暖通空调系统的消声与隔振

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       暖通空调系统的噪声属于其中的工业噪声范畴。

　　空调系统的噪声源

　　一、设备噪声
　　系统噪声源包括：
　　     · 水泵
　　     · 制冷机
　　     · 冷却塔
　　     · 风机

　　1. 声音的计量：
　　⑴ 声功率W：
　　声源在单位时间内对外辐射的声能，即在全部可听范围所辐射的功率，单位W。

　　⑵ 声强 I：
　　单位时间内通过垂直于传播方向上单位面积的平均声功率，W/m2。

　　⑶ 声压 p：
　　由声波引起的介质压强变化，即声波传播时介质的压强与无声波时介质的静压之差，Pa 。

　　2. 声级的概念
　　人的听觉响应与声强、声压呈对数关系。并且人耳听觉范围非常宽，为了方便对声音的计量，设定级差来进行声音的计量。

　　按10倍为一级，把人耳感觉范围内的声音参数划分为若干个区段，每一区段作为一个级。

　　声级的符号为L，以不同的下标符号来代表声强、声压和声功率，三种声级的单位均为分贝dB。

　　级是相对比较的量，是实际参数与参考值的比。

　　⑴ 声压级

　　p0——参考声压，可听阈 p0=2×10⁻⁵Pa


　　⑵ 声强级

　　I0——参考声强，可听阈 I0=1×10⁻12W/m2


　　⑶ 声功率级

　　W0——参考声功率， W0=1×10⁻12W

　　3. 声源声级的叠加：
　　声级的叠加是非线性，不能简单算术叠加，而是需要按对数运算规律进行。

　　两个声源的声级叠加：

　　设L1≥L2，n个相同声源L1叠加：

　　⑴ 通风机的噪声
　　噪声计算：
　　离心式：

　　轴流式：

　　式中：
　　LW——风机的总声功率级，dB;
　　LWC——通风机的比声功率级，dB;
　　Q——通风机的风量，m3/h;
　　H——通风机的全压，Pa;
　　δ——工况修正值，dB。
　　比声功率级LWC：表示相似通风机的噪声特征。
　　它是指同系列通风机在单位风量(1m3/s)，单位静压(1mmH2O)下运行的噪音。

　　确定方法：
　　     · 一般由厂家的风机样本给出;
　　     · 根据流量系数查有关设计手册;
　　     · 经验估算，最高效率点附近可取LWC=24dB。

　　定性分析：
　　     · 风机声功率级与风机的风量、风压、功率成正比;
　　     · 随风机转数的增加而增加，风机转数增加1倍，声功率级约增加15dB;
　　     · 与风机叶轮直径成正比，直径增加1倍，声功率级约增加6dB;
　　     · 与机型有关：噪声功率级。辐流风机>离心风机;
　　     · 与离心机叶片形式有关。离心机噪声：后向叶片>前向叶片;
　　     · 与风机运行效率有关。低效率噪声>额定效率噪声。

　　⑵ 冷水机组的噪声
　　估算：
　　① 离心式冷水机组

　　Q0——制冷量，kW。
　　LP一般是指距机组1m处的噪声值。

　　② 往复式冷水机组

　　⑶ 水泵的噪声

　　N——水泵电机功率，kW。

　　⑷ 冷却塔的噪声
　　厂家样本提供，分为三种：标准型、低噪声型、超低噪声型。

　　二、气流噪声
　　1. 产生气流噪声的风道管件有：
　　直管、弯头、三通、出风口、阀门等局部阻力构件。

　　2. 特点：
　　     · 风速越大，气流噪声越大;
　　     · 气流噪声比风机噪声小得多，影响不明显;
　　     · 管件本身对噪声也存在一定的衰减。

　　3. 处理方式：
　　低速风管系统(风俗小于8-10m/s)流速已考虑了噪声因素，故：
　　     · 低速系统通常不再考虑气流噪声。
　　     · 大多数通风空调系统是低速系统。
　　     · 噪声要求较高或风速过大时，需考虑。

　　噪声控制标准

　　一、噪声控制标准
　　室内噪声标准：指房间内允许的噪声级。
　　低频噪声允许的分贝值较高。

　　二、噪声评价方法
　　1. A声级LA
　　采用频率计权网络A为基础，模仿人耳的频响特性测得的声级称为A声级，用dB(A)表示。

　　2. NR曲线
　　不同频带允许噪声值(声压级)的标准。又称N曲线。

　　3. A声级与NR数的转换

　　式中
　　LA——声级计A档读数;
　　NR——噪声评价曲线号数。

　　噪声控制措施

　　一、降低声源噪声
　　噪声控制的治本措施，主要应注意：
　　     · 设备选型——高效低噪。
　　     · 减少流量和流速，降低阻力。
　　     · 传动方式——直联。
　　     · 管路设计要合理：
　　——减少风机进出口处的管道急弯;
　　——风管弯头和三通支管等处，装设导流叶片，避免涡流;
　　——少装或不装调节阀，减少或避免气流遇阀门阻碍所产生的噪声。

　　二、噪声的自然衰减
　　1. 直管道
　　噪声衰减量与管道内表面积(周长及长度)成正比，与管道截面积成反比。另外与管壁吸声系数成正比，但一般光滑管道吸声系数很低，忽略不计。

　　2. 弯头
　　低频段噪声衰减量：方形大于圆形。高频段噪声衰减量二者相同。导流叶片方弯头介于圆形与方形之间。
　　弯头的噪声衰减量与弯头直径有关，在一定尺寸范围内，大直径弯头的噪声自然衰减量较大。
　　矩形弯头按当量直径De计算：

　　a、b——矩形的边长

　　3. 三通
　　三通噪声传递：按分支管面积比分配。
　　三通噪声衰减：

　　式中
　　ΔL——噪声自然衰减值，dB;
　　F——计算支管的截面积，m2;
　　ΣFi——三通分叉后全部支管截面积之和，m2。

　　4. 变径管噪声衰减：

　　式中：m=F2/F1
　　F2为变径后管道截面积
　　F1为变径前管道截面积
　　“突然扩大”、“突然缩小”计算相同。

　　5. 风口末端损失
　　自然衰减的原理：类似于突然扩大变径管，在截面积发生改变的过程中，部分声功率因反射产生衰减。

　　计算参数：
　　     · 风口尺寸(当量直径De或风管截面积F)
　　     · 噪声频率。

　　6. 房间吸声
　　房间内表面和室内设施对声音的吸收，使声功率级受到衰减。

　　参数：
　　Q——风口指向因素，与风口、测点夹角、风口长边尺寸、噪声频率有关。
　　r——测试距离
　　R——房间常数，与房间内表面积和吸声状况有关。

　　三、空调系统的消声计算
　　1. 计算目的
　　保障室内噪声满足噪声控制标准的要求。

　　2. 计算内容
　　室内声压级：
　　     · 声源的声功率级(+)
　　     · 管路的自然衰减量(-)
　　     · 房间吸声量(-)
　　噪声超标量：室内声压级与容许标准声压级之差。

　　3. 选择消声设备
　　对上述计算，当室内声压级Lp不能满足室内的某一NR曲线时，则应该分别按其频率所要求的消声量来选择消声器。

　　四、消声器
　　消声器根据其消声原理，大致可分为阻性消声器和抗性消声器两大类。

　　1. 阻性消声器
　　⑴ 消声原理：
　　管内敷设吸声材料，声波在吸声材料的孔隙中引起空气和材料振动而产生摩擦及粘滞阻力，将声能转化为热能而被吸收，使沿管道传播的噪声迅速衰减。

　　⑵ 吸声材料特点：
　　具有孔隙。与保温材料类似，区别在于前者为开孔，而后者为闭孔。

　　⑶ 适应频段：
　　对中、高频噪声的消声效果较好。

　　2. 抗性消声器
　　结构上分为两类：膨胀型和共振型，适宜控制低、中频噪声。

　　⑴ 膨胀型消声器
　　消声原理：
　　利用气流通道断面的突然扩大，使沿通道传播的声波反射回声源方向。

　　使用特点：
　　     · 无消声材料，耐高温、腐蚀，不起尘;
　　     · 膨胀比较大，通常为4～10，消声器体积较大，故一般用于小管道。

　　⑵ 共振型消声器
　　消声原理：
　　频率相同(噪声频率与吸声结构固有频率相同)，产生共振，共振引起摩擦(结构内空气柱中的空气与共振结构体之间产生摩擦)，消耗声能。

　　使用特点：
　　具有较强的频率选择性，有效频率范围小，可专门针对指定的噪声频率进行消声。

　　固有频率的设定：
　　通过设定共振结构的特殊尺寸设定消声器的固有频率。包括共振腔深度、穿孔板孔径和板厚。其中当孔径小于1mm时，称为微穿孔板消声器。

　　3. 复合式消声器
　　将阻性和抗性二者结合，形成阻抗复合式消声器：
　　     · 内部吸声材料吸收中、高频噪声——阻性效应;
　　     · 利用气流通道截面积的突然扩大或通过一定的开孔率及孔径，使低、中频噪声得以迅速衰减——抗性效应。

　　特点：
　　     · 扩大控制噪声的范围。
　　     · 复合型消声器能处理的噪声频率范围比阻性和抗性消声器宽;
　　     · 单从高频或低频段来看，同样尺寸的复合型消声器，消声性能分别不如阻性消声器和抗性消声器好。

　　4. 其它类型
　　具有消声功能的风管配件，如：消声弯头和消声静压箱。

　　5. 消声器的选择与布置
　　⑴选择
　　     · 首先考虑风管系统的自然衰减，利用附加消声功能的风管配件。
　　     · 按频率特性选用对应的消声器。
　　     · 注意消声器安装尺寸和阻力。

　　⑵ 布置
　　     · 靠近噪声源;
　　     · 布置在气流稳定管段上;离局部阻力构件保持4~5倍风管直径距离。
　　     · 风机进、出口管段均应设置消声措施;
　　     · 防止其他途径二次噪声污染。
　　管道通过噪声房间，虽然管道装有消声器，但管道和噪声房间仍需要考虑防噪措施。

　　暖通空调装置的隔振

　　振动的产生：
　　热泵、冷水机组、风机、水泵等设备在运转过程中会产生振荡，是由于旋转部件的惯性力、偏心不平衡产生的扰动力而引起的强迫振动。

　　振动的危害：
　　     · 产生高频噪声，通过设备底座、管道与构筑物的连接部分引起建筑结构的振动：
　　     · 、
　　     · 过大的振动影响建筑物的使用寿命;
　　     · 、
　　     · 以声波形式向空间辐射产生固体噪声污染。

　　隔振方式：
　　     · 积极隔振：隔离振动源的振动，防止或减小振动对外部的影响。
　　     · 消极隔振：防止或减小外部振动(如机械设备锻锤、交通轨道等)对构筑物及室内仪器、仪表、精密机械的影响，而采取的隔振措施。


　　我们讨论的内容属积极隔振范畴。

　　一、基本概念
　　1. 固体声
　　通过固体材料振动传递到房间内的噪声。
　　设备振动，传给基础，再而传给结构。振动传递到房间，转化为噪声。

　　2. 振动传递率T
　　通过隔振装置传给基础的力与振动作用于机组的总力之比。又称隔振系数或隔振效率。

　　FT ——基础受到的振动力;
　　F0 ——机组产生的总振动力;
　　f ——振源的振动频率，Hz;与转速有关
　　f0——隔振装置的自振频率，Hz 。

　　⑴ 当振源频率与隔振装置的固有频率之比f/f0<1
　　隔振装置自有频率f0>振源振动频率f，振动传递率|T| >1。隔振装置不起作用。

　　⑵ 当振源频率与隔振装置的固有频率之比f/f0=1
　　振动传递率：T=∞。系统发生共振，减振系统不但不起减振作用，反而放大振动的干扰力。

　　⑶ 当振源频率与隔振装置的固有频率之比f/f0>√2
　　振动传递率：T < 1，即有： FT<f0。基础受到的振动力小于机组总的振动力，说明隔振装置起到了减振作用， </f0。基础受到的振动力小于机组总的振动力，说明隔振装置起到了减振作用，

　　结论：
　　     · 理论上f/f0越大，T越小，隔振效果越好。
　　     · f/f0越大(即隔振装置的自有频率越小)，造价越高，且减振效果的提高越来越缓慢。
　　实际工程：一般取f/f0>3，具体按建筑类别或设备种类，推荐采用的振动传递率见设计手册。

　　二、隔振装置的选择
　　1. 常用类型
　　隔振器：

　　隔振垫：
　　橡胶、软木、玻璃纤维板、毛毡等。

　　2. 材料特点：
　　软木：
　　     · 刚度大，固有频率f0高;
　　     · 要求隔振效果好，则f/f0要大，
　　     · 适用于振动频率f 较高的设备，
　　     · 而f=n/60，即高转速设备。
　　     · 固有频率与厚度成反比;
　　     · 软木种类多，性能很不稳定。

　　橡胶：
　　是常用隔振材料：
　　     · 弹性好、阻尼比大;
　　     · 造型压制方便、价格低;
　　     · 可多层叠合，降低固有频率;
　　     · 易老化，寿命短。

　　3. 金属弹簧
　　广泛应用的隔振装置
　　     · 承载力强，刚度低、阻尼比小;
　　     · 加工方便，性能稳定;
　　     · 耐久性好，寿命长。
　　由于刚度低，固有频率低，适合用于振动频率不高的设备。

　　4. 选择
　　     · 材料必须具有弹性。
　　     · 弹簧减振器静态形变值较大，橡胶和软木等次之。
　　     · 设备转速≤1200rpm，宜用弹簧隔振器;
　　     · 设备转速>1200rpm，宜用橡胶隔振垫、软木垫或者橡胶隔振器。

　　5. 隔振器选择要求：
　　     · 设备的运转频率与隔振器自振频率之比，应大于等于2.5;
　　     · 隔振器承受的荷载不得大于允许工作荷载;
　　     · 隔振器与基础之间宜加一定厚度的隔振垫。

　　三、消声隔振的综合措施
　　     · 风机进出口装帆布软接头;
　　     · 制冷机、水泵进出管路设隔振软管;
　　     · 设备基础减振;
　　     · 管道吊卡、穿墙和楼板时作防振;
　　     · 消声后的风管防止二次噪声传递。

　　来源：声振之家公众号根据重庆大学城市建设与环境工程学院《暖通空调系统的消声与隔振》PPT讲义整理