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空调系统噪声与振动如何控制?

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空调系统使用范围具有广泛性和普遍性,空调系统给人们的生活、工作带来了极大的舒适和便利。但是,噪声与振动是空气调节系统的使用者所受到的最严重的干扰。

一、空调系统的主要噪声源分析

1空调设备振动噪声

制冷机组、空压机振动属自激振动,振动噪声有机械噪声、电磁噪声,影响扰动频率有电机转速及电机的极数、轴承滚轴的个数、减速箱的转速及齿轮数等。其主导因素是电机转子转动导致不平衡振动,电机转速是计算干扰频率的基本数据。由于变频器的广泛应用,调整电机的转速而改变了曳引机系统的扰动频率,也对扰动频率的构成产生较大影响。

循环水泵运行时叶片与介质发生相对运动,使介质产生压力波动而形成旋转噪声,以及脉冲噪声、涡流噪声;管道内的介质运行情况的变化会使管道产生震动现象,特别是在管道拐弯多,管道重叠交错又彼此相连的情况下,在流体激振力的作用下,管路自身也会产生振动甚至是强烈冲击。这些振动波经过结构辐射形成的空气噪声。


2通风系统振动噪声

通风系统的噪声包括通风机噪声和管道的气流再生噪声。通风机的噪声主要是空气动力噪声和机械撞击、振动产生的空气声和通过结构传播的固体声。气流再生噪声即气流激发管壁或构件产生振动而再次产生的噪声。其频谱特性一般为中、低频噪声,随风速的提高,高频成分逐步增加。声能透射墙体或楼板等构件的大小与声波的频率有关,一般频率越低透射声能也越大。


3冷却塔振动噪声

冷却塔的振动噪声有风机系统振动噪声、气流噪声(属低频)和落水噪声(属中高频)。机械通风冷却塔以风机系统振动噪声、气流噪声为主,落水噪声较小。


二、空调系统噪声振动控制的途径

声音来源于物体的振动,物体振动发出的扰动在弹性媒质中沿空间把振动的能量传播的过程中形成声波,振动是噪声产生的根源。振动噪声影响的存在要有三个条件:振动噪声源、传播途径、接收者,这同时也是控制的三个途径。


1从声源上控制噪声

选用加工精度高、装配质量好的低能耗、低噪声的优质产品;采取改变噪声源的运动方式;如用阻尼、隔振等措施降低固体发声体的振动,使之与激振力主要频率分开,防止共振;将大面积板件粘贴阻尼层,可降低声辐射;完善设备维护和保养制度,杜绝由于设备运动状况不佳导致噪声增大。


2动静分离 合理分布噪声源设施

在保证空调系统的工艺流程合理流向的前提下,动静分离,合理布局设施功能区域、确定噪声源设施的位置。对于各种噪声源的设备或机房,在条件允许的情况下应当远离要求安静的房间。对于管路或其它噪声源,避开噪声敏感点,利用噪声在空气中的传播衰减的特点,减少噪声控制工程量。


3提高围护结构隔声,控制空气噪声传播

从声学角度说,同质材料隔声效果遵循“质量定律”,即质量越高、越厚重的材料隔声效果越好,面密度与隔声量成正比关系。频率降低一半,传递损失要降6dB;质量增加一倍,传递损失就会增加6dB。在这一定律支配下,若要显著地提高围护结构的隔声能力,可选择高质量的隔声层材料或者增加隔声层的厚度。但是,由于任何材料对声波频谱的阻隔均有其波谷,单质材料由于其波谷频率的阻隔的不足也制约着其隔声量的提高。在双层薄板材料中间夹有阻尼层,阻尼层对薄板材料的隔声性能有明显的提升作用,特别是在抑制隔声构件因低频共振和吻合效应所形成的隔声低谷上十分有效,这就突破了“质量定律”的限制。厚度为16mm、质量为16Kg/m2、隔声量为36dB(A)的“阻尼隔声板”已广泛地应用在噪声控制工程上。


4配置隔振系统,阻隔固体结构传播

减弱振动设备传给建筑结构的振动是通过消除它们之间的刚性连接实现的。在振动设备与建筑结构间配置的隔振系统,可有效地隔绝振动,从而降低振动经建筑结构的传递。隔振效果的衡量标准是传递比(或称隔振系数)T,它表示振动设备总的振动力有多少部分动力经由弹性隔振装置传给建筑结构。

设备的扰动频率?是由设备自身的条件决定的,是固定值。为了降低传递振动噪声,主要是从降低隔振系统的固有频率Hz,降低振动传递比T,及降低设备传递的振动(振幅、加速度级)着手。


5吸声减少噪声声级

对设备机房内壁进行吸音处理,以减弱房间内的混响反射和低频驻波。吸声是一种有效的阻断与减少声传播的措施,是一种最基本与最常用的措施。使用可以吸收声能的材料或结构装饰在机房内的壁画,可以吸收噪声源发出的噪声射到上面的部分声能,使反射声减弱,接受者这时候听到的只是直达声和已减弱的混响声,使总噪声级降低。混响时间的减少量与噪声的降低值具有数学上的线性关系,可根据相关公式计算。使用能吸收较高声能的材料或结构,一般可降低噪声6-10dBA。


三、设备振动噪声控制

1设备机房围护结构的隔声

空心砖墙、混凝土空心砌块墙、加气混凝土砌块墙的隔声量低于同等厚度的实心砖墙,其隔声量与墙的厚度、砌块间的孔隙、抹灰的砂浆质量相关。但是,由于建筑结构承受荷载的原因,更多情况下只允许设置轻质隔墙。使用阻尼隔声板设置的轻质复合隔墙可满足要求较高的隔声要求。同时,重视机房的孔洞、缝隙、穿管等对围护结构隔声性能的影响。

门窗的设置对于设备机房的围护结构来说是一个必不可少的构件,门窗的启闭性使它形成一个特殊要求的构件。它不仅依赖于门窗扇的隔声性能而且与门窗扇和门窗框、墙体之间缝隙的大小密切相关。这种特殊的门窗称为隔声门、隔声窗。


2设备的隔声罩

将噪声源封闭在一个相对小的空间内,以减少向周围辐射噪声的罩状壳体,称为隔声罩。这是在声源处控制噪声的有效措施。隔声罩通常是兼有隔声、吸声、阻尼、隔振和通风、消声等功能的综合结构体。隔声罩可以是固定型的,也可以是活动型的。隔声罩不能与设备有任何刚性相连,隔声罩靠地面部分应有弹性减震材料,防止隔声罩震动及噪声泄漏。罩体上需开观察窗、维修门及散热消声器。散热消声器要注意根据热气上升的原理,做到低进风,高出风。确保隔声罩内的通风合理顺畅。


3设备的振动控制

隔振系统的承载力为单个隔振器承载力之和。为保证隔振系统的平稳度,可降低隔振器弹性模量,增加隔振器设置数量,扩大隔振系统承载面积。由于隔振系统安装后更换隔振器会造成很大的困扰,应适当降低隔振器的许用应力,以提高使用的安全性。同时,设备运行过程中机座承受的总荷载是在一定的范围内变动,隔振系统的各个隔振器所承受的点荷载也不均衡。这就必然会使部分隔振器超载,部分隔振器荷载不足,隔振器的工作承载超出荷载范围均会导致隔振效率降低。同时,隔振系统必须考虑采用一定的阻尼以减少振动设备启动和停车时通过隔振器的固有频率时产生的共振现象。


4设备层的振动控制

对高层建筑设备层等隔振要求高的场所,设置一次隔振系统往往不能满足隔振要求。在设备层地面设置浮筑结构,如在原地面上铺设的弹性隔离层,将原地面与二次浇筑混凝土层其间形成没有结构联接的间隙,使二次浇筑混凝土层形成独立于原地面的质量块,在水泵设备与浮筑结构之间设置隔振系统,则形成二次隔振。由于弹性隔离层与隔振系统的固有频率不一致,二次隔振的隔振效率大大提高。


5设备及空压机通风散热

设备机组在工作的同时,也将部分能量(电能)转变成了热能。一般情况下电动机功率的10%会转变成了热能散发,会导致机房温度升高,不利于设备机组的正常工作。而且,设备机组在工作时,也会产生有害废气。而在设备机房的隔声的同时,也导致热能在机房滞留积累,应通过机房的通风换气系统将散发在机房内的热能及有害废气通过进出风量来带走。而进出风口同时也是机房噪声的传播途径,在进出风口设置进出风消声器。

特别是空压机机组,在生产压缩空气的同时,也将供应给它的能量(电能)转变成了热能。这些热能中的4%左右由压缩空气带走,2%左右通过机器及管道以辐射型式散发出去,而大部分热能(约94%左右)都传给了冷却介质,将散发在空压机房的热能也要通过进出风量来带走。所以,空压机机组的噪声振动控制工程中,不但要做好结构固体振动传声的隔振、围护结构的空气噪声的阻隔,通风散热系统的合理设置至关重要。


四、通风系统振动噪声控制

1风管及部件减噪设计

空调系统管道截面积的确定:

在系统设计中,提高气流速度可以减小管道断面,这不仅可以减少设备和建筑投资,同时,在有限的设备层空间内便于配置管道系统。但气流速度高,气流噪声就难以控制。目前,在工程实践中,空调用房超过允许噪声标准的多数由气流噪声所造成。因此,必须根据空调用房的噪声标准要求,确定允许的气流速度。空调系统管道的风量风压设计应做到均衡稳定,进出风系统应设相应的进风或排风管道,使之相匹配。管道的有效截面积应根据管道的额定风速及各自承担的有效风量确定,保持风压均匀,防止产生气流再生噪声。计算风道时,风速不能太大,风速太大会使风道内风噪声和振动加大。


进、出风口的设计处理:

与风机连接的风道弯头设置的方向应与风机风页的旋转方向顺向,防止产生风道涡流,影响风机的风量。风机的进、出口都应做柔性接头隔振。风机进、出口处的管道不宜急剧转弯,风道应杜绝直角弯头。合理分配空调分系统,分系统风量不要过大,作用半径不能太长,以减少通风系统长距离输送导致压降,既减少风压的损失,也避免产生气流再生噪声。当一根风管输送到多个房间时,宜扩大相邻房间送风口的距离,或采用增加消声弯头、风管内壁粘贴吸声材料等措施,防止房间的噪声干扰。


2风管的振动控制

风管支承架隔振

风管的振动会通过支承架进入建筑结构产生固体传播。因此,排风管应使用隔振支承架,延伸的风管,沿途均须使用弹性吊杆、弹性吊架。弹性吊杆的荷载应与风管的荷载相匹配。管道经过墙体、楼板时,应设置隔振阻尼垫,不能刚性接触。


风管的管壁阻尼约束

在截面积较大的方型风管,应增加管壁厚度或在管壁上设置楞筋、在管内增设支撑,以增加管壁的刚性,以避免产生风管激振力噪声,在风管外设置阻尼层及约束层,能增加振动沿风管的衰减率,减少经由风管的振动传播。风管外的保温措施也可起隔声作用。


3消声器及静压箱

1)消声器

消声器是阻止声音传播而允许气流通过的一种器件,是消除空气动力性噪声的重要措施。消声器是安装在空气动力设备的气流通道上或进、排气系统中的降低噪声的装置。在空调系统主要使用阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合式消声器。

阻性消声器主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的。把吸声材料固定在气流通道的内壁上或按照一定方式在管道中排列,就构成了阻性消声器。当声波进入阻性消声器时,一部分声能在多孔材料的孔隙中摩擦而转化成热能耗散掉,使通过消声器的声波减弱。阻性消声器对中高频消声效果好、对低频消声效果较差。  

抗性消声器主要是通过管道截面的突变处或旁接共振腔等在声传播过程中引起阻抗的改变而产生声能的反射、干涉,从而降低由消声器向外辐射的声能,以达到消声目的的消声器。主要适于降低低频及中低频段的噪声。抗性消声器的最大优点是不需使用多孔吸声材料,因此在耐高温、抗潮湿、对流速较大、洁净要求较高的条件均比阻性消声器好。

阻抗复合式消声器由阻性结构和抗性结构按照一定的方式组合构成。


2)静压箱

静压箱可以把部分动压变为静压,获得均匀的静压出风,减少动压损失。而且还有万能接头的作用。把静压箱应用到通风系统中,可提高通风系统的综合性能。静压箱使用在风管需要较大变径,但现场安装距离又无法满足变径所要求的长度时,在风管与空调设备接口通常靠静压箱连接。静压箱箱体内安装吸声材料,可起消声器的作用。


3)消声器的安装

消声器可直接安装在通风机的进、出口,以降低通风机噪声;风管的弯头、三通可安装在通风管道上,以降低通风机和管道上游的气流再生噪声;也可在机房或空调房间的进、出风口安装风口消声器,以消除系统的噪声对环境或空调房间的干扰。风口设置风机盘管空调器送风,可通过风压箱风道送风。为降低室与室之间通过风管传播的干扰噪声,也为了减少管道传到室内的噪声,应有风口消声器。

由于空调系统管道长、弯折多,对中高频噪声大多具有较好的自然衰减,针对空调管道系统噪声控制的特点,应尽量选用能有效降低低频频带的消声静压箱。


五、冷却塔振动噪声控制

1机械通风冷却塔隔振系统

冷却塔振动控制主要是阻隔振动的传播途径。而冷却塔的安装往往是将冷却塔固定在承重地梁上,之间均为硬联接。在冷却塔承力结构的立柱下设置隔振器,隔振系统的承载力为单个隔振器承载力之和。由于冷却塔隔振系统安装后更换隔振器会造成很大的困扰,应适当降低隔振器的许用应力,降低隔振器的单个荷载,增加隔振器的数量,以提高使用的安全性。


2冷却塔消声系统的特点

由于冷却塔所用轴流风机风压低风量大,其有效风量和整体散热效果对消声系统的阻力损失极为敏感。当冷却塔出风口消声装置压降较大时,会增加冷却风扇的阻力,导致风量减少,水温上升,结果对原系统热工性能产生影响。为减少对原系统的热工性能影响,就必须减少对轴流通风机系统的进排风的气体压力损失;适当加大进、出风有效截面积,将消声器中的气流速度设计在5m/s以下。


3冷却塔噪声控制措施

1)声屏障

声屏障就是在声源与受声点之间插人一个设施,用以隔断并吸收声源到达受声点的直达声波,使部分声波受阻反射,部分声波则经吸收衰减后通过屏体透射(极小)和屏顶绕射等附加衰减形式到达受声点,达到减轻受声点的噪声影响、取得降噪效果的目的。隔声屏障的隔声原理、在于它可以将高频声反射回去,使屏障后形成“声影区”,在声影区内噪声明显降低。对低频声,由于绕射的结果,隔声效果较差。如果在隔声屏障朝向声源的一面加铺吸声材料,并尽量使屏障靠近声源,则会提高降噪效果。


2)落水阻尼降噪

落水消能降噪声装置主要由“支承构架”及“落水阻尼降噪垫”组成。“支承构架”又可分为漂浮式及固定式二种形式。使用落水阻尼降噪垫,在冷却塔落水撞击水面之前,使落水先在降噪装置上经无声擦贴、粘滞减速、挑流分离、疏散洒落等消能形式的过渡,取得消减落水冲击噪声的治理效果。

小型无动力冷却塔可使用简易的一般材料,如凹凸海绵设置在水面上,也可取得较好的阻尼降噪效果。


3)冷却塔消声结构

由于冷却塔往往数量多,体积大。如果按照常规做法,设置进风消声器、出风消声器,那会产生工程量浩大,费用不斐。而设置声屏障的高度受到场地的局限,容易产生声绕射,特别是对低频风机噪声阻隔效果不理想。根据机械通风冷却塔噪声特点,结合冷却塔消声器、声屏障的各自优点,开发的“冷却塔消声结构”的发明专利技术。它为主是利用噪声的取向性,将噪声导向及吸收。同时,冷却塔轴流风机的风压、风量损失最小。在冷却塔风机出风口设置三面封闭的弧形隔声屏,用以隔断并吸收声源到达受声点的直达声波。在冷却塔填料区以下部分设置迷宫式消声结构。


4)冷却塔隔声结构设计

冷却塔一般设置在裙楼顶,冷却塔又有一定的高度,所以冷却塔隔声结构均有较高的水平高度,迎风面积大,不仅要满足上述声学和热工性能需求,要考虑隔声结构的机械强度、抗风荷载能力和稳定性。冷却塔的隔声结构设计不仅要考虑不能妨碍冷却塔的使用及维护、考虑对建筑结构的影响,外观装饰也应考虑周围环境及景观的影响。

文章来源:冷暖商情


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