屋顶上或楼面上空调设备隔振的效果

屋顶上或楼面上空调设备隔振的效果

通常在一些高层建筑主楼或裙房的屋顶、楼面和技术夹层是空调主机、辅机的安装空间，在屋顶安装数台的热泵、循环水泵、冷却塔及冷水机组等设备，在技术夹层中往往安装了多台冷水泵、热水泵、热交换器、空调机组及新风机组等，在这些空调设备运转时，设备的振动对楼板上下层的房间将产生明显的影响，虽然这些设备也设计了隔振装置，已安装了隔振垫及弹簧隔振器等，但在空调设备运转时，楼层上下还是受到了振动的影响，而且是以低频噪声的形式表示出来。通过二个空调设备隔振处理的工程实例，对空调设备振动的传递途径、楼层结构的微振动、二次结构噪声的辐射等有了初步的了解，下面简要介绍对于安装在屋面或楼面上的空调设备，如何采取措施才能取得良好的隔振效果、如何才能把所产生的固体噪声影响降低至最低程度。

  工程实例一

  上海市漕河泾新兴技术开发区是国家级经济技术开发区和国家级高新技术开发区，聚集微电子、计算机及软件、通信、新材料等高科技企业，同时也是通过ISO14000环境体系的国家示范区，良好的环境是开发区招商的重要标志。漕河泾开发区内某科技产业大楼18层屋面安装有6台Carrier热泵机组，屋面上的机房内安装着供中央空调循环水用的5台水泵，其中3台为ISG150—400B立式单级离心式水泵，功率30KW，转速1450r/min；2台为ISG125—160立式单级离心式水泵，功率22KW，转速1450r/min；5台循环水泵的供回水均通过橡胶挠性接管和变径管与循环水管路接通。屋面机房楼层楼板已考虑到设备的安装而适当加厚，并且在安装水泵的位置还浇筑有混凝土基础，水泵都配设置隔振装置，但水泵的进出水管道的支撑或吊架都没有设置隔振装置，仅在管道与支承钢架之间安装了U型的木块。

在该机房的正下方楼板下（18层）是一个大会议室。当水泵运行时，大会议室内的环境受到了较严重的噪声影响，水泵运行时所产生的噪声，使会议室的会务工作无法正常进行。当水泵运行时，在大会议室内测得噪声为50.8dB（A）和73dB（C），当水泵停止运行时，在大会议室内（白天关窗）实测本底噪声为39.9dB(A)  56dB(C)，会议室在水泵运转时比本底噪声高出10.9dB(A)和17dB(C)，C声级要高出A声级23dB，由此分析可以得出如下的结论：

水泵运转已对会议室产生了10dB以上的噪声影响。

参考相关的声学技术资料，小会议室的允许噪声值为35~42dB（A）或25~35NR，会议室的噪声已超过相关的允许噪声值10dB（A）左右，而低频噪声超出标准值更高。

C声级比A声级高出23dB，低频噪声的影响十分明显，凡在会议室参加会议的人员都反映感觉头胀心烦，会议室开会的效果很差，严重影响企业的正常运作。

技术分析：会议室的噪声影响是来自楼面上水泵的运转，但水泵已采取了隔振措施，为什么还会有如此明显的噪声影响呢？经过第九设计研究院和上海新民隔振器材有限公司专业技术人员现场测试分析，认为虽然水泵已经采取了隔振措施，但隔振器的选用和安装对水泵实际的隔振效率是有限的，而管道的支承又是刚性支承，水泵运行时的振动扰力通过隔振器（即水泵的支承元件）传递给机房地坪，振动扰力也通过管道和管道的支承传递给机房地坪，在振动扰力的激励下机房楼面结构产生了明显的微振动并导致了二次结构噪声，并以固体噪声的形式通过楼板、墙体结构面辐射至18层会议室内，在会议室所测试感觉到的低频噪声就是二次结构噪声。

在机房楼面水泵隔振台下的弹簧隔振器安装点处测得的楼面铅垂向振动为VLz=70~73dB；在水泵的供、回水出口管道转角处支撑点近处测得的楼面铅垂向振动为VLz=73~76dB，这些振动测试数据可证明：楼面结构已经产生了明显的微振动。同时在水泵运转时手放在会议室四周墙面上已有振感，人耳贴在会议室的墙面上，可以听见在墙体中传递的固体噪声。

对数据整理分析后，决定对水泵的隔振进行必要的改造，并增加管道的隔振，把水泵振动扰力的传递降低至最低程度，具体措施如下：

水泵的隔振处理——虽然各水泵基础设置均未设置在最佳位置（水泵基础最佳位置是在屋面结构的主梁上方），考虑到机房内设备已经投入运行，已不宜再作移位和改动，加设反梁的工作量较大操作性不强，因此水泵和管道的隔振处理只能在水泵和管道安装位置不变的前提下进行，将原配置不适宜的隔振台和弹簧隔振器拆除，更换成由上海新民隔振器材有限公司专门设计所配置的隔振台和低频阻尼弹簧隔振器，并适当增大支承基础的面积，提高隔振系统的隔振效率，降低振动扰力的传递率，基础面积的增大也可以分散屋面上受力，以降低导致屋面结构微振动的激励力。改造后的隔振台为钢筋混凝土结构的隔振台，采用了高阻尼低频弹簧隔振器，隔振器的工作频率为2.5HZ左右，隔振效率可达到97.5%以上，隔振台的质量已超过水泵的质量，可以使水泵自身的振动得到控制。

管道的隔振处理——对水泵的回、供水管道转角处支撑作了较大的改动，5台水泵供、回水管道的转角支撑全部改造为带基座的采用双层隔振的柔性支承；原循环水管道的供水系统干管和回水系统干管的刚性支承也全部改为配置阻尼弹簧隔振器的柔性支承，把沿管道和管道支架振动的传递率也降低至最低程度。

结论：水泵振动扰力沿管道传递并由管道支承向楼板传递所产生的影响是不可低估的。一方面水泵的整体振动通过橡胶柔性接管传递给管道，使管道产生与水泵整体振动性质相同的振动，虽然已安装了橡胶柔性接管，但对振动的传递衰减作用是有限的，实际上水泵进水和排水口连接的管道振动有时会有所放大（因为水泵进水排水口处的管道往往是悬臂结构形式，而这一结构形式的悬臂上振动是放大的）。另外管道中流动的是有一定压力的水，水在流动过程中还有相当大的脉动能量，在弯头或管道变径处还产生喘流，水流的脉动和喘流都有可能使管道产生振动，如果管道的支承是刚性的，管道的振动必然会传递给支承点处楼板结构。另外即使水泵已经采取了良好的隔振、而管道没有或没有全部采取良好的隔振、仅仅是一二处管道刚性支承就能对下一层房间产生明显的噪声影响。

所谓的管道双层隔振是把管道的支架固定在专业的隔振台上，隔振台由弹簧隔振器支承在楼板上，管道再用弹性吊钩或其他的弹性元件隔振，管道的振动扰力经弹性吊钩和弹簧隔振器的二级隔离，可以使振动扰力得到最大的衰减。

在隔振处理的过程中为什么安装在办公室屋顶或屋面上的设备隔振处理的难度高，其原因是屋顶或楼面结构的刚度较低，易被振动扰力激励产生微振动，而办公室内的噪声环境有较高的要求，采取常规的隔振方法已远不能满足需要。

经过改造后水泵安装处和管道支承处的楼面振动即VLz都已低于60dB，楼板的振动降低了10~16dB，在水泵运转时，会议室的噪声见表1，噪声已接近本底噪声，人在会议室已感觉不到水泵是在运转，会议室的环境得到大大改善。

表1：会议室噪声测试数据表序号测试工况说明噪声级（dB）A声级C声级1背景噪声39.956.023台水泵运转40.556.733台水泵运转，热泵运转40.958.94治理前3台水泵运转50.873工程实例二

上海市漕河泾新兴技术开发区的新银大厦为中央空调20层办公大楼,在其四层技术夹层内安装了七台空调系统的水泵，水泵的型号为IS150—125—315，装机功率为22~55KE，水泵已采取了隔振措施——安装了弹簧隔振器，但水泵的隔振台是采用质量较轻的型钢结构，水泵的进出管道中也安装了部分柔性接管，所有的水泵系统的管道支承和吊架包括集水罐的支承都是刚性的，有的管道吊架是固定在五层的楼板上。

在水泵运转时，水泵的振动对上下楼层产生了明显的振动，严重影响五层通信机房的正常运行，由于水泵隔振台是质量较轻的型钢结构，水泵在运转时水泵的自身振动较大，虽然水泵的隔振有一定的效率，人站在水泵边的楼板上，也未明显感到楼板振动，说明水泵的隔振有一定的效率，但是五层楼面却受到了振动及低频率噪声的影响，在水泵安装处的上一层楼面上可感到楼板有明显的微振动，也可听到较明显的噪声，人耳贴在墙面上可明显地听到墙体内固定噪声的传播。

工程实例一和工程实例二的区别在于振动传递影响的方向不同，前者是传递至下一层楼层，后者是传递至上一层楼层，传递的途径也有所不同，工程实例二中水泵较强的振动主要是通过管道（含集水罐）、管道的支承或吊架传递上下楼层的楼板结构，使楼板结构产生微振动和二次结构噪声。

采取的治理措施：

1）首先采取措施降低水泵自身振动，把水泵的型钢隔振台改为钢结构与混泥土制成的隔振台，使水泵的整体质量增加，降低水泵的自身振动。这一措施实际上也是降低管道系统的振动，因为管道的振动主要来自水泵的整体振动。

2）增加一些橡胶柔性接管，降低振动沿管道的传递程度，根据工程经验，水泵进出口处最好能安装二个方向的橡胶柔性接管，在满足使用功能的前提下，尽可能选用工作允许压力较低的橡胶柔性接管。

3）管道的支承和吊架改为弹性支承和弹性吊支架，最大程度地降低振动沿管道向楼板结构的传递，集水罐的支承也改为弹性支承。管道的弹性支承是用型钢制成支承框架，支承框架用隔振器支承在楼板上，管道再用橡胶隔振垫支承在框架上；弹性吊支架是用吊式隔振器悬吊型钢吊支架，管道再用橡胶隔振垫支承在吊支架上。这一种管道隔振的方法可最大程度地降低振动和固体噪声向楼板结构的传递。

采取了以上的振动治理措施，水泵及管道振动对上一层的影响可基本消除，人站在上一层楼板上已无振动感觉，噪声已低于40dB（A）和55dB（C），五层楼面的振动测试数据见表2。新银大厦四层技术夹层七台水泵和管道经过振动处理后，五层楼面的楼面振动和室内噪声工况满足规范要求并得到租赁客户的认可，满足了客户办公和仪器设备的相关要求，保证五层通信机房的正常运行，该楼面已出租使用创造了经济效益。

表2 五层楼面振动测试数据一览表   （mm/sec）      测试地点

测试时间505室506室507室治理前

2000.7.50.2~0.35~0.150.2~0.3治理后

2000.8.290.06~0.070.05~0.070.07~0.08    楼层上水泵及管道的振动隔离是一项综合性的技术工程，水泵及管道的隔振方法：如采用什么类型的隔振器、隔振器的工作频率、隔振器的只数、隔振台的结构形式等都与常规的隔振要求不同，是楼层结构的特性和楼层上下较高的环境指标所决定的。

水泵及管道的振动处理同样重要，水泵是主振动源，但水泵的整体振动沿管道和管道支承传递，管道还有水脉动导致的振动，管道的支承点较多，所传递的振动扰力将导致楼层结构微振动和结构噪声。

水泵及管道的隔振效果不但取决于合理的设计，也取决于隔振装置及器材的正确的安装，使隔振器材处在最佳的工作状态，发挥最大的隔振效率，避免隔振器材虚设或超载等振动短路的现象。

这二个水泵和管道振动处理的工程实例中所积累设备管道振动处理的实际经验，可以供同类型的工程借鉴。最后感谢第九设计研究院的王庭佛高级工程师和上海新民隔振器材有限公司的郜树民工程师对本文的指点和帮助。