近年來，城市建筑密度不斷增加，受限于用地緊張，許多水泵、熱泵機(jī)組等設(shè)備被安裝在建筑樓頂。然而，部分設(shè)備缺乏有效的減振降噪措施，導(dǎo)致低頻噪聲和振動(dòng)通過建筑結(jié)構(gòu)傳播至室內(nèi)，嚴(yán)重影響居民的生活質(zhì)量。有研究表明，長期暴露于低頻噪聲環(huán)境中可能會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)衰弱、失眠等健康問題。因此，如何有效治理樓頂設(shè)備的噪聲與振動(dòng)成為當(dāng)前建筑環(huán)境工程領(lǐng)域的重要課題。

本研究結(jié)合某民宿酒店的實(shí)際案例，系統(tǒng)分析了噪聲與振動(dòng)的來源、傳播路徑及治理措施，旨在為類似項(xiàng)目提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)參考。

1 噪聲限值

噪聲限值是聲學(xué)設(shè)計(jì)的目標(biāo)要求，也是評價(jià)聲環(huán)境質(zhì)量的核心指標(biāo)。GB 55016—2021《建筑環(huán)境通用規(guī)范》對建筑物外部噪聲源和內(nèi)部建筑設(shè)備傳播至主要功能房間室內(nèi)的噪聲限值均有明確規(guī)定，如表1和表2所示。

表1 外部噪聲源傳播至室內(nèi)空間噪聲限值

表2 內(nèi)部建筑設(shè)備傳播至室內(nèi)的噪聲限值

需要注意的是，低頻噪聲基于自身特性更容易對人的睡眠、工作、情緒和行為等產(chǎn)生不利的影響。以往出現(xiàn)較多低頻噪聲擾民案例[3]，但缺乏相關(guān)的技術(shù)指導(dǎo)文件，導(dǎo)致執(zhí)法人員在處理此類投訴案件時(shí)缺少明確的判定依據(jù)。2025年5月1日起正式施行的GB 55038—2025《住宅項(xiàng)目規(guī)范》對低頻結(jié)構(gòu)噪聲提出了明確的限值要求，如表3所示。

表3 建筑設(shè)備結(jié)構(gòu)噪聲限值

2 項(xiàng)目噪聲與振動(dòng)情況

2.1 項(xiàng)目概況

某待治理的民宿酒店處于2類聲環(huán)境功能區(qū)，建筑設(shè)有3層，建筑樓頂裝有臥式水泵4臺(tái)、熱泵機(jī)組5臺(tái)。3層房客屢屢投訴受到明顯噪聲與振動(dòng)干擾。鑒于此，對建筑樓頂及受噪聲與振動(dòng)干擾的3層民宿客房分別進(jìn)行噪聲與振動(dòng)情況檢測。

2.2 振動(dòng)現(xiàn)狀

3層民宿客房室內(nèi)地面振動(dòng)檢測結(jié)果如圖1所示。根據(jù)圖1數(shù)據(jù)可以看出：室內(nèi)振動(dòng)明顯，特別是50 Hz位置有一明顯振動(dòng)峰值，達(dá)到了82 dB；但各頻帶振動(dòng)值都在GB/T 50355—2018《住宅建筑室內(nèi)振動(dòng)限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》要求的限值范圍內(nèi)，僅總Z振級(74 dB)超過了一級限值(73 dB)，但未超過二級限值(78 dB)。

圖1 室內(nèi)振動(dòng)頻率特性

2.3 噪聲情況

3層民宿客房內(nèi)噪聲檢測結(jié)果如圖2所示。由圖2可知：室內(nèi)噪聲低頻成分明顯，特別是在50 Hz位置有一明顯峰值，達(dá)到了72 dB；連續(xù)等效A聲級為56 dB(A)，遠(yuǎn)超45 dB(A)(表1中2類、3類、4類聲環(huán)境功能區(qū)睡眠使用功能房間室內(nèi)噪聲限值)。

圖2 室內(nèi)噪聲頻率特性

圖3 房間內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲

結(jié)構(gòu)噪聲限值在多個(gè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)中都有提及，但標(biāo)準(zhǔn)值并不完全對應(yīng)。根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，對結(jié)構(gòu)噪聲進(jìn)行了測量與分析，對比了3層民宿房間內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲與各類限值數(shù)據(jù)，如圖3所示。圖3中限值來源如下：(1)限值1源自GB 22337—2008《社會(huì)生活環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》，為2類、3類、4類聲環(huán)境功能區(qū)A類房間(以睡眠為主要目的，需要保證夜間安靜的房間，包括住宅臥室、醫(yī)院病房、賓館客房等)晝間結(jié)構(gòu)傳播固定設(shè)備室內(nèi)噪聲排放限值；(2)限值2源自GB/T 50355—2018《住宅建筑室內(nèi)振動(dòng)限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》，為住宅建筑臥室晝間一級室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲限值(二級限值同GB 22337—2008《社會(huì)生活環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》)；(3)限值3源自GB 55038—2025《住宅項(xiàng)目規(guī)范》，為臥室、起居室內(nèi)的建筑設(shè)備結(jié)構(gòu)噪聲限值。

對比以上限值指標(biāo)可以看出，2025年5月1日起正式施行的GB 55038—2025《住宅項(xiàng)目規(guī)范》對結(jié)構(gòu)噪聲限值相較于之前的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求有明顯提高，而本項(xiàng)目的低頻結(jié)構(gòu)噪聲已明顯超過各規(guī)范的限值要求。

3 噪聲與振動(dòng)分析

3.1 產(chǎn)生機(jī)理分析

水泵是使用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)械，由泵體和電機(jī)組成。水泵運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲主要由如下幾部分構(gòu)成：泵體運(yùn)行噪聲、電機(jī)噪聲、水流動(dòng)和撞擊噪聲、振動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)輻射噪聲。其中，振動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)輻射噪聲，主要源于電機(jī)和水泵轉(zhuǎn)動(dòng)部件不匹配、進(jìn)口流速和壓力分布不均等因素引發(fā)的設(shè)備振動(dòng)，此振動(dòng)通過基座、管道等連接部件向外輻射，形成二次噪聲。

熱泵機(jī)組噪聲主要源于壓縮機(jī)和風(fēng)扇。壓縮機(jī)工作運(yùn)行會(huì)同時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)與噪聲，振動(dòng)通過與之相連的管路以及零部件等傳至設(shè)備外殼，形成輻射噪聲。同時(shí)，壓縮機(jī)和風(fēng)扇的運(yùn)行噪聲也會(huì)傳至設(shè)備外殼，通過設(shè)備外殼向外輻射噪聲。

3.2 傳遞路徑分析

機(jī)械設(shè)備振動(dòng)傳輸途徑一般有3個(gè)：(1)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)通過基座/彈性支撐傳遞到支撐基礎(chǔ)、樓板墻體或相鄰結(jié)構(gòu)，引起它們的振動(dòng)，以彈性波的形式沿著建筑結(jié)構(gòu)傳遞到相鄰空間，在相鄰空間內(nèi)輻射噪聲；(2)設(shè)備振動(dòng)傳遞到與之相連的管道，管道又通過與之相連的吊架、托架和墻面將振動(dòng)傳到樓板、墻體，引起它們的振動(dòng)，進(jìn)而輻射噪聲；(3)設(shè)備振動(dòng)直接向周邊輻射噪聲。通過現(xiàn)場勘察與數(shù)據(jù)分析，本項(xiàng)目主要振動(dòng)傳遞路徑為：設(shè)備振動(dòng)通過設(shè)備基座激發(fā)樓板、墻體振動(dòng)，形成二次輻射噪聲。主要空氣聲傳遞路徑為：頂樓設(shè)備噪聲通過樓板透射、外圍護(hù)墻體及窗等繞射進(jìn)入房間內(nèi)部。

屋頂和室內(nèi)的噪聲與振動(dòng)情況對比如圖4和圖5所示。數(shù)據(jù)對比可以看出，中高頻噪聲自屋頂設(shè)備到室內(nèi)已經(jīng)有較大衰減，但低頻噪聲與振動(dòng)室內(nèi)外差值并不大，部分頻帶室內(nèi)振動(dòng)值超過屋頂振動(dòng)值，這與低頻噪聲特性有關(guān)。低頻聲波因波長較長，具備較強(qiáng)的繞射和穿透能力，能夠有效克服障礙物的阻擋，進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播并穿透建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入室內(nèi)空間。在建筑環(huán)境中，振動(dòng)源設(shè)備產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)會(huì)通過設(shè)備基礎(chǔ)、建筑承重構(gòu)件(如梁柱、樓板)、管道系統(tǒng)以及剛性支撐結(jié)構(gòu)等傳播路徑向建筑內(nèi)部傳遞。這種結(jié)構(gòu)傳聲現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)能量在建筑內(nèi)部不斷擴(kuò)散，最終影響到所有與之相連的功能區(qū)域。值得注意的是，當(dāng)室內(nèi)空間的幾何尺寸與特定低頻聲波的波長形成特定比例關(guān)系時(shí)，可能會(huì)激發(fā)室內(nèi)空氣的簡正模式振動(dòng)，產(chǎn)生駐波現(xiàn)象，從而在某些頻段上顯著放大室內(nèi)的低頻噪聲水平。

圖4 室內(nèi)外噪聲數(shù)據(jù)對比

圖5 室內(nèi)外振動(dòng)數(shù)據(jù)對比

3.3 噪聲與振動(dòng)干擾原因分析

通過對本項(xiàng)目進(jìn)行分析并結(jié)合多項(xiàng)目的調(diào)研結(jié)果，發(fā)現(xiàn)設(shè)備產(chǎn)生噪聲與振動(dòng)干擾的主要原因有如下幾項(xiàng)。

(1)建筑設(shè)計(jì)布局不合理。依據(jù)CECS 59：94《水泵隔振技術(shù)規(guī)程》，防振敏感區(qū)域(有防振和安靜要求的房間)的垂直相鄰樓層及水平毗鄰空間不得設(shè)置水泵。GB 50118—2010《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)進(jìn)一步明確：優(yōu)先采用獨(dú)立水泵房布局，與噪聲敏感建筑保持物理隔離。同時(shí)，《規(guī)范》也提出，水泵若必須設(shè)置在建筑內(nèi)部，需滿足以下條件：①優(yōu)先選址于地下層，且與主體建筑保持結(jié)構(gòu)分離(如設(shè)置防震縫或緩沖隔振帶)；②禁止直接位于主體建筑基礎(chǔ)正下方或與承重結(jié)構(gòu)剛性連接；③配套實(shí)施雙層級隔振措施(如彈簧隔振器+惰性塊基座)及墻體/管道隔聲包覆。GB 55038—2025《住宅項(xiàng)目規(guī)范》進(jìn)一步規(guī)定，水泵機(jī)房等產(chǎn)生噪聲或振動(dòng)的房間不應(yīng)緊鄰臥室布置。本項(xiàng)目將未采取有效減振降噪設(shè)計(jì)的水泵、熱泵機(jī)組直接置于敏感房間樓頂，設(shè)計(jì)布局明顯不合理。

(2)隔振措施不合理或無效。主要體現(xiàn)為：①已投入運(yùn)行設(shè)備雖已采取了隔振措施，但減振器選擇不當(dāng)或安裝有誤等使得減振器不起作用；②橡膠減振器年久失效，未及時(shí)更換；③管道、支撐托架等與設(shè)備/基座為剛性連接，起不到減振作用；④支撐管架/吊架等無論管徑大小、連接設(shè)備類型及振動(dòng)特性等，均采用相同型號，不匹配，導(dǎo)致減振失效，部分甚至起放大作用；⑤減振器安裝有誤，有的甚至在減振器兩端用鋼筋焊死，使減振失效；⑥管道穿墻未采取有效減振措施，采用剛性連接，部分采用減振連接但未進(jìn)行專業(yè)化設(shè)計(jì)，導(dǎo)致隔振效果差，達(dá)不到理想效果。

基于以上現(xiàn)象，極有必要對現(xiàn)場設(shè)備噪聲和振動(dòng)進(jìn)行專項(xiàng)檢測，并根據(jù)測試結(jié)果，結(jié)合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對存在的問題進(jìn)行整改，以達(dá)到使用要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 減振降噪方法

4.1 設(shè)備隔振

對水泵、水管和風(fēng)冷熱泵機(jī)組分別進(jìn)行隔振處理。建筑樓頂共有臥式水泵4臺(tái)，轉(zhuǎn)速為2 910 r/min，電機(jī)功率為11 kW，水泵和電機(jī)的總質(zhì)量為110 kg。為降低水泵機(jī)組振動(dòng)噪聲對樓下民宿房間的影響，對水泵采用混凝土質(zhì)量塊+阻尼彈簧減振器的隔振設(shè)計(jì)，如圖6所示。

圖6 水泵隔振

水泵的干擾頻率f計(jì)算公式如下：

式中：n——轉(zhuǎn)速，r/min。

經(jīng)計(jì)算，干擾頻率f=48.5 Hz。

選用4個(gè)ZDA-80型阻尼彈簧減振器，減振器固有頻率f0計(jì)算公式如下：

式中：δ——壓縮變形量，根據(jù)減振器型號及承載負(fù)荷，為27.7 mm。

經(jīng)計(jì)算，f0=3 Hz。

隔振效率計(jì)算公式為：

式中：D——阻尼比；

λ——干擾頻率與固有頻率之比。

阻尼比取0.05，減振系統(tǒng)的隔振效率計(jì)算結(jié)果為99%。

水泵與管道之間采用橡膠撓性接管，管道采用阻尼彈簧減振器彈性支撐。

風(fēng)冷熱泵機(jī)組的壓縮機(jī)和壓縮風(fēng)扇干擾頻率均為50 Hz，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量為7 400 kg，選用8個(gè)ZD-1280型阻尼彈簧復(fù)合減振器。經(jīng)計(jì)算，減振器固有頻率為3.3 Hz，壓縮變形量為23.1 mm，隔振效率達(dá)到99%。

4.2 空氣聲隔聲

本項(xiàng)目屬于改造工程，對建筑樓板、墻體加厚施工難度較大，因此，根據(jù)噪聲傳遞路徑，結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，對空氣聲的隔絕主要通過2個(gè)方面：(1)通過隔聲吊頂降低樓板直接向下輻射的直達(dá)聲/透射聲；(2)通過提升外窗隔聲減小繞射聲。

隔聲吊頂構(gòu)造為雙層石膏板上覆玻璃棉，石膏板錯(cuò)縫安裝，吊頂與墻體連接處采用密封處理。隔聲吊頂設(shè)計(jì)如圖7所示。

考慮樓頂設(shè)備的噪聲部分通過建筑外窗繞射進(jìn)入房間，對房間對外隔聲最薄弱部位的外窗采用5 mm厚玻璃+0.5 mm厚隔音膜+5 mm厚玻璃+0.5 mm厚隔音膜+8 mm厚玻璃的多腔體平開塑鋼窗。

圖7 隔聲吊頂

圖8 治理前后數(shù)據(jù)對比

4.3 效果驗(yàn)證

綜合采取減振降噪措施后，對3層民宿客房內(nèi)的噪聲情況進(jìn)行檢測。采取措施前后的數(shù)據(jù)對比如圖8所示。由圖8可知，相同房間、同一檢測位置、相同工況條件下，主要振動(dòng)干擾源的50 Hz位置由72 dB降至47 dB，室內(nèi)噪聲級由56 dB(A)降至33 dB(A)，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)指標(biāo)。

5 結(jié)束語

通過對某民宿酒店樓頂?shù)乃谩岜脵C(jī)組、管道等采取有效的隔振改造設(shè)計(jì)，并采取在附加房間內(nèi)增加隔聲吊頂、增強(qiáng)外窗隔聲性能等措施，房間內(nèi)噪聲級達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)指標(biāo)，特別是主要振動(dòng)干擾源的50 Hz位置，噪聲降幅達(dá)到了25 dB，效果顯著。因此，只要根據(jù)實(shí)際情況采取有效減振降噪措施，建筑樓頂安裝機(jī)組設(shè)備的情況下亦可保障房間內(nèi)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)及使用要求。中廣通環(huán)保在水泵降噪、熱泵機(jī)組降噪、空調(diào)機(jī)組降噪、空調(diào)機(jī)組噪音治理等領(lǐng)域取得了顯著的成果，致力于成為一站式環(huán)保噪聲治理公司解決各類商業(yè)空調(diào)機(jī)組隔音降噪問題，為商業(yè)及工業(yè)空調(diào)機(jī)組噪聲治理提供專業(yè)解決服務(wù)方案。