實驗室通風系統風機噪聲的綜合治理方法分析

徐國通

（中國電子系統技術有限公司，北京 100141）

實驗室通風系統就是控制實驗室有害物質對室內外空氣環境破壞程度的技術，由于在研究和設計的最初階段并未將風機噪聲的控制作為重點，隨著實驗室通風系統應用范圍的不斷擴大，其通風管路系統中的風機和風管產生的噪音問題越來越受到關注。受實驗室通風系統結構等因素的影響，對通風系統風機產生的噪聲進行有效控制存在較大的難度，現階段人們嘗試從消聲設備和風機自身結構性能的角度，對實驗室通風系統風機噪聲進行綜合治理。

1 實驗室通風系統風機噪聲的來源分析

1.1 風機

目前在實驗室通風管路系統中應用的風機種類較多，按照氣流方式，可以劃分為離心式、軸流式、混流式等類型，按照風機材質又可分為普通鋼式、不銹鋼式、PVC式、玻璃鋼式等。在各種風機使用的過程中，進氣口、排氣口輻射，機殼、軸承輻射、基礎振動輻射均會產生一定的噪聲，這些噪聲與電動機轉動過程中產生的噪聲混合，會對周圍環境產生噪聲污染?，F階段人們普遍認為風機的噪聲主要來源于以下方面：首先，風機葉片回轉過程中與空氣會產生持續的摩擦或對空氣流產生一定的沖擊，形成一定的噪聲，這類噪聲的尖銳程度與葉片的轉速、寬度、厚度之間具有較顯著的正相關性；其次，在風機運行的過程中，動翼背面產生的渦流會形成一定的噪聲，噪聲的大小與葉片安裝角度之間具有較顯著的正相關性；再次，在風機轉動過程中，會造成空氣流動加速，此時如果空氣在流動的過程中遇到較尖銳的障礙物，會產生亂流，進而引起一定的噪聲，這種噪聲對風機自身所做的有效功也會產生消極影響。另外，在風機轉動的過程中，如果風管和風機外殼內面的接觸位置存在凹凸不平的情況，會直接導致風管出現撕裂聲；除上述原因外，如果風機自身所使用的軸承的精密度較差、結構配置不合理，也會使風機在轉動的過程中，產生機械噪音。

1.2 管道

管道噪聲通常由管道在氣流沖擊下產生的自鳴、管道內氣流受到擾動所發生的噪聲以及風機噪聲傳播共同構成，其中風機噪聲傳播對另兩種噪聲的大小會產生直接的影響，所以目前人們通常將管道噪聲視為風機噪聲的特殊形式。雖然管道噪聲并不是在管道的任何結構均會出現，但管道內的輻射會使噪聲的影響范圍和強度變大，特別是在應用PVC等隔音量相對較小的管道材質的情況下，這種噪聲更加明顯。

可見，在實驗室通風系統風機噪聲中，既有空氣流產生的噪聲，又有機械振動噪聲，還包括材料固有噪聲等。完全通過優化風機和管道的設計，并不能達到消除噪聲的效果，所以在實驗室通風系統風機應用的過程中，要結合現有的消聲技術以及風機自身的結構性能等，對風機噪聲進行綜合治理。

2 實驗室通風系統風機噪聲的綜合治理方法

現階段實驗室通風系統風機噪聲控制的方法較多，筆者選擇幾種較為常見的治理方法進行詳細的介紹。

2.1 隔聲罩

隔聲罩治理方法是利用表面覆蓋阻尼層、內部設有多孔吸聲材料的不透氣、厚度在2～3mm的剛性金屬材料殼將風機裝置封存，進而阻隔風機噪聲外傳、擴散，達到噪聲治理效果的方法，其具體的噪聲治理效果可以利用公式計算獲取，其中代表隔聲罩罩壁的隔音量，α和τ分別代表罩內多孔吸音材料、平均犧牲系數和隔聲罩罩壁的透射系數。結合隔聲罩噪聲處理效果的計算公式可見，要保證實驗室通風系統飛機的噪聲得到有效治理，必須保證所選用的隔聲罩的罩壁隔音量、內部多孔吸聲材料等性能滿足實際需要。需要注意的是在隔聲罩綜合處理措施的應用過程中，可能影響電動機的散熱，縮短其使用壽命和性能，所以通常要結合設置消聲器的通風裝置共同使用。另外，考慮到實驗室通風系統的風機在應用過程中需要定期維護，在應用隔聲罩的過程中要盡可能將其設計為可拆裝式結構，而且保證其在應用過程中固定于風機設備上，施工縫被有效的處理，不影響實驗室通風系統原有的功能發揮。

結合隔聲罩的原理，近年來人們嘗試在實驗室通風系統綜合治理的過程中，用隔聲罩的特殊形式—半封閉隔聲罩達到降噪消音的效果。顧名思義，在應用半封閉隔聲罩降音的過程中，風機并未完全被封閉在隔聲罩內，所以其吸聲效果相對于隔聲罩較弱，但如果將吸聲效果較突出的材料粘貼在半封閉隔聲罩內，可以大幅提升其隔音效果。通常情況下，在高頻噪聲和低頻噪聲環境中，半封閉隔聲罩內粘貼的吸聲材料厚度分別在2.5～5cm和10～20cm。結合對半封閉隔聲罩的分析，可以發現此項技術的應用要結合實際情況進行選擇，如果實驗室通風系統風機的噪聲非常大，用此種隔音措施的效果會較不理想。

2.2 消聲器

風機消聲器即利用阻性吸音降噪原理和抗性吸聲降噪原理治理風機噪聲的方法。阻性吸音降噪原理即聲波在多孔性吸聲材料傳播過程中，部分聲能會在摩擦、受阻的過程中轉化為熱能，在熱能耗散的過程中被消耗；抗性吸聲降噪原理即沿管道傳播的部分頻道聲波在管道突變界面會被反射，進而達到消聲效果。由于采用的原理存在差異，所以現階段在噪聲治理中可以選用的消聲器種類較多，如擴張室式消聲器、蜂窩式阻性消聲器等。在實驗室通氣系統風機噪聲的治理過程中，可以利用消聲器，對風機封口、封閉式機房進風口、風道等結構的空氣動力性噪聲進行有效控制。

2.3 隔聲包扎

隔聲包扎治理方法的運用，是基于風機噪聲的傳播會加大管道噪聲而進行，在實驗室通風系統的管道結構中，高速氣流在運行的過程中，不僅會在閥門、彎頭等直徑發生改變的位置生成噪聲，而且在流動過程中對管壁產生的沖擊力，也會使管壁在震動中生成噪聲，這些噪聲與風機噪聲混合，使通風系統的風機噪聲可以通過離風機一段距離的管道繼續產生污染。而隔聲包扎就是對管道表面的輻射噪聲進行控制，通常情況下，在管道的直徑大于20cm，對表面應用的降聲材料重量、平整度以及噪聲控制標準要求較高時，需要利用多孔性材料和不透聲薄膜達到噪聲治理的效果，如后玻璃棉、礦渣棉、瀝青紙、薄鋁板等均是隔聲包扎的常見材料。隔聲包扎治理方法選用多孔材料層和不透聲薄膜，主要是因為前者在應用的過程中，既可以使管道振動被阻尼進而降低管道振動產生的噪聲，又可以直接利用多孔材料吸收部分噪聲；而后者在應用的過程中，可以使高頻的振動被約束，但需要注意的是，在應用后者的過程中，如果實驗室通氣系統風機噪聲導致的管道噪聲處于低頻，按照共振頻率公式，其中M和d分別代表不透聲層面質量和多孔材料層的厚度，反而會使原本的管道振動頻率增加，所以在實驗室通風系統風機噪聲治理的過程中，要應用后者，需要對具體的噪聲污染情況進行全面、準確地把握。另外，在管道包扎的過程中，要盡可能選擇玻璃棉、金屬薄片等具有防火隔熱、吸聲多功能的材料，使實驗室通風系統的原有性能和噪聲治理效果均得到優化。

在實驗室通風系統風機的綜合治理過程中，既可以結合實際需要在以上治理方法中靈活選用，也可以將多種治理方法結合應用，但要保證各種噪聲治理方法在發揮作用的過程中，均不會影響實驗室通風系統控制室內污染物對空氣污染的作用發揮。

由于實驗室通風系統中應用的風機類型較多樣，所以針對各類風機的特點也可以選擇相對應的噪聲治理措施，例如針對軸流風機，既可以通過軸向間隙的合理調整，使葉片間的軸向間隙增加，可以達到縮減風機旋轉噪聲的效果，但需要注意的是在調整軸向間隙的過程中，要適當的把握調整的程度，防止因過度調整，造成噪聲的增加，又可以通過對風機進出口流動狀況進行改善，使風機在運行過程中產生的噪聲降低，具體改善的過程可以將金屬網安裝固定在液面的入口和出口位置?？梢娫趯嶒炇彝L系統風機噪聲進行綜合控制的過程中，既可以利用通用的消聲降噪技術進行，又可以結合具體使用的風機特性進行，這在一定程度上為風機噪聲綜合防治方法的多樣化發展創造了條件，近年來針對風機特性進行消聲降噪的研究較多。

3 實驗室通風系統風機噪聲的綜合治理方法案例說明

3.1 案例介紹

某實驗室位于7層建筑中，在其18m遠的位置存在一棟30層的住宅樓，其采用的通風系統，采用了風量在4012～7419m3/h之間，風壓在2014～1320Pa之間、功率為5.5kW的風機和風量在14000～17500m3/h之間，風壓在1250～850Pa之間、功率為7.5kW的風機各1臺，以及設計風速和排氣機械管道設計風速分別為0.3～0.7m/s和9～12m/s的通風柜，所有風機所處的位置均是實驗室所處建筑的頂端，而且送風系統均位于居民樓相對該建筑物的方向。

3.2 案例治理效果

案例實驗室的通風系統在應用過程中，一直被附近30層住宅樓內的居民投訴，反應其噪聲污染嚴重干擾其正常的生活，在此情況下，該實驗室對其應用的通風系統風機污染進行了綜合治理。首先，結合我國現行《聲環境質量控制標準》，確定該實驗室所處低于的白天和夜間的噪聲分別應控制在55dB和45dB以下，但在實際中，該實驗室通風系統的噪聲污染在白天已經達到72dB，嚴重超出國家的相關規定，所以要進一步對其通風系統的噪聲來源進行確定。其次，該使用是利用噪聲分析儀對風機2m外的位置進行了噪聲測量，發現風機在運行的過程中產生了寬帶噪聲，而且噪聲的強度已經超過了80dB，這種低頻噪聲對人的情緒會產生嚴重的干擾，所以風機噪聲控制成為案例項目噪聲和控制的重點。再次，為對該實驗室通風系統風機噪聲進行有效的控制，案例工程綜合運用了隔聲罩、消聲器和隔聲包扎3種技術，考慮到案例工程選用了噪聲、風壓和結構復雜性均較突出的引風用玻璃鋼離心風機，而且該風機被固定在7層建筑的頂端，所以，實驗室在進行治理的過程中，先利用對設備復雜性依賴性較低的隔聲罩，然后將隔音墊設置在風機的進氣口處，并將防腐性能、外觀美觀度和隔音效果均較理想的彩鋼夾芯復合板作為消聲器的避免結構制造材料，將FC板、離心玻璃棉氈等具有吸聲作用的結構應用于彩鋼夾芯復合板圍護墻的內側，形成1厚穿孔鋁板、玻璃絲布、50厚離心玻璃棉氈、5厚PC板以及80厚彩鋼夾芯復合板共同構成的隔聲照壁面。在以上噪聲處理后，將消聲量設定為20dB的消聲器應用于通風口位置，進一步縮減風機的噪聲，此時實驗室考慮到噪聲對30層建筑物內居民產生較嚴重的噪聲污染，與排氣口正對居民住宅具有密切關系，可以在改變通風系統排氣方向的同時，在隔聲罩外安裝阻抗復合的消聲器。除上述綜合治理方法外，該實驗室考慮到管道應用的是PVC等隔音效果較差的材質，對管道進行了包扎，在原管道壁外，形成了50厚離心玻璃棉氈、油氈紙條裹緊、1.5厚鍍鋅鐵皮3層結構的包扎體。

在應用上述對實驗室通風系統風機噪聲的綜合處理措施后，該實驗室利用Cadna/A軟件進行了風機噪聲的模擬，在模擬中發現，噪聲綜合處理后，附近30層建筑物接收到的噪聲強度縮減到50dB左右，已經達到國家相關規定的范圍內，可見以上綜合治理措施的應用具有有效性。

4 結語

通過上述分析可見，人們在認識到實驗室通風系統發揮保證空氣質量作用的同時，產生的噪聲會對周圍人們的生產生活構成干擾，并有意識的結合風機噪聲的來源，采用隔聲罩、消聲器、隔聲包扎等有效的治理方法對其進行控制，這是實驗室通風系統性能優化的具體體現，應積極推廣應用，但在具體應用的過程中，要結合實驗室通風系統所處的環境、噪聲治理的標準等方面，對具體的治理方法進行靈活的選用和優化。

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