陳東哲，龔蓂杰

( 廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣州 510000 )

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廣州某音樂廳空調(diào)系統(tǒng)消聲設(shè)計(jì)

陳東哲，龔蓂杰

( 廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣州 510000 )

[摘要]指出了控制空調(diào)系統(tǒng)噪聲的措施，詳細(xì)介紹了空調(diào)系統(tǒng)各部件氣流再生噪聲的計(jì)算方法和消聲特性，并以廣州某音樂廳的空調(diào)系統(tǒng)消聲設(shè)計(jì)為例，具體給出了其消聲計(jì)算流程和結(jié)果。

[關(guān)鍵詞]音樂廳；再生噪聲；消聲設(shè)計(jì)

1引言

對于音樂廳等功能性建筑，空調(diào)系統(tǒng)的噪聲將直接影響聽覺效果。一些較高檔次的音樂廳還要求自然聲演出，這樣，對其室內(nèi)的噪聲控制水平提出了更高的要求。目前，部分工程師多是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)的消聲設(shè)計(jì)，并沒有進(jìn)行精確的計(jì)算。另一方面，隨著消聲材料的快速發(fā)展，空調(diào)系統(tǒng)的消聲手段也日益多元化。本文介紹廣州某音樂廳空調(diào)系統(tǒng)消聲設(shè)計(jì)的流程，供廣大同行參考。

2空調(diào)系統(tǒng)的噪聲

2.1噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)

空調(diào)系統(tǒng)的噪聲控制主要參考《實(shí)用供暖空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(第二版)》中提出的音樂廳室內(nèi)允許噪聲級——噪聲評價數(shù)NR等級：20～25，A聲級值(dBA)：25～30。

2.2控制噪聲的具體措施

一般而言，控制空調(diào)系統(tǒng)的噪聲可從以下方面展開：

合理確定空調(diào)系統(tǒng)的大?。嚎照{(diào)系統(tǒng)不宜過大，最大空調(diào)面積約500m2[1]，否則風(fēng)壓和風(fēng)速太大，不利于控制噪聲。

空調(diào)機(jī)房的位置盡量遠(yuǎn)離噪聲要求高的房間，且應(yīng)削弱包括空調(diào)機(jī)房在內(nèi)的各種機(jī)房的振動，避免通過基礎(chǔ)的振動傳遞噪聲。

選擇噪聲低的空調(diào)機(jī)組，從源頭控制噪聲。

控制合理的管內(nèi)風(fēng)速：由于氣流通過風(fēng)管內(nèi)將產(chǎn)生氣流的再生噪聲，因此有必要合理控制其內(nèi)的風(fēng)速[2]。

進(jìn)行有效的消聲設(shè)計(jì)，包括采用消聲器或含玻璃棉內(nèi)襯的消聲風(fēng)管等。目前在實(shí)際工程中，大多采用鍍鋅鋼管加消聲器的消聲方法。由于消聲材料的快速發(fā)展，目前也有部分消聲要求高的工程開始采用玻璃棉內(nèi)襯風(fēng)管來取代鍍鋅鋼管，本工程即是如此。

表1空調(diào)風(fēng)管內(nèi)流速控制值

允許噪聲(dBA)風(fēng)管流速控制值(m/s)主風(fēng)管支風(fēng)管風(fēng)口204.02.51.5254.53.52.0305.04.52.5356.55.53.5407.56.04.0459.07.05.0

2.3消聲設(shè)計(jì)流程

2.3.1噪聲的產(chǎn)生

空調(diào)系統(tǒng)的噪聲主要包括噪聲源(空調(diào)機(jī)組)的噪聲和噪聲在傳播過程中的再生噪聲[2]。

(1)空調(diào)機(jī)組的噪聲

空調(diào)機(jī)組的噪聲主要是其內(nèi)部的風(fēng)機(jī)噪聲。關(guān)于風(fēng)機(jī)噪聲的確定，相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊[2，3]中給出了包括根據(jù)風(fēng)量風(fēng)壓或功率等參數(shù)的估算方法。但是，該估算方法針對性不強(qiáng)，且隨著風(fēng)機(jī)技術(shù)的提高，很多廠家都對風(fēng)機(jī)進(jìn)行了降噪處理，用風(fēng)量風(fēng)壓估算的噪聲一般都大于廠家提供的測試數(shù)據(jù)，在這里筆者建議可用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行初步估算，廠家提供的測試數(shù)據(jù)為準(zhǔn)進(jìn)行消聲設(shè)計(jì)。

(2)直管段的再生噪聲

支管道的氣流噪聲聲功率級LW(dB)：

LW=LWC+50lgv+10lgF

(1)

式中：

LWC—直管比聲功率級，一般取10dB；

v—直管內(nèi)氣流速度，m/s；

F—直管的斷面積，m2；

直管段氣流噪聲的倍頻帶修正值可由表2查得。

(3)彎頭的再生噪聲

彎頭的氣流噪聲聲功率級LW(dB)：

LW=LWC+10lgfD+30lgd+50lgv

(2)

表2直管段氣流噪聲倍頻帶修正值

中心頻率(Hz)631252505001000200040008000修正值(dB)-5-6-7-8-9-10-13-20

式中：

LWC—彎頭比聲功率級，可由圖1查得；

fz——倍頻帶中心頻率，Hz；

d——風(fēng)管的直徑或當(dāng)量直徑，m；

v——彎頭內(nèi)風(fēng)速，m/s；

圖1中斯脫立哈爾數(shù)NStr，由NStr=fz·d/v算得。

(4)三通的再生噪聲

三通的氣流噪聲聲功率級LW(dB)：

LW=LWC+10lgfD+30lgd+50lgva

(3)

式中：

LWC—比聲功率級，可根據(jù)vi/va值由圖2查得；

vi—進(jìn)入三通的風(fēng)速，m/s；

va—離開三通的風(fēng)速，m/s；

(5)閥門的再生噪聲

管道上閥門產(chǎn)生的氣流噪聲聲功率級可用下式計(jì)算，其相對的頻帶聲功率級修正值則可由表3查得。

圖1　矩形彎頭的LWC值

LW=Lθ+10lgs+55lgv

(4)

式中：

LQ—由閥門葉片角度θ決定的常數(shù)；

圖2　三通的LWC值

θ=0°時，Lθ=30dB；

θ=45°時，Lθ=42dB；

θ=65°時，Lθ=51dB；

v—管道內(nèi)氣流速度，m/s；

s—管道斷面積，m2。

表3閥門氣流噪聲頻帶聲功率級修正值

閥門葉片角度θ倍頻帶中的頻率(Hz)6312525050010002000400080000°-4-5-5-9(-14)(-19)(-24)(-29)45°-7-5-6-9-13-12-7-1365°-10-7-4-5-90-3-10

注：括號內(nèi)數(shù)值為估算值。

(6)出風(fēng)口的再生噪聲

對于定風(fēng)速擴(kuò)散型出風(fēng)口的氣流噪聲聲功率級LW(dB)：

(5)

式中：

LW—比聲功率級值。由圖3查得。

d—散流器頸部直徑，m；

v—散流器頸部流速，m/s。

圖3　定風(fēng)速擴(kuò)散型出風(fēng)口氣流噪聲聲功率級

2.3.2各部件的噪聲衰減量

(1)直管段噪聲衰減

(a)金屬風(fēng)管

金屬風(fēng)管的噪聲衰減量與風(fēng)管的周長、長度及管壁的吸聲系數(shù)成正比，與風(fēng)管的面積成反比。可按表4估算直管段噪聲衰減量，表中風(fēng)管尺寸：圓管為直徑，矩形管為當(dāng)量直徑[3]。

(b)玻璃棉吸聲內(nèi)襯風(fēng)管

吸聲內(nèi)襯風(fēng)管具有很好的消聲效果，尤其對于中高頻。但是其吸聲效果隨著管道截面積的增大呈降低趨勢。25mm厚內(nèi)襯的矩形金屬風(fēng)管的噪聲衰減量如表5[4]。

表4金屬風(fēng)管噪聲衰減量

風(fēng)管尺寸(mm)各倍頻帶中心頻率(Hz)噪聲衰減量((dB/m)63125250500≥1000矩形管75～2000.60.60.450.30.3200～4000.60.60.450.30.2400～8000.60.60.30.150.15800～16000.450.30.150.10.06圓管75～2000.10.10.150.150.3200～4000.060.10.10.150.2400～8000.030.060.060.10.15800～16000.030.030.030.060.06

注：(1)風(fēng)管尺寸為當(dāng)量直徑；(2)本表僅適用于管路較長，管內(nèi)流速較低(≤8m/s)條件，否則直管噪聲衰減可忽略。

表525mm厚玻璃棉吸聲內(nèi)襯矩形風(fēng)管噪聲衰減量

管道尺寸(mm)插入損失(dB/m)125250500100020004000200×2001.63.97.516.419.011.8200×6101.32.66.213.113.59.2300×3001.32.66.213.113.59.2300×6101.02.05.611.510.57.5380×7601.01.64.910.28.56.6610×12200.71.33.97.95.64.9760×15200.71.03.67.24.64.3

(2)彎頭的噪聲衰減

矩形彎頭的噪聲衰減量見表6，其中風(fēng)管寬度是指平面圖上彎頭可見面的尺寸[3]。從表6可以看出，彎頭對于中頻的消聲效果較好，對于高頻的消聲效果比較穩(wěn)定，對于低頻效果比較差，且管道寬度越大，低頻消聲效果越好。另外，若彎頭內(nèi)增加吸聲材料，噪聲衰減量將增加。

表6矩形彎頭的噪聲衰減量

風(fēng)管寬度(mm)各倍頻帶中心頻率(Hz)的噪聲衰減量(dB)6312525050010002000≥4000200———1774250———5843320——17743400——28533500——58433630—177433800—285333100016843331250177433315002863333

(3)三通

根據(jù)聲能按分支管的面積進(jìn)行分配的原則，由分支管1和2構(gòu)成的三通中經(jīng)過分支管1的噪聲衰減量為：

(6)

式中：a1、a2—三通兩個分支管的面積，(m2)；

(4)末端(風(fēng)口)反射噪聲衰減

圖4　末端反射衰減量

(5)房間內(nèi)某點(diǎn)的聲壓級

噪聲由風(fēng)口傳入室內(nèi)后，入耳感覺到的噪聲是由直達(dá)的聲壓級與房間回響聲壓級的疊加。房間內(nèi)某點(diǎn)人耳感覺到的聲壓級的計(jì)算公式為：

(7)

式中：

LW—由風(fēng)口進(jìn)入室內(nèi)的聲功率級，dB；

Lp—距風(fēng)口r處的聲壓級，dB；

r—風(fēng)口與某處人身(測量點(diǎn))間的距離，m；

Q—指向性因素，取決于風(fēng)口尺寸、位置和風(fēng)口與人身(測量點(diǎn))連線與水平線的夾角α的無因次量，由圖5查得。

圖5　指向性因素(α=45°)

S—房間總表面積，m2；

αm—室內(nèi)平均吸聲系數(shù)，一般建筑取0.1～0.2；

Ⅰ—突出于房間中的風(fēng)口；

Ⅱ——墻(頂棚)中部位置的風(fēng)口；

Ⅲ——位于墻上靠頂棚的風(fēng)口；

Ⅳ——靠近頂棚在墻角的風(fēng)口

3工程實(shí)例

以廣州市某音樂廳的空調(diào)系統(tǒng)為例，介紹采用玻璃棉內(nèi)襯消聲風(fēng)管時空調(diào)系統(tǒng)的消聲設(shè)計(jì)?？照{(diào)系統(tǒng)圖見圖6?？照{(diào)系統(tǒng)消聲計(jì)算結(jié)果見表7。

在送風(fēng)系統(tǒng)的消聲計(jì)算過程中，由于送風(fēng)管路較長，經(jīng)過試算若整個管路均采用含玻璃棉消聲內(nèi)襯的矩形金屬風(fēng)管，在氣流未到達(dá)送風(fēng)口前，多個頻帶的氣流噪聲已降為0dB，遠(yuǎn)低于房間允許噪聲的要求，造成不必要的浪費(fèi)。

因此，采用普通鍍鋅鋼板風(fēng)管加玻璃棉內(nèi)襯風(fēng)管組合的形式，從空調(diào)機(jī)組A處至三通C處采用鍍鋅鋼板，后續(xù)管段采用玻璃棉內(nèi)襯風(fēng)管，該種組合方式可以有效控制空調(diào)系統(tǒng)的噪聲，避免了設(shè)計(jì)過于保守的弊病。

圖6　音樂廳空調(diào)系統(tǒng)圖

表7空調(diào)系統(tǒng)消聲計(jì)算結(jié)果(送風(fēng)系統(tǒng))

(單位：dB)

表8空調(diào)系統(tǒng)消聲計(jì)算結(jié)果(回風(fēng)系統(tǒng))

(單位：dB)

在本工程中，送風(fēng)系統(tǒng)采用含玻璃棉消聲內(nèi)襯的矩形金屬風(fēng)管時，其噪聲得到了有效的控制，僅倍頻帶中心頻率為63Hz和8000Hz的噪聲超標(biāo)，但是回風(fēng)系統(tǒng)由于管路短，且回風(fēng)口處閥門的氣流噪聲的影響，回風(fēng)系統(tǒng)各個頻帶的氣流噪聲均超標(biāo)，為了消除其噪聲，可根據(jù)上述結(jié)果，通過研究各種消聲器的消聲特性，選擇再生噪聲小、成本低的消聲器，以提高系統(tǒng)的可靠性。

通過本工程的消聲計(jì)算還提醒我們注意兩點(diǎn)：(1)應(yīng)重視回風(fēng)系統(tǒng)的噪聲計(jì)算，目前一些消聲設(shè)計(jì)時很多只考慮了送風(fēng)系統(tǒng)，但是由于回風(fēng)管路一般較短，其消聲設(shè)計(jì)應(yīng)注意核算；(2)閥門的氣流噪聲是比較大的，尤其是所選閥門的葉片角度大于30°時，建議在消聲設(shè)計(jì)時應(yīng)注意其再生噪聲，目前的消聲設(shè)計(jì)中對于這一點(diǎn)也沒有給予足夠的重視。

4結(jié)論與展望

噪聲控制是音樂廳等功能性建筑設(shè)計(jì)時需要考慮的問題，需要建筑、暖通等專業(yè)的密切配合。本文介紹了空調(diào)系統(tǒng)氣流再生噪聲的計(jì)算方法和各構(gòu)件的消聲特性，并以廣州市某音樂廳為實(shí)例，詳細(xì)介紹了該工程空調(diào)系統(tǒng)的消聲設(shè)計(jì)。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，玻璃棉消聲內(nèi)襯風(fēng)管具有較好的消聲效果，尤其對于中高頻。并指出消聲設(shè)計(jì)應(yīng)關(guān)注回風(fēng)系統(tǒng)的噪聲控制和閥門的氣流再生噪聲。

目前，一些設(shè)計(jì)手冊、教材和廠家提供的資料中，關(guān)于消聲設(shè)計(jì)的工程資料并不是很完備。尤其缺乏對于消聲原理的解釋，以及基于消聲原理得出的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，使得很多工程的消聲設(shè)計(jì)過于保守。希望后續(xù)的研究能夠關(guān)注這個方面。

5參考文獻(xiàn)

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[3] 陸亞俊，馬最良，鄒平華. 暖通空調(diào)[M].第二版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007

[4] ASHRAE. ASHRAE Handbook applications[M].Atlanta.ASHRAE Inc，2011

Noise Design of the Air Conditioning System of a Concert Hall in Guangzhou

CHEN Dongzhe，GONG Mingjie

( Architectural design and research Institute of Guangdong,GuangZhou 510000 )

Abstract：Pointed out the measures to control the noise of air conditioning system,The calculation methods of regenerated noise and noise elimination characteristics of the air conditioning system were introduced in detail.Taking the air conditioning system of a concert hall in Guangzhou as an example，the process and results of the noise elimination were given.

Key words：Concert hall;Regenerated noise;Noise design

收稿日期：2015-12-22

作者簡介：陳東哲(1975-)，男，高級工程師，主要從事暖通空調(diào)設(shè)計(jì)工作。Email：chendzhe@126.com

文章編號：ISSN1005-9180(2016)01-032-09

中圖分類號：TU831文獻(xiàn)標(biāo)示碼：B

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2016.01.007