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空調系統風機的噪聲控制

   日期:2019-08-07     來源:現代實驗室裝備網    瀏覽:765    
核心提示:對于設有空調等建筑設備的現代建筑, 空調設備的運行必然會有噪聲。
 

Part one

噪聲的評價

對于設有空調等建筑設備的現代建筑, 空調設備的運行必然會有噪聲。其設置于建筑外部的設備(如冷卻塔)以及風機或空調機組通過進、排風口而產生的噪聲對建筑周圍環境產生影響;而機房振動或風道產生的噪聲對建筑房間產生影響。因此為了保護環境, 防止噪聲污染, 對于城市區域, 國家標準GB3096 -82 規定了各種區域的噪聲要求, 見表1 。


同時有關的規范、標準還規定了室內噪聲控制標準。


所謂噪聲, 就物理學觀點講, 則是各種不同頻率和聲強的聲音無規律地雜亂組合。而就心理學和生理學觀點講, 凡是使人聽之煩噪、討厭、影響健康和不需要的聲音都屬噪聲。


人耳聽覺感到的聲音輕響程度, 并不單純取決于聲壓級(或聲強級)的大小, 而是由聲壓級(或聲強級)與頻率的綜合結果。因為人耳對不同頻率的聲音的敏感程度是不同的, 即對高頻噪聲比較敏感, 聽起來較響, 而對低頻噪聲不敏感。為了使噪聲的量度接近人耳的響應特性, 在一般測量聲壓級的儀器(即聲級計)中, 參考等響曲線, 在聲級計上設置了三種不同的計權網絡A 、B 、C , 使測量時接收到的聲信號經網絡濾波后按頻率獲得不同程度的衰減。其中A 網絡是模擬人耳對40 方(phon)純音的響應, 它使接收到的聲信號在低頻范圍衰減相當大, 因此, 用A 網絡測得的噪聲較為接近人耳對聲音的感覺。近年來在噪聲測量中,多用A 網絡測得的聲級來代表噪聲的大小,稱之為A 聲級, 記作dB(A)。A 聲級是單一的數值, 是噪聲的所有頻率成分的綜合反映。如果我們想較細致地確定各倍頻程的噪聲評價,那么就應采用噪聲評價曲線。


國標聲學組織(ISO)提出一族噪聲評價曲線(即NR 曲線)如圖1 所示。


噪聲評價曲線按噪聲級由低到高的順序進行編號, 它的號數N R 叫做噪聲評價數, 規定N R值等于中心頻率為1000 赫的倍頻程聲壓級的分貝整數。噪聲評價數NR 與聲級計A 檔讀數LA 的換算關系是:N R=LA -5 。

 

Part two

噪聲的控制

空調工程中主要的噪聲源是通風機, 制冷機和機械通風式冷卻塔等設備。空調送、排風系統的噪聲, 主要是由通風機在運轉時產生的, 這種噪聲是由空氣動力噪聲和機械噪聲組成。通風機結構的關鍵部件是裝有多個葉片的葉輪, 葉輪旋轉時不斷對氣流施加作用力。作用力的平均部分對應于維持氣流運動的推力, 而作用力的交變部分則對應于產生空氣動力噪聲的激發力。空氣動力噪聲包括旋轉噪聲和渦旋噪聲。

2 .1 旋轉噪聲的控制

旋轉噪聲是指當風機葉片相對于氣流運動時, 迎風側和背風側所受壓力不同。對于給定葉片來說, 流場分布是定常的。對于給定空間位置來說, 由于流場隨葉片旋轉, 每當一個葉片通過時, 壓力起伏變化一次。旋轉著的葉片不斷地逐個通過, 相應逐個產生壓力脈沖而向周圍輻射的噪聲。每秒鐘內通過的葉片數叫做片通過頻率,它就是旋轉噪聲的基頻。旋轉噪聲除了基頻外還存在許多諧波成分。通風機的旋轉噪聲頻率是葉片通過頻率與其諧波頻率的合成, 它由通風機的轉速和葉片數目決定。旋轉噪聲的聲壓對葉片尖端的圓周速度非常敏感。葉片尖端的圓周速度越高, 則旋轉噪聲越強, 而且諧波噪聲成分增強的速度要比基頻噪聲大。在近場, 隨諧波階數的增加,聲壓與圓周速度的二次方至五次方成正比。在遠場, 聲壓與圓周速度的五次方至九次方成正比。這就使得通風機噪聲顯得高調刺耳。為了降低風機噪聲, 一般離心風機葉輪圓周速度V 不應高于18m/s , 軸流風機圓周速度V不應高于20m/s , 否則, 空氣動力噪聲將明顯提高。所以在空調系統中應選用轉速較低的后向式離心風機。


貫流式風機工作時, 由于流體從葉輪流道出口處流出時與蝸舌碰撞產生旋轉噪聲, 直葉風機的葉片與蝸舌平行, 氣流撞擊蝸舌的能量比較集中。使用國產的直葉和斜葉葉輪產品(D=0 .09m , L =0 .614m , Z =35 ,θ=5°), 在同一國產室內機上測定。結果表明, 在風量相同的情況下, 直葉風機的A 聲級噪聲為41 .7dB , 而斜葉風機的A聲級噪聲僅為39 .3dB , 降噪效果達2dB 之多。因此, 采用葉片傾斜安裝的貫流式葉輪, 由于沿軸向壓力脈動具有相互抵消的效果, 可以有效地降低貫流式風機的旋轉噪聲。

2 .2 渦旋噪聲的控制

風機葉片相對于氣流運動時, 氣流繞過葉片在葉片后緣也會有渦旋的產生, 發展與脫體過程, 從而輻射渦旋噪聲。降低風機渦旋噪聲的一個重要因素是降低葉片進口處氣流的相對加速度系數, 而離心式通風機葉片的幾何形狀對片進口處氣流的相對加速度系數的影響非常大, 因此要降低風機的渦流噪聲就必須正確設計葉片的幾何形狀。

2 .3 應用變頻調速技術控制噪聲

離心風機葉輪出口氣流與蝸舌作用的交變力使氣流密度發生變化, 是風機產生旋轉噪聲的因素之一。變風量空調系統可以通過改變閥門開度或風機轉速等方法來改變風量。但閥門調節會引起系統內靜壓過高產生噪聲、漏風等缺點。而如果采用變頻調速方法來調節風機的送風量, 變速調節流量后, 使實際工況下風機葉輪的出口氣流速度降低。這樣葉輪出口氣流與蝸舌作用的交變力引起的氣流密度的變化減少, 降低了旋轉噪聲。同時物面上渦脫落產生的變應力引起的氣流密度的變化也少, 使渦旋噪聲也降低。又因為風機噪聲的聲功率與流速的六次方成正比, 這樣實際工況下風機的噪聲就有了較大的降低。

2 .4 機械噪聲的控制

機械噪聲是由固體振動產生的, 包括空調系統設備本身或系統中構件的機械振動。如通風機的機械振動, 以及軸承、聯軸器等傳動裝置的偏擺、碰撞、摩擦和其它機件運轉不平衡產生的噪聲。對于同一系列風機, 如果機械加工質量低劣,會使比聲功率級大幅度提高。為了減少機械噪聲, 對風機應講究其結構的合理性, 裝配的精密性和良好的平衡性能。在風機傳動中, 直聯傳動比聯軸器傳動的噪聲小, 三角膠帶傳動噪聲最大。為了避免碰撞和振動還應控制運動零部件結合處的間隙, 并盡可能采用噪聲低的滑動軸承。為了避免碰撞和振動還應控制運動零部件結合處的間隙, 并盡可能采用噪聲低的滑動軸承。為了減少機械振動應在風機安裝時設置有效的隔振墊或隔振器, 以減少傳遞到基礎上的機械振動。此外, 還可以在風機機殼上敷設阻尼涂料, 以降低機殼的機械振動產生的噪聲。

2 .5 利用主動噪聲控制方法控制噪聲

主動噪聲控制(簡稱ANC)是利用聲干涉原理來降低噪聲。它通過對噪聲源的跟蹤、識別,產生一頻率相同、相位相反, 并有相當幅值的抵消信號, 經過放聲設備輸出, 與原噪聲干涉, 從而達到控制區域內的噪聲降低。為了能夠在希望區域內有效地降低噪聲, 要求產生的抵消聲場與原聲場在時間和空間上匹配, 以跟蹤噪聲源的變化并在控制區域內實現噪聲的降低。軸流通風機的噪聲主要由風葉旋轉時的葉片通過頻率及其低次諧頻成分構成。利用多通道自適應主動控制系統能夠在時間和空間范圍使抵消聲均與原聲場較好地得到匹配, 從而有效地抑制那些幅值高的離散頻率的噪聲, 而使噪聲得到較大的降低。當然作為空調系統還可以采用降低風管內的空氣動力阻力, 改進風管結構, 在風機室、制冷機房、空調器的進風口、空氣分配器以及部分風管內敷設吸聲材料, 設置消聲器等方法來控制噪聲。

 

Part three

結束語

隨著建筑業的崛起, 空調設備已成為現代建筑中必不可少的部分。空調設備的運行總是會產生一些噪聲的。為了控制噪聲, 設備制造商應對空調設備的結構、形式予以改進, 降低運轉時產生的噪聲;工程界應優先考慮選用噪聲低、振動小的空調設備, 并采取有效的降噪減振措施, 將噪聲對室內外環境的影響控制在國家允許的噪聲標準范圍內。為人們的生活和作創造良好的聲學環境。

 
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