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        軋鋼廠廠房內(nèi)辦公室及休息室的噪聲治理

        2017-03-01 11:40:49顧迎春
        噪聲與振動(dòng)控制 2017年1期
        關(guān)鍵詞:休息室消聲百葉

        周 勃,郭 建,顧迎春

        (1.沈陽工業(yè)大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院,沈陽 110870;2.沈陽華維工程有限公司,沈陽 110168)

        軋鋼廠廠房內(nèi)辦公室及休息室的噪聲治理

        周 勃1,郭 建1,顧迎春2

        (1.沈陽工業(yè)大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院,沈陽 110870;2.沈陽華維工程有限公司,沈陽 110168)

        為解決某軋鋼廠房空調(diào)系統(tǒng)的噪聲超標(biāo)問題,首先在廠房內(nèi)布置噪聲測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量,在噪聲頻譜特性分析的基礎(chǔ)上分別采取管道及風(fēng)口消聲和室內(nèi)吸聲處理等綜合噪聲治理措施。方案實(shí)施后,辦公室的平均噪聲下降了15.6 dB(A),休息室的平均噪聲下降了17.2 dB(A),均達(dá)到國家規(guī)定的噪聲標(biāo)準(zhǔn),為工業(yè)廠房空調(diào)系統(tǒng)的噪聲治理提供了可參考的依據(jù)。

        聲學(xué);空調(diào)系統(tǒng);噪聲控制;消聲器;吸聲體;消聲百葉

        噪聲是影響室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的重要因素之一,在危害人類聽覺、神經(jīng)、心臟健康的同時(shí),也大大降低了人們的工作效率[1]。隨著空調(diào)系統(tǒng)在民用、工業(yè)建筑中的廣泛應(yīng)用,風(fēng)管的流體噪聲、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)噪聲、風(fēng)管振動(dòng)的噪聲輻射和電機(jī)的電磁噪聲等嚴(yán)重影響著各類建筑的室內(nèi)聲環(huán)境[2]。

        目前,廠房空調(diào)系統(tǒng)噪聲治理方法有采用消聲型玻纖復(fù)合風(fēng)管、風(fēng)機(jī)設(shè)自垂式止回閥,以及在送、回風(fēng)口設(shè)置迷宮式消聲器等[3–4],但缺少對(duì)空調(diào)系統(tǒng)噪聲的綜合治理方案。課題組針對(duì)此問題,以某鋼鐵公司軋鋼廠房為例,首先分析廠房內(nèi)聲場(chǎng)的頻譜特性,然后根據(jù)測(cè)量和分析結(jié)果實(shí)施消聲和吸聲設(shè)計(jì)實(shí)施綜合治理方案,取得了良好的噪聲治理效果。

        1 噪聲測(cè)試

        某鋼鐵公司軋鋼廠的廠房采用空調(diào)系統(tǒng)為多個(gè)控制車間和辦公室送風(fēng),滿足夏季制冷需要。廠房占地面積2 400 m2,共兩層,每層均設(shè)立一個(gè)空調(diào)機(jī)房,空調(diào)箱選用的是離心風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為84 200 m3/h,全壓為1 000 Pa,功率為45 kW,轉(zhuǎn)速為1 250 r/min。風(fēng)機(jī)在運(yùn)行期間室內(nèi)噪聲嚴(yán)重超標(biāo),工作人員長期暴露在高噪聲環(huán)境,身心健康受到危害,生產(chǎn)效率顯著降低。

        為解決該問題,課題組人員采用丹麥B&K 2238噪聲頻譜分析儀測(cè)量廠房內(nèi)的噪聲數(shù)據(jù)。在噪聲敏感最近點(diǎn)布置測(cè)點(diǎn),一層、二層空調(diào)系統(tǒng)平面圖及噪聲測(cè)點(diǎn)布置如圖1、圖2所示。

        圖1 一層空調(diào)系統(tǒng)平面圖及噪聲測(cè)點(diǎn)布置

        圖2 二層空調(diào)系統(tǒng)平面圖及噪聲測(cè)點(diǎn)布置

        現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí),如果噪聲為穩(wěn)態(tài),可測(cè)量1 min內(nèi)的等效噪聲。如果空調(diào)機(jī)組發(fā)出的噪聲為周期性噪聲,則應(yīng)測(cè)量一個(gè)周期內(nèi)的等效聲級(jí),按不同聲級(jí)段簡(jiǎn)化測(cè)量,并按不同時(shí)間段來計(jì)算等效聲級(jí)。由于風(fēng)管流動(dòng)噪聲為非穩(wěn)態(tài)非周期噪聲,應(yīng)測(cè)量整個(gè)正常工作時(shí)段的等效聲級(jí)[5]?,F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果如表1所示。

        表1 現(xiàn)場(chǎng)噪聲測(cè)量結(jié)果 dB(A)

        由表1可知,兩個(gè)空調(diào)機(jī)房內(nèi)的噪聲值均已超過90 dB(A),休息室及辦公室的噪聲值也超過了GB/T 50087-2013《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計(jì)規(guī)范》的國家標(biāo)準(zhǔn)。為進(jìn)一步分析室內(nèi)噪聲源的頻譜特性,課題組采集了表1中噪聲值最高的測(cè)點(diǎn)2的1/3倍頻程譜圖,如圖3所示。另外,為了制定被動(dòng)降噪方案,采集了工作人員室內(nèi)環(huán)境的噪聲敏感值,圖4為一層休息室噪聲1/3倍頻程譜圖。

        圖3 一層空調(diào)機(jī)房噪聲1/3倍頻程譜圖

        圖4 一層休息室噪聲1/3倍頻程譜圖

        從圖3可以看出,由于空調(diào)機(jī)房設(shè)備眾多,聲源復(fù)雜,因此輻射聲能在各個(gè)頻段分布較為均勻,呈寬頻帶特性。而圖4中,休息室內(nèi)噪聲能量以低頻成分為主,這主要是由于低頻噪聲繞射能力強(qiáng)、傳播過程中衰減較慢造成的。測(cè)量結(jié)果表明,廠房內(nèi)的噪聲源多、頻譜范圍寬,且低頻噪聲能量所占比例不小,為噪聲污染的消除增加了難度。

        2 噪聲特性分析

        根據(jù)測(cè)量結(jié)果,分析軋鋼廠房內(nèi)的噪聲源有如下特性:

        (1)較大的噪聲集中在一層空調(diào)機(jī)房離心風(fēng)機(jī)的送風(fēng)側(cè),最大的噪聲值達(dá)到98.5 dB(A),如表1所示。這是由于氣流流經(jīng)離心風(fēng)機(jī)葉片界面形成附面層及脫渦引起的壓力脈動(dòng),由此輻射的非穩(wěn)定渦流噪聲,屬于中高頻噪聲源。

        (2)表1中,靠近風(fēng)機(jī)的測(cè)點(diǎn)值均較大,說明現(xiàn)場(chǎng)的周期性噪聲主要是由風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的。風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不高,周期力的頻率也不高,但這種低頻率的周期力能激發(fā)較高頻率的振動(dòng)。當(dāng)受振動(dòng)的部件其固有振動(dòng)頻率等于周期力頻率的整數(shù)倍時(shí),則會(huì)使部件產(chǎn)生強(qiáng)烈共振,從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的二次噪聲。當(dāng)周期性作用力的頻率高到一定程度,而且受力部件表面積足夠大時(shí),二次振動(dòng)噪聲尤為突出,屬于中低頻帶噪聲。

        (3)氣體流經(jīng)管道時(shí)引發(fā)管道振動(dòng),從而向外輻射噪聲。表1中在休息室周圍的管道輻射噪聲值達(dá)到75.4 dB(A),這也是需治理的噪聲源之一。除此之外,電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的振蕩力也會(huì)激發(fā)定子磁極發(fā)生切向振動(dòng),并與其它噪聲源混合后形成休息室和辦公室的寬頻混響噪聲。

        根據(jù)分析結(jié)果可知廠房內(nèi)的噪聲源眾多,噪聲頻帶范圍非常寬,單一用某一種聲學(xué)結(jié)構(gòu)是無法適用的,為此需要專門設(shè)計(jì)適合于這種特點(diǎn)的噪聲綜合治理方案。考慮到在不影響風(fēng)機(jī)工況、機(jī)組維修、設(shè)備運(yùn)行安全和美觀的前提條件下,通過聲學(xué)計(jì)算,采用消聲器、吸聲體、消聲百葉等措施對(duì)空調(diào)系統(tǒng)噪聲進(jìn)行綜合治理。

        3 噪聲綜合治理方案

        3.1 消聲設(shè)計(jì)

        3.1.1 消聲器

        如前分析,軋鋼廠房內(nèi)主要的噪聲源是風(fēng)機(jī)的渦流噪聲,如圖3所示,屬于中高頻噪聲。為此,課題組采用阻抗復(fù)合式消聲器,如圖5所示。

        圖5 消聲器的結(jié)構(gòu)示意圖

        此消聲器斷面尺寸為1 200 mm×800 mm,長度為1.1 m。消聲器應(yīng)設(shè)于風(fēng)管系統(tǒng)中氣流平穩(wěn)的管段上,且應(yīng)盡量靠近有噪聲控制要求的地方。課題組在測(cè)點(diǎn)5和測(cè)點(diǎn)14處分別安裝此消聲器。經(jīng)測(cè)試,表2為消聲器的消聲性能。

        表2 消聲器的消聲性能

        由表2可以看出,該消聲器在500 Hz~2 000 Hz的消聲量最大,可消除離心風(fēng)機(jī)送風(fēng)側(cè)的中高頻噪聲。但是,在氣流通道上安裝消聲器,必然會(huì)影響風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力性能。如果只考慮消聲器的消聲性能而忽略了空氣的動(dòng)力性能,消聲器的加入可能會(huì)使設(shè)備的效能大大降低,甚至無法正常使用。消聲器的空氣動(dòng)力性能即阻力損失是指氣流通過消聲器時(shí),在消聲器出口端的流體靜壓比進(jìn)口端降低的數(shù)值。課題組在土建測(cè)試平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)參考GB/T 19512-2004,用TESTO-512壓力計(jì)測(cè)得消聲器阻力損失僅為18 Pa,大大低于其它阻抗復(fù)合式消聲器。另外,在同樣的消聲性能和空氣動(dòng)力性能基礎(chǔ)上,該消聲器還具有體積小、重量輕、便于安裝、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)。

        3.1.2 消聲百葉

        如上節(jié)所述,空氣從風(fēng)口流出時(shí)產(chǎn)生的管道二次振動(dòng)也是造成室內(nèi)噪聲污染的主要原因之一。本文采用在室內(nèi)送風(fēng)口和排風(fēng)口設(shè)置消聲百葉的方法,在阻斷噪聲傳播途徑的同時(shí)能夠有效吸收中低頻噪聲。消聲百葉結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示,百葉壁體采用阻性吸聲片。

        圖6 消聲百葉結(jié)構(gòu)示意圖

        3.2 吸聲設(shè)計(jì)

        由圖4可知,休息室內(nèi)墻壁吸聲系數(shù)低,室內(nèi)混響較為嚴(yán)重。因此,采取設(shè)置寬頻帶組合式吸聲體的方法能夠有效地消除室內(nèi)混響,增強(qiáng)休息室的降噪效果。吸聲體采用了寬頻帶吸聲板,在中間層加入低頻吸聲系數(shù)較高的鋁纖維、有機(jī)膠??紤]休息室內(nèi)美觀要求,吸聲體采用水平懸吊方式安裝在休息室頂棚,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。

        圖7 板式吸聲體結(jié)構(gòu)示意圖

        為了分析休息室內(nèi)的吸聲效果是否明顯,筆者應(yīng)用有限元軟件Ansys對(duì)休息室結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和網(wǎng)格劃分,對(duì)聲場(chǎng)進(jìn)行模擬,安裝吸聲體前后的聲場(chǎng)云圖見圖8。

        從圖中可以看出設(shè)置寬頻帶組合吸聲板可以很好地消除內(nèi)側(cè)空間的混響現(xiàn)象。

        圖8 設(shè)置吸聲體前后的聲場(chǎng)分布比較

        上述空調(diào)系統(tǒng)噪聲綜合治理方案實(shí)施后,課題組重新對(duì)廠房內(nèi)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果顯示,辦公室平均噪聲值降到59.5 dB(A),休息室平均噪聲值降到57.8 dB(A),均達(dá)到了國家規(guī)定的噪聲標(biāo)準(zhǔn)[6]。治理后的休息室和辦公室的頻譜圖見圖9、圖10。

        本項(xiàng)目的實(shí)施為鋼廠工人改善了工作環(huán)境,提高了工作效率,也給企業(yè)帶來了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

        圖9 治理后休息室的噪聲頻譜圖

        圖10 治理后辦公室的噪聲頻譜圖

        4 結(jié)語

        (1)當(dāng)噪聲源眾多、噪聲頻帶的范圍非常寬時(shí),單一用某一種聲學(xué)結(jié)構(gòu)是無法適用的,為此需要專門設(shè)計(jì)適合于各類噪聲源特性的綜合治理方案;

        (2)為消除空調(diào)箱離心風(fēng)機(jī)的渦流噪聲,可在風(fēng)機(jī)出口安裝消聲器,并同時(shí)考慮空氣動(dòng)力性能;

        (3)為降低室內(nèi)噪聲混響,在屋內(nèi)頂部懸掛寬頻帶組合式吸聲體,可以有效消除內(nèi)側(cè)空間因混響而產(chǎn)生的噪聲;

        (4)為降低氣流噪聲,在空調(diào)系統(tǒng)的各風(fēng)口安裝消聲百葉,通過增加消聲百葉有效通流面積,降低出風(fēng)口流體流速,有效地吸收了氣流噪聲的聲能。

        [1]展偉,劉巖,鐘志方.地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)噪聲分布規(guī)律[J].噪聲與振動(dòng)控制,2014,34(5):91-94.

        [2]張慧芳,張勇青,陳自剛,等.淺析海上平臺(tái)暖通空調(diào)系統(tǒng)噪聲[J].噪聲與振動(dòng)控制,2012,32(5):131-135.

        [3]樂有奮,潘茜,傅建勛,等.某廠房暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)及室內(nèi)噪聲和空氣污染控制[J].暖通空調(diào),2010,40(9):1-6.

        [4]劉濱.某空調(diào)系統(tǒng)噪聲改造[J].暖通空調(diào),2015,45(2):90-93.

        [5]中國科學(xué)院.GB/T 16538-2008聲學(xué) 聲壓法測(cè)定噪聲源的聲功率級(jí) 現(xiàn)場(chǎng)比較法[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2009.

        [6]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/T 50087-2013工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社,2014.

        Noise Control of Offices and Lounges in a Rolling Plant

        ZHOUBo1,GUOJian1,GU Ying-chun2
        (1.College ofArchitecture and Civil Engineering,Shenyang University of Technology, Shenyang 110870,China; 2.Shenang HUAWEI Engineering Co.Ltd.,Shenyang 110168,China)

        In order to solve the excessive noise problem of the air conditioning system of a steel rolling plant,the measurement points are assigned in the plant to acquire the noise data.According to the analysis of the noise spectrum characteristics,the noise control measures such as muffler treatment of pipes and tuyere and indoor sound absorption treatment are adopted respectively.After the implementation of the noise control scheme,the average values of the noise level are reduced by 15.6 dB(A)in the offices and 17.2 dB(A)in the lounges respectively.And the national standard for noise control is reached.The method provides a reference for the noise control of air conditioning systems of industrial plants.

        acoustics;air conditioning system;noise control;muffler;absorber;noise elimination shutter

        TH113.1

        :A

        :10.3969/j.issn.1006-1335.2017.01.041

        1006-1355(2017)01-0191-04

        2016-11-08

        國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51575361);遼寧省百千萬人才工程資助項(xiàng)目(2015049)

        周勃(1976-),女,沈陽市人,博士,教授,博士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)楣?、供燃?xì)狻⑼L(fēng)與空調(diào)工程。E-mail:liguodapple@sina.com

        郭建(1991-),男,吉林省公主嶺市人,碩士生,主要研究方向?yàn)楣?、供燃?xì)?、通風(fēng)與空調(diào)工程。E-mail:1343951617@qq.com

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