中央空调噪声控制探讨

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摘要： 目前，中央空调系统在我国建筑行业中被普遍采用, 但改善室内微气候舒适性的同时也带来了噪声, 给人们的生活和工作造成极大的影响。中央空调系统的噪声控制一直是空调系统设计及施工的难点及重点，本文结合参与工程的实践, 分析空调系统噪声的来源与其控制方法,以解决工程中遇到的新问题与挑战，提高建筑物的整体噪声控制水平。

关键词：中央空调，噪声控制，振动，频率

中图分类号：TB494 文献标识码：A

一、中央空调系统的噪声源

空调系统噪声源包括风机噪声、送回风管道的气流噪声、末端风口噪声、制冷机组及其辅助设备的噪声与振动等。空调噪声的传播方式包括空气传播与固体传播，空气噪声传播包括风管的噪声传播与末端噪声直接辐射等；固体声传播主要包括制冷机组、水泵、冷却塔、管道等设备振动的传播。产生的噪声可通过风管直接传入空调房间，也可通过建筑物的结构墙、板或基础传入室内。

根据噪声的来源，将空调系统的噪声可分为设备噪声、气流噪声、振动噪声。

二、中央空调系统噪声的产生

1、设备运转产生的噪声

设备噪声又可称为机械噪声，它是由于空调系统设备本身的机械运转而产生的噪声。电磁噪声的产生是由于电机多采用交流电机而引起的交流噪声。

设备噪声是本身所固有的，与结构设计方案和制造、装配精度有着密切联系。

2、气流产生的噪声

在管道内，气流产生噪声的机理主要有：一是气流激发管壁所产生的振动，这种固体噪声以中低频为主，一般服从流速四次方规律；另一种是气流涡流脱离附面层时直接发声，这种由于气流湍流产生的噪声本质上是一种偶极子辐射，呈中高频特征，大致按流速的六次方规律变化，这两种噪声同时存在，流速低时以前者为主，流速提高时逐渐以后者为主。

气流产生的噪声主要由以下几个方面引起的：

 （1）通风机风扇叶片转动引起的空气湍流；

 （2）空气在风管内遇有弯头、三通、支管等配件产生的湍流；

 （3）高速送风气流喷入室内静止的空气中产生的湍流；

 （4）管道中空气的紊流引起管壁振动；

 （5）外界噪声通过气流从风口传入室内。

3、振动产生的噪声

 在空调风系统和水系统中，各类运转设备，如风机、水泵、冷水机组等产生的振动通过建筑物的结构基础进行传播。空调、制冷设备的振动以弹性波的形式沿建筑结构传到所有与机房毗邻的房间，并以空气声的形式被人所感受到。

三、中央空调系统噪声的控制方法

空调噪声控制的主要方法是设备噪声的控制以及消声、隔声、吸声、隔振等内容。

1、设备噪声的控制

设备噪声控制的主要办法有：

（1）设备选购时，尽量选用低噪音、低转速、小型号的设备。

（2）将设备集中安装在离空调房间较远的地下室或设备层，一般指空调机房。

（3）对于较大的空调空间，可采用多台小匹数室内机代替一台大匹数室内机。（4）风管机式室内机应采用后回风而不采用下回风；在一定条件下也可采用吊顶回风方式处理室内机的噪音，以满足房间的消声要求。

2、 空调系统的消声

空调系统的消声，通常采用在通风管道内安装消声器降低噪声声压级。消声器是一种既可以使气流顺利通过又能有效地降低噪声的设备，或者说，消声器是一种具有效降低噪声的管道、弯头、箱体。

在噪声控制技术中，消声器是应用最多最广泛的设备。选择空调音声器时，应根据系统所需的消声量、噪声源频率特性和消声器的声学性能及空气性能等因素，采用阻性、抗性或阻抗复合式消声器。

虽然降低气流噪声的主要方法是安装消声器或其他消声构件，但增加了工程成本。事实上，对于许多一般性的舒适空调，很多时候并未安装消声器。这除了气流在流过风管时，由于气流与管壁的磨擦，气流的转弯，扩张收缩，声波的折射反射引起噪声的自然衰减外，施工过程中的工艺控制也是降低气流噪声的重要措施。其主要方法有：

（1）合理选用风管钢板厚度。由于风管内气流压力变化引起钢板振动，产生气流噪声。如用厚度低一级的钢板在主干风管上，气流噪声明显增大。通过对比施工实验可知，当截面是630×160mm的矩形风管若用0.5mm钢板比采用规范要求的0.75mm钢板，用分贝仪测得的气流噪声可高出3～5％左右。

（2）在风管三通、弯头等配件处，根据风管截面尺寸，安装导流叶片，可减少气体的湍流，使气流噪声降低。

（3）避开在风管弯头、三通、变径处安装风口，减少气体涡流产生的气流噪声。

（4）风管施工应制作平直，内表面应平整，应减少拼接；拼接缝的连接应严密牢固，折角应平直；减少弯头、马肚、三通等构件，使气流顺畅。

（5）风管安装时连接平面应平直，不得错位及扭曲，风口开口不得有毛刺。

（6）风管支吊架距离应合理，固定牢固，这些在一定程度上可减小气流噪声。

3、隔声墙的隔声 

（1）单层匀质实墙隔声性能。单层匀质实墙的隔声性能与入射声波的频率有关，其频率特性取决于墙本身的单位面积质量、刚度、材料的内阻尼以及墙的边界条件等因素。在主要声频范围内，单层匀质实墙隔声性能主要受质量控制，符合“质量定律”，即墙的单位面积质量越优，隔声效果越好，单位面积质量每增加1倍，隔声量增加6dB。由此可见，要提高墙体隔声量，应尽量用厚重的墙体。 

（2）组合墙。通过增加墙体的厚度，可以增大其隔声量。但单纯依靠增加墙体厚度来提高隔声量，显然是不经济的；增加墙体厚度增加了结构的重量，也限制了它的使用范围。多层组合隔墙利用声波穿透不同介质时的反射和衰减吸收来增加隔声量，这种方法可以有效地提高隔声量，并且墙体可以做得很轻。 

组合墙可以通过中间留空气层提高隔声量。空气间层可以看作是连接墙板的“弹簧”，声波入射到第一层墙板时，使墙板发生振动，此振动通过空气层传至第二层墙板。由于空气间层的弹性变形具有减振作用，因此传递到第二层墙体的振动大为减少，从而提高墙体总的隔声量，双层墙的隔声量可以用单位质量等于双层墙单位质量之和的单层墙的隔声量再加上一个空气间层的附加隔声量来估算。空气间层的附加隔声量与空气间层的厚度有关，如果在空气间层内放置吸声材料，但不填满空气间层，可以进一步提高隔声量。通过这些措施，可以很容易使得轻质墙的隔声量达到重墙的水平，具有很好的隔声效果，双面双层12mm纸面石膏板、轻钢龙骨、内填玻璃棉的轻型墙隔声量可与24cm砖墙相当，而重量仅为砖墙的1/100。 

轻质组合墙综合隔声量虽然可以达到重型实墙的水平，但低频的隔声量一般比重墙低，因此在以低频噪声隔绝为主的空间，应尽可能使用重墙。 

4、空调系统的吸声

空调系统噪声通过空调末端或建筑结构传播到空调使用房间内，一部分声能直接传播到耳内，称为直达声；而大部分的声能即通过室内的各个界面多次反射后传播到耳内，称为混响声。人耳听到的声音为直达声与混响声的叠加，如果在室内天花、墙壁或地板等界面布置吸声构造，吸收掉部分反射声能，可使得混响声减弱，这就是吸声的原理。

国内外采用“吸声降噪”的方法进行噪声控制已经非常普遍，一般降噪量可达6-10dB。目前使用吸声材料，因超细玻璃棉是耐高温的不燃材料,吸声系数最大, 具有最好的吸声效果，因而被广泛使用。需要注意的是，吸声降噪只能降低混响声，不能降低直达声，不能把房间内的噪声都吸掉，因此，企图只依靠吸声降低噪声级10dB以上，通常是不可能的

5、空调系统的隔振

减弱空调设备振动的办法是在设备基础处安装与基础隔离开的弹性构件，以消除振动源和接收者之间的刚性连接。如弹簧、橡胶等。

（1）隔振原理

    评价一个隔振装置的好环，通常用振动传递率T来衡量。它表示设备总干扰力有多小通过隔振装置传给了支承结构的。T可表示为

T＝F/F0

F──通过隔振装置传给支撑结构的传递力；

F0──空调设备的总干扰力。

简化为数学表达式：

T＝1/[(f/f0)2－1]

式中  f──设备的振动频率，HZ

      f0──隔振支座的固有频率，HZ

    从公式中可看出，

① 当设备的振动频率f小于隔振系统的固有频率f0时，即f＜ f0，频率比u=f/ f0＜1,此时振动传递率T＞1，设备总干扰力全部由隔振装置传给了支撑结构，这时，隔振系统起不到减振作用。

② 当f＝ f0，即u＝1。T趋于无穷大，此时隔振系统发生共振，隔振装置不但不起作用，反而加剧整个系统的振动。

③ 当u> 1 时，则T

   由此得出结论：在隔振系统中，频率比f/f0越大，则振动传递比T越小，隔振效果越好。

（2）设备基础隔振与管道隔振

在空调设备的隔振施工时，力求采用最佳的隔振效果。

① 通风机：通风机的振动频率通常在10～20HZ范围，一般民用建筑在选择风机时，其风机转速在1000转/分左右，所以，要选择固有频率较低的隔振装置，如采用金属弹簧效果较好。

② 冷水机组：由于压缩机转速很高，相应的扰动频率也高，因此采用弹性隔振垫即可。但施工时，要合理选用支撑面积。面积过小，起不到隔振效果，过大隔振材料会变硬，而失去隔振效果。

③ 水泵：水泵的扰动频率在24～48HZ范围，所以采用隔振器和橡胶隔振垫都可达到很满意的隔振效果。

④ 冷却塔：冷却塔风机转速低，振动频率低，一般不作隔振处理。

⑤ 管道：空调制冷设备并不是孤立的单台设备，而是和管道相连接而构成一个系统，这样设备的振动会通过管道及其支吊架等传给支撑结构墙、板。要避免这一传播，在振动设备与管道之间要实现软性连接，如橡胶软接头、不锈钢波纹软管、帆布软接头等；管道支吊架也可设置弹性减振装置等。

四、空调噪声控制与建筑防噪规划 

建筑设计、空调系统设计与噪声控制如何互相配合，是一个值得研究和注意的问题，如果在建筑设计阶段就把空调设计与噪声控制考虑到位，往往能获得事半功倍、相得益彰的效果；反之，如果在建筑设计的时候考虑欠缺而使得空调系统难以布置，造成不利于噪声控制的局面，再进行弥补往往事倍功半，同样，空调设计也应该结合建筑的实际情况和噪声控制的要求进行，尽可能选取低噪声的方案，或者选取能较方便进行噪声控制的方案。 

建筑设计、空调设计与噪声控制的协作主要涉及建筑内的防噪规划、建筑空间的分配和建筑构造等内容。从控制噪声的观点出发，空调设备的机房应远离空调用房和对噪声控制要求高的房间，这样可以增大噪声的自然衰减，减少空调噪声对空调房间的影响。建筑设计方应尽可能预留足够多空间给空调系统，包括竖井和吊顶空间。在空调用房的布局上，对噪声控制要求高的房间，应集中布置在一个建筑区域内；对于噪声控制要求低的辅助用房或办公用房，以隔绝外界噪声的干扰为主；在建筑构造上，对于产生噪声的房间和需要安静的房间，它们的围护结构需要具有足够的隔声量，一般要做成厚重密实的结构。

结束语 

中央空调系统噪声控制涉及暖通空调、声学、建筑、结构等专业，需要融合各个专业的知识进行综合考虑和设计，各专业密切配合才能进行有效合理的控制。因此，要做好中央空调噪声控制，需要建筑师和暖通空调工程师对噪声控制给以足够的重视，从建筑设计的开始阶段就要考虑如何进行噪声控制，综合考虑声环境与室内微气候环境、室内空气品质等因素进行整体设计。

参考文献

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[3] 马大献. 噪声与振动控制工程手册[M ]. 北京: 机械工业出版社, 2002