唐林峰 （上海市安裝工程集團(tuán)有限公司 ，上海 200092）

疊式超靜音空調(diào)機(jī)組在上海中心大廈的應(yīng)用

Application of Cascaded Quiet Air Conditioning Unit in Shanghai Tower

唐林峰 （上海市安裝工程集團(tuán)有限公司 ，上海 200092）

介紹了疊式超靜音空調(diào)機(jī)組在上海中心大廈中的應(yīng)用。通過深入介紹在超高層建筑中大規(guī)模采用無管路消聲器的低噪聲空調(diào)系統(tǒng)，對噪聲的控制采取了一系列有效措施，并使對該空調(diào)系統(tǒng)在其他超高層建筑的應(yīng)用有一定借鑒作用，認(rèn)為該空調(diào)系統(tǒng)拓展了低噪聲空調(diào)的應(yīng)用領(lǐng)域。

噪聲控制；列式消聲器；疊式空氣處理機(jī)組；超靜音空調(diào)機(jī)組；超高層建筑

1 項(xiàng)目背景

上海中心大廈(Shanghai Tower)，是上海市的一座超高層地標(biāo)式摩天大樓。上海中心大廈項(xiàng)目建筑面積為574 058 m2，建筑主體為 121 層，總高為 632 m。2008年 11 月 29 日進(jìn)行主樓樁基開工，2016 年 3 月 12 日，上海中心大廈建筑總體正式全部完工。上海中心大廈作為一幢綜合性超高層建筑，以辦公為主，其他業(yè)態(tài)有會(huì)展、酒店、觀光娛樂、商業(yè)等。大廈分為 5 大功能區(qū)，包括大眾商業(yè)娛樂區(qū)域、低中高辦公區(qū)域、企業(yè)會(huì)館區(qū)域、精品酒店區(qū)域和頂部功能體驗(yàn)空間。

上海中心大廈辦公區(qū)域面積占總營業(yè)面積約 40%，也是大廈的核心功能區(qū)。其環(huán)境噪聲的控制并非采用單一A 計(jì)權(quán)噪聲值[單位：dB(A)] 來控制，而是采用了室內(nèi)噪聲的復(fù)合曲線即 NC 曲線作為室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。

2 室內(nèi)噪聲苛刻要求

上海中心大廈核心筒面積較大，空調(diào)機(jī)房設(shè)計(jì)面積較小，比鄰公共走道，這樣空調(diào)系統(tǒng)送、回風(fēng)口的噪聲將成為辦公區(qū)域內(nèi)噪聲的主要來源。按目前的工程設(shè)計(jì)方法，對室內(nèi)噪聲控制主要有以下 3 種措施：①在送回風(fēng)管中增加片式消聲器或者消聲靜壓箱；②在遠(yuǎn)離辦公區(qū)域設(shè)置空調(diào)機(jī)房，控制噪聲源傳播距離；③將風(fēng)量較大的空氣處理機(jī)組設(shè)計(jì)成多個(gè)小風(fēng)量的機(jī)組，分散放置，減小單機(jī)噪聲源。但是這 3 種方法需要增加機(jī)房面積或增加 2～3 道風(fēng)管消聲器等特定條件。上海中心大廈建筑規(guī)劃的機(jī)房面積十分有限，層高要求高，不允許安裝管道消聲器，因此這 3 種方法均無法實(shí)現(xiàn)。

上海中心大廈對辦公區(qū)域噪聲要求達(dá)到 NC40 以下(見圖 1)?？照{(diào)系統(tǒng)考慮層高需求，送回風(fēng)管路上不考慮安裝片式消聲器，以提升層高，那么控制噪聲唯有從空調(diào)設(shè)備本身出發(fā)，所以對空氣處理機(jī)組的降噪提出了前所未有的更高要求。同時(shí)，為了滿足建筑利用率，空調(diào)機(jī)房相對較小，室內(nèi)回風(fēng)管無法布置，只得采用吊頂回風(fēng)、機(jī)組敞開回風(fēng)型式。由于機(jī)房外即是辦公區(qū)域和公共走道，空調(diào)機(jī)組的出風(fēng)口噪聲、回風(fēng)口噪聲以及機(jī)外噪聲是降噪的關(guān)鍵。

3 滿足技術(shù)要求的噪聲解決方法

本文以標(biāo)準(zhǔn)層 10 樓西北角的空氣處理機(jī)組作為研究對象，在機(jī)房條件不變的情況下采取以下方法達(dá)到降噪的目的：

(1) 采用機(jī)房敞開回風(fēng)形式減少機(jī)組接管，使空氣處理機(jī)組擁有更多的降噪空間。

(2) 嚴(yán)格控制空氣處理機(jī)組噪聲指標(biāo)，根據(jù)聲學(xué)顧問計(jì)算出機(jī)組送風(fēng)口和回風(fēng)口 8 倍頻噪聲，并嚴(yán)格控制機(jī)外噪聲。

(3) 招標(biāo)方式采用樣機(jī)比測模式，進(jìn)行嚴(yán)格的噪聲實(shí)測考核，并把綜合噪聲的評價(jià)值寫入招標(biāo)的技術(shù)文件中，確保實(shí)際產(chǎn)品噪聲值達(dá)標(biāo)。

(4) 結(jié)合產(chǎn)品和空間尺寸采取其他輔助手段減振降噪。

上海中心大廈空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)樓層面積不同，在核心筒四周每層安裝 2～4 臺(tái)空氣處理機(jī)組，樣本空氣處理機(jī)組參數(shù)見表 1，噪聲指標(biāo)見表 2。

表 1 標(biāo)準(zhǔn)層空氣處理機(jī)組性能要求

表 2 空氣處理機(jī)組噪聲控制指標(biāo) dB

標(biāo)準(zhǔn)層空氣處理機(jī)組機(jī)房狹小，空調(diào)機(jī)房長 5.6 m、寬 3.2 m、高 4.3 m，同時(shí)風(fēng)管各接口的尺寸都在設(shè)計(jì)階段根據(jù)管線的綜合排布進(jìn)行確定，留給空氣處理機(jī)組足夠的空間?；仫L(fēng)管接到機(jī)房入口，機(jī)房內(nèi)不設(shè)回風(fēng)管道，回風(fēng)口對辦公區(qū)域噪聲影響較大，機(jī)房隔音門外就是公共走道。所以對空氣箱的噪聲控制就必須從機(jī)外噪聲、回風(fēng)口和送風(fēng)口這3 個(gè)方面進(jìn)行。這種以保證室內(nèi)聲環(huán)境噪聲指標(biāo)為目的做法，在噪聲控制的設(shè)備上進(jìn)行了簡化，更有利于提高室內(nèi)空間的利用率，同時(shí)對空氣處理機(jī)組本身的噪聲控制提出了要求。所以在空氣處理機(jī)組噪聲控制時(shí)圍繞出風(fēng)口噪聲、回風(fēng)口噪聲和機(jī)外噪聲這 3 個(gè)方面提出明確的數(shù)值要求，并寫入技術(shù)規(guī)格書。

4 新機(jī)型構(gòu)想

現(xiàn)行市場應(yīng)用的空氣處理機(jī)組功能段大多由直線型構(gòu)成，一般包含初效過濾、中效過濾、PM2.5 過濾、加熱、冷卻、加濕、除濕、通風(fēng)等功能，還可選配消聲、殺菌、除味、施香等功能。機(jī)組長度較長，機(jī)房面積占用大。

4.1 機(jī)組結(jié)構(gòu)

為了滿足上海中心的噪聲要求和機(jī)房尺寸，以及機(jī)房空間的要求，構(gòu)想利用機(jī)房的空間高度將機(jī)組對折擺放，采用上下層疊結(jié)構(gòu)，送回風(fēng)口預(yù)留消聲的功能段。疊式結(jié)構(gòu)將風(fēng)機(jī)和出風(fēng)口消聲段置于上層，表冷器、過濾器、回風(fēng)口消聲段置于下層，這樣的功能段安排既便于過濾器的日常維護(hù)，又可確保表冷器的迎風(fēng)面風(fēng)速不會(huì)過高，保證其換熱效率，還可以在有限的空間內(nèi)將消聲靜音的功能整合，減少機(jī)組整體的漏風(fēng)率。該設(shè)想提出后經(jīng)設(shè)計(jì)和顧問單位的討論認(rèn)為其有可實(shí)施性，上海中心大廈超靜音空氣處理機(jī)組的雛形就形成了。

4.2 機(jī)組噪聲控制

在整體結(jié)構(gòu)和功能段確定的情況下機(jī)組噪聲還取決于風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與運(yùn)行工況。從理論來講，風(fēng)機(jī)全壓一定時(shí)，噪聲與轉(zhuǎn)速成正比，所以轉(zhuǎn)速越低，噪聲越低。在額定風(fēng)量、同一型號風(fēng)機(jī)的條件下，風(fēng)機(jī)全壓決定了風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。假設(shè)機(jī)組余壓不變，則機(jī)組全壓取決于內(nèi)部阻力。機(jī)組聲源的控制從降低機(jī)組阻力和風(fēng)機(jī)運(yùn)行選配考慮，主要對噪聲的控制采取了以下一些措施：

(1) 機(jī)組出風(fēng)口的風(fēng)速控制。出風(fēng)口的最大風(fēng)速控制在8～12 m/s 之間，防止機(jī)組在高速氣流下產(chǎn)生渦流，增加機(jī)組內(nèi)部風(fēng)阻。同時(shí)這一風(fēng)速將直接影響消聲設(shè)備的長度，對機(jī)組能否達(dá)到消聲要求至關(guān)重要。本項(xiàng)目中，出風(fēng)口的最大風(fēng)速控制在 10 m/s 以下。

(2) 風(fēng)機(jī)工作區(qū)域的選擇。目前我們在空氣處理機(jī)組中應(yīng)用的主要為離心式風(fēng)機(jī)，離心式風(fēng)機(jī)往往具有喘振的可能性。風(fēng)機(jī)在選配的時(shí)候應(yīng)考慮風(fēng)機(jī)壓力曲線和系統(tǒng)的壓力特性，避免風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)入喘振區(qū)。該項(xiàng)目中，風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)選在線性區(qū)域且效率＞ 75% 的部分。

(3) 氣流均勻度的控制。機(jī)組分別在風(fēng)機(jī)出口設(shè)置均流板，均勻氣流，確保機(jī)組內(nèi)部的氣流均勻度?；旌隙蔚臍饬骶鶆?，能確保到達(dá)過濾器、表冷器的氣流均勻，避免氣流速度和溫度的分層現(xiàn)象，對降低機(jī)組內(nèi)部阻力效果明顯。該項(xiàng)目中，均流板穿孔率嚴(yán)格控制在 50% 以上，降噪效果得到加強(qiáng) 。

(4) 風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)距離和葉輪直徑的比較。空調(diào)機(jī)組的風(fēng)機(jī)吸風(fēng)距離也會(huì)對機(jī)組內(nèi)部阻力產(chǎn)生影響。雙進(jìn)風(fēng)離心式風(fēng)機(jī)從風(fēng)機(jī)兩側(cè)吸風(fēng)，導(dǎo)致機(jī)組在風(fēng)機(jī)前端的氣流向機(jī)組兩側(cè)偏移，風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)距離過短容易造成機(jī)組前端的過濾器、換氣器的氣流不均，造成機(jī)組內(nèi)部阻力的增加，因此空調(diào)機(jī)組的風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)必須留有足夠的距離。該項(xiàng)目中，機(jī)組的寬度較小且為疊式，所以風(fēng)機(jī)葉輪直徑、葉片角度、轉(zhuǎn)速的匹配上進(jìn)行了比選，機(jī)翼型葉輪直徑 800 mm 比 710 mm 在同等風(fēng)量風(fēng)壓下，噪聲低 2 dBA。

(5) 風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)空間的選擇。風(fēng)機(jī)廠家在測試風(fēng)機(jī)性能時(shí)，進(jìn)風(fēng)空間往往比較大。但是風(fēng)機(jī)在空調(diào)機(jī)組的實(shí)際使用中，進(jìn)風(fēng)空間就受到了很大限制，當(dāng)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)空間過于狹小，風(fēng)機(jī)自身的阻力就會(huì)大幅度增加。因此空氣處理機(jī)組風(fēng)機(jī)段的設(shè)計(jì)應(yīng)使得離心式風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)空間盡量的大。對于小風(fēng)量風(fēng)機(jī)，進(jìn)風(fēng)空間應(yīng)大于風(fēng)機(jī)葉輪，大風(fēng)量風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)空間應(yīng)在 0.6 倍的葉輪直徑以上。本項(xiàng)目中，進(jìn)風(fēng)空間受到空調(diào)機(jī)組寬度影響，進(jìn)風(fēng)口至側(cè)板最小距離＞ 0.7 倍的葉輪間距，為彌補(bǔ)進(jìn)風(fēng)空間的欠缺，將風(fēng)機(jī)置于疊式機(jī)組的上層段，使其與其他功能段的距離拉大，在同樣的體積內(nèi)達(dá)到確保進(jìn)風(fēng)距離的要求。

(6) 消聲裝置的選擇。經(jīng)多方考察和制造商論證，最終選擇小寬距片式消聲器和列管式消聲器進(jìn)行對比測試。列管式消聲器的運(yùn)用也是在有限的空間內(nèi)盡可能的增加了消聲材料的表面積，同時(shí)形成一個(gè)均勻的風(fēng)道，使空氣在送風(fēng)口和回風(fēng)口處的氣流組織均勻。經(jīng)測試同等長度的消聲器，列管式消聲器比距片式消聲器多消聲 5～8 dB(A)。因此，后選用最終列管式消聲器，不僅消噪聲效果較好，且占地面積小。

(7) 減振降噪的選擇?？諝馓幚頇C(jī)組的減振隔振措施也是有助于噪聲控制，該項(xiàng)目中受到機(jī)房凈高的限制，采取了在空氣處理機(jī)組與設(shè)備基座間設(shè)置減震墊的隔振措施，在機(jī)組實(shí)際測試中采取同樣的減振措施進(jìn)行實(shí)測。

4.3 普通、靜音和疊式超靜音空調(diào)機(jī)組的比較

根據(jù)不同空調(diào)機(jī)組對噪聲的要求，從設(shè)計(jì)要求和各主要組件的選用以列表的形式對 3 種空調(diào)機(jī)組進(jìn)行比較(表 3)。

表 3 普通、靜音和疊式超靜音空調(diào)機(jī)組的比較

5 評價(jià)指標(biāo)的確定和實(shí)測數(shù)據(jù)

為了驗(yàn)證機(jī)組的性能，進(jìn)行樣機(jī)測試是必然的，我們租借了測試場地對送檢的樣機(jī)進(jìn)行實(shí)際性能指標(biāo)和噪聲指標(biāo)的測試。樣機(jī)測試的評判標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù) NC40 的噪聲評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)合實(shí)際的系統(tǒng)工況由經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)得出。其中由于空氣處理機(jī)組出風(fēng)口的噪聲指標(biāo)直接影響辦公區(qū)域噪聲控制的目標(biāo)值，所以該敏感指標(biāo)被換算成聲功率級 (Lwi) 值進(jìn)行比對，回風(fēng)口及包絡(luò)面的指標(biāo)則使用普通的聲壓級 (Lpi)值。

在實(shí)際評價(jià)時(shí)由于空氣處理機(jī)組出風(fēng)口任一頻段實(shí)測值高于限值 2 dB 以上的樣機(jī)，該技術(shù)項(xiàng)指標(biāo)不得分；其余樣機(jī)按各頻段與基準(zhǔn)值的偏差乘以各頻段的計(jì)權(quán)因數(shù)，之后按各計(jì)權(quán)偏差的總和值進(jìn)行評價(jià)，作為最終產(chǎn)品選取的依據(jù)。測試過程中對于聲功率級的測定采用了標(biāo)準(zhǔn)聲源法進(jìn)行測定，即根據(jù)確定的理論限值對于各頻段預(yù)先錄制標(biāo)準(zhǔn)聲源，取得機(jī)組噪聲值后且機(jī)組停機(jī)的狀況下在出風(fēng)口處擺放標(biāo)準(zhǔn)聲源，在相同的測試點(diǎn)逐一對標(biāo)準(zhǔn)聲源進(jìn)行測試，利用標(biāo)準(zhǔn)聲源的測定值修正機(jī)組實(shí)測值，從而獲得較為準(zhǔn)確的噪聲值。

在測試的 4 臺(tái)樣機(jī)中，樣機(jī)1是最接近噪聲指標(biāo)空氣處理機(jī)組的測試數(shù)據(jù)(表 4)，該機(jī)組的實(shí)測值說明疊式超靜音空調(diào)機(jī)組在上海中心大廈中的應(yīng)用取得了重大的突破。

表 4 噪聲測試報(bào)告

對于前期的理論計(jì)算得出的理論極限值，經(jīng)過實(shí)際機(jī)組的測試，送風(fēng)口聲功率級指標(biāo)僅 125 Hz 和 250 Hz 略微超出，回風(fēng)口及包絡(luò)面聲壓級僅 1 000 Hz 和 2 000 Hz 略微超出，基本符合設(shè)計(jì)預(yù)期值。該樣機(jī)后在 10 層完工狀態(tài)下的測試中，機(jī)房內(nèi)運(yùn)行時(shí)的噪聲值達(dá)到 47.8 dB(A)，噪聲數(shù)據(jù)與樣機(jī)原始噪聲數(shù)據(jù)基本一致，為大批量應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

6 結(jié) 語

上海中心大廈采用定制的疊式超靜音空氣處理機(jī)組，由于該機(jī)組的研發(fā)成功，系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)管路消聲器，減小了風(fēng)管阻力，降低了風(fēng)機(jī)噪聲。置于機(jī)組內(nèi)的列管式全頻消聲器杜絕了二次再生噪聲、風(fēng)阻低、易于清潔。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測，公共走道區(qū)域噪聲值達(dá)到 46 dB(A)，辦公區(qū)域噪聲均＞45 dB(A)，局部區(qū)域 40 dB(A)，效果明顯，滿足并優(yōu)于設(shè)計(jì)要求?？諝馓幚頇C(jī)組“三點(diǎn)法”噪聲(機(jī)外噪聲、回風(fēng)口和送風(fēng)口噪聲)控制方法將作為有效的應(yīng)用和實(shí)測方法，取代現(xiàn)行的采用降頻降低風(fēng)量來降噪的臨時(shí)應(yīng)急措施。

該項(xiàng)目在噪聲設(shè)計(jì)方面，傳承了綠色低碳理念，滿足了國際 LEED 認(rèn)證要求。在國內(nèi)超高層建筑中首次大規(guī)模采用無管路消聲器的低噪聲空調(diào)系統(tǒng)，對其他超高層建筑中有借鑒作用。該新型系統(tǒng)拓展了低噪聲空調(diào)的應(yīng)用領(lǐng)域。

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1674-814X(2017)03-0029-04

2017-01-26

唐林峰 ，現(xiàn)供職于上海市安裝工程集團(tuán)有限公司。

作者通信地址：上海市楊浦區(qū)四平路1398號18樓，郵編：200092。