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中央空調系統是各類大型公共建筑對室內熱濕環境、空氣品質進行人工控制時所使用的各類設備和管道的統稱, 由于系統通常安裝在同一機房空間內, 導致有限空間內的振動能量很大, 振動引發的二次噪聲問題日益突出。當機房混響場產生的噪聲超過一定允許值后, 將會影響建筑物內人員的正常工作休息。因此, 在進行暖通空調系統設計的同時, 也應當進行振動噪聲控制。目前很多國家都嚴格限定了噪聲標準, 噪聲已經成為評價空調系統優劣的關鍵指標之一。
中央空調系統噪聲源包括風機噪聲、管道噪聲、制冷機組振動噪聲等[4]。這些噪聲主要通過消聲、吸聲、隔聲以及減振的降噪技術來治理。我國擁有大型的公共建筑始于90年代, 但是對于大型中央空調系統的研究已有顯著提高, 但是對于機房環境內的振動和噪聲控制水平尚停留在初級階段[5-6]。
本文根據某寫字樓制冷機房的降噪工程案例, 通過對有限空間內噪聲的分析, 首先測得超標噪聲為寬頻帶, 然后基于振動系統功率流隔振理論建立機房內振動設備的隔振系統模型, 確定隔振參數, 從而為有限空間內設備群的噪聲綜合治理提供了一定借鑒。
1 噪聲測試與分析
某大型寫字樓的制冷機房位于建筑物內, 主要機組包括四臺水源熱泵機組、四臺循環泵和循環管路。當設備運行時, 房間內的辦公人員能明顯感覺到機組的振動和噪聲, 嚴重影響工作人員的工作效率。根據機房的實際情況, 采用B&K 2238型聲級計等聲學儀器測量1min內的噪聲等效聲壓級及噪聲頻譜。在熱泵機組水平距離1m, 離地面高度1.2m處設置測點, 均勻環繞噪聲源。記錄下測點的噪聲聲壓級, 如表1所示。
表1 空調機房噪聲測量結果
由表1可知, 機房的噪聲平均值為92.1d B (A) , 嚴重超過了國家標準規定的65d B (A) 。利用B&K 2238mediator噪聲頻譜分析儀在最高測點值的測點8處收集了噪聲頻譜。從頻譜測量結果可知, 機房內的噪聲在低、中、頻段下均超過噪聲標準值。由此可見, 制冷機房噪聲呈現噪聲源眾多, 且噪聲頻帶范圍寬的特點。僅僅被動控制噪聲是比較難以處理的, 最好的辦法是通過降低機組振動所帶來的二次噪聲來解決制冷機房的噪聲超標問題。
由于制冷機組都安裝在樓板上, 劇烈振動仍會向各個樓層傳遞, 因此應當對機組進行隔振處理。由表1可知測點8處噪聲值最大, 說明此處振動最大, 故在此處減振處理可獲得最佳效果。另外, 熱泵機組由于重量比其它設備大得多, 其振動能量相對其余的管道輸運設備的振動能量也大得多。機房中央處振動能量最大, 其對聲場能量的貢獻是最多的。水泵在低頻帶的振動能量要比熱泵機組小多個數量級, 因此其在低頻帶對聲場貢獻量要不熱泵機組小很多。因此, 熱泵機組是主要的振動控制對象。
2 熱泵機組的隔振設計
針對上述情況, 本文建立了具有中間質量塊的雙激勵雙輸出二級隔振系統, 如圖1所示。
圖1 雙激勵雙輸出二級隔振系統
圖1中, 隔振效率主要由橡膠阻尼隔振器的性能參數、彈簧隔振器的剛度和中間質量塊的重量。由于通用的橡膠阻尼隔振器的性能參數變化范圍很小, 本文僅通過改變中間質量塊的重量對各項參數進行分析。
制冷機組的總重量m總=5000kg, 質量m1=m2=m=2500kg。則設備導納為:
本文確定的上層彈簧隔振器的阻尼系數為cs1=cs2=cs=0.086N·s/m, 剛度ks1=k=k=6.0×105N/m。則上層隔振器為:
下層橡膠隔振器阻尼系數不變, 下層橡膠隔振器阻尼系數ct1=ct2=ct=0.2N·s/m, 剛度kt1=kt2=kt=1.2×106N/m, 下層隔振器導納由下可知;
土建樓板的導納公式如下:
在本文中, 熱泵機組受到的外部激勵為F1和F2。經測試, F1=2970N, F2=1605N, 輸入基礎的速度vb1和vb2分別為:
分別選取不同的中間質量塊質量m0, 在不同的頻率下, 計算出輸入基礎的振動速度, 根據適合的頻率和最小的振動速度值就可以確定適合的中間塊質量。輸入基礎振動速度vb1的計算結果如表2所示。
表2 輸入基礎的振動速度 (m/s)
由表2可以發現, 隨著質量塊重量的增加, 相同頻率下的振動速度呈減小的趨勢。當質量塊的質量達到200kg以后, 隨著質量塊重量的遞增, 振動速度減弱不明顯。根據實際機組的工作狀況及經濟因素, 選取m0=200kg的質量塊。熱泵機組基礎上安裝彈簧隔振器后, 制冷機房的樓板振動明顯減弱。
由表2可知, 總的振動能量在200Hz以下的頻帶比200Hz以上高很多, 說明管路振動產生的噪聲主要集中在200Hz以下的頻帶。
3 結論
本文基于功率流隔振理論, 建立了熱泵機組的雙級隔振模型。通過減振降噪控制后, 制冷機房內的噪聲由92.3d B (A) 降低為68.7d B (A) , 達到了GB3096-2008《聲環境質量標準》的規定。對于寬頻帶噪音, 降噪措施采用穿孔板, 但機房內的噪音雖然減弱, 但是由于機組工作時對樓板的沖擊, 仍然可以感受到樓板振動, 因此對空調機組采取減振措施, 建立具有中間質量塊的雙激勵雙輸出二級隔振模型, 確定了影響隔振器效果的隔振參數。
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