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中央空调新风系统噪音量的计算和消声设备的选择 成 巍（中亿丰建设集团股份有限公司 水电分公司）摘要 在对中央空调的消声设备进行选择时往往没有根据噪声的不同频率进行噪声量的计算，而是根据风机参数、风管内风速以及实际经验进行选择，这样往往会造成选择设备过于保守，浪费投资或者忽视了频率对噪声的影响，使得房间噪声最终达不到规范的要求。在某医院空调新风系统中，业主原要求在新风机房中均使用ZP100型消声器，后经过项目部对噪声量和所需消声量进行计算，业主最终同意使用ZW100消声弯头，最后取得了良好的环境和经济效果。关键词 噪声评价标准 气流噪声 风机噪声 消声设备选择 1、引言 中央空调的噪声大小是空调的设计和安装是否成功的重要评价标准，如果仅能达到温湿度要求而不能很好的控制噪声的话，同样会使空调系统的舒适度大打折扣。但在实际消声设备选择过程中，往往会忽视对噪声量的计算而是根据风管风速和以往经验进行选择，这样可能会造成选择过于保守，浪费投资或者所选消声设备的频率特性与噪声的频率不符，无法达到令人满意的消声效果。因此在设计和选择消声设备时，应根据噪声的频率特性，对各频率的噪声量进行计算，选择在各个频率均能满足消声要求的消声设备，才能达到应用的效果，同时也能避免选择过于保守，节约投资。2、噪声的评价标准 分贝（db）往往被用来表示声音强度的大小，是一个客观的物理量。但人耳感受到的噪声级别除了与声音强度大小有关外还与人们的主观感受息息相关，因此一般使用A声级来表示噪声的大小，单位为db(A),是人们根据实验结果，依据40方等响曲线的计权网络而测得的声级，反应了人耳对声音主观感受的等级。db和db(A)的概念并不相同。噪声的大小还和声音的频率有很大的关系。同样的声压级（分贝），如果频率不同，那么人耳的主观感受是完全不同的。因此在噪声控制设计中，单是一个A声级并不能反应出噪声的频率的影响，而是需要计算出不同频率下的噪声量，才能有的放矢得选择消声设备。否则如果在一个以低频噪音为主的环境中选择了一个以消除高频噪音为主的消声设备，那就白白浪费了投资而取不到任何效果。目前NR曲线是国际上最常用的噪声评价标准曲线，如表1所示，每个NR曲线都反映了不同频率下的声压级，使得噪声控制的设计能更有针对性。 表1 NR曲线对应的倍频带中心频率声压级 在通常情况下，NR曲线和A声级（La）的换算关系为：La=NR+5。比如要求噪声不超过50db(A)，则对应的NR曲线为NR45。3、噪声的计算 噪声的计算包括风机噪声、气流噪声、噪声的自然衰减、噪声的混合等，需要对每个倍频程的中心频率进行分别计算，得出各频率下的噪声后，与要求的噪声NR曲线进行比较，得出要求的消声量，从而选择出消声设备。在苏州工业园区唯亭医院工程中，空调系统采用风机盘管加新风系统，新风系统为全空气系统（如图所示），在每层均设置单独新风机房，共计18个。考虑到医院的特殊要求，业主方为谨慎起见提出在新风AHU机房中采用ZP100消声器。本工程标准层每层新风系统风量为4000m3/h, 风速为4m/s左右，项目部对最不利房间的噪声量进行了核算，并根据计算结果建议采用消声弯头，最终业主采纳了项目部的建议，并在实际应用中取得了良好的经济和环境效果。 医院空调风系统平面图 以该医院标准层新风系统为例，如图所示，取距离机房最近的房间。风量为4000m3/h，送风干管为800mmX320mm，进入房间的支管为120mmX120mm，AHU机组的出风口为300mmX300mm，取频率f=1000Hz。 计算平面图 机房内示意图3.1、气流噪声的计算3.1.1. 0-1段机组出口尺寸为300mmX300mm，需一段变径管与系统800mmX320mm管道对接。变径管的气流噪声Lw(db)计算公式为：Lw=A+Blg-3K （1） 式中：A、B 系数，由表2查得； 变径管入口流速，m/s; K 与变径管角度有关的修正值，由图1查得。 图1 与变径角度有关 表2 变径管系数 A、B的修正值K现场实际测量，变径角度约为，查图可得8.5，查表2可得A=54.2（db），B=9.8（db）。因此，该变径的气流噪声为： Lw=54.2+9.8lg1.11/(0.3*0.3)-3*8.5=39（db）该段变径的自然衰减L（db）为： L=10lg(1+m)2/4m （2）式中 m为变径前后的管道截面积之比，即m=（0.3*0.3）/（0.8*0.32）=0.35 则： L=10lg（1+0.35）2/(4*0.35)=1 （db）3.1.2. 1-2段 该段为0.9米的直管段，管道尺寸为800mmX320mm,风速为4.33m/s。直管段的气流噪声Lw(db)为： Lw=Lwc+50lg+10lgF+K (3)式中：Lwc 直管比声功率级，一般取10db； 直管内气流速度，m/s； F 直管道断面积，m2； K 倍频程修正值，db, 可由表3查得。 表3 直管段气流噪声倍频带修正值 则：该直管段的气流噪声为： Lwc=10+50lg4.33+10lg(0.8*0.32)-9=27 (db)直管段的自然衰减可由表4查得 表4 直管噪声自然衰减其中矩形风管尺寸为当量直径，即（2*0.8*0.32）/（0.8+0.32）= 0.45m，因此该段直管的自然衰减为 0.9*0.15=0.14 (db)。 此时，便可以计算出气流到达2点的噪声，为0-1变径段产生的噪声经过直管段自然衰减后与直管段产生气流噪声的能量之和，而非代数和： 即： L= 10lg(10L1/10+10L2/10) (4)其中L1和L2分别为混合之前的分贝数，即L1=39-0.14=38.86（db）,L2=27(db). 则通过计算可得出2点的气流噪声为 L=10lg(1038.86/10+1027/10)=39(db)。3.1.3. 2-3段 该段为800*320的弯头，其气流噪声声功率级为： Lw=Lwc+10lgfD+30lgd+50lg (5) 式中：Lwc 弯头比声功率级（由图2查得） fD 倍频带低限频率，Hz，fD=f/2; f 倍频带中心频率，Hz； d 风管当量直径，m; 弯头内流速，m/s。 图2 弯头的Lwc值图中的横坐标Nstr为斯脱立哈尔数，Nstr=f*d/=1000*0.46/4.33=106，通过图2可查得Lwc=-25（db），通过式（5）及已知数据求得： Lw=-25+10lg(1000/2)+30lg0.46+50lg4.33=25 (db)弯头的自然衰减可通过查表5直接获得： 表5 弯头的自然衰减 当量直径为0.46，即f=1000Hz时，衰减量约为5（db）。 综上，3点处的噪声为2点处的噪声经弯头自然衰减后和弯头自身气流噪声的能量和，根据式（4）： L=10lg10(39-5)/10+1025/10= 34 (db) 3.1.4. 3-4段 该管段为1.46m的直管段，尺寸为800X320，风速为4.33m/s，计算方法同1-2段，根据式（3）可得： Lw=Lwc+50lg+10lgF+K=27（db）。自然衰减为：0.15*1.46= 0.2 （db）。 则4点处的噪声为3点噪声衰减后与该直管段气流噪声的能量和： L=10lg10(34-0.2)/10+102.7=35 (db)。3.1.5. 4-5段 该段为800X320弯头，计算同2-3段，根据式（5）及图2可得 Lw=Lwc+10lgfD+30lgd+50lg=25（db），根据表5，自然衰减量为5（db）。则5点处的气流噪声为4点噪声衰减后与本段弯头本身的气流噪声能量之和，即：L=10lg10(35-5)/10+1025/10=31（db）。3.1.6. 5-6段 该段为1.59m的直管段，同之前直管段的计算方法相同： Lw=Lwc+50lg+10lgF+K=27（db），自然衰减为0.15*1.59=0.24（db）。 则6点处的气流噪声为5点噪声衰减后与本管段气流噪声能量之和，即：L=10lg10(31-0.24)+1027/10= 32（db）。3.1.7. 6-7段 该段为800X320的调节阀，假设运行时阀门全开。阀门产生的气流噪声计算公式为： Lw=L+10lgs+55lg+K (6)式中： L 由阀门叶片角度决定的常数，=0时，L=30(db); s 管道断面积，m2; 管道内气流速度，m/s; K 倍频带中心频率修正值，db，可由表6查得。 表6 阀门气流噪声倍频带中心频率修正值 根据已知数据可得： Lw=30+10lg(0.8*0.32)+55lg4.33-14=45（db）。阀门处无自然衰减，则7点处的气流噪声为6点处的噪声和阀门产生的气流噪声的能量之和，即：L=10lg(1045/10+1032/10)= 45 (db)。3.1.8. 7-8段 该段为2.49米长得直管段，计算方法同之前直管段计算： Lw=Lwc+50lg+10lgF+K=27（db）。自然衰减为 0.15*2.49=0.37（db）。则8点处的气流噪声为： L=10lg10(45-0.37)+1027/10=45（db）。3.1.9. 8-9段 该段为三通，在800*320的干管上开出120*120的支管，之后仍为800*320。三通的气流噪声声功率级为： Lw=Lwc+10lgfD+30lgd+50lg2 (7)式中：Lwc 比声功率级，可根据1/2值由图3查得； 1 进入三通的流速，m/s， 2 离开三通的流速，m/s。 其余符号同式（5）。 图3 三通的Lwc值由于设计并未给出每个房间的新风流量，因此根据该系统总流量和负担的房间面积总和以及设计手册对风速的要求，支管中的风速取2m/s, 即1/22。查图3得Lwc-15（db）。则Lw=-15+10lg(1000/2)+30lg0.46+50lg2=18（db）。 三通的自然衰减量计算公式为：Lw=10lg(Fi/Fi) (8)式中：Fi 三通分叉后全部支管的面积，m2； Fi 计算支管的截面积，m2。 则：Lw=10lg(0.12*0.12)/(0.8*0.32+0.12*0.12)=13 (db) 。 根据以上数据可计算出9点处的气流噪声为：L=10lg10(45-13)/10+1018/10=32（db）。3.1.10. 9-10段 该段为2.8米的直管段，尺寸为120mm*120mm。Lw=Lwc+50lg+10lgF=10+50lg2+10lg(0.12*0.12)=7(db)。当量直径为2*0.12*0.12/（0.12+0.12）=0.12m，查表4可得自然衰减为0.3*2.8=0.84 （db）。混合后10点处的噪声仍为32（db）。3.1.11. 出风口处 定风速出风口的气流噪声为： Lw=Lwc+10lgfD+30lg(d*) (9)式中：Lwc 出风口比声功率级，db，由图4查得； d 出风口颈部直径，m； 出风口颈部流速，m/s。 图4 出风口比声功率级 风口的尺寸为200mm*120mm, 当量直径为 2*0.2*0.12/（0.2+0.12）=0.15m；流速=2*0.12*0.12/（0.2*0.12）=1.2m/s，斯脱立哈尔数Nstr=f*d/=1000*0.15/1.2=125, 根据图4可查得Lwc=-5（db）；因此出风口的气流噪声为： Lwc+10lgfD+30lg(d*)=-5+10lg(1000/2)+30lg(0.15*1.2)=1（db），可见对于流速仅为1.2m/s的风口，其自身产生的噪声基本可忽略不计。当风口处的噪声进入房间时会因末端反射产生衰减，衰减量与噪声的频率、风口的尺寸及风口的布置有关。风口的布置分为四种，见图5，分别为：I、出风口在房间中央下送；II、出风口在墙的中央，与人高度差不多；III、出风口在侧墙或顶棚和墙交界线的中间；IV、出风口在房间的拐角，即三面交角部。 图5 风口位置示意图根据风口的布置，查图6可得出风口噪声的反射损失。 图6 风口反射损失与频率及风口面积关系 图中横坐标为频率和风口面积开方得乘积，即f*S=1000*0.2*0.12=155，风口布置为第3种，查表可知f=1000Hz时，风口端部损失为0。但当频率较低时，风口端部损失较大，不可忽略。3.1.12、房间衰减 由风口传至室内某定点的噪声级Lp（db）的计算公式为： Lp=Lw+10lg(Q4r2+4R) (10)则：房间衰减量L=Lw-Lp=-10 lg(Q4r2+4R) (11) 式中 Lw 由风口进入房间的声功率级，db； Q 风口的指向性因素，与风口的位置和辐射角有关，可由图7查得 r 房间内某点与风口的距离，m； R 房间常速，m2, R=F1-； F 房间内总面积，m2； 房间内平均吸声系数。 图7 风口指向性因素 结合图5和图7， 取=45，风口布置为第3种，f*S=1000*0.2*0.12=155，可得Q=3.5。房间内总面积经实地测量为75m2，根据装饰单位提供的数据=0.2，则R=F1-=18.75，取r=2m，则有： L =-10 lg(Q4r2+4R)=-10lg(3.54*4+418.75)=5.5（db）。综上，最终传入房间的气流噪声为32-5.5=26.5（db）。3.2 房间允许噪声级 根据民用建筑隔声设计规范（GB50118-2010）的规定及业主的要求，白天普通病房的噪声等级为45 db(A)，夜间为40 db(A)，即分别为NR40和NR35。以夜间要求为准，根据表1，f=1000Hz时噪声不得大于35db。3.3 房间计算允许噪声级 房间计算允许噪声级即为房间允许噪声级和进入房间的气流噪声级的能量之差。本例中f=1000Hz时，房间计算允许噪声级为10lg(1035/10-1026.5/10)=34(db)。3.4、风机噪声根据厂家提供的数据，f=1000Hz时的噪声为 70.7（db），经过各管段的自然衰减后，剩余噪声为：70.7-（1+0.14+5