第八章 空调系统的消声与减震

第八章空调系统的消声与减振了解有关噪声的物理量度及空调系统中噪声的自然衰减；了解消声器分类及减振器分类；了解消声器消音量的确定；掌握消声器选择方法和布置原则。学习目标目录8.1噪声的物理量度8.2空调消声器8.3空调装置的减振8.1噪声的物理量度噪声是指声音大而嘈杂刺耳或者对于某项工作来说是不需要或有妨碍的声音。从物理学的角度讲，当不同强度和频率的声音无规律地混杂在一起时，就形成了噪声。噪声来源于物体的振动，如固体的机械运动、流体振动（水的波涛、空气的流动声）、电磁振动等。在声源的作用下，使周围的物质点（如空气）获得能量，产生相应的振动，在其平衡位置附近产生了疏、密波，这样质点的振动能量就以疏、密波的形式向外传播，这种疏、密波就称为声波。声波可以在气体、液体和固体中传播。噪声也是一种声波，它具有声波的一切特性。各种不同频率和声强的声音无规律地组合在一起就成为噪声。8.1.1噪声8.1噪声的物理量度噪声的发生源很多，就工业噪声来说，主要有空气动力噪声、机械噪声、电磁噪声等，空气动力噪声是由空气振动而产生的，如当空气流动产生涡流或者发生压力突变时引起气流扰动而产生的噪声；机械噪声是由固体振动而产生的；电磁噪声是由于电动机的空隙中交变力的相互作用而产生的。建筑内部的噪声主要是由于设置空调、给排水、电气设备后产生的，其中以空调设备产生的噪声影响最大。空调工程中的主要噪声源是通风机、制冷机、机械通风冷却塔等。通风机噪声主要是通风机运转时的空气动力噪声（包括气流、涡流噪声、撞击噪声和叶片回转噪声）和机械噪声。通风机噪声的大小与叶片的大小和形式、叶片数量、风量、风压等因素有关，同系列同型号的通风机其噪声随着转速的增高而加大。8.1噪声的物理量度电机噪声以电动机冷却风扇引起的空气动力噪声为最强，机械噪声次之，电磁噪声最小。除此之外，还有一些其他的气流噪声，如风管内气流引起的管壁振动，气流遇到障碍物（管道变径、弯头、阀门等）产生的涡流以及出风口风速过高等都会产生噪声。图8.1是空调系统的噪声传播情况。从图中可以看出，通风机噪声由风道传入室内外，设备的振动和噪声也可能通过建筑结构传入室内。因此，通风空调系统在对建筑内热湿环境和空气品质进行控制的同时，也对建筑的声环境产生不同程度的影响。当空调系统运行产生的噪声超过一定允许值后，将影响人员的正常工作、学习、休息或影响房间的功能（如演播室、录音室），甚至影响人体健康。因此，在进行通风空调系统设计时，除了要考虑温、湿度的要求以外，还要考虑噪声的控制。8.1.2噪声的物理量度1．声强与声压描述声音强弱的物理量称为声强，通常用I表示。某一点的声强是指该点在垂直于声音传播方向上单位面积、单位时间内所通过的声能，单位为W/m2。使人耳可以产生听觉的声强最低限称为“可闻阈”，声强值约为10-12W/m2，而人耳所能忍受的最大声强约为1W/m2，大于这个声强值时，人耳就会产生疼痛的感觉，人耳所能忍受的最大声强值称为“痛阈”。声音传播时，空气受到振动时产生的疏密变化，会在原有的大气压强上再叠加一个变化的压强，这个叠加的压强称为声压，用P表示，单位为微巴（µbar）。在实际应用中，声强的测定较困难，因而，通常采用测定出声压，利用声强和声压的联系确定声强，两者的关系为：式中c——声速，m/s；ρ——空气的密度，kg/m3。2．声强级和声压级由于人耳所能感受到的声强的最低值和最高值之间相差很大，达1012倍，说明人耳的可听范围很宽。由于声强的强弱只有相对意义，为了计算方便，通常用对数标度。实际计算中是选择某个声强I0作为相比较的声强标准，将声强的大小用声强级表示，定义为：cPI20110IIlgL8.1.2噪声的物理量度式中L1——声强级，单位为分贝（dB）；I0——基准声强，国际上规定I0=10-12W/m2。利用声强与声压的关系，声压级可表示为：式中Lp——声压级，单位为分贝（dB）；Po——基准声压，Po=0.0002µbar=2×10-5Pa。测量声强较困难，实际上往往是测量出声压，利用声压与声强的平方成正比关系，改用声压表示声音的强弱。3．声功率和声功率级声源发声量的大小，通常用声功率反映。声功率是指声源在单位时间内以声波的形式辐射出的总的声能，用W表示，单位为瓦（W）。同声压一样，声功率也是采用声功率级进行计算，其表达式为：020PPlgLP8.1.2噪声的物理量度0lg10式中Lw——声功率级，单位为分贝(dB）；Wo——基准声功率，Wo=10-12W。8.1.2噪声的物理量度8.2空调消声器8.2.1空调消声器的原理和种类空调系统的噪声控制，应首先在系统设计时考虑降低系统噪声，合理选择风机类型，使风机的正常工作点接近其最高效率；风道内的流速控制；转动设备的防振隔声；风管管件的合理布置等。经计算后证明自然衰减不能达到允许的噪声时，则应在管路中或空调箱内设置消声器，对噪声加以控制。消声器是利用声的吸收、反射、干涉等原理，降低通风与空调系统中气流噪声的装置。根据消声原理的不同可以分为阻性、抗性、共振型和复合型等。一、阻性消声器阻性消声器利用吸声材料的吸声作用而消声的。其构造是把吸声材料固定在气流流动的管道内壁，或按一定方式排列在管道或壳体内构成阻性消声器，吸声材料能够把入射在其上的声能部分地吸收掉。声能之所以能被吸收，是由于吸声材料的多孔性和松散性。当声波进入孔隙，引起孔隙中的空气和材料产生微小的振动，由于摩擦和粘滞阻力。使相当一部分声能化为热能而被吸收掉。它对于高频和中频噪声效果较好，但对低频噪声消声性能较差。1.管式消声器管式消声器是一种最简单的消声器，它仅在管壁内周贴上一层吸声材料，故又称“管衬”。特点是制作方便，阻力小，但只适用于较小的风道，直径一般不大于400mm风管。管式消声器仅对中、高频率吸声有一定的消声作用。对低频性能很差。8.2空调消声器2．片式和格式消声器管式消声器对低频性能很差，对中、高额率噪声又易直通，并且当管道段面积较大时，会影响对高频噪声的消声效果，这是由于高频声波（波长短）在管内以窄束传播，当管道面积较大时，声波与管壁吸声材料接触减少，从而使高频声的消声量减少，因此对断面较大的风管可将断面分成几个格子，这就是片式及格式消声器。片式消声器应用广泛，构造简单，格式消声器要保证有效断面积不小于风道断面，因而体积较大，每格的尺寸宜控制在200mm×200mm左右。片式消声器的片间距一般在100~200mm的范围内，片间距增大时，消声量会相应地下降。见图8.2(a)8.2空调消声器二、共振型消声器吸声材料通常对低频噪声的吸收能力很低，单靠增加吸声材料的厚度来提高吸声效果并不经济，为了改善低频噪声的吸声效果，通常采用共振型消声器。共振型消声器的形式是利用管道开孔与共振腔相连接，利用小孔处的空气柱和空腔内的空气构成了弹性共振系统，当外界噪声频率和此共振系统的固有频率相同时，小孔中的空气柱发生共振并与孔壁发生剧烈摩擦，摩擦可以消耗声能，从而达到消声的目的。这种消声器具有较强的频率选择性，即有效的频率范围很窄，一般对于低频消声可以产生较大的衰减。其气流阻力小，但因有共振腔而使结构偏大。见图8.2（b）8.2空调消声器三、抗性消声器（膨胀型消声器）抗性消声器由管和小室相连而成，该消声器使利用风管截面的突然改变而使声波向声源方向反射回去而起到消声作用。见图8.2（c）该消声器对中、低噪声有较好的消声效果，结构简单，由于不使用吸声材料，因而不受高温和腐蚀性气体的影响。消除低频噪声有一定效果。为了保证一定的消声效果，消声器的膨胀比（大、小断面积之比）应大于4。因此，在机房的建筑空间较小的场合应用受限。8.2空调消声器四、复合型消声器复合型消声器集中了阻性和膨胀型消声器的优点，对低频到高频区噪声均具有良好的消声效果。其结构形式如图6.3所示。如1.2m长的复合型消声器的低频消声量可达10~20dB，此外对于不能使用纤维吸声材料的空调系统(如净化空调工程)，用金属(铝等)结构的微穿孔板消声器可获得良好的效果。五、其他类型的消声器除了上面所讨论的消声器的类型外，在实际工程中，把一些风管构件进行适当处理，也可以起到消除噪声的作用。此外，它们还具有节省建筑空间的优点。常用的这类消声器构件有：8.2空调消声器1.消声弯头当因机房面积狭小或需对原有建筑改善消声效果时，可采用消声弯头。消声弯头有两种，如图6.4所示。普通消声弯头是利用贴在内侧的吸声材料消声。通常是把弯头内缘做成圆弧，外缘粘贴吸声材料，吸声材料的长度应不小于弯头宽度的4倍。另一种消声弯头称为共振型消声弯头，其外缘采用穿孔板、吸声材料和空腔，利用共振吸声结构来改善普通消声弯头对低频噪声消声效果较差的问题。2.消声静压箱在风机出口或空气分布器前设置内贴有吸声材料的静压箱，既可以稳定气流，又可以消声。消声静压箱的消声量与吸声材料的性能、箱内贴吸声材料的面积、以及出口侧风管的面积等因素有关。消声静压箱还可以兼作分风静压箱。8.2空调消声器8.2.2消声器的应用消声器的应用注意事项：1.当空调系统所需消声量确定后，可根据具体情况选择消声器的形式。选择时除考虑消声量之外，还要从其他方面进行比较和评价，如系统允许的阻力损失；安装条件；造价的高低；消声器的防火、防尘、防霉、防蛀性能等。2.消声器一般设置在通风机房和空调机房之间的管道中。消声器宜放在机房外，如必须经过机房时，消声器的外壳及连接部分应做好隔声处理。3.消声器不宜设置在室外，以免外面的噪声穿入消声后的管段，对可能有外部噪声穿透的管段，应对风管的隔声能力进行验证。4.消声器应设于风管系统中气流平稳的管段上，当风管内风速小于8m/s时，消声器应接近通风机的主风管上；当大于8m/s时，宜分别装在各分支管上。5.当一个风系统带多个房间，如对噪声要求较高时，宜在每个房间的送、回风支管上进行消声处理，以防房间串声。声学要求较高的房间宜独立设置空调系统。当一根风管输送空气到多个房间时，为防止房间之间的“串声”可按图6.5中(b)~(e)所示方案防治。6.空调通过消声器时的流速不宜超过下列数值：阻性消声器5~10m/s；共振型消声器5m/s；消声弯头6~8m/s。8.2.2消声器的应用消声器主要用于降低空气动力噪声，对于机器产生的振动而引起的噪声则应用减振措施来解决。通风空调系统中的风机、水泵、制冷压缩机等设备运转时，会因转动部件的质量中心偏离轴中心而产生振动。该振动传给支撑结构（基础或楼板），并以弹性波的形式从运转设备的基础沿建筑结构传递到其它房间，再以噪声的形式出现，称为固体声。振动噪声会影响人的身体健康、工作效率和产品质量，甚至危及建筑物的安全，所以，对通风空调中的一些运转设备，需要采取减振措施。空调装置的减振措施就是在振源和它的基础之间安装弹性构件，即在振源和支承结构之间安装弹性避振构件(如弹簧减振器、软木、橡皮等)，在振源和管道间采用柔性连接，这种方法称为积极减振法，见图6.6。对怕振的精密设备、仪表等采取减振措施，以防止外界振动对他们的影响，这种方法称为消极减振法。8.3空调装置的减振8.3空调装置的减振(a)风管吊卡的防振方法(b)水管的防振支架1--防振吊卡;4--防振支座；5—包裹弹性材料8.3空调装置的减振(c)风管穿墙隔振方法(d)悬挂风机的消声防振方法(e)防止噪声向吊顶外扩散1--防振吊卡;2—软接头；3—吸声材料；6—玻璃纤维棉一、振动传递率通常用振动传递率（又称隔振系数）T表示隔振效果，它表示振动作用于机组的总力中有多少经过隔振系统传递给支撑结构，即式（6.7）式中——通过减振系统传给支撑结构的传递力；——振源振动的干扰力；——振源的振动频率，HZ；——弹性减振支座的固有频率（自然频率），HZ。1.当/01时，则T1，这时干扰力全部通过减振器传给支撑结构，减振系统不起减振作用。1)/(1/200ffFFTF0Ff0f8.3空调装置的减振2.当/0＝1时，T趋于无穷大，表示系统发生共振，这时，隔振系统不仅没有减振作用，反而使振动干扰力增加，加