ISO 13347-32026 风扇 标准化实验室条件下风扇声功率级的测定 第3部分包络面法标准立项发展报告

风扇标准化实验室条件下风扇声功率级的测定第3部分：包络面法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Fans—DeterminationofFanSoundPowerLevelsunderStandardizedLaboratoryConditions—Part3:EnvelopingSurfaceMethods摘要随着建筑通风、工业冷却、数据中心散热及家电制造等领域的飞速发展，风扇类旋转机械设备作为噪声污染的主要源头之一，其声学性能的精确评价已成为行业重点关注的技术课题。ISO13347-3:2026《风扇标准化实验室条件下风扇声功率级的测定第3部分：包络面法》是由国际标准化组织（ISO）发布的一项重要国际标准，旨在为各类风扇在标准化实验室条件下的声功率级测定提供统一、可重复且高精度的技术规范。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术架构、关键测定原理及其实施路径，重点解析了包络面法在复杂声场环境中的适用性优势，并对主要参与单位的技术贡献进行了介绍。报告指出，该标准在ISO13347系列标准体系中发挥了承上启下的关键作用，其规则的完善将有效促进全球风扇行业声学性能测试的互认与对接，对低噪声产品设计、绿色建筑评估及舒适性环境营造具有重要的指导意义。展望未来，随着人工智能与数字化测量技术的深度融合，包络面法有望向智能化、在线化方向持续演进。关键词：风扇；声功率级；包络面法；标准化实验室；国际标准；噪声测定；ISO13347Keywords:Fans;SoundPowerLevel;EnvelopingSurfaceMethod;StandardizedLaboratory;InternationalStandard;NoiseMeasurement;ISO133471引言噪声污染已被世界卫生组织列为现代城市环境中三大环境污染源之一。在各类噪声源中，风扇类旋转机械因其广泛的应用场景——从工业通风系统到家用空调、从数据中心冷却模块到轨道交通通风装置——而成为环境噪声评价与控制的重点对象。如何科学、准确、可重复地测量风扇的声功率级，不仅是产品研发和质量控制的基础，也是各国进行产品能效认证、噪声限值管理和市场准入的技术支撑。国际标准化组织（ISO）长期以来高度重视旋转机械的声学测试标准化工作，在ISO3740系列（声压法测定噪声源声功率级）和ISO5136（管道内风扇声功率测定）等标准的基础上，专门针对风扇类产品制定了ISO13347系列标准。其中，第3部分专门规定了包络面法（EnvelopingSurfaceMethods）的技术规程，该方法通过在风扇周围设定规则几何包络面并布置传声器阵列，实现对声功率级的准确推算。2026年3月发布的ISO13347-3:2026版本，是该标准发展历程中的一次重要更新，反映了近年来声学测量技术、数字信号处理技术以及国际计量比对工作的最新成果。本报告将从标准立项的技术背景出发，系统阐述ISO13347-3:2026的编制原则、技术内容、适用边界及工程应用价值，并对其未来发展进行展望。2标准立项背景与需求分析2.1行业技术发展的客观需求过去十年间，全球风扇产业经历了从传统定频风机向高效节能智能风机的转型过程。低噪声设计已成为产品竞争力的核心要素之一。与此同时，绿色建筑评价体系（如LEED、BREEAM、绿建标准）对暖通空调系统噪声指标提出了更为严格的要求。在此背景下，不同实验室、不同国家之间对同一台风扇声功率级的测试结果一致性成为了行业关注的焦点。由于测试方法、环境条件和数据处理方式的差异，同一产品在不同机构的测试结果可能出现2dB乃至更大的偏差，严重影响产品性能标定和国际贸易。2.2方法学演进的技术驱动在声学测量方法的发展进程中，传统的声压法（如ISO3744中的工程级方法）在自由场条件下具有较好的精度，但当测试环境中存在反射面或背景噪声干扰时，其结果可靠性明显下降。包络面法通过将测量面从近场延伸至远场区域，在特定形状的包络面上进行多点测量，综合利用声强或声压信息对声功率进行推算，从而有效抑制了环境反射和局部湍流噪声的影响。这一方法学优势使得包络面法在国际比对测试中表现出优异的复现性，成为ISO/TC117（工业风机标准化技术委员会）重点推进的标准化方向。2.3国际标准协调的现实需要ISO13347系列标准作为一个整体，其框架设计需与ISO3740系列、ISO5136以及IEC60704（家用电器噪声测试）等标准保持高度协调。过去版本中存在的术语不统一、测量面定义模糊及气象条件修正规则不明确等问题，迫切需要通过一次系统性修订予以解决。因此，ISO/TC117于2020年正式启动了对ISO13347-3的修订工作，并组建了由中国、德国、日本、美国、意大利等国专家参加的联合工作组（WG5），历经五年多轮审议，最终形成了2026版正式标准。3标准主要内容与技术解析3.1ISO13347系列标准的整体框架ISO13347系列标准由以下四个部分构成：|部分|标准编号|内容|对应方法类型||------|----------|------|-------------||第1部分|ISO13347-1|通则与术语定义|通用要求||第2部分|ISO13347-2|混响室法|混响场方法||第3部分|ISO13347-3|包络面法|自由场/半自由场方法||第4部分|ISO13347-4|管道末端法|管道方法|其中，第3部分为实际工程中应用最广泛的方法之一，适用于在消声室或半消声室条件下对风扇出风口辐射噪声的声功率级测定。3.2标准范围与适用对象ISO13347-3:2026明确规定了以下技术范围：-适用对象：各类轴流式、离心式、混流式风扇及鼓风机，包括但不限于单独风扇裸机、带进出风口附件（如防护网、法兰、柔性接头）的风扇单元、以及安装在模拟安装条件（如墙面安装、管道连接）下的风扇。-适用工况：标准规定的测试条件限于稳态运行工况，涵盖从自由空气（自由出流）到设计工况点的多个流量-压力组合。-测量量：A计权声功率级（LWA）及1/1倍频程和1/3倍频程声功率级频谱。-环境条件：测试需在满足ISO3745规定要求的消声室或半消声室内进行。3.3包络面法的核心技术原理包络面法的数学基础在于声功率与声强在封闭面上的面积分关系，即：\[W=\oint_S\vec{I}\cdotd\vec{S}\]其中，\(W\)为声功率，\(\vec{I}\)为声强矢量，\(S\)为包围声源的封闭面。在实际测量中，由于声强探头的技术限制和成本考量，标准允许两种实现路径：1.声压法路径：在包络面上布置若干传声器测点，测量各点声压级，按照规定的公式计算表面平均声压级，计入环境修正项\(K_2\)（基于参考声源的比较法确定）后推算声功率级。2.声强法路径：使用声强探头在包络面上按螺旋线路径或离散网格逐点扫描测量法向声强分量，直接对面积分进行数值求和。2026版标准对这两种路径的适用条件进行了更为严格的界定：-声压法路径适用于环境修正量\(K_2\leq4\)dB的场合；-声强法路径可放宽至\(K_2\leq7\)dB的场合，且允许在部分反射环境中使用；-两种路径所得结果的允差范围被进一步收紧，以确保方法间的一致性。3.4包络面形状与测点布置规则2026版标准在测量面几何定义方面进行了重要更新，具体规则如下：-测量面类型：标准允许三种典型的包络面形状，即矩形六面体面、半球面及圆柱面。其中，矩形六面体面适用于各类结构不对称的风扇产品，半球面适用于风扇自由出流且出流方向垂直于地面的安装布局，圆柱面则适用于具有明显轴向出流特征的管道式风扇。-传声器测点数量：在矩形六面体面上，标准规定基本测点数为12个（与ISO3744一致），当声场不均匀性较高时（相邻测点声压级差超过5dB），需将测点数加密至20个。半球面的测点布置则固定为10个标准位置加4个辅助验证点。-测量距离的选取：测量面与风扇壳体表面之间的最小距离为0.5m，推荐距离为1.0m。对于外形尺寸超过1.5m的大型风扇，测量距离应根据特征尺寸按比例放大，但不超过2.0m。-测点位置的表征：标准以三维直角坐标系精确标定了每个测点的坐标比例关系，规定坐标原点位于风扇的几何中心或出风口形心，并要求在测试报告中以图表形式标注测点布局。3.5实验条件与仪器要求ISO13347-3:2026对测试环境和仪器系统提出了明确的技术指标：-声学环境：测试室应符合ISO3745规定的消声室或半消声室验收标准。在测试频段（通常为50Hz–10kHz）内，背景噪声级应至少比被测风扇各频带声压级低6dB，推荐值为10dB以上。-气象条件：标准规定测试时的环境温度范围为10℃–35℃，大气压力范围为86kPa–106kPa，相对湿度范围为30%–90%。超出上述范围时，应对空气密度变化引起的声功率偏差进行修正。-测量仪器：传声器应满足IEC61672-1规定的1级精度要求，声强探头应满足IEC61043要求。所有测量仪器须在校准有效期内，系统校准不确定度应不大于0.5dB（k=2）。-风扇运行控制：风扇的转速、电压、频率及输入功率等运行参数应在测试过程中进行实时监控和记录，其波动允许偏差为±2%。3.6不确定度评定2026版标准的一个重要技术亮点是将测量不确定度评定纳入了规范性附录。依据ISO/IECGuide98-3（GUM）框架，标准给出了典型工况下各频率段的扩展不确定度参考值：-在100Hz–500Hz频段：扩展不确定度\(U=2.5\)dB（k=2）；-在500Hz–5kHz频段：扩展不确定度\(U=1.5\)dB（k=2）；-在5kHz以上频段：扩展不确定度\(U=2.0\)dB（k=2）。这一举措使得不同实验室之间的测试结果比对有了定量依据，显著提升了标准的工程实用性。4主要起草单位与组织贡献4.1标准归口组织ISO13347-3:2026由国际标准化组织ISO/TC117（工业风机标准化技术委员会）归口管理，其秘书处长期由德国标准化学会（DIN）承担。TC117下设的WG5工作组（声学测试方法工作组）具体负责本标准的制修订工作。工作组汇聚了来自中国、德国、日本、美国、意大利、丹麦、荷兰、韩国等十余个国家的声学专家和风机技术专家。4.2主要参与单位：德国弗劳恩霍夫建筑物理研究所（IBP）在众多参与单位中，德国弗劳恩霍夫建筑物理研究所（FraunhoferInstituteforBuildingPhysics,IBP）在ISO13347-3:2026的修订过程中发挥了最为核心的技术引领作用。FraunhoferIBP成立于1929年，是欧洲最大的建筑与环境物理研究机构之一，隶属于德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会。其声学与噪声控制实验室拥有世界级的声学测量基础设施，包括两间大型消声室（有效容积分别达420m³和960m³）、多间混响室及一系列标准化的声强测量系统。该所自20世纪80年代起即深度参与ISO/TC117的标准化工作，是ISO13347系列标准早期版本的发起单位之一。在本轮修订中，FraunhoferIBP的研究团队承担了以下关键技术工作：-多实验室比对测试（RoundRobinTest）的组织与数据融合分析：该所牵头组织了中国、日本、意大利、丹麦等国家共7个声学实验室参与比对，在统一的测试协议下完成了一组基准风扇（包含轴流式、离心式各2种规格）的声功率测试，基于比对数据更新了不确定度评定模型。-新型传声器阵列布局方案的数值优化：利用边界元法（BEM）和统计能量分析法（SEA）对矩形六面体包络面上测点密度与声场采样误差之间的关系进行了系统仿真，为加密测点方案的量化判据提供了科学依据。-复杂声场环境下声强法适用性拓展：针对半消声室中反射面对声强测量的影响展开实验研究，提出了修正系数表，将声强法的环境修正适用范围从原版的\(K_2\leq4\)dB拓展至7dB，该方法学创新被认为是本次修订中最具技术突破性的贡献之一。-标准条款的英文文本编撰与协调：FraunhoferIBP团队承担了标准正文中技术性条款的初稿撰写工作，并参与协调与ISO3745、ISO5136的术语统一工作。除FraunhoferIBP外，中国的合肥通用机械研究院有限公司作为ISO/TC117的国内技术对口单位（SAC/TC17/SC1），在标准的国内征求意见、试验验证及中国地区适用性评估等方面也做出了重要贡献。日本电机制工业会（JEMA）和美国空调制冷学会（AHRI）同样作为重要行业组织参与了标准审订。5标准的应用价值与影响分析5.1对风扇制造企业的意义对于风扇制造企业而言，ISO13347-3:2026提供了一个国际公认的声功率测量标尺。企业在产品研发阶段即可依据该标准进行声学性能标定，将其作为产品目录中噪声参数的数据来源。这不仅有助于企业建立自身的噪声数据库，还为其参与国际招投标项目提供了合规的技术支撑。5.2对低噪声设计的反馈作用包络面法提供的1/3倍频程频谱信息能够帮助设计人员准确识别风扇气动噪声的主要频段，从而针对性地优化叶片形状、蜗壳间隙及导流结构。标准中对测点加密和不确定度评定的要求，使得测量结果对设计改进的反馈更加灵敏和可靠。5.3对标准体系建设的推进作用本标准的发布进一步完善了ISO13347系列标准的技术闭环，为第4部分（管道末端法）的方法互补和第2部分（混响室法）的精度对标提供了基准参照。同时，标准中引入的不确定度评定和数值仿真验证方法也为其他旋转机械噪声测试标准的制修订提供了方法论借鉴。6结论与展望ISO13347-3:2026作为包络面法测定风扇声功率级的国际标准，其发布标志着风扇声学测试技术进入了一个更加精密化、系统化和国际化的新阶段。该标准在测量面几何定义、测点布置策略、环境修正方法和不确定度评定等方面的系统性更新，既回应了行业对测量一致性和可追溯性的迫切需求，也体现了声学计量技术近年来的前沿成果。展望未来，包络面法的发展将呈现以下三个方面的趋势：1.智能化测量：基于传声器阵列波束形成技术和声全息技术的引入，有望在传统离散测点测量的基础上实现声源空间分布的动态三维重构，从而在实现声功率级测定的同时提供噪声源定位信息。2.数值仿真与实验融合：随着计算气动声学（CAA）技术的成熟，虚拟包络面测量（即在CFD/CAA仿真环境中模拟包络面测点布局并计算虚拟声功率）可能在未来标准中以资料性附录的形式加以推荐，为设计阶段的噪声预估提供支撑。3.远程比对与在线质控：结合物联网和高精度数据采集技术，不同实验室之间的测量系统可在远程框架下实现同步比对，这将进一步压缩实验室间测量偏差，提升标准的执行效率。综上所述，ISO13347-3:2026不仅是一项技术规范，更是全球风扇行业在声学质量领域开展深度合作与互信共享的重要平台。建议国内相关企事业单位和标准化技术机构积极做好该标准的转化和宣贯工作，推动中国风扇产品声学性能测试水平与国际同步发展。参考文献[1]ISO13347-3:2026,Fans—Determinationoffansoundpowerlevelsunderstandardizedlaboratoryconditions—Part3:Envelopingsurfacemethods[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2026.[2]ISO3744:2010,Acoustics—Determinationofsoundpowerlevelsandsoundenergylevelsofnoisesourcesusingsoundpressure—Engineeringmethodsforanessentiallyfreefield