Акустические преимущества многоквартирных зеленых зданий выбор строительных материалов и инженерного оборудования

С. В. Корниенко, доктор техн. наук, заведующий кафедрой «Архитектура зданий и сооружений», Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ)

Большую часть времени люди проводят в зданиях. Находясь в помещении, человек подвергается различным шумовым воздействиям: со стороны соседних помещений, при работе инженерного оборудования, с улицы. Повышенный уровень шума вреден для организма человека. В результате длительного воздействия шума нарушается нормальная деятельность сердечно-сосудистой системы, пищеварительных и кроветворных органов, возникают вегетативные неврозы и психическая угнетенность [1]. Шум мешает людям работать и отдыхать.

Шум – один из главных факторов уменьшения уровня комфортности и экологической безопасности в зданиях, поэтому необходимо снижать уровень шума [2]. Актуальность проблемы шумозащиты возрастает при строительстве многоквартирных зеленых зданий. Такое здание должно отвечать требованиям по уровню комфортности для жителей, энергоэффективности и ресурсосбережению, экологической безопасности и охраны окружающей природной среды в соответствии с принципами устойчивого развития и декарбонизации [3].

Рассмотрим основные акустические особенности многоквартирных зеленых зданий.

Формирование акустически позитивной жилой ячейки

Многоквартирный жилой дом является сложной системой, состоящей из множества структурно обособленных жилых ячеек – квартир.

Квартира подвергается различным шумовым воздействиям. Через межквартирные стены и междуэтажные перекрытия проникает воздушный шум из соседних квартир. При ударном воздействии на пол вышерасположенной квартиры в рассматриваемую квартиру попадает ударный шум через междуэтажное перекрытие. Инженерное оборудование создает структурный шум, который может распространяться по конструкциям здания на большие расстояния. Часть звуковых колебаний передается косвенными путями, через стыки и сопряжения ограждающих конструкций – краевые зоны. Через внешнюю оболочку здания в помещения проникает городской шум.

Для ограничения шумовых воздействий необходимо защитить от шума ограждающие конструкции квартир. Однако при поиске новых экосистемных методов этого недостаточно. Главной задачей исследователя является выявление и сохранение положительных качеств звука [4]. Управление звуком предполагает его рациональное использование, защиту и усиление в случае необходимости.

Для повышения качества акустической среды предлагаем использовать пассивное регулирование звука в помещениях зеленых зданий. Суть идеи заключается в максимальной защите помещений от всякого неблагоприятного звука путем звукоизоляции внутренних ограждающих конструкций – межквартирных стен и междуэтажных перекрытий. Вместе с тем биопозитивные природные звуки: шелест листвы, негромкое пение птиц, шум воды – должны быть усилены и хорошо слышны в помещениях. В связи с этим необходим поиск новых конструктивных решений наружных ограждений зданий. Иными словами, необходимо ограничить негативные воздействия акустической среды в виде шума, нарушающего тишину и затрудняющего восприятие полезного звука в помещениях, и усилить благоприятный звук. Такой экологически направленный подход будет в значительной степени способствовать повышению акустического комфорта и созданию позитивной звуковой среды в зеленых зданиях.

Преимущество акустически однородных стен

В жилищном строительстве широко применяют каркасно-монолитные здания. Отличительной особенностью таких зданий является возведение межквартирных стен из крупноразмерных блоков. В связи с необходимостью их ручной укладки ограничивают массу отдельного блока. Практически все блоки изготавливают одинаковой толщины. Исходя из указанных выше ограничений рассмотрим следующие варианты применения блоков из различных материалов: керамзитобетона, кирпича, пористой керамики, гипса и газобетона. Для сравнения рассмотрим также вариант с применением традиционных железобетонных панелей. Толщина межквартирных стен принята одинаковой (200 мм).

Был выполнен расчет звукоизоляции стеновых ограждающих конструкций. Для этого использованы ускоренные методы оценки индекса звукоизоляции согласно СП 275.1325800.2016¹ и учтено увеличение изгибной жесткости конструкций из бетона на легких заполнителях, поризованных бетонов, пористой керамики по отношению к конструкции из тяжелого бетона, имеющей ту же поверхностную плотность (рис 1).

Как показывает анализ результатов расчета (рис. 1), наиболее высокую изоляцию воздушного шума имеет железобетонная стена, что объясняется максимальной поверхностной плотностью конструкции (500 кг/м²). Стены из керамзитобетона и кирпича толщиной 200 мм могут обеспечить требуемый индекс звукоизоляции (52 дБ). Звукоизоляция межквартирных стен, выполненных из керамических пустотелых блоков, гипса и газобетона той же толщины, не обеспечивается. Необходимо либо увеличить толщину блоков, либо использовать дополнительную обшивку. Однако при этом уменьшается полезная площадь квартир, повышается стоимость ограждающих конструкций, усложняется технология их возведения.

Но главное в том, что существенно усложняются методы расчета акустически неоднородных конструкций, требующие в большинстве случаев применения сложных методов вычислительного моделирования и дорогостоящих компьютерных программ на их основе. Метод расчета однослойных стен, основанный на классическом «законе массы», доступен широкому кругу проектировщиков. Следовательно, акустически однородные стены имеют преимущество по сравнению с акустически неоднородными конструкциями.

Плавающий пол – эффективная защита от ударного шума

Другая серьезная проблема в каркасно-монолитных зданиях – это изоляция ударного шума. Часто в таких зданиях квартиры сдаются со свободной планировкой. В итоге потребители сами выполняют различные конструкции пола, что не всегда обоснованно.

Результаты выполненного нами расчета изоляции ударного шума согласно СП 275.1325800.2016 при использовании различных конструктивных решений пола приведены на рис. 2. Из рисунка видно, что при толщине монолитного железобетонного перекрытия 200 мм расчетный индекс приведенного уровня ударного шума под перекрытием равен 74 дБ при нормируемом значении 60 дБ. Отсюда следует, что требуемое улучшение изоляции полом должно быть не менее 14 дБ.

Покрытие пола из керамической плитки незначительно улучшает изоляцию ударного шума (на 2 дБ), что также не соответствует нормам. Следовательно, размещение над жилой комнатой помещений с покрытием пола плиткой, например санузлов или кухни-столовой, недопустимо.

Часто устраиваемое в жилых помещениях покрытие пола из ламината дает улучшение изоляции около 8 дБ [5], что ниже нормируемого значения. Причем жильцы каждой квартиры требуют предусмотреть мероприятия по изоляции ударного шума у соседа верхней квартиры, не тратя средств на выполнение собственного пола. Устройство пола приводит к удорожанию стоимости строительства.

Линолеум и дощатый пол по лагам улучшают изоляцию ударного шума на 16 и 19 дБ соответственно, что обеспечивает выполнение норм.

Максимальное улучшение изоляции ударного шума дает конструкция плавающего пола – 22 дБ. Плита пола может выполняться из армированной стяжки толщиной 50 мм, укладываемой по упругому звукоизоляционному слою. Пол на звукоизоляционном слое не должен иметь звуковых мостиков с несущей плитой перекрытия, стенами и другими конструкциями здания. Целесообразно применение звукоизолирующих прокладок из вспененных материалов с модулем упругости менее 0,5 МПа [5]. При этом чистое покрытие пола по акустическим требованиям может быть любым.

Таким образом, конструкция плавающего пола обеспечивает эффективную защиту от ударного шума и может применяться в зеленых зданиях.

Защита от шума инженерного оборудования

Чтобы снизить шумовое воздействие от работающего инженерного оборудования, следует выбирать и устанавливать системы с пониженным уровнем шума.

Целесообразно применение автономного источника теплоты, например котельной на внутриквартальной территории. Автономный источник теплоты обслуживает весь жилой комплекс. Такое решение позволяет существенно сократить протяженность внутриквартальных трубопроводов, уменьшить потери теплоты при транспортировке теплоносителя от источника к каждому дому, снизить уровень шума.

Наиболее сложный элемент оболочки здания – окно. Максимальный эффект изоляции внешнего городского шума обеспечивает закрытое окно. Однако современные светопропускающие конструкции со стеклопакетами имеют, как правило, двухконтурное уплотнение притворов, что ограничивает приток свежего воздуха в помещения. Поэтому для естественной вентиляции помещений следует предусматривать приточные регулируемые клапаны, встраиваемые в наружные стены или окна. Применение стеновых или оконных вентиляционных клапанов позволяет обеспечить необходимый уровень воздушно-теплового комфорта и защиту от внешнего шума. Высокий звукоизолирующий эффект также дает применение западающих остекленных лоджий.

При отсутствии централизованной системы кондиционирования жильцы могут оборудовать квартиры индивидуальными сплит-системами. Следует упорядоченно размещать кондиционеры на фасадах здания. Для этого необходимо выделить участки на фасаде для установки наружных блоков кондиционеров: ниши на фасаде, места на балконах или навесные корзины. Выделение мест для кондиционеров существенно улучшает архитектурный облик фасадов и снижает распространение шума в квартиры.

Для предотвращения проникновения повышенного шума от инженерного оборудования в другие помещения здания не следует располагать помещения, требующие повышенной защиты от шума, рядом с венткамерами и насосными. Следует тщательно виброизолировать агрегаты. При необходимости дополнительного снижения шума целесообразно осуществлять акустическую обработку помещений звукопоглощающими материалами и конструкциями. Ограждающие конструкции технических помещений должны обеспечивать требуемую звукоизоляцию, подтверждаемую расчетом.

Создание приквартирных оазисов

Создание приквартирных оазисов является важнейшим средством повышения качества акустической среды в зданиях.

У внешнего контура здания могут быть организованы общественные коллективные мини-пространства с помощью зеленых помещений, озелененных крыш-террас, палисадников. Указанные пространства являются активными элементами зеленой архитектуры [6]. Из помещений первого этажа может быть сделан выход в палисадник. Вход в квартиру в этом случае осуществляется с лестничной клетки. Вместо традиционных ограждений палисадников может быть устроена живая изгородь. В двухуровневую или двустороннюю квартиру на первом этаже можно предусмотреть индивидуальный вход с улицы. В этом случае для снижения тепловых потерь обязательно устройство тамбура. На первом этаже жилого дома, рядом с входной группой, могут быть размещены коллективные пространства с зоной отдыха, местом встреч и ожидания. Многофункциональные пространства легко адаптируются к нуждам жильцов.

На крыше здания можно организовать озеленение в виде травянистых и почвопокровных растений, а также кустарников и деревьев. В последнем случае перекрытие должно быть толщиной не менее 1,2 м, что усложняет его конструкцию и может создать значительные нагрузки на другие конструктивные элементы здания. Экономически целесообразное решение – высаживание крупногабаритных деревьев в специальные кадки и другие малые архитектурные формы. Такие решения позитивно влияют на внешний облик здания.

Озеленение крыш – это эффективный способ солнцезащиты за счет снижения рисков перегрева помещений в теплый период. Вследствие испарительного охлаждения такие конструкции смягчают температурно-влажностный режим, способствуя снижению эффекта образования городских тепловых островов [7]. В отличие от применения дорогостоящих систем хладоснабжения озеленение крыш обеспечивает пассивное охлаждение помещений, не требующее значительных эксплуатационных затрат. Устройство эксплуатируемых и озелененных крыш повышает уровень социального взаимодействия между жильцами.

Природные акустические источники создают позитивные звуковые ландшафты. Это чрезвычайно важно при реализации повышенных требований по микроклимату и экологической безопасности в зеленых зданиях.

Литература

1. Носуленко В. Н., Харитонов А. Н. Жизнь среди звуков: психологические реконструкции. М.: Институт психологии РАН, 2018. 422 с.

2. Kunc H. P., Schmidt R. The effects of anthropogenic noise on animals: a meta-analysis // Biology Letters. 2019. No. 15(11).

3. Бродач М. М., Шилкин Н. В. Глобальные цели устойчивого развития и экологические требования к объектам недвижимости // Энергосбережение. 2022. № 6. С. 4–8.

4. Корниенко С. В. Город: от снижения уровня шума до позитивной акустической среды // Энергосбережение. 2023. № 5. С. 18–21.

5. Анджелов В. Л. Проблемы обеспечения звукоизоляции ограждений монолитных жилых и общественных зданий // Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 5. С. 193.

6. Корниенко С. В. Зеленое строительство – комплексное решение задач энергоэффективности, экологии и экономии // Энергосбережение. 2017. № 3. С. 22–27.

7. Корниенко С. В. Фонотоп как акустический маркер урбанизированных территорий // Энергосбережение. 2023. № 6. С. 44–49.

¹ СП 275.1325800.2016 «Конструкции ограждающие жилых и общественных зданий. Правила проектирования звукоизоляции» (Приказ Минстроя России от 16 декабря 2016 года № 950/пр).