空調(diào)系統(tǒng)的消聲與減震

空調(diào)系統(tǒng)的消聲與減震第1頁/共43頁【知識點】噪聲的物理量度及空調(diào)系統(tǒng)中噪聲的自然衰減；消聲器分類及減振器分類；消聲器消音量的確定；消聲器選擇方法和布置原則。【學(xué)習(xí)目標(biāo)】了解有關(guān)噪聲的物理量度及空調(diào)系統(tǒng)中噪聲的自然衰減；了解消聲器分類及減振器分類；了解消聲器消音量的確定；掌握消聲器選擇方法和布置原則。2第2頁/共43頁目錄6.16.26.3噪聲的物理量度空調(diào)消聲器空調(diào)裝置的減振3第3頁/共43頁6.1噪聲的物理量度6.1.1噪聲的來源和危害

噪聲是指聲音大而嘈雜刺耳或者對于某項工作來說是不需要或有妨礙的聲音。從物理學(xué)的角度講，當(dāng)不同強度和頻率的聲音無規(guī)律地混雜在一起時，就形成了噪聲。噪聲來源于物體的振動，如固體的機械運動、流體振動（水的波濤、空氣的流動聲）、電磁振動等。在聲源的作用下，使周圍的物質(zhì)點（如空氣）獲得能量，產(chǎn)生相應(yīng)的振動，在其平衡位置附近產(chǎn)生了疏、密波，這樣質(zhì)點的振動能量就以疏、密波的形式向外傳播，這種疏、密波就稱為聲波。聲波可以在氣體、液體和固體中傳播。噪聲也是一種聲波，它具有聲波的一切特性。各種不同頻率和聲強的聲音無規(guī)律地組合在一起就成為噪聲。4第4頁/共43頁6.1噪聲的物理量度噪聲的發(fā)生源很多，就工業(yè)噪聲來說，主要有空氣動力噪聲、機械噪聲、電磁噪聲等，空氣動力噪聲是由空氣振動而產(chǎn)生的，如當(dāng)空氣流動產(chǎn)生渦流或者發(fā)生壓力突變時引起氣流擾動而產(chǎn)生的噪聲；機械噪聲是由固體振動而產(chǎn)生的；電磁噪聲是由于電動機的空隙中交變力的相互作用而產(chǎn)生的。建筑內(nèi)部的噪聲主要是由于設(shè)置空調(diào)、給排水、電氣設(shè)備后產(chǎn)生的，其中以空調(diào)設(shè)備產(chǎn)生的噪聲影響最大?？照{(diào)工程中的主要噪聲源是通風(fēng)機、制冷機、機械通風(fēng)冷卻塔等。通風(fēng)機噪聲主要是通風(fēng)機運轉(zhuǎn)時的空氣動力噪聲（包括氣流、渦流噪聲、撞擊噪聲和葉片回轉(zhuǎn)噪聲）和機械噪聲。通風(fēng)機噪聲的大小與葉片的大小和形式、葉片數(shù)量、風(fēng)量、風(fēng)壓等因素有關(guān)，同系列同型號的通風(fēng)機其噪聲隨著轉(zhuǎn)速的增高而加大。5第5頁/共43頁6.1噪聲的物理量度電機噪聲以電動機冷卻風(fēng)扇引起的空氣動力噪聲為最強，機械噪聲次之，電磁噪聲最小。除此之外，還有一些其他的氣流噪聲，如風(fēng)管內(nèi)氣流引起的管壁振動，氣流遇到障礙物（管道變徑、彎頭、閥門等）產(chǎn)生的渦流以及出風(fēng)口風(fēng)速過高等都會產(chǎn)生噪聲。

圖6.1是空調(diào)系統(tǒng)的噪聲傳播情況。從圖中可以看出，通風(fēng)機噪聲由風(fēng)道傳入室內(nèi)外，設(shè)備的振動和噪聲也可能通過建筑結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)。因此，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在對建筑內(nèi)熱濕環(huán)境和空氣品質(zhì)進行控制的同時，也對建筑的聲環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響。當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)運行產(chǎn)生的噪聲超過一定允許值后，將影響人員的正常工作、學(xué)習(xí)、休息或影響房間的功能（如演播室、錄音室），甚至影響人體健康。因此，在進行通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時，除了要考慮溫、濕度的要求以外，還要考慮噪聲的控制。6第6頁/共43頁6.1噪聲的物理量度圖6.1噪聲的傳播途徑7第7頁/共43頁6.1噪聲的物理量度6.1.2噪聲的物理量度（一）聲音的物理量度1．聲強與聲壓描述聲音強弱的物理量稱為聲強，通常用I表示。某一點的聲強是指該點在垂直于聲音傳播方向上單位面積、單位時間內(nèi)所通過的聲能，單位為W/m2。使人耳可以產(chǎn)生聽覺的聲強最低限稱為“可聞閾”，聲強值約為10~12W/m2，而人耳所能忍受的最大聲強約為1W/m2，大于這個聲強值時，人耳就會產(chǎn)生疼痛的感覺，人耳所能忍受的最大聲強值稱為“痛閾”。聲音傳播時，空氣受到振動時產(chǎn)生的疏密變化，會在原有的大氣壓強上再疊加一個變化的壓強，這個疊加的壓強稱為聲壓，用P表示，單位為微巴（μbar）。8第8頁/共43頁6.1噪聲的物理量度在實際應(yīng)用中，聲強的測定較困難，因而，通常采用測定出聲壓，利用聲強和聲壓的聯(lián)系確定聲強，兩者的關(guān)系為：

式中c——聲速，m/s；

——空氣的密度，kg/m3。2．聲強級和聲壓級由于人耳所能感受到的聲強的最低值和最高值之間相差很大，達1012倍，說明人耳的可聽范圍很寬。由于聲強的強弱只有相對意義，為了計算方便，通常用對數(shù)標(biāo)度。實際計算中是選擇某個聲強I0作為相比較的聲強標(biāo)準(zhǔn)，將聲強的大小用聲強級表示，定義為：式（6.1）式（6.2）9第9頁/共43頁6.1噪聲的物理量度式中

L1——聲強級，單位為分貝（dB）；

I0——基準(zhǔn)聲強，國際上規(guī)定I0=10-12W/m2。利用聲強與聲壓的關(guān)系，聲壓級可表示為：

式中

Lp——聲強級，單位為分貝（dB）；

Po——基準(zhǔn)聲強，Po=0.0002μbar=2×10-5Pa。

測量聲強較困難，實際上往往是測量出聲壓，利用聲壓與聲強的平方成正比關(guān)系，改用聲壓表示聲音的強弱。3．聲功率和聲功率級聲源發(fā)聲量的大小，通常用聲功率反映。聲功率是指聲源在單位時間內(nèi)以聲波的形式輻射出的總的聲能，用W表示，單位為瓦（W）。同聲壓一樣，聲功率也是采用聲功率級進行計算，其表達式為：式（6.3）10第10頁/共43頁6.1噪聲的物理量度式（6.4）式中Lw——聲功率級，單位為分貝(dB）；

Wo——基準(zhǔn)聲功率，Wo=10-12W。11第11頁/共43頁6.2空調(diào)消聲器在空調(diào)機房和制冷機房中，某些設(shè)備如風(fēng)機、水泵、壓縮機等在運行中會產(chǎn)生噪音和振動。同時會通過管道或其它結(jié)構(gòu)傳入空調(diào)房間。因此，對于要求控制噪聲和防止振動的空調(diào)工程應(yīng)采取消聲減振措施。6.2.1空調(diào)消聲器的原理和種類空調(diào)系統(tǒng)的噪聲控制，應(yīng)首先在系統(tǒng)設(shè)計時考慮降低系統(tǒng)噪聲，合理選擇風(fēng)機類型，使風(fēng)機的正常工作點接近其最高效率；風(fēng)道內(nèi)的流速控制；轉(zhuǎn)動設(shè)備的防振隔聲；風(fēng)管管件的合理布置等。經(jīng)計算后證明自然衰減不能達到允許的噪聲時，則應(yīng)在管路中或空調(diào)箱內(nèi)設(shè)置消聲器，對噪聲加以控制。

消聲器是利用聲的吸收、反射、干涉等原理，降低通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)中氣流噪聲的裝置。根據(jù)消聲原理的不同可以分為阻性、抗性、共振型和復(fù)合型等。12第12頁/共43頁6.2空調(diào)消聲器一、阻性消聲器

阻性消聲器利用吸聲材料的吸聲作用而消聲的。其構(gòu)造是把吸聲材料固定在氣流流動的管道內(nèi)壁，或按一定方式排列在管道或殼體內(nèi)構(gòu)成阻性消聲器，吸聲材料能夠把入射在其上的聲能部分地吸收掉。聲能之所以能被吸收，是由于吸聲材料的多孔性和松散性。當(dāng)聲波進入孔隙，引起孔隙中的空氣和材料產(chǎn)生微小的振動，由于摩擦和粘滯阻力。使相當(dāng)一部分聲能化為熱能而被吸收掉。它對于高頻和中頻噪聲效果較好，但對低頻噪聲消聲性能較差。1.管式消聲器

管式消聲器是一種最簡單的消聲器，它僅在管壁內(nèi)周貼上一層吸聲材料，故又稱“管襯”。特點是制作方便，阻力小，但只適用于較小的風(fēng)道，直徑一般不大于400mm風(fēng)管。管式消聲器僅對中、高頻率吸聲有一定的消聲作用。對低頻性能很差。13第13頁/共43頁6.2空調(diào)消聲器2．片式和格式消聲器管式消聲器對低頻性能很差，對中、高額率噪聲又易直通，并且當(dāng)管道段面積較大時，會影響對高頻噪聲的消聲效果，這是由于高頻聲波（波長短）在管內(nèi)以窄束傳播，當(dāng)管道面積較大時，聲波與管壁吸聲材料接觸減少，從而使高頻聲的消聲量減少，因此對斷面較大的風(fēng)管可將斷面分成幾個格子，這就是片式及格式消聲器。片式消聲器應(yīng)用廣泛，構(gòu)造簡單，格式消聲器要保證有效斷面積不小于風(fēng)道斷面，因而體積較大，每格的尺寸宜控制在200mm×200mm左右。片式消聲器的片間距一般在100~200mm的范圍內(nèi)，片間距增大時，消聲量會相應(yīng)地下降。見圖6.2(a)14第14頁/共43頁6.2空調(diào)消聲器圖6.2消聲器構(gòu)造示意（a）阻性消聲器15第15頁/共43頁6.2空調(diào)消聲器二、共振型消聲器吸聲材料通常對低頻噪聲的吸收能力很低，單靠增加吸聲材料的厚度來提高吸聲效果并不經(jīng)濟，為了改善低頻噪聲的吸聲效果，通常采用共振型消聲器。共振型消聲器的形式是利用管道開孔與共振腔相連接，利用小孔處的空氣柱和空腔內(nèi)的空氣構(gòu)成了彈性共振系統(tǒng)，當(dāng)外界噪聲頻率和此共振系統(tǒng)的固有頻率相同時，小孔中的空氣柱發(fā)生共振并與孔壁發(fā)生劇烈摩擦，摩擦可以消耗聲能，從而達到消聲的目的。這種消聲器具有較強的頻率選擇性，即有效的頻率范圍很窄，一般對于低頻消聲可以產(chǎn)生較大的衰減。其氣流阻力小，但因有共振腔而使結(jié)構(gòu)偏大。見圖6.2（b）16第16頁/共43頁6.2空調(diào)消聲器圖6.4消聲器構(gòu)造示意（b）共振型消聲器17第17頁/共43頁6.2空調(diào)消聲器三、抗性消聲器抗性消聲器由管和小室相連而成，該消聲器使利用風(fēng)管截面的突然改變而使聲波向聲源方向反射回去而起到消聲作用。見圖6.2（c）該消聲器對中、低噪聲有較好的消聲效果，結(jié)構(gòu)簡單，由于不使用吸聲材料，因而不受高溫和腐蝕性氣體的影響。消除低頻噪聲有一定效果。為了保證一定的消聲效果，消聲器的膨脹比（大、小斷面積之比）應(yīng)大于4。因此，在機房的建筑空間較小的場合應(yīng)用受限。18第18頁/共43頁6.2空調(diào)消聲器圖6.4消聲器構(gòu)造示意（c）抗性消聲器19第19頁/共43頁6.2空調(diào)消聲器四、復(fù)合型消聲器復(fù)合型消聲器集中了阻性和膨脹型消聲器的優(yōu)點，對低頻到高頻區(qū)噪聲均具有良好的消聲效果。其結(jié)構(gòu)形式如圖6.3所示。如1.2m長的復(fù)合型消聲器的低頻消聲量可達10~20dB，此外對于不能使用纖維吸聲材料的空調(diào)系統(tǒng)(如凈化空調(diào)工程)，用金屬(鋁等)結(jié)構(gòu)的微穿孔板消聲器可獲得良好的效果。五、其他類型的消聲器除了上面所討論的消聲器的類型外，在實際工程中，把一些風(fēng)管構(gòu)件進行適當(dāng)處理，也可以起到消除噪聲的作用。此外，它們還具有節(jié)省建筑空間的優(yōu)點。常用的這類消聲器構(gòu)件有：20第20頁/共43頁6.2空調(diào)消聲器圖6.3復(fù)合型消聲器構(gòu)造示意圖21第21頁/共43頁6.2空調(diào)消聲器1.消聲彎頭當(dāng)因機房面積狹小或需對原有建筑改善消聲效果時，可采用消聲彎頭。消聲彎頭有兩種，如圖6.4所示。普通消聲彎頭是利用貼在內(nèi)側(cè)的吸聲材料消聲。通常是把彎頭內(nèi)緣做成圓弧，外緣粘貼吸聲材料，吸聲材料的長度應(yīng)不小于彎頭寬度的4倍。另一種消聲彎頭稱為共振型消聲彎頭，其外緣采用穿孔板、吸聲材料和空腔，利用共振吸聲結(jié)構(gòu)來改善普通消聲彎頭對低頻噪聲消聲效果較差的問題。2.消聲靜壓箱在風(fēng)機出口或空氣分布器前設(shè)置內(nèi)貼有吸聲材料的靜壓箱，既可以穩(wěn)定氣流，又可以消聲。消聲靜壓箱的消聲量與吸聲材料的性能、箱內(nèi)貼吸聲材料的面積、以及出口側(cè)風(fēng)管的面積等因素有關(guān)。消聲靜壓箱還可以兼作分風(fēng)靜壓箱。22第22頁/共43頁6.2空調(diào)消聲器6.4消聲彎頭23第23頁/共43頁6.2空調(diào)消聲器6.2.2消聲器的應(yīng)用消聲器的應(yīng)用注意事項：1.當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)所需消聲量確定后，可根據(jù)具體情況選擇消聲器的形式。選擇時除考慮消聲量之外，還要從其他方面進行比較和評價，如系統(tǒng)允許的阻力損失；安裝條件；造價的高低；消聲器的防火、防塵、防霉、防蛀性能等。2..消聲器一般設(shè)置在通風(fēng)機房和空調(diào)機房之間的管道中。消聲器宜放在機房外，如必須經(jīng)過機房時，消聲器的外殼及連接部分應(yīng)做好隔聲處理。3消聲器不宜設(shè)置在室外，以免外面的噪聲穿入消聲后的管段，對可能有外部噪聲穿透的管段，應(yīng)對風(fēng)管的隔聲能力進行驗證。4.消聲器應(yīng)設(shè)于風(fēng)管系統(tǒng)中氣流平穩(wěn)的管段上，當(dāng)風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速小于8m/s時，消聲器應(yīng)接近通風(fēng)機的主風(fēng)管上；當(dāng)大于8m/s時，宜分別裝在各分支管上。24第24頁/共43頁6.2空調(diào)消聲器5.當(dāng)一個風(fēng)系統(tǒng)帶多個房間，如對噪聲要求較高時，宜在每個房間的送、回風(fēng)支管上進行消聲處理，以防房間串聲。聲學(xué)要求較高的房間宜獨立設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)。當(dāng)一根風(fēng)管輸送空氣到多個房間時，為防止房間之間的“串聲”可按圖6.5中(b)~(e)所示方案防治。6.空調(diào)通過消聲器時的流速不宜超過下列數(shù)值：阻性消聲器5~10m/s；共振型消聲器5m/s；消聲彎頭6~8m/s。

消聲器主要用于降低空氣動力噪聲，對于機器產(chǎn)生的振動而引起的噪聲則應(yīng)用減振措施來解決。25第25頁/共43頁6.2空調(diào)消聲器圖6.5防止兩室串聲的多種措施(a)穿聲現(xiàn)象；(b)擴大二室送風(fēng)口距離；(c)粘貼吸聲材料；(d)B室送風(fēng)支管增加彎頭；(e)分兩路送風(fēng)26第26頁/共43頁6.3空調(diào)裝置的減振通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中的風(fēng)機、水泵、制冷壓縮機等設(shè)備運轉(zhuǎn)時，會因轉(zhuǎn)動部件的質(zhì)量中心偏離軸中心而產(chǎn)生振動。該振動傳給支撐結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)或樓板），并以彈性波的形式從運轉(zhuǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)沿建筑結(jié)構(gòu)傳遞到其它房間，再以噪聲的形式出現(xiàn)，稱為固體聲。振動噪聲會影響人的身體健康、工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，甚至危及建筑物的安全，所以，對通風(fēng)空調(diào)中的一些運轉(zhuǎn)設(shè)備，需要采取減振措施?？照{(diào)裝置的減振措施就是在振源和它的基礎(chǔ)之間安裝彈性構(gòu)件，即在振源和支承結(jié)構(gòu)之間安裝彈性避振構(gòu)件(如彈簧減振器、軟木、橡皮等)，在振源和管道間采用柔性連接，這種方法稱為積極減振法，見圖6.6。對怕振的精密設(shè)備、儀表等采取減振措施，以防止外界振動對他們的影響，這種方法稱為消極減振法。27第27頁/共43頁6.3空調(diào)裝置的減振圖6.6積極減振示意圖28第28頁/共43頁29第29頁/共43頁30第30頁/共43頁31第31頁/共43頁第七節(jié)空調(diào)裝置的防振32第32頁/共43頁第七節(jié)空調(diào)裝置的防振33第33頁/共43頁第七節(jié)空調(diào)裝置的防振(a)風(fēng)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—包裹彈性材料34第34頁/共43頁第七節(jié)空調(diào)裝置的防振(c)風(fēng)管穿墻隔振方法(d)懸掛風(fēng)機的消聲防振方法(e)防止噪聲向吊頂外擴散1--防振吊卡;2—軟接頭；3—吸聲材料；6—玻璃纖維棉35第35頁/共43頁6.3空調(diào)裝置的減振一、振動傳遞率通常用振動傳遞率（又稱隔振系數(shù)）T表示隔振效果，它表示振動作用于機組的總力中有多少經(jīng)過隔振系統(tǒng)傳遞給支撐結(jié)構(gòu)，即式（6.7）式中——通過減振系統(tǒng)傳給支撐結(jié)構(gòu)的傳遞力；

——振源振動的干擾力；

——振源的振動頻率，HZ；

——彈性減振支座的固有頻率（自然頻率），HZ。

T與/0關(guān)系見圖6.11，從圖6.11和式6.7可以看出：1.當(dāng)/0<1時，則T>1，這時干擾力全部通過減振器傳給支撐結(jié)構(gòu)，減振系統(tǒng)不起減振作用。36第36頁/共43頁6.3空調(diào)裝置的減振2.當(dāng)/0＝1時，T

趨于無窮大，表示系統(tǒng)發(fā)生共振，這時，隔振系統(tǒng)不僅沒有減振作用，反而使振動干擾力增加，加劇了系統(tǒng)的振動，這是減振設(shè)計必須避免的。3.當(dāng)/0>時，振動傳遞率T<1，通過隔震器的振源干擾力得到衰減，隔震器起到了減振作用。從理論上講，/0越大，減振效果越好，但是，/0越大減振系統(tǒng)的造價越高，而且減振效果的增加程度隨著/0的增加也越來越小。因此，在進行減振設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況來確定減振標(biāo)準(zhǔn)，在滿足減振要求的前提下降低工程造價。通常，/0的取值在2.5~5的范圍內(nèi)。二、常用減振器

削弱風(fēng)機傳給基礎(chǔ)的振動，實際上是消除他們之間的剛性連接，即在振源和它的基礎(chǔ)之間安設(shè)減振裝置。如把風(fēng)機安裝在減振臺座上，在臺座與樓板或基礎(chǔ)之間安裝減振器或減振墊，從而引起減振作用。37第37頁/共43頁6.3空調(diào)裝置的減振通風(fēng)與空調(diào)設(shè)備常用的減振墊和減振器有橡膠減振墊、橡膠減振器、彈簧減振器等。 1.橡膠減振墊橡膠彈性好、阻尼比大、制造方便，是一種常用的較理想的隔振材料。可以一塊或多塊疊加使用，但橡膠易受溫度、油質(zhì)、陽光、化學(xué)溶劑的侵蝕，易老化。該類減振裝置主要是采用經(jīng)硫化處理的耐油丁腈橡膠制成。橡膠隔振墊是將橡膠材料切成所需要的面積和厚度，直接墊在設(shè)備的下面。一般不需要預(yù)埋螺栓固定，易加工制作，安裝方便，但易老化變形，降低減振效果。2.橡膠減振器是由丁腈橡膠制成的圓錐形狀的彈性體，并粘貼在內(nèi)外金屬環(huán)上受剪切力的作用。它有較低的固有頻率和足夠的阻尼，減振效果好，安裝和更換方便，且價格低廉。38第38頁/共43頁6.3空調(diào)裝置的減振

一般情況下，設(shè)備轉(zhuǎn)速n>1200r/min時，宜采用橡膠減振器。有關(guān)產(chǎn)品目錄和設(shè)計手冊提供了必要的參數(shù)，當(dāng)已知機組重量和靜態(tài)壓縮量后便可選定減振器。3.彈簧減振器由單個或數(shù)個相同尺寸的彈簧和鑄鐵護罩組成，用于機組座地安裝及吊裝。固有頻率低，靜態(tài)壓縮量大，承載能力大，減振效果好，性能穩(wěn)定，應(yīng)用廣泛，但價格較貴。另外在彈簧減振器底板下面墊有10mm厚的橡膠板，還能起到隔音作用。當(dāng)設(shè)備轉(zhuǎn)速n<1200r/min時，宜采用彈簧減振器。4.金屬彈簧與橡膠組合減振器