Акустические расчеты. Акустический расчет системы вентиляции и кондиционирования в современных зданиях Акустический расчет системы вентиляции
Инженерно-строительный журнал, N 5, 2010 год
Рубрика: Технологии
Д.т.н., профессор И.И.Боголепов
ГОУ
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
и ГОУ Санкт-Петербургский государственный морской технический
университет;
магистр А.А.Гладких,
ГОУ Санкт-Петербургский государственный политехнический
университет
Система вентиляции и
кондиционирования воздуха (СВКВ) - важнейшая система для
современных зданий и сооружений. Однако, кроме необходимого
качественного воздуха, система транспортирует в помещения шум. Он
идет от вентилятора и других источников, распространяется по
воздуховоду и излучается в вентилируемое помещение. Шум несовместим
с нормальным сном, учебным процессом, творческой работой,
высокопроизводительным трудом, полноценным отдыхом, лечением,
получением качественной информации . В строительных нормах и
правилах России сложилась такая ситуация. Метод акустического
расчета СВКВ зданий, использовавшийся в старом СНиПе II-12-77 "Защита от шума " ,
устарел и не вошел поэтому в новый СНиП 23-03-2003 "Защита от шума " .
Итак, старый метод устарел, а нового общепризнанного пока нет . Ниже предлагается простой приближенный способ акустического
расчета СВКВ в современных зданиях, разработанный с использованием
лучшего производственного опыта, в частности, на морских судах .
Предлагаемый акустический
расчет основан на теории длинных линий распространения звука в
акустически узкой трубе и на теории звука помещений с
практически диффузным звуковым полем . Он выполняется с целью
оценки уровней звукового давления (далее - УЗД) и соответствия их
значений действующим нормам допустимого шума . Он
предусматривает определение УЗД от СВКВ вследствие работы
вентилятора (далее - "машина") для следующих типовых групп
помещений:
1) в помещении, где
расположена машина;
2) в помещениях, через
которые воздуховоды проходят транзитом;
3) в помещениях,
обслуживаемых системой.
Исходные данные и требования
Расчет, проектирование и
контроль защиты людей от шума предлагается выполнять для наиболее
важных для человеческого восприятия октавных полос частот, а
именно: 125 Гц, 500 Гц и 2000 Гц. Октавная полоса частот 500 Гц
является среднегеометрической величиной в диапазоне нормируемых по
шуму октавных полос частот 31,5 Гц - 8000 Гц . Для постоянного
шума расчет предусматривает определение УЗД в октавных полосах
частот по уровням звуковой мощности (УЗМ) в системе. Величины УЗД и
УЗМ связаны общим соотношением = - 10, где - УЗД относительно
порогового значения 2·10 Н/м; - УЗМ относительно порогового значения
10 Вт; - площадь распространения фронта звуковых
волн, м.
УЗД должны определяться в
расчетных точках нормируемых по шуму помещений по формуле = + , где - УЗМ источника шума. Величина , учитывающая влияние помещения на шум в
нем, рассчитывается по формуле:
где - коэффициент, учитывающий влияние ближнего
поля; - пространственный угол излучения источника
шума, рад.; - коэффициент направленности излучения,
принимается по экспериментальным данным (в первом приближении равен
единице); - расстояние от центра излучателя шума до
расчетной точки в м; = - акустическая постоянная помещения,
м; - средний коэффициент звукопоглощения
внутренних поверхностей помещения; - суммарная площадь этих поверхностей,
м; - коэффициент, учитывающий нарушение
диффузного звукового поля в помещении.
Указанные величины,
расчетные точки и нормы допустимого шума регламентируются для
помещений различных зданий СНиПом
23-03-2003 "Защита от шума " . Если расчетные значения УЗД
превосходят норму допустимого шума хотя бы в одной из указанных
трех полос частот, то необходимо спроектировать мероприятия и
средства снижения шума.
Исходными данными для
акустического расчета и проектирования СВКВ являются:
-
компоновочные схемы, применяемые в конструкции сооружения; размеры
машин, воздуховодов, регулирующей арматуры, колен, тройников и
воздухораспределителей;
-
скорости движения воздуха в магистралях и ответвлениях - по данным
технического задания и аэродинамического расчета;
-
чертежи общего расположения помещений, обслуживаемых СВКВ - по
данным строительного проекта сооружения;
-
шумовые характеристики машин, регулирующей арматуры и
воздухораспределителей СВКВ - по данным технической документации на
эти изделия.
Шумовыми характеристиками
машины являются следующие уровни УЗМ воздушного шума в октавных
полосах частот в дБ: - УЗМ шума, распространяющегося от машины в
воздуховод всасывания; - УЗМ шума, распространяющегося от машины в
воздуховод нагнетания; - УЗМ шума, излучаемого корпусом машины в
окружающее пространство. Все шумовые характеристики машины
определяются в настоящее время на основании акустических измерений
по соответствующим национальным или международным стандартам и
другим нормативным документам .
Шумовые характеристики
глушителей, воздуховодов, регулируемой арматуры и
воздухораспределителей представлены УЗМ воздушного шума в октавных
полосах частот в дБ:
- УЗМ шума, генерируемого элементами
системы при прохождении потока воздуха через них (генерация шума);
- УЗМ шума, рассеиваемого или поглощаемого
в элементах системы при прохождении через них потока звуковой
энергии (снижение шума).
Эффективность генерации и
снижения шума элементами СВКВ определяются на основании
акустических измерений. Подчеркнем, что значения величин и должны быть указаны в соответствующей
технической документации.
Должное внимание
уделяется при этом точности и надежности акустического расчета,
которые закладываются в погрешность результата величинами и .
Расчет для помещений, где установлена машина
Пусть в помещении 1, где
установлена машина, имеется вентилятор, уровень звуковой мощности
которого, излучаемый в трубопровод всасывания, нагнетания и через
корпус машины, есть величины в дБ , и . Пусть у вентилятора на стороне
трубопровода нагнетания установлен глушитель шума с эффективностью
глушения в дБ (). Рабочее место находится на расстоянии
от машины. Разделяющее помещение 1 и
помещение 2 стена находится на расстоянии от машины. Постоянная звукопоглощения
помещения 1: = .
Для помещения 1 расчет
предусматривает решение трех задач.
1-я задача
.
Выполнение нормы допустимого шума .
Если всасывающий и
нагнетательный патрубки выведены из помещения машины, то расчет УЗД
в помещении, где она расположена, производится по следующим
формулам.
Октавные УЗД в расчетной
точке помещения определяются в дБ по формуле:
где - УЗМ шума, излучаемого корпусом машины с
учетом точности и надежности с помощью . Величина , указанная выше, определяется по
формуле:
Если в помещении
размещены n
источников шума, УЗД от каждого из которых в
расчетной точке равны , то суммарный УЗД от всех их определяется
по формуле:
В
результате акустического расчета и проектирования СВКВ для
помещения 1, где установлена машина, должно быть обеспечено
выполнение в расчетных точках норм допустимого шума .
2-я задача.
Расчет
величины УЗМ в воздуховоде нагнетания из помещения 1 в помещение 2
(помещение, через который воздуховод проходит транзитом), а именно
величины в дБ производится по формуле
3-я задача.
Расчет
величины УЗМ, излучаемой стенкой площадью со звукоизоляцией помещения 1 в помещение 2, а именно
величины в дБ, выполняется по формуле
Таким образом,
результатом расчета в помещении 1 является выполнение норм по шуму
в этом помещении и получение исходных данных для расчета в
помещении 2.
Расчет для помещений, через которые воздуховод проходит транзитом
Для помещения 2 (для
помещений, через которые воздуховод проходит транзитом) расчет
предусматривает решение следующих пяти задач.
1-я задача.
Расчет
звуковой мощности, излучаемой стенками воздуховода в помещение 2, а
именно определение величины в дБ по формуле:
В
этой формуле: - см. выше 2-ю задачу для помещения 1;
=1,12 - эквивалентный диаметр сечения воздуховода
с площадью поперечного сечения ;
- длина помещения 2.
Звукоизоляция стенок
цилиндрического воздуховода в дБ рассчитывается по формуле:
где - динамический модуль упругости материала
стенки воздуховода, Н/м;
- внутренний диаметр воздуховода в м;
- толщина стенки воздуховода в м;
Звукоизоляция стенок
воздуховодов прямоугольного сечения рассчитывается по следующей
формуле в ДБ:
где = - масса единицы поверхности стенки
воздуховода (произведение плотности материала в кг/м на толщину стенки в м);
- среднегеометрическая частота октавных
полос в Гц.
2-я задача.
Расчет
УЗД в расчетной точке помещения 2, находящейся на расстоянии
от первого источника шума (воздуховод)
выполняется по формуле, дБ:
3-я задача.
Расчет
УЗД в расчетной точке помещения 2 от второго источника шума (УЗМ,
излучаемой стеной помещения 1 в помещение 2, - величина в дБ) выполняется по формуле, дБ:
4-я задача.
Выполнение нормы допустимого шума .
Расчет ведется по формуле
в дБ:
В
результате акустического расчета и проектирования СВКВ для
помещения 2, через которое воздуховод проходит транзитом, должно
быть обеспечено выполнение в расчетных точках норм допустимого шума
. Это первый результат.
5-я задача.
Расчет
величины УЗМ в воздуховоде нагнетания из помещения 2 в помещение 3
(помещение, обслуживаемое системой), а именно величины в дБ по формуле:
Величина потерь на
излучение звуковой мощности шума стенками воздуховодов на
прямолинейных участках воздуховодов единичной длины в дБ/м представлена в таблице 2. Вторым
результатом расчета в помещении 2 является получение исходных
данных для акустического расчета системы вентиляции в помещении
3.
Расчет для помещений, обслуживаемых системой
В
помещениях 3, обслуживаемых СВКВ (для которых система в конечном
счете и предназначена), расчетные точки и нормы допустимого шума
принимаются в соответствии со СНиП
23-03-2003 "Защита от шума " и техническим заданием.
Для помещения 3 расчет
предусматривает решение двух задач.
1-я задача.
Расчет
звуковой мощности, излучаемой воздуховодом через выпускное
воздухораспределительное отверстие в помещение 3, а именно
определение величины в дБ, предлагается выполнять следующим
образом.
Частная задача
1
для низкоскоростной системы со скоростью воздуха v
<< 10 м/с и = 0 и трех типовых помещений (см. ниже
пример акустического расчета) решается с помощью формулы в дБ:
Здесь
() - потери в глушителе шума в помещении
3;
() - потери в тройнике в помещении 3 (см. ниже
формулу);
- потери в результате отражения от конца
воздуховода (см. таблицу 1 ).
Общая задача 1
состоит в решении для многих из трех типовых помещений с помощью
следующей формулы в дБ:
Здесь - УЗМ шума, распространяющегося от машины в
воздуховод нагнетания в дБ с учетом точности и надежности величиной
(принимается по данным технической
документации на машины);
- УЗМ шума, генерируемого воздушным
потоком во всех элементах системы в дБ (принимается по данным
технической документации на эти элементы);
- УЗМ шума, поглощающегося и
рассеивающегося при прохождении потока звуковой энергии через все
элементы системы в дБ (принимается по данным технической
документации на эти элементы);
- величина, учитывающая отражение звуковой
энергии от концевого выходного отверстия воздуховода в дБ,
принимается по таблице 1 (эта величина равна нулю, если уже включает в себя );
- величина, равная 5 дБ для низкоскоростной
СВКВ (скорость воздуха в магистралях меньше 15 м/с), равная 10 дБ
для среднескоростной СВКВ (скорость воздуха в магистралях меньше 20
м/с) и равная 15 дБ для высокоскоростной СВКВ (скорость в
магистралях меньше 25 м/с).
Таблица 1.
Величина
в дБ. Октавные полосы
Акустичекие расчеты
Среди проблем оздоровления окружающей среды борьба с шумами является одной из актуальнейших. В крупных городах шум является одним из основных физических факторов, формирующих условия среды обитания.
Рост промышленного и жилищного строительства, бурное развитие различных видов транспорта, все большее применение в жилых и общественных зданиях сантехнического и инженерного оборудования, бытовой техники привели к тому, что уровни шума в селитебных зонах города стали сравнимы с уровнями шумов на производстве.
Шумовой режим крупных городов формируется главным образом автомобильным и рельсовым транспортом, составляющим 60-70% всех шумов.
Заметное влияние на уровень шума оказывает увеличение интенсивности воздушных перевозок, появление новых мощных самолетов и вертолетов, а также железнодорожный транспорт, открытые линии метро и метро мелкого заложения.
Вместе с тем, в некоторых крупных городах, где предпринимаются меры по улучшению шумовой обстановки наблюдается снижение уровней шума.
Шумы бывают акустические и неакустичекие, какова их разница?
Акустический шум определяется как совокупность различных по силе и частоте звуков, возникающих в результате колебательного движения частиц в упругих средах (твердых, жидких, газообразных).
Неакустические шумы - Радиоэлектронные шумы - случайные колебания токов и напряжений в радиоэлектронных устройствах, возникают в результате неравномерной эмиссии электронов в электровакуумных приборах (дробовой шум, фликкер-шум), неравномерности процессов генерации и рекомбинации носителей заряда (электронов проводимости и дырок) в полупроводниковых приборах, теплового движения носителей тока в проводниках (тепловой шум), теплового излучения Земли и земной атмосферы, а также планет, Солнца, звёзд, межзвёздной среды и т. д. (шумы космоса).
Акустический расчёт, расчет уровня шума.
В процессе строительства и эксплуатации различных объектов проблемы борьбы с шумом являются неотъемлемой частью охраны труда и защиты здоровья населения. Выступать источниками могут машины, транспортные средства, механизмы и другое оборудование. Шум, его величина воздействия и вибраций на человека зависит от уровня звукового давления, частотных характеристик.
Под нормированием шумовых характеристик понимают установление ограничений на значения этих характеристик, при которых шум, воздействующий на людей, не должен превышать допустимых уровней, регламентированных действующими санитарными нормами и правилами.
Целями акустического расчета являются:
Выявление источников шума;
Определение их шумовых характеристик;
Определение степени влияния источников шума на нормируемые объекты;
Расчет и построение индивидуальных зон акустического дискомфорта источников шума;
Разработка специальных шумозащитных мероприятий, обеспечивающих требуемый акустический комфорт.
Установка систем вентиляции и кондиционирования уже считается естественной потребностью в любом здании (будь оно жилое или административное), акустический расчет должен выполняться и для помещений подобного типа. Так, в случае не проведения расчета уровня шума, может оказаться, что в помещении очень низкий уровень звукопоглощения, а это очень усложняет процесс общения людей в нем.
Поэтому прежде чем устанавливать в помещении системы вентиляции, провести акустический расчет нужно обязательно. Если окажется, что для помещения характерны плохие акустические свойства, необходимо предложить провести ряд мероприятий, по улучшению акустической обстановки в помещении. Поэтому акустические расчеты выполняются и на установку бытовых кондиционеров.
Акустический расчет чаще всего проводится для объектов, которые имеют сложную акустику или отличаются повышенным требованиям к качеству звука.
Звуковые ощущения возникают в органах слуха при воздействии на них звуковых волн в диапазоне от 16 Гц до 22 тыс. Гц. Звук распространяется в воздухе со скоростью 344 м/с, за 3 сек. 1 км.
Величина порога слышимости зависит от частоты ощущаемых звуков и равна 10-12 Вт/м 2 на частотах близких 1000 Гц. Верхней границей является порог болевого ощущения, который в меньшей степени зависит от частоты и лежит в пределах 130 - 140 дБ (на частоте 1000 Гц по интенсивности 10 Вт/м 2, по звуковому давления).
Соотношение уровня интенсивности и частоты определяет ощущение громкости звука, т.е. звуки, имеющие различную частоту и интенсивность, могут оцениваться человеком как равногромкие.
При восприятии звуковых сигналов на определенном акустическом фоне может наблюдаться эффект маскировки сигнала.
Эффект маскировки может отрицательно сказываться в акустических индикаторах и может быть использован для улучшения акустической обстановки, т.е. в случае маскировки высокочастотного тона низкочастотным, который менее вреден для человека.
Порядок выполнения акустического расчета.
Для выполнения акустического расчета потребуются следующие данные:
Размеры помещения, для которого будет проводиться расчет уровня шума;
Основные характеристики помещения и его свойства;
Спектр шума от источника;
Характеристика преграды;
Данные о расстоянии от центра источника шума до точки акустического расчета.
При расчете, для начала определяются источники шума и их характерные свойства. Далее на исследуемом объекте выбираются точки, в которых будут проводиться расчеты. В выбранных точках объекта проводится расчет предварительного уровня звукового давления. Основываясь на полученных результатах, выполняется расчет по снижению шума до требуемых норм. Получив все необходимые данные, выполняется проект по разработке мероприятий, благодаря которым будет снижен уровень шума.
Правильно выполненный акустический расчет является залогом отличной акустики и комфорта в помещении любого размера и конструкции.
На основе выполненного акустического расчета можно предлагать следующие мероприятия для снижения уровня шума:
* установка звукоизолирующих конструкций;
* использование уплотнений в окнах, дверях, воротах;
* использование конструкций и экранов, которые поглощают звук;
*осуществление планировки и застройки селитебной территории в соответствии со СНиП;
* применение глушителей шума в вентиляционных системах и системах кондиционирования.
Проведение акустического расчета.
Работы по расчету уровней шума, оценки акустического (шумового) воздействия, а также проектирование специализированных шумозащитных мероприятий, должны осуществляться специализированной организацией, имеющей соответствующую область.
шум акустический расчет измерение
В самом простом определении основная задача акустического расчета - это оценка уровня шума, создаваемого источником шума в заданной расчетной точке с установленным качеством акустического воздействия.
Процесс проведения акустического расчета состоит из следующих основных этапов:
1. Сбор необходимых исходных данных:
Характер источников шума, режим их работы;
Акустические характеристики источников шума (в диапазоне среднегеометрических частот 63-8000 Гц);
Геометрические параметры помещения, в котором расположены источники шума;
Анализ ослабленных элементов огорождающих конструкции, через которые шум будет проникать в окружающую среду;
Геометрические и звукоизоляционные параметры ослабленных элементов огорождающих конструкций;
Анализ близлежащих объектов с установленным качеством акустического воздействия, определений допустимых уровней звука для каждого объекта;
Анализ расстояний от внешних источников шума до нормируемых объектов;
Анализ возможных экранирующих элементов на пути распространения звуковой волны (застройка, зеленые насаждения и т.д.);
Анализ ослабленных элементов огорождающих конструкций (оконные проемы, двери и т.д.), через которые шум будет проникать в нормируемые помещения, выявление их звукоизоляционной способности.
2. Акустический расчет производится на основании действующих методических указаний и рекомендаций. В основном это «Методики расчета, нормативы».
В каждой расчетной точке необходимо производить суммирование всех имеющихся источников шума.
Результатом акустического расчета являются некие значения (дБ) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63-8000 Гц и эквивалентное значение уровня звука (дБА) в расчетной точке.
3. Анализ результатов расчета.
Анализ полученных результатов осуществляется сравнением значений, полученных в расчетной точке с установленными Санитарными нормами.
При необходимости, следующим этапом проведения акустического расчета может быть проектирование необходимых шумозащитных мероприятий, которые позволят снизить акустическое воздействие в расчетных точках до допустимого уровня.
Проведение инструментальных измерений.
Помимо акустических расчетов, можно провести расчет инструментальных измерений уровней шума любой сложности, в том числе:
Измерение шумового воздействия существующих систем вентиляции и кондиционирования для офисных зданий, частных квартир и т.д.;
Осуществление измерений уровней шума для аттестации рабочих мест;
Проведение работ по инструментальному измерению уровней шума в рамках проекта;
Проведение работ по инструментальному измерению уровней шума в рамках технических отчетов при утверждении границ СЗЗ;
Осуществление любых инструментальных измерений шумового воздействия.
Проведение инструментальных замеров уровней шума производится специализированной мобильной лабораторией с применением современного оборудования.
Сроки выполнения акустического расчета. Сроки выполнения работы зависят от объема расчетов и измерений. Если необходимо произвести акустический расчет для проектов жилых застроек или административных объектов, то они выполняются в среднем 1 - 3 недели. Акустический расчет для крупных или уникальных объектов (театры, органные залы) занимает больше времени, основываясь на предоставленных исходных материалах. Кроме того, на срок работы во многом влияют количество исследуемых источников шума, а также внешние факторы.
Описание:
Действующими в стране нормами и правилами предписано, что в проектах должны быть предусмотрены мероприятия по защите от шума оборудования, используемого для жизнеобеспечения человека. К числу такого оборудования относятся системы вентиляции и кондиционирования воздуха.
Акустический расчет как основа для проектирования малошумной системы вентиляции (кондиционирования)
В. П. Гусев , доктор техн. наук, зав. лабораторией защиты от шума вентиляционного и инженерно-технологического оборудования (НИИСФ)
Действующими в стране нормами и правилами предписано, что в проектах должны быть предусмотрены мероприятия по защите от шума оборудования, используемого для жизнеобеспечения человека. К числу такого оборудования относятся системы вентиляции и кондиционирования воздуха.
Основой для проектирования шумоглушения систем вентиляции и кондиционирования воздуха является акустический расчет - обязательное приложение к проекту вентиляции любого объекта. Основные задачи такого расчета: определение октавного спектра воздушного, структурного вентиляционного шума в расчетных точках и его требуемого снижения путем сопоставления этого спектра с допустимым спектром по гигиеническим нормам. После подбора строительно-акустических мероприятий по обеспечению требуемого снижения шума проводится поверочный расчет ожидаемых уровней звукового давления в тех же расчетных точках с учетом эффективности этих мероприятий.
Приведенные ниже материалы не претендуют на полноту изложения методики акустического расчета вентиляционных систем (установок). Они содержат сведения, которые уточняют, дополняют или по-новому раскрывают различные аспекты этой методики на примере акустического расчета вентилятора как основного источника шума вентиляционной системы. Материалы будут использованы при подготовке свода правил по расчету и проектированию шумоглушения вентиляционных установок к новому СНиП .
Исходными данными для акустического расчета являются шумовые характеристики оборудования - уровни звуковой мощности (УЗМ) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1 000, 2 000, 4 000, 8 000 Гц. Для ориентировочных расчетов иногда используют корректированные уровни звуковой мощности источников шума в дБА .
Расчетные точки располагаются в местах обитания человека, в частности, на месте установки вентилятора (в вентиляционной камере); в помещениях или в зонах, граничащих с местом установки вентилятора; в помещениях, обслуживаемых системой вентиляции; в помещениях, где воздуховоды проходят транзитом; в зоне устройства приема или выброса воздуха, или только приема воздуха для рециркуляции.
Расчетная точка находится в помещении, где установлен вентилятор
В общем случае уровни звукового давления в помещении зависят от звуковой мощности источника и фактора направленности излучения шума, количества источников шума, от расположения расчетной точки относительно источника и ограждающих строительных конструкций, от размеров и акустических качеств помещения.
Октавные уровни звукового давления, создаваемые вентилятором (вентиляторами) в месте установки (в венткамере), равны:
где Фi - фактор направленности источника шума (безразмерный);
S - площадь воображаемой сферы или ее части, окружающей источник и проходящей через расчетную точку, м 2 ;
B - акустическая постоянная помещения, м 2 .
Расчетная точка находится в помещении, смежном с помещением, где установлен вентилятор
Октавные уровни воздушного шума, проникающего через ограждение в изолируемое помещение, смежное с помещением, где установлен вентилятор, определяются звукоизолирующей способностью ограждений шумного помещения и акустическими качествами защищаемого помещения, что выражается формулой :
| (3) |
где L ш - октавный уровень звукового давления в помещении с источником шума, дБ;
R - изоляция от воздушного шума ограждающей конструкцией, через которую проникает шум, дБ;
S - площадь ограждающей конструкции, м 2 ;
B u - акустическая постоянная изолируемого помещения, м 2 ;
k - коэффициент, учитывающий нарушение диффузности звукового поля в помещении.
Расчетная точка находится в помещении, обслуживаемом системой
Шум от вентилятора распространяется по воздуховоду (воздушному каналу), частично затухает в его элементах и через воздухораспределительные и воздухоприемные решетки проникает в обслуживаемое помещение. Октавные уровни звукового давления в помещении зависят от величины снижения шума в воздушном канале и акустических качеств этого помещения:
| (4) |
где L Pi - уровень звуковой мощности в i-й октаве, излучаемой вентилятором в воздушный канал;
D L сетиi - затухание в воздушном канале (в сети) между источником шума и помещением;
D L помi - то же, что в формуле (1) - формула (2).
Затухание в сети (в воздушном канале) D L Р сети - сумма затуханий в ее элементах, последовательно расположенных по ходу звуковых волн. Энергетическая теория распространения звука по трубам предполагает, что эти элементы не влияют друг на друга. В действительности последовательность фасонных элементов и прямых участков образуют единую волновую систему, при которой на чистых синусоидальных тонах принцип независимости затухания в общем случае не может оправдываться. Вместе с тем, в октавных (широких) полосах частот стоячие волны, создаваемые отдельными синусоидальными составляющими, компенсируют друг друга, и поэтому энергетический подход, не учитывающий волновой картины в воздуховодах и рассматривающий поток звуковой энергии, можно считать оправданным.
Затухание на прямых участках воздуховодов из листового материала обусловлено потерями на деформацию стенок и излучение звука наружу. О снижении уровня звуковой мощности D L Р на 1 м длины прямых участков металлических воздуховодов в зависимости от частоты можно судить по данным рис. 1.
Как видно, в воздуховодах прямоугольного сечения затухание (снижение УЗМ) с ростом частоты звука уменьшается, а круглого сечения возрастает. При наличии теплоизоляции на металлических воздуховодах приведенные на рис. 1 значения следует увеличивать примерно в два раза.
Понятие затухание (снижение) уровня потока звуковой энергии нельзя отождествлять с понятием изменения уровня звукового давления в воздушном канале. При движении звуковой волны по каналу общее количество энергии, которую она несет, уменьшается, но это не обязательно связано с уменьшением уровня звукового давления. В сужающемся канале, несмотря на затухание общего потока энергии, уровень звукового давления может увеличиваться вследствие увеличения плотности звуковой энергии. В расширяющемся канале, наоборот, плотность энергии (и уровень звукового давления) может уменьшаться быстрее, чем общая звуковая мощность. Затухание звука на участке с переменным сечением равно :
 |
(5) |
где L 1 и L 2 - средние уровни звукового давления в начальном и конечном по ходу звуковых волн сечениях участка канала;
F 1 и F 2 - площади поперечных сечений соответственно в начале и конце участка канала.
Затухание на поворотах (в коленах, отводах) с гладкими стенками, поперечное сечение которых меньше длины волны, определяется реактивным сопротивлением типа дополнительной массы и возникновением мод более высокого порядка. Кинетическая энергия потока на повороте без изменения сечения канала увеличивается из-за возникающей неравномерности поля скоростей. Прямоугольный поворот действует подобно фильтру низких частот. Величину снижения шума на повороте в диапазоне плоских волн дает точное теоретическое решение :
 |
(6) |
где K - модуль коэффициента прохождения звука.
При a ≥ l /2 величина K равна нулю и падающая плоская звуковая волна теоретически полностью отражается поворотом канала. Максимальное снижение шума наблюдается, когда глубина поворота равна примерно половине длины волны. О величине теоретического модуля коэффициента прохождения звука через прямоугольные повороты можно судить по рис. 2.
В реальных конструкциях по данным работ максимальное затухание равно 8-10 дБ, когда в ширине канала укладывается половина длины волны. С повышением частоты затухание уменьшается до 3-6 дБ в области длин волн, близких по величине к удвоенной ширине канала. Затем оно снова плавно возрастает на высоких частотах, достигая 8-13 дБ. На рис. 3 показаны кривые затухания шума на поворотах каналов для плоских волн (кривая 1) и для случайного, диффузного падения звука (кривая 2). Эти кривые получены на основе теоретических и экспериментальных данных. Наличие максимума снижения шума при a = l /2 можно использовать для снижения шума с низкочастотными дискретными составляющими, настраивая размеры каналов на поворотах на интересующую частоту.
Снижение шума на поворотах, угол которых меньше 90°, приближенно пропорционально величине угла поворота. Например, уменьшение уровня шума на повороте с углом 45° равно половине его уменьшения на повороте с углом 90°. На поворотах с углом меньше 45° уменьшение шума не учитывается. Для плавных поворотов и прямых колен воздуховодов с направляющими лопатками снижение шума (уровня звуковой мощности) можно определить, пользуясь кривыми рис. 4.
В разветвлениях каналов, поперечные размеры которых меньше половины длины звуковой волны, физические причины затухания аналогичны причинам затухания в коленах и отводах. Это затухание определяется следующим образом (рис. 5).
На основании уравнения неразрывности среды:
Из условия непрерывности давления (r п + r 0 = r пр) и уравнения (7) прошедшая звуковая мощность может быть представлена выражением
а снижение уровня звуковой мощности при площади сечения ответвления
 |
(11) |
 |
(12) |
(13) |
При внезапном изменении сечения канала с поперечными размерами меньше длин полуволн (рис. 6 а), снижение уровня звуковой мощности может быть определено так же, как при разветвлениях.
Расчетная формула для такого изменения сечения канала имеет вид
 |
(14) |
где m - отношение большей площади сечения канала к меньшей.
Снижение уровней звуковой мощности, когда размеры каналов больше длины полуволн неплоских волн при внезапном сужении канала, равно
Если канал расширяется или плавно сужается (рис. 6 б и 6 г), то снижение уровня звуковой мощности равно нулю, т. к. отражение волн с длиной, меньшей размеров канала, не происходит.
В простых элементах вентиляционных систем принимают следующие величины снижения на всех частотах: калориферы и воздухоохладители 1,5 дБ, центральные кондиционеры 10 дБ, сетчатые фильтры 0 дБ, место примыкания вентилятора к сети воздуховодов 2 дБ .
Отражение звука от конца воздуховода происходит в том случае, если поперечный размер воздуховода меньше длины звуковой волны (рис. 7).
Если распространяется плоская волна, то в большом воздуховоде отражение отсутствует, и можно считать, что потерь на отражение нет. Однако если проем соединяет помещение больших размеров и открытое пространство, то в проем попадают только диффузные звуковые волны, направленные к проему, энергия которых равна четвертой части энергии диффузного поля. Поэтому в данном случае происходит ослабление уровня интенсивности звука на 6 дБ.
Характеристики направленности излучения звука воздухораспределительными решетками указаны на рис. 8.
При расположении источника шума в пространстве (например, на колонне в большом помещении) S = 4p r 2 (излучение в полную сферу); в средней части стены, перекрытия S = 2p r 2 (излучение в полусферу); в двугранном углу (излучение в 1/4 сферы) S = p r 2 ; в трехгранном углу S = p r 2 /2.
Ослабление уровня шума в помещении определяется формулой (2). Расчетная точка выбирается в месте постоянного пребывания людей, ближайшем к источнику шума, на расстоянии 1,5 м от пола. Если шум в расчетной точке создается несколькими решетками, то акустический расчет производится с учетом их суммарного воздействия.
Когда источником шума является участок транзитного воздуховода, проходящего через помещение, исходными данными для расчета по формуле (1) служат октавные уровни звуковой мощности излучаемого им шума, определяемые по приближенной формуле:
(16) |
где L pi - уровень звуковой мощности источника в i-й октавной полосе частот, дБ;
D L’ Рсетиi - затухание в сети между источником и рассматриваемом транзитным участком, дБ;
R Ti - звукоизоляция конструкции транзитного участка воздуховода, дБ;
S T - площадь поверхности транзитного участка, выходящая в помещение, м 2 ;
F T - площадь поперечного сечения участка воздуховода, м 2 .
Формула (16) не учитывает повышения плотности звуковой энергии в воздуховоде за счет отражений; условия падения и прохождения звука через конструкцию воздуховода существенно отличаются от прохождения диффузного звука через ограждения помещения.
Расчетные точки находятся на прилегающей к зданию территории
Шум вентилятора распространяется по воздуховоду и излучается в окружающее пространство через решетку или шахту, непосредственно через стенки корпуса вентилятора или открытый патрубок при установке вентилятора снаружи здания.
При расстоянии от вентилятора до расчетной точки много больше его размеров источник шума можно считать точечным.
В этом случае октавные уровни звукового давления в расчетных точках определяются по формуле
(17) |
где L Pоктi - октавный уровень звуковой мощности источника шума, дБ;
D L Pсетиi - суммарное снижение уровня звуковой мощности по пути распространения звука в воздуховоде в рассматриваемой октавной полосе, дБ;
D L нi - показатель направленности излучения звука, дБ;
r - расстояние от источника шума до расчетной точки, м;
W - пространственный угол излучения звука;
b a - затухание звука в атмосфере, дБ/км.
Если имеется ряд из нескольких вентиляторов, решеток или другой протяженный источник шума ограниченных размеров, то третий член в формуле (17) принимается равным 15 lgr .
Расчет структурного шума
Структурный шум в помещениях, смежных с вентиляционными камерами, возникает в результате передачи динамических сил от вентилятора на перекрытие. Октавный уровень звукового давления в смежном изолируемом помещении определяют по формуле
Для вентиляторов, расположенных в техническом помещении вне пределов перекрытия над изолируемым помещением:
 |
(20) |
где L Pi - октавный уровень звуковой мощности воздушного шума, излучаемого вентилятором в вентиляционную камеру, дБ;
Z c - суммарное волновое сопротивление элементов виброизоляторов, на которых установлена холодильная машина, Н с/м;
Z пер - входной импеданс перекрытия - несущей плиты, в отсутствие пола на упругом основании, плиты пола - при его наличии, Н с/м;
S - условная площадь перекрытия технического помещения над изолируемым помещением, м 2 ;
S = S 1 при S 1 > S u /4; S = S u /4; при S 1 ≤ S u /4, или если техническое помещение не находится над изолируемым помещением, но имеет одну общую с ним стену;
S 1 - площадь технического помещения над изолируемым помещением, м 2 ;
S u - площадь изолируемого помещения, м 2 ;
S в - общая площадь технического помещения, м 2 ;
R - собственная изоляция воздушного шума перекрытием, дБ.
Определение требуемого снижения шума
Требуемое снижение октавных уровней звукового давления рассчитывают отдельно для каждого источника шума (вентилятора, фасонных элементов, арматуры), но при этом учитывают число однотипных по спектру звуковой мощности источников шума и величины уровней звукового давления, создаваемых каждым из них в расчетной точке. В общем случае требуемое снижение шума для каждого источника должно быть таким, чтобы суммарные уровни во всех октавных полосах частот от всех источников шума не превышали допустимые уровни звукового давления .
При наличии одного источника шума требуемое снижение октавных уровней звукового давления определяется по формуле
где n - общее количество принимаемых в расчет источников шума.
В общее количество источников шума n при определении D L трi требуемого снижения октавных уровней звукового давления на территории городской застройки следует включать все источники шума, которые создают в расчетной точке уровни звукового давления, отличающиеся менее чем на 10 дБ.
При определении D L трi для расчетных точек в помещении, защищаемом от шума системы вентиляции, в общее количество источников шума следует включать:
При расчете требуемого снижения шума вентилятора - количество систем, обслуживающих помещение; шум, генерируемый воздухораспределительными устройствами и фасонными элементами, при этом не учитывается;
При расчете требуемого снижения шума, генерируемого воздухораспределительными устройствами рассматриваемой вентиляционной системы, - количество систем вентиляции, обслуживающих помещение; шум вентилятора, воздухораспределительных устройств и фасонных элементов при этом не учитывается;
При расчете требуемого снижения шума, генерируемого фасонными элементами и воздухораспределительными устройствами рассматриваемого ответвления, - количество фасонных элементов и дросселей, уровни шума которых отличаются один от другого менее чем на 10 дБ; шум вентилятора и решеток при этом не учитывается.
Вместе с тем в общем количестве принимаемых в расчет источников шума не учитываются источники шума, создающие в расчетной точке уровень звукового давления на 10 дБ меньшие, чем допустимый, при их количестве не более 3 и на 15 дБ меньше допустимого при их числе не более 10.
Как видно, акустический расчет - не простая задача. Необходимую точность ее решения обеспечивают специалисты-акустики. От точности выполняемого акустического расчета зависит эффективность шумоглушения и стоимость его осуществления. Если величина рассчитанного требуемого снижения шума занижена, то мероприятия будут недостаточно эффективны. В этом случае потребуется устранение недостатков на действующем объекте, что неизбежно связано с существенными материальными затратами. При завышенном требуемом снижении шума неоправданные затраты закладываются непосредственно в проект. Так, только за счет установки глушителей, длина которых больше требуемой на 300-500 мм, дополнительные затраты на средних и крупных объектах могут составить 100-400 тысяч рублей и более.
Литература
1. СНиП II-12-77. Защита от шума. М.: Стройиздат, 1978.
2. СНиП 23-03-2003. Защита от шума. Госстрой России, 2004.
3. Гусев В. П. Акустические требования и правила проектирования малошумных систем вентиляции // АВОК. 2004. № 4.
4. Руководство по расчету и проектированию шумоглушения вентиляционных установок. М.: Стройиздат, 1982.
5. Юдин Е. Я., Терехин А. С. Борьба с шумом шахтных вентиляционных установок. М.: Недра, 1985.
6. Снижение шума в зданиях и жилых районах. Под ред. Г. Л. Осипова, Е. Я. Юдина. М.: Стройиздат, 1987.
7. Хорошев С. А., Петров Ю. И., Егоров П. Ф. Борьба с шумом вентиляторов. М.: Энергоиздат, 1981.
2008-04-14Система вентиляции и кондиционирования воздуха (СВКВ) является одним из основных источников шума в современных жилых, общественных и промышленных зданиях, на судах, в спальных вагонах поездов, во всевозможных салонах и кабинах управления.
Шум в СВКВ идет от вентилятора (главного источника шума со своими задачами ) и других источников, распространяется по воздуховоду вместе с потоком воздуха и излучается в вентилируемое помещение. На шум и его снижение влияют: кондиционеры, отопительные агрегаты, регулирующие и воздухораспределительные устройства, конструкция, повороты и разветвление воздуховодов .
Акустический расчет СВКВ производится с целью оптимального выбора всех необходимых средств снижения шума и определения ожидаемого уровня шума в расчетных точках помещения. Традиционно главным средством снижения шума системы являются активные и реактивные глушители шума . Звукоизоляцией и звукопоглощением системы и помещения требуется обеспечить выполнение норм допустимых для человека уровней шума — важных экологических норм.
Сейчас в строительных нормах и правилах России (СНиП), обязательных при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий с целью защиты людей от шума, сложилась чрезвычайная ситуация. В старом СНиП II-12-77 «Защита от шума» метод акустического расчета СВКВ зданий устарел и не вошел поэтому в новый СНиП 23-03-2003 «Защита от шума» (взамен СНиП II-12-77), где он пока вообще отсутствует.
Таким образом, старый метод устарел, а нового нет . Настает пора создания современного метода акустического расчета СВКВ в зданиях, как это уже имеет место быть со своей спецификой в других, ранее более продвинутых по акустике, областях техники, например, на морских судах . Рассмотрим три возможных способа акустического расчета, применительно к СВКВ.
Первый способ акустического расчета . В этом способе, устанавливаемого сугубо на аналитических зависимостях, используется теория длинных линий, известная в электротехнике и отнесенная здесь к распространению звука в газе, заполняющем узкую трубу с жесткими стенками . Расчет производится при условии, что поперечник трубы много меньше длины звуковой волны.
Для трубы прямоугольного сечения сторона должна быть меньше половины длины волны, а для круглой трубы — радиус. Именно такие трубы в акустике называются узкими. Так, для воздуха на частоте 100 Гц труба прямоугольного сечения будет считаться узкой, если сторона сечения меньше 1,65 м. В узкой изогнутой трубе распространение звука останется таким же, как и в прямой трубе.
Это известно из практики применения переговорных труб, например, давно на пароходах. Типовая схема длинной линии системы вентиляции имеет две определяющие величины: L wH — звуковая мощность, поступающая в трубопровод нагнетания от вентилятора в начале длинной линии, а L wK — звуковая мощность, исходящая из трубопровода нагнетания в конце длинной линии и поступающая в вентилируемое помещение.
Длинная линия содержит следующие характерные элементы. Перечислим их: входное отверстие со звукоизоляцией R 1 , активный глушитель шума со звукоизоляцией R 2 , тройник со звукоизоляцией R 3 , реактивный глушитель шума со звукоизоляцией R 4 , дроссельная заслонка со звукоизоляцией R 5 и выпускное отверстие со звукоизоляцией R 6 . Под звукоизоляцией здесь понимается разность в дБ между звуковой мощностью в падающих на данный элемент волнах и звуковой мощности, излучаемой этим элементом после прохождения волн через него далее .
Если звукоизоляция каждого из этих элементов не зависит от всех других, то звукоизоляция всей системы может быть оценена расчетом следующим образом. Волновое уравнение для узкой трубы имеет следующий вид уравнения для плоских звуковых волн в неограниченной среде:
где c — скорость звука в воздухе, а p — звуковое давление в трубе, связанное с колебательной скоростью в трубе по второму закону Ньютона соотношением
где ρ— плотность воздуха. Звуковая мощность для плоских гармонических волн равна интегралу по площади поперечного сечения S воздуховода за период звуковых колебаний T в Вт:
где T = 1/f — период звуковых колебаний, с; f — частота колебаний, Гц. Звуковая мощность в дБ: L w = 10lg(N/N 0), где N 0 = 10 -12 Вт. В пределах указанных допущений звукоизоляция длинной линии системы вентиляции рассчитывается по следующей формуле:
Число элементов n для конкретной СВКВ может быть, конечно, больше указанных выше n = 6. Применим для расчета величин R i теорию длинных линий к вышеуказанным характерным элементам системы вентиляции воздуха.
Входное и выходное отверстия системы вентиляции с R 1 и R 6 . Место соединения двух узких труб с разными площадями поперечных сечений S 1 и S 2 по теории длинных линий — аналог границы раздела двух сред при нормальном падении звуковых волн на границу раздела. Граничные условия в месте соединения двух труб определяются равенством звуковых давлений и колебательных скоростей по обе стороны границы соединения, умноженных на площади поперечных сечений труб.
Решая полученные таким способом уравнения, получим коэффициент прохождения по энергии и звукоизоляцию места соединения двух труб с указанными выше сечениями:
Анализ этой формулы показывает, что при S 2 >> S 1 свойства второй трубы приближаются к свойствам свободной границы. Например, узкую трубу, открытую в полубесконечное пространство, можно считать с точки зрения звукоизолирующего эффекта как граничащую с вакуумом. При S 1 << S 2 свойства второй трубы приближаются к свойствам жесткой границы. В обоих случаях звукоизоляция максимальна. При равенстве площадей сечений первой и второй трубы отражение от границы отсутствует и звукоизоляция равна нулю независимо от вида сечения границы.
Активный глушитель шума R 2 . Звукоизоляцию в этом случае приближенно и быстро можно оценить в дБ, например, по известной формуле инженера А.И. Белова:
где П — периметр проходного сечения, м; l — длина глушителя, м; S — площадь поперечного сечения канала глушителя, м 2 ; α экв — эквивалентный коэффициент звукопоглощения облицовки, зависящий от действительного коэффициента поглощения α, например, следующим образом:
α 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
α экв 0,1 0,2 0,4 0,5 0,6 0,9 1,2 1,6 2,0 4,0
Из формулы следует, что звукоизоляция канала активного глушителя R 2 тем больше, чем больше поглощающая способность стенок α экв, длина глушителя l и отношение периметра канала к площади его поперечного сечения П/S. Для лучших звукопоглощающих материалов, например, марки ППУ-ЭТ, БЗМ и АТМ-1, а также других широко используемых звукопоглотителей действительный коэффициент звукопоглощения α представлен в .
Тройник R 3 . В системах вентиляции наиболее часто первая труба с площадью сечения S 3 разветвляется затем на две трубы с площадями сечения S 3.1 и S 3.2 . Такое разветвление называется тройником: через первую ветвь звук поступает, через две другие проходит дальше. В общем случае первая и вторая труба могут состоять из совокупности труб. Тогда имеем
Звукоизоляция тройника от сечения S 3 до сечения S 3.i определяется по формуле
Заметим, что из-за аэрогидродинамических соображений в тройниках стремятся обеспечить равенство площади сечений первой трубы сумме площади сечений в разветвлениях.
Реактивный (камерный) глушитель шума R 4 . Камерный глушитель шума представляет собой акустически узкую трубу с сечением S 4 , переходящую в другую акустически узкую трубу большого сечения S 4.1 длиной l, называемой камерой, и затем вновь переходящую в акустически узкую трубу с сечением S 4 . Воспользуемся и здесь теорией длинной линии. Заменив в известной формуле звукоизоляции слоя произвольной толщины при нормальном падении звуковых волн характеристический импеданс на соответствующие обратные величины площади трубы, получим формулу звукоизоляции камерного глушителя шума
где k — волновое число. Наибольшего значения звукоизоляция камерного глушителя шума достигает при sin(kl)= 1, т.е. при
где n = 1, 2, 3, … Частота максимальной звукоизоляции
где с — скорость звука в воздухе. Если в таком глушителе используется несколько камер, то формула звукоизоляции должна применяться последовательно от камеры к камере, а суммарный эффект рассчитывается применением, например, метода граничных условий. Эффективные камерные глушители требуют иногда больших габаритных размеров. Но их преимущество состоит в том, что они могут быть эффективны на любых частотах, в том числе низких, где активные глушители практически бесполезны.
Зона большой звукоизоляции у камерных глушителей шума охватывает повторяющиеся достаточно широкие полосы частот, но они имеют также периодические зоны пропускания звука, очень узкие по частоте . Для повышения эффективности и выравнивания частотной характеристики камерный глушитель часто облицовывают изнутри звукопоглотителем .
Заслонка R 5 . Заслонка конструктивно представляет собой тонкую пластину площадью S 5 и толщиной δ 5 , зажимаемую между фланцами трубопровода, отверстие в котором площадью S 5.1 меньше внутреннего диаметра трубы (или др. характерного размера). Звукоизоляция такой дроссельной заслонки
где с — скорость звука в воздухе. В первом способе главный для нас вопрос при разработке нового метода — это оценка точности и надежности результата акустического расчета системы. Определим точность и надежность результата расчета звуковой мощности, поступающейв вентилируемое помещение — в данном случае величины
Перепишем это выражение в следующих обозначениях алгебраической суммы, а именно
Заметим, что абсолютная максимальная ошибка приближенной величины есть максимальная разность между ее точным значением y 0 и приближенным y, то есть ± ε= y 0 - y. Абсолютная максимальная ошибка алгебраической суммы нескольких приближенных величин y i равна сумме абсолютных значений абсолютных ошибок слагаемых:
Здесь принят наименее благоприятный случай, когда абсолютные ошибки всех слагаемых имеют один и тот же знак. В действительности частные ошибки могут иметь различные знаки и быть распределены по разным законам. Наиболее часто на практике погрешности алгебраической суммы распределяются по нормальному закону (распределение Гаусса). Рассмотрим эти погрешности и сопоставим их с соответствующей величиной абсолютной максимальной погрешности. Определим эту величину при предположении, что каждый алгебраический член y 0i суммы распределен по нормальному закону с центром M(y 0i) и стандартом
Тогда сумма также следует нормальному закону распределения с математическим ожиданием
Погрешность алгебраической суммы определится как:
Тогда можно утверждать, что с надежностью, равной вероятности 2Φ(t), погрешность суммы не будет превосходить величины
При 2Φ(t), = 0,9973 имеем t = 3 = α и статистическая оценка при практически максимальной надежности погрешность суммы (формула) Абсолютная максимальная погрешность в этом случае
Таким образом ε 2Φ(t) << ε. Проиллюстрируем это на примере результатов расчета по первому способу. Если для всех элементов имеем ε i = ε= ±3 дБ (удовлетворительная точность исходных данных) и n = 7, то получим ε= ε n = ±21 дБ, а (формула). Результат имеет совершенно неудовлетворительную точность, он неприемлем. Если для всех характерных элементов системы вентиляции воздуха имеем ε i = ε= ±1 дБ (очень высокая точность расчета каждого из элементов n) и тоже n = 7, то получим ε= ε n = ±7 дБ, а (формула).
Здесь результат при вероятностной оценке погрешностей в первом приближении более или менее может быть приемлем. Итак, предпочтительной является вероятностная оценка погрешностей и именно ее следует использовать для выбора «запаса на незнание», который предлагается обязательно применять в акустическом расчете СВКВ для гарантии выполнения допустимых норм шума в вентилируемом помещении (ранее этого не делалось).
Но и вероятностная оценка погрешностей результата свидетельствует в данном случае о том, что достичь высокой точности результатов расчета по первому способу затруднительно даже для очень простых схем и низкоскоростной системы вентиляции. Для простых, сложных, низко- и высокоскоростных схем СВКВ удовлетворительной точности и надежности такого расчета можно достигнуть во многих случаях лишь по второму способу.
Второй способ акустического расчета . На морских судах давно используют способ расчета, основанный частично на аналитических зависимостях, но решающим образом — на экспериментальных данных . Используем опыт таких расчетов на судах для современных зданий. Тогда в вентилируемом помещении, обслуживаемом одним j-м воздухораспределителем, уровни шума L j , дБ, в расчетной точке следует определять по следующей формуле:
где L wi — звуковая мощность, дБ, генерируемая в i-м элементе СВКВ, R i — звукоизоляция в i-м элементе СВКВ, дБ (см. первый способ),
величина, учитывающая влияние помещения на шум в нем (в строительной литературе иногда вместо Q используют B). Здесь r j — расстояние от j-го воздухораспределителя до расчетной точки помещения, Q — постоянная звукопоглощения помещения, а величины χ, Φ, Ω, κ— эмпирические коэффициенты (χ— коэффициент влияния ближнего поля, Ω— пространственный угол излучения источника, Φ— фактор направленности источника, κ— коэффициент нарушения диффузности звукового поля).
Если в помещении современного здания размещены m воздухораспределителей, уровень шума от каждого из которых в расчетной точке равен L j , то суммарный шум от всех них должен быть ниже допустимых для человека уровней шума, а именно:
где L H — санитарная норма шума . По второму способу акустического расчета звуковая мощность L wi , генерируемая во всех элементах СВКВ, и звукоизоляция R i , имеющая место быть во всех этих элементах, для каждого из них находится предварительно экспериментально. Дело в том, что за последние полтора-два десятилетия сильно прогрессировала электронная техника акустических измерений, совмещенная с компьютером .
В результате предприятия, выпускающие элементы СВКВ, должны указывать в паспортах и каталогах характеристики L wi и R i , измеренные в соответствии с национальными и международными стандартами . Таким образом, во втором способе учитывается генерация шума не только в вентиляторе (как в первом способе), но и во всех остальных элементах СВКВ, что для средне- и высокоскоростной систем может иметь существенное значение.
Кроме того, поскольку невозможно рассчитать звукоизоляцию R i таких элементов системы как кондиционеры, отопительные агрегаты, регулирующие и воздухораспределительные устройства, поэтому их в первом способе нет. Но ее можно определить с необходимой точностью путем стандартных измерений, что и делается теперь для второго способа. В итоге, второй способ, в отличие от первого, охватывает практически все схемы СВКВ.
И, наконец, второй способ учитывает влияние свойств помещения на шум в нем, а также значения допустимых для человека шума согласно в данном случае действующих строительных норм и правил . Основной недостаток второго метода состоит в том, что в нем нет учета акустического взаимодействия между элементами системы — интерференционных явлений в трубопроводах.
Суммирование по указанной формуле акустического расчета СВКВ звуковых мощностей источников шума в ваттах, а звукоизоляции элементов в децибелах справедливо лишь, по меньшей мере, когда интерференции звуковых волн в системе нет. А когда интерференция в трубопроводах есть, то она может быть источником мощного звука, на чем основано, например, звучание некоторых духовых музыкальных инструментов.
Второй метод уже вошел в учебное пособие и в методические указания по курсовым проектам строительной акустики для студентов старших курсов Санкт-Петербургского государственного политехнического университета . Неучет интерференционных явлений в трубопроводах увеличивает «запас на незнание» или требует в ответственных случаях экспериментальной доводки результата до нужной степени точности и надежности.
Для выбора «запаса на незнание» предпочтительной является, как было показано выше для первого способа, вероятностная оценка погрешностей, которую предлагается обязательно применять в акустическом расчете СВКВ зданий для гарантии выполнения допустимых норм шума в помещениях при проектировании современных зданий.
Третий способ акустического расчета . Этот метод учитывает интерференционные процессы в узком трубопроводе длинной линии. Такой учет может кардинально повысить точность и надежность результата. С указанной целью предлагается для узких труб применить «способ импедансов» академика АН СССР и РАН Бреховских Л.М., который он использовал при расчете звукоизоляции произвольного числа плоскопараллельных слоев .
Итак, определим сначала входной импеданс плоскопараллельного слоя толщиной δ 2 , постоянная распространения звука которого γ 2 = β 2 + ik 2 и акустическое сопротивление Z 2 = ρ 2 c 2 . Обозначим акустическое сопротивление в среде перед слоем, откуда падают волны, Z 1 = ρ 1 c 1 , а в среде за слоем имеем Z 3 = ρ 3 c 3 . Тогда звуковое поле в слое, при опущении фактора i ωt, будет представлять собой суперпозицию волн, бегущих в прямом и обратном направлениях, со звуковым давлением
Входной импеданс всей системы слоев (формула) может быть получен простым (n - 1)-кратным применением предыдущей формулы, тогда имеем
Применим теперь, как в первом способе, теорию длинных линий к цилиндрической трубе . И таким образом, при интерференции в узких трубах имеем формулу звукоизоляции в дБ длинной линии системы вентиляции :
Входные импедансы здесь могут быть получены как, в простых случаях, расчетом , так и, во всех случаях, измерением на специальной установке современной акустической аппаратурой . По третьему способу, аналогично первому способу, имеем звуковую мощность, исходящую из воздуховода нагнетания в конце длинной линии СВКВ и поступающую в вентилируемое помещение по схеме:
Далее идет оценка результата, как в первом способе с «запасом на незнание», и уровня звукового давления помещения L, как во втором способе. Окончательно получаем следующую основную формулу акустического расчета системы вентиляции и кондиционирования воздуха зданий:
При надежности расчета 2Φ(t)= 0,9973 (практически высшая степень надежности) имеем t = 3 и величины погрешностей равны 3σ Li и 3σ Ri . При надежности 2Φ(t)= 0,95 (высокая степень надежности) имеем t = 1,96 и величины погрешностей равны примерно 2σ Li и 2σ Ri , При надежности 2Φ(t)= 0,6827 (инженерная оценка надежности) имеем t = 1,0 и величины погрешностей равны σ Li и σ Ri Третий способ, устремленный в будущее, более точен и надежен, но и более сложен — требует высокой квалификации в областях строительной акустики, теории вероятностей и математической статистики, современной измерительной техники.
Его удобно использовать в инженерных расчетах с применением компьютерных технологий. Он, по мнению автора, может быть предложен в качестве нового метода акустического расчета системы вентиляции и кондиционирования воздуха зданий.
Подводя итоги
Решение назревших вопросов разработки нового метода акустического расчета должно учитывать лучшее из уже имеющихся способов. Предлагается такой новый метод акустического расчета СВКВ зданий, который имеет минимальный «запас на незнание"BB, благодаря учету погрешностей методами теории вероятностей и математической статистики и учету интерференционных явлений методом импедансов.
Представленные в статье сведения о новом методе расчета не содержат некоторых необходимых подробностей, полученных дополнительными исследованиями и практикой работы, и которые составляют «ноу-хау» автора. Конечная цель нового метода — обеспечить выбор комплекса средств снижения шума системы вентиляции и кондиционирования воздуха зданий, который увеличивает, по сравнении с существующим, эффективность, уменьшая вес и стоимость СВКВ.
Технические регламенты в области промышленного и гражданского строительства пока отсутствуют, поэтому разработки в области, в частности, снижения шума СВКВ зданий актуальны и должны быть продолжены, по меньшей мере, до принятия таких регламентов .
- Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах // М.: Издательство Академии наук СССР. 1957.
- Исакович М.А. Общая акустика // М.: Издательство «Наука», 1973.
- Справочник по судовой акустике. Под редакцией И.И. Клюкина и И.И. Боголепова. - Ленинград, «Судостроение», 1978.
- Хорошев Г.А., Петров Ю.И., Егоров Н.Ф. Борьба с шумом вентиляторов // М.: Энергоиздат, 1981.
- Колесников А.Е. Акустические измерения. Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специальности «Электроакустика и ультразвуковая техника» // Ленинград, «Судостроение», 1983.
- Боголепов И.И. Промышленная звукоизоляция. Предисловие акад. И.А. Глебова. Теория, исследования, проектирование, изготовление, контроль // Ленинград, «Судостроение», 1986.
- Авиационная акустика. Ч. 2. Под ред. А.Г. Мунина. - М.: «Машиностроение», 1986.
- Изак Г.Д., Гомзиков Э.А. Шум на судах и методы его снижения // М.: «Транспорт», 1987.
- Снижение шума в зданиях и жилых районах. Под ред. Г.Л. Осипова и Е.Я. Юдина. - М.: Стройиздат, 1987.
- Строительные нормы и правила. Защита от шума. СНиП II-12-77. Утверждены постановлением Государственного комитета Совета Министров СССР по делам строительства от 14 июня 1977 г. №72. - М.: Госстрой России, 1997.
- Руководство по расчету и проектированию шумоглушения вентиляционных установок. Разработано к СНиПу II-12–77 организациями НИИ строительной физики, ГПИ сантехпоект, НИИСК. - М.: Стройиздат, 1982.
- Каталог шумовых характеристик технологического оборудования (к СНиП II-12–77). НИИ строительной физики Госстроя СССР // М.: Стройиздат, 1988.
- Строительные нормы и правила Российской Федерации. Защита от шума (Sound protection). СНиП 23-03–2003. Приняты и введены в действие постановлением Госстроя России от 30 июня 2003 г. №136. Дата введения 2004-04-01.
- Звукоизоляция и звукопоглощение. Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности «Промышленное и гражданское строительство» и «Теплогазоснабжение и вентиляция» под ред. Г.Л. Осипова и В.Н. Бобылева. - М.: Издательство АСТ-Астрель, 2004.
- Боголепов И.И. Акустический расчет и проектирование системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Методические указания к курсовым проектам. Санкт-Петербургский государственный политехнический университет // Санкт-Петербург. Издательство СПбОДЗПП, 2004.
- Боголепов И.И. Строительная акустика. Предисловие акад. Ю.С. Васильева // Санкт-Петербург. Издательство Политехнического университета, 2006.
- Сотников А.Г. Процессы, аппараты и системы кондиционирования воздуха и вентиляции. Теория, техника и проектирование на рубеже столетий // Санкт-Петербург, Издательство AT-Publishing, 2007.
- www.integral.ru. Фирма «Интеграл». Расчет уровня внешнего шума систем вентиляции по: СНиПу II-12–77 (ч. II) - «Руководство по расчету и проектированию шумоглушения вентиляционных установок». Санкт-Петербург, 2007.
- www.iso.org - сайт в Интернете, на котором имеется полная информация о Международной организации по стандартизации ISO, каталог и Интернет-магазин стандартов, через который можно приобрести любой действующий в настоящее время стандарт ISO в электронном или печатном виде.
- www.iec.ch - сайт в Интернете, на котором имеется полная информация о Международной электротехнической комиссии IEC, каталог и Интернет-магазин ее стандартов, через который можно приобрести действующий в настоящее время стандарт IEC в электронном или печатном виде.
- www.nitskd.ru.tc358 - сайт в Интернете, на котором имеется полная информация о работе технического комитета ТК 358 «Акустика» Федерального агентства по техническому регулированию, каталог и Интернет-магазин национальных стандартов, через который можно приобрести действующий в настоящее время необходимый российский стандарт в электронном или печатном виде.
- Федеральный закон от 27 декабря 2002 г. №184-ФЗ «О техническом регулировании» (с изменениями от 9 мая 2005 г.). Принят Государственной Думой 15 декабря 2002 г. Одобрен Советом Федерации 18 декабря 2002 г. О реализации настоящего Федерального закона см. приказ Госгортехнадзора РФ от 27 марта 2003 г. №54.
- Федеральный закон от 1 мая 2007 г. №65-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «О техническом регулировании».
Вентиляционные системы шумят и вибрируют. Интенсивность и область распространения звуков зависит от места расположения основных агрегатов, протяжённости воздуховодов, общей производительности, а также типа здания и его функционального назначения. Расчёт шума от вентиляции призван подобрать механизмы работы и используемые материалы, при которых он не будет выходить за рамки нормативных значений, и входит в проект вентсистем, как один из пунктов.
Вентиляционные системы состоят из отдельных элементов, каждый из которых является источником неприятных звуков:
- У вентилятора это может быть лопасть или двигатель. Лопасть шумит из-за резкого перепада давления с одной и другой стороны. Двигатель - из-за поломки или неправильной установки. Охлаждающие установки издают шум по тем же причинам, также добавляется неправильная работа компрессора.
- Воздуховоды. Есть две причины: первая – вихревые образования из воздуха, ударяющиеся о стенки. Подробнее мы об этом говорили в статье . Вторая – гул в местах изменения сечения воздуховода. Проблемы решаются снижением скорости движения газа.
- Строительные конструкции. Побочные шум от вибраций вентиляторов и других установок, передающиеся на элементы здания. Решение осуществляется за счет монтажа специальных опор или прокладок для гашения вибрации. Наглядный пример - кондиционер в квартире: если внешний блок закреплен не во всех точках, или монтажники забыли поставить защитные прокладки, то его работа может доставлять акустический дискомфорт у хозяев установки или их соседей.
Способы передачи
Существует три пути распространения звука, и, чтобы рассчитать звуковую нагрузку, надо знать, как именно он передаётся всеми тремя способами:
- Воздушный: шум от работающих установок. Распространяется как внутри, так и снаружи здания. Основной источник нагрузки для людей. Например, крупный магазин, кондиционеры и холодильные установки у которого расположены с тыльной части здания. Звуковые волны распространяются во все стороны до близлежащих домов.
- Гидравлический: источник шума - трубы с жидкостью. Звуковые волны передаются на большие расстояния по всему зданию. Вызывается изменением размера сечения трубопровода и нарушением работы компрессора.
- Вибрационный: источник - строительные конструкции. Вызывается неправильной установкой вентиляторов или других частей системы. Передаётся по всему зданию и за его пределы.
Некоторые специалисты в расчётах используют научные изыскания из других стран. Например, есть формула, опубликованная в немецком журнале: с её помощью рассчитывается генерация звука стенками воздуховода, в зависимости от скорости движения потока воздуха.
Способ замера
Часто требуется замерить допустимый уровень шума или интенсивность вибраций в уже смонтированных, работающих системах вентиляции. Классический способ измерения подразумевает использование специального прибора «шумомера»: он определяет силу распространения звуковых волн. Замер ведётся с использованием трёх фильтров, позволяющих отсекать ненужные звуки за границей исследуемой зоны. Первый фильтр – замеряет звук, интенсивность которого не превышает 50 дБ. Второй – от 50 до 85 дБ. Третий – свыше 80 дБ.
Вибрации измеряются в Герцах (Гц) для нескольких точек. Например, в непосредственной близости от источника шума, затем на определенном расстоянии, после этого - в самой отдалённой точке.
Нормы и правила
Правила расчёта шума от работы вентиляции и алгоритмы выполнения вычислений указаны в СНиП 23-03-2003 «Защита от шума»; ГОСТ 12.1.023-80 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Шум. Методы установления значений шумовых характеристик стационарных машин».
При определении звуковой нагрузки около зданий необходимо помнить, что нормативные значения даны для интервально-работающей механической вентиляции и открытых окнах. Если берутся в расчёт закрытые окна и принудительная система воздухообмена, способная обеспечить проектную кратность, то в качестве норм используются другие параметры. Предельный уровень шума вокруг здания повышается до границы, позволяющей сохранить нормативные параметры внутри помещения.
Требования по уровню звуковой нагрузки для жилы и общественных зданий зависят от их категории:
- А – наилучшие условия.
- Б - комфортная среда.
- В – уровень шума на границе предельного.
Акустический расчёт
Применяется проектировщиками для определения шумопоглащения. Основная задача акустического расчета – вычислить актавный спектр звуковых нагрузок во всех точках, определённых заранее, а полученное значение сравнить с нормативным, максимально допустимыми. При необходимост снизить до установленных стандартов.
Расчёт выполняется по шумовым характеристикам ветиляционного оборудования, они должны указываться в технической документации.
Точки расчёта:
- непосредственное место установки оборудования;
- соседние помещения;
- все помещения, где работает вентсистема, включая подвальные;
- комнаты транзитного приложения воздушных каналов;
- места впуска приточки или выпуска вытяжки.
Акустический расчёт выполнятся по двум основным формулам, выбор которых зависит от места расположения точки.
- Точка расчёта берётся внутри здания, в непосредственно близости от вентилятора. Звуковое давление зависит от мощности и количества вентиляторов, направленности волн и других параметров. Формула 1 для определения октавных уровней звукового давления от одного или нескольких вентиляторов выглядит так:
где L Pi - мощность звука в каждой октаве;
∆L помi - уменьшение интенсивности шумовой нагрузки, связанное с разнонаправленным движением звуковых волн и потерями мощности от распространения в воздушной среде;
По формуле 2 определяется ∆L помi:
где Фi - безразмерный фактор вектора распространения волн;
S -площадь сферы или полусферы, которая захватывает вентилятор и точку расчёта, м 2 ;
B - неизменное значение акустической постоянной в помещении, м 2 .
- Точка расчёта берётся за пределами здания на близлежащей территории. Звук от работы распространяется через стенки вентшахт, решётки и корпус вентилятора. Условно принимается, что источник шума - точечный (расстояние от вентилятора до расчетной позиции на порядок больше, чем размер аппарата). Тогда октавный уровень шумового давления вычисляется по формуле 3:
где L Pоктi - октавная мощность источника шума, дБ;
∆L Pсетиi - потеря мощности звука при его распространение по воздуховоду, дБ;
∆L нi - показатель направленности излучения звука, дБ;
r - длина отрезка от вентилятора до точки расчёта, м;
W - угол излучения звука в пространстве;
b a - снижение интенсивности шума в атмосфере, дБ/км.
Если на одну точку действует несколько источников шума, например, вентилятор и кондиционер, то методика вычислений немного меняется. Нельзя просто взять и сложить все источники, поэтому опытные проектировщики идут по другому пути, убирая все ненужные данные. Вычисляется разница между наибольшим и наименьшим по интенсивности источником, а полученное значение сравнивается с нормативным параметром и плюсуется к уровню наибольшего.
Снижение звуковой нагрузки от работы вентилятора
Существует комплекс мер, позволяющих нивелировать неприятные человеческому уху факторы шума от работы вентилятора:
- Выбор оборудования. Профессиональный проектировщик, в отличие от дилетанта, всегда обращает внимание на шум от системы и подбирает вентиляторы, обеспечивающие нормативные параметры микроклимата, но, при этом, без большого запаса по мощности. На рынке представлен широкий ассортимент вентиляторов с глушителями, они хорошо защищают от неприятных звуков и вибраций.
- Выбор места установки. Мощное вентиляционное оборудование монтируется только за пределами обслуживаемого помещения: это может быть крыша или специальная камера. Например, если поставить вентилятор на чердак в панельном доме, то жильцы на последнем этаже сразу почувствуют дискомфорт. Поэтому в таких случаях используются только крышные вентиляторы.
- Подбор скорости движения воздуха по каналам. Проектировщики исходят из акустического расчёта. Например, для классического воздуховода 300×900 мм она не более 10 м/с.
- Виброизоляция, звукоизоляция и экранирование. Виброизоляция предполагает установку специальных опор, которые гасят вибрации. Звукоизоляция осуществляется оклейкой корпусов специальным материалом. Экранирование включает в себя отсечение источника звука от здания или помещения с помощью щита.
Расчёт шума от вентиляционных систем предполагает нахождение таких технических решений, когда работа оборудования не будет мешать людям. Это сложная задача, требующая навыков и опыта в этой области.
В компании «Мега.ру» давно занимаются вопросами вентилирования и создания оптимальных условий микроклимата. Наши специалисты решают проблемы любой сложности. Мы работаем в Москве и граничащих с ней регионах. Служба технической поддержки ответит на все вопросы по телефонам, указанным на странице . Возможно удалённое сотрудничество. Обращайтесь!
