疊式超靜音空調機組在上海中心大廈的應用

唐林峰 （上海市安裝工程集團有限公司 ，上海 200092）

疊式超靜音空調機組在上海中心大廈的應用

Application of Cascaded Quiet Air Conditioning Unit in Shanghai Tower

唐林峰 （上海市安裝工程集團有限公司 ，上海 200092）

介紹了疊式超靜音空調機組在上海中心大廈中的應用。通過深入介紹在超高層建筑中大規模采用無管路消聲器的低噪聲空調系統，對噪聲的控制采取了一系列有效措施，并使對該空調系統在其他超高層建筑的應用有一定借鑒作用，認為該空調系統拓展了低噪聲空調的應用領域。

噪聲控制；列式消聲器；疊式空氣處理機組；超靜音空調機組；超高層建筑

1 項目背景

上海中心大廈(Shanghai Tower)，是上海市的一座超高層地標式摩天大樓。上海中心大廈項目建筑面積為574 058 m2，建筑主體為 121 層，總高為 632 m。2008年 11 月 29 日進行主樓樁基開工，2016 年 3 月 12 日，上海中心大廈建筑總體正式全部完工。上海中心大廈作為一幢綜合性超高層建筑，以辦公為主，其他業態有會展、酒店、觀光娛樂、商業等。大廈分為 5 大功能區，包括大眾商業娛樂區域、低中高辦公區域、企業會館區域、精品酒店區域和頂部功能體驗空間。

上海中心大廈辦公區域面積占總營業面積約 40%，也是大廈的核心功能區。其環境噪聲的控制并非采用單一A 計權噪聲值[單位：dB(A)] 來控制，而是采用了室內噪聲的復合曲線即 NC 曲線作為室內環境質量的一個重要指標。

2 室內噪聲苛刻要求

上海中心大廈核心筒面積較大，空調機房設計面積較小，比鄰公共走道，這樣空調系統送、回風口的噪聲將成為辦公區域內噪聲的主要來源。按目前的工程設計方法，對室內噪聲控制主要有以下 3 種措施：①在送回風管中增加片式消聲器或者消聲靜壓箱；②在遠離辦公區域設置空調機房，控制噪聲源傳播距離；③將風量較大的空氣處理機組設計成多個小風量的機組，分散放置，減小單機噪聲源。但是這 3 種方法需要增加機房面積或增加 2～3 道風管消聲器等特定條件。上海中心大廈建筑規劃的機房面積十分有限，層高要求高，不允許安裝管道消聲器，因此這 3 種方法均無法實現。

上海中心大廈對辦公區域噪聲要求達到 NC40 以下(見圖 1)。空調系統考慮層高需求，送回風管路上不考慮安裝片式消聲器，以提升層高，那么控制噪聲唯有從空調設備本身出發，所以對空氣處理機組的降噪提出了前所未有的更高要求。同時，為了滿足建筑利用率，空調機房相對較小，室內回風管無法布置，只得采用吊頂回風、機組敞開回風型式。由于機房外即是辦公區域和公共走道，空調機組的出風口噪聲、回風口噪聲以及機外噪聲是降噪的關鍵。

3 滿足技術要求的噪聲解決方法

本文以標準層 10 樓西北角的空氣處理機組作為研究對象，在機房條件不變的情況下采取以下方法達到降噪的目的：

(1) 采用機房敞開回風形式減少機組接管，使空氣處理機組擁有更多的降噪空間。

(2) 嚴格控制空氣處理機組噪聲指標，根據聲學顧問計算出機組送風口和回風口 8 倍頻噪聲，并嚴格控制機外噪聲。

(3) 招標方式采用樣機比測模式，進行嚴格的噪聲實測考核，并把綜合噪聲的評價值寫入招標的技術文件中，確保實際產品噪聲值達標。

(4) 結合產品和空間尺寸采取其他輔助手段減振降噪。

上海中心大廈空調系統根據樓層面積不同，在核心筒四周每層安裝 2～4 臺空氣處理機組，樣本空氣處理機組參數見表 1，噪聲指標見表 2。

表 1 標準層空氣處理機組性能要求

表 2 空氣處理機組噪聲控制指標 dB

標準層空氣處理機組機房狹小，空調機房長 5.6 m、寬 3.2 m、高 4.3 m，同時風管各接口的尺寸都在設計階段根據管線的綜合排布進行確定，留給空氣處理機組足夠的空間。回風管接到機房入口，機房內不設回風管道，回風口對辦公區域噪聲影響較大，機房隔音門外就是公共走道。所以對空氣箱的噪聲控制就必須從機外噪聲、回風口和送風口這3 個方面進行。這種以保證室內聲環境噪聲指標為目的做法，在噪聲控制的設備上進行了簡化，更有利于提高室內空間的利用率，同時對空氣處理機組本身的噪聲控制提出了要求。所以在空氣處理機組噪聲控制時圍繞出風口噪聲、回風口噪聲和機外噪聲這 3 個方面提出明確的數值要求，并寫入技術規格書。

4 新機型構想

現行市場應用的空氣處理機組功能段大多由直線型構成，一般包含初效過濾、中效過濾、PM2.5 過濾、加熱、冷卻、加濕、除濕、通風等功能，還可選配消聲、殺菌、除味、施香等功能。機組長度較長，機房面積占用大。

4.1 機組結構

為了滿足上海中心的噪聲要求和機房尺寸，以及機房空間的要求，構想利用機房的空間高度將機組對折擺放，采用上下層疊結構，送回風口預留消聲的功能段。疊式結構將風機和出風口消聲段置于上層，表冷器、過濾器、回風口消聲段置于下層，這樣的功能段安排既便于過濾器的日常維護，又可確保表冷器的迎風面風速不會過高，保證其換熱效率，還可以在有限的空間內將消聲靜音的功能整合，減少機組整體的漏風率。該設想提出后經設計和顧問單位的討論認為其有可實施性，上海中心大廈超靜音空氣處理機組的雛形就形成了。

4.2 機組噪聲控制

在整體結構和功能段確定的情況下機組噪聲還取決于風機的轉速與運行工況。從理論來講，風機全壓一定時，噪聲與轉速成正比，所以轉速越低，噪聲越低。在額定風量、同一型號風機的條件下，風機全壓決定了風機的轉速。假設機組余壓不變，則機組全壓取決于內部阻力。機組聲源的控制從降低機組阻力和風機運行選配考慮，主要對噪聲的控制采取了以下一些措施：

(1) 機組出風口的風速控制。出風口的最大風速控制在8～12 m/s 之間，防止機組在高速氣流下產生渦流，增加機組內部風阻。同時這一風速將直接影響消聲設備的長度，對機組能否達到消聲要求至關重要。本項目中，出風口的最大風速控制在 10 m/s 以下。

(2) 風機工作區域的選擇。目前我們在空氣處理機組中應用的主要為離心式風機，離心式風機往往具有喘振的可能性。風機在選配的時候應考慮風機壓力曲線和系統的壓力特性，避免風機運行工況進入喘振區。該項目中，風機工作點選在線性區域且效率＞ 75% 的部分。

(3) 氣流均勻度的控制。機組分別在風機出口設置均流板，均勻氣流，確保機組內部的氣流均勻度。混合段的氣流均勻，能確保到達過濾器、表冷器的氣流均勻，避免氣流速度和溫度的分層現象，對降低機組內部阻力效果明顯。該項目中，均流板穿孔率嚴格控制在 50% 以上，降噪效果得到加強 。

(4) 風機的進風距離和葉輪直徑的比較。空調機組的風機吸風距離也會對機組內部阻力產生影響。雙進風離心式風機從風機兩側吸風，導致機組在風機前端的氣流向機組兩側偏移，風機的吸風距離過短容易造成機組前端的過濾器、換氣器的氣流不均，造成機組內部阻力的增加，因此空調機組的風機進風必須留有足夠的距離。該項目中，機組的寬度較小且為疊式，所以風機葉輪直徑、葉片角度、轉速的匹配上進行了比選，機翼型葉輪直徑 800 mm 比 710 mm 在同等風量風壓下，噪聲低 2 dBA。

(5) 風機進風空間的選擇。風機廠家在測試風機性能時，進風空間往往比較大。但是風機在空調機組的實際使用中，進風空間就受到了很大限制，當風機進風空間過于狹小，風機自身的阻力就會大幅度增加。因此空氣處理機組風機段的設計應使得離心式風機的進風空間盡量的大。對于小風量風機，進風空間應大于風機葉輪，大風量風機進風空間應在 0.6 倍的葉輪直徑以上。本項目中，進風空間受到空調機組寬度影響，進風口至側板最小距離＞ 0.7 倍的葉輪間距，為彌補進風空間的欠缺，將風機置于疊式機組的上層段，使其與其他功能段的距離拉大，在同樣的體積內達到確保進風距離的要求。

(6) 消聲裝置的選擇。經多方考察和制造商論證，最終選擇小寬距片式消聲器和列管式消聲器進行對比測試。列管式消聲器的運用也是在有限的空間內盡可能的增加了消聲材料的表面積，同時形成一個均勻的風道，使空氣在送風口和回風口處的氣流組織均勻。經測試同等長度的消聲器，列管式消聲器比距片式消聲器多消聲 5～8 dB(A)。因此，后選用最終列管式消聲器，不僅消噪聲效果較好，且占地面積小。

(7) 減振降噪的選擇。空氣處理機組的減振隔振措施也是有助于噪聲控制，該項目中受到機房凈高的限制，采取了在空氣處理機組與設備基座間設置減震墊的隔振措施，在機組實際測試中采取同樣的減振措施進行實測。

4.3 普通、靜音和疊式超靜音空調機組的比較

根據不同空調機組對噪聲的要求，從設計要求和各主要組件的選用以列表的形式對 3 種空調機組進行比較(表 3)。

表 3 普通、靜音和疊式超靜音空調機組的比較

5 評價指標的確定和實測數據

為了驗證機組的性能，進行樣機測試是必然的，我們租借了測試場地對送檢的樣機進行實際性能指標和噪聲指標的測試。樣機測試的評判標準是根據 NC40 的噪聲評價標準曲線，結合實際的系統工況由經驗公式推導得出。其中由于空氣處理機組出風口的噪聲指標直接影響辦公區域噪聲控制的目標值，所以該敏感指標被換算成聲功率級 (Lwi) 值進行比對，回風口及包絡面的指標則使用普通的聲壓級 (Lpi)值。

在實際評價時由于空氣處理機組出風口任一頻段實測值高于限值 2 dB 以上的樣機，該技術項指標不得分；其余樣機按各頻段與基準值的偏差乘以各頻段的計權因數，之后按各計權偏差的總和值進行評價，作為最終產品選取的依據。測試過程中對于聲功率級的測定采用了標準聲源法進行測定，即根據確定的理論限值對于各頻段預先錄制標準聲源，取得機組噪聲值后且機組停機的狀況下在出風口處擺放標準聲源，在相同的測試點逐一對標準聲源進行測試，利用標準聲源的測定值修正機組實測值，從而獲得較為準確的噪聲值。

在測試的 4 臺樣機中，樣機1是最接近噪聲指標空氣處理機組的測試數據(表 4)，該機組的實測值說明疊式超靜音空調機組在上海中心大廈中的應用取得了重大的突破。

表 4 噪聲測試報告

對于前期的理論計算得出的理論極限值，經過實際機組的測試，送風口聲功率級指標僅 125 Hz 和 250 Hz 略微超出，回風口及包絡面聲壓級僅 1 000 Hz 和 2 000 Hz 略微超出，基本符合設計預期值。該樣機后在 10 層完工狀態下的測試中，機房內運行時的噪聲值達到 47.8 dB(A)，噪聲數據與樣機原始噪聲數據基本一致，為大批量應用奠定了基礎。

6 結 語

上海中心大廈采用定制的疊式超靜音空氣處理機組，由于該機組的研發成功，系統取消了傳統管路消聲器，減小了風管阻力，降低了風機噪聲。置于機組內的列管式全頻消聲器杜絕了二次再生噪聲、風阻低、易于清潔。經現場實測，公共走道區域噪聲值達到 46 dB(A)，辦公區域噪聲均＞45 dB(A)，局部區域 40 dB(A)，效果明顯，滿足并優于設計要求。空氣處理機組“三點法”噪聲(機外噪聲、回風口和送風口噪聲)控制方法將作為有效的應用和實測方法，取代現行的采用降頻降低風量來降噪的臨時應急措施。

該項目在噪聲設計方面，傳承了綠色低碳理念，滿足了國際 LEED 認證要求。在國內超高層建筑中首次大規模采用無管路消聲器的低噪聲空調系統，對其他超高層建筑中有借鑒作用。該新型系統拓展了低噪聲空調的應用領域。

TU50

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1674-814X(2017)03-0029-04

2017-01-26

唐林峰 ，現供職于上海市安裝工程集團有限公司。

作者通信地址：上海市楊浦區四平路1398號18樓，郵編：200092。