黃 磊，夏博雯，譚亮紅，陳 顏

（株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）

商用空調(diào)壓縮機(jī)的噪聲特性測試與控制

黃 磊，夏博雯，譚亮紅，陳 顏

（株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）

對某型號商用空調(diào)壓縮機(jī)在不同頻率下工作的噪聲進(jìn)行測試，并分析壓縮機(jī)的噪聲頻譜特性。結(jié)合實(shí)際安裝時(shí)的限制條件，制定相應(yīng)的壓縮機(jī)隔聲罩噪聲控制方案，利用聲學(xué)仿真技術(shù)預(yù)測采用壓縮機(jī)隔聲罩降噪的可行性。經(jīng)實(shí)際聲學(xué)測試對比，優(yōu)選兩種材料作為隔聲罩的主體。實(shí)際實(shí)驗(yàn)表明，在空調(diào)機(jī)組左、右、后方三個(gè)測點(diǎn)平均降噪約6 dB，在機(jī)組正前方降噪量為1 dB到4 dB不等。由此，可確認(rèn)PVC/PET纖維吸隔聲復(fù)合材料的隔聲罩能有效降低壓縮機(jī)噪聲和空調(diào)機(jī)組的噪聲。

聲學(xué)；空調(diào)壓縮機(jī)；隔聲罩；頻譜特性

近年來，由于人們生活水平的提高，噪聲問題受到更多重視，人們對與生活息息相關(guān)的家電產(chǎn)品的聲音品質(zhì)要求也越來越高。家用空調(diào)的內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo)有很多，但最關(guān)鍵的除了能效比外，就是噪聲[1]?？照{(diào)市場上出現(xiàn)的靜音空調(diào)就是響應(yīng)消費(fèi)者對空調(diào)聲音質(zhì)量關(guān)注的產(chǎn)品。

隨著空調(diào)的發(fā)展和人們家居生活概念的提升，家用中央空調(diào)（也稱商用空調(diào)）將以其技術(shù)優(yōu)勢取代傳統(tǒng)空調(diào)地位，成為主流。相比于室內(nèi)空調(diào)在30 dB (A)以內(nèi)的噪聲，室外機(jī)大多大于50 dB(A)，因此商用空調(diào)室外機(jī)的噪聲水平有很大的提升需求。

在空調(diào)室外機(jī)系統(tǒng)的4個(gè)主要組成部分：壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置。壓縮機(jī)是空調(diào)器的一個(gè)主要噪聲源[2]?？照{(diào)壓縮機(jī)的振動(dòng)和噪聲對空調(diào)的總體振動(dòng)噪聲貢獻(xiàn)顯著，因此也成為了目前空調(diào)噪聲控制的重點(diǎn)項(xiàng)目[3]。

本文選取某型商用空調(diào)外機(jī)作為研究對象，通過測試和仿真分析研究和制定商用空調(diào)壓縮機(jī)的噪聲控制方法。

1 噪聲特性測試

本文選取的商用空調(diào)為直流變頻多聯(lián)機(jī)組，主要應(yīng)用于家居環(huán)境、別墅以及小型商業(yè)辦公場所。測試環(huán)境為半消聲室，測試傳感器為GRAS一級精度聲傳感器，測試精度為±1 dB。在商用空調(diào)外機(jī)前后左右距機(jī)組各表面中心位置1 m處布置4個(gè)，分別為測點(diǎn)S 1，S 2，S 3和S 4，測點(diǎn)高度為1.2 m。其中測點(diǎn)S 2是靠近壓縮機(jī)的測點(diǎn)，因此后面將針對該點(diǎn)的噪聲測試結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析。測試過程中，空調(diào)前面板為封閉狀態(tài)，且壓縮機(jī)未進(jìn)行任何噪聲控制處理。

為獲取壓縮機(jī)的噪聲特性，實(shí)驗(yàn)工況設(shè)置如下：外機(jī)風(fēng)扇工作頻率為35 Hz，壓縮機(jī)運(yùn)行頻率從45 Hz到100 Hz以每1 Hz為步進(jìn)遞增。

針對測點(diǎn)S 2即靠近壓縮機(jī)側(cè)的測點(diǎn)進(jìn)行了分析，通過數(shù)據(jù)處理得到不同工作頻率下的壓縮機(jī)噪聲瀑布圖，如下圖1所示，其中縱坐標(biāo)為壓縮機(jī)工作頻率，橫坐標(biāo)為噪聲頻率，右側(cè)柱狀表示噪聲聲壓大小，由深至淺代表聲壓從小到大。

圖1 壓縮機(jī)側(cè)測點(diǎn)噪聲頻譜圖（20 Hz～1 000 Hz）

圖1中數(shù)據(jù)顯示，壓縮機(jī)噪聲聲壓級隨著壓縮機(jī)工作頻率的升高而增大，當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行在80 Hz以上工況時(shí)，壓縮機(jī)的低頻噪聲更為突出，低頻峰值高于60 dB（A）；同時(shí)圖中的白色斜狀線條均與壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系，表明壓縮機(jī)在不同工況下的存在明顯的階次噪聲，高能量的噪聲頻率范圍分布廣泛。

2 噪聲控制仿真分析

噪音控制措施有三種：聲源控制、傳播途徑控制和保護(hù)接受者[4]。本文噪聲控制方案選取從噪聲傳遞路徑方面開展研究。前面分析到壓縮機(jī)噪聲的頻率范圍廣，且存在低頻噪聲，綜合考慮以吸隔聲復(fù)合材料為主為壓縮機(jī)設(shè)計(jì)整體的隔聲罩以開展噪聲控制。

為驗(yàn)證該方案的可行性，本文結(jié)合聲學(xué)仿真手段，對在壓縮機(jī)外面包裹隔聲罩的控制方案進(jìn)行仿真分析，并分析此種方案對各頻率段噪聲的控制效果，以預(yù)測隔聲罩的降噪效果。

2.1 模型建立

（1）聲學(xué)模型

隔聲罩為對稱體，將隔聲罩在對稱面處建立對稱模型，用六面體網(wǎng)格劃分。在Virtual Lab Acoustics分析軟件中進(jìn)行聲學(xué)分析。在隔聲罩內(nèi)壁面施加動(dòng)態(tài)激勵(lì)載荷，外場空間為空氣流體，聲速為340 m/s，密度為1.225 kg/m3。場點(diǎn)為半球形場點(diǎn)，場點(diǎn)定義見表1，用于分析場點(diǎn)所在位置處的聲學(xué)量。

隔聲罩的吸聲層采用Virtual lab中的G.D模型?？紫堵试O(shè)置為0.8，流阻率設(shè)定為15 000，結(jié)構(gòu)因子設(shè)定為1.3，厚度為20 mm。隔聲罩的隔聲層材料參數(shù)設(shè)定為E=0.3×1011，密度為1 380 kg/m3，厚度為1 mm，泊松比為0.3。

（2）方位定義

為便于描述壓縮機(jī)隔聲罩的方位，對隔聲罩方案進(jìn)行方位定義，詳見表1。

表1 隔聲罩方位定義

（3）分析對比

為考察隔聲罩對總體的降噪效果，建立兩個(gè)模型，一個(gè)為未加隔聲罩的，一個(gè)為加隔聲罩的，分析頻率范圍為1 Hz到1 800 Hz。主要分析各場點(diǎn)的A計(jì)權(quán)聲壓級。通過對比兩個(gè)模型在場點(diǎn)的聲壓級值獲取對隔聲罩降噪效果的評估。

2.2 結(jié)果分析

通過各頻率點(diǎn)的噪聲分布云圖，可以分析出在特定的動(dòng)態(tài)激勵(lì)下，外場空間的噪聲分布特征。圖2給出了1 200 Hz時(shí)的外場空間的噪聲分布情況。由于實(shí)際安裝中壓縮機(jī)以及隔聲罩的下端是固定的，從下面的噪聲云圖可以發(fā)現(xiàn)，隔聲罩的下部（即Z軸負(fù)向區(qū)域）的噪聲量較小。

為了分析特定空間位置處噪聲在各頻率下的噪聲情況，分別在外場空間上方、前方、側(cè)中和后方各取一個(gè)場點(diǎn)，對加隔聲罩和未加隔聲罩進(jìn)行以20 Hz～1.6 kHz的1/3倍頻的噪聲對比，如圖3所示。通過圖3可以看出，加裝隔聲罩后，各部位噪聲普遍有明顯降低。

圖2 隔聲罩在典型頻率下的噪聲云圖

圖3 各工況下全頻段的噪聲量

進(jìn)一步觀察，還可以發(fā)現(xiàn)除個(gè)別1/3倍頻帶外，各頻帶的噪聲降低量在3 dB以上，特別在200 Hz以上頻率段降噪效果更加明顯，最大噪聲降低量超過7 dB。

通過以上聲學(xué)仿真分析可知，隔聲罩的實(shí)施可以有效的降低空調(diào)壓縮機(jī)向外輻射噪聲的能力，噪聲控制方案的實(shí)施具有可行性。

3 噪聲控制方案實(shí)施

3.1 隔聲罩材料選型

由于壓縮機(jī)是依靠內(nèi)部的冷媒進(jìn)行散熱，因此對壓縮機(jī)隔聲罩的設(shè)計(jì)沒有散熱要求，隔聲罩材料的選型主要從其聲學(xué)結(jié)構(gòu)的聲學(xué)特性考慮。

傳統(tǒng)的吸聲材料主要分為共振吸聲結(jié)構(gòu)和多孔吸聲材料兩大類。共振吸聲結(jié)構(gòu)一般指穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu),它在中低頻有較好的吸聲表現(xiàn)。多孔材料的吸聲機(jī)理是由于聲波進(jìn)入吸聲材料孔隙后，引起空隙中空氣和材料的細(xì)小纖維振動(dòng)，并進(jìn)而產(chǎn)生摩擦，將聲能轉(zhuǎn)化為熱能消耗[5]。多孔吸聲材料對高頻具有較好的吸聲效果，常見的有聚酯纖維類、毛氈和發(fā)泡類材料等。本文選取同樣規(guī)格的毛氈、PET纖維和發(fā)泡PU為吸聲層材料，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18696.2采用阻抗管對聲學(xué)樣品進(jìn)行吸聲性能測試，吸聲系數(shù)的測試結(jié)果如下圖4所示。

通過圖4可發(fā)現(xiàn)，同樣規(guī)格的吸聲材料其聲學(xué)性能卻有著較大的差異，這主要是由三種吸聲材料的結(jié)構(gòu)決定的。PET材料在實(shí)際使用時(shí)更加蓬松，這使得更多的聲音透射到材料內(nèi)部，從而吸收的聲能相對多。因此，在各個(gè)頻率PET的吸聲性能均優(yōu)于其他兩種材料。

圖4 不同吸聲材料吸聲系數(shù)對比

對于隔聲材料，考慮到壓縮機(jī)表面需要進(jìn)行包裹處理，因此盡量選擇柔軟的隔聲材料，常用的柔性隔聲材有EVA、PVC和EDPM等。對于材質(zhì)均勻的材料，平均隔聲性能與面密度的對數(shù)呈良好的線性相關(guān)性，與質(zhì)量法則趨勢相同[6]。綜合降噪的需求設(shè)定了材料面密度的最低限值為900 g/m2，結(jié)合施工要求，選擇三種面密度相當(dāng)?shù)母袈暡牧线M(jìn)行測試，其隔聲量的測試結(jié)果如下圖5所示，從圖5可以看到在選取的三種隔聲材料中PVC的隔聲量最佳，在500 Hz以內(nèi)隔聲量較理想，均大于6 dB。

圖5 三種柔性隔聲材料隔聲量對比

3.2 隔聲罩實(shí)施效果評估

根據(jù)聲學(xué)性能的對比，結(jié)合具體的施工要求，本文最終選取以柔性PVC為隔聲層、以PET纖維為吸聲層，組合成吸隔聲復(fù)合材料。根據(jù)壓縮機(jī)的實(shí)際尺寸設(shè)計(jì)隔聲罩，安裝時(shí)先將吸隔聲復(fù)合材料直接覆蓋于壓縮機(jī)表面，最終通過兩端粘合的方式在壓縮機(jī)外殼上形成一個(gè)封閉的隔聲罩，完成隔聲罩的安裝后，進(jìn)行評價(jià)試驗(yàn)。試驗(yàn)工況設(shè)置如下：外機(jī)風(fēng)扇工作頻率為35 Hz，壓縮機(jī)運(yùn)行頻率為65 Hz、70 Hz、75 Hz、80 Hz、85 Hz、90 Hz、95 Hz，測點(diǎn)布置與前期聲源特性測試時(shí)的測點(diǎn)布置一致。最終得到隔聲罩安裝前后的空調(diào)機(jī)組4個(gè)測點(diǎn)處的總體聲壓級對比，如表2所示。

通過表2的對比可以看出，壓縮機(jī)在實(shí)驗(yàn)工況下，隔聲罩均能有效降低壓縮機(jī)對外輻射噪聲，在測點(diǎn)2、3、4的降噪效果最明顯，平均約為6 dB，在測點(diǎn)2、3、4加入隔聲罩的最大降噪量分別為8 dB、7 dB和7 dB。對測點(diǎn)1處的降噪效果在1到4 dB不等。總體噪聲控制方案效果理想。

表2 隔聲罩加入前后降噪量對比/dB（A）

4 結(jié)語

本文通過對某型商用空調(diào)外機(jī)壓縮機(jī)開展噪聲特性測試，結(jié)合仿真分析手段及實(shí)際效果驗(yàn)證，得到以下結(jié)論：

（1）壓縮機(jī)噪聲聲壓級隨著壓縮機(jī)工作頻率的升高而增大，且呈現(xiàn)低頻噪聲突出的趨勢，壓縮機(jī)噪聲中存在明顯的階次噪聲，高能量噪聲頻率分布廣泛；

（2）聲學(xué)仿真分析顯示加裝隔聲罩后噪聲能夠得到有效的控制，在200 Hz以上的頻率段，噪聲降低量超過3 dB；

（3）實(shí)際裝機(jī)實(shí)驗(yàn)表明，由PVC/PET纖維組成的吸隔聲復(fù)合隔聲罩能有效降低壓縮機(jī)對外輻射噪聲，從而降低空調(diào)機(jī)組的噪聲，在空調(diào)機(jī)組左、右、后方三個(gè)測點(diǎn)平均降噪約6 dB，最大降噪量分別為8 dB、7 dB和7 dB，在機(jī)組正前方降噪量為1到4 dB不等。

[1]李保澤，范穎濤.空調(diào)室外機(jī)減振墊對振動(dòng)和噪聲影響的研究[J].噪聲與振動(dòng)控制，2010，02：45-49.

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[3]韓睿.全封閉往復(fù)式壓縮機(jī)整機(jī)降噪的研究[D].天津：天津大學(xué),2004.

[4]盛美萍，王敏慶，孫進(jìn)才.噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2010.67-68.

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[6]馬大猷.噪聲與振動(dòng)控制工程手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.256.

Noise Test and Control for CommercialAir Conditioner’s Compressors

HUANG Lei,XIA Bo-wen,TAN Liang-hong,CHEN Yan
(Zhuzhou Times New Material Technology Co.Ltd.,Zhuzhou 412007,Hunan China)

The noise of a commercial air-conditioner’s compressor was tested under different operation conditions.The noise spectral characteristic was analyzed.Considering the actual installation restrictions,a noise control method using acoustic enclosure for the compressor was made.Feasibility of the compressor’s acoustic enclosure was forecasted by acoustic simulation.Two materials,PVC and PET,were chosen for the enclosure through acoustic comparative test.Results of the test show that after the installation of the enclosure,the noise of the measurement points at the left,the right and the rear of the air-conditioner is reduced by 6 dB in average.In front of the air-conditioner,the noise is reduced by 1-4 dB.Thus,it can be concluded that the acoustic enclosure made up of PVC/PET fibrous composite material can effectively reduce the noise of air-conditioners.

acoustics;air-conditione’s compressor;acoustic enclosure;spectral characteristic

TB132

：A

：10.3969/j.issn.1006-1335.2015.01.039

1006-1355(2015)01-0191-04

2014－07－04

黃磊（1985－），男，湖南益陽人，目前從事噪聲與振動(dòng)控制。E-mail:hl3033@126.com