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

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

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.

Источниками шума в вентиляционных системах являются работающий вентилятор, электродвигатель, воздухораспределители, воздухозаборные устройства.

По природе возникновения различают аэродинамический и механиче­ский шум. Аэродинамический шум вызывается пульсациями давления при вращении колеса вентилятора с лопатками, а также за счет интенсивной турбулизации потока. Механический шум возникает в результате вибрации стенок кожуха вентилятора, в подшипниках, в передаче.

Для вентилятора характерно существование трех независимых путей распространения шума: по воздуховодам на всасывании, по воздуховодам на нагнетании, через стенки кожуха в окружающее пространство. В при­точных системах наиболее опасным является распространение шума в сторону нагнетания, в вытяжных - в сторону всасывания. Уровни звуко­вого давления по этим направлениям, измеренные в соответствии со стандартами, указываются в паспортных данных и каталогах вентиляци­онного оборудования.

Для уменьшения шума и вибрации проводится ряд предупредительных мер: тщательная балансировка рабочего колеса вентилятора; применение вентиляторов с меньшим числом оборотов (с лопатками, загнутыми назад и максимальным КПД); крепление вентиляторных агрегатов на виброоснова­ниях; присоединение вентиляторов к воздуховодам с помощью гибких вставок; обеспечение допустимых скоростей движения воздуха в воздухо­водах, воздухораспределительных и воздухоприемных устройствах.

Если перечисленных мероприятий недостаточно, для снижения шума в вентилируемых помещениях применяют специальные шумоглушители.

Шумоглушители бывают трубчатые, пластинчатые и камерного типа.

Трубчатые глушители выполняются в виде прямого участка металли­ческого воздуховода круглого или прямоугольного сечения, облицованного изнутри звукопоглощающим материалом, применяются при площади сече­ния воздуховодов до 0,25 м 2 .

При больших сечениях применяются пластинчатые глушители, основ­ным элементом которых является звукопоглощающая пластина - металли­ческая перфорированная по бокам коробка, заполненная звукопоглощаю­щим материалом. Пластины устанавливаются в прямоугольном кожухе.

Шумоглушители обычно устанавливаются в приточных механических системах вентиляции общественных зданий со стороны нагнетания, в вы­тяжных системах - со стороны всасывания. Необходимость установки шу­моглушителей определяется на основании акустического расчета вентиля­ционной системы. Смысл акустического расчета:

1) устанавливается допустимый уровень звукового давления для дан­ного помещения;

2) определяется уровень звуковой мощности вентилятора;

3) определяется снижение уровня звукового давления в вентиляцион­ной сети (на прямых участках воздуховодов, в тройниках и т.п.);

4) определяется уровень звукового давления в расчетной точке поме­щения, ближе всего расположенного к вентилятору со стороны нагнетания для приточной системы и со стороны всасывания - для вытяжной системы;

5) сравнивается уровень звукового давления в расчетной точке поме­щения с допустимым уровнем;

6) в случае превышения подбирается шумоглушитель необходимой конструкции и длины, определяется аэродинамическое сопротивление глу­шителя.

СНиП устанавливает допустимые уровни звукового давления, дБ, для различных помещений по среднегеометрическим частотам: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Наиболее интенсивно шум вентилятора про­является в низких октавных полосах (до 300 Гц), поэтому в курсовом про­екте акустический расчет производится в октавных полосах 125, 250 Гц.

В курсовом проекте необходимо произвести акустический расчет приточной системы вентиляции центра долголетия и подобрать шумоглушитель. Ближайшее помещение со стороны нагнетания вентилятора – комната наблюдения(дежурный) размером 3,7x4,1x3 (h) м, объемом 45,5 м 3 , воздух поступает через жалюзийную решетку типа Р150 размером 150x150 мм. Скорость выхода воздуха не превышает 3 м/с. Воздух из решетки выходит параллельно потолку (угол Θ = 0°). В приточной камере установлен радиальный вентилятор ВЦ4 75-4 с параметрами: производи­тельность L = 2170 м 3 /ч, развиваемое давление Р = 315,1 Па, частота вращения n= =1390 об/мин. Диаметр колеса вентилятора D=0,9 ·D ном.

Схема расчетной ветви воздуховодов представлена на рис. 13.1а

1) Устанавливаем допустимый уровень звукового давления для данного помещения .

2) Определяем октановый уровень звуковой мощности аэродинамического шума, излучаемого в вентиляционную сеть со стороны нагнетания, дБ, по формуле:

Так как расчет мы выполняем для двух октановых полос, то удобно пользоваться таблицей. Результаты расчета октавного уровня звуковой мощности аэродинамического шума, излучаемого в вентиляционную сеть со стороны нагнетания, заносим в табл. 13.1.

№ пп	Определяемые величины	Усл.обоз -начения	Ед.измерения	Формула (источник)	Значения величин в октановых полосах, Гц
	Допустимый уровень шума в помещении		дБ
	Октановый уровень звуковой мощности аэродинамического шума вентилятора		дБ		80,4	77,4
2.1.	Критерий шумности вентилятора		дБ
2.2.	Давление, развиваемое вентилятором		Па		315,1	315,1
2.3.	Секундная производительность вентилятора	Q	м 3 /с	L/3600	0,6	0,6
2.4.	Поправка на режим работы вентилятора		дБ
2.5.	Поправка, учитывающая распределение звуковой мощности по октановым полосам		дБ
2.6.	Поправка, учитывающая присоединение воздуховодов		дБ

3) Определяем снижение звуковой мощности в элементах вентиляционной сети, дБ:

где - сумма снижений уровня звукового давления в различных элементах сети воздуховода до входа в расчетное помещение.

3.1. Снижение уровня звуковой мощности на участках металлического воздуховода круглого сечения:

Значение снижения уровня звуковой мощности в металлических воздуховодах круглого сечения принимаем по

3.2. Снижение уровня звуковой мощности в плавных поворотах воздуховодов, определяем по . При плавном повороте шириной 125-500 мм – 0 дБ.

3.3. Снижение октановых уровней звуковой мощности в разветвлении, дБ:

где m n – отношение площадей сечений воздуховодов ;

Площадь сечения воздуховода ответвления, м 2 ;

Площадь сечения воздуховода перед ответвлением, м 2 ;

Суммарная площадь поперечных сечений воздуховодов ответвлений, м 2 .

Узлы разветвлений для вентиляционной системы (рис. 13.1а) показаны на рисунках 13.1, 13.2,13.3,13.4

Узел 1 Рис 13.1.

Расчет для полос 125 Гц и 250 Гц.

Для тройника - поворота (узел 1):

Узел 2 Рис 13.2.

Для тройника – поворота (узел 2):

Узел 3 Рис 13.3.

Для тройника – поворота (узел 3):

Узел 4 Рис 13.4.

Для тройника – поворота (узел 4):

3.4. Потери звуковой мощности в результате отражения звука от приточной решетки Р150 для частоты 125 Гц - 15 дБ, 250 Гц – 9дБ .

Суммарное снижение уровня звуковой мощности в вентиляционной сети до расчетного помещения

В октановой полосе 125 Гц:

В октановой полосе 250 Гц:

4)Определяем октановые уровни звукового давления в расчетной точке помещения. При объеме помещения до 120 м 3 и при расположении расчетной точки не менее чем на 2м от решетки средний по помещению октановый уровень звукового давления в помещении, дБ,можно определять:

В – постоянная помещения, м 2 .

Постоянную помещения в октановых полосах частот следует определять по формуле

Так как октавный уровень звуковой мощности в расчетной точке помещения меньше допустимого(для среднегеометрической частоты 125 48,5<69; для среднегеометрической частоты 250 53,6< 63) ,то шумоглушитель устанавливать не стоит.

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.