建筑暖通空調(diào)設(shè)計中噪聲與振動的問題處理分析

文／蒙蓉 上海經(jīng)緯建筑規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司浙江分公司 浙江杭州 310000

覃虎 浙江新中環(huán)建筑設(shè)計有限公司 浙江杭州 310000

引言：

空調(diào)即空氣調(diào)節(jié)，顧名思義是調(diào)節(jié)空氣中的溫度、濕度、潔凈度及風(fēng)速等。隨著生活環(huán)境越來越惡劣，生活經(jīng)濟水平的提升，人們對自己工作、居住等生活場所的空氣質(zhì)量及舒適性要求越來越高，使得空調(diào)系統(tǒng)在各種住宅、辦公、賓館、商場等建筑中得到了廣泛應(yīng)用。空調(diào)系統(tǒng)在實際應(yīng)用中容易因設(shè)計因素或運行條件限制，產(chǎn)生一系列噪聲和振動問題，不僅對周圍的環(huán)境增加了噪聲污染，也會對建筑內(nèi)人員的生活和工作造成負(fù)面影響，嚴(yán)重的會產(chǎn)生噪聲污染威脅人們的身心健康。為此建筑暖通空調(diào)設(shè)計應(yīng)該格外注重空調(diào)的噪聲與振動問題，在合理條件下有效解決噪聲和振動的問題，營造良好的建筑室內(nèi)環(huán)境[1]。本文從以下幾個方面分析建筑空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計及運行中產(chǎn)生的噪聲振動，并探討一些有效的降噪隔振措施。

1、暖通空調(diào)噪聲振動概述

不同頻率、不同振幅的聲波無規(guī)律組合引起人們不適或煩躁的聲音即噪聲?？照{(diào)系統(tǒng)在使用過程中，因系統(tǒng)自身運轉(zhuǎn)的空氣聲[2]或設(shè)備振動的撞擊聲[2]對周圍環(huán)境不可避免地產(chǎn)生了噪聲。在綠色建筑設(shè)計中，聲環(huán)境是綠色建筑評價的參評項，綠色建筑要求住宅、辦公、醫(yī)院、學(xué)校、商業(yè)等各類建筑的室內(nèi)允許噪聲級滿足在《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》GB50118-2010 中規(guī)定[3]。所以有必要對建筑中的空調(diào)系統(tǒng)進行噪聲和振動來源的分析。只有具體分析來源，才能更有針對性的采取相關(guān)措施來控制噪聲和減弱振動。

2、暖通空調(diào)設(shè)計中噪聲與振動的產(chǎn)生原因

2.1 設(shè)備的噪聲與振動

暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備包括了前端的冷水機組、熱泵機組、鍋爐、水泵、冷卻塔等大型設(shè)備，末端如新風(fēng)機、風(fēng)機盤管、空調(diào)箱等設(shè)備?？照{(diào)需要用到的設(shè)備數(shù)量種類較多，而這些設(shè)備幾乎都是以電力為驅(qū)動，以電力為驅(qū)動的設(shè)備穩(wěn)定性存在一定局限性，很多設(shè)備在空調(diào)系統(tǒng)的實際運行中會因慣性和不穩(wěn)定性產(chǎn)生振動[4]。而且在安裝設(shè)備時，如若沒有對設(shè)備進行妥善的固定，沒有安裝相應(yīng)的減振器，沒有選擇合理的隔振措施。繼而產(chǎn)生不同程度的噪聲，噪聲通過制冷機房、鍋爐房的門、窗、樓板、隔墻等機房圍護結(jié)構(gòu)進行傳播，當(dāng)這些大型重要的設(shè)備在運行時，而機房的門、窗、樓板、隔墻、頂棚等圍護結(jié)構(gòu)卻沒有進行相應(yīng)吸聲、降噪措施時，與這些主要的設(shè)備機房相鄰的房間便受到了來自機房噪聲的干擾。在空調(diào)系統(tǒng)中常常使用到冷卻塔，冷卻塔因體積大、荷載大。通常放置在屋頂或室外。當(dāng)安裝在屋頂時，需要設(shè)置設(shè)備基礎(chǔ)，設(shè)備基礎(chǔ)形式選擇不正確會導(dǎo)致振動傳導(dǎo)到整棟建筑。隨著冷卻塔的大風(fēng)扇夜以繼日的運轉(zhuǎn)，連帶建筑的支承結(jié)構(gòu)振動，對于建筑是種損壞[5]。另一方面，在暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計中，很多設(shè)計師忽略了設(shè)備選型時對振動和噪聲問題的分析，沒有選擇低噪聲設(shè)備，也是增加整個空調(diào)系統(tǒng)噪聲和振動的重要因素之一，忽略設(shè)備原本的噪聲會讓整個空調(diào)系統(tǒng)噪聲和振動難以控制。

2.2 管道振動及噪聲

暖通空調(diào)系統(tǒng)的管道包括水管、風(fēng)管兩種類型，其主要功能都是輸送符合設(shè)計參數(shù)的介質(zhì)，是保障空調(diào)系統(tǒng)良好運行的必要條件。管道振動是設(shè)備振動、介質(zhì)擾動、介質(zhì)沖擊管壁自振的疊加反應(yīng)[5]?？照{(diào)水管在輸送冷、熱水或冷卻水時，水流引起管道振動，空調(diào)通風(fēng)管道在運行時發(fā)出的氣流噪聲均是空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中常見的問題。例如（1）水管和設(shè)備的連接不合理，供、回水管突然變截面，導(dǎo)致水流沖撞管壁而引起大噪聲；（2）風(fēng)機和風(fēng)管的連接不合理，導(dǎo)致氣流在進、出風(fēng)中有方向和速度的突然變化；（3）管道的坡度、長度不合理，在豎向、水平管路中，不合理變徑、變徑長度過短等均會導(dǎo)致氣流、水流高頻率翻彎；（4）風(fēng)閥、水閥、管道安裝不合格，所使用的管材壁厚太薄，隔聲性能差等，以上等原因不僅導(dǎo)致輸送效率降低，系統(tǒng)制冷、制熱效果差，還會引起管道系統(tǒng)運行中出現(xiàn)比較明顯的振動，而且噪聲和振動隨著流體的傳輸會傳播至整個空調(diào)系統(tǒng)，甚至輻射整個建筑內(nèi)環(huán)境。

2.3 送、回（排）風(fēng)系統(tǒng)噪聲及振動問題

送、回（排）風(fēng)系統(tǒng)同樣是暖通空調(diào)設(shè)計中產(chǎn)生噪聲、振動的重要因素之一。送、回（排）風(fēng)系統(tǒng)是暖通空調(diào)進行風(fēng)力輸送、余熱回收的重要系統(tǒng)。當(dāng)室內(nèi)的空調(diào)箱、風(fēng)機盤管等設(shè)備運作時，動力送風(fēng)系統(tǒng)將符合設(shè)計要求的冷、熱風(fēng)運輸?shù)礁鱾€空間，從而達到給各個房間制冷、制暖的效果。當(dāng)送、回風(fēng)系統(tǒng)末端的送風(fēng)口、回風(fēng)口的風(fēng)量較大、喉口風(fēng)速過高的情況下，會造成整個系統(tǒng)的噪聲更大。又如在設(shè)計時，沒有在送風(fēng)管、回風(fēng)管設(shè)置消聲器；沒有在送、回風(fēng)口附近貼消聲棉；送、回風(fēng)口設(shè)置間距太短，氣流短路；沒有在土建送、回風(fēng)道內(nèi)壁設(shè)置消聲措施等方面忽視了，就會很容易導(dǎo)致送、回（排）風(fēng)系統(tǒng)在實際運行中產(chǎn)生大量噪音。

2.4 空調(diào)機房位置問題

空調(diào)機房布置位置不當(dāng)也是噪聲、振動產(chǎn)生的重要因素之一。在建筑暖通空調(diào)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)房間建筑結(jié)構(gòu)空間特點、使用功能等合理選擇空調(diào)系統(tǒng)形式，當(dāng)采用中央空調(diào)，選用組合式空調(diào)箱、熱回收式空調(diào)機組等較大型的空調(diào)設(shè)備時，會根據(jù)后期運營管理模式等原因需要提供專用的空調(diào)機房，方便空調(diào)的控制管理，而空調(diào)機房也是暖通空調(diào)系統(tǒng)中比較容易產(chǎn)生噪聲、振動的重要場所之一。空調(diào)機房內(nèi)的設(shè)備在運行時產(chǎn)生一定的噪音。當(dāng)建筑前期設(shè)計，沒有考量到空調(diào)機房對臨近房間會有噪聲輻射，沒有對空調(diào)機房進行合理規(guī)劃，導(dǎo)致空調(diào)機房位置與會議室、辦公區(qū)、客房區(qū)等距離過近。同時空調(diào)機房里的設(shè)備、管道、構(gòu)件沒有設(shè)置相應(yīng)的隔音減噪措施，沒有在機房內(nèi)部設(shè)置一些吸音裝置等，都會增加了建筑內(nèi)部的噪聲和振動問題[6]。

3、建筑暖通空調(diào)中噪聲與振動問題的解決措施

3.1 設(shè)備的降噪隔振

空調(diào)系統(tǒng)的主要噪聲來源于設(shè)備電機的電磁噪聲、空氣動力噪聲以及機械噪聲，所以暖通空調(diào)中設(shè)備的合理選擇是減少噪聲產(chǎn)生的重要措施，故應(yīng)該格外重視暖通空調(diào)設(shè)計中設(shè)備選擇的合理性，在常規(guī)進行設(shè)備的選擇和搭配時，應(yīng)該更多的考慮到設(shè)備的穩(wěn)定性與工作效率之間的關(guān)系。首先，在滿足設(shè)備設(shè)計要求參數(shù)的前提下，應(yīng)關(guān)注設(shè)備產(chǎn)品的噪聲值，對各類設(shè)備的實際功率與噪聲關(guān)系進行分析，盡量選擇優(yōu)質(zhì)的低噪聲產(chǎn)品，必要情況下為設(shè)備安裝降噪裝置，從源頭上降低噪聲分貝。其次，設(shè)備在安裝時應(yīng)設(shè)置合理的減振基礎(chǔ)，空調(diào)的大型設(shè)備如冷水機組、冷卻塔、臥式組合空調(diào)機組等應(yīng)優(yōu)先選擇大塊基礎(chǔ)，質(zhì)量大的臺座振動對支承結(jié)構(gòu)振動比較小。設(shè)備吊裝時應(yīng)優(yōu)先選擇低頻域、隔振效果好、阻尼小的金屬彈簧隔振器。設(shè)備用房有條件的應(yīng)該設(shè)置吸聲頂棚，即機房頂棚貼一些吸音效果好的吸聲隔音材料。墻體及樓板盡量采用混凝土墻、混凝土樓板，并且墻體和樓板的厚度越厚，密度大，隔音效果越好[5]。機房門選擇密閉較好的門。窗戶隔聲普遍比較差，所以機房盡量不設(shè)置窗戶，或盡量減小窗戶面積。要求設(shè)備機房的外墻、隔墻、樓板和門窗的隔聲性能必須根據(jù)綠色建筑星級要求，滿足《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》GB50118 中的限值。在條件允許的情況下，可以在機房或設(shè)備周圍設(shè)置隔聲屏障、隔聲罩，例如在冷卻塔周圍種植綠植也是可以消聲的。除此外，空調(diào)制冷機房和鍋爐房的循環(huán)水泵，在前期機房設(shè)備平面布置規(guī)劃時，應(yīng)將水泵、及與水泵連接的供回水管安裝位置盡量遠離機房墻，從源頭上減小水系統(tǒng)運行產(chǎn)生的噪聲。通過以上的相關(guān)措施，均可以有效的減小振動對建筑的影響，降低噪聲對毗鄰房間的輻射。

3.2 管道的降噪隔振

設(shè)備與管道的連接應(yīng)設(shè)置合理的軟接頭。對于選用軟接頭有如下建議：風(fēng)機與風(fēng)管采用帆布軟接，水泵的進、出口常使用橡膠撓性接管，壓縮機與管道之間采用波紋管連接。空調(diào)風(fēng)管與風(fēng)機的連接除了設(shè)置軟接，應(yīng)設(shè)置消聲器。空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)盡量靠近風(fēng)機的進、出口設(shè)置消聲器來減少風(fēng)機噪聲，消聲器是一種既允許氣流通過，又能有效衰減噪聲的裝置。故應(yīng)該在設(shè)計時給消聲器安裝留出足夠的空間。消聲器應(yīng)盡量布置在長直、氣流平穩(wěn)的管段。通常應(yīng)該要求空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)段、送風(fēng)段、回風(fēng)段以及排風(fēng)段設(shè)置消聲器?？照{(diào)系統(tǒng)盡量選擇阻抗復(fù)合消聲器。阻抗復(fù)合消聲器是將阻性與抗性或共振消聲原理組合在同一個消聲器內(nèi)，具有較寬的消聲頻帶，消聲效果好的特性[5]。空調(diào)管道內(nèi)壁應(yīng)保持光滑，盡量設(shè)置長直管道。大量的工程實例證明當(dāng)管路較長的時候，容易讓聲音隨管道自然衰減達到允許的噪聲級。彎頭等盡量使用有導(dǎo)流葉片的彎頭，同時盡量避免短距離內(nèi)連續(xù)設(shè)置多個彎頭，以減緩流質(zhì)在管道中的速度。管道盡量采用管壁較厚的產(chǎn)品。當(dāng)管道本身的壁厚較薄時，也可在管道周圍貼巖棉，巖棉不僅消聲還可以兼顧保溫。此外，在設(shè)計之初就應(yīng)該對建筑內(nèi)的各種功能房間進行分析，如對噪聲級要求不同的功能房間不宜使用同一管路系統(tǒng)，應(yīng)該分開設(shè)置，避免房間之間的串音干擾。如條件限制采用不同管路，應(yīng)在管路穿墻處設(shè)置消聲措施，同時風(fēng)管穿墻處應(yīng)嚴(yán)密封堵風(fēng)管與墻的空隙。

3.3 送、回（排）風(fēng)系統(tǒng)噪聲處理

送、回（排）風(fēng)管除了應(yīng)設(shè)置消聲器外，應(yīng)該在設(shè)計之時注意送、回風(fēng)量的比例，一般情況是回風(fēng)量小于送風(fēng)量，但是在一些嚴(yán)格控制噪聲的場所例如錄音室、歌劇院、演播廳、影院等建議采用同等的送回風(fēng)量，即送風(fēng)量等于回風(fēng)量[5]。在合理的設(shè)計風(fēng)量下，同時注重風(fēng)管的干管、支管的風(fēng)速。送、回（排）風(fēng)管的干管風(fēng)速越低，氣流流速緩，發(fā)出的噪聲就越小。在當(dāng)今建筑暖通空調(diào)設(shè)計中，常常因為設(shè)計委托方提出控制成本的原因，而被要求提高設(shè)計風(fēng)管的風(fēng)速，但當(dāng)風(fēng)速越高噪聲又越大。該問題應(yīng)該在設(shè)計中引起注意，應(yīng)重視風(fēng)速大小與噪聲大小的關(guān)系。系統(tǒng)末端的噪聲和振動還與選擇送、回風(fēng)口的形式有關(guān)，根據(jù)房間功能、噪聲要求選擇百葉或噴口等形式來送風(fēng)，且嚴(yán)格控制送、回風(fēng)口的風(fēng)速，風(fēng)口風(fēng)速建議控制≤2.5m/s。當(dāng)風(fēng)口風(fēng)速為2.5m/s 時，噪聲大約是30dB(A)左右。考慮到氣流干擾的噪聲，在設(shè)計時應(yīng)該盡量拉開送、回風(fēng)口的距離，如頂送風(fēng)、低位回風(fēng)等。對于一些噪聲要求較嚴(yán)格的房間，應(yīng)該在風(fēng)管內(nèi)外貼消聲吸音棉等措施。

3.4 空調(diào)機房的降噪措施

空調(diào)系統(tǒng)末端的大型空調(diào)機組一般設(shè)置在空調(diào)機房內(nèi)，便于控制和管理。有空調(diào)機組就會有振動和噪聲。為避免房間之間的噪聲干擾，在土建暖通空調(diào)設(shè)計階段就應(yīng)該對機房設(shè)置位置進行一個分析和規(guī)劃。空調(diào)機房應(yīng)盡量遠離對噪聲有嚴(yán)格要求的房間，比如會議室、客房、影廳等。對于有地下室的商業(yè)建筑、辦公建筑、展館等，應(yīng)盡量把空調(diào)機房設(shè)置在地下室或儲藏間、工具間等。如果需要設(shè)置土建的送、回風(fēng)井，這些風(fēng)井應(yīng)盡量與空調(diào)機房拉開距離。這些負(fù)責(zé)送、回（排）風(fēng)的井道也應(yīng)該盡量遠離水泵房、電梯井等有較大噪聲的聲源體。井道內(nèi)除了風(fēng)管，建議對土建風(fēng)井內(nèi)壁貼消聲棉等。安裝在空調(diào)機房的空箱調(diào)在安裝時也應(yīng)該合理選擇相應(yīng)的設(shè)備基礎(chǔ)、減振器。為降低機房噪聲輻射到周圍房間，機房的墻體、頂棚等圍護結(jié)構(gòu)上建議貼吸聲消音材料，且使用密閉良好的門窗。在空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試運行時，對于室內(nèi)噪聲級要求較高的場合，應(yīng)對附近的空調(diào)機房進行噪聲的檢測。測試空調(diào)機房內(nèi)外的噪聲值，并根據(jù)場所要求的噪聲級再對空調(diào)機房的消聲措施進行一個優(yōu)化。例如選擇吸音效果更好的消音材料，或者增加機房內(nèi)側(cè)圍護結(jié)構(gòu)所貼的吸聲消音材料的厚度等。

3.5 其他方面的降噪隔振

在土建暖通空調(diào)方案設(shè)計階段，需要結(jié)合建筑具體使用功能、主體的結(jié)構(gòu)形式和各類空調(diào)系統(tǒng)特點進行分析和選擇，對不同空調(diào)系統(tǒng)會給建筑內(nèi)聲環(huán)境帶來的噪聲影響進行初步評估。且應(yīng)了解在現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)中，設(shè)計建筑涉及的主要功能房間所要求的室內(nèi)噪聲限值，選擇并設(shè)計符合后期建筑使用功能要求的空調(diào)系統(tǒng)。

在施工圖深化設(shè)計階段，應(yīng)該關(guān)注建筑內(nèi)各個功能房間所要求的噪聲級。對建筑內(nèi)人員的活動情況、所需環(huán)境的安靜程度進行一些評估。這樣更有利于空調(diào)末端系統(tǒng)的統(tǒng)籌規(guī)劃、歸類劃分。在系統(tǒng)設(shè)計時，不僅要根據(jù)暖通空調(diào)需要承擔(dān)的供暖、制冷、加濕等工作要求對設(shè)備的種類進行劃分，還要對各設(shè)備的實際功率與噪聲關(guān)系進行分析，選擇優(yōu)質(zhì)的設(shè)備，并在必要情況下為設(shè)備安裝降噪裝置，減少噪聲和振動問題的出現(xiàn)。設(shè)計師應(yīng)隨時關(guān)注市場上新出的、優(yōu)質(zhì)的吸聲材料和消音產(chǎn)品。在選擇吸聲消音材料時，需要對市面上最新的、最先進的、吸聲效果良好的材料進行分析、比較、評估，合理的對設(shè)備機房和風(fēng)管內(nèi)部吸聲、外部隔音等材料進行選擇，保證其能夠發(fā)揮良好的降噪目的。在合理減少設(shè)備數(shù)量的情況下，還可以對設(shè)備機房、冷卻塔、大型設(shè)備等周圍結(jié)合建筑、景觀專業(yè)條件設(shè)置一些隔音屏障，利用隔音屏障創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的建筑聲環(huán)境。

在暖通空調(diào)安裝施工階段中，應(yīng)對各個環(huán)節(jié)的安裝質(zhì)量進行管控。安裝過程的質(zhì)量管控是降低噪聲與減少振動產(chǎn)生的重要條件。安裝單位及相關(guān)單位需要圍繞著施工地點與施工步驟的具體內(nèi)容進行分析，尤其注意對建筑工程施工地點的科學(xué)分析，結(jié)合其他設(shè)備專業(yè)的管道走向、空間分布等各項內(nèi)容，對施工過程進行綜合分析，保證安裝質(zhì)量控制的有效性。暖通空調(diào)系統(tǒng)安裝時要嚴(yán)格遵循安裝步驟，在正式安裝應(yīng)前對暖通空調(diào)整個施工量進行分析，注意核對空調(diào)設(shè)備的型號、性能參數(shù)、設(shè)備尺寸及質(zhì)量檢測等內(nèi)容，將空調(diào)設(shè)備安裝至相應(yīng)合理的位置中。暖通空調(diào)系統(tǒng)安裝過程中既要保證系統(tǒng)中各構(gòu)件安裝的合理，也要隨時關(guān)注降噪問題[7]。

結(jié)語：

暖通空調(diào)中噪聲和振動的產(chǎn)生與其系統(tǒng)設(shè)備性能、設(shè)備選擇、消聲裝置的應(yīng)用等都存在密切的聯(lián)系。如果在建筑暖通空調(diào)設(shè)計中，缺乏有效的暖通空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用分析，忽略空調(diào)設(shè)備機房的合理布置，以及不注重設(shè)備性能參數(shù)選擇，缺少有效的降噪隔振措施，都是會很容易導(dǎo)致暖通空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)噪聲過大的問題。為了給在建筑中生活工作的人們創(chuàng)造一個較為安靜，無空調(diào)噪聲干擾的環(huán)境，為了他們身心健康，暖通設(shè)計師在進行建筑的暖通空調(diào)設(shè)計時，應(yīng)該更加關(guān)注其設(shè)計的合理性，做好相關(guān)系統(tǒng)的科學(xué)規(guī)劃，在選用設(shè)備時更多考慮降低噪聲與減小振動的要求，合理應(yīng)用吸聲材料、消音裝置與隔振設(shè)備等，有效減少暖通空調(diào)帶來的振動噪聲污染。