風(fēng)冷熱泵機(jī)組出風(fēng)口噪聲的治理

熊鴻斌，姜海，陳新燕

（合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥230009）

風(fēng)冷熱泵機(jī)組出風(fēng)口噪聲的治理

熊鴻斌，姜海，陳新燕

（合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥230009）

酒吧熱泵機(jī)組風(fēng)機(jī)通風(fēng)量大，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生高分貝、寬頻的噪聲。而且酒吧附近敏感點(diǎn)多，要在有限空間達(dá)到良好降噪效果具有相當(dāng)難度。目前，國內(nèi)多采用阻性或單節(jié)阻性—抗性消聲器來治理出風(fēng)口噪聲，但治理效果不理想。結(jié)合工程實(shí)例，通過頻譜分析及擴(kuò)張消聲理論，采用不同長度不同擴(kuò)張比的三節(jié)擴(kuò)張室串聯(lián)(取代單節(jié)擴(kuò)張室)，結(jié)合阻性消聲器，在有限空間內(nèi)設(shè)計(jì)一種新型阻抗復(fù)合消聲器，使熱泵出風(fēng)口噪聲降低18 dB（A）左右。此消聲器設(shè)計(jì)簡單，經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)先進(jìn)可靠，占用空間小，有較高的實(shí)用價(jià)值。

聲學(xué)；風(fēng)冷熱泵機(jī)組；設(shè)計(jì)；消聲器；擴(kuò)張室

風(fēng)冷熱泵機(jī)組由于具有節(jié)能、環(huán)保及冷暖聯(lián)供等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于賓館、酒樓、商場、醫(yī)院等場所。這些場所往往緊靠居民區(qū)，而熱泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生很強(qiáng)的寬頻帶噪聲，易對周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的影響[1]。根據(jù)機(jī)組的擺放位置不同，其噪聲影響程度不同，治理難度也不同。

風(fēng)冷熱泵機(jī)組噪聲源主要為壓縮機(jī)、排風(fēng)扇以及配套的水泵。其中排風(fēng)扇的空氣動(dòng)力噪聲是主要聲源，此類噪聲屬于低頻噪聲，治理難度大。對此，國內(nèi)多采用阻性—抗性消聲器來治理噪聲。如中國海外房產(chǎn)工程有限公司海師花園的7臺熱泵機(jī)組在每臺熱泵機(jī)組箱體上部加裝一個(gè)長×寬×高約為5 900×2 200×2 000 mm擴(kuò)張室—片式消聲器來治理其空氣動(dòng)力噪聲，其中擴(kuò)張室長500 mm[2]。又如王庭佛針對某風(fēng)冷機(jī)組出風(fēng)口噪聲采用由擴(kuò)容消聲段(彎頭型。帶導(dǎo)流裝置)、消聲段、穩(wěn)流段和擋風(fēng)圈組成的排風(fēng)消聲裝置[3]。張三明針對風(fēng)冷機(jī)組排風(fēng)噪聲采用阻性或擴(kuò)容消聲段、消聲段阻抗復(fù)合消聲裝置。吳守力針對某超市風(fēng)冷熱泵機(jī)組排風(fēng)噪聲亦采用擴(kuò)容消聲段和消聲段阻抗復(fù)合消聲裝置[4]。此類治理措施存在明顯的缺點(diǎn)：（1）低頻消聲效果不明顯；（2）占地面積大。國內(nèi)關(guān)于采用多節(jié)擴(kuò)張室—阻性消聲器治理熱泵機(jī)組出風(fēng)口噪聲的研究還很少。

本研究中酒吧位于集中商業(yè)區(qū)，空間位置較小，針對風(fēng)冷熱泵機(jī)組出風(fēng)口噪聲，合理選取擴(kuò)張室設(shè)計(jì)參數(shù)，采用多節(jié)擴(kuò)張室，結(jié)合片式消聲器，提出一種采用擴(kuò)張室—擴(kuò)張室—擴(kuò)張室—片式復(fù)合消聲器來控制熱泵機(jī)組出風(fēng)口噪聲的試驗(yàn)研究。

1 某風(fēng)冷熱泵機(jī)組實(shí)測噪聲及噪聲源分析

蘇荷酒吧位于寧國路東側(cè)，其熱泵機(jī)組安置在商業(yè)樓的半地下停車場內(nèi)。其機(jī)房位置如圖1所示。7臺風(fēng)冷式熱泵機(jī)組型號：YCAE40RC-B，制冷/制熱量為：40 kW/44.5 kW；外形尺寸為：1.6×1.0×1.9（m）；每臺機(jī)組設(shè)有二臺風(fēng)機(jī)，排風(fēng)量為2×8 000 m3/ h。最大運(yùn)行工況為7臺同時(shí)運(yùn)行。

圖1 機(jī)房位置示意圖

經(jīng)現(xiàn)場勘測，機(jī)房所在商業(yè)樓均為酒吧，KTV等場所，主要噪聲敏感點(diǎn)是南面的住宅樓。泵房位于半地下室，5臺機(jī)組的出風(fēng)口位于商業(yè)樓的南側(cè)底部，另外兩臺出風(fēng)口位于機(jī)房的另一側(cè)，面向停車場。因此主要噪聲為5臺風(fēng)冷式熱泵機(jī)組出風(fēng)口的空氣動(dòng)力噪聲。此外，在出風(fēng)口西側(cè)有一酒吧后門，待酒吧正常營業(yè)時(shí)，酒吧內(nèi)音樂噪聲對南住宅樓會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

測點(diǎn)位置如圖1所示。測量數(shù)據(jù)如表1所示。對2#測點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從表中可以看出，風(fēng)冷式熱泵機(jī)組出風(fēng)口混合噪聲屬于中低頻噪聲，其中500 Hz以下的低頻噪聲較為突出，且31.5～200 Hz部分噪聲整體突出，跨度很大，并在125 Hz附近處有一峰值。

2 噪聲控制工藝試驗(yàn)研究

2.1 酒吧營業(yè)噪聲控制措施

針對酒吧后門透射噪聲，采用多層復(fù)合隔聲門。隔聲門結(jié)構(gòu)為2 mm厚鋼板+43 mm厚礦棉+2 mm厚鋼板+20 mm厚礦棉+3 mm厚鋼板。平均隔聲量為44 dB。門縫進(jìn)行密封處理。

2.2 出風(fēng)口噪聲控制工藝試驗(yàn)研究

2.2.1 出風(fēng)口噪聲影響預(yù)測

位于商業(yè)樓底部的5個(gè)出風(fēng)口總體尺寸為6.6 m×0.4 m。由于參考點(diǎn)和預(yù)測點(diǎn)與線聲源的距離均小于6.6 m，因此采用線聲源模型預(yù)測其衰減值。

采用如下公式（1）[5]進(jìn)行計(jì)算

式中L(r)——r處聲級dB(A)；L(r0)——ro處聲級dB(A)；r、r0——為預(yù)測點(diǎn)和參考點(diǎn)距聲源的距離。

經(jīng)計(jì)算，廠界噪聲：L(r)=65.7 dB(A)，與實(shí)測噪聲值65.1 dB(A)基本符合。

考慮到熱泵機(jī)組在夜間正常運(yùn)行，因此噪聲治理的目標(biāo)為南廠界處降為50 dB（A），達(dá)到二類標(biāo)準(zhǔn)的夜間標(biāo)準(zhǔn)值。實(shí)測廠界噪聲A聲級為65.1 dB（A），夜間超標(biāo)15.1 dB（A）。所以出風(fēng)口經(jīng)治理后的降噪量應(yīng)為15.1 dB（A）。

低頻噪聲波長較長，衍射能力強(qiáng)，若使用擴(kuò)張室—片式復(fù)合消聲器，在有限的空間內(nèi)很難達(dá)到預(yù)期降噪目標(biāo)。本項(xiàng)目采用三節(jié)擴(kuò)張室與片式消聲器相結(jié)合來降低出風(fēng)口噪聲。公用外壁采用磚墻結(jié)構(gòu)，內(nèi)外粉刷水泥砂漿，防止出風(fēng)口噪聲從外壁處穿透出來。整體結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小。

2.2.2 阻性段設(shè)計(jì)

將5個(gè)出風(fēng)口整體處理，原通風(fēng)面積為5×1.3 m×0.40 m=2.6 m2，考慮風(fēng)速和風(fēng)量，為不影響原有通風(fēng)效果，將阻性消聲器截面擴(kuò)大為6.9 m×1.15 m。在通道中橫向插入35片厚90 mm的吸聲片，，為提高低頻消聲量，內(nèi)置無堿超細(xì)玻璃棉80 mm，密度35 kg/m3。片式消聲器的消聲量由(2)[5]式計(jì)算

式中ΔL為消聲量，dB(A)；φ(α0)為與材料吸聲系數(shù)α0有關(guān)的消聲系數(shù)，dB；1.22為氣流通道的寬度，0.10 m；L為消聲器的有效長度，1.0 m；計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)

對于高頻失效問題，片式消聲器的失效頻率由式(3)[5]計(jì)算

式中c為聲速，340 m/s；D為消聲通道的當(dāng)量直徑，對于矩形通道，故失效頻率為1855.46 Hz。因此4 k、8 k的實(shí)際消聲量分別為19.1 dB、9.5 dB。滿足設(shè)計(jì)要求。

對于氣流再生噪聲由式（4）[5]計(jì)算

式中L0A為氣流再生噪聲，dB（A）；V為消聲器通道內(nèi)的流速，m/s。

經(jīng)計(jì)算L0A為65.4 dB。在自由場中傳播至折合出風(fēng)口外1.5m的噪聲級

因此氣流再生噪聲對消聲器性能影響不大。

2.2.

式中ΔL為消聲量，dB；m為擴(kuò)張比，m=S2/S1；k為波數(shù)，m-1；L為擴(kuò)張室的長度，m。

由于空間有限以及通風(fēng)散熱要求，擴(kuò)張比無法任意擴(kuò)大，采用三節(jié)長度不同的擴(kuò)張室串聯(lián)來降低低頻噪聲。第一節(jié)擴(kuò)張室將風(fēng)向改變至垂直向上，在垂直方向布置第二節(jié)，第三節(jié)擴(kuò)張室和阻性消聲器。

第一節(jié)擴(kuò)張室氣流通道為原出風(fēng)口，尺寸為5× 1.3 m×0.4 m，擴(kuò)張室截面尺寸為6.75 m×0.6 m。擴(kuò)張比m為1.5，L為0.8 m。最大消聲頻率為106 Hz，最大消聲量為0.7 dB。其消聲特性如圖2所示。

第二節(jié)擴(kuò)張室氣流通道尺寸為6.75 m×0.3 m，擴(kuò)張室截面尺寸為6.75 m×1.0 m。擴(kuò)張比m為3.3，L為0.68 m。最大消聲頻率為125 Hz，最大消聲量為5.1 dB。其消聲特性如圖3所示。

第三節(jié)擴(kuò)張室氣流通道尺寸為6.75 m×0.3 m，擴(kuò)張室截面尺寸為6.75 m×1.0 m。擴(kuò)張比m為3.3， 3擴(kuò)張段消聲部分設(shè)計(jì)

根據(jù)所測頻譜以及阻性消聲器各頻率的消聲量，主要剩余消聲量分布在125 Hz附近。單節(jié)擴(kuò)張室的消聲量可有式(5)[5]計(jì)算L為0.5 m。最大消聲頻率為170 Hz，最大消聲量為5.1 dB。其消聲特性如圖4所示。

圖2 第一節(jié)擴(kuò)張段消聲特性曲線

圖3 第二節(jié)擴(kuò)張段消聲特性曲線

圖4 第三節(jié)擴(kuò)張段消聲特性曲線

根據(jù)式（5）得出三節(jié)擴(kuò)張室消聲頻率特性曲線。如圖5所示。

由圖5可知，擴(kuò)張室采用多節(jié)不同長度的擴(kuò)張段，不僅提高了整體消聲量，而且擴(kuò)展了消聲頻率，滿足了消聲要求。

擴(kuò)張式消聲器有效消聲的上限頻率f上由式(6)[5]計(jì)算

式中c為聲速，340 m/s；D為擴(kuò)張部分的當(dāng)量直徑，m；對矩形截面，D為截面積的平方根。

表2 阻性段消聲量的計(jì)算

圖5 整體擴(kuò)張室聲特性曲線

第一節(jié)擴(kuò)張室上限頻率為200 Hz；

第二節(jié)和第三節(jié)擴(kuò)張室上限頻率為159 Hz，不能滿足要求，可在擴(kuò)張室中縱向插入二擋板將擴(kuò)張室平均分成三段，此時(shí)上限頻率為280 Hz，滿足消聲頻率要求。

擴(kuò)張式消聲器有效消聲的下限頻率f下由式（7）[5]計(jì)算

式中c為聲速，340 m/s；S1為氣流通道截面積，m2；V為擴(kuò)張室的容積，m3；L為擴(kuò)張室的長度，m。

經(jīng)計(jì)算第一節(jié)擴(kuò)張室下限頻率為68 Hz，第二節(jié)擴(kuò)張室下限頻率為60 Hz，第三節(jié)擴(kuò)張室下限頻率為83 Hz?？傮w滿足消聲要求。

2.2.4 阻力損失計(jì)算

消聲器阻力損失由沿程阻力損失Hf和局部阻力損失He兩部分。Hf和He的計(jì)算由下面經(jīng)驗(yàn)公式[6]給出

式中

λ、ζ——分別為沿程和局部損失系數(shù)；

P——為流體的密度，kg/m3；

V——為流體的速度，m/s；

l——為管段的長度，m；

d——為管段的當(dāng)量直徑，m。

擴(kuò)張段阻力損失計(jì)算

擴(kuò)張段阻力損失包括局部阻力損失和沿程阻力損失，由于在擴(kuò)張室風(fēng)速較慢。距離較短，其沿程阻力損失可以忽略不計(jì)。

ζ1為0.14，v1=16 000×5÷3 600÷2.6=8.5 m/s，

阻性段阻力損失計(jì)算

總阻力損失=6.25+27.6+27.6+6.82+8.10=76.37 pa。

2.2.5 復(fù)合消聲器結(jié)構(gòu)

通過擴(kuò)容消聲段將風(fēng)向改變至垂直向上，在垂直方向上安裝消聲器，既節(jié)省空間，又利用商業(yè)樓外壁做消聲器一側(cè)外壁，節(jié)省材料。

針對混合噪聲的特點(diǎn)，復(fù)合消聲器采用內(nèi)吸外隔的結(jié)構(gòu)，擴(kuò)張段的內(nèi)壁也做成消聲結(jié)構(gòu)以改善消聲效果，內(nèi)置無堿超細(xì)玻璃棉(70 mm)，密度為35 kg/ m3。穿孔板、阻尼層、無堿超細(xì)玻璃棉實(shí)際上構(gòu)成了一種復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)。消聲器外壁采用240 mm磚混結(jié)構(gòu)，內(nèi)外各粉刷5 mm水泥砂漿。消聲器內(nèi)壁與外壁構(gòu)成多層復(fù)合隔聲結(jié)構(gòu)，多層復(fù)合隔聲結(jié)構(gòu)具有良好的隔聲性能[7]，減小了機(jī)房室內(nèi)以及出風(fēng)口的混合噪聲透射噪聲的影響。復(fù)合隔聲結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 復(fù)合隔聲結(jié)構(gòu)示意圖

擴(kuò)張段主要是針對31.5～250 Hz的低頻噪聲設(shè)計(jì)的，第一節(jié)擴(kuò)張室擴(kuò)張比為1.5，長度為0.8 m，第二節(jié)擴(kuò)張室擴(kuò)張比為3.3，長度為0.68 m，第三節(jié)擴(kuò)張室擴(kuò)張比為3.3，長度為0.5 m，總體擴(kuò)張段中心頻率在125 Hz附近，最大消聲量為10.4 dB。

阻性段主要是針對中高頻噪聲設(shè)計(jì)的，對低頻也有一定的消聲作用。在阻性段插入35片消聲片，片間距為100 mm，片厚90 mm，內(nèi)置無堿超細(xì)玻璃棉(80 mm)，密度35 kg/m3。以增強(qiáng)對低頻的去除，平均吸聲系數(shù)為0.55，消聲片的護(hù)面材料用0.2 mm玻璃纖維布加鍍鋅穿孔板(穿孔率20%，Ф50 mm)。

整體消聲器設(shè)計(jì)消聲量為18.8 dB。圖7為消聲器結(jié)構(gòu)示意圖。

3 降噪效果測試

圖7 消聲器結(jié)構(gòu)示意圖

降噪措施實(shí)施前后出風(fēng)口噪聲聲壓級如圖8所示，治理后出風(fēng)口噪聲為55.6 dB（A），實(shí)際消聲量為17.9 dB（A），較符合設(shè)計(jì)結(jié)果。廠界噪聲實(shí)測值為48.5 dB（A），測量時(shí)酒吧正常營業(yè)，7臺熱泵正常運(yùn)行。測試數(shù)據(jù)表明酒吧熱泵機(jī)組出風(fēng)口在安裝復(fù)合消聲器后廠界噪聲值已符合標(biāo)準(zhǔn)，滿足了設(shè)計(jì)要求。同時(shí)酒吧內(nèi)噪聲經(jīng)隔聲處理后也已對南廠界無影響。

4 結(jié)語

（1）本文通過頻譜分析及擴(kuò)張消聲理論，采用具備不同長度不同擴(kuò)張比的三節(jié)擴(kuò)張室串聯(lián)(取代單節(jié)擴(kuò)張室)，結(jié)合阻性消聲器設(shè)計(jì)，擴(kuò)展了消聲頻率，有效地提高了中低頻部分降噪效果；同時(shí)對酒吧后門采用隔聲措施，有效降低了酒吧內(nèi)噪聲對門外的影響；

（2）本文中吸聲片填充密度為35 kg/m3，厚度為80 mm的超細(xì)玻璃棉，對低頻有更好的吸聲效果，消聲器內(nèi)外壁構(gòu)成了多層復(fù)合隔聲結(jié)構(gòu)，有效降低了透射聲能；

圖8 治理前后聲壓級比較

（3）熱泵機(jī)組風(fēng)機(jī)通風(fēng)量大，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生很強(qiáng)的噪聲，分貝值高，頻帶寬。而且酒吧附近敏感點(diǎn)多，要在有限空間達(dá)到良好降噪效果具有相當(dāng)難度，本文設(shè)計(jì)的新型阻—抗復(fù)合消聲器占用空間小，可為一般熱泵機(jī)組風(fēng)機(jī)噪聲治理提供參考。

[1]張三明，武茜.熱泵降噪措施研究與實(shí)踐[J].噪聲與振動(dòng)控制，2005，4：48-51.

[2]呂玉恒.多臺大型熱泵機(jī)組噪聲治理設(shè)計(jì)與效果[J].噪聲與振動(dòng)控制，2000，5：40-42.

[3]王庭佛.多臺熱泵機(jī)組的噪聲治理[J].暖通空調(diào)，2000，30（7）：79-80.

[4]吳守力.多臺熱泵機(jī)組的噪聲治理[J].邯鄲職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，17（1）：61-64.

[5]周新祥.噪聲控制技術(shù)及其新進(jìn)展[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.175-191.

[6]馬大猷，孫家麟，程明昆，等.噪聲與振動(dòng)控制工程手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.515-517.

[7]洪宗輝，潘仲麟.環(huán)境噪聲控制工程[M].北京：高等教育出版社，2002.158.

Noise Control at the Vents of Heat Pump Units of Bars

XIONG Hong-bin,JIANG Hai,CHEN Xin-yan

(School of Resources and Environmental Engineering,Hefei University of Technology, Hefei 230009,China)

The fans of heat pump units in the bars have large ventilation flux.Operation of the pump units will generate strong noise with high dB value and wide frequency band.In addition,there are lots of sensitive points around the bars,so it is difficult to achieve a good effect of noise reduction in such a limited space.At present,the dissipative or single resistancedissipative mufflers are usually used to control the air-vent noise in our country,but the results are not ideal.In this paper, based on spectrum analysis and expansion muffler theory,using the three-expansion chambers with different length and different expansion ratio in series(instead of single expansion chamber),and combining with the dissipative muffler,a new type of dissipative-resistance muffler is designed in a lim ited space,which makes the air-outlet noise of the heat pump units to be reduced by nearly 18 dB(A).This muffler is not only simple,econom ic,reliable and advanced,but also space saving.Thus,it has important significance in engineering application.

acoustics;heat pump unit;design;muffler;expansion chamber

TB5；TB535

A

10.3969/j.issn.1006-1335.2014.01.048

1006-1355(2014)01-0213-05

2012-02-06

熊鴻斌（1963-），男，教授，主要從事噪聲污染控制技術(shù)、水污染處理技術(shù)、城市環(huán)境規(guī)劃與管理、環(huán)境影響評價(jià)理論與方法、生態(tài)與可持續(xù)發(fā)展等研究。

E-mail:xhb6324@sina.com