Применение акустических экранив в условиях городской застройки

 

ВВЕДЕНИЕ

 

      Одной из наиболее глобальных проблем современности является обеспечение экологической безопасности населения, особенно в промышленно развитых регионах и городах.

      Экологическая ситуация в городах и населенных пунктах Российской Федерации близка к критической, десятки млн. человек ежедневно подвергаются сверхнормативным воздействиям, в том числе, повышенного шума.

     Об актуальности снижения шума, например, в городе Москве свидетельствуют такие цифры, как нахождение 70% территории города Москвы в зоне шумового дискомфорта, при наблюдаемой величине превышений допустимого уровня шума на отдельных территориях города и в квартирах жилых домов до 15-25 дБА. В структуре жалоб населения на негативнее факторы окружающей среды 32 % жалоб связано с повышенным шумом (по данным социологических опросов шум попадает в «тройку » наиболее актуальных экологических проблем). Последствия массового воздействия повышенного шума проявляются в росте заболеваний слухового аппарата, нервной системы, нарушения режима сна.

      Проблема негативного воздействия шума носит глобальный характер, и об этом свидетельствуют данные, приведенные в докладе Европейской зеленой комиссии [2]: более 20% населения ЕС проживают на территории с уровнями шума свыше 65 дБА, и еще около 40% проживают на территории с уровнями шума от 55 до 65 ДБА. Основным источником акустического загрязнения является транспортный шум.

     Одним из наиболее эффективных и, в то же время, относительно недорогих средств защиты жилой застройки и селитебных территорий от транспортного шума являются шумозащитные экраны, установленные вдоль магистралей, железных дорог, которые называются акустическими экранами.

      Применение акустических  экранов позволяют решить или заметно облегчить решение шумовой проблемы, и, кроме того, дают возможность повысить эффективность использования дефицитной городской территории, позволяя вести строительство жилых и общественных зданий в тех местах, которые без экранов были бы  непригодны под строительство ввиду чрезмерного превышения санитарных норм по шуму.

 

1. Характеристика  транспортного шума в условиях городской застройки

 
 
Шумом называются любые нежелательные  для человека звуки, мешающие труду  или отдыху и создающие акустический дискомфорт.

Звук, или звуковые волны, — это  механические колебания, распространяющиеся в твердых, жидких и газообразных средах под воздействием возмущения. Пространство, в котором присутствуют звуковые волны, называется звуковым полем.

 

Шум транспортных средств  по временным характеристикам относится  к непостоянному шуму. Поэтому  для измерения и нормирования транспортного шума используют показатель, называемый эквивалентным уровнем  звука. На железных дорогах внешний  шум от подвижного состава (магистральные  и маневровые тепловозы) измеряют на расстоянии 25 м от оси пути при  скорости движения, равной 2/3 конструкционной  скорости. Шум движущихся поездов  определяют на расстоянии 7,5 м от оси  колеи, ближней к расчетной точке.

Для автомобилей шум измеряется на расстоянии 7,5 м при движении на второй передаче со скоростью в начале измерительного участка, равной 3/4 максимальной, или 50 км/ч, в режиме максимального  газа.

На воздушном транспорте в районах аэропортов и их окрестностях организуют контрольные пункты измерения  уровня шума на местности, в которых  используют стационарные и передвижные  измерительные системы. Контроль уровней  шума согласно международным и отечественным  нормам проводится в следующих точках аэродрома. Первая контрольная точка (при взлете) находится сбоку от взлетно-посадочной полосы на линии, параллельной ее оси и удаленной от нее на расстояние 450 м для новых типов  самолетов и 650 м — для дозвуковых самолетов старых типов и сверхзвуковых  самолетов. Вторая контрольная точка (при наборе высоты) располагается  на продолжении осевой линии взлетно-посадочной полосы на расстоянии 6500 м от начала разбега самолета. Третья контрольная точка (при снижении на посадку) размещается на продолжении осевой линии взлетно-посадочной полосы на расстоянии 2000 м от ее порога. Высота полета над этой точкой составляет примерно 115 м.

Шум, производимый транспортными  средствами, зависит в основном от следующих факторов:

•  типа и модели подвижного состава (грузовой транспорт создает большее шумовое воздействие по сравнению с пассажирским);

•  типа двигателя (сравнение двигателей соизмеримой мощности позволяет расположить их по возрастанию уровня шума: электродвигатель, карбюраторный двигатель, дизель, паровой, газотурбинный двигатель);

•  технического состояния подвижного состава (степень износа, состояние глушителей выпуска отработавших газов, качество регулировки систем двигателя и др.);

•  типа и качества дорожного полотна и верхнего строения пути (наименьший шум создает асфальтобетонное покрытие, затем — брусчатое, каменное и гравийное; шум происходит от скрежета колес железнодорожных составов на криволинейных участках пути, при проходе колес по стыкам рельсов и стрелкам);

•  скорости движения (при увеличении скорости возрастает шум двигателей, шум от качения колес и аэродинамический шум);

•  условий распространения шума (наличие отражающих преград, стенок, экранов);

•  условий эксплуатации (движение с постоянной скоростью, ускорением, замедлением, длина состава).

По среде распространения  различают шум воздушный и  структурный.

Воздушный шум излучается в окружающее пространство и распространяется в воздушной среде при движении транспортных средств на открытых участках, эстакадах и мостах, а также  от звуковых сигнальных устройств, стационарного  оборудования, при производстве работ по ремонту и содержанию путей и дорог, перегрузочных работах, техническом обслуживании и ремонте подвижного состава на территории транспортных организаций и т.д.

Структурный шум возбуждается динамическими силами в точке  контакта колеса с дорогой или  рельсом при движении. Он распространяется по верхнему строению пути, несущим  конструкциям дорожного полотна  и передается через грунт близлежащим  строениям. Особенно сильно структурный  шум проявляется при движении транспорта в тоннелях, под землей.

Для ограничения транспортного  шума наряду с нормированием осуществляется проведение инженерно-технических  и организационных мероприятий. Они имеют целью ограничение  звукового давления до приемлемых уровней, при которых воздействие шума не влияет на безопасность жизнедеятельности  человека. На транспорте меры борьбы с  шумом включают в себя акустическое совершенствование подвижного состава  и разработку средств снижения шума на открытом пространстве и в рабочих  зонах помещений.

На автомобильном транспорте улучшение акустических характеристик  подвижного состава достигается  посредством ослабления шума от основных источников его образования: силовой  установки (корпус двигателя, системы  впуска и выпуска), вентилятора системы  охлаждения двигателя, трансмиссии (коробка  передач и задний мост), колес, тормозов и кузова. Технические решения, осуществляемые при проектировании и производстве автомобилей, направлены на защиту от шума в источнике его возникновения. Они включают в себя выбор схем отдельных элементов, узлов и  механизмов с использованием малошумного  косозубого зацепления шестерен, широкое  применение пластмасс, клиноременных  передач вместо зубчатых и цепных, размещение агрегатов и узлов  на шумопоглощающих элементах и амортизаторах, применение демпфирования соударяющихся металлических элементов и шумопоглощающих покрытий. Важную роль играет улучшение конструкций дорог и их трассирования, регулирование транспортных потоков, применение шумозащитных экранов и барьеров.

На железнодорожном транспорте важнейшими составляющими шума, излучаемого  в окружающее пространство поездом, являются шум от его движения и  шум, возникающий внутри подвижного состава. В целях борьбы с первой составляющей шумового воздействия  применяются глушители шума на тепловозных  силовых установках, стыковой путь заменяется на бесстыковой, используются резиновые подрельсовые прокладки, ограничивается скорость движения и запрещаются мощные звуковые сигналы в районах городской застройки. Для снижения шума внутри подвижного состава (в кабинах локомотивов и пассажирских вагонах) проводятся конструкторские мероприятия, связанные с внедрением шумоизоляции в обшивку вагонов, совершенствованием тормозных и сцепных устройств, совершенствованием систем вентиляции и кондиционирования и др.

На воздушном транспорте основным источником шума самолета при  взлете и посадке является его  силовая установка. Шумовое воздействие  оказывает и воздушный поток, обтекающий фюзеляж и крыло самолета. Главным внешним источником является шум, возникающий при смешении реактивной струи с атмосферным воздухом за пределами двигателя. Вместе с  тем самолеты с турбовентиляторными  двигателями генерируют значительную часть своей акустической энергии  внутри двигателя, т.е. создают внутренний шум. Причем с ростом мощности двигателей растут уровни шума, генерируемого  вентилятором, компрессором и турбиной. Для его снижения реализован ряд  инженерных мероприятий по модернизации компрессора, эжектора, рассекателей потока и лепестковых смесителей, созданы звукопоглощающие конструкции с использованием акустической облицовки.

На водном транспорте меры по снижению шумового воздействия направлены на защиту пассажиров и команды судов. С этой целью при конструировании  судов их компоновочные схемы  и внутренняя планировка разрабатываются  с учетом требований максимального  удаления кают и салонов от источников шума — машинного отделения, вентиляционных установок, гребных винтов и др. Осуществляется звуко- и виброизоляция помещений, вводится дистанционное и автоматизированное управление работой агрегатов и механизмов повышенной шумности. Уровень шума в машинном отделении снижают благодаря использованию звукоизолирующих кожухов, которыми закрывают двигатели. Структурный шум, передаваемый на корпус судна главным и вспомогательным двигателями, снижается с помощью амортизаторов, посредством которых двигатель изолируют от корпуса судна. Соединение главного двигателя с гребным валом выполняют через эластичные муфты.

 

3. Факторы определяющие уровни шума

 

Акустический дискомфорт, создаваемый транспортом, испытывают до 40% городского населения. Шум воздействует на центральную нервную систему, приводя к ее расстройству, хроническому переутомлению, гипертонии и язвенной болезни, гастриту в результате нарушения  секреторной и моторной функции  желудка, а также к преждевременному старению и сокращению продолжительности  жизни жителей крупных городов  на 8-12 лет.

Уровни шума от городских (преимущественно транспортных) источников, проникающие в помещения жилых  и общественных зданий, часто превышают  на 20-30 децибел действующие нормы, что означает превышение потока проникающей  звуковой энергии в 100-1000 раз.

Источником шума являются двигатели автомобилей и взаимодействие шин с дорожным покрытием, которое  зависит от шероховатости покрытия, нагрузки на колесо, износа протектора, скорости движения и характеристик  самой шины на контакте с покрытием, рисунка протектора, качества резины и технологических процессов  при ее изготовлении. Кроме того, уровень шума также зависит от характера груза и характера  его закрепления в кузове. Разность уровня шума порожнего и груженого  автомобиля составляет для легкового 2-3 дБА, для грузового - 8-9 дБА.

К настоящему времени установлена  взаимосвязь различных факторов и их влияние на общий уровень  транспортного шума и разработана  систематизация всех факторов по четырем  группам:

1)   транспортные факторы, создающие уровень шума;

2)   дорожные факторы, определяющие уровень шума;

3)   природно-климатические факторы, влияющие на уровень шума;

4) защитные факторы, снижающие  уровень шума.

Наибольшее влияние на состояние акустического комфорта оказывают транспортные факторы:

•     интенсивность движения и скорость транспортного потока;

•     средняя скорость движения автомобилей;

•     эксплутационное состояние автомобилей, двигающихся по дороге;

•     объем и характер перевозимых грузов;

• подача звуковых сигналов.

В таблице 1 представлены значения уровня шума в зависимости от скорости движения для транспортных потоков  разной интенсивности.

Таблица 1. Уровень шума в  зависимости от скорости движения для  потоков различной интенсивности

Интенсивность движения, авт./час	Уровень шума в зависимости  от скорости, дБа
	30 км/час	40 км/час	50 км/час
50	63,5	65,0	66,5
60	64,5	66,0	67,0
80	65,5	67,0	68,0
100	66,5	68,0	69,0
140	67,5	69,0	70,0
170	68,5	70,0	71,0
230	69,5	71,0	72,0
300	70,5	72,0	73,0
400	71,5	73,0	74,0
500	72,5	74,0	75,0
660	73,5	75,0	76,0
880	74,5	76,0	77,0
1150	75,5	77,0	78,5
650	76,5	78,0	79,0
2000	77,5	79,0	80,0
3000	78,5	80,0	81,0
5000	79,5	81,0	82,5