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    空調系統噪聲與振動如何控制?

    發布日期:[2017-10-26 20:58:00]    共閱[]次

    新業防爆空調  空調系統使用范圍具有廣泛性和普遍性,空調系統給人們的生活、工作帶來了極大的舒適和便利。但是,噪聲與振動是空氣調節系統的使用者所受到的較嚴重的干擾。
      一、空調系統的主要噪聲源分析
      1、空調設備振動噪聲
      制冷機組、空壓機振動屬自激振動,振動噪聲有機械噪聲、電磁噪聲,影響擾動頻率有電機轉速及電機的極數、軸承滾軸的個數、減速箱的轉速及齒輪數等。其主導因素是電機轉子轉動導致不平衡振動,電機轉速是計算干擾頻率的基本數據。由于變頻器的廣泛應用,調整電機的轉速而改變了曳引機系統的擾動頻率,也對擾動頻率的構成產生較大影響。
      循環水泵運行時葉片與介質發生相對運動,使介質產生壓力波動而形成旋轉噪聲,以及脈沖噪聲、渦流噪聲;管道內的介質運行情況的變化會使管道產生震動現象,特別是在管道拐彎多,管道重疊交錯又彼此相連的情況下,在流體激振力的作用下,管路自身也會產生振動甚至是強烈沖擊。這些振動波經過結構輻射形成的空氣噪聲。
      2、通風系統振動噪聲
      通風系統的噪聲包括通風機噪聲和管道的氣流再生噪聲。通風機的噪聲主要是空氣動力噪聲和機械撞擊、振動產生的空氣聲和通過結構傳播的固體聲。氣流再生噪聲即氣流激發管壁或構件產生振動而再次產生的噪聲。其頻譜特性一般為中、低頻噪聲,隨風速的提高,高頻成分逐步增加。聲能透射墻體或樓板等構件的大小與聲波的頻率有關,一般頻率越低透射聲能也越大。
      3、冷卻塔振動噪聲
      冷卻塔的振動噪聲有風機系統振動噪聲、氣流噪聲(屬低頻)和落水噪聲(屬中高頻)。機械通風冷卻塔以風機系統振動噪聲、氣流噪聲為主,落水噪聲較小。
    空調噪音
      二、空調系統噪聲振動控制的途徑
      聲音來源于物體的振動,物體振動發出的擾動在彈性媒質中沿空間把振動的能量傳播的過程中形成聲波,振動是噪聲產生的根源。振動噪聲影響的存在要有三個條件:振動噪聲源、傳播途徑、接收者,這同時也是控制的三個途徑。
      1、從聲源上控制噪聲
      選用加工精度高、裝配質量好的低能耗、低噪聲的優質產品;采取改變噪聲源的運動方式;如用阻尼、隔振等措施降低固體發聲體的振動,使之與激振力主要頻率分開,防止共振;將大面積板件粘貼阻尼層,可降低聲輻射;完善設備維護和保養制度,杜絕由于設備運動狀況不佳導致噪聲增大。
      2、動靜分離合理分布噪聲源設施
      在保證空調系統的工藝流程合理流向的前提下,動靜分離,合理布局設施功能區域、確定噪聲源設施的位置。對于各種噪聲源的設備或機房,在條件允許的情況下應當遠離要求安靜的房間。對于管路或其它噪聲源,避開噪聲敏感點,利用噪聲在空氣中的傳播衰減的特點,減少噪聲控制工程量。
      3、提高圍護結構隔聲,控制空氣噪聲傳播
      從聲學角度說,同質材料隔聲效果遵循“質量定律”,即質量越高、越厚重的材料隔聲效果越好,面密度與隔聲量成正比關系。頻率降低一半,傳遞損失要降6dB;質量增加一倍,傳遞損失就會增加6dB。在這一定律支配下,若要顯著地提高圍護結構的隔聲能力,可選擇高質量的隔聲層材料或者增加隔聲層的厚度。但是,由于任何材料對聲波頻譜的阻隔均有其波谷,單質材料由于其波谷頻率的阻隔的不足也制約著其隔聲量的提高。在雙層薄板材料中間夾有阻尼層,阻尼層對薄板材料的隔聲性能有明顯的提升作用,特別是在抑制隔聲構件因低頻共振和吻合效應所形成的隔聲低谷上十分有效,這就突破了“質量定律”的限制。厚度為16mm、質量為16Kg/m2、隔聲量為36dB(A)的“阻尼隔聲板”已廣泛地應用在噪聲控制工程上。
      4、配置隔振系統,阻隔固體結構傳播
      減弱振動設備傳給建筑結構的振動是通過消除它們之間的剛性連接實現的。在振動設備與建筑結構間配置的隔振系統,可有效地隔絕振動,從而降低振動經建筑結構的傳遞。隔振效果的衡量標準是傳遞比(或稱隔振系數)T,它表示振動設備總的振動力有多少部分動力經由彈性隔振裝置傳給建筑結構。
      設備的擾動頻率?是由設備自身的條件決定的,是固定值。為了降低傳遞振動噪聲,主要是從降低隔振系統的固有頻率Hz,降低振動傳遞比T,及降低設備傳遞的振動(振幅、加速度級)著手。
      5、吸聲減少噪聲聲級
      對設備機房內壁進行吸音處理,以減弱房間內的混響反射和低頻駐波。吸聲是一種有效的阻斷與減少聲傳播的措施,是一種較基本與較常用的措施。使用可以吸收聲能的材料或結構裝飾在機房內的壁畫,可以吸收噪聲源發出的噪聲射到上面的部分聲能,使反射聲減弱,接受者這時候聽到的只是直達聲和已減弱的混響聲,使總噪聲級降低。混響時間的減少量與噪聲的降低值具有數學上的線性關系,可根據相關公式計算。使用能吸收較高聲能的材料或結構,一般可降低噪聲6-10dBA。
      三、設備振動噪聲控制
      1、設備機房圍護結構的隔聲
      空心磚墻、混凝土空心砌塊墻、加氣混凝土砌塊墻的隔聲量低于同等厚度的實心磚墻,其隔聲量與墻的厚度、砌塊間的孔隙、抹灰的砂漿質量相關。但是,由于建筑結構承受荷載的原因,更多情況下只允許設置輕質隔墻。使用阻尼隔聲板設置的輕質復合隔墻可滿足要求較高的隔聲要求。同時,重視機房的孔洞、縫隙、穿管等對圍護結構隔聲性能的影響。
      門窗的設置對于設備機房的圍護結構來說是一個必不可少的構件,門窗的啟閉性使它形成一個特殊要求的構件。它不僅依賴于門窗扇的隔聲性能而且與門窗扇和門窗框、墻體之間縫隙的大小密切相關。這種特殊的門窗稱為隔聲門、隔聲窗。
      2、設備的隔聲罩
      將噪聲源封閉在一個相對小的空間內,以減少向周圍輻射噪聲的罩狀殼體,稱為隔聲罩。這是在聲源處控制噪聲的有效措施。隔聲罩通常是兼有隔聲、吸聲、阻尼、隔振和通風、消聲等功能的綜合結構體。隔聲罩可以是固定型的,也可以是活動型的。隔聲罩不能與設備有任何剛性相連,隔聲罩靠地面部分應有彈性減震材料,防止隔聲罩震動及噪聲泄漏。罩體上需開觀察窗、維修門及散熱消聲器。散熱消聲器要注意根據熱氣上升的原理,做到低進風,高出風。確保隔聲罩內的通風合理順暢。
      3、設備的振動控制
      隔振系統的承載力為單個隔振器承載力之和。為保證隔振系統的平穩度,可降低隔振器彈性模量,增加隔振器設置數量,擴大隔振系統承載面積。由于隔振系統安裝后更換隔振器會造成很大的困擾,應適當降低隔振器的許用應力,以提高使用的安全性。同時,設備運行過程中機座承受的總荷載是在一定的范圍內變動,隔振系統的各個隔振器所承受的點荷載也不均衡。這就必然會使部分隔振器超載,部分隔振器荷載不足,隔振器的工作承載超出荷載范圍均會導致隔振效率降低。同時,隔振系統必須考慮采用一定的阻尼以減少振動設備啟動和停車時通過隔振器的固有頻率時產生的共振現象。
      4、設備層的振動控制
      對高層建筑設備層等隔振要求高的場所,設置一次隔振系統往往不能滿足隔振要求。在設備層地面設置浮筑結構,如在原地面上鋪設的彈性隔離層,將原地面與二次澆筑混凝土層其間形成沒有結構聯接的間隙,使二次澆筑混凝土層形成獨立于原地面的質量塊,在水泵設備與浮筑結構之間設置隔振系統,則形成二次隔振。由于彈性隔離層與隔振系統的固有頻率不一致,二次隔振的隔振效率大大提高。
      5、設備及空壓機通風散熱
      設備機組在工作的同時,也將部分能量(電能)轉變成了熱能。一般情況下電動機功率的10%會轉變成了熱能散發,會導致機房溫度升高,不利于設備機組的正常工作。而且,設備機組在工作時,也會產生有害廢氣。而在設備機房的隔聲的同時,也導致熱能在機房滯留積累,應通過機房的通風換氣系統將散發在機房內的熱能及有害廢氣通過進出風量來帶走。而進出風口同時也是機房噪聲的傳播途徑,在進出風口設置進出風消聲器。
      特別是空壓機機組,在生產壓縮空氣的同時,也將供應給它的能量(電能)轉變成了熱能。這些熱能中的4%左右由壓縮空氣帶走,2%左右通過機器及管道以輻射型式散發出去,而大部分熱能(約94%左右)都傳給了冷卻介質,將散發在空壓機房的熱能也要通過進出風量來帶走。所以,空壓機機組的噪聲振動控制工程中,不但要做好結構固體振動傳聲的隔振、圍護結構的空氣噪聲的阻隔,通風散熱系統的合理設置至關重要。
      四、通風系統振動噪聲控制
      1、風管及部件減噪設計
      空調系統管道截面積的確定:
      在系統設計中,提高氣流速度可以減小管道斷面,這不僅可以減少設備和建筑投資,同時,在有限的設備層空間內便于配置管道系統。但氣流速度高,氣流噪聲就難以控制。目前,在工程實踐中,空調用房超過允許噪聲標準的多數由氣流噪聲所造成。因此,必須根據空調用房的噪聲標準要求,確定允許的氣流速度。空調系統管道的風量風壓設計應做到均衡穩定,進出風系統應設相應的進風或排風管道,使之相匹配。管道的有效截面積應根據管道的額定風速及各自承擔的有效風量確定,保持風壓均勻,防止產生氣流再生噪聲。計算風道時,風速不能太大,風速太大會使風道內風噪聲和振動加大。
      進、出風口的設計處理:
      與風機連接的風道彎頭設置的方向應與風機風頁的旋轉方向順向,防止產生風道渦流,影響風機的風量。風機的進、出口都應做柔性接頭隔振。風機進、出口處的管道不宜急劇轉彎,風道應杜絕直角彎頭。合理分配空調分系統,分系統風量不要過大,作用半徑不能太長,以減少通風系統長距離輸送導致壓降,既減少風壓的損失,也避免產生氣流再生噪聲。當一根風管輸送到多個房間時,宜擴大相鄰房間送風口的距離,或采用增加消聲彎頭、風管內壁粘貼吸聲材料等措施,防止房間的噪聲干擾。
      2、風管的振動控制
      風管支承架隔振
      風管的振動會通過支承架進入建筑結構產生固體傳播。因此,排風管應使用隔振支承架,延伸的風管,沿途均須使用彈性吊桿、彈性吊架。彈性吊桿的荷載應與風管的荷載相匹配。管道經過墻體、樓板時,應設置隔振阻尼墊,不能剛性接觸。
      風管的管壁阻尼約束
      在截面積較大的方型風管,應增加管壁厚度或在管壁上設置楞筋、在管內增設支撐,以增加管壁的剛性,以避免產生風管激振力噪聲,在風管外設置阻尼層及約束層,能增加振動沿風管的衰減率,減少經由風管的振動傳播。風管外的保溫措施也可起隔聲作用。
      3、消聲器及靜壓箱
      1)消聲器
      消聲器是阻止聲音傳播而允許氣流通過的一種器件,是消除空氣動力性噪聲的重要措施。消聲器是安裝在空氣動力設備的氣流通道上或進、排氣系統中的降低噪聲的裝置。在空調系統主要使用阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復合式消聲器。
      阻性消聲器主要是利用多孔吸聲材料來降低噪聲的。把吸聲材料固定在氣流通道的內壁上或按照一定方式在管道中排列,就構成了阻性消聲器。當聲波進入阻性消聲器時,一部分聲能在多孔材料的孔隙中摩擦而轉化成熱能耗散掉,使通過消聲器的聲波減弱。阻性消聲器對中高頻消聲效果好、對低頻消聲效果較差。
      抗性消聲器主要是通過管道截面的突變處或旁接共振腔等在聲傳播過程中引起阻抗的改變而產生聲能的反射、干涉,從而降低由消聲器向外輻射的聲能,以達到消聲目的的消聲器。主要適于降低低頻及中低頻段的噪聲。抗性消聲器的較大優點是不需使用多孔吸聲材料,因此在耐高溫、抗潮濕、對流速較大、潔凈要求較高的條件均比阻性消聲器好。
      阻抗復合式消聲器由阻性結構和抗性結構按照一定的方式組合構成。
      2)靜壓箱
      靜壓箱可以把部分動壓變為靜壓,獲得均勻的靜壓出風,減少動壓損失。而且還有萬能接頭的作用。把靜壓箱應用到通風系統中,可提高通風系統的綜合性能。靜壓箱使用在風管需要較大變徑,但現場安裝距離又無法滿足變徑所要求的長度時,在風管與空調設備接口通常靠靜壓箱連接。靜壓箱箱體內安裝吸聲材料,可起消聲器的作用。
      3)消聲器的安裝
      消聲器可直接安裝在通風機的進、出口,以降低通風機噪聲;風管的彎頭、三通可安裝在通風管道上,以降低通風機和管道上游的氣流再生噪聲;也可在機房或空調房間的進、出風口安裝風口消聲器,以消除系統的噪聲對環境或空調房間的干擾。風口設置風機盤管空調器送風,可通過風壓箱風道送風。為降低室與室之間通過風管傳播的干擾噪聲,也為了減少管道傳到室內的噪聲,應有風口消聲器。
      由于空調系統管道長、彎折多,對中高頻噪聲大多具有較好的自然衰減,針對空調管道系統噪聲控制的特點,應盡量選用能有效降低低頻頻帶的消聲靜壓箱。
      五、冷卻塔振動噪聲控制
      1、機械通風冷卻塔隔振系統
      冷卻塔振動控制主要是阻隔振動的傳播途徑。而冷卻塔的安裝往往是將冷卻塔固定在承重地梁上,之間均為硬聯接。在冷卻塔承力結構的立柱下設置隔振器,隔振系統的承載力為單個隔振器承載力之和。由于冷卻塔隔振系統安裝后更換隔振器會造成很大的困擾,應適當降低隔振器的許用應力,降低隔振器的單個荷載,增加隔振器的數量,以提高使用的安全性。
      2、冷卻塔消聲系統的特點
      由于冷卻塔所用軸流風機風壓低風量大,其有效風量和整體散熱效果對消聲系統的阻力損失極為敏感。當冷卻塔出風口消聲裝置壓降較大時,會增加冷卻風扇的阻力,導致風量減少,水溫上升,結果對原系統熱工性能產生影響。為減少對原系統的熱工性能影響,就必須減少對軸流通風機系統的進排風的氣體壓力損失;適當加大進、出風有效截面積,將消聲器中的氣流速度設計在5m/s以下。
      3、冷卻塔噪聲控制措施
      1)聲屏障
      聲屏障就是在聲源與受聲點之間插人一個設施,用以隔斷并吸收聲源到達受聲點的直達聲波,使部分聲波受阻反射,部分聲波則經吸收衰減后通過屏體透射(極小)和屏頂繞射等附加衰減形式到達受聲點,達到減輕受聲點的噪聲影響、取得降噪效果的目的。隔聲屏障的隔聲原理、在于它可以將高頻聲反射回去,使屏障后形成“聲影區”,在聲影區內噪聲明顯降低。對低頻聲,由于繞射的結果,隔聲效果較差。如果在隔聲屏障朝向聲源的一面加鋪吸聲材料,并盡量使屏障靠近聲源,則會提高降噪效果。
      2)落水阻尼降噪
      落水消能降噪聲裝置主要由“支承構架”及“落水阻尼降噪墊”組成。“支承構架”又可分為漂浮式及固定式二種形式。使用落水阻尼降噪墊,在冷卻塔落水撞擊水面之前,使落水先在降噪裝置上經無聲擦貼、粘滯減速、挑流分離、疏散灑落等消能形式的過渡,取得消減落水沖擊噪聲的治理效果。
      小型無動力冷卻塔可使用簡易的一般材料,如凹凸海綿設置在水面上,也可取得較好的阻尼降噪效果。
      3)冷卻塔消聲結構
      由于冷卻塔往往數量多,體積大。如果按照常規做法,設置進風消聲器、出風消聲器,那會產生工程量浩大,費用不斐。而設置聲屏障的高度受到場地的局限,容易產生聲繞射,特別是對低頻風機噪聲阻隔效果不理想。根據機械通風冷卻塔噪聲特點,結合冷卻塔消聲器、聲屏障的各自優點,開發的“冷卻塔消聲結構”的發明專利技術。它為主是利用噪聲的取向性,將噪聲導向及吸收。同時,冷卻塔軸流風機的風壓、風量損失較小。在冷卻塔風機出風口設置三面封閉的弧形隔聲屏,用以隔斷并吸收聲源到達受聲點的直達聲波。在冷卻塔填料區以下部分設置迷宮式消聲結構。
      4)冷卻塔隔聲結構設計
      冷卻塔一般設置在裙樓頂,冷卻塔又有一定的高度,所以冷卻塔隔聲結構均有較高的水平高度,迎風面積大,不僅要滿足上述聲學和熱工性能需求,要考慮隔聲結構的機械強度、抗風荷載能力和穩定性。冷卻塔的隔聲結構設計不僅要考慮不能妨礙冷卻塔的使用及維護、考慮對建筑結構的影響,外觀裝飾也應考慮周圍環境及景觀的影響。

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