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空调系统噪声分析与控制设计
RSS 打印 复制链接 发布时间:2018-03-16 16:48:57

  前言:随着我国经济的不断发展,生活水平的提高,人们对于环境的要求也越来越高,无论是工作还是生活,一个安静的环境是至关重要的。近几年我国建筑业快速发展,建筑物内的声学环境变成了一个不容忽视的问题,噪声污染直接影响到人们的正常生活和工作效率的提高。因此建筑内的各种设备噪声,尤其是公共建筑中空调空调系统,其消声措施的好坏是直接关系到室内是否具有良好声学环境的基本条件。  

 中图分类号:TU831.3+5文献标识码: A 文章编号: 

  各类建筑的室内噪声标准及要求 

  1、特殊类建筑场馆的室内环境标准及要求 

  1.1 图书馆,阅览室 

  各类用房在平面设计时,应按其噪声等级分区布置,其允许噪声级不应大于表1中的规定。梯井道及产生噪声的设备机房,不宜与阅览室毗邻。并应采取消声、隔声及减振措施,减少其对整个馆区的影响。 

  表1图书馆内噪声级分区及允许噪声级标准

  1.2 影院放映厅 

  影厅放映时,一般不允许有环境噪声的干扰,观众厅背景噪音的声压级:甲级小于30dB,乙级小于35dB,丙级小于40dB。通过风口传入观众厅的A声级噪声比厅内允许噪声低5dB. 

  1.3 剧场、音乐厅 

  剧场、音乐厅对于噪声的要求很高,通风空调系统需经过严格的消声处理,观众厅背景噪声为:甲等30dB,乙等35dB,丙等40dB。 

  1.4 录音、播音室 

  录音棚、播音室属于对于噪声有特殊要求的建筑,播音室噪声要求小于30dB,录音棚要求小于35dB。 

  2、其余一般建筑室内声环境主要以满足生活、生产和工作为主,通过建筑平面的合理布置,减少噪声对相邻空间的影响。 

  3、风机噪声是整个空调系统主要的噪声来源,噪声主要是叶片驱动空气,打击周围的气体介质,引起周围气体的压力脉动而形成的,同时气流流经叶片界面产生分裂时,也会产生涡流噪声。风机噪声大小与风机结构形式、风量、叶片数量、风压及转数等因素有关。 

  4、冷冻机组、水泵、风机等设备在运转过程中由于旋转部件的扰动而引起强迫振动,产生高频噪声,振动还会引起建筑结构、管道波动,向空间辐射产生固体噪声。 

  5、气流和水流在管道内流动也会产生附加噪声,流速越大,附加噪声也越大。风管内气流速度在8~10m/s以内时,附加噪声与风机噪声相比较小,一般不会对风系统产生显著影响。 

  二、噪声控制措施 

  控制通风空调系统的噪声污染应该从控制噪声源、噪声传播途径入手,声源传递能量的途径有结构传播、空气传播和震动传播,因此根据这些特点,控制噪声的方法主要有以下几点: 

  1、吸声降噪 

   利用吸声材料或悬挂的空间吸声体吸收声能以降低噪声,是目前建筑环境噪声控制技术的一项重要措施,通过提高室内平均吸声系数,减弱反射声的能量,以达到降低室内噪声的目的。其效果取决于所用吸声材料的声学性能、吸声面积、房间原有的吸声条件以及接收点与声源的距离等因素。 

  2、隔声降噪 

   利用屏蔽物来改变从声源至接受者之间途径上的噪声传播,切断或阻碍噪声向外扩散,把声源封闭在一个小的密闭空间内,使其与周围环境隔开。 

  3、隔振降噪 

   振源产生振动,会通过管道、结构等介质传递给防振对象,隔振有两种方式,一是在振源设备处设置隔振措施,二是在振源和防振对象之间加设隔振材料。此两种方式即经济又实用,目前在空调系统中也是广泛采用。 

  三、噪声控制设计 

  1、 消声设计 

  空调系统消声设计包括主动消声和被动消声,主动消声要求在系统设计时应综合考虑机房位置、避免设备容量随意偏大,目的是将系统整体噪声标准要减到最小。被动消声则是根据系统的设置情况,针对其中某些无法避免的噪声设备和房间通过增设消声器或隔音材料来降低噪声对外界的影响。主要包括以下内容: 

  1.1 机房消声 

  首先机房布置应远离需要安静的环境或房间,单独设置在建筑物地下室内,这样可使对毗邻房间的噪声干扰减少到最低程度,同时又能增加系统声音的自然衰减。但是需做好送回风管道、消声器在地下室的防潮和防水问题,否则将影响到其声学性能。大型公建地下室机房需避免与电梯井相对,以免噪声通过电梯井传至楼层。 

  地上空调机房一般配置在空调用房的附近,这种情况下,可采用以下措施: 尽量避免机房与空调用房直接贴邻,中间最好采用储藏室、库房、盥洗室等房间隔开;机房内产生振动设备做隔振处理;机房门采用双层门或隔声门斗;机房墙体增厚或贴吸音棉;对于机房内穿向室外的管线留洞,均需密封处理。 

  1.2 设备消声 

  设备噪声是空调系统中的主要噪声,因此,做好设备消声设计对整个系统对建筑声环境的影响有重大意义。空调设备主要包括冷水机组、水泵、风机、空调箱、冷却塔等,由于设备运行时一定会产生噪声,所以选择设备时首先要考虑使用低噪声的设备;其次应对所选设备的参数进行严格的计算,满足使用要求即可,避免设备容量、压力以及功率过分偏大;最后,尽量将设备放置于人员活动较少的区域,有条件时,应考虑设置机房,机房内做消声处理,吊顶内设备尽量考虑做隔声构件,经常使用的设备周围应注意需留出散热空间。 

  1.3 气流附加噪声的控制 

  空调系统除设备外,风道管件也会因风速过大而产生附加噪声,一般高层民用建筑,大多数风系统是低速系统,风速在8-10m/s以下时,附加噪声值与风机噪声相比是较小的。由于噪声的迭加是对数迭加,因此,附加噪声此时一般不会对风系统噪声的提高产生明显的影响。同时,管件本身对噪声也存在一定的衰减,使附加噪声的影响更小。只有在对噪声要求高的场所,才会考虑此部分的附加噪声影响。 

  1.4 防止管道串声 

  当相邻房间的送回风使用同一系统时,必须采用消声措施来避免相邻房间之间的传声,例如增加两房间送风口距离、在空调管道内粘贴吸声材料,对应的空调房间送风支管增加消声器或弯头;特别严格的时应采用独立送回风系统,最典型的就是在影院的空调系统中,这种方式使用较多。 

  2、 消声器设计及选用 

  2.1 消声器选型 

  消声器是一种设与风道上防止噪声通过风管传播的一种设备。它的选型是由空调系统噪声存在的方式和性质以及消声器本身的性能特点决定的,选型同时还要考虑以下几方面: 

   1)系统需要消声器提供的消声量。 

   2)根据允许设置消声器的空间大小、位置来决定采用直管消声器或消声弯头。 

   3)是否有防火、防腐、防水等要求 

   4)系统可以提供消声器损耗的压头。 

  空调系统为了使整个频程范围内消声器都具有较好的消声特性,工程中应用比较多的是阻抗符合消声器。 

  2.2 气流对消声器的影响 

  目前对消声器的消声量有两种给出方式:一种是直接给出动态消声量,即在气流一定速度时的消声器;另一种是给出静态消声量。由于空调风系统始终有气流速度,因此给出动态消声量较为合理。若给出的是静态消声量,则需要考虑气流流速的影响。 

  气流对消声器的影响如下:LWA=a+60lgv+10lgA 

   式中LWA——消声器气流噪声的声功率级; 

   A——消声器的比声功率级; 

   V——消声器内的平均流速(m/s); 

   A——消声器的气流通道面积(m2)。 

  由此可见,消声器的气流流速决定了其性能,当气流流速增大时,其声功率级增加,意味着气流噪声增加,消声量下降。当消声器入口声级经静态消声后的静态出口声级大于LWA时,气流噪声对于消声性能的影响较小;反之,如果静态出口声级小于LWA,则说明消声器出口声级将大于入口声级,表明消声量为负值,不但不起小升作用,反而使消声器后的噪声增加。当这种情况出现时,解决办法一是采用更好的性能的消声器,二是降低气流速度。 

  2.3 消声器设置位置 

  从以上的分析可以看出:当消声器入口声级较高时,其出口声级也会比较高,而只要出口声级高于LWA,消声器的使用就是有效的。因此消声器入口应放在声源较高的位置,通常设于空调机或风机的出口比较合理。为了防止通过负压管道引起的噪声传播,在风机入口通常也应考虑一定的消声措施。由于此时噪声传播方向和气流方向相反,因此消声器的消声量将得以提高。 

  为了防止通过负压管道引起的噪声传播,在风机入口通常也应考虑一定的消声措施。由于此时噪声传播方向和气流方向相反,因此消声器的消声量将得以提高。 

  当气流经过消声器流速较大时,虽然具有一定的消声作用,但是出口的噪声仍旧可能会很高而不满足使用要求。风速设计较高的原因主要是由于建筑空间有限造成的,因此这种情况下,一个较有效的办法是在气流速度较低的末端支管上增加消声设备,当然这种做法将使整个系统的造价有所提高,应综合考虑后再做决定。 

  3、减振设计 

   噪声本身是由于震动产生的,在消声设计中,只是把气流传递的噪声进行了处理。然而,管道与设备相连,设备振动时,必然通过管道、基础及楼板等把振动传递给其他房间。这一系列的振动传递也将使噪声得以传递,从而对使用房间产生影响。在20~2000Hz范围内,振动和噪声传递是一致的。减振设计主要包括以下两方面: 

  3.1 空调设备减振 

   空调设备减振设计标准通常以振动传递率T来衡量。 

   T=∣1/(1-f/f0)2∣ 

   式中 f——设备自身扰动频率; 

  f0——减振器自振频率; 

   根据以上公式减振体系的减震效果主要取决于扰动频率和自振频率。对于各种不同的设备自身扰动频率也不一样,但是当减振台座的重量越大,减振体系重心越低时,稳定性越好。 

  工程中,对于冷水机组,一般采用橡胶减振垫即可,对于要求较高的场合,也可采用型钢台座加减振器。风机一般采用吊装或落地安装,吊装时,稳定性较差,常采用弹簧吊式减振器,落地安装时,可由厂家配套供应阻尼弹簧式减振器。空调箱风机由于其在机组内部已经设置减振措施,一般设置橡胶减振垫即可。在各类公共建筑中,水泵使用较多,产生振动很容易传至室内,应采用合适的传递率进行隔振设计,使隔振系统与水泵转速的频率比大于3;常用的方法是采用减振台座,台座的质量应为水泵质量的1.5~2.5倍;台座形式以钢筋混凝土T形板为好。 

  3.2 设备管道减振 

  设备的振动还会通过所连接的管道传递出去,因此必须消除或减少这部分振动传递。 

  一般民用建筑中,对于水路系统,通常的做法是在设备出、入口位置设置橡胶或金属软接,对于风机及空调箱,设备进出口宜采用软风管连接,软风管长度控制在150mm~200mm,以免对风机性能造成影响。 

  四、结束语 

  目前工程中,暖通设计人员对于噪声控制设计也越来越重视,也采用了很多的方法和措施,但是工程竣工后,还是会出现较多问题。究其原因,主要有以下几个方面:1、噪声控制设计不仅仅是暖通设计人员的工作,同时需要建筑、结构专业的密切配合,而设计过程中往往只有暖通一个专业重视噪声的控制设计,这就造成了设计的不完善。2、暖通专业设计人员整体上缺乏噪声与振动控制的专业知识和技能,不能对控制对象进行科学、合理的分析和针对设计。3、我国目前消声减振产品的生产技术相对落后。4、业主和施工单位缺乏对噪声控制重要性的认识,施工过程中不能严格按照设计要求执行。 

  参考文献 

  [1]陆耀庆.实用供热空调设计手册 .北京:中国建筑工业出版社,2008 

  [2]严济宽.机械技术振动隔离技术 .上海:上海科学技术文献出版社,1986 

  [3]项端祈.空调系统消声与隔振设计 .北京:机械工业出版社,2004 

  [4]潘云钢.高层民用建筑空调设计 .北京:中国建筑工业出版社,1999 

  [5]李耀中.噪声控制技术.北京:化学工业出版社,2001 

  [6]于秋燕.民用建筑空调系统的消声降噪研究.北京:首都经济贸易大学,2003 

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