Источники шума в системах вентиляции и кондиционирования воздуха и способы снижения его уровня

Источники шума в  системах вентиляции и кондиционирования  воздуха 

и способы снижения его уровня

Вентиляционные установки, кондиционеры и тому подобное оборудование в любом случае производят определенный шум при своем функционировании. При работе оборудования в наиболее часто используемых малых и средних  объемах помещений среди основных факторов возникновения шума могут  быть названы:

• в холодильном блоке основные источники шума — это компрессор и вентиляторы конденсатора. Из общего объема шума на компрессор приходится 22%, на вентилятор — 40%, а на холодильный контур и трубопроводы — остающиеся 38%;
• в воздушных конденсаторах шум производят только вентиляторы;
• в фанкойлах (кондиционерах-доводчиках) шум производится только вентиляторами;
• в автономных кондиционерах моноблочного исполнения шум создается компрессором и вентилятором теплообменника. В установках с воздушным охлаждением встроенные центробежные вентиляторы производят дополнительный шум;
• в автономных кондиционерах типа Roof-Top основные источники шума — вентиляторы конденсатора, компрессор и вентиляторы теплообменника;
• в вентиляционных установках и вентиляционных секциях центральных кондиционеров шум и вибрация возникают от вентилятора и от трансмиссии мотор-вентилятор.

Вращающиеся элементы, недостаточно отрегулированные и плохо отцентрованные, а также изношенные подшипники и т.д., могут заметно повысить уровень производимого шума;

• в насосах шум производится двигателем, валом в подшипниках и трансмиссией (если таковая имеется). В случаях дефектов функционирования либо проектировки могут возникать эффекты создания полостей в насосах, приводящие к появлению характерных дополнительных шумов;
• различные компоненты (насосы, перегородки и т.д.).

Шум производится не непосредственно  самими этими компонентами, а при  перемещении в них жидкости(воды) или воздуха. Обычно при любом  изменении параметров потока производится шум, который может быть замечен  на фоне ранее существовавшего.

Обычно кондиционеры для  средних и малых помещений  имеют незначительные параметры  уровня шума. Уровень давления шума Lр может варьироваться от 25 дБ (А) маленького вентилконвектора (на расстоянии 1,5 м от источника) до 50 дБ холодильного блока с воздушным охлаждением (на расстоянии 10 м от источника).

Некоторые типичные показатели уровней давления шума кондиционеров  и их компонентов приводятся в  таблиц.

Типичные показатели уровней давления шума

для установок  кондиционирования воздуха, дБ(А)

Кроме показателей уровня шума часто бывает необходимо знать  диапазон частот шума, производимого  кондиционерами. Типичные показатели частот приведены в таблице:

Частоты, в диапазоне  которых производится

наибольшее количество шума в кондиционерах, Гц 
 
Передача шума в установках

В установках по кондиционированию (вентиляции) передача шума от источника  во внешнюю среду происходит тремя  способами:

• передача шума по воздуху: источником шума может быть установка, воздухо-приемник, труба, стенка и т.д. Этот шум непосредственно воспринимается людьми. Он может распространяться как во внутреннем, так и во внешнем пространстве. Например, холодильный блок кондиционера с воздушным охлаждением, расположенный на крыше здания, производит шум, распространяющийся на окружающую территорию, но он может проникать и внутрь здания, доставляя беспокойство жильцам;
• шум гидравлических систем: передается через жидкости, текущие по трубам. Он может возникать в результате образования полостей в насосе, резких изменений диаметра трубы, действием клапанов и т.д. Он может распространяться на большие расстояния, вызывая беспокойство.
• шум, распространяемый через сооружения. Его источник — вибрация, передаваемая от установки к строительным конструкциям здания. Вибрации могут передаваться на большие расстояния, затем «проявляясь» в виде шума, передаваемого по воздуху.

Поглощение шума, передаваемого  установками и трубами через  пол и стены, осуществляется обычно с помощью антивибрационных подставок  и прокладок. Обычно в установках малой и средней мощности речь идет об эластичных прокладках из стекловолокна  или эластомеров, помещаемых в местах соприкосновений.

Гидравлический шум и  шум, передаваемый через сооружения, обычно воздействуют только на здание, в пределах которого они образуются, распространяясь на разные, порой  удаленные его участки.

В обычной установке кондиционирования  основными источниками шума, передаваемого  по воздуху, являются:

• холодильный блок или внешний конденсатор с воздушным охлаждением;
• внутренние вентиляторы или фанкойлы;
• вентиляторы центральной системы обработки воздуха;
• воздухоприемники, распределители воздуха и решетки системы циркуляции воздуха;
• насосы;
• внутренние блоки кондиционеров с испарителями и продувочными вентиляторами

В установках с воздуховодами  шум распространяется от источника  обработки воздуха по вентиляционным каналам в разных направлениях. Мощность звука, вырабатываемого вентилятором, подразделяется приблизительно следующим  образом: 50% — на выходе и 50% — на входе воздуха. Поэтому шум проникает  в помещение как через выводные воздухораздающие устройства, так и через заборные решетки.

Установка распространяет шум  также через панели перекрытия помещения, в котором она находится. Шум, передаваемый через перекрытия, примерно на 15 дБ (± 5 дБ) слабее звука от источника.

Нередко имеют дело с шумом, не произведенным установкой, но который  поступает по каналам извне через  распределитель, расположенный в  шумном месте, либо по тому же вентиляционному  каналу, пересекающему шумное помещение. Проходя через вентиляционные каналы, этот шум достигает других помещений, находящихся в некотором удалении, вызывая отрицательный эффект.

Меры по снижению шума в системах вентиляции и кондиционирования  
Меры но снижению шума в системах вентиляции и кондиционирования основываются на двух видах операций, применимых одновременно или последовательно:

• меры, относящиеся к самому источнику шума;
• меры, относящиеся к каналам, передачи шума.

Эти меры всегда предусматриваются  на стадии проектирования и применяются  при монтаже систем (установок). В  таком случае удается получить наилучшие  результаты при меньших затратах. Меры, принимаемые после завершения монтажа, никогда не могут дать такого же результата, и в любом случае затраты на такие работы значительно  выше. По завершении работ некоторые  меры могут оказаться просто материально  невыполнимыми.

Меры относящиеся  к самому источнику шума

Выбор установки

Низкий уровень шумовых  характеристик установки прежде всего зависит от правильного  выбора холодильной установки, блока  переработки воздуха, вентиляторов и т.д., имеющих по возможности  наименьшие показатели уровня шума, исходя из технических потребностей проекта. В особых случаях может быть сделан заказ на производство холодильной  установки и других компонентов  системы в специальном шумопонижаю-щем исполнении (в определенных пределах, конечно), включающем звукоизолированные компрессоры, специальные малошумные-вентиляторы, другие вращающиеся компоненты с низкой скоростью вращения. Эти модели позволяют почти всегда обеспечить низкий уровень шума вблизи установки.

Аналогичные меры могут быть приняты в отношении вентиляторов систем обработки воздуха. Всегда рекомендуется  использовать вентиляторы, имеющие  низкий уровень шума, чтобы избежать необходимости установки изоляторов. Следует отметить, что, если установка  располагает системой забора воздуха, шумопоглощающие прокладки должны устанавливаться как на входных, так и на выпускных воздуховодах.

В некоторых случаях можно  снизить скорость вращения вентилятора. Это выполнимо до тех пор, пока мощность и давление воздуха сохраняются  в пределах допустимого. Обычно при  снижении скорости (частоты вращения) вентилятора сокращается и уровень  шума. Например, при уменьшении скорости на 20% уровень шума снижается на 5 дБ, снижение скорости на 30% сокращает  его на 8 дБ и т.д.

Выбор места расположения (монтажа) установки

Когда установка монтируется  вблизи одной, двух или трех отражающих стен, необходимо принимать во внимание так называемый «фактор направления» распространения звуковой энергии.

Надо также учитывать, что распространение шума установками  происходит в различных направлениях неравномерно. Почти всегда имеются  участки поверхности с большими или меньшими показателями шума, что  позволяет правильно сориентировать расположение установки, ограждая ее соответствующие  стороны.

Для установок, монтируемых  с внешней стороны, например, снаружи  здания (холодильные блоки с воздушным  охлаждением, кондиционеры Roof-top, выносные конденсаторы и т.д.), выбор их расположения должен не допускать как обратного проникновения шума в помещение, так и распространение его за пределы определенной зоны в пределах допустимых норм.

Вибрация, передаваемая установкой на опоры, может быть погашена благодаря  применению специальных противовибрационных  материалов.

Ниже приводятся некоторые  полезные рекомендации по выбору места  расположения установок:

• избегать расположения внутри шахт и лестничных пролетов. Уровень шума в них значительно возрастает;
• монтировать установки как можно дальше от дверей или окон. Даже несильный шум, который мог бы гаситься стеной, при его проникновении через открытую дверь или окно может приводить к нежелательным последствиям;
• установки с воздушным охлаждением имеют особенность по-разному распространять шум в зависимости от направления, имея «более шумные» и «менее шумные» стороны. Обычно более шумной является сторона выхода воздуха, а менее шумной — сторона забора воздуха (например, сторона теплообменника холодильника). Это также необходимо учитывать при монтаже установки;
• иногда может потребоваться создание вокруг установки защитного акустического барьера. С этой целью используют готовые панели, состоящие из стального листа и звукопоглощающих прокладок. Поверхность таких панелей, направленная на установку, имеет перфорацию, что позволяет обеспечить поглощение шума, а обратная сторона сплошная, что позволяет предотвратить его дальнейшее распространение. Высота панелей должна быть достаточной и не допускать прямого оптического про-сматривания установки.

Снижение уровня шума установки, достигаемое при использовании  этих панелей, может составлять до 12-15 дБ.

Выбор скорости подачу воздуха по воздуховода 

Скорость подачи воздуха  по воздуховодам также должна быть ниже определенных величин с тем, чтобы ограничить возникновение  шума и исключить появления эффектов «гула».

Последние возникают из-за образования вдоль стенок воздуховодов турбуленции воздушных потоков, приводящей к появлению шумов низкой частоты. Шум низкой частоты очень трудно, почти невозможно, устранить после завершения монтажа установки. Поэтому особенно важно предусмотреть на стадии проектирования систем создание в воздуховодах потоков воздуха с низкой скоростью перемещения. Обычно шумы низкой частоты оказывают особый неприятный эффект на человека. В таблице:

Предупреждение  возникновения эффекта гула в  воздуховодах.

Максимальная допустимая скорость перемещения воздуха и  минимальная толщина  стального листа.

 
- указаны максимальные показатели  скорости подачи воздуха по  воздуховодам в зависимости от  их размеров; кроме того указываются  минимальные толщины используемого  стального листа.

Меры относящиеся  к путям передачи шума

Эти действия относятся главным  образом к понижению шума, передающегося  по воздуховодам. Они являются отличными  шумопередающими каналами, а иногда даже способствуют его усилению

В связи с этим возможны следующие нежелательные явления.

• распространение шума от вентилятора в соседние помещения, к которым имеются подводы воздуха. Шум может производиться как внутри канала, так и самими стенками воздуховода при их вибрации, передаваемой от вентилятора;
• проникновение шума в соседние помещения со стороны более шумных помещений через воздухосборники и распределители воздуха, либо через стенки самого воздуховода;
• возникновение эффекта гула, как это было описано выше.

Для ограничения перечисленных  шумовых явлений могут применяться  различные меры. Такие как, ограничение  максимальной скорости воздуха в  воздуховодах или выбор минимальной  толщины листа для изготовления воздуховодов (см. табл. Предупреждение возникновения эффекта гула в  воздуховодах.)

Далее описание некоторых  мероприятий по снижению шума, связанные  со способом подсоединения отдельных  элементов вентиляционных сетей, внутренним покрытиям воздуховодов, установкой шумоглушителей и пр.

Подсоединение вентилятора  к воздуховоду

Между выходным патрубком  вентилятора и воздуховодом всегда рекомендуется помещать антивибрационную прокладку. Она предотвращает передачу вибрации от вентилятора к каналу.

Рекомендуется также предусматривать  прямой участок воздуховода сразу  же после места его подсоединения  к вентилятору. Длина этого участка  должна быть по крайней мере в 1,5 раза больше максимального диаметра выходного  патрубка вентилятора и внутри его  должна быть установлена звукоизоляция  толщиной не менее 25 мм.

Прямой участок воздуховода  позволяет снизить турбулентность и связанные с ней шум и  вибрации. Звукоизоляция (прокладка) выполняет  функцию шумопоглощения. На выходе воздуха из вентилятора должны быть предусмотрены расширительные патрубки с углом не менее 30°, при заборе воздуха они должны быть не менее 60°. Это правило является общим для всего вентиляционного контура системы. Резкое изменение сечения каналов почти всегда приводит к появлению эффекта «гула». Все подсоединения и разводы должны быть выполнены с учетом последних достижений в области аэродинамики воздушных потоков.

Подсоединение воздухозаборников и распределителей воздуха

Подсоединение воздухозаборников и распределителей воздуха к основному воздуховоду должно быть по возможности соосным, чтобы избежать возникновения побочных шумов. Часто не отцентрованное подсоединение воздухозаборников и распределителей воздуха к основному воздуховоду производит серьезное повышение уровня шума, которое в ряде случаев может достигать 12-15 дБ. Отсутствие в воздухозаборниках и распределителях направляющих заслонок может также приводить к серьезному повышению уровня шума до 12 дБ.

При прохождении воздуха  через решетки воздухозаборников и распределителей воздуха с большими скоростями происходит повышение уровня шума. Превышение расчетных показателей скорости движения воздуха на 10% приводит к повышению на 2 дБ показателей уровня шума. Удвоение скорости движения воздуха, по сравнению с расчетной, может привести к повышению уровня шума на 16 дБ.

Другим важным аспектом является правильное размещение заслонок, которые  не следует устанавливать в непосредственной близости от воздухоприемников, поскольку в этом случае неизбежно будет возникать шум, зависящий от степени открытия заслонки. Влияние степени открытия заслонок на потери давления и повышение уровня шума приводится в таблице:

Шум, производимый заслонками в воздуховодах  
 
 
 
 
 
 

Следует отметить, что защитные заслонки никогда не устанавливаются  непосредственно на фланец распределителя воздуха.

Внутреннее покрытие каналов

Там, где требования к  бесшумной работе системы особенно высоки, целесообразно предусмотреть  покрытие внутренней поверхности каналов  звукопоглощающим материалом. Это позволяет  добиться значительного снижения уровня шума. В табл. приведены показатели снижения шума в дБ/пог. м в воздуховодах при их покрытии звукопоглощающим материалом

Снижение шума в воздуховодах прямоугольной формы, выполненных из стального листа  и покрытых внутри звукопоглощающим материалом толщиной 25 мм (32 кг/м3)

 
 Показатели приводятся в диапазонах 250, 500 и 1000 Гц, на которые приходится наибольшая вероятность появления  шума при работе вентиляторов. В  то же время важно иметь в виду, что на некоторых видах звукопоглощающего  материала могут образовываться грибки, появляться мох и т.д., а  при использовании стекловаты может  происходить отслоение волокон  В этой связи выбор звукоизоляционного материала должен осуществляться с  учетом выше названных факторов и/или  должна производиться их соответствующая  обработка (например, может быть рекомендован материал, имеющий эластичную защитную пленку).

Использование нескольких заборников и распределителей воздуха  

В случаях, когда необходимо произвести более равномерное распределение  воздушных потоков при сохранении заданного (определенного) объема воздуха, например, в больших помещениях, важно предусмотреть установку  нескольких заборников и распределителей воздуха вместо того, чтобы делать один или два, но большого размера и с большой скоростью прохождения воздуха. Подбор заборников и распределителей в этом случае должен производиться при условии низкой скорости воздушных потоков. При равенстве объемов распределенного воздуха это даст возможность понизить уровень шума

Установка шумоглушителей

Наилучшее решение:

• Максимальное поглощение шума, возникающего в воздуховоде, а также шума, проникающего в воздуховод снаружи.

Хорошее решение:

• Возможное удовлетворительное альтернативное решение в том случае, когда в стене должна размещаться противопожарная перегородка.

Удовлетворительное решение:

• Возникающего в аппаратной шума поглощается, однако шум может проникать в воздуховод после звукопоглотителя.

Неправильное решение:

• Шум, возникающий в аппаратной, полностью проникает в другие помещения, где часть его гасится в звукопоглотителе.

Установка звукопоглотителей на отводных каналах от основного канала с тем, чтобы избегать проявления перекрестного эффекта при возникновении шума. Расположение шумоглушителя также имеет большое значение для контроля уровня шума. Это, в частности, имеет значение при установке холодильного агрегата в помещениях, к которым предъявляются повышенные требования к показателям шума. При установке шумоглушителя необходимо исключить расположение, при котором шум, производимый в помещении, мог бы проникать в воздуховод на выходе из шумоглушителя, сводя на нет работу последнего. Как можно видеть, лучший эффект при установке шумоглушителя достигается при его размещении в месте прохождения воздуховода через стену. И действительно, производимый в помещении шум частично гасится стеной и затем через шумоглушитель попадает в воздуховод. Необходимо избегать также установки шумоглушителя полностью вне помещения, т.к. шум может производиться и стенками воздуховода до шумоглушителя в самом помещении.

Еще одной проблемой, лишь косвенным образом связанной  с работой вентиляционной установки, является так называемый эффект «cross talking» (перекрестного разговора), то есть обратного попадания шума, например, звука от беседы через воздухоприемники и распределители воздуха. Этот шум может проходить по основному каналу и выходить в соседнюю комнату. Теряется эффект конфиденциальности, что в некоторых случаях недопустимо (например, кабинеты руководства, банковские холлы и т.д.) Когда один и тот же канал обеспечивает подвод воздуха одновременно к нескольким помещениям, между которыми должна сохраняться конфиденциальность, необходимо принять соответствующие меры. Одной из таких мер является установка шумоглушителей после воздухозаборников и распределителей воздуха на соответствующих каналах подвода воздуха. Таким образом, каждое помещение остается изолированным от проникновения в него и из него шума.

Шум от систем гидравлики В  установках малой и средней мощности шум от гидравлической системы не представляет какой бы то ни было проблемы. Только в некоторых случаях он может достигать такой величины, при которой возникает неприятный эффект. Рассмотрим этот источник шума и меры по его снижению более подробно. Проходя по гидравлическим контурам, шум может достигать удаленных  от источника участков, практически  не теряя своего уровня мощности. Основными  причинами появления шума в гидравлической системе являются следующие: создание вакуумных зон в насосах, стук клапанов, резкое сокращение диаметра труб и т.д. Этот шум не зависит  от вибрации при работе самого насоса. Как правило, специально подобранная  изоляция трубы может сократить  появление шума, но в местах разрыва  контура или в зонах, где отсутствует  или прерывается изоляция, шум  будет такого же характера, что и  у источника. В этих случаях необходимо устранить причину появления  шума, приняв соответствующие меры в отношении самого контура. При  составлении проекта и выполнении работ по монтажу контуров гидравлики следует руководствоваться следующими соображениями:

• сохранять скорость движения воды в трубах на минимально возможном уровне для обеспечения нормального функционирования установки. Никогда не превышать скорость более 2,5 м/с;
• устанавливать гибкие и эластичные соединения при подключении к насосам циркуляции;
• крепить трубы на противовибрацион-ных кронштейнах для предотвращения передачи вибрации к стенам (рис.);
• избегать резких сокращений сечения диаметра труб

Заключение

Контроль за уровнем шума представляет собой сложный комплекс проблем, которые нельзя недооценивать. Обычно при работе установок по кондиционированию  малой и средней мощности серьезных  проблем такого рода не возникает. Но во всех случаях, когда уровень шума становится важным элементом проекта, рекомендуется обратиться к специалисту  в области акустики и, что не менее  важно, проявлять максимальную осторожность в составлении смет готовящихся  работ. Контроль за шумом является почти  всегда дополнительным и важным фактором при составлении сметы затрат, трудно поддающимся предвидению  со стороны тех, кто не является специалистом в данной области, Наконец, как это  уже было сказано ранее, проблемы борьбы с шумом должны рассматриваться  на стадии проектирования, когда есть возможность выбирать наиболее рациональные решения при условии недопущения  роста затрат. После завершения работ  по строительству объекта понижение  уровня шума даже на несколько дБ представляется задачей намного более сложной  и дорогостоящей.

Литература

1.         Баркалов Б.В., Карнис Е.Е. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях. - М.: Стройиздат, 1982-269с.

2.         Богословский В.Н. Отопление и вентиляция. Учебник для вузов. ч.2. Вентиляция /Под ред. В.Н.Богословского. - М.: Стройиздат, 1976. -440 с.

3.         Волков О.Д. Проектирование вентиляции промышленного здания: Учебное пособие. -X.: Вища шк.. Изд-во при ХГУ, 1989. - 240 с.

4.       ГОСТ 12.1.006-76. Система стандартов безопасности труда. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования. Введ. 01.01.1977.

5.       Гусев М.В., Ковалев Н.И., Попов В.П. и др. Теплотехника, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: Учебник для вузов. -П.: Стройиздат, 1981. - 343 с.

6.       Державні будівельні норми України: Будинки і споруди. Громадські будинки та споруди. Основні положення: ДБН В.2.2.-9-99. -Вид.офіц. - К.: Держбуд України, 1999. - 94 с.

7.       Изменение №1 к СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование. Госкомитет строительства, архитектуры и жилищной политики Украины. - К.: Укрархбудінформ, 1998. - 19 с

8.       Кедров B.C., Ловцов Е.Н. Санитарно-техническое оборудование зданий: Учеб. для вузов. - М.: Стройиздат, 1989. - 495с.

9.       Проектирование промышленной вентиляции: Справочник /Б.М. Торговников, В.Е. Табачник, Е.М. Ефанов - К.: Будівельник, 1983.-256 с.

10.       Санитарно-техническое оборудование зданий. Примеры расчёта: Учеб. пособие (Ю.С. Сергеев и др.). - К: Выща шк., 1991. - 206с.