З досвіду боротьби з шумом обладнання інженерних систем
У лабораторії захисту від шуму вентиляційного та інженерно-технологічного обладнання НИИСФ РААБН в процесі багаторічних досліджень накопичено багатий досвід боротьби з шумом, як безпосередньо в джерелах його виникнення, так і на шляху поширення до об'єктів впливу. Проблеми із забезпеченням нормативних акустичних умов в будівлях і на територіях міської забудови при роботі обладнання систем вентиляції, кондиціонування повітря, холодопостачання і повітряного опалення (СВКВХВО) виникають як на проектованих, споруджуваних, реконструйованих, так і на діючих об'єктах, різних за призначенням.
- повітряний шум, що поширюється від поверхні джерела в навколишній простір;
- аеродинамічний шум, що поширюється по воздуховодам в обслуговувані системами приміщення і навколишній простір;
- структурний шум, що випромінюється в приміщення їх огорожами; його причиною є залишкова вібрація обладнання, що передається на будівельні конструкції будівлі і далі на ці огорожі.
Завдання захисту від шуму СВКВХВО успішно вирішуються за допомогою правильно обирають або пропонується прийняти комплексів будівельно-акустичних заходів. Необхідна зниження повітряного шуму досягається за рахунок заходів і засобів, заснованих на методах звукоізоляції, звукопоглинання, екранування; структурного - на методах віброізоляції, звукоізоляції; для зниження аеродинамічного шуму використовуються різні типи шумоглушників. При цьому враховуються об'ємно-планувальні рішення і конструктивні особливості будівель, які змінюються в будівельній галузі відповідно до вимог часу. Вектор цих змін в сучасних умовах спрямований на скорочення площ для розміщення і вентиляційного устаткування, і коштів зниження шуму.
Зниження повітряного шуму
Устаткування СВКВХВО випромінює повітряний шум в навколишній простір. Простір може бути замкнутим, коли джерела знаходяться в технічному, допоміжному або приміщенні, що обслуговується, або вільним, коли джерела встановлені зовні будівлі (на фасадах, балконах, покрівлі). Заходи щодо зниження повітряного шуму залежать від місця розташування обладнання (джерела), умов його експлуатації і від величини необхідного зниження шуму. Розглянемо три простих прикладу.
Приклад 1. Один або кілька вентиляторів встановлені в вентиляційній камері, а в суміжних з нею приміщеннях по горизонталі і вертикалі рівень шуму обмежений. Повітряний шум спочатку випромінюється корпусами вентиляторів і стінками воздуховодов у вентиляційну камеру, потім через її огорожі проникає в суміжні, що захищаються від нього приміщення. Рівень шумового впливу в них можна знизити за рахунок підбору огорож з досить високою звукоізолюючої здатністю (цегельних, бетонних, легких багатошарових і ін.), Установки кожухів, покриттів на вентилятори і повітроводи, а також за допомогою акустичної обробки приміщення вентиляційної камери (облицювання стін і стелі шаром звукопоглинального матеріалу, як правило, волокнистого із захисним покриттям). Залежно від частотної характеристики і величини необхідного зниження шуму вибирається найбільш ефективний і менш витратний варіант.
Приклад 2. Транзитний повітропровід проходить через приміщення і випромінює в нього підвищений повітряний шум. Для його зниження існують кілька одношарових або багатошарових звукоізолюючих покриттів з спінених, волокнистих і інших матеріалів. Ефективність таких покриттів істотно відрізняється; як видно з рис. 1, мінімальна вона у спінених матеріалів з невеликою щільністю. Для забезпечення необхідного зниження шуму вибирається оптимальне покриття, відповідне як за акустичними якостями, так і за вартістю. В екстремальних ситуаціях використовується ефективне багатошарове покриття (1), незважаючи на відносно високу вартість, в інших - ISOVER (4), каширований фольгою, товщиною 30, 100 мм або еластичний (еластомірний) комбінований матеріал K-FONIK 072 ST GK (7) товщиною 12 мм. Останній має деяку перевагу за акустичними показниками (в діапазоні низьких частот) і, разом з тим, займає значно менший обсяг (фактор, який має важливе практичне значення).
Ефективність звукоизолирующих покриттів для круглих повітропроводів:
1 - піноскло типу FOAMGLAS Т4 (товщина 50 мм, щільність 120 кг / м 3), базальтовий мат (товщина 80 мм, щільність 100 кг / м 3), антивібраційний шар (товщина 3 мм), оцинкований лист (товщина 0,55 мм );
2 - «Пенофол» товщиною 10 мм;
3 - ISOVER типу KIM-AL (товщина 30 мм, щільність 30 кг / м 3),
4 - ISOVER типу KIM-AL (товщина 100 мм, щільність 22 кг / м 3);
5 - «Піноплекс» (товщина 50 мм, щільність 35 кг / м 3);
6 - «Енергофлекс Блек Стар дакт-Ал» (товщина 20 мм, щільність 25 кг / м 3);
7- K-FONIK ST GK 072 (товщина 12 мм)
Приклад 3. Зовнішня холодильна машина знаходиться на покрівлі будинку і випромінює повітряний шум в прилеглу житлову забудову. Через конструктивних особливостей таких машин спектр засобів і методів, придатних для зниження їх шуму, вельми обмежений. Екранування шуму - практично єдиний шлях.
Захист від шуму зовнішніх холодильних машин забезпечується за допомогою установки так званих акустичних екранів - це досить міцні перепони для звуку з листових матеріалів на опорах з необхідними розмірами, що визначаються розрахунком, і облицювання з боку джерела звуку шаром волокнистого звукопоглинального матеріалу з захисним покриттям (товщина шару 80 100 мм).
Екрануюча здатність або ефективність встановлюється у холодильної машини і інших зовнішніх блоків систем холодопостачання акустичного екрану визначається за формулою [2]
де N = 2δ / λ - число Френеля;
δ = (a + b - d); (A + b) - довжина найкоротшого шляху від джерела шуму в розрахункову точку, що проходить через кожну з трьох кромок екрану;
d - відстань між джерелом шуму і розрахунковою точкою по прямій (візирної) лінії (значення δ негативно, коли візирна лінія проходить над екраном).
Ефективність екрану залежить від його розмірів, відстані між екраном і джерелом, висоти розташування розрахункової точки і відстані від неї до екрану.
З приводу першого прикладу можна додати наступне. На діючих або здаються в експлуатацію об'єктах виникають ситуації, коли шумовий режим у вентиляційній камері вище очікуваного (певного розрахунковим шляхом). Потрібно оперативна оцінка фактичної звукової потужності вентиляційного обладнання та порівняння її з паспортними даними. Рішення такого завдання дозволяє не тільки визначити можливу причину підвищених октавних рівнів звукового тиску у вентиляційній камері, скажімо, в результаті більш високих реальних октавних рівнів звукової потужності в порівнянні з тими, що представлені фірмою - постачальником обладнання, а й знайти прийнятні і економічні шляхи захисту суміжних приміщень від повітряного шуму цього обладнання.
Рішення отримано за допомогою інженерного методу з використанням статистичної енергетичної теорії [3], що дозволяє за деякими легко визначаються вихідними даними оцінювати рівні звукової потужності обладнання безпосередньо в вентиляційних камерах. Такими даними є час реверберації і обчислені за стандартною методикою середні коефіцієнти звукопоглинання огорож вентиляційної камери, а також рівні звукового тиску (УЗД), виміряні на заданих в приміщенні ділянках при працюючому обладнанні.
Метод полягає у визначенні рівнів звукової потужності шляхом розрахунків рівнів звукового тиску методами, об'єктивно оцінюють розподіл відбитої звукової енергії в приміщеннях при відомих характеристиках звукопоглинання приміщення.
При використанні цього методу весь обсяг приміщення розбивається на елементарні паралелепіпеди, в межах яких характер зміни щільності відбитої звукової енергії з достатньою точністю можна вважати лінійним. Для кожного елементарного об'єму складається рівняння балансу відбитої звукової енергії для i-го елементарного обсягу, яке записується як
де qji і qij - потоки енергії, що проходять з j-го обсягу в i-й і назад через поверхню Sij;
q (w) ik і q (α) ik - потоки енергії, відповідно вводяться в i-й обсяг після перших відображень прямого звуку і поглинаються на k-й поверхні i-го обсягу, що є поверхнею огорожі з площею Sik;
N - кількість j-х обсягів, що контактують з i-м об'ємом;
6 - N - кількість граней i-го обсягу, що є поверхнями огородження приміщення;
Vi = Δx · Δy · Δz - обсяг i-го паралелепіпеда;
εi - щільність відбитої енергії в i-м обсязі;
mв - показник загасання звуку в повітрі.
Чисельний статистичний енергетичний метод придатний для вирішення не тільки прямої задачі - визначення УЗД у вентиляційній камері при відомих рівнях звукової потужності обладнання, а й зворотного - оцінки звукової потужності джерел по відомим рівнями звукового тиску.
Зниження аеродинамічного шуму
Необхідну зниження аеродинамічного шуму, створюваного вентиляторами, дросселирующим пристроями та іншими елементами СВКВХВО в приміщеннях будівель і в міській забудові, забезпечують абсорбція глушники (трубчасті, пластинчасті, канальні). Вони мають досить просту конструкцію і технологію виготовлення, створюють при правильному проектуванні прийнятні гідравлічні втрати і забезпечують істотне зниження звукової потужності, що розповсюджується всередині воздуховода. Загасання звуку в цих глушники залежить від довжини активної частини, периметра прохідного перетину, товщини шару, щільності, а також коефіцієнта звукопоглинання звукопоглинального матеріалу (ЗПМ), що залежить від його фізико-механічних властивостей. Недоліком глушників, як, втім, і інших засобів зниження шуму, є їх невисока ефективність (ΔLгл. ДБ) на частотах менше 250-300 Гц [4].
Трубчасті глушники (круглі і прямокутні) ефективні в повітроводах з поперечними розмірами до 500 мм. Збільшити загасання в повітроводах з великими поперечними розмірами можна шляхом рівномірного розподілу ЗПМ по їх перетину. Цей принцип використаний в пластинчастому глушнику. У прямокутних повітропроводах (в повітряних каналах) з поперечними розмірами до 800 × 500 мм часто застосовують канальні глушники. По суті це пластинчастий глушник з одного пластиною. Товщина такої пластини дорівнює половині меншого розміру поперечного перерізу воздуховода, в якому вона встановлюється.
Акустичні можливості пластинчастих глушників довжиною 1 м, виготовлених вітчизняними фірмами, ілюструє рис. 2. На ньому представлена їх ефективність - октавні значення зниження звукової потужності поширюється аеродинамічного шуму при їх установці в прямокутному повітроводі перетином 400 × 400 мм. Це середні значення для кожного типу глушників, в яких використані різні ЗПМ. Видно, що в діапазоні низьких частот (в октавних смугах з середньогеометричними частотами 63 і 125 Гц) ефективності трубчастого і канального глушників практично не розрізняються і не перевищують 7-8 дБ. На частоті 250 Гц ефективність пластинчастого глушника (товщина пластин 200 мм, відстань між пластинами 200 мм) вище, ніж у двох інших, і досягає 12-13 дБ. Ефективність всіх глушників досягає максимуму на частоті 1000 Гц, а при підвищенні частоти знижується.
Ефективність шумоглушника довжиною 1 м: 1 трубчастого; 2 - канального; 3 - пластинчастого
Ефективність трубчастого глушника може бути підвищена за рахунок збільшення його довжини, а також товщини шару ЗПМ (в діапазоні низьких і середніх частот). Підвищити акустичні можливості канального глушника можна, тільки збільшуючи його довжину. Пластинчастий глушник має перевагу: його ефективність можна підвищити в широкому діапазоні частот, збільшуючи довжину (l) і товщину пластин (b) або зменшуючи відстань між пластинами (s) [1, 4]. Характерно, що ефективність пластинчатих глушників не залежить від висоти і кількості пластин.
Оптимальний варіант підвищення ефективності пластинчастого глушника в діапазоні низьких частот (в октавной смузі зі среднегеометрической частотою 250 Гц) можна знайти, користуючись рис. 3. Видно, як змінюється ефективність глушника і при збільшенні його довжини (при фіксованій відстані між звуковбирними пластинами завтовшки 200 мм), і при зміні відстані між пластинами (при фіксованій довжині). Максимальна ефективність глушника на частоті 250 Гц може досягати трохи більше 50 дБ при довжині пластин 2,5 м і відстані між пластинами 80 мм.
Ефективність пластинчастого глушника (товщина пластин 200 мм) в залежності від довжини пластин і відстані між ними в октавной смузі зі среднегеометрической частотою 250 Гц:
1 - l1 = 0,5 м; 2 - l2 = 1,0 м; 3 - l3 = 1,5 м; 4 - l4 = 2,0 м; 5 - l5 = 2,5 м
За рахунок зменшення відстані між пластинами можна домогтися вельми високого ефекту установки глушника, але за умови, що площа перетину повітряного каналу, в якому встановлюється глушник, не скорочується, інакше площа перетину цього каналу повинна бути рівною або більше перетину всіх каналів глушника. Дана умова виконується, якщо звукопоглинальні пластини встановлені в розширений канал (повітропровід). В іншому випадку в порівнянні зі швидкістю потоку, що набігає (перед глушником) швидкості потоків в каналах між пластинами зростуть і при певних умовах досягнуто неприпустимих меж. Є приклади, коли при швидкості набігаючого потоку близько 2,5 м / с швидкості в каналах глушників, встановлених в повітроводах вентиляційних систем, які обслуговують офісні приміщення, досягали 6-8 м / с. В результаті в глушники виникав аеродинамічний шум, рівні якого перевищували допустимі значення.
Останнім часом знайшли широке застосування в практиці проектування шумоглушения СВКВХВО круглі гнучкі каркасні і безкаркасні (еластичні) повітроводи з синтетичних матеріалів. З одного боку, деякі з таких повітропроводів дійсно мають високі акустичні якості - рівень шуму, що поширюється по ним, істотно знижується (на довжині гнучкого воздуховода 3 м зниження рівня звукового тиску в октавних смугах частот досягає 25-30 дБ [5]). З іншого боку, це зниження крім усього іншого пов'язано з поширенням значної частини звукової енергії через стінки повітропроводів в навколишній простір (часто під стелею простір між підвісною стелею і перекриттям), де вони встановлені. Звукоізоляція гнучких стінок нижче, ніж звукоізоляція стінок металевих повітропроводів, в результаті в приміщення за повітроводи не поширюється підвищений аеродинамічний, але проникає повітряний шум з підстельового простору, через підвісну стелю, наприклад, через отвори для світильників.