第八章空調(diào)系統(tǒng)的消聲與減震課件

第八章空調(diào)系統(tǒng)的消聲與減振了解有關(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。學(xué)習(xí)目標(biāo)目錄8.1噪聲的物理量度8.2空調(diào)消聲器8.3空調(diào)裝置的減振8.1噪聲的物理量度噪聲是指聲音大而嘈雜刺耳或者對(duì)于某項(xiàng)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(qiáng)度和頻率的聲音無規(guī)律地混雜在一起時(shí)，就形成了噪聲。噪聲來源于物體的振動(dòng)，如固體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)、流體振動(dòng)（水的波濤、空氣的流動(dòng)聲）、電磁振動(dòng)等。在聲源的作用下，使周圍的物質(zhì)點(diǎn)（如空氣）獲得能量，產(chǎn)生相應(yīng)的振動(dòng)，在其平衡位置附近產(chǎn)生了疏、密波，這樣質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)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(qiáng)的聲音無規(guī)律地組合在一起就成為噪聲。8.1.1噪聲8.1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(dòng)力噪聲、機(jī)械噪聲、電磁噪聲等，空氣動(dòng)力噪聲是由空氣振動(dòng)而產(chǎn)生的，如當(dāng)空氣流動(dòng)產(chǎn)生渦流或者發(fā)生壓力突變時(shí)引起氣流擾動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲；機(jī)械噪聲是由固體振動(dòng)而產(chǎn)生的；電磁噪聲是由于電動(dòng)機(jī)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(jī)、制冷機(jī)、機(jī)械通風(fēng)冷卻塔等。通風(fēng)機(jī)噪聲主要是通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的空氣動(dòng)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(jī)械噪聲。通風(fēng)機(jī)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(hào)的通風(fēng)機(jī)其噪聲隨著轉(zhuǎn)速的增高而加大。8.1噪聲的物理量度電機(jī)噪聲以電動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇引起的空氣動(dòng)力噪聲為最強(qiáng)，機(jī)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(dòng)，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(huì)產(chǎn)生噪聲。

圖8.1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(jī)噪聲由風(fēng)道傳入室內(nèi)外，設(shè)備的振動(dòng)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(duì)建筑內(nèi)熱濕環(huán)境和空氣品質(zhì)進(jìn)行控制的同時(shí)，也對(duì)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(yùn)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(jìn)行通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了要考慮溫、濕度的要求以外，還要考慮噪聲的控制。圖8.1噪聲的傳播途徑8.1.2噪聲的物理量度1．聲強(qiáng)與聲壓描述聲音強(qiáng)弱的物理量稱為聲強(qiáng)，通常用I表示。某一點(diǎn)的聲強(qiáng)是指該點(diǎn)在垂直于聲音傳播方向上單位面積、單位時(shí)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(qiáng)最低限稱為“可聞閾”，聲強(qiáng)值約為10-12W/m2，而人耳所能忍受的最大聲強(qiáng)約為1W/m2，大于這個(gè)聲強(qiáng)值時(shí)，人耳就會(huì)產(chǎn)生疼痛的感覺，人耳所能忍受的最大聲強(qiáng)值稱為“痛閾”。聲音傳播時(shí)，空氣受到振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的疏密變化，會(huì)在原有的大氣壓強(qiáng)上再疊加一個(gè)變化的壓強(qiáng)，這個(gè)疊加的壓強(qiáng)稱為聲壓，用P表示，單位為微巴（μbar）。在實(shí)際應(yīng)用中，聲強(qiáng)的測(cè)定較困難，因而，通常采用測(cè)定出聲壓，利用聲強(qiáng)和聲壓的聯(lián)系確定聲強(qiáng)，兩者的關(guān)系為：

式中c——聲速，m/s；

ρ——空氣的密度，kg/m3。2．聲強(qiáng)級(jí)和聲壓級(jí)由于人耳所能感受到的聲強(qiáng)的最低值和最高值之間相差很大，達(dá)1012倍，說明人耳的可聽范圍很寬。由于聲強(qiáng)的強(qiáng)弱只有相對(duì)意義，為了計(jì)算方便，通常用對(duì)數(shù)標(biāo)度。實(shí)際計(jì)算中是選擇某個(gè)聲強(qiáng)I0作為相比較的聲強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)，將聲強(qiáng)的大小用聲強(qiáng)級(jí)表示，定義為：8.1.2噪聲的物理量度式中

L1——聲強(qiáng)級(jí)，單位為分貝（dB）；I0——基準(zhǔn)聲強(qiáng)，國(guó)際上規(guī)定I0=10-12W/m2。利用聲強(qiáng)與聲壓的關(guān)系，聲壓級(jí)可表示為：

式中

Lp——聲壓級(jí)，單位為分貝（dB）；

Po——基準(zhǔn)聲壓，Po=0.0002μbar=2×10-5Pa。測(cè)量聲強(qiáng)較困難，實(shí)際上往往是測(cè)量出聲壓，利用聲壓與聲強(qiáng)的平方成正比關(guān)系，改用聲壓表示聲音的強(qiáng)弱。3．聲功率和聲功率級(jí)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(shí)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(jí)進(jìn)行計(jì)算，其表達(dá)式為：8.1.2噪聲的物理量度式中Lw——聲功率級(jí)，單位為分貝(dB）；

Wo——基準(zhǔn)聲功率，Wo=10-12W。8.1.2噪聲的物理量度8.2空調(diào)消聲器8.2.1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(jì)時(shí)考慮降低系統(tǒng)噪聲，合理選擇風(fēng)機(jī)類型，使風(fēng)機(jī)的正常工作點(diǎn)接近其最高效率；風(fēng)道內(nèi)的流速控制；轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的防振隔聲；風(fēng)管管件的合理布置等。經(jīng)計(jì)算后證明自然衰減不能達(dá)到允許的噪聲時(shí)，則應(yīng)在管路中或空調(diào)箱內(nèi)設(shè)置消聲器，對(duì)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。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(dòng)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(jìn)入孔隙，引起孔隙中的空氣和材料產(chǎn)生微小的振動(dòng)，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(duì)于高頻和中頻噪聲效果較好，但對(duì)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(jiǎn)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(diǎn)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(duì)中、高頻率吸聲有一定的消聲作用。對(duì)低頻性能很差。8.2空調(diào)消聲器2．片式和格式消聲器管式消聲器對(duì)低頻性能很差，對(duì)中、高額率噪聲又易直通，并且當(dāng)管道段面積較大時(shí)，會(huì)影響對(duì)高頻噪聲的消聲效果，這是由于高頻聲波（波長(zhǎng)短）在管內(nèi)以窄束傳播，當(dāng)管道面積較大時(shí)，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(duì)斷面較大的風(fēng)管可將斷面分成幾個(gè)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(jiǎn)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(shí)，消聲量會(huì)相應(yīng)地下降。見圖8.2(a)8.2空調(diào)消聲器圖8.2消聲器構(gòu)造示意（a）阻性消聲器8.2空調(diào)消聲器二、共振型消聲器吸聲材料通常對(duì)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(jì)，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(shí)，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(dá)到消聲的目的。這種消聲器具有較強(qiáng)的頻率選擇性，即有效的頻率范圍很窄，一般對(duì)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8.2（b）8.2空調(diào)消聲器圖8.2消聲器構(gòu)造示意（b）共振型消聲器8.2空調(diào)消聲器三、抗性消聲器（膨脹型消聲器）

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8.2（c）該消聲器對(duì)中、低噪聲有較好的消聲效果，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)房的建筑空間較小的場(chǎng)合應(yīng)用受限。8.2空調(diào)消聲器圖8.2消聲器構(gòu)造示意（c）抗性消聲器8.2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(diǎn)，對(duì)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(zhǎng)的復(fù)合型消聲器的低頻消聲量可達(dá)10~20dB，此外對(duì)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(shí)際工程中，把一些風(fēng)管構(gòu)件進(jìn)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(diǎn)。常用的這類消聲器構(gòu)件有：8.2空調(diào)消聲器圖6.3復(fù)合型消聲器構(gòu)造示意圖8.2空調(diào)消聲器1.消聲彎頭

當(dāng)因機(jī)房面積狹小或需對(duì)原有建筑改善消聲效果時(shí)，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(zhǎng)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(duì)低頻噪聲消聲效果較差的問題。

2.消聲靜壓箱

在風(fēng)機(jī)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。8.2空調(diào)消聲器6.4消聲彎頭8.2空調(diào)消聲器8.2.2消聲器的應(yīng)用消聲器的應(yīng)用注意事項(xiàng)：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(shí)除考慮消聲量之外，還要從其他方面進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)，如系統(tǒng)允許的阻力損失；安裝條件；造價(jià)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(jī)房和空調(diào)機(jī)房之間的管道中。消聲器宜放在機(jī)房外，如必須經(jīng)過機(jī)房時(shí)，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(duì)可能有外部噪聲穿透的管段，應(yīng)對(duì)風(fēng)管的隔聲能力進(jìn)行驗(yàn)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(shí)，消聲器應(yīng)接近通風(fēng)機(jī)的主風(fēng)管上；當(dāng)大于8m/s時(shí)，宜分別裝在各分支管上。5.當(dāng)一個(gè)風(fēng)系統(tǒng)帶多個(gè)房間，如對(duì)噪聲要求較高時(shí)，宜在每個(gè)房間的送、回風(fēng)支管上進(jìn)行消聲處理，以防房間串聲。聲學(xué)要求較高的房間宜獨(dú)立設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)。當(dāng)一根風(fēng)管輸送空氣到多個(gè)房間時(shí)，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(shí)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。

8.2.2消聲器的應(yīng)用消聲器主要用于降低空氣動(dòng)力噪聲，對(duì)于機(jī)器產(chǎn)生的振動(dòng)而引起的噪聲則應(yīng)用減振措施來解決。圖6.5防止兩室串聲的多種措施(a)穿聲現(xiàn)象；(b)擴(kuò)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)8.2空調(diào)消聲器通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)、水泵、制冷壓縮機(jī)等設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)因轉(zhuǎn)動(dòng)部件的質(zhì)量中心偏離軸中心而產(chǎn)生振動(dòng)。該振動(dòng)傳給支撐結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)或樓板），并以彈性波的形式從運(yùn)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(dòng)噪聲會(huì)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(duì)通風(fēng)空調(diào)中的一些運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，需要采取減振措施。

空調(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(duì)怕振的精密設(shè)備、儀表等采取減振措施，以防止外界振動(dòng)對(duì)他們的影響，這種方法稱為消極減振法。8.3空調(diào)裝置的減振圖6.6積極減振示意圖8.3空調(diào)裝置的減振8.3空調(diào)裝置的減振(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8.3空調(diào)裝置的減振(c)風(fēng)管穿墻隔振方法(d)懸掛風(fēng)機(jī)的消聲防振方法(e)防止噪聲向吊頂外擴(kuò)散1--防振吊卡;2—軟接頭；3—吸聲材料；6—玻璃纖維棉一、振動(dòng)傳遞率通常用振動(dòng)傳遞率（又稱隔振系數(shù)）T表示隔振效果，它表示振動(dòng)作用于機(jī)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(dòng)的干擾力；

——振源的振動(dòng)頻率，HZ；

——彈性減振支座的固有頻率（自然頻率），HZ。1.當(dāng)/0<1時(shí)，則T>1，這時(shí)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。8.3空調(diào)裝置的減振2.當(dāng)/0＝1時(shí)，T

趨于無窮大，表示系統(tǒng)發(fā)生共振，這時(shí)，隔振系統(tǒng)不僅沒有減振作用，反而使振動(dòng)干擾力增加，加劇了系統(tǒng)的振動(dòng)，這是減振設(shè)計(jì)必須避免的。3.當(dāng)/0>1時(shí)，振動(dòng)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(jià)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(jìn)行減振設(shè)計(jì)時(shí)，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(jià)。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(jī)傳給基礎(chǔ)的振動(dòng)，實(shí)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(jī)安裝在減振臺(tái)座上，在臺(tái)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。8.3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(jià)格低廉。8.3空調(diào)裝置的減振

一般情況下，設(shè)備轉(zhuǎn)速n>1200r/min時(shí)，宜采用橡膠減振器。有關(guān)產(chǎn)品目錄和設(shè)計(jì)手冊(cè)提供了必要的參數(shù)，當(dāng)已知機(jī)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(gè)或數(shù)個(gè)相同尺寸的彈簧和鑄鐵護(hù)罩組成，用于機(jī)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(jià)格較貴。另外在彈簧減振器底板下面墊有10mm