武漢地鐵3號線通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中的消聲聲學(xué)計(jì)算

陳航

（上海申華聲學(xué)裝備有限公司,上海市 200070）

0 引言

武漢地鐵3號線一期消聲器供貨項(xiàng)目涉及武漢軌道交通3號線一期工程23座車站、升官渡停車場、三金潭車輛段、王家灣—宗關(guān)站中間風(fēng)井、控制中心通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的噪聲綜合治理，包括提供消聲設(shè)備，進(jìn)行消聲器設(shè)備的功能、設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、性能、制造、運(yùn)輸、現(xiàn)場組裝（大型片式消聲器和金屬外殼消聲器由機(jī)電施工單位組裝）、安裝督導(dǎo)、性能測試及必須的附屬設(shè)備、備品備件、專用工具與相關(guān)服務(wù)等，提交通風(fēng)空調(diào)噪聲控制系統(tǒng)中的消聲器設(shè)備及系統(tǒng)性的噪聲、吸聲處理要求，并對噪聲分析、綜合治理方案、施工圖設(shè)計(jì)配合和對消聲器方面進(jìn)行說明。2014年8月與武漢地鐵集團(tuán)有限公司簽訂了合同，2015年11月消聲器供貨完成，經(jīng)現(xiàn)場測試表明取得了良好的效果，達(dá)到了業(yè)主提出的要求。

1 噪聲分析

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的主要噪聲源為隧道事故風(fēng)機(jī)、組合式空調(diào)機(jī)組、回排風(fēng)機(jī)、各類柜式風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組、射流風(fēng)機(jī)、其他各類軸流風(fēng)機(jī)。噪聲源主要分布如下：

（1）區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要噪聲源為四臺TVF風(fēng)機(jī)，風(fēng)量為60 m3/s，全壓為900 Pa，葉輪直徑約2.0 m。噪聲值見表1。

表1 區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)噪聲源特性

（2）車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要噪聲源為兩臺TEF風(fēng)機(jī)，風(fēng)量為50 m3/s，全壓為600 Pa。噪聲值見表2。

表2 車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)噪聲源特性

（3）車站通風(fēng)空調(diào)大系統(tǒng)。該系統(tǒng)噪聲源較多，根據(jù)初步判斷，風(fēng)量最大的組合式空調(diào)器噪聲最大，風(fēng)量為52 100 m3/h。噪聲值見表3。

（4）車站通風(fēng)空調(diào)小系統(tǒng)。該系統(tǒng)噪聲源較多，但噪聲均較小，通過送風(fēng)系統(tǒng)到各設(shè)備房噪聲值基本都能滿足要求，故該系統(tǒng)不做噪聲計(jì)算。

表3 車站通風(fēng)空調(diào)大系統(tǒng)噪聲源特性

2 深化設(shè)計(jì)（聲學(xué)計(jì)算）

以四新大道站為例，詳細(xì)計(jì)算過程如下。

2.1 TVF區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)

2.1.1 系統(tǒng)分析

根據(jù)隧道通風(fēng)系統(tǒng)的要求，車站左線出站端各設(shè)置一個活塞風(fēng)道以及相應(yīng)的風(fēng)井（每個面積為20.4 m2），作為正常運(yùn)行時依靠列車活塞作用實(shí)現(xiàn)隧道與外界通風(fēng)換氣的通道。同時在隧道與其相對應(yīng)的活塞風(fēng)井之間還設(shè)置了一套隧道風(fēng)機(jī)裝置，該裝置在無列車活塞作用時對隧道進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)。而且在設(shè)置上要求車站每端兩套隧道風(fēng)機(jī)裝置可互為備用。通過對設(shè)于活塞通風(fēng)風(fēng)道以及機(jī)械通風(fēng)通道上的各個組合風(fēng)閥與隧道風(fēng)機(jī)啟停的各種組合，構(gòu)成多種運(yùn)行模式，滿足不同的運(yùn)營工況要求。圖1為通風(fēng)平面布置示意圖。

2.1.2 聲學(xué)計(jì)算

通過以上系統(tǒng)分析知道，從噪聲源看，四臺TVF風(fēng)機(jī)噪聲相同，在區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)中選任何一套TVF系統(tǒng)作為噪聲分析對象均可。本計(jì)算選用左端TVF系統(tǒng)計(jì)算。由TVF風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的噪聲通過2 m長變徑管（一側(cè)斷面為3 000 mm×3 500 mm，風(fēng)速為5.7m/s），與2.5m長的XSQ-306-A3消聲器相連（消聲器規(guī)格為3 000 mm×3500mm×2 500 mm，消聲器內(nèi)風(fēng)速為11.4 m/s），在經(jīng)過DE-306-A5的風(fēng)閥（風(fēng)閥斷面為3 000 mm×3 500 mm）與活塞風(fēng)道相連（風(fēng)道長18.5 m，斷面為4 000 mm×9 225 mm，風(fēng)道內(nèi)風(fēng)速為1.6 m/s），然后通過直角彎頭與活塞風(fēng)井相連，風(fēng)井?dāng)嗝鏋?0.4 m2，風(fēng)井內(nèi)風(fēng)速為2.94 m/s。排風(fēng)井出口噪聲從風(fēng)管末端突然擴(kuò)散到自由空間中，其中部分聲音會被反射，形成反射衰減。通常情況下，可衰減4～6 dB（A）。本計(jì)算中預(yù)估為4 dB（A）。最終要求達(dá)到NR50曲線標(biāo)準(zhǔn)。詳細(xì)計(jì)算過程見表4。

由表4可以看出，原設(shè)計(jì)消聲器并不能滿足消聲效果，所以建議在變徑管后增設(shè)一個長2 m的消聲器。

圖1 通風(fēng)平面布置示意圖（單位：mm）

2.2 TEF車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)

2.2.1 系統(tǒng)分析

在車站站臺公共區(qū)的邊緣設(shè)置了屏蔽門后，隧道空間從車站中被隔離出去，列車的停車位置形成了“車站隧道”，為保證列車停車時車載空調(diào)器的正常運(yùn)行及排除列車的制動發(fā)熱量，車站隧道內(nèi)設(shè)了軌頂和站臺板下兩條排風(fēng)道，對應(yīng)列車的各個發(fā)熱點(diǎn)設(shè)置排風(fēng)口，再通過軌道排風(fēng)機(jī)及相應(yīng)的管道將熱空氣排出地面。車站采用了隧道風(fēng)機(jī)單獨(dú)設(shè)置的形式。

2.2.2 聲學(xué)計(jì)算

通過以上分析可知，該系統(tǒng)的噪聲源主要為兩臺TEF風(fēng)機(jī)，A端和B端左右對稱布置。本系統(tǒng)計(jì)算時選用左側(cè)系統(tǒng)，即A端風(fēng)機(jī)。

從管路的走向看，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲通過2.2 m長的變徑管（風(fēng)速為6.67 m/s）與風(fēng)閥連接，然后進(jìn)入5.15 m的土建風(fēng)道（風(fēng)道斷面積為14 m2，風(fēng)速

為3.6 m/s），然后經(jīng)過風(fēng)道內(nèi)的片式消聲器，消聲器規(guī)格為3 500 mm×4 000 mm×2 500 mm（消聲器內(nèi)風(fēng)速為7.14 m/s），再經(jīng)過22.7 m的土建風(fēng)道（風(fēng)速為3.6 m/s），然后經(jīng)過直角土建彎頭，進(jìn)入豎向排風(fēng)井（亭）內(nèi)，風(fēng)井面積為20.4 m2，風(fēng)速為2.45 m/s。排風(fēng)井出口噪聲從風(fēng)管末端突然擴(kuò)散到自由空間中，其中部分聲音會被反射，形成反射衰減。通常情況下，可衰減4～6 dB（A）。本計(jì)算中預(yù)估為4 dB（A）。最終要求達(dá)到NR50曲線標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算過程與表4類似，這里不一一列舉。

表4 四新大道站TVF通風(fēng)系統(tǒng)（活塞風(fēng)亭）噪聲計(jì)算

參考最終計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)消聲器并不能滿足消聲效果，所以建議在變徑管后增設(shè)了一個長2m的消聲器。

續(xù)表4

2.3 車站通風(fēng)空調(diào)大系統(tǒng)

2.3.1 車站大系統(tǒng)（新風(fēng)井）聲學(xué)計(jì)算

通過系統(tǒng)圖紙分析可知，該站大系統(tǒng)中噪聲主要是由組合式空調(diào)機(jī)組對稱布置。該機(jī)組產(chǎn)生的噪聲一端沿著送風(fēng)方向傳至站臺、站廳，一端沿著相反的方向從新風(fēng)廳傳至室外。本部分只計(jì)算傳至新風(fēng)廳的噪聲，送風(fēng)方向傳至站臺、站廳的在后面計(jì)算。這里選擇A端的新風(fēng)進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算?？照{(diào)機(jī)組風(fēng)量為52 100 m3/h，經(jīng)過一臺混風(fēng)室及風(fēng)閥，然后經(jīng)過一個三通與消聲器連接，然后通過新風(fēng)道到達(dá)新風(fēng)井。最終要求達(dá)到NR65曲線標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算過程與表4類似。

由最終計(jì)算結(jié)果得出結(jié)論：原設(shè)計(jì)在風(fēng)管中加消聲器（2 m長）,殼管式消聲器可以滿足消聲量的要求。

2.3.2 車站大系統(tǒng)（站臺、站廳回風(fēng)系統(tǒng)）聲學(xué)計(jì)算

選擇A端的通風(fēng)系統(tǒng)作為計(jì)算基礎(chǔ)，通過系統(tǒng)圖紙分析可知，站臺、站廳回風(fēng)系統(tǒng)主要噪聲為回排風(fēng)風(fēng)機(jī)。該風(fēng)機(jī)風(fēng)量為45 400 m3/h，通過消聲器，然后經(jīng)過一臺回風(fēng)機(jī)一壓箱，分站臺、站廳兩路回風(fēng)。站廳這條支路通過一臺排煙風(fēng)機(jī)，再通過一個三通管分兩路段面為1 250 mm×500 mm的風(fēng)管，風(fēng)量為10 235 m3/h，風(fēng)速為4.5 m/s。再通過10個回排風(fēng)口回風(fēng)，回排風(fēng)口為500 mm×500 mm,風(fēng)量為2 047 m3/h，風(fēng)速為2.3 m/s。最終要求達(dá)到NR65曲線標(biāo)準(zhǔn)。參考表4的計(jì)算過程。

由計(jì)算結(jié)果得出結(jié)論：原設(shè)計(jì)在風(fēng)管中加消聲器（2 m長），殼管式消聲器可以滿足消聲量的要求。

3 地鐵運(yùn)行后的最終效果

將聲學(xué)計(jì)算的過程及結(jié)果提交給設(shè)計(jì)院，由設(shè)計(jì)院最終確定消聲器型號尺寸。

經(jīng)過漫長的供貨期，武漢地鐵3號線一期于2016年1月試運(yùn)營，在試運(yùn)營期間對各站站臺、風(fēng)亭出風(fēng)口及辦公區(qū)域均進(jìn)行了聲學(xué)檢測，均達(dá)到了業(yè)主方的要求。這里以四新大道站的測試數(shù)據(jù)為例，見表5和圖2、圖3。

表5 四新大道站噪聲測試數(shù)據(jù)

圖2 豎井片式不銹鋼消聲器

圖3 金屬外殼片式消聲器

[1]鐘祥璋.建筑吸聲材料與隔聲材料[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2012.

[2]呂玉恒.噪聲與振動控制設(shè)備及材料選用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

[3]馬大猷.噪聲與振動控制工程手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002.