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    分析民用建筑空调系统噪声源及消声器性能评价

    访问: 民用建筑噪声治理 来源:中国环保信息网 2010-11-02收藏本页 信息来至互联网,仅供参考

    空调系统中的噪声源主要有通风机、空调设备、冷热源设备、冷却塔、空调系统风管等。

    一、空调系统设备的噪声

    1、通风机的噪声

    在民用建筑的空调系统中,使用通风机的主要设备有以下几个方面:
    ◆    送、排风系统的轴流风机
    ◆    空调系统中风机盘管、变风量空调机组、新风机组等的离心风机

    噪声主要包括空气动力噪声、机械噪声等。其中空气动力噪声包括涡流噪声和旋转噪声,涡流噪声是叶片在空气中旋转沿叶片厚度方向形成压力梯度变化,引起涡流及气流紊流而产生的宽频带噪声;旋转噪声是旋转叶片经过某点时,对空气产生周期性压力,引起空气压力和速度的脉动从而向周围环境辐射的噪声。机械的噪声可能是由通风机的动平衡受到破坏而引起的旋转部件不平衡造成的,也可能是由轴承的装配不好或受到损坏而造成的。

    通风机的噪声通常是以空气动力噪声为主,一般可以比机械噪声大10dB左右。通风机噪声随着不同系列或同系列不同型号、不同转数而变化;在同一系列中,转数相同的通风机,其噪声随着型号(尺寸)的变大而变大;同系列同型号的通风机,其噪声随着转速的增高而增大。如图所示:离心风机与轴流风机的噪声频谱。在条件允许的情况下,如设计参数,安装位置,运行与维护等条件允许下尽量选用离心风机。

    2、电机噪声

    电机噪声主要有电磁噪声、机械噪声和空气动力性噪声。电磁噪声是由定子与转子之间的交变电磁引力、磁致伸缩引起的;机械性噪声包括轴承及电机转子不平衡,转子受“沟槽谐波力”作用引起的振动而产生的噪声;空气动力性噪声由电动机冷却风扇引起的气流噪声。其中以空气动力性噪声最强,机械性噪声次之,电磁噪声最小。

    电机部件的质量加工精度和装配技术等对电机噪声的影响很大,动平衡差、转子有严重的串动等会显著增加轴承的噪声。噪声较低的是QW(BBC)系列电机,其次是新的Y系列产品,再者是直流电机。电机的噪声与功率、转速有着直接的关系,电机功率越大转速越快噪声也越大,反之就越小。

    二、空调系统的气流再生噪声

    气流经过风管系统的各个管件、部件时,会产生气流再生噪声。气流再生噪声与风管中的空气流速、走向、管部件的多少和风口的设置等因素有关。产生气流噪声的同时还会影响管路各部件的自然衰减效果。当风管中流速较大时,消声器不能够有效消声,导致风机的噪声传到空调区域;当风口的风速较大时,会使室内直接感受到气流扰动所产生的噪声。同时风管的材质也会影响噪声的传递,因此必须重视风管系统的气流再生噪声所造成的影响,尤其是对于设计的气流速度偏大或噪声要求很高的空调系统。

    总之,空调系统的噪声来源还是在设备及气流再生上。如何处理好这两方面的问题是消声的关键。具体解决的方法主要有一下几种方式:
    ●    在满足条件允许的情况下尽量使用离心风机;
    ●    在设备用房尽量做到消声处理;
    ●    设备电机尽量选用低噪型;
    ●    设备安装要考虑防震措施;
    ●    风管材质尽量采用吸声材料;
    ●    合理使用弯头、三通等部件进行噪声自然衰减;
    ●    在空调机出口处设置消声静压箱、消声器进行消声;
    ●    在空调机回风口处设置消声百叶、消声静压箱进行消声;
    ●    增加管壁厚度,或与保温层处理结合,增加其隔声量。

    消声器是一种具有吸声内衬或特殊结构形式、能够有效降低噪声的气流管道。在噪声控制技术中,消声器是应用最多、最广泛的降噪设备,主要应用于各类风机及空压机等空气动力设备的进、排气口消声;空调机房、锅炉房、冷冻机房、发电机房等建筑设备机房的进、出风口消声;通风空调系统的送、回风管道消声等。评价一个消声器性能好坏,必须从它的声学性能、空气动力性能、空气动力性能、体积、结构性能以及经济等因素综合考虑。

    1、阻性消声器

    阻性消声器是利用敷设在气流通道内的多孔吸声材料(又称阻性材料)吸收声能、降低噪声而起到消声作用的。阻性消声器具有良好的中、高频消声性能,体积较小,广泛应用于空气动力设备的噪声控制技术中。阻性消声器的消声性能主要取决于消声器的结构形式、吸声材料的吸声特性,通过消声器的气流速度和消声器的有效长度等。常用阻性消声器主要有管式消声器、片式消声器、蜂窝式(或列管式)消声器、折板式消声器、声流式消声器、弯头式消声器(消声弯头)、百叶式消声器(消声百叶)和元件式消声器等。

    管式消声器是在气流管道内壁加衬一定厚度的吸声材料构成的,它是阻性消声器中结构形式最简单的一种。此类消声器仅适用于风量很小(一般风量不大于5000m3/h)、尺寸较小的管道,对于大尺寸管道,其消声性能将明显降低,必须设计采用其他形式的阻性消声器。

    片式消声器是在大尺寸的风管内设置一定数量的吸声片,构成多个扁形通道并联的消声器。其适用的风量范围较大,一般是5000~80000 m3/h,此类消声器的结构简单,中高频的消声性能优良,气流阻力也较小,因此得到广泛应用。片式消声器的消声性能主要取决于其消声片的片厚、片距及长度。当片式消声器在吸声片、风速及有效长度都确定的条件下,它的性能仅取决于消声片间的距离,而消声片的用量及厚度将取决于片式消声器的消声频率特性,片厚增加,对提高低频消声效果有利,但也会带来阻力和体积增大的问题。片式消声器的长度一般与消声量成正比,而且分段设置的片式消声器比同样长度的连续设置消声量会有所提高。片式消声器也可以用膨胀珍珠岩吸声砖、陶土吸声砖等吸声砖块砌筑,施工较为简单,不怕潮湿,消声效果好,但是重量和体积相对较大,一般适用于地下送、回风道或消声坑道内。

    将一定数量的尺寸较小的管式消声器并列组合即构成蜂窝式消声器,其消声性能与单个管式消声器基本相同。此类消声器可适用于较大风量条件,且中高频消声性能也很好,但由于其气流阻力比片式消声器大、构造偏大,目前在工程中的应用正在逐渐减少。

    将片式消声器的平直气流通道改成折板形即成为阻性折板式消声器,由于声波在消声器内多次弯折,加大了声波对吸声材料的放射角,提高了吸声效率,达到了改善高频吸声效果的效果。但是折板式消声器的气流阻力也比片式消声器明显提高。

    声流式消声器是折板式消声器的一种改进形式,它是利用呈正弦波形、弧形或菱形等弯曲吸声通道及沿通道吸声层厚度的连续变化来达到改善消声性能的目的的。其消声性能较高、消声频带较宽、气流阻力小,但是结构较为复杂,施工制作要求较高。

    百叶式消声器常称为消声百叶或消声百叶窗,这实际是一种长度很短(一般为0.~0.6m)的片式或折板式消声器的改型。由于其长度(或称厚度)很小,有一定的消声效果而气流阻力又小,因此在实际工程中常用于车间及各类机房的进排风窗口、强噪声设备隔声罩的通风散热窗口、隔声屏障的局部通风口等。消声百叶的消声量一般为5~15dB(A),消声我呈中高频性;消声百叶的消声性能主要取决于单片百叶的形式、百叶间距、安装角度和有效消声长度等因素。

    元件式消声器是由一定数量的单个消声元件排列组合而成的的消声器,主要适用于大通道、大流量的消声通道。元件式消声器一般由阻性消声元件组成,也有复合式消声元件,元件的形式有板式、圆筒式、菱形、梭形、相形等。

    2、抗性消声器

    抗性消声器是利用声波通道截面的突变(扩张或收缩),使沿管道传递的某些特定频段的声小组反射回声源,从而达到消声的目的。它具有良好的低频或低中频消声性能。抗性消声器不需要多孔消声材料,因此适于在高温、高湿、高速及脉动气流环境下工作。

    抗性消声器可以分为扩张式(或膨胀式)消声器、共振式消声器、微穿孔板式消声器、干涉式消声器及有源式消声器等类型。

    扩张式消声器(膨胀式消声器)是依据管道中声波在截面突变(扩大或缩小)处发生反射而衰减噪声的原理设计的。通常由扩张室及连接管串联组合而成,扩张室与原管道截面积之比称为膨胀比m,此m值将决定单节典型扩张式消声器的最大消声量。此外,其消声性能还与扩张室的长度、插入管的形式及长度、扩张室的直径及通过气流速度等因素有关。其中扩张室的长度、插入管的形式及长度将影响扩张消声器的频率特性,扩张室的直径将影响扩张消声器有效消声性能的发挥。此类消声器主要用来对以低中频噪声为主的设备进行消声。

    共振式消声器是一段开有一定数量小孔的管道同管外一个密闭的空腔连通而构成的一个共振系统。在共振频率附近,管道连通处声阻抗很低,当声波沿管道传播到此时,因为阻抗不匹配,大部分声能向声源方向反射回去,还有一部分声能由于共振系统的磨擦阻尼作用转化为热能被吸收,仅剩下一小部分声能继续传播过去,达到了共振消声的目的。此类消声性能主要取决于共振孔板的结构参数(孔径、孔数、板厚、共振腔的体积、管道的截面积及气流速度等),它仅能在一定的频段起到有效的消声作用,因此更多是与阻性消声器相结合构成阻性与共振复合式消声器进行工作。

    微穿孔板消声器是在共振式吸声结构的基础上发展而来的,它是由孔径不大于1mm的微穿孔板和孔板背后的空腔构成的。其特点是,穿孔板的孔径小,利用自身孔板的声阻,取消了阻性消声器穿孔护板后的多孔吸声材料,使消声器的结构简化,因此微穿孔板消声器兼具抗性、阻性的特点。其消声频率较宽,气流阻力较小,不需要多孔吸声材料,具有适用风速较高、抗潮湿、耐高温、不起尘等优点,可以设计成管式、片式、声流式、小室式等多种形式,因此在空调系统等降噪工程中广泛应用,并取得了满意的效果。

    干涉式消声器是根据声源干涉原理制成的,即设计一定的消声器结构形式,使两个相位相反的声波在消声中相遇而相互抵消,以达到消声的目的。此类消声器具有很强的频率选择性,即仅对很窄的频带(一般仅为一个1/3倍频程)具有很好的消声性能,因此其适用范围有限。

    3、阻抗复合式消声器

    复合式消声器是将阻性消声器与抗性或共振消声器原理组合设计在一个消声器中,克服了阻性消声器低频消声性能较差和抗性消声器高频消声性能较差的缺点,具有较宽的消声频率特性,因此在通风空调系统消声、空气动力设备的消声及排气放空消声等噪声控制工程中得到广泛的应用。

    通风空调工程中广泛应用的是国标T701-6型阻抗复合式消声器。T701-6型阻抗复合式消声器由两节或三节串联的扩张式消声器同内管的阻性片式消声器并联构成,其消声性能为:低频≥15~20dB/m,高频20~25dB/m,阻力系数ξ≤0.4。

    三、消声器的性能评价

    消声器的性能评价主要包括声学性能、空气动力性能及气流再生噪声特性三个方面的指标。

    1、消声器的性能评价

    消声器声学性能的优劣通常用消声量的大小及消声频谱特性来表示,其中主要包括计权声级(A声级或C声级)消声量及各倍频带(1倍频带或1/3倍频带)消声量。
    根据测试方法的不同,消声器声学性能的评价指标可分为传声损失、插入损失、末端声压级差及声衰减量等。其中传声损失和声误差量反映了消声器自身的声学特性,不受测量环境的影响,而插入损失和末端声压级差值会受到测量环境条件(测点距离、方向及管口反射)的影响。因此在评价消声器的声学性能时必须注明所采用的测量方法及环境条件。

    2、消声器空气动力性能的评价

    空气动力性能是消声器的一项重要指标,如果由于空气动力性能差、阻力很大而使得通风空调系统不能正常运行,安装在管道中的消声器即使消声量很高也不能使用。消声器的空气动力特性评价指标通常为压力损失或阻力系数。

    消声器的压力损失为气流通过消声器前后所产生的压力降低值,即消声器前与消声器后气流管道内的平均全压之差值,若前后气流速度相同、动压相等,则压力损失就是消声器前后的静压差值。消声器的压力损失大小既与消声器的结构形式,也与通过消声器的气流速度有关,因此在用压力损失值表征消声器的空气动力性能时,也必须同时表明通过消声器的气流速度。阻力系数可以较全面地反映消声器的空气动力特性,根据阻力系数可以方便地求得不同流速条件下的压力损失值。

    3、消声器气流再生噪声特性的评价

    在消声器的工程应用中,经常会出现动态消声量低于静态消声量及气流提高时同一消声器消声量相应减少的现象,这是由于消声器内部产生的气流再生噪声影响造成的。消声器气流的再生噪声就是当气流以一定速度通过消声器时,由于气流在消声器内部产生垢湍流噪声(以中高频为主)以及气流激发消声器的结构部件振动所产生的噪声(以低频为主),称为气流再生噪声。

    气流再生噪声大小主要取决于消声器的结构形式和气流速度:消声器的结构形式越复杂,气流 通道的弯折越多;消声器内通道壁面的粗糙度越大,则气流再生噪声也越高,反之则越低。


    标签:噪声控制,噪声治理

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