значения звукового давления Р0 и интенсивности J0, едва различимые слуховым анализатором человека, называют порогово ощутимыми: при частоте 1000 Гц Р0 = = 2 10-5 Па, J0 = 10-12 Вт/м2. Порогово ощутимые значения звукового давления Р0 и интенсивности звука J0 отличаются от значений звукового давления и интенсивности звука, вызывающих боле-

вой порог слухового анализатора, в миллиарды раз. Болевым порогом считают звуковое давление 200 Па и интенсивностью 100 Вт/м2. Пользоваться в акустических расчетах подобными значениями Р и J, лежащими в столь широком диапазоне, неудобно и поэтому на практике используют логарифмические уровни Lр и LJ, которые рассчитывают относительно пороговых значений Р0 и J0 по следующим формулам:

Уровень интенсивности звука LJ и уровень звукового давления Lр выражают в децибелах (дБ). Логарифмическая шкала удобна для оценки шума, поскольку уровень интенсивности звука LJ и уровень звукового давления Lр укладываются в пределах от 0 до 140 дБ.

Когда в расчетную точку поступает шум от нескольких источников, то суммарный уровень от действия шума оценивают суммой интенсивностей:

Разделим левую и правую части этого выражения на J0, прологарифмируем и получим

664

Для оценки шума используют звуковой диапазон частот от 45 до 11200 Гц, включающий девять октавных полос со среднегеометрическими частота-

ми 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

Октавная полоса (октава) это такая полоса частот, в которой верхняя граничная частота fв в два раза превышает нижнюю граничную частоту fн, т. е.

где fс.г. среднегеометрическая частота октавной полосы, Гц.

Любой источник шума характеризуется также звуковой мощностью,

измеряемой в ваттах (Вт). Звуковая мощность W это общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространство в единицу времени.

По аналогии с уровнем звукового давления и уровнем интенсивности звука в акустических расчетах принято использовать относительную величи-

ну Lw уровень звуковой мощности,

w W0

где W0 пороговая звуковая мощность, W0 = 10-12 Вт.

Источники шума излучают звуковую энергию неравномерно по всем направлениям, т. е. обладают направленностью излучения, которая характе-

ризуется фактором направленности

где Jср средняя интенсивность звука, Вт/м2.

На поверхности сферы радиусом r, окружающей точечный источник шума, размеры которого малы по сравнению с длиной звуковых волн, средняя интенсивность звука равна

Поскольку интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, то фактор направленности излучения шума можно определить по следующему выражению:

где Рср среднее звуковое давление по всем направлениям излучения шума, Па.

Звуковая мощность источника шума величина постоянная. В зависимости от места установки источника шума (открытое пространство или помещение) можно определить уровни звукового давления в той или иной точке звукового поля и оценить его действие на организм человека.

Шум даже небольших уровней оказывает значительное влияние на слуховой анализатор, который через центральную нервную систему связан с различными органами жизнедеятельности человека. Поэтому шум оказывает вредное влияние на весь организм.

Длительное воздействие интенсивного шума на человека приводит к заболеваниям центральной и вегетативной нервной системы, сердечнососудистой системы, внутренних органов и психическим расстройствам.

Выраженные психологические реакции проявляются уже начиная с уровней шума 30 дБ. Нарушения вегетативной нервной системы и перифери-

ческого кровообращения наблюдаются при шуме 40 70 дБ. Воздействие шу-

ма в 50 60 дБ на центральную нервную систему проявляется в виде замедления реакций человека, нарушений биоэлектрической активности головного мозга с общими функциональными расстройствами организма и биохимическими в структурах головного мозга.

Воздействие шума на организм зависит от уровня шума, времени его воздействия, индивидуальных особенностей человека, временной характеристики шума и многих других факторов. По временной характеристике выделяют шум:

постоянный (если за время измерения в помещениях жилых и общественных зданий, на территории жилой застройки шум изменяется не более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике шумомера «медленно»);

непостоянный (если за время измерения в помещениях жилых и общественных зданий, на территории жилой застройки шум изменяется более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике шумомера «медлен-

но»).

Ученые отмечают вред, который наносит шум растениям и многим другим живым организмам (например, шум при строительстве автомобильных дорог, производстве взрывов приводит к оставлению птицами своих

666

гнезд, преждевременным родам и выкидышам у животных). При повышенном шуме замедляется рост растений, происходит постепенное их увядание,

арастения, подвергнутые «шумовому обстрелу» в 100 дБА, погибают.

9.2.Нормируемые параметры и допустимые уровни шума в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки

Нормируемыми параметрами постоянного шума являются уровни звукового давления L, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими часто-

тами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Для ориентировочной оценки допускается использовать уровни звука LА, дБА.

Нормируемыми параметрами непостоянного шума являются эквивалентные (по энергии) уровни звука LАЭКВ, дБА и максимальные уровни звука

LАМАХ, дБА.

Оценку непостоянного шума на соответствие допустимым уровням проводят одновременно по эквивалентному и максимальному уровням звука. Превышение одного из них рассматривается как несоответствие санитарным нормам.

Допустимые уровни шума в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки установлены санитарными нормами СН 2.2.4/2.1.8.562–96 в зависимости от времени суток (день, ночь) и назначения помещения или территории (табл. П9.1).

Обеспечение допустимых уровней шума в городах и других населенных пунктах осуществляют по следующим основным направлениям:

на источниках шума конструктивными и административными методами (создание и применение малошумных агрегатов и экипажей, а также регламентация времени их работы);

на пути распространения шума от источника до объектов шумозащиты архитектурно-планировочными и инженерно-строительными методами и средствами;

на объекте, защищаемом от шума, конструктивно-строительными мероприятиями, обеспечивающими повышение звукоизолирующих качеств ограждающих конструкций, зданий и сооружений, рациональной внутренней планировкой жилых зданий.

Мероприятия по защите населения от такого опасного загрязнителя как шум необходимо предусматривать еще на стадии градостроительного проектирования. В этом случае достигается наибольший эффект. Для обеспечения допустимых уровней звука в зданиях и на территориях жилой застройки при разработке проектных решений на всех стадиях градостроительного проектирования учитывают следующее:

каждое удвоение расстояния от источника шума дает снижение уровня звука на 4–5 дБА;

препятствия, экраны, стенки, специальные зеленые насаждения, откосы и т. д., расположенные на пути распространения звука (если их длина и высота более 6–10 м), могут снизить уровень звука на 5–25 дБА;

667

звукоизоляция ограждающими конструкциями защищаемого объекта или источника шума может обеспечить снижение уровня звука до 50 дБА;

поглощающие поверхности земли, зданий и сооружений, над которыми происходит распространение шума, могут обеспечить дополнительное снижение уровня звука до 20 дБА.

9.3. Акустический расчет

Средства и методы шумозащиты, способствующие обеспечению допустимых уровней шума в проектах планировки и застройки городов и других населенных пунктах, разрабатывают на основе акустических расчетов уровня шума источников, ожидаемого шумового режима в характерных точках защищаемого объекта и оценки обеспеченности его акустическим комфортом.

Акустический расчет состоит из следующих этапов:

выявление источников шума и определение их шумовых характери-

стик;

установление расчетных точек (РТ); разбивка территории на участки, отличающиеся по условиям распро-

странения шума; определение расчетных уровней шума в РТ;

определение допустимых уровней шума в РТ; оценка соответствия шума в РТ допустимым значениям.

Шумовые характеристики для различных видов транспортных средств и других источников шума приводятся в литературных источниках.

Расчетные точки принимают:

на кратчайшем расстоянии от источника, в наиболее характерных местах: для зданий и сооружений в 2 м от наружных ограждающих стен на высоте 1,5 м от пола первого и последнего этажа;

для территорий не менее чем в 2 м от стен окружающих зданий и сооружений на высоте 1,5 м от поверхности земли; для помещений в 2 м от окна на высоте 1,5 м от поверхности пола.

Оценку уровней звука в РТ выполняют для дневного (с 7 до 23 ч) и ночного (с 23 до 7 ч) периода суток и учитывают максимальную интенсивность уровня звука источника в течение получасового периода времени. Оценку зашумленности зданий и территорий от транспортных коммуникаций для дневного периода суток выполняют для условий движения экипажей в час пик, оценку уровня звука в помещениях, обеспеченных приточной вентиляцией, – с учетом звукоизоляции закрытого окна. В остальных случаях учитывают звукоизоляцию открытой форточки, створки или фрамуги, которая обычно составляет 10 дБА.

Разбивку территории застройки на участки производят в следующих случаях:

между источником шума и РТ расположены какие-либо препятствия (экраны);

шум в РТ поступает с двух и более улиц и дорог;

668

улица или дорога меняют свое направление.

Оценку соответствия шумового режима допустимым уровням шума на защищаемых от шума объектах , дБА, производят по формуле

где LА экв.доп – допустимый уровень звука на защищаемом объекте, дБА (табл. П9.1); La экв – расчетный уровень шума источника на стандартном расстоянии (обычно 7,5 м), дБА; А1 – снижение шума в воздушном приземном пространстве от LAЭКВ как функции расстояния и типа поверхности земли, дБА; A2, А3; А4 – дополнительное снижение шума соответственно при наличии на пути распространения шума экранирующих барьеров; за защитными полосами зеленых насаждений; за счет звукоизоляции оконных проемов, дБА.

Положительное значение характеризует обеспеченность допустимого уровня звука в точке расчета, а отрицательное – необходимое снижение уровня звука, достигаемого снижением шума на источнике (LAЭКВ) или повышением шумозащитных качеств средств, препятствующих распростране-

нию шума А1, А2, А3; A4.

Необходимые акустические расчеты и предложения по обеспечению допустимых уровней звука включают в состав проектной документации по планировке и застройке городов и других населенных пунктов на всех основных стадиях градостроительного проектирования.

9.4. Оценка воздействия шума на население

Для оценки акустической энергии, воздействующей на человека за время действия шума, применяют дозу шума ДШ. Единица измерения дозы шума – Па2 х ч.

В расчетах удобнее использовать относительное значение дозы шума в долях от допустимой:

ДШ = Д/ДДОП,

где Д – фактическая доза шума; ДДОП – допустимая доза шума.

Допустимая доза равна 1 при условии соответствия ее допустимому уровню для 8 часов воздействия производственного шума или допустимому уровню внепроизводственного шума в течение 8 часов дневного времени или 8 часов ночного времени. При продолжительности производственного шума менее или более 8 часов допустимую дозу устанавливают в соответствии с Методическими рекомендациями по дозной оценке производственных шумов № 2908–82.

Для оценки суммарного воздействия производственного и внепроизводственного шума используется среднесуточную дозу.

Суточная доза шума состоит из трех парциальных доз, соответствующих трем восьмичасовым периодам суток, отражающим основные виды жиз-

669

недеятельности человека: труд, деятельность и отдых в домашних условиях и сон.

Парциальные дозы определяют отдельно для каждого восьмичасового периода с учетом соответствующих им допустимых уровней шума. Расчет парциальных доз шума для указанных трех периодов жизнедеятельности проводят по разности между фактическими и допустимыми уровнями звука в дБА или дБАЭКВ с учетом характера труда и вида жизнедеятельности человека (отдых, сон). Для этого находят три значения разностей уровней и по табл. 9.1 соответствующие им превышения допустимых доз (количество раз) для каждого периода. Если Д меньше ДДОП, то ДШ меньше 1.

Среднесуточную дозу шума ДШСРСУТ определяют делением суммы парциальных доз на три (количество периодов суток):

ДШСРСУТ = (ДШПР + ДШОТД + ДШСОН)/3,

При средней суточной дозе не более единицы (ДШСРСУТ 1) для человека обеспечиваются приемлемые акустические условия на производстве и в

быту.

Пример

В течение 8-часовой смены рабочий подвергается производственному шуму 92 дБА, допустимый уровень 80 дБА, разница 12 дБА. Внепроизводственный шум: днем в жилом помещении во время отдыха 55 дБА, допустимый

– 40 дБА, разница 15 дБА; ночью – 40 дБА, допустимый – 30 дБА, разница 10 дБА.

Расчет

1. По табл. 9.1 находим, что разнице 12 дБА соответствует превышение допустимой дозы шума в 16 раз, 15 дБА – в 32 раза, 10 дБА – в 10 раз. Суммируем три значения превышения соответствующих допустимых доз шума и делим на три:

ДШСРСУТ = (16 + 32 + 10)/3 = 58/3 20,

т. е. превышение среднесуточной допустимой дозы, равной 1, составляет 20 раз или 20 доз; кроме того, имеется превышение парциальных доз в течение всех трех периодов суток.

9.5. Методы и средства обеспечения допустимых уровней шума в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки

Требуемое снижение шума на объектах защиты обеспечивают комплексом планировочных и инженерно-технических средств и методов, которые реализуются на двух основных принципах – защиты расстоянием и экранированием. Эти принципы реализуются в таких формах, как:

функциональное зонирование и структурное разделение проектируемой территории, направленное на выделение и изоляцию зон с повышенным уровнем звука;

670

взаимное размещение указанных зон с соблюдением необходимых территориальных разрывов между городами, населенными пунктами, рекреационными и лечебно-курортными, промышленными, складскими зонами и аэродромами, трассами наземного, воздушного и водного транспорта;

рациональная транспортно-планировочная структура территории, предусматривающая совмещенную трассировку в транспортных коридорах скоростных автомобильных и железных дорог в обход городов, населенных пунктов, лечебно-курортных и рекреационных зон.