上海卷烟厂新建制烟车间室内声环境研究.docx

文章编号：1006-1355(2014)04-0184-05上海卷烟厂新建制烟车间室内声环境研究宋拥民 ，章奎生（ 华东建筑设计研究院有限公司 章奎生声学设计研究所，200070 上海 ）摘 要：烟草行业正在进行绿色工房的达标改造，而声环境是考核的重要指标。对上海卷烟厂新建制烟车间包括 混响时间及声场特性的声环境现状进行调研分析后，依据吸声降噪理论提出了声环境改造的措施，并从理论上半定量 分析了机器设备本身对降噪效果的影响，最后利用计算机模拟软件对新建车间的噪声分布进行了预测，半定量理论分 析、计算机模拟及竣工实测数据均表明对新建车间所采取的吸声降噪措施既可靠又有效。关键词：声学；制烟车间；混响时间；声场特性；计算机模拟中图分类号：o42；tu112.3；x593文献标识码：adoi 编码：10.3969/j.issn.1006-1335.2014.04.040research of indoor acoustic environment of a new tobaccoworkshop in shanghai cigarette factorysong yong-min , zhang kui-sheng（ zhang kuisheng acoustical design & research institute, east china architectural design and researchinstitute co. ltd., 200070 shanghai, china ）abstract :tobacco industry is undergoing a green- workshop renovation, and quality of the acoustic environment is an important index for the green- workshop assessment. in this paper, the current acoustic environment including reverberation time and sound field characteristic in a new- built tobacco workshop of shanghai cigarette factory are investigated and analyzed. measures of improvement of acoustic environment are proposed according to the theory of noise reduction based on sound absorption. then, a semi- quantitative theoretical analysis of the effect of machines and equipments on noise reduction is done. finally, noise distribution of the new tobacco workshop is predicted by computer simulation. the results of the theoretical analysis and computer simulation of the acoustic environment of the new workshop show that the measures of noise reduction due to sound absorption are reliable and effective.key words : acoustics ; cigarette manufacture workshop ; reverberation time ; sound field characteristics ; computersimulation为适应国际烟草企业进入中国市场后的竞争能力，国内烟草行业正在进行绿色工房的达标改造，而 室内声环境是绿色工房考核的指标之一 1。本文对 上海卷烟厂有制烟车间的声环境现状进行了调研分 析 2，依据吸声降噪理论提出了新建“中华”专线制 烟车间声环境改善的措施，对新建车间噪声情况进 行了预测，并从理论上半定量分析了机器设备本身 对降噪措施的影响，最后通过现场实测对理论估算及软件预测结果进行了验证。1设备机组噪声上海卷烟厂主要生产“熊猫”、“中华”、“红双喜”、“牡丹”、“大前门”等卷烟品牌，拥有相应的多种国际先进卷接包机种。由于产品销量过大，2012 年 底又在新址新造“中华”牌卷烟专用生产线，为了改 善声学环境，对既有车间的声环境及设备噪声测试 结果作为新建车间设计参考依据。在既有车间共分7 个区域，其中与新车间拥有设备相同的区域是 e 区 和f 区，图1 所示为e 区和f 区所在房间的平面图。为进行新造车间改造前后声环境的对比，对既收稿日期：2013-09-06作者简介：宋拥民(1976- )，男，湖北蕲春人，博士，高级工程 师，从事厅堂音质、噪声与振动控制工程的设计及 研究工作。e-mail: 有车间内进行了噪声级的测量 ，其结果如表 1 示，3第4 期上海卷烟厂新建制烟车间室内声环境研究185图 1 既有车间平面图表 1 房间噪声分布测量结果（db）631252505001 0002 0004 0008 000ace 区所在房间f 区所在房间74.976.273.776.674.477.375.677.675.276.773.774.671.871.670.968.685.286.287.589.2图 2 gd 型机组和m5 型机组辐射噪声级（左：gd 型；右：m5 型）-同时还测量了 e 区 gd 型机组和 f 区 m5 型机组辐射噪声级，其结果如图2 所示。表 1 和表 2 显示，整个车间，平均噪声级分别达 到 85.2 dba 和 86.2 dba。同时，噪声主要以中低频 噪声为主，高频噪声略低。f 区机组声级最低，为82.7 dba；而 e 区机声级最高，达到 87.5 dba 由于设 备的清洁气流装置也使 8.0 khz 的高频噪声显得十 分突出。d = 10 lg( 2 )(1)-1式中 - 和 - 分别为降噪处理前后室内平均吸声系12数。从吸声降噪公式可知，要降低新建卷包车间内 噪声，必须安装一定面积的吸声材料，降低车间内混 响声能，同时可以改善车间内混响，使高噪声不至于 持续过长时间。新建制烟车间包括三个小车间卷包车间、 滤棒储存发射车间、封装箱车间。卷包车间长约141 m，宽约 85 m，车间吊顶后净高为 5.8 m，地面面 积 11 813.1 m2，体积 68 516 m3；滤棒储存发射车间长理论估算由吸声降噪理论 4 可知，对车间进行吸声处理 前后室内平均噪声降低量可以计算如下2186噪声与振动控制第34 卷61.45 m，宽 44.8 m，吊顶后高度为 5.8 m，地面有效面积 230 2 m2，体积 13 267.4 m3；封装箱车间长 65.27 m，宽 25.35 m，吊顶后高度为 5.8 m，地面面积 149 9 m2，体积 861 7 m3。本文重点介绍新建卷包车间的 声环境设计方案。对于卷包车间，拟采用在顶面、墙面及柱面均布 置吸声材料的吸声降噪方案。具体方案为车间吊顶 及室内结构柱表面安装或铺装强吸声材料，除门、玻 璃隔断外的墙面采用强吸声材料装修，地面环氧树 脂或塑胶地面。将新建车间采用与既有车间相同装 修（即所有表面均为硬反射面）作为吸声处理前的预 想方案，而将新建车间将采用的吸声降噪方案作为 吸声处理后，则新建车间吸声处理前后噪声降低量 的估算如表 2 示。同时，依据混响计算公式可以估 算新建车间吸声处理前后室内混响时间的变化，结 果如表 3 示。估算结果表明，吸声处理后，新建车间 中高频噪声将降低 7 db10 db，而混响时间将由6.3 s 降至0.8 s 左右。表 2 卷包车间内倍频带噪声降低量上述计算没有考虑机器设备的影响，车间正常生产时，机器设备会占用一定的体积，同时，设备也 有一定的表面积。机器设备的体积会缩短室内混响 时间，而设备的表面积会对室内平均吸声系数有一 定的影响。考虑到降噪效果主要由平均吸声系数决 定，因此，机器设备体积对降噪效果的影响可以不予 考虑。因此，本文仅就机器设备表面积对降噪效果 的影响进行简单的误差分析。表 3 车间吸声降噪处理前后混响时间计算结果 倍频带中心频率 f /hz1252505001 0002 0004 000吸声前rt/s吸声后rt/s4.035.746.206.455.433.972.061.080.880.730.650.57假设卷包车间内所有机器的总表面积为 a m2。同时，由于机器设备表面基本为金属材料，假设其吸 声系数取为 0.02。据此可以得到卷包车间吸声降噪 前后平均吸声系数与 a 的关系式，如表4 示。对于任意给定的 a 值，都可以依据表 4 结果计 算吸声降噪前后噪声降低量。任选三个 a 值（500 m2，5 000 m2，50 000 m2）计算其降噪效果如表5 所示。 对比表 2 和表 5 可计算由于机器表面吸声对降 噪效果的影响，其结果如表 6 示。由表 6 可知，即便 机器的表面积达到 20 000 m2 时（实际机器表面积小于20 000 m2），降噪效果的误差值也在1 db 以内。倍频带中心频率f /hz1252505001 0002 0004 000-10.090.060.060.050.050.04-2d0.170.300.350.400.430.49.09.610.3表 4 考虑机器影响时车间平均吸声系数计算结果倍频带中心频率f /hz1252505001 0002 0004 0002 610 + 0.02a1 859 + 0.02a1 726 + 0.02a1 467 + 0.02a1 382 + 0.02a1 245 + 0.02a降噪前28 750.8 + a28 750.8 + a28 750.8 + a28 750.8 + a28 750.8 + a28 750.8 + a4 887 + 0.02a8 572 + 0.02a10 145 + 0.02a11 619 + 0.02a12 477 + 0.02a13 206 + 0.02a降噪后28 750.8 + a28 750.8 + a28 750.8 + a28 750.8 + a28 750.8 + a28 750.8 + a表 5 三种机器表面积条件下降噪效果的估算(db)表 6 三种机器表面积条件下降噪效果的误差值(db)倍频带中心频率f /hz倍频带中心频率 f /hz a/ m2a/ m22505001 0002 0004 0001252505001 0002 0004 0001255009.09.510.25000.00.00.00.00.00.05 0008.79.310.05 00020 0002.46.07.020 0000.91.01.1第4 期上海卷烟厂新建制烟车间室内声环境研究187因此，机器设备表面吸声对降噪效果的影响比较轻微，可以忽略不计。模拟分析在新建制烟车间的声环境研究中，还采用国际 通用的噪声模拟软件 cadna/a 对新建车间的噪声水 平进行了模拟分析。图 3 为计算机模拟中车间的 3d 模型示意图。模型各表面材料的吸声系数如表7 示。3图 3 车间预测区域3d 示意图由于设备尺寸较大，无法简化为点声源进行模 拟，因此需将每个体声源划分为面声源来进行模拟表 7 各表面材料吸声系数倍频带中心频率f /hz631252505001 0002 0004 0008 000乳胶漆墙面立柱表面 设备表面墙面及顶部吸声板0.020.250.020.300.020.250.020.300.020.180.020.550.030.120.020.650.030.080.020.750.040.070.020.800.040.060.020.850.040.060.020.85图 4 车间噪声分布等值面模拟结果图 5 车间噪声代表性点a 声级值分布图图 6 新建车间全场噪声级及走道区域噪声级(左：全场；右：走道区)图 7 新建车间实测机组辐射噪声级（左：gd 型；右：m5 型）188噪声与振动控制第34 卷（每个体声源有 5 个辐射面，两个紧挨的模型依实际情况减少 12 个面）。假定每个面声源的声功率级 相同，则每个面声源的声功率级为声环境考核来看，无论是整个车间还是车间走道区域，噪声级均远低于新建厂房要求的 85 dba。同 时，机组近场辐射噪声级也仅 81.0 dba，完全符合相lwi = lw - 10 log n式中 lwi 每个面声源的声功率级；lw 每台机组的总声功率级；n 每台机组所划分的面声源数量。(2)关规范 。这说明，新建厂房的声环境是完全达标的。新建车间室内混响的实测结果与表 3 计算结果 在高频部分有一定差异，说明设备虽然对降噪影响 不大，但对室内混响确实有影响。同时，实测结果与 吸声处理前的计算结果比较，可以看出在新车间内 进行的吸声处理在降低车间内混响，改善车间声环 境的效果是显著的。新建车间与既有车间进行噪声级对比，结果显 示，在既有车间整体噪声为 84.7 dba 的情况下，新5将实测设备的噪声级换算成每个面声源的倍频带声压级，并输入 cadna/a 就可以进行噪声预测。 预测结果可以以等值线图、等值面图、光栅图的形式 显示，并可以计算指定预测点的详细频谱及 a 声级 数值。在本例中，等值线图等的模拟高度取为 1.5 m（即人耳高度左右），网格精度为 0.5 m0.5 m。图 4 和图 5 分别为车间噪声分布等值面图及代表性点 a 声级分布图。建车间噪声级仅为 75.6 dba，声环境的改善效果还是非常明显的。现场测试新建车间竣工后，在设备机组正常工作状态下