實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲的綜合治理方法分析

徐國(guó)通

（中國(guó)電子系統(tǒng)技術(shù)有限公司，北京 100141）

實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)就是控制實(shí)驗(yàn)室有害物質(zhì)對(duì)室內(nèi)外空氣環(huán)境破壞程度的技術(shù)，由于在研究和設(shè)計(jì)的最初階段并未將風(fēng)機(jī)噪聲的控制作為重點(diǎn)，隨著實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，其通風(fēng)管路系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)和風(fēng)管產(chǎn)生的噪音問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注。受實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等因素的影響，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行有效控制存在較大的難度，現(xiàn)階段人們嘗試從消聲設(shè)備和風(fēng)機(jī)自身結(jié)構(gòu)性能的角度，對(duì)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行綜合治理。

1 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲的來(lái)源分析

1.1 風(fēng)機(jī)

目前在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)管路系統(tǒng)中應(yīng)用的風(fēng)機(jī)種類(lèi)較多，按照氣流方式，可以劃分為離心式、軸流式、混流式等類(lèi)型，按照風(fēng)機(jī)材質(zhì)又可分為普通鋼式、不銹鋼式、PVC式、玻璃鋼式等。在各種風(fēng)機(jī)使用的過(guò)程中，進(jìn)氣口、排氣口輻射，機(jī)殼、軸承輻射、基礎(chǔ)振動(dòng)輻射均會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲，這些噪聲與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲混合，會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生噪聲污染。現(xiàn)階段人們普遍認(rèn)為風(fēng)機(jī)的噪聲主要來(lái)源于以下方面：首先，風(fēng)機(jī)葉片回轉(zhuǎn)過(guò)程中與空氣會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的摩擦或?qū)諝饬鳟a(chǎn)生一定的沖擊，形成一定的噪聲，這類(lèi)噪聲的尖銳程度與葉片的轉(zhuǎn)速、寬度、厚度之間具有較顯著的正相關(guān)性；其次，在風(fēng)機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，動(dòng)翼背面產(chǎn)生的渦流會(huì)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(guān)性；再次，在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，會(huì)造成空氣流動(dòng)加速，此時(shí)如果空氣在流動(dòng)的過(guò)程中遇到較尖銳的障礙物，會(huì)產(chǎn)生亂流，進(jìn)而引起一定的噪聲，這種噪聲對(duì)風(fēng)機(jī)自身所做的有效功也會(huì)產(chǎn)生消極影響。另外，在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，如果風(fēng)管和風(fēng)機(jī)外殼內(nèi)面的接觸位置存在凹凸不平的情況，會(huì)直接導(dǎo)致風(fēng)管出現(xiàn)撕裂聲；除上述原因外，如果風(fēng)機(jī)自身所使用的軸承的精密度較差、結(jié)構(gòu)配置不合理，也會(huì)使風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，產(chǎn)生機(jī)械噪音。

1.2 管道

管道噪聲通常由管道在氣流沖擊下產(chǎn)生的自鳴、管道內(nèi)氣流受到擾動(dòng)所發(fā)生的噪聲以及風(fēng)機(jī)噪聲傳播共同構(gòu)成，其中風(fēng)機(jī)噪聲傳播對(duì)另兩種噪聲的大小會(huì)產(chǎn)生直接的影響，所以目前人們通常將管道噪聲視為風(fēng)機(jī)噪聲的特殊形式。雖然管道噪聲并不是在管道的任何結(jié)構(gòu)均會(huì)出現(xiàn)，但管道內(nèi)的輻射會(huì)使噪聲的影響范圍和強(qiáng)度變大，特別是在應(yīng)用PVC等隔音量相對(duì)較小的管道材質(zhì)的情況下，這種噪聲更加明顯。

可見(jiàn)，在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲中，既有空氣流產(chǎn)生的噪聲，又有機(jī)械振動(dòng)噪聲，還包括材料固有噪聲等。完全通過(guò)優(yōu)化風(fēng)機(jī)和管道的設(shè)計(jì)，并不能達(dá)到消除噪聲的效果，所以在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)應(yīng)用的過(guò)程中，要結(jié)合現(xiàn)有的消聲技術(shù)以及風(fēng)機(jī)自身的結(jié)構(gòu)性能等，對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行綜合治理。

2 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲的綜合治理方法

現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲控制的方法較多，筆者選擇幾種較為常見(jiàn)的治理方法進(jìn)行詳細(xì)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(nèi)部設(shè)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(fēng)機(jī)裝置封存，進(jìn)而阻隔風(fēng)機(jī)噪聲外傳、擴(kuò)散，達(dá)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(jì)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(nèi)多孔吸音材料、平均犧牲系數(shù)和隔聲罩罩壁的透射系數(shù)。結(jié)合隔聲罩噪聲處理效果的計(jì)算公式可見(jiàn)，要保證實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)飛機(jī)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(nèi)部多孔吸聲材料等性能滿足實(shí)際需要。需要注意的是在隔聲罩綜合處理措施的應(yīng)用過(guò)程中，可能影響電動(dòng)機(jī)的散熱，縮短其使用壽命和性能，所以通常要結(jié)合設(shè)置消聲器的通風(fēng)裝置共同使用。另外，考慮到實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)在應(yīng)用過(guò)程中需要定期維護(hù)，在應(yīng)用隔聲罩的過(guò)程中要盡可能將其設(shè)計(jì)為可拆裝式結(jié)構(gòu)，而且保證其在應(yīng)用過(guò)程中固定于風(fēng)機(jī)設(shè)備上，施工縫被有效的處理，不影響實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)原有的功能發(fā)揮。

結(jié)合隔聲罩的原理，近年來(lái)人們嘗試在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)綜合治理的過(guò)程中，用隔聲罩的特殊形式—半封閉隔聲罩達(dá)到降噪消音的效果。顧名思義，在應(yīng)用半封閉隔聲罩降音的過(guò)程中，風(fēng)機(jī)并未完全被封閉在隔聲罩內(nèi)，所以其吸聲效果相對(duì)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(nèi)，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(huán)境中，半封閉隔聲罩內(nèi)粘貼的吸聲材料厚度分別在2.5～5cm和10～20cm。結(jié)合對(duì)半封閉隔聲罩的分析，可以發(fā)現(xiàn)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選擇，如果實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的噪聲非常大，用此種隔音措施的效果會(huì)較不理想。

2.2 消聲器

風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)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(guò)程中，部分聲能會(huì)在摩擦、受阻的過(guò)程中轉(zhuǎn)化為熱能，在熱能耗散的過(guò)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(huì)被反射，進(jìn)而達(dá)到消聲效果。由于采用的原理存在差異，所以現(xiàn)階段在噪聲治理中可以選用的消聲器種類(lèi)較多，如擴(kuò)張室式消聲器、蜂窩式阻性消聲器等。在實(shí)驗(yàn)室通氣系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲的治理過(guò)程中，可以利用消聲器，對(duì)風(fēng)機(jī)封口、封閉式機(jī)房進(jìn)風(fēng)口、風(fēng)道等結(jié)構(gòu)的空氣動(dòng)力性噪聲進(jìn)行有效控制。

2.3 隔聲包扎

隔聲包扎治理方法的運(yùn)用，是基于風(fēng)機(jī)噪聲的傳播會(huì)加大管道噪聲而進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的管道結(jié)構(gòu)中，高速氣流在運(yùn)行的過(guò)程中，不僅會(huì)在閥門(mén)、彎頭等直徑發(fā)生改變的位置生成噪聲，而且在流動(dòng)過(guò)程中對(duì)管壁產(chǎn)生的沖擊力，也會(huì)使管壁在震動(dòng)中生成噪聲，這些噪聲與風(fēng)機(jī)噪聲混合，使通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)噪聲可以通過(guò)離風(fēng)機(jī)一段距離的管道繼續(xù)產(chǎn)生污染。而隔聲包扎就是對(duì)管道表面的輻射噪聲進(jìn)行控制，通常情況下，在管道的直徑大于20cm，對(duì)表面應(yīng)用的降聲材料重量、平整度以及噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)要求較高時(shí)，需要利用多孔性材料和不透聲薄膜達(dá)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(jiàn)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?yàn)榍罢咴趹?yīng)用的過(guò)程中，既可以使管道振動(dòng)被阻尼進(jìn)而降低管道振動(dòng)產(chǎn)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(yīng)用的過(guò)程中，可以使高頻的振動(dòng)被約束，但需要注意的是，在應(yīng)用后者的過(guò)程中，如果實(shí)驗(yàn)室通氣系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲導(dǎo)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(zhì)量和多孔材料層的厚度，反而會(huì)使原本的管道振動(dòng)頻率增加，所以在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲治理的過(guò)程中，要應(yīng)用后者，需要對(duì)具體的噪聲污染情況進(jìn)行全面、準(zhǔn)確地把握。另外，在管道包扎的過(guò)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(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的原有性能和噪聲治理效果均得到優(yōu)化。

在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的綜合治理過(guò)程中，既可以結(jié)合實(shí)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(jié)合應(yīng)用，但要保證各種噪聲治理方法在發(fā)揮作用的過(guò)程中，均不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)控制室內(nèi)污染物對(duì)空氣污染的作用發(fā)揮。

由于實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)中應(yīng)用的風(fēng)機(jī)類(lèi)型較多樣，所以針對(duì)各類(lèi)風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)也可以選擇相對(duì)應(yīng)的噪聲治理措施，例如針對(duì)軸流風(fēng)機(jī)，既可以通過(guò)軸向間隙的合理調(diào)整，使葉片間的軸向間隙增加，可以達(dá)到縮減風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)噪聲的效果，但需要注意的是在調(diào)整軸向間隙的過(guò)程中，要適當(dāng)?shù)陌盐照{(diào)整的程度，防止因過(guò)度調(diào)整，造成噪聲的增加，又可以通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)出口流動(dòng)狀況進(jìn)行改善，使風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲降低，具體改善的過(guò)程可以將金屬網(wǎng)安裝固定在液面的入口和出口位置。可見(jiàn)在對(duì)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行綜合控制的過(guò)程中，既可以利用通用的消聲降噪技術(shù)進(jìn)行，又可以結(jié)合具體使用的風(fēng)機(jī)特性進(jìn)行，這在一定程度上為風(fēng)機(jī)噪聲綜合防治方法的多樣化發(fā)展創(chuàng)造了條件，近年來(lái)針對(duì)風(fēng)機(jī)特性進(jìn)行消聲降噪的研究較多。

3 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲的綜合治理方法案例說(shuō)明

3.1 案例介紹

某實(shí)驗(yàn)室位于7層建筑中，在其18m遠(yuǎn)的位置存在一棟30層的住宅樓，其采用的通風(fēng)系統(tǒng)，采用了風(fēng)量在4012～7419m3/h之間，風(fēng)壓在2014～1320Pa之間、功率為5.5kW的風(fēng)機(jī)和風(fēng)量在14000～17500m3/h之間，風(fēng)壓在1250～850Pa之間、功率為7.5kW的風(fēng)機(jī)各1臺(tái)，以及設(shè)計(jì)風(fēng)速和排氣機(jī)械管道設(shè)計(jì)風(fēng)速分別為0.3～0.7m/s和9～12m/s的通風(fēng)柜，所有風(fēng)機(jī)所處的位置均是實(shí)驗(yàn)室所處建筑的頂端，而且送風(fēng)系統(tǒng)均位于居民樓相對(duì)該建筑物的方向。

3.2 案例治理效果

案例實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中，一直被附近30層住宅樓內(nèi)的居民投訴，反應(yīng)其噪聲污染嚴(yán)重干擾其正常的生活，在此情況下，該實(shí)驗(yàn)室對(duì)其應(yīng)用的通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)污染進(jìn)行了綜合治理。首先，結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行《聲環(huán)境質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》，確定該實(shí)驗(yàn)室所處低于的白天和夜間的噪聲分別應(yīng)控制在55dB和45dB以下，但在實(shí)際中，該實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的噪聲污染在白天已經(jīng)達(dá)到72dB，嚴(yán)重超出國(guó)家的相關(guān)規(guī)定，所以要進(jìn)一步對(duì)其通風(fēng)系統(tǒng)的噪聲來(lái)源進(jìn)行確定。其次，該使用是利用噪聲分析儀對(duì)風(fēng)機(jī)2m外的位置進(jìn)行了噪聲測(cè)量，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中產(chǎn)生了寬帶噪聲，而且噪聲的強(qiáng)度已經(jīng)超過(guò)了80dB，這種低頻噪聲對(duì)人的情緒會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，所以風(fēng)機(jī)噪聲控制成為案例項(xiàng)目噪聲和控制的重點(diǎn)。再次，為對(duì)該實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行有效的控制，案例工程綜合運(yùn)用了隔聲罩、消聲器和隔聲包扎3種技術(shù)，考慮到案例工程選用了噪聲、風(fēng)壓和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性均較突出的引風(fēng)用玻璃鋼離心風(fēng)機(jī)，而且該風(fēng)機(jī)被固定在7層建筑的頂端，所以，實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行治理的過(guò)程中，先利用對(duì)設(shè)備復(fù)雜性依賴(lài)性較低的隔聲罩，然后將隔音墊設(shè)置在風(fēng)機(jī)的進(jìn)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(fù)合板作為消聲器的避免結(jié)構(gòu)制造材料，將FC板、離心玻璃棉氈等具有吸聲作用的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于彩鋼夾芯復(fù)合板圍護(hù)墻的內(nèi)側(cè)，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(fù)合板共同構(gòu)成的隔聲照壁面。在以上噪聲處理后，將消聲量設(shè)定為20dB的消聲器應(yīng)用于通風(fēng)口位置，進(jìn)一步縮減風(fēng)機(jī)的噪聲，此時(shí)實(shí)驗(yàn)室考慮到噪聲對(duì)30層建筑物內(nèi)居民產(chǎn)生較嚴(yán)重的噪聲污染，與排氣口正對(duì)居民住宅具有密切關(guān)系，可以在改變通風(fēng)系統(tǒng)排氣方向的同時(shí)，在隔聲罩外安裝阻抗復(fù)合的消聲器。除上述綜合治理方法外，該實(shí)驗(yàn)室考慮到管道應(yīng)用的是PVC等隔音效果較差的材質(zhì)，對(duì)管道進(jìn)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(jié)構(gòu)的包扎體。

在應(yīng)用上述對(duì)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲的綜合處理措施后，該實(shí)驗(yàn)室利用Cadna/A軟件進(jìn)行了風(fēng)機(jī)噪聲的模擬，在模擬中發(fā)現(xiàn)，噪聲綜合處理后，附近30層建筑物接收到的噪聲強(qiáng)度縮減到50dB左右，已經(jīng)達(dá)到國(guó)家相關(guān)規(guī)定的范圍內(nèi)，可見(jiàn)以上綜合治理措施的應(yīng)用具有有效性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析可見(jiàn)，人們?cè)谡J(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)揮保證空氣質(zhì)量作用的同時(shí)，產(chǎn)生的噪聲會(huì)對(duì)周?chē)藗兊纳a(chǎn)生活構(gòu)成干擾，并有意識(shí)的結(jié)合風(fēng)機(jī)噪聲的來(lái)源，采用隔聲罩、消聲器、隔聲包扎等有效的治理方法對(duì)其進(jìn)行控制，這是實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)性能優(yōu)化的具體體現(xiàn)，應(yīng)積極推廣應(yīng)用，但在具體應(yīng)用的過(guò)程中，要結(jié)合實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)所處的環(huán)境、噪聲治理的標(biāo)準(zhǔn)等方面，對(duì)具體的治理方法進(jìn)行靈活的選用和優(yōu)化。

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