[2024年資助成果] 吸聲吊頂在室內(nèi)聲環(huán)境品質提升中的研究-燕翔

吸聲吊頂在室內(nèi)聲環(huán)境品質提升中的研究

項目負責人

燕 翔，清華大學建筑學院副教授

近些年，噪聲污染引起的投訴居高不下。根據(jù)2021年1月國內(nèi)網(wǎng)民投票結果顯示，居住噪聲以遠超其他項目的票數(shù)當選十大煩惱之首?！度珖^(qū)與住宅建筑居住滿意度調查》（32237份有效問卷）中“樓板與分戶墻隔聲性能”、“室內(nèi)噪聲控制”占據(jù)用戶不滿意度榜首。針對具體噪聲類型而言，根據(jù)《中國鄰里噪音調查報告》，樓板撞擊聲隔聲問題所引起的干擾最為嚴重。

既有建筑針對樓板隔聲進行改造，在上部空間構建浮筑樓板施工難度較大，犧牲樓板下部空間層高構建吊頂是更易實現(xiàn)的有效措施。傳統(tǒng)石膏板吊頂內(nèi)部填充玻璃棉等吸聲材料可提供一定的聲學性能，但玻璃棉在長時間后纖維易脫落，受潮后聲學效果大大降低，且因內(nèi)部纖維脆化，易在空氣中形成污染，接觸或吸入引起人體不良反應。

因此，本項目力求研發(fā)一種吸隔聲吊頂，采用新型聲學材料，結合吸聲降噪理論設計構造，通過聲學模擬和實驗實測分析確定最優(yōu)選型，為提升室內(nèi)聲環(huán)境品質提供方向，切實保障“好房子”理念落實。

研究方法及結論

2.1 新型聲學材料調研

砂巖吸隔聲板為采用天然砂粒經(jīng)過處理粘接制成，在吸隔聲、防火、環(huán)保、耐候及其他物理強度方面均具有優(yōu)良表現(xiàn)，并通過檢測機構驗證，已在清華大學教師餐廳、第三教學樓改造等項目中有所應用。

膨化砂巖環(huán)保吸聲板原材料為天然二氧化硅含水玻璃質火山熔巖砂粒，經(jīng)高溫膨化處理后，通過硅基化學作用將微粒聚合成的膨化砂巖，具有不燃、耐候、耐酸堿、耐水、耐日光、環(huán)保無味等特性，適合建筑室內(nèi)吸聲使用。

微孔陶板雙面為硬質水泥，其間為采用古運河道泥土、城市污泥等為原材料生產(chǎn)的微型陶粒，通過無機鹽粘合材料聚合制成，每平方米微孔數(shù)高達上億個，具有輕質、吸聲、不燃、防開裂、防滲水、耐腐蝕等特點，可用于大面積無縫吸聲裝飾。

三聚氰胺棉板以三聚氰胺樹脂為原料，經(jīng)發(fā)泡工藝制成多孔輕質吸聲材料。在經(jīng)過硅基改性工藝處理后達到A級防火標準，具有質量輕、吸聲系數(shù)高、環(huán)保無毒、無粉塵脫落、性價比高等優(yōu)點，是玻璃棉、巖棉的理想替代材料。

2.2 聲學軟件模擬

設計吊頂構造包括樓板下部通過吊桿龍骨和石膏板組成傳統(tǒng)石膏板吊頂部分，和石膏板下部的吸聲降噪部分。10mm厚紙面石膏板作為吸聲降噪構造的基礎，下部包括12mm空腔（內(nèi)填10mm三聚氰胺棉板），空腔支撐條板，以及底部分別設置砂巖板、膨化砂巖板和微孔陶板作為最后一層面板，如圖1所示。考慮層高對居民生活的影響，整體構造厚度控制在100mm左右。

圖1. 吊頂樣件示例圖

采用INSUL 隔聲性能模擬軟件評估不同空腔深度下石膏板吊頂部分的隔聲表現(xiàn)，并確定最優(yōu)空腔深度。模擬條件基礎樓板為120mm厚混凝土樓板，并在其上布置40mm厚混凝土砂漿墊層，下部和10mm厚紙面石膏板之間通過吊桿龍骨形成空腔構造，整體為“質量-彈簧-質量”的隔聲效果，如圖2所示。

圖2 隔聲構造模擬示意圖

針對30mm-100mm不同吊頂空腔深度下的空氣聲計權隔聲量Rw模擬結果及計權規(guī)范化撞擊聲壓級Ln,w模擬結果統(tǒng)計如表1所示。在空腔深度為80mm-90mm時，Rw基本沒有改變，而70mm以下則相差較大。Ln,w在空腔深度80mm以上時變化甚微，70mm以下隨深度變化明顯。因此吊頂空腔深度設置在70mm-80mm之間為宜。

表1 不同厚度空腔下模擬結果統(tǒng)計

采用Acousys 聲學軟件對石膏板下的吸聲降噪構造進行模擬，探究石膏板下空腔內(nèi)是否填棉，以及不同底層面板材料的吸聲性能，結果統(tǒng)計如圖3所示。三項面板材料性能相近，降噪系數(shù)NRC均在0.50以上，可滿足一般吸聲材料的性能要求，內(nèi)填棉的構造吸聲表現(xiàn)均高于僅有空腔的構造。

圖3 吸聲性能模擬結果

2.3 實驗實測分析

根據(jù)模擬結果以及設計方案，擬定樓板及吊頂構件的測量步驟，包括基礎樓板（含砂漿層），基礎樓板下添加石膏板吊頂，石膏板吊頂下添加新型吸隔聲板材（砂巖板、膨化砂巖板、微孔陶板），以及最終在上述方案中選擇最優(yōu)項（實驗后可知為微孔陶板），在吊桿處添加彈性墊片后再次進行檢測，最優(yōu)方案構造圖如圖4所示。

圖4 吊頂最優(yōu)方案構造圖

各項實驗檢驗結果統(tǒng)計如表2所示。

表2 隔聲吊頂方案結果統(tǒng)計表

各頻段空氣聲隔聲和撞擊聲隔聲性能結果如圖5和6所示。

空氣聲隔聲方面，各項方案性能差異主要提現(xiàn)在中低頻段。其中，500-1000Hz頻段內(nèi)砂巖板性能最優(yōu)。400Hz以下的低頻段內(nèi)微孔陶板空氣聲隔聲表現(xiàn)與砂巖板相近，整體較好，加裝彈性墊片后在400-1600Hz內(nèi)有1dB-2dB明顯提升。膨化砂巖板空氣聲隔聲性能在400Hz以下略低于砂巖板和微孔陶板，但400Hz以上表現(xiàn)與砂巖板相近，是較好選擇。1600Hz以上各項方案空氣聲隔聲性能相差不到1dB。

圖 5 各項方案空氣聲計權隔聲量比較

撞擊聲隔聲方面，砂巖板在500-1000Hz之間表現(xiàn)最優(yōu)，其次為微孔陶板和加裝彈性墊片的微孔陶板方案。加裝彈性墊片后，在1250Hz以下微孔陶板方案的撞擊聲隔聲表現(xiàn)有明顯提升，最高在200Hz處有2dB以上的改善量，而在1600Hz以上的頻段內(nèi)，由于彈性墊片的加入改變了振動特性而表現(xiàn)稍有減弱，但整體仍優(yōu)于其他材料方案。日常生活中，低頻噪聲穿透性更強，帶來的困擾更多，加裝彈性墊片后的微孔陶吊頂方案對室內(nèi)聲環(huán)境體驗改善更佳。

圖 6 各項方案計權規(guī)范化撞擊聲壓級比較

研究結論

本研究提供一種新型吸隔聲吊頂方案，采用新型聲學材料，并進行吸聲降噪構造設計，通過模擬和實測最終確定最優(yōu)選型，為未來既有住宅內(nèi)樓板吊頂隔聲改造提供了方向。

研究結論如下：

（1） 綜合考慮聲學表現(xiàn)和層高控制，樓板下設置石膏板吊頂空腔深度70mm-80mm為宜；

（2） 吊桿與龍骨連接處添加彈性減振墊片，可改善低頻撞擊聲隔聲性能；

（3） 空腔內(nèi)添加三聚氰胺棉相較僅空腔設計可帶來較大的吸聲性能提升；

（4） 砂巖板、膨化砂巖板、微孔陶板三項材料均可用于住宅樓板吸聲降噪吊頂改造，平均空氣聲隔聲可帶來6dB改善量，撞擊聲隔聲可帶來10dB改善量，其中微孔陶板方案表現(xiàn)最優(yōu)。

項目負責人簡介

燕翔，清華大學建筑學院副教授，清華大學建筑物理實驗室主任，建筑環(huán)境檢測中心主任，研究領域建筑聲學，主要涉及有廳堂音質、環(huán)境噪聲、聲學設計、聲學測量、聲學模擬、聲學材料等。

聯(lián)系方式：x-yan@tsinghua.edu.cn

“房地產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展”研究資助計劃

本項計劃由清華大學恒隆房地產(chǎn)研究中心于2023年初啟動，該計劃面向清華大學全體教師和研究人員征集，鼓勵和支持我校圍繞房地產(chǎn)行業(yè)的多元場景，開展創(chuàng)新性、跨學科交叉研究等。2024年度研究計劃共資助了10項研究，相關成果發(fā)布會已于2025年1月10日在清華大學舉行。2025年研究資助計劃申報指南業(yè)已發(fā)布，感謝您的關注，期待您的申請與轉發(fā)。

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