图书馆中央空调噪声控制设计.docx

扬州职业大学
Yangzhou Vocational College

图书馆中央空调噪声控制设计

编制单位：
资源与环境工程学院
班级：
环评1401
学号：
140603111
姓名：
马欢影
联系电话：
13179772959
E-mail：
1433970972@

摘 要：在公用建筑和商业建筑中，中央空调系统被广泛应用。但中央空调在给人们带来适宜的温湿度的同时，往往同时也带来了噪声，这些噪声不仅影响到建筑内的人，还会影响到周边的环境，给人们的生活和工作造成一定的干扰。图书馆空调系统给同学们带来了舒适的阅读环境，但也给高层的教师办公带来了影响。空调系统噪声与振动具有自己的特点，其内容涉及建筑、结构、空调和声学等专业，需要各专业协作配合才能进行有效合理的控制。但目前一般空调专业人员并不熟悉声学专业，同时建筑与声学的专业人员对空调专业也缺乏解，在实际工程中经常出现空调噪声扰民的现象。本文针对空调系统噪声的特点，研究如何综合应用各专业的知识更有效合理地进行空调噪声控制。
关键词 :中央空调 ;控制 ;噪声

1 .中央空调系统噪声源
空调系统噪声源包括空调箱的风机噪声、送回风管道 的气流噪声、末端风口噪声、制冷机组及其辅助设备(包括 水泵、水处理设备等)的噪声与振动、冷却塔噪声与振动等 等。空调噪声的传播方式包括空气传声与固体传声, 空气声传播包括风管的噪声传播与末端噪声直接辐射等, 固体 声传播主要包括制冷机组、冷却塔、管道等设备振动的传 播。空调噪声控制涉及消声、隔声、吸声以及隔振等内容, 主要空调设备噪声控制常用措施如表1 所示。
表 1 主要空调设备噪声影响及常用控制措施

空调设备
噪声传播及影响
常用降噪措施

风机
通过风管传入室内或
机房内隔声、吸声、机组隔振、管道软
影响室外及邻室
接头、弹性吊钩、管道设置消声器等

冷却塔
噪声影响室外, 振动影
进出风口消声、塔内降低淋水噪声、设
响到邻近建筑
隔声屏障、基础隔障

冷冻机组、水泵
噪声影响机房、振动传
机房隔声、吸声、机组隔振、管道减振
播到建筑内
及弹性吊钩等

1.2制冷机噪声
制冷机及其辅助设备产生严重的宽频噪声和离散频率噪声，制冷剂和水流产生宽频噪声，压缩机、电动机的转动产生离散频率噪声。制冷机的噪声通常在250一 1000Hz频带内最严重。对于大部分的室内的水冷制冷机，压缩机是主要噪声源。常见的压缩机包括离心式、往复式、吸收式、涡旋式和螺杆式等类型。除了吸附式压缩机，其他压缩机都有明显的离散频率噪声。 离心压缩机的离散频率噪声主要是由于叶轮和电机的转动产生的，离散频率噪声成分不是很强。如果压缩机使用阀门来调节其制冷量，则在部分负荷下由于阀门节流产生更大的湍流，噪声声压级反而增大;如果通过改变电机转速。来调节制冷量，则噪声声压级随负荷的减少而降低。
往复式压缩机由于活塞的往复运行产生严重的低频噪声。部分负荷运行时，往复式压缩机的离散频率噪声和噪声总声压噪声只比全负荷运行减少一点。吸附式压缩机相对于其他压缩机产生较少的噪声，但它的蒸汽流会产生显著的高频噪声。相对于其他压缩机，涡旋式压缩机产生较小的噪声，但制冷量一般较小。螺杆式压缩机在250}2000Hz频带内产生非常强烈的噪声，相对于其他的压缩机产生更大的噪声。
1.3风机的噪声
风机噪声是通风空调系统中最主要的噪声源之一，风机在运转时产生的噪声主要包括空气动力噪声、机械噪声及气体和固体弹性系统相互作用产生的气固祸合噪声。

图1 离心风机与轴流风机典型频谱曲线

而在这些噪声中，以空气动力性噪声为主，一般空气动力噪声可比机械噪声大lOdB左右。风机噪声的大小和特性因风机的形式、型号及规格的不同而不同。从构造上风机可分为离心风机和轴流风机两种类型，两种类型风机的典型噪声频谱曲线如图2.1-1所示。离心风机噪声以低频为主，随着频率的提高，噪声逐渐下降;而轴流风机则以中频噪声为主。但在工程上，往往不是以风机的声学性能作为选择风机的首要标准，而是根据所需要的风量与风压来确定风机的型号、大小和转速。
风机的空气动力噪声主要包括旋转噪声和气流旋涡噪声。其中旋转噪声又称离散频率噪声或通过频率噪声(Blade Passage Frequency ,BPF)。当风机旋转时，旋转叶轮上的叶片通道出口处，沿周向的气流压力与气流速度都有颇大的变化。由于叶片旋转而产生周期性的压力和速度脉动，此种脉动所产生的噪声被称为旋转噪声。更形象地说，旋转噪声是由旋转的叶片周期性地打击空气质点引起空气脉动所产生的。其频率就是叶片每秒钟打击空气质点的次数，因此它与叶片数和转速有关。其基本频率，也称为叶片通过频率，以符号表示。
风机的风量、风压越大，则风机的噪声也越大。因此在风机选型时安个系数不宜考虑过大。

图2 离心风机的三种基本类型

按照叶片类型划分，离心风机可分为前向、后向和辐射三种类型，如图2所示。
后向型离心风机具有最高的效率，产生最低的噪声，在空调系统低、中、高三种风压下均可适用。此类风机一般有8到16片叶片，相对于其他类型的风机，后向型风机的旋转频率噪声不是很严重。为了得到更高的风压，对后向型风机叶片进行改进，把叶片靠里部分叶片做一个向前的倾角，靠外部分做成辐射型，如图3所示。但改进的后向型风机具有强烈的旋转频率噪声。
辐射型离心风机结构最简单，一般有6到12片叶片，其叶片可以做的宽而短，适用于大流量而低风压的场合;叶片也可以做成细而长，适用于高风压小流量的场合。这类型的风机的噪声具有强烈的旋转频率噪声成分。

图3 改进的后向型风机

前向型离心风机主要是应用在空调系统中，如风机盘管系统，此类风机具有大流量和低风压的特点。此类风机比后项型风机具有更大的噪声，但其旋转频率噪声成分比较低。此类风机一般有36到64片叶片。

2.空调系统噪声污染的人为因素
固然，空调系统噪声的产生是不可避免的，但设计和安装这两方面的人为因素却是造成空调系统噪声污染的外因。
(1)设计方面:空调设备选型不当，如所选风机噪声值超标;‚设计风速过大，造成风管内空气涡流严重、出风口处风噪大;ƒ设备设计位置不妥，如空调机房位置距办公、生活区域较近;④未进行有效的消声设计，如并联设备间无防共振设计、风管未采用隔振吊架。
(2)安装方面:未按设计施工，如管道与空调器没有采用软连接、设备基础未采用隔振垫;‚不符合施工规范要求，如设备安装时没调平找正、大型风管弯头导流片漏装;ƒ未严格进行系统检测，如风管漏光检测、漏风量测试抽检率不足、室内噪声检测点少。

3.中央空调噪声控制方法
3.1 空调系统消声
在空调系统中，消声器被应用于空调机房、锅炉房、冷冻机房等设各机房进出风口的消声，空调系统送回风管道的消声，以及冷却塔进出风口的消声等，在实际工程中，消声器消声性能因风速的增大而显著下降，有时候甚至出现消声量为负值的现象，主要的原因是气流的再生噪声，在管道内，气流噪声的机制主要有:一是气流激发管壁等构建所产生的振动，这种固体噪声以中低频为主，一般服从流速四次力规律另一种是气流涡流脱离附而层时直接发声，这种由于气流湍流产生的噪声本质上是一种偶极r辐射，呈中高频特征，大致按流速的六次力规律变化，这两种噪声同时存在，流速低时以前者为主，流速提高时逐渐以后者为主。
3.2 空调系统隔振
控制空调、制冷设备的噪声, 除了减低由通风管道传的风机噪声和透过围护结构的设备噪声外 ，还必须同时控制由空调、制冷设备振动传播的固体声, 才能使空调用房达 到预定的允许噪声控制标准。 空调、制冷设备的振动以弹 性波的形式沿建筑结构传到所有与机房毗邻的房间, 并以空气声的形式被人所感受到。 衰减振动的方法是消除振动 源和接收者之间的刚性连接。 空调、制冷设备隔振涉及设 备基础隔振与管道隔振。
可以通过两种途径来控制:(1)降低振动源的振动;(2) 降低振动传递效率。在振源处控制进行振动是最有效的办 法,但这可能需要对振源设备进行重新设计或者改造, 因而在很多工程中无法实现。在振动传播途径上控制振动, 常 用的办法包括:(1)引入弹性减振元件以降低振动传递率, 比如引入弹簧隔振器或者橡胶垫;(2)增加振动传播途径的阻尼, 以吸收振动传播的能量(转化为热量)。弹性减振元 件可以在振动传播途径上的任何一处加入 , 但在振源处或 者附近引入是最有效的。
目前常用的隔振软管有各种橡胶软连接和不锈钢波纹 软管。橡胶软管具有很好的隔振降噪效果 , 缺点是其使用 受到介质温度、压力的限制 , 同时耐腐蚀性闭较差。不锈钢波纹管由于能耐高温、高压和腐蚀性介质, 经久耐用和具有 良好的隔振效果, 因此应用较广。 但它造价较高。 在空调 管道隔振控制中, 对于低温、低压的水管可以采用各种橡胶软管, 而对冷冻机、空压机和高压水泵则需选用不锈钢波纹 管。软管的隔振效果与软管本身的材料和构造, 软管的合 理长度, 管内介质压力, 可以计管道的固定方式等有关。
设备与管道之间配置软管后, 可衰减设备振动通过管 道传播, 但管道内介质引起的振动仍可通过固定管道的构 件传播到建筑结构, 因此必须隔离措施。常用的方法是使 用弹簧的弹性吊件, 或者在吊架上铺设弹性隔振材料。
3 .3 吸声降噪
空调系统噪声通过空调末端或建筑结构传播到空调使用房间内,一部分声能直接传播到入耳,称为直达声,大部分的声能通过室内的各个界面多次反射后传播到达人耳。称为混响声。人耳听到的声音为直达声与混响声的叠加,如果在室内天花、墙壁或地板等界面布置吸声材料或吸声构造,吸收掉部分反射声能,可使得混响声减弱,这就是吸声降噪的原理。
日前，国内外采用‘吸声降噪”的力法进行噪声控制已经非常普遍，一般降噪量可达6-l0dB，需要注意的是，吸声降噪只能降低混响声，小能降低直达声，小能把房间内的噪声都吸掉如果原来房间吸声很少，采用吸声降噪效果明显;如果原来房间已有一定的吸声，则增加同样的吸声量，得到的降噪量就较小，因此图只依靠吸声降低噪声级l0dB以上，通常是小可能的。
3.3隔声墙隔声
a.单层匀质实墙隔声性能单层匀质实墙的隔声性能与人射声波1h频率有关，其频率特性取决于墙本身的单位而积质量、刚度、材料的内阻尼以及墙的边界条件等因素，在主要声频范内，单层匀质实墙隔声性能主要受质量控制，符合“质量定律”，即墙的单位而积质量越人，隔声效果越好，单位而积质量每增加1倍，隔声量增加6dB由此可见，要提高墙体隔声量，应尽量用厚重的墙体1、组合墙通过增加墙体的厚度_可以增大其隔声量但单纯依靠增加墙体厚度来提高隔声量，显然是不经济的；增加墙体厚度增加了结构的重量，也限制了它的使用范围。
多层组合隔墙利用声波穿透不同介质时的反射和衰减吸收来增加隔声量，这种方法可以有效地提高隔声量，并且墙体可以做得很轻。组合墙可以通过中间留空气层提高隔声量。空气间层可以看作是连接墙板的“弹簧”，声波入射到第一层墙板时，使墙板发生振动，此振动通过空气层传至第二层墙板。由于空气间层的弹性变形具有减振作用，因此传递到第二层墙体的振动大为减少，从而提高墙体总的隔声量，双层墙的隔声量可以用单位质量等于双层墙单位质量之和的单层墙的隔声量再加上一个空气间层的附加隔声量来估算。空气间层的附加隔声量与空气间层的厚度有关，如果在空气间层内放置吸声材料一，但不填满空气间层，可以进一步提高隔声量。通过这些措施，可以很容易使得轻质墙的隔声量达到重墙的水平，具有很好的隔声效果，双面双层12mm纸面石膏板、轻钢龙骨、内填玻璃面的轻型墙隔声量可与24cm砖墙相当，而重量仅为砖墙的1/100。轻质组合墙综合隔声量虽然可以达到重型实墙的水平，但低频的隔声量一般比重墙低，因此在以低频噪声隔绝为主的空间，如承重结构允许，应尽可能使用重墙。

4.空调噪声控制方法
4. 1空调系统消声
为了控制风机等空调设备的噪声通过通风管道传入到空调服务区以及风道内气流噪声，通常需要在通风管道内安装消声器来降低噪声声压级。消声器是一种既可以使气流顺利通过又能有效地降低噪声的设备，或者说，消声器是一种具有吸声内衬或特殊结构形式能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。在空调系统中，消声器被应用于空调机房、锅炉房、冷冻机房等设备机房进出风口的消声，空调系统送回风管道的消声，以及冷却塔进出风口的消声等。

4.2消声器的分类
随着消声器的研究和应用技术的不断发展，消声器的种类也日益繁多，其原理、形式、规格、材料、性能以及用途等各不相同，按照消声特性来分可分为阻性消声器、抗性消声器、复合式消声器、有源消声器等。图4列举了常见消声器基本类型和各自性能特点。

图4 常见消声器基本类型和性能
4.2.1阻性消声器
阻性消声器是利用气流管道内的多孔材料吸收声能来降低噪声。阻性消声器是各类消声器中形式最多、应用最广泛的一种消声器，特别是在风机类消声器中应用最多。阻性消声器具有较宽的消声频率范围，在中、高频段消声性尤为明显。阻性消声器的消声性能主要取决于消声器的结构形式、吸声材料特性、通过消声器的气流速度及消声器的有效长度等。常见的阻性消声器有管式、片式、蜂窝式(列管式)、折板式、声流式、弯头式(消声弯头)、小室式、百叶式等等，如图5所示。

图5常见阻型消声器形式示意图
a)矩形管式 b)圆形管式 c)片式 d)蜂窝式 e)列管式 f)折板式 g)声流式 h)弯头式 i)多室式 J)圆盘式 k)百叶式
4.2.2抗性消声器
抗性消声器是通过管道内声学性能的突变处将部分声波反射回声源方向，或者通过产生共振来吸收部分省能，以达到消声目的的消声器，主要适用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要使用多孔吸声材料，因此在耐高温、抗潮湿、流速较大、洁净程度要求较高的条件下必阻性消声器具有明显优势。抗性消声器又可分为扩张式(或膨胀式)、共振式、微穿孔板式、干涉式等不同类型，以适用于不同的使用条件。常见的几种抗性消声器如图6所示。

图6常见阻型消声器形式示意图
a) 单节膨胀式b)改良型单节膨胀式c)单节迷宫式d)多节共振式e)双节双层微
穿孔板式f)共振性管式
4.2.3复合式消声器
复合式消声器是将阻性和抗性消声原理进行组合设计的消声器。由于阻性消声器虽然具有良好的中高频消声性能，而低频消声性能则较差，且难以提高;而抗性消声器则正好相反。因此，如果把阻性和抗性两种消声原理合成到一个消声器，就可以在较宽的频率范围内都得到满意的消声效果。相应的，复合式消声器的结构也比单独的阻性消声器和抗性消声器复杂，加大了设计和制作的难度。几种常见的复合式消声器形式如图7所示。

图7
4.4.4.有源消声器
低频噪声和振动的控制历来比较困难，原因是涉及的波长很长，如果用无源控制，吸声材料必须很厚，消声器要做得很大，隔振时需要弹性材料很软很厚。控吸声材料必须很厚，消声器要做得很大，隔振时需要弹性材料很软很厚。有源噪声控制(Active Noise Control，ANC)是有别于利用吸收、隔离、阻尼等被动手段的无源消声技术的一种噪声控制技术，它基于声波的干涉原理，利用人为附加的声源(次级声源)与噪声源(初级声源)形成相消干涉来达到消声的目的，特别适合于采用无源方法难以控制的低频噪声。20世纪80年代后，计算机、微电子技术的成熟与控制理论的发展使得有源噪声控制得以实现和迅速发展，取得了不少重要成果。
有源噪声控制机理有如下三种:首先是抵消。次级噪声源产生与原有噪声反相的噪声将其抵消，通常的有源噪声常以此解释。这一法在有源降噪耳机和管道噪声控制中可得到很好的效果。第二种是改变原始噪声的辐射特性。在原始声源旁放一个噪声功率相同的反相次级声源，整个发射噪声功率大为减少。这是因为次级声源与原始声源组成偶极声源，次级声源使得原始声源的阻抗变成主要是声抗，而声阻很小。第三种机理是吸收，原始噪声驱动次级声源振动，从而把能量消耗掉。以上三种机理在实际有源控制中或单独使用，或共同使用，依具体控制系统而定。
实际应用中的系统主要有两种，即前馈式有源控制系统和反馈式有源控制系统。
5. 噪声源的实地勘察

图8扬州职大图书馆

图9职大图书馆中央空调冷却塔

6.中央空调系统噪声控制设计程序
进行空调系统噪声控制设计时，应首先对该工作的内容、专业关系和设计程序有明确的了解，使得各专业在力案设计阶段就应考虑到消声与隔振要求，这样也有利于分工协作，顺利推进工作，提高工作效率。随着建筑业的崛起,空调设备已成为现代建筑中必不可少的部分。空调设备的运行总是会产生一些噪声的。为了控制噪声,设备制造商应对空调设备的结构、形式予以改进,降低运转时产生的噪声;工程界应优先考虑选用噪声低、振动小的空调设备,并采取有效的降噪减振措施将噪声对室内外环境的影响控制在国家允许的噪声标准范围内。为人们的生活和工作创造良好的声学环境。
7.结语
日前很多工程中，由于建筑师和暖通工程师在设计过程中往往只把精力集中于温度、湿度、气流组织和空气品质等力而的研究和设计，没有意识到噪声危害的严重性，忽视噪声控制设计，而导致空调噪声超过噪声控制标准，影响人们的生活和学习，同时，日前一般空调专业人员也小熟悉声学专业难于做好空调噪声控制设计，而建筑学与声学的专业人员往往对空调专业也小太了解，也难于独立做好空调噪声控制设计因此，要做好中央空调噪声控制，需要建筑师和暖通空调工程师对噪声控制给以足够的重视，从建筑设计的开始阶段就要考虑如何进行噪声控制，综合考虑声环境与室内微气候环境、室内空气品质等因素进行整体设计。

参考文献：
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