軋鋼廠廠房內辦公室及休息室的噪聲治理

周 勃，郭 建，顧迎春

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

軋鋼廠廠房內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 建筑與土木工程學院，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系統(tǒng)的噪聲超標問題，首先在廠房內布置噪聲測點進行數據測量，在噪聲頻譜特性分析的基礎上分別采取管道及風口消聲和室內吸聲處理等綜合噪聲治理措施。方案實施后，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)，均達到國家規(guī)定的噪聲標準，為工業(yè)廠房空調系統(tǒng)的噪聲治理提供了可參考的依據。

聲學；空調系統(tǒng)；噪聲控制；消聲器；吸聲體；消聲百葉

噪聲是影響室內環(huán)境質量的重要因素之一，在危害人類聽覺、神經、心臟健康的同時，也大大降低了人們的工作效率[1]。隨著空調系統(tǒng)在民用、工業(yè)建筑中的廣泛應用，風管的流體噪聲、風機的轉動噪聲、風管振動的噪聲輻射和電機的電磁噪聲等嚴重影響著各類建筑的室內聲環(huán)境[2]。

目前，廠房空調系統(tǒng)噪聲治理方法有采用消聲型玻纖復合風管、風機設自垂式止回閥，以及在送、回風口設置迷宮式消聲器等[3–4]，但缺少對空調系統(tǒng)噪聲的綜合治理方案。課題組針對此問題，以某鋼鐵公司軋鋼廠房為例，首先分析廠房內聲場的頻譜特性，然后根據測量和分析結果實施消聲和吸聲設計實施綜合治理方案，取得了良好的噪聲治理效果。

1 噪聲測試

某鋼鐵公司軋鋼廠的廠房采用空調系統(tǒng)為多個控制車間和辦公室送風，滿足夏季制冷需要。廠房占地面積2 400 m2，共兩層，每層均設立一個空調機房，空調箱選用的是離心風機，風機的風量為84 200 m3/h，全壓為1 000 Pa，功率為45 kW，轉速為1 250 r/min。風機在運行期間室內噪聲嚴重超標，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噪聲頻譜分析儀測量廠房內的噪聲數據。在噪聲敏感最近點布置測點，一層、二層空調系統(tǒng)平面圖及噪聲測點布置如圖1、圖2所示。

圖1 一層空調系統(tǒng)平面圖及噪聲測點布置

圖2 二層空調系統(tǒng)平面圖及噪聲測點布置

現(xiàn)場測量時，如果噪聲為穩(wěn)態(tài)，可測量1 min內的等效噪聲。如果空調機組發(fā)出的噪聲為周期性噪聲，則應測量一個周期內的等效聲級，按不同聲級段簡化測量，并按不同時間段來計算等效聲級。由于風管流動噪聲為非穩(wěn)態(tài)非周期噪聲，應測量整個正常工作時段的等效聲級[5]?，F(xiàn)場測量結果如表1所示。

表1 現(xiàn)場噪聲測量結果 dB(A)

由表1可知，兩個空調機房內的噪聲值均已超過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)噪聲控制設計規(guī)范》的國家標準。為進一步分析室內噪聲源的頻譜特性，課題組采集了表1中噪聲值最高的測點2的1/3倍頻程譜圖，如圖3所示。另外，為了制定被動降噪方案，采集了工作人員室內環(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 一層空調機房噪聲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，由于空調機房設備眾多，聲源復雜，因此輻射聲能在各個頻段分布較為均勻，呈寬頻帶特性。而圖4中，休息室內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、傳播過程中衰減較慢造成的。測量結果表明，廠房內的噪聲源多、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

根據測量結果，分析軋鋼廠房內的噪聲源有如下特性：

（1）較大的噪聲集中在一層空調機房離心風機的送風側，最大的噪聲值達到98.5 dB(A)，如表1所示。這是由于氣流流經離心風機葉片界面形成附面層及脫渦引起的壓力脈動，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，靠近風機的測點值均較大，說明現(xiàn)場的周期性噪聲主要是由風機產生的。風機的轉速不高，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。當受振動的部件其固有振動頻率等于周期力頻率的整數倍時，則會使部件產生強烈共振，從而產生強烈的二次噪聲。當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，二次振動噪聲尤為突出，屬于中低頻帶噪聲。

（3）氣體流經管道時引發(fā)管道振動，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到75.4 dB(A)，這也是需治理的噪聲源之一。除此之外，電機轉子運動所產生的振蕩力也會激發(fā)定子磁極發(fā)生切向振動，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。

根據分析結果可知廠房內的噪聲源眾多，噪聲頻帶范圍非常寬，單一用某一種聲學結構是無法適用的，為此需要專門設計適合于這種特點的噪聲綜合治理方案?？紤]到在不影響風機工況、機組維修、設備運行安全和美觀的前提條件下，通過聲學計算，采用消聲器、吸聲體、消聲百葉等措施對空調系統(tǒng)噪聲進行綜合治理。

3 噪聲綜合治理方案

3.1 消聲設計

3.1.1 消聲器

如前分析，軋鋼廠房內主要的噪聲源是風機的渦流噪聲，如圖3所示，屬于中高頻噪聲。為此，課題組采用阻抗復合式消聲器，如圖5所示。

圖5 消聲器的結構示意圖

此消聲器斷面尺寸為1 200 mm×800 mm，長度為1.1 m。消聲器應設于風管系統(tǒng)中氣流平穩(wěn)的管段上，且應盡量靠近有噪聲控制要求的地方。課題組在測點5和測點14處分別安裝此消聲器。經測試，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，可消除離心風機送風側的中高頻噪聲。但是，在氣流通道上安裝消聲器，必然會影響風機的空氣動力性能。如果只考慮消聲器的消聲性能而忽略了空氣的動力性能，消聲器的加入可能會使設備的效能大大降低，甚至無法正常使用。消聲器的空氣動力性能即阻力損失是指氣流通過消聲器時，在消聲器出口端的流體靜壓比進口端降低的數值。課題組在土建測試平臺上進行實驗，實驗標準參考GB/T 19512-2004，用TESTO-512壓力計測得消聲器阻力損失僅為18 Pa，大大低于其它阻抗復合式消聲器。另外，在同樣的消聲性能和空氣動力性能基礎上，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。

3.1.2 消聲百葉

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

圖6 消聲百葉結構示意圖

3.2 吸聲設計

由圖4可知，休息室內墻壁吸聲系數低，室內混響較為嚴重。因此，采取設置寬頻帶組合式吸聲體的方法能夠有效地消除室內混響，增強休息室的降噪效果。吸聲體采用了寬頻帶吸聲板，在中間層加入低頻吸聲系數較高的鋁纖維、有機膠?？紤]休息室內美觀要求，吸聲體采用水平懸吊方式安裝在休息室頂棚，其結構示意圖如圖7所示。

圖7 板式吸聲體結構示意圖

為了分析休息室內的吸聲效果是否明顯，筆者應用有限元軟件Ansys對休息室結構進行建模和網格劃分，對聲場進行模擬，安裝吸聲體前后的聲場云圖見圖8。

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

圖8 設置吸聲體前后的聲場分布比較

上述空調系統(tǒng)噪聲綜合治理方案實施后，課題組重新對廠房內各測點進行測量，結果顯示，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)，均達到了國家規(guī)定的噪聲標準[6]。治理后的休息室和辦公室的頻譜圖見圖9、圖10。

本項目的實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)帶來了巨大的社會效益和經濟效益。

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 結語

（1）當噪聲源眾多、噪聲頻帶的范圍非常寬時，單一用某一種聲學結構是無法適用的，為此需要專門設計適合于各類噪聲源特性的綜合治理方案；

（2）為消除空調箱離心風機的渦流噪聲，可在風機出口安裝消聲器，并同時考慮空氣動力性能；

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

（4）為降低氣流噪聲，在空調系統(tǒng)的各風口安裝消聲百葉，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.地鐵車輛空調系統(tǒng)噪聲分布規(guī)律[J].噪聲與振動控制，2014，34(5)：91-94.

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

[3]樂有奮，潘茜，傅建勛，等.某廠房暖通空調節(jié)能設計及室內噪聲和空氣污染控制[J].暖通空調，2010，40(9)：1-6.

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

[5]中國科學院.GB/T 16538-2008聲學 聲壓法測定噪聲源的聲功率級 現(xiàn)場比較法[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[6]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.GB/T 50087-2013工業(yè)企業(yè)噪聲控制設計規(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

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

周勃（1976－），女，沈陽市人，博士，教授，博士生導師，主要研究方向為供熱、供燃氣、通風與空調工程。E-mail:liguodapple@sina.com

郭建（1991－），男，吉林省公主嶺市人，碩士生，主要研究方向為供熱、供燃氣、通風與空調工程。E-mail:1343951617@qq.com