Снижения шума систем вентиляции

Шумовой режим в помещениях, обусловленный работой систем вентиляции и кондиционирования воздуха

Все шумы, возникающие в помещениях жилых, производственных и общественных зданий, разделяют на воздушный и структурный (ударный шум – особый случай структурного шума).
Воздушный шум образуется при передаче звуковой энергии от источника звука через воздух ограждающей конструкции здания, приводящей ее в колебательное движение.
Структурный (ударный) шум возникает в результате динамического воздействия твердого тела на конструкцию или другой элемент здания [1]. Вызванные этим воздействием колебания конструкции приводят к излучению ими воздушного шума в смежные изолируемые помещения. Системы вентиляции и кондиционирования создают оба вида шума: воздушный и структурный. Первый вид обусловлен вибрацией систем передающейся непосредственно в воздух, окружающий механизмы, второй вид - вибрацией систем, передающейся на основания под механизмами, и, как следствие, на плиты перекрытий.
1.1 Допустимые уровни шума в помещениях

Для комфортного проживания людей требуется соблюдение научно обоснованных норм по уровням проникающих шумов в изолируемые помещения, где они проводят основное время (таблица 1).
Таблица 1 - Допустимые уровни звука в жилых комнатах квартир (из МСН 2.04-03-2005)

Категория
дома (А, Б, В) Время суток, ч Уровни звукового давления (эквивалентные уровни звукового давления), дБ, в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами, Гц Уровень звука, дБА
Экв.
L Аэкв Макс
LAmaх
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Условия комфортные (А) 07:00-23:00 23:00-07:00 76
69 59
51 48
39 40
31 34
24 30
20 27
17 25
14 23
13 35
25 50
40
Условия комфортные (Б) и предельно допустимые (В) 07:00-23:00 23:00-07:00 79
72 63
55 52
44 45
35 39
29 35
25 32
22 30
20 28
18 40
30 55
45
Примечания
1 При тональном и (или) импульсном характере проникающего шума допустимые уровни звукового давления, уровни звука, эквивалентные уровни звука следует принимать на 5 дБ (дБА) ниже указанных в таблице 1 значений, т.е. с поправкой - 5 дБ (дБА);
2 Допустимые уровни шума от оборудования систем вентиляции, кондиционирования воздуха и воздушного отопления, а также от насосов систем отопления и водоснабжения следует принимать на 5 дБ (5 дБА) ниже указанных в таблице 1 значений, т.е. с поправкой - 5 дБ (дБА). При этом поправка на тональность не учитывается.
В соответствии с МСН 2.04 – 03 – 2005 к инженерному оборудованию, связанному с трубопроводными системами и оказывающему наиболее сильное влияние на шумовой режим зданий относятся: системы вентиляции, кондиционирования воздуха и воздушного отопления; встроенные трансформаторные подстанции (ТП), встроенные индивидуальные тепловые пункты (ИТП), крышные котельные. При этом «шумовыми» агрегатами в перечисленных системах являются вентиляторы, фанкойлы, калориферы, регулирующие устройства в воздуховодах (дроссели, шиберы, клапаны, задвижки), воздухораспредели-тельные устройства (решетки, плафоны, анемостаты), повороты и разветвления воздуховодов, насосы и компрессоры кондиционеров.
1.2 Влияние параметров системы вентиляции и кондиционирования воздуха на ее шумность

Влияние параметров системы вентиляции и кондиционирования воздуха на ее шумность можно оценить с помощью двух, известных из уравнений, справедливых при отсутствии противодавления, когда сопротивление сети равно полному давлению вентилятора [3,5]:
-уравнение для уровня шума в помещении
(1)
-уравнение сети воздуховодов в отвлеченных координатах
(2)
где - величина, включающая критерий подобия вентилятора и звукопоглощение в помещении;
- расход воздуха, м3, и диаметр, м, патрубка вентилятора (воздуховода);
- площадь сечения патрубка вентилятора, м2;
- коэффициент сопротивления, учитывающий потери в фасонных элементах и прямых участках воздуховодов;
- коэффициент давления;
- коэффициент расхода.
Из уравнения (1) видно, что при постоянной рабочей точке ( , ) на характеристике вентилятора величина постоянна для заданного .
Это уравнение также дает возможность оценить влияние параметров сети воздуховодов, а именно:
1 при заданной конфигурации сети и размерах воздуховодов уменьшение расхода снижает уровень шума на величину

(3)

2 увеличение поперечных размеров воздуховодов снижает уровень шума на величину, равную

(4)

3 снижение коэффициента сопротивления сети также является важным средством снижения шума на

(5)

поэтому следует стремиться к применению фасонных элементов более совершенной аэродинамической формы.
Из уравнения (2) следует, что снижение коэффициента гидравлического сопротивления воздуховодов, увеличение их поперечного сечения и уменьшение производительности дает экономию электроэнергии. Мощность, потребляемая вентилятором, пропорциональна произведению расхода воздуха и развиваемого напора, который пропорционален квадрату скорости движения воздуха по воздуховоду.
С одной стороны, увеличение скорости потока воздуха позволяет уменьшить площадь поперечного сечения воздуховода, сделать его компактным и тем самым снизить затраты на изготовление и монтаж. С другой стороны, повышение скорости потока воздуха приведет к необходимости применения высоконапорных вентиляторов, а они при одинаковой производительности с низконапорными значительно увеличивают эксплуатационные расходы. В каждом конкретном случае необходимо искать компромиссное решение между этими противоречивыми требованиями [5].

1.3 Расчет виброизолирующих оснований

Инженерный агрегат – это механическая установка, монтируемая на фундаменте через амортизаторы, представляет собой систему с шестью степенями свободы и с таким же числом собственных частот колебаний. Однако в инженерных расчетах допускается учитывать только вертикальные колебания частотой , принимая
(6)
где ;
N – частота вращения установки, .
Если частота вращения ротора насоса или вентилятора отличается от частоты вращения ротора электродвигателя, то за расчетное значение принимается меньшее значение. Отношение силы, передающейся от установки на фундамент, к возмущающей силе (коэффициент виброизоляции ) определяется по формуле
(7)
Тогда виброизоляция определяется по формуле
(8)
При отношении формула (8) представляется в виде
(9)
Таким образом, для хорошей виброизоляции при малых значениях μ необходимо, чтобы частота собственных колебаний установки была мала по сравнению с частотой возмущающей силы . Требуемая суммарная жесткость виброизоляторов в вертикальном направлении определяется как
(10)
здесь – общая масса установки, включая фундамент (обычно массу фундамента принимают в 2 – 3 раза больше массы установки).
Для уменьшения возбуждения колебаний соответствующих всем степеням свободы центр тяжести установки приближают к центру тяжести виброизоляторов. При этом виброизоляторы в плане располагают симметрично относительно центра тяжести установки. Затем определяют координаты центра тяжести установки в прямоугольной системе координат, моменты инерции установки относительно осей, проходящих через ее центр тяжести. При определении моментов инерции насосы, вентиляторы, лебедки, электродвигатели рассматриваются как цилиндры, а рамы и плиты – как прямоугольные параллелепипеды, что позволяет упростить расчет. После этого находят расстояния точек крепления виброизоляторов от центра тяжести установки при условии, что виброизоляторы размещаются симметрично по периметру прямоугольника.
При расчете пружинных виброизоляторов [6] вначале определяют их жесткость и расчетную нагрузку с учетом влияния динамических усилий, а затем, зная допускаемые напряжения на сдвиг и кручение виброизолятора, вычисляют диаметр проволоки. Число рабочих витков и высоту пружины.
При расчете резиновых виброизоляторов находят площадь поперечного сечения всех виброизоляторов , м2 и рабочую высоту каждого их них , м
(11)
(12)

где - общая масса изолируемой установки, кг;
- расчетное статистическое напряжение в резине – для резины с твердостью по ТМ – 2 до 50 принимают равным ( ) Па, с большей твердостью принимают равным ( ) Па;
- требуемая суммарная жесткость виброизоляторов, Па·м2;
- динамический модуль упругости резины, Па.

Площадь поперечного сечения одного виброизолятора , м2

(13)

где - число виброизоляторов.

В качестве поперечного размера одного виброизолятора принимается размер:
• для цилиндрического сечения – диаметр (14)
• для призматического сечения – сторона квадрата (15)
Для соблюдения устойчивости установки необходимо выполнение условий
или (16)
Если это условие не выполняется, то необходимо заменить тип резины или установить пружинные виброизоляторы. Полная высота (м) виброизолятора определятся по формуле
или (17)
В качестве критерия проверки выбранной системы виброизоляции принимаются условия:
-для агрегатов с расчетной частотой вращения об/мин, ;
-для агрегатов с расчетной частотой вращения об/мин, ;
-для агрегатов с расчетной частотой вращения об/мин, ,
где - частота вынуждающей силы, Гц;
- максимальная из собственных частот виброизолированной установки, Гц.
(18)
где - частоты собственных связанных колебаний в плоскости, перпендикулярной оси , Гц;
- частоты собственных колебаний в плоскости, перпендикулярной оси , Гц;
- частота собственных вращательных колебаний установки в горизонтальной плоскости (вокруг оси ), Гц.
При расчетах виброизоляции и снижения уровня шума принимается, что масса и жесткость плиты перекрытия значительно превышает массу агрегата и упругость виброизоляторов и, следовательно, ими можно пренебречь. Однако при установке вибрирующего оборудования на междуэтажное перекрытие виброизоляция ниже, чем при установке на массивном фундаменте, так как волновые процессы в виброизоляторе и изгибные колебания перекрытия препятствуют дальнейшему росту виброизоляции с повышением частоты.
1.4 Расчет структурного шума в помещениях, смежных с вентиляционными камерами
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 , дБ, определяют по формуле
(19)
где - октавный уровень звуковой мощности структурного шума, излучаемого в помещение при работе вентилятора, дБ;
- акустическая постоянная изолируемого помещения, м2.
Октавный уровень звуковой мощности структурного шума, излучаемого в помещение при работе вентилятора, составляет:
-для вентиляторов, расположенных над изолируемым помещением

(20)
-для вентиляторов, расположенных в техническом помещении вне пределов перекрытия над изолируемым помещением
(21)
где - октавный уровень звуковой мощности воздушного шума, излучаемого вентилятором в вентиляционную камеру, дБ;
- суммарное волновое сопротивление элементов виброизоляторов, на которых установлена холодильная машина, Н с/м;
- входной импеданс перекрытия — несущей плиты, в отсутствие пола на упругом основании, плиты пола — при его наличии, Н с/м;
- условная площадь перекрытия технического помещения над изолируемым помещением, м2.

при ;
при ,

или если техническое помещение не находится над изолируемым помещением, но имеет одну общую с ним стену;
— площадь технического помещения над изолируемым помещением, м2;
— площадь изолируемого помещения, м2;
— общая площадь технического помещения, м2;
— собственная изоляция воздушного шума перекрытием, дБ.

1.5 Определение требуемого снижения шума вентиляционных систем

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
(22)
где - уровень звукового давления в расчетной точке, дБ;
- допустимый уровень звукового давления, дБ [6].
При наличии нескольких источников шума требуемое снижение октавных уровней звукового давления определяется по формуле

где — общее количество принимаемых в расчет источников шума.
В общее количество источников шума при определении требуемого снижения октавных УЗД на селитебной территории включают все источники шума, которые создают в расчетной точке уровни звукового давления, отличающиеся менее чем на 10 дБ.....