Пример акустический расчет системы вентиляции. Проверочные акустические расчеты воздушного шума. Расчетная точка находится в помещении, смежном с помещением, где установлен вентилятор

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:

1. А – наилучшие условия.
2. Б - комфортная среда.
3. 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.

1. 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 .

1. 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!

Акустический расчет производят для каждой из восьми октавных полос слухового диапазона (для которых нормируются уровни шума) со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Для центральных систем вентиляции и кондиционирования воздуха с разветвленными сетями воздуховодов допускается осуществлять акустический расчет только для частот 125 и 250 Гц. Все расчеты выполняют с точностью до 0,5 Гц и округлением конечного результата до целого числа децибел.

При работе вентилятора в режимах КПД большего или равного 0,9 КПД максимума 6 = 0. При отклонении режима работы вентилятора не более 20% максимума КПД принимают 6=2 дБ, а при отклонении более чем на 20% - 4 дБ.

Рекомендуется для снижения уровня звуковой мощности, генерируемой в воздуховодах, принимать следующие максимальные скорости движения воздуха: в магистральных воздуховодах общественных зданий и вспомогательных помещений промышленных зданий 5-6 м/с, а в ответвлениях - 2-4 м/с. Для промышленных зданий эти скорости можно увеличивать в 2 раза.

Для систем вентиляции с разветвленной сетью воздуховодов акустический расчет делают только для ветви к ближайшему помещению (при одинаковых допускаемых уровнях шума), при разных уровнях шума - для ветви с наименьшим допускаемым уровнем. Акустический расчет для воздухоприемных и выбросных шахт делают отдельно.

Для централизованных систем вентиляции и кондиционирования воздуха с разветвленной сетью воздуховодов расчет можно делать только для частот 125 и 250 Гц.

При поступлении шума в помещение от нескольких источников (из приточных и вытяжных решеток, от агрегатов, местных кондиционеров н др.) выбирают несколько расчетных точек на рабочих местах, ближайших к источникам шума. Для этих точек определяют октавные уровни звукового давления от каждого источника шума в отдельности.

При различных в течение суток нормативных требованиях к уровням звукового давления акустический расчет выполняют на наиболее низкие допустимые уровни.

В общем числе источников шума т не учитывают источники, создающие в расчетной точке октавные уровни на 10 и 15 дБ ниже нормативных, при числе их соответственно не более 3 и 10. Не учитывают также дросселирующие устройства у вентиляторов.

Несколько равномерно распределенных по помещению приточных или вытяжных решеток от одного вентилятора можно рассматривать как один источник шума при проникании через них шума от одного вентилятора.

При расположении в помещении нескольких источников одинаковой звуковой мощности уровни звукового давления в выбранной расчетной точке определяют по формуле

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.

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 могут использоваться 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 .

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

где L Pоктi - октавный уровень звуковой мощности источника шума, дБ;

∆L Pсетиi - суммарное снижение уровня звуковой мощности по пути распространения звука в воздуховоде в рассматриваемой октавной полосе, дБ;

∆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.

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