设计安装过程吊顶式空调机组噪声与振动问题及对策浅析

摘  要:
    吊式空调机是一种常用的空调设备,特别在商业建筑中,可以不占用宝贵的使用面积和建筑高度,并有利于系统的灵活布置,可按区域控制,便于计费和节能。但是吊式空调器的使用也产生了一些问题,主要是噪声和振动问题,如果处理不好,就会产生令人烦躁的噪声。本文以国产的吊式空调机为研究对象,分析了吊式空调机噪声产生的机理,定量地给出了噪声的强度和对室内的影响程度,从而提出了该类型空调机的适用范围和应采取的技术措施,可供设计人员和建设单位在具体工程中参考。
概述

对于一般公共建筑而言,尽管有很多空调方式可供选择,但是采用全空气的空调系统无疑是最佳的选择,其空气处理过程、气流组织形式、保持室内空气品质的优点是系统形式无法取代的。但是全空气空调系统最主要的是要采用空气处理机和与之配套的空调机房,要占用一定的建筑面积,风管系统也会占用一定的建筑空间。为解决这一令人困扰的问题,人们开始使用吊式空调机。这种空调机和系统使用灵活,不需要机房,很受业主欢迎和设计人员的认可,目前在大中型工程中吊式空调机得到了广泛的应用。但是由此也带来了问题,吊式空调机组直接吊装在室内,其产生的噪声会对室内的环境造成一定的影响,如果不做适当的减振消声处理,产生的噪声会对在室人员的工作和生活带来负面影响。所以在使用和设计吊式空调机系统时,应分析重视其噪声和振动问题,并采取一定的技术措施消除其不利影响,使其能达到最佳的使用状态。本文研究了典型的吊式空调机组的特性,分析了其产生噪声和振动的机理,指出了吊式空调机的使用范围和适用条件,并提出了在一些重要场合使用吊式空调机时应采取的技术措施,可供设计人员在具体工程中参考。

2 建筑物室内允许噪声标准

在不同的建筑物内,人们从事的生活和工作的内容不同,对环境的要求也不同。脑力劳动要求较低的噪声,体力劳动可放宽噪声标准,但也有一定的限度。特殊的场所,如音乐厅、录音棚等要求很高的噪声标准。显然对不同的对象,不同的要求,对噪声和振动的控制是不同的。典型公共建筑的室内噪声标准见图(1)。

图(1)  典型公共建筑室内噪声标准
3 吊式空调机所产生的噪声与振动分析
3.1吊式空调机所产生的噪声
    吊式空调机具有结构紧凑、体积小、使用灵活的特点,构成包括机箱、电动机、风机、冷热盘管等。常用的吊式空调机送风量范围2000~15000m3/h,风压在80~350pa,机组重量100 ~800kg,噪声为55~72dB(A)。

某国产吊式空调机主要性能参数见表(1):

表(1)吊式空调机主要性能参数
型号
额定风量m3/h
机组余压
Pa
机组噪声
dB
机组重量
kg
TF2D
2000
159
58.5
124
TF4D
4000
195
59
223
TF5D
5000
226
60
265
TF6D
6000
250
64
316
TF4×2D
8000
195
62
375
TF5×2D
10000
226
63
491
TF6×2D
12000
250
67
517
TF8×2D
14000
290
69
735
    吊式空调机安装在室内,等于在室内多了一些噪声源和振动源,会发出不同频率的噪声和振动,主要有以下三个方面:
1、风机运行产生的气流噪声;
2、电机转动产生的振动,由振动产生的附加噪声;
3、回风口辐射出的噪声。
    吊式空调器一般采用前弯叶片的离心风机,风机噪声随风量增加而加大。离心风机的声功率级由下式计算:

式中,为各倍频程比声功率级,取值见下表

 

频率/HZ
63
125
250
500
1000
2000
4000
比声功率级/dB
47
43
39
33
28
25
23

 

=0.000472 m3/h,
=249 Pa
    以上述国产吊式空调机为例,主要型号的吊式空调机产生的声功率级计算结果如表(2)所示:
表(2)声功率级dB(A)
   频率

型号

倍 频 程 中 心 频 率
63
125
250
500
1000
2000
4000
TF2D
73.8
69.8
65.8
59.8
54.8
51.8
49.8
TF4D
78.6
74.6
70.6
64.6
59.6
56.6
54.6
TF5D
80.8
76.8
72.8
66.8
61.8
58.8
56.8
TF6D
82.5
78.5
74.5
68.5
63.5
60.5
58.5
TF4×2D
81.6
77.6
73.6
67.6
62.6
59.6
57.6
TF5×2D
83.9
79.9
75.9
69.9
64.9
61.9
59.9
TF6×2D
85.5
81.5
77.5
71.5
66.5
63.5
61.5
TF8×2D
88.1
84.1
80.1
74.1
69.1
66.1
64.1
    从表中可以看出,作为噪声源的吊式空调机,随着风量的增加,其产生的噪声也随之增加,在63~500Hz的低频段噪声值比较高,所以传入室内的主要危害是低频噪声。这些噪声会通过送风管、回风管和机箱散布到室内。
3.2送风管传递的噪声
    研究发现,吊式空调机组成的空调系统风管的长度一般在20~30米,系统上的弯头、变径、三通等部件很少,如果控制风管内风速小于6米/秒,系统的自然衰减可以忽略不计;只有出风口对风机噪声会有一定的衰减。为简化计算,假设空调器出风口到第一个送风口的距离为4m,并且风管内风速控制在4~6m/s,出风口风速为2.5 m/s,计算出风口3m半径内的声压级如表(3)。
表(3)出风口声压级dB(A)
   频率

型号

倍 频 程 中 心 频 率
63
125
250
500
1000
2000
4000
TF2D
49.0
49.7
48.0
37.8
37.5
37.0
35.3
TF4D
50.8
50.5
44.8
40.6
40.2
38.7
37.1
TF5D
51.3
51.0
45.2
41.0
40.7
39.2
37.5
TF6D
52.9
52.7
46.9
42.7
42.4
40.9
39.2
TF4×2D
53.8
52.5
46.8
43.1
41.7
39.3
37.6
TF5×2D
55.1
53.8
48.0
46.8
45.5
43.0
41.4
TF6×2D
55.9
51.7
49.9
49.7
47.4
44.9
43.2
TF8×2D
57.3
52.0
52.2
51.0
48.7
46.2
44.6
    从表中结果可以看到,送风量5000m3/h以下的吊式空调机发出的噪声在经过风管和风口的衰减,各频段的噪声值就基本可以达到大多数使用场合对噪声的基本要求,既满足NR45曲线。但是由于低频噪声比较高,加上风口本身还会有一定的再生噪声,实际噪声值比表中会大一些,所以采取相应的消声措施是不可少的。
    对照建筑物允许噪声标准,可以明显看到吊式空调机不适合直接安装在高标准的场合使用,其各频段噪声值均超过NR30曲线的要求。
3.3回风口传递的噪声
    由于吊式空调机采用集中回风方式,通常不接风管,或采用短管与回风口直接相连接。空调机产生的噪声几乎直接传入室内,因此回风侧的消声应该得到足够的重视。
3.4吊式空调机的箱体除了转播气流噪声外,其中的电机和风机运转产生的振动还会通过楼板等结构传入邻室,再产生二次噪声,经计算会产生危害也比较大。
4 减少吊式空调机所产生噪声与振动的技术措施
4.1对于送风管来说,最简单和实用的方法是风管内衬吸声材料。理论上讲声波在直管段的衰减量ΔL 与管道内壁吸收因数或内衬材料吸收因数有关,可按下式计算
式中Φ(α) 为管道传声损失因数;
α为吸收因数;
L为周长,m ;
S 为管道截面积,m2 ;
l 为管长,m。
Φ(α) 与α经验关系见下表:
表四、Φ(α) 与α的经验关系
α
0.05
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Φ(α)
0.05
0.11
0.22
0.35
0.5
0.65
0.90
1.10
1.20
1.30
1.50
    做风管内衬的吸声材料有许多,例如超细玻璃棉、发泡橡塑等,一般可减少噪声8~12dB(A)。
4.2风管内衬吸声材料的做法其消声量是有限的,对于卧室、办公室、剧院和会议厅等场所,仅靠风管内衬吸声材料是不能满足要求的,必须在空调风管上加装消声器。常用的消声器有ZKS型折板式系列消声器。
4.3对于箱体的辐射噪声,可以做吸声吊顶来到吸声和隔声的目的,必要时可对机组箱体做隔声罩。工程中,吊顶材料采用纸面石膏板,厚度为12mm,其平均隔声量可以达到20dB。由于在吊顶内,有经各界面反射形成的混响声,由于直达声和混响声的叠加,声压级提高量取5.0~7.0,所以在纸面石膏棉板上部还要做局部吸声处理。由于吸声处理只能降低混响声,不能降低直达声,所以做太多的吸声处理没有必要,当然吸声层也会产生一定的隔声量,一般能满足噪声的要求。对要求更高的场所,为了进一步减小吊式空调机组的辐射噪声,可在机组外面贴附吸声材料,或设隔声罩。
4.4回风口
    回风口与送风口的不同在于气流方向与声音转播的方向相反,这是否对噪声的传递有影响呢?我们知道气流在管道内流动时,噪声存在着衰减,当气流方向与声波传播方向一致时,声波衰减系数变小,反之声波衰减系数变大。影响因素马赫数为Ma =v/c。式中v为气流速度,m/s ;c为声速,m/ s。当波长大于两倍管宽时,近似有ΔL′=ΔL/ (1 + Ma) 2 ,即有气流时传声损失比没有气流时增加一因子1/(1 + Ma) 2 ,马赫数越大,传声损失越小。气流方向相反时Ma 取负值。由于空调管道风速很小,1/(1 + Ma) 2 ≈1 ,所以气流方向及速度对噪声的衰减影响不大,即气流方向对回风噪声影响不大。回风口就距离而言,离噪声源最近,其散发到室内的声功率最强。就吊式空调机而言,由于其特点,决定了其安装空间有限,进行消声处理比较困难。但是笔者认为对任何型号的吊式空调机在回风口处均应采取一定的消声措施。常用的方法有设回风消声静压箱、加装一段回风管并串接两个消声弯头。同时应将回风口设在避静处或远离使用场所的地方。
5 吊式空调机的适用范围
    通过以上的分析可知,尽管吊式空调机有很多的优点,但是噪声问题使其的应用受到一定的制约,不是所有的场合都可以任意使用吊式空调机。
    适用吊式空调机的情况有一下几种:
⑴商场:送风量小于8000 m3/h,送风管的自然衰减可使噪声值达标,回风口采用消声静压箱。送风量大于8000 m3/h,送风管应加消声器,回风采用二级消声措施(消声静压箱+消声弯头)。
⑵餐厅:送风量小于4000 m3/h,送风管的自然衰减可使噪声值达标,回风口采用消声静压箱。送风量大于4000 m3/h,送风管应加消声器,回风采用二级措施。
⑶办公室、会议室:送风量小于3000 m3/h,送风管的自然衰减可使噪声值达标,回风口采用消声静压箱。送风量为4000 m3/h~8000 m3/h,送风管要加装消声器,回风采用二级消声措施。不主张使用送风量大于8000 m3/h的吊式空调机。
⑷宾馆、医院:送风量小于3000 m3/h,送风管的自然衰减可使噪声值达标,回风口采用消声静压箱加消声措施。送风量为4000 m3/h~6000 m3/h,送风管要加装消声器,回风采用二级消声措施。不主张使用送风量大于6000 m3/h的吊式空调机。
⑸剧院、音乐厅:由于该类建筑室内噪声标准很高,如果采用吊式空调机,其安装位置和空间不同一般,消声减振措施均应严格执行,故投资大,效果不宜达到。在这样的场所不主张采用吊式空调机,而应采用更合适的空调方式。
图(2)~图(9)为各型空调机在不同的情况和不同倍频程下的噪声变化。

图(2

 图(3)

(4)

(5)

 

(6)

(7)

(8)

(9)

    由以上的计算和分析,可以认为在某些场合是可以采用吊式空调机的,但在一些要求很高的地方是不适于采用吊式空调机的,具体结果见下表:
表(4)吊式空调机适用范围
建筑类型
室内噪声
评价曲线
吊式空调机型号