實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲的綜合治理方法分析

徐國通

（中國電子系統(tǒng)技術(shù)有限公司，北京 100141）

實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)就是控制實(shí)驗(yàn)室有害物質(zhì)對室內(nèi)外空氣環(huán)境破壞程度的技術(shù)，由于在研究和設(shè)計的最初階段并未將風(fēng)機(jī)噪聲的控制作為重點(diǎn)，隨著實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，其通風(fēng)管路系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)和風(fēng)管產(chǎn)生的噪音問題越來越受到關(guān)注。受實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等因素的影響，對通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行有效控制存在較大的難度，現(xiàn)階段人們嘗試從消聲設(shè)備和風(fēng)機(jī)自身結(jié)構(gòu)性能的角度，對實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行綜合治理。

1 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲的來源分析

1.1 風(fēng)機(jī)

目前在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)管路系統(tǒng)中應(yīng)用的風(fēng)機(jī)種類較多，按照氣流方式，可以劃分為離心式、軸流式、混流式等類型，按照風(fēng)機(jī)材質(zhì)又可分為普通鋼式、不銹鋼式、PVC式、玻璃鋼式等。在各種風(fēng)機(jī)使用的過程中，進(jìn)氣口、排氣口輻射，機(jī)殼、軸承輻射、基礎(chǔ)振動輻射均會產(chǎn)生一定的噪聲，這些噪聲與電動機(jī)轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的噪聲混合，會對周圍環(huán)境產(chǎn)生噪聲污染?，F(xiàn)階段人們普遍認(rèn)為風(fēng)機(jī)的噪聲主要來源于以下方面：首先，風(fēng)機(jī)葉片回轉(zhuǎn)過程中與空氣會產(chǎn)生持續(xù)的摩擦或?qū)諝饬鳟a(chǎn)生一定的沖擊，形成一定的噪聲，這類噪聲的尖銳程度與葉片的轉(zhuǎn)速、寬度、厚度之間具有較顯著的正相關(guān)性；其次，在風(fēng)機(jī)運(yùn)行的過程中，動翼背面產(chǎn)生的渦流會形成一定的噪聲，噪聲的大小與葉片安裝角度之間具有較顯著的正相關(guān)性；再次，在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動過程中，會造成空氣流動加速，此時如果空氣在流動的過程中遇到較尖銳的障礙物，會產(chǎn)生亂流，進(jìn)而引起一定的噪聲，這種噪聲對風(fēng)機(jī)自身所做的有效功也會產(chǎn)生消極影響。另外，在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動的過程中，如果風(fēng)管和風(fēng)機(jī)外殼內(nèi)面的接觸位置存在凹凸不平的情況，會直接導(dǎo)致風(fēng)管出現(xiàn)撕裂聲；除上述原因外，如果風(fēng)機(jī)自身所使用的軸承的精密度較差、結(jié)構(gòu)配置不合理，也會使風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)動的過程中，產(chǎn)生機(jī)械噪音。

1.2 管道

管道噪聲通常由管道在氣流沖擊下產(chǎn)生的自鳴、管道內(nèi)氣流受到擾動所發(fā)生的噪聲以及風(fēng)機(jī)噪聲傳播共同構(gòu)成，其中風(fēng)機(jī)噪聲傳播對另兩種噪聲的大小會產(chǎn)生直接的影響，所以目前人們通常將管道噪聲視為風(fēng)機(jī)噪聲的特殊形式。雖然管道噪聲并不是在管道的任何結(jié)構(gòu)均會出現(xiàn)，但管道內(nèi)的輻射會使噪聲的影響范圍和強(qiáng)度變大，特別是在應(yīng)用PVC等隔音量相對較小的管道材質(zhì)的情況下，這種噪聲更加明顯。

可見，在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲中，既有空氣流產(chǎn)生的噪聲，又有機(jī)械振動噪聲，還包括材料固有噪聲等。完全通過優(yōu)化風(fēng)機(jī)和管道的設(shè)計，并不能達(dá)到消除噪聲的效果，所以在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)應(yīng)用的過程中，要結(jié)合現(xiàn)有的消聲技術(shù)以及風(fēng)機(jī)自身的結(jié)構(gòu)性能等，對風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行綜合治理。

2 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲的綜合治理方法

現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲控制的方法較多，筆者選擇幾種較為常見的治理方法進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

2.1 隔聲罩

隔聲罩治理方法是利用表面覆蓋阻尼層、內(nèi)部設(shè)有多孔吸聲材料的不透氣、厚度在2～3mm的剛性金屬材料殼將風(fēng)機(jī)裝置封存，進(jìn)而阻隔風(fēng)機(jī)噪聲外傳、擴(kuò)散，達(dá)到噪聲治理效果的方法，其具體的噪聲治理效果可以利用公式計算獲取，其中代表隔聲罩罩壁的隔音量，α和τ分別代表罩內(nèi)多孔吸音材料、平均犧牲系數(shù)和隔聲罩罩壁的透射系數(shù)。結(jié)合隔聲罩噪聲處理效果的計算公式可見，要保證實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)飛機(jī)的噪聲得到有效治理，必須保證所選用的隔聲罩的罩壁隔音量、內(nèi)部多孔吸聲材料等性能滿足實(shí)際需要。需要注意的是在隔聲罩綜合處理措施的應(yīng)用過程中，可能影響電動機(jī)的散熱，縮短其使用壽命和性能，所以通常要結(jié)合設(shè)置消聲器的通風(fēng)裝置共同使用。另外，考慮到實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)在應(yīng)用過程中需要定期維護(hù)，在應(yīng)用隔聲罩的過程中要盡可能將其設(shè)計為可拆裝式結(jié)構(gòu)，而且保證其在應(yīng)用過程中固定于風(fēng)機(jī)設(shè)備上，施工縫被有效的處理，不影響實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)原有的功能發(fā)揮。

結(jié)合隔聲罩的原理，近年來人們嘗試在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)綜合治理的過程中，用隔聲罩的特殊形式—半封閉隔聲罩達(dá)到降噪消音的效果。顧名思義，在應(yīng)用半封閉隔聲罩降音的過程中，風(fēng)機(jī)并未完全被封閉在隔聲罩內(nèi)，所以其吸聲效果相對于隔聲罩較弱，但如果將吸聲效果較突出的材料粘貼在半封閉隔聲罩內(nèi)，可以大幅提升其隔音效果。通常情況下，在高頻噪聲和低頻噪聲環(huán)境中，半封閉隔聲罩內(nèi)粘貼的吸聲材料厚度分別在2.5～5cm和10～20cm。結(jié)合對半封閉隔聲罩的分析，可以發(fā)現(xiàn)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選擇，如果實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的噪聲非常大，用此種隔音措施的效果會較不理想。

2.2 消聲器

風(fēng)機(jī)消聲器即利用阻性吸音降噪原理和抗性吸聲降噪原理治理風(fēng)機(jī)噪聲的方法。阻性吸音降噪原理即聲波在多孔性吸聲材料傳播過程中，部分聲能會在摩擦、受阻的過程中轉(zhuǎn)化為熱能，在熱能耗散的過程中被消耗；抗性吸聲降噪原理即沿管道傳播的部分頻道聲波在管道突變界面會被反射，進(jìn)而達(dá)到消聲效果。由于采用的原理存在差異，所以現(xiàn)階段在噪聲治理中可以選用的消聲器種類較多，如擴(kuò)張室式消聲器、蜂窩式阻性消聲器等。在實(shí)驗(yàn)室通氣系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲的治理過程中，可以利用消聲器，對風(fēng)機(jī)封口、封閉式機(jī)房進(jìn)風(fēng)口、風(fēng)道等結(jié)構(gòu)的空氣動力性噪聲進(jìn)行有效控制。

2.3 隔聲包扎

隔聲包扎治理方法的運(yùn)用，是基于風(fēng)機(jī)噪聲的傳播會加大管道噪聲而進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的管道結(jié)構(gòu)中，高速氣流在運(yùn)行的過程中，不僅會在閥門、彎頭等直徑發(fā)生改變的位置生成噪聲，而且在流動過程中對管壁產(chǎn)生的沖擊力，也會使管壁在震動中生成噪聲，這些噪聲與風(fēng)機(jī)噪聲混合，使通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)噪聲可以通過離風(fēng)機(jī)一段距離的管道繼續(xù)產(chǎn)生污染。而隔聲包扎就是對管道表面的輻射噪聲進(jìn)行控制，通常情況下，在管道的直徑大于20cm，對表面應(yīng)用的降聲材料重量、平整度以及噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)要求較高時，需要利用多孔性材料和不透聲薄膜達(dá)到噪聲治理的效果，如后玻璃棉、礦渣棉、瀝青紙、薄鋁板等均是隔聲包扎的常見材料。隔聲包扎治理方法選用多孔材料層和不透聲薄膜，主要是因?yàn)榍罢咴趹?yīng)用的過程中，既可以使管道振動被阻尼進(jìn)而降低管道振動產(chǎn)生的噪聲，又可以直接利用多孔材料吸收部分噪聲；而后者在應(yīng)用的過程中，可以使高頻的振動被約束，但需要注意的是，在應(yīng)用后者的過程中，如果實(shí)驗(yàn)室通氣系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲導(dǎo)致的管道噪聲處于低頻，按照共振頻率公式，其中M和d分別代表不透聲層面質(zhì)量和多孔材料層的厚度，反而會使原本的管道振動頻率增加，所以在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲治理的過程中，要應(yīng)用后者，需要對具體的噪聲污染情況進(jìn)行全面、準(zhǔn)確地把握。另外，在管道包扎的過程中，要盡可能選擇玻璃棉、金屬薄片等具有防火隔熱、吸聲多功能的材料，使實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的原有性能和噪聲治理效果均得到優(yōu)化。

在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的綜合治理過程中，既可以結(jié)合實(shí)際需要在以上治理方法中靈活選用，也可以將多種治理方法結(jié)合應(yīng)用，但要保證各種噪聲治理方法在發(fā)揮作用的過程中，均不會影響實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)控制室內(nèi)污染物對空氣污染的作用發(fā)揮。

由于實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)中應(yīng)用的風(fēng)機(jī)類型較多樣，所以針對各類風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)也可以選擇相對應(yīng)的噪聲治理措施，例如針對軸流風(fēng)機(jī)，既可以通過軸向間隙的合理調(diào)整，使葉片間的軸向間隙增加，可以達(dá)到縮減風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)噪聲的效果，但需要注意的是在調(diào)整軸向間隙的過程中，要適當(dāng)?shù)陌盐照{(diào)整的程度，防止因過度調(diào)整，造成噪聲的增加，又可以通過對風(fēng)機(jī)進(jìn)出口流動狀況進(jìn)行改善，使風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪聲降低，具體改善的過程可以將金屬網(wǎng)安裝固定在液面的入口和出口位置?？梢娫趯?shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行綜合控制的過程中，既可以利用通用的消聲降噪技術(shù)進(jìn)行，又可以結(jié)合具體使用的風(fēng)機(jī)特性進(jìn)行，這在一定程度上為風(fēng)機(jī)噪聲綜合防治方法的多樣化發(fā)展創(chuàng)造了條件，近年來針對風(fēng)機(jī)特性進(jìn)行消聲降噪的研究較多。

3 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲的綜合治理方法案例說明

3.1 案例介紹

某實(shí)驗(yàn)室位于7層建筑中，在其18m遠(yuǎn)的位置存在一棟30層的住宅樓，其采用的通風(fēng)系統(tǒng)，采用了風(fēng)量在4012～7419m3/h之間，風(fēng)壓在2014～1320Pa之間、功率為5.5kW的風(fēng)機(jī)和風(fēng)量在14000～17500m3/h之間，風(fēng)壓在1250～850Pa之間、功率為7.5kW的風(fēng)機(jī)各1臺，以及設(shè)計風(fēng)速和排氣機(jī)械管道設(shè)計風(fēng)速分別為0.3～0.7m/s和9～12m/s的通風(fēng)柜，所有風(fēng)機(jī)所處的位置均是實(shí)驗(yàn)室所處建筑的頂端，而且送風(fēng)系統(tǒng)均位于居民樓相對該建筑物的方向。

3.2 案例治理效果

案例實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，一直被附近30層住宅樓內(nèi)的居民投訴，反應(yīng)其噪聲污染嚴(yán)重干擾其正常的生活，在此情況下，該實(shí)驗(yàn)室對其應(yīng)用的通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)污染進(jìn)行了綜合治理。首先，結(jié)合我國現(xiàn)行《聲環(huán)境質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》，確定該實(shí)驗(yàn)室所處低于的白天和夜間的噪聲分別應(yīng)控制在55dB和45dB以下，但在實(shí)際中，該實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)的噪聲污染在白天已經(jīng)達(dá)到72dB，嚴(yán)重超出國家的相關(guān)規(guī)定，所以要進(jìn)一步對其通風(fēng)系統(tǒng)的噪聲來源進(jìn)行確定。其次，該使用是利用噪聲分析儀對風(fēng)機(jī)2m外的位置進(jìn)行了噪聲測量，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)在運(yùn)行的過程中產(chǎn)生了寬帶噪聲，而且噪聲的強(qiáng)度已經(jīng)超過了80dB，這種低頻噪聲對人的情緒會產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，所以風(fēng)機(jī)噪聲控制成為案例項(xiàng)目噪聲和控制的重點(diǎn)。再次，為對該實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行有效的控制，案例工程綜合運(yùn)用了隔聲罩、消聲器和隔聲包扎3種技術(shù)，考慮到案例工程選用了噪聲、風(fēng)壓和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性均較突出的引風(fēng)用玻璃鋼離心風(fēng)機(jī)，而且該風(fēng)機(jī)被固定在7層建筑的頂端，所以，實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行治理的過程中，先利用對設(shè)備復(fù)雜性依賴性較低的隔聲罩，然后將隔音墊設(shè)置在風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣口處，并將防腐性能、外觀美觀度和隔音效果均較理想的彩鋼夾芯復(fù)合板作為消聲器的避免結(jié)構(gòu)制造材料，將FC板、離心玻璃棉氈等具有吸聲作用的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于彩鋼夾芯復(fù)合板圍護(hù)墻的內(nèi)側(cè)，形成1厚穿孔鋁板、玻璃絲布、50厚離心玻璃棉氈、5厚PC板以及80厚彩鋼夾芯復(fù)合板共同構(gòu)成的隔聲照壁面。在以上噪聲處理后，將消聲量設(shè)定為20dB的消聲器應(yīng)用于通風(fēng)口位置，進(jìn)一步縮減風(fēng)機(jī)的噪聲，此時實(shí)驗(yàn)室考慮到噪聲對30層建筑物內(nèi)居民產(chǎn)生較嚴(yán)重的噪聲污染，與排氣口正對居民住宅具有密切關(guān)系，可以在改變通風(fēng)系統(tǒng)排氣方向的同時，在隔聲罩外安裝阻抗復(fù)合的消聲器。除上述綜合治理方法外，該實(shí)驗(yàn)室考慮到管道應(yīng)用的是PVC等隔音效果較差的材質(zhì)，對管道進(jìn)行了包扎，在原管道壁外，形成了50厚離心玻璃棉氈、油氈紙條裹緊、1.5厚鍍鋅鐵皮3層結(jié)構(gòu)的包扎體。

在應(yīng)用上述對實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)噪聲的綜合處理措施后，該實(shí)驗(yàn)室利用Cadna/A軟件進(jìn)行了風(fēng)機(jī)噪聲的模擬，在模擬中發(fā)現(xiàn)，噪聲綜合處理后，附近30層建筑物接收到的噪聲強(qiáng)度縮減到50dB左右，已經(jīng)達(dá)到國家相關(guān)規(guī)定的范圍內(nèi)，可見以上綜合治理措施的應(yīng)用具有有效性。

4 結(jié)語

通過上述分析可見，人們在認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)揮保證空氣質(zhì)量作用的同時，產(chǎn)生的噪聲會對周圍人們的生產(chǎn)生活構(gòu)成干擾，并有意識的結(jié)合風(fēng)機(jī)噪聲的來源，采用隔聲罩、消聲器、隔聲包扎等有效的治理方法對其進(jìn)行控制，這是實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)性能優(yōu)化的具體體現(xiàn)，應(yīng)積極推廣應(yīng)用，但在具體應(yīng)用的過程中，要結(jié)合實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)所處的環(huán)境、噪聲治理的標(biāo)準(zhǔn)等方面，對具體的治理方法進(jìn)行靈活的選用和優(yōu)化。

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