商用空調壓縮機的噪聲特性測試與控制

黃 磊，夏博雯，譚亮紅，陳 顏

（株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）

商用空調壓縮機的噪聲特性測試與控制

黃 磊，夏博雯，譚亮紅，陳 顏

（株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）

對某型號商用空調壓縮機在不同頻率下工作的噪聲進行測試，并分析壓縮機的噪聲頻譜特性。結合實際安裝時的限制條件，制定相應的壓縮機隔聲罩噪聲控制方案，利用聲學仿真技術預測采用壓縮機隔聲罩降噪的可行性。經實際聲學測試對比，優選兩種材料作為隔聲罩的主體。實際實驗表明，在空調機組左、右、后方三個測點平均降噪約6 dB，在機組正前方降噪量為1 dB到4 dB不等。由此，可確認PVC/PET纖維吸隔聲復合材料的隔聲罩能有效降低壓縮機噪聲和空調機組的噪聲。

聲學；空調壓縮機；隔聲罩；頻譜特性

近年來，由于人們生活水平的提高，噪聲問題受到更多重視，人們對與生活息息相關的家電產品的聲音品質要求也越來越高。家用空調的內在品質指標有很多，但最關鍵的除了能效比外，就是噪聲[1]。空調市場上出現的靜音空調就是響應消費者對空調聲音質量關注的產品。

隨著空調的發展和人們家居生活概念的提升，家用中央空調（也稱商用空調）將以其技術優勢取代傳統空調地位，成為主流。相比于室內空調在30 dB (A)以內的噪聲，室外機大多大于50 dB(A)，因此商用空調室外機的噪聲水平有很大的提升需求。

在空調室外機系統的4個主要組成部分：壓縮機、冷凝器、蒸發器、節流裝置。壓縮機是空調器的一個主要噪聲源[2]。空調壓縮機的振動和噪聲對空調的總體振動噪聲貢獻顯著，因此也成為了目前空調噪聲控制的重點項目[3]。

本文選取某型商用空調外機作為研究對象，通過測試和仿真分析研究和制定商用空調壓縮機的噪聲控制方法。

1 噪聲特性測試

本文選取的商用空調為直流變頻多聯機組，主要應用于家居環境、別墅以及小型商業辦公場所。測試環境為半消聲室，測試傳感器為GRAS一級精度聲傳感器，測試精度為±1 dB。在商用空調外機前后左右距機組各表面中心位置1 m處布置4個，分別為測點S 1，S 2，S 3和S 4，測點高度為1.2 m。其中測點S 2是靠近壓縮機的測點，因此后面將針對該點的噪聲測試結果進行詳細分析。測試過程中，空調前面板為封閉狀態，且壓縮機未進行任何噪聲控制處理。

為獲取壓縮機的噪聲特性，實驗工況設置如下：外機風扇工作頻率為35 Hz，壓縮機運行頻率從45 Hz到100 Hz以每1 Hz為步進遞增。

針對測點S 2即靠近壓縮機側的測點進行了分析，通過數據處理得到不同工作頻率下的壓縮機噪聲瀑布圖，如下圖1所示，其中縱坐標為壓縮機工作頻率，橫坐標為噪聲頻率，右側柱狀表示噪聲聲壓大小，由深至淺代表聲壓從小到大。

圖1 壓縮機側測點噪聲頻譜圖（20 Hz～1 000 Hz）

圖1中數據顯示，壓縮機噪聲聲壓級隨著壓縮機工作頻率的升高而增大，當壓縮機運行在80 Hz以上工況時，壓縮機的低頻噪聲更為突出，低頻峰值高于60 dB（A）；同時圖中的白色斜狀線條均與壓縮機的轉速呈現一定的線性關系，表明壓縮機在不同工況下的存在明顯的階次噪聲，高能量的噪聲頻率范圍分布廣泛。

2 噪聲控制仿真分析

噪音控制措施有三種：聲源控制、傳播途徑控制和保護接受者[4]。本文噪聲控制方案選取從噪聲傳遞路徑方面開展研究。前面分析到壓縮機噪聲的頻率范圍廣，且存在低頻噪聲，綜合考慮以吸隔聲復合材料為主為壓縮機設計整體的隔聲罩以開展噪聲控制。

為驗證該方案的可行性，本文結合聲學仿真手段，對在壓縮機外面包裹隔聲罩的控制方案進行仿真分析，并分析此種方案對各頻率段噪聲的控制效果，以預測隔聲罩的降噪效果。

2.1 模型建立

（1）聲學模型

隔聲罩為對稱體，將隔聲罩在對稱面處建立對稱模型，用六面體網格劃分。在Virtual Lab Acoustics分析軟件中進行聲學分析。在隔聲罩內壁面施加動態激勵載荷，外場空間為空氣流體，聲速為340 m/s，密度為1.225 kg/m3。場點為半球形場點，場點定義見表1，用于分析場點所在位置處的聲學量。

隔聲罩的吸聲層采用Virtual lab中的G.D模型。孔隙率設置為0.8，流阻率設定為15 000，結構因子設定為1.3，厚度為20 mm。隔聲罩的隔聲層材料參數設定為E=0.3×1011，密度為1 380 kg/m3，厚度為1 mm，泊松比為0.3。

（2）方位定義

為便于描述壓縮機隔聲罩的方位，對隔聲罩方案進行方位定義，詳見表1。

表1 隔聲罩方位定義

（3）分析對比

為考察隔聲罩對總體的降噪效果，建立兩個模型，一個為未加隔聲罩的，一個為加隔聲罩的，分析頻率范圍為1 Hz到1 800 Hz。主要分析各場點的A計權聲壓級。通過對比兩個模型在場點的聲壓級值獲取對隔聲罩降噪效果的評估。

2.2 結果分析

通過各頻率點的噪聲分布云圖，可以分析出在特定的動態激勵下，外場空間的噪聲分布特征。圖2給出了1 200 Hz時的外場空間的噪聲分布情況。由于實際安裝中壓縮機以及隔聲罩的下端是固定的，從下面的噪聲云圖可以發現，隔聲罩的下部（即Z軸負向區域）的噪聲量較小。

為了分析特定空間位置處噪聲在各頻率下的噪聲情況，分別在外場空間上方、前方、側中和后方各取一個場點，對加隔聲罩和未加隔聲罩進行以20 Hz～1.6 kHz的1/3倍頻的噪聲對比，如圖3所示。通過圖3可以看出，加裝隔聲罩后，各部位噪聲普遍有明顯降低。

圖2 隔聲罩在典型頻率下的噪聲云圖

圖3 各工況下全頻段的噪聲量

進一步觀察，還可以發現除個別1/3倍頻帶外，各頻帶的噪聲降低量在3 dB以上，特別在200 Hz以上頻率段降噪效果更加明顯，最大噪聲降低量超過7 dB。

通過以上聲學仿真分析可知，隔聲罩的實施可以有效的降低空調壓縮機向外輻射噪聲的能力，噪聲控制方案的實施具有可行性。

3 噪聲控制方案實施

3.1 隔聲罩材料選型

由于壓縮機是依靠內部的冷媒進行散熱，因此對壓縮機隔聲罩的設計沒有散熱要求，隔聲罩材料的選型主要從其聲學結構的聲學特性考慮。

傳統的吸聲材料主要分為共振吸聲結構和多孔吸聲材料兩大類。共振吸聲結構一般指穿孔板共振吸聲結構,它在中低頻有較好的吸聲表現。多孔材料的吸聲機理是由于聲波進入吸聲材料孔隙后，引起空隙中空氣和材料的細小纖維振動，并進而產生摩擦，將聲能轉化為熱能消耗[5]。多孔吸聲材料對高頻具有較好的吸聲效果，常見的有聚酯纖維類、毛氈和發泡類材料等。本文選取同樣規格的毛氈、PET纖維和發泡PU為吸聲層材料，參照標準GB/T 18696.2采用阻抗管對聲學樣品進行吸聲性能測試，吸聲系數的測試結果如下圖4所示。

通過圖4可發現，同樣規格的吸聲材料其聲學性能卻有著較大的差異，這主要是由三種吸聲材料的結構決定的。PET材料在實際使用時更加蓬松，這使得更多的聲音透射到材料內部，從而吸收的聲能相對多。因此，在各個頻率PET的吸聲性能均優于其他兩種材料。

圖4 不同吸聲材料吸聲系數對比

對于隔聲材料，考慮到壓縮機表面需要進行包裹處理，因此盡量選擇柔軟的隔聲材料，常用的柔性隔聲材有EVA、PVC和EDPM等。對于材質均勻的材料，平均隔聲性能與面密度的對數呈良好的線性相關性，與質量法則趨勢相同[6]。綜合降噪的需求設定了材料面密度的最低限值為900 g/m2，結合施工要求，選擇三種面密度相當的隔聲材料進行測試，其隔聲量的測試結果如下圖5所示，從圖5可以看到在選取的三種隔聲材料中PVC的隔聲量最佳，在500 Hz以內隔聲量較理想，均大于6 dB。

圖5 三種柔性隔聲材料隔聲量對比

3.2 隔聲罩實施效果評估

根據聲學性能的對比，結合具體的施工要求，本文最終選取以柔性PVC為隔聲層、以PET纖維為吸聲層，組合成吸隔聲復合材料。根據壓縮機的實際尺寸設計隔聲罩，安裝時先將吸隔聲復合材料直接覆蓋于壓縮機表面，最終通過兩端粘合的方式在壓縮機外殼上形成一個封閉的隔聲罩，完成隔聲罩的安裝后，進行評價試驗。試驗工況設置如下：外機風扇工作頻率為35 Hz，壓縮機運行頻率為65 Hz、70 Hz、75 Hz、80 Hz、85 Hz、90 Hz、95 Hz，測點布置與前期聲源特性測試時的測點布置一致。最終得到隔聲罩安裝前后的空調機組4個測點處的總體聲壓級對比，如表2所示。

通過表2的對比可以看出，壓縮機在實驗工況下，隔聲罩均能有效降低壓縮機對外輻射噪聲，在測點2、3、4的降噪效果最明顯，平均約為6 dB，在測點2、3、4加入隔聲罩的最大降噪量分別為8 dB、7 dB和7 dB。對測點1處的降噪效果在1到4 dB不等。總體噪聲控制方案效果理想。

表2 隔聲罩加入前后降噪量對比/dB（A）

4 結語

本文通過對某型商用空調外機壓縮機開展噪聲特性測試，結合仿真分析手段及實際效果驗證，得到以下結論：

（1）壓縮機噪聲聲壓級隨著壓縮機工作頻率的升高而增大，且呈現低頻噪聲突出的趨勢，壓縮機噪聲中存在明顯的階次噪聲，高能量噪聲頻率分布廣泛；

（2）聲學仿真分析顯示加裝隔聲罩后噪聲能夠得到有效的控制，在200 Hz以上的頻率段，噪聲降低量超過3 dB；

（3）實際裝機實驗表明，由PVC/PET纖維組成的吸隔聲復合隔聲罩能有效降低壓縮機對外輻射噪聲，從而降低空調機組的噪聲，在空調機組左、右、后方三個測點平均降噪約6 dB，最大降噪量分別為8 dB、7 dB和7 dB，在機組正前方降噪量為1到4 dB不等。

[1]李保澤，范穎濤.空調室外機減振墊對振動和噪聲影響的研究[J].噪聲與振動控制，2010，02：45-49.

[2]劉紅石，王雪川，黃其柏.窗式空調器壓縮機噪聲控制的研究[J].噪聲與振動控制，1999，03：36-39.

[3]韓睿.全封閉往復式壓縮機整機降噪的研究[D].天津：天津大學,2004.

[4]盛美萍，王敏慶，孫進才.噪聲與振動控制技術基礎[M].北京：科學出版社，2010.67-68.

[5]周新祥.噪聲控制及應用實例[M].北京：海洋出版社，1999.129.

[6]馬大猷.噪聲與振動控制工程手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.256.

Noise Test and Control for CommercialAir Conditioner’s Compressors

HUANG Lei,XIA Bo-wen,TAN Liang-hong,CHEN Yan
(Zhuzhou Times New Material Technology Co.Ltd.,Zhuzhou 412007,Hunan China)

The noise of a commercial air-conditioner’s compressor was tested under different operation conditions.The noise spectral characteristic was analyzed.Considering the actual installation restrictions,a noise control method using acoustic enclosure for the compressor was made.Feasibility of the compressor’s acoustic enclosure was forecasted by acoustic simulation.Two materials,PVC and PET,were chosen for the enclosure through acoustic comparative test.Results of the test show that after the installation of the enclosure,the noise of the measurement points at the left,the right and the rear of the air-conditioner is reduced by 6 dB in average.In front of the air-conditioner,the noise is reduced by 1-4 dB.Thus,it can be concluded that the acoustic enclosure made up of PVC/PET fibrous composite material can effectively reduce the noise of air-conditioners.

acoustics;air-conditione’s compressor;acoustic enclosure;spectral characteristic

TB132

：A

：10.3969/j.issn.1006-1335.2015.01.039

1006-1355(2015)01-0191-04

2014－07－04

黃磊（1985－），男，湖南益陽人，目前從事噪聲與振動控制。E-mail:hl3033@126.com