空调系统消声设计与选型技术要点

       空调系统的消声设计是工业与民用建筑工程空调设计中的一个重要方面，关系到建筑的实际使用效果，设置空调系统是为了创造适宜或舒适的环境，这其中包括声环境，对于民用建筑，如住宅、旅馆、医院、学校及办公建筑等。控制室内噪声并使之在允许范围内，是确保正常工作休息的基本要求；对于厅堂建筑则是获得良好视听效果的必要条件；在商业性建筑中，适宜的声环境给顾客提供良好的购物及休闲娱乐环境；而在工业建筑中，控制强噪声使之在允许标准范围内，是保证工人健康的强制措施。此外，通过空调系统的消声设计，减少系统对环境的噪声排放，保证周围的声环境不被污染。

一、 允许噪声标准（噪声限制）——单值和噪声评价曲线

1、A计权声级

A计权声级，L _A （dB），简称A声级。A声级是由声级计用A计权网络测得的声级。A计权是个宽频带的量度。因此，具有不同功率谱的声音可以具有相同的A声级值。A声级能够较好地反映人对各种声的主观评价。A声级同人耳的损伤程度也能够对应得很好，即A声级越高，对人耳的损伤也越严重。加上它很容易测量，因此，A声级广泛应用于噪声计量中并成为许多更复杂的噪声评价指标的基础。但A声级通常用于评价宽带噪声源。

2、等效连续A声级（L _eq ）

评价噪声对人体的影响时，不但要考虑该噪声的大小，同时还应考虑噪声作用时间。相同的噪声级，由于作用时间不同，人们所受的噪声影响是不相同的。等效连续A声级的定义是：在声场中一定点的位置上，用某一段时间内能量平均的方法，将间歇暴露的几个不同的A声级噪声，以一个A声级表示该段时间的噪声大小。这个声级即为等效连续声级，单位仍为dB。

3、噪声潭价曲线一一频带声压级NC、PNC和NR曲线

在噪声控制工程设计中，仅有单值A声级是不够的，因为它不能确切地反映噪声的频谐特；不同的频带声压级谱，可能有相同的A声级。同时，噪声控制经常是按噪声频谐来控制的，因而需要按频带声压级定出标准。为使用方便，用频带声压级曲线及其代号来规定。

 

二、 各类空调房间的噪声限值 （允许噪声标准）

1、睡眠、交谈的听力保护的建议标准（见表1-1）

         睡眠、交谈及听力保护的建议标准                表1-1

实用范围	理想值（dBA）	极大值（dBA）
睡眠	30	50
交谈思考（脑力劳动）	40	60
听力保护（体力劳动）	70	90

2、《城市区域环境噪声标准》(GB 3096- 93)

我国城市各类区域的环境噪声如表1-2所示，表中数值均为等效连续A声级，评价点为受影响者的居住或建筑物外1m点，如必须在室内测量时，则室内标准值应低于所在区域10dB（A）。

  城市环境区域噪声标注 GB3096-93               表1-2

区域类别	昼间（dBA）	夜间（dBA）
0类（特别需要安静的住宅区）	50	40
1类（居住及文教机关为主的区域）	55	45
2类（居住、商业混合区）	60	50
3类（工业区）	65	55
4类（城市交通干线两侧区域）	70	55

3、各类建筑物室内允许噪声级

我国尚未制定出各类建筑物室内噪声允许标准，表1-3所列数值可供设计参考。

4、《房间空调器噪声限值标准》(GB/T 7727- -1996)

本标准适用于制冷量在14kW以下的空气冷凝器、全封闭型电动机压缩机的房间空气调节器的噪声性能标准（见表1-4）。

房间空调器噪声标准限值                   表1-4

额定制冷量（w）	室内噪声（dBA）		室外噪声（dBA）
	整体式	分体式	整体式	分体式
＜2500	≤53	≤45	≤59	≤55
2500-4500	≤56	≤48	≤62	≤58
＞4500-7100	≤60	≤55	≤65	≤62
＞7100		≤62		≤68

 

三、 空调系统的消声设计

1、概述

空调系统消声设计的主要任务是减低沿管道系统传播的风机噪声，其次是防止通过管壁进人管道的旁路噪声和消除毗邻房间通过连通管道的串声，最终使空调用房内的噪声级达到设计的允许标准。

为了进行消声设计，首先要确定空调用房的允许噪声标准(即噪声限值)，然后是选择空调系统、确定气流速度和求得风机的声功率级，最后是估算管道系统的声衰减量，根据声衰减的量值和频率特性，合理地选择和配置消声器。

2、空调系统的选择

当空调用房按用途和声学要求确定允许噪声标准后，就应根据控制噪声和节能两方面的要求选择空调系统。

各类建筑按允许噪声的标准可划分为高、中、低三大类，然后从有利于控制噪声（包括减低风机噪声和防止串音等）和节能的目的选择相应的系统方式。

空调系统的配置方式有集中式、半集中式和分散式三大类，各类空调用房建议采用的空调系统配置方式如表2-1所示。

3、主要设备的噪声源

1）空调系统中的主要噪声源是通风机。通风机噪声的大小与叶片形式、片数、风量、风压等因素有关。风机噪声是由叶片驱动空气产生的紊流引起的宽频带气流噪声以及相应的旋转噪声所组成，后者可由转数和叶片数确定其噪声频率。为了比较各种风机产生的噪声大小，通常用声功率级表示。

2）电动机噪声

电动机噪声包括电磁噪声、机械噪声和空气动力噪声三部分：电磁噪声是由定子与转子之间交变电磁引力、磁致伸缩引起的；机械噪声有轴承噪声和电动机转子不平衡、转子受“沟谐波力”作用等引起的振动而产生的噪声；空气动力噪声则是由电动机冷却风扇产生的气流噪声。在上述几部分噪声中，以空气动力噪声最强，其次是机械噪声和电磁噪声。

国内电动机噪声限值分为普通级、二级、一级和低噪声级等四级。

3）空调机组

目前，空调系统采用空调机组的较多，特别是立柜式空调机组应用很广。它包括整体立柜式与组装立柜式两种。前者将压缩冷凝机组、风机等主要设备装于同一箱体内；后者是将风机装于空调机组和冷风、热泵、除湿三用机组等，以水冷为主，空冷式较少。立柜式空调机组的噪声级没有经验公式可进行估算，目前通过现场实测取得资料。

4）空气压缩机

空气压缩机的噪声与空调机组一样，也是通过现场实测求得。

4、风管的气流噪声

气流再生噪声的产生机理，大致有是气流经过管件和风管附件时，由于局部阻力和摩擦阻力而形成一系列湍流，相应地辐射噪声;二是气流撞击激发管件和风管附件构件振动而辐射噪声。气流再生噪声的大小主要取决于气流速度和管件和风管附件的结构。

 

四、空调系统的自然声衰减

在空调系统内，要确定所需的消声量，首先必须计算管道系统的自然声衰减，只有扣除了自然声衰减量，才能经济、合理地求得能实现空调用房允许噪声标准的消声量及其频率特性。

1、管道系统的声衰减

管道系统的自然声衰减包括管道、弯头、三通、变径管和风口末端损失的声衰减，以及出风口作为声源向室内某点传播途径中的声衰减。

1）直管道的声衰减

直管道衰减量与管道周长、长度及管壁吸声系数成正比，与管道断面积成反比。-般光滑管道吸声系数很低，其自然衰减值只有当管路较长、流速较低时，才按表2-10计算，否则可忽略不计。

2）弯头的声衰减。圆形弯头与矩形弯头的噪声衰减值可分别查图13-12与图13-13确定。由图13-12可知，与直管一样，圆形弯头的衰减量比矩形的衰减量小。图13-13中下半部分是管内贴有管衬（吸声材料）的结果。

3） 三通的声衰减

假定由风管内传至三通的噪声，其频率特性与三通形状无关，按各支管的断面比例分配噪声能量(这种假定对估算衰减量是可以的)，就可按式(2-11)和图2-6求得三通的衰减量ΔL(dB)。也可不用面积比，而用风量比(支管风量与总风量之比)求得。

4）变径管的声衰减变径管的声衰减△L(dB)是指断面突变(不是渐变)引起的声衰减，它可按式(2-12)计算或从图2-7直接求得。

5）风口末端的反射损失

风管内传播的噪声传至风管末端突然扩散到自由空间中去，其中一部分噪声被反射，产生反射衰减量，称为末端反射损失。末端反射损失与频率和风口面积及风口所处的位置有关。

2、空气进入室内噪声的衰减

当计算得到从风口进入室内的声功率级后，应把它转换成室内人耳所接受的声压级(室内允许噪声标准是用声压级表示和测量的)。室内测量点的声压级与人耳(或测点)离风口(声源)的距离、声辐射的方向、角度有关。另外，还与建筑物内的吸声面积和材料吸声系数有关。实际上，相当于噪声进入房间后进入人耳前的又一次衰减。

 

五、消声器

1、种类

1）阻性消声器

阻性型消声器利用布置在管内壁的吸声材料或吸声结构，依靠吸声材料的孔隙，使声波在其引起空气和材料振动而产生摩擦及黏滞阻力，将声能转化为热能而被吸收，使沿管道传播的噪声迅速衰减。阻性型消声器对中、高频噪声的消声效果较好。

影响阻性消声器性能的因素有：吸声材料的种类、吸声层厚度及密度、气流通道断面形状及大小、气流速度及消声器长度。吸声材料的吸声性能用吸声系数a来表示，它是材料吸收的声能与入射声能的比值，吸声系数越大，吸声性能越好。阻性消声器有管式、片式、格式（蜂窝式）、折板式、声流式、小室式以及弯头等。

a、管式消声器：只适用于较小的风道，直径一般不宜大于400mm；

b、片式和格式阻性消声器：将较大的风道断面划分成若干个小格；

c、折板式、声流式消声器：将片式消声器的吸声片改制成曲折式可提高中、高频消声效果；

d、室式消声器：在大容积的箱（室）内表面贴吸声材料,并错开气流的进出口位置。

2）抗性消声器

抗性消声器由风管和小室相连而成，利用管道内截面的突变，使沿管道传播的声波向声源方向反射回去，而起到消声作用。由管和小室相连而成为保证一定的消声效果，消声器的管段截面变化应大于5。抗性消声器具有良好的低、中频消声性能，不需内衬多孔性吸声材料，故能适用于高温、高湿或腐蚀性气体等场合。但消声频程窄，空气阻力大，占用空间多。

3）共振型消声器

通过管道开孔与共振腔相连接，穿孔板小孔孔颈处的空气柱和空腔内的空气构成了一个共振吸声结构。这种消声器具有较强的频率选择性一般用于消除低频噪声。

4）复合式消声器

a、阻抗复合型：对低频声的消声性能好

b、阻抗共振复合型：空调工程中广泛应用对在空调系统中不能采用纤维性吸声材料的场合，可采用金属结构的微穿孔板消声器。

5）其他类型消声器

a、 消声弯头：当机房地方窄小或对原有建筑改进消声措施时，可以在弯头上进行消声处理而达到消声的目的。

b、消声静压箱：在风机出口处或在空气分布器前设置静压箱并贴以吸声材料,既可起到稳定气流的作用又可起到消声器的作用。消满静压箱的消声量与材料的吸声能力、箱内面积和出口侧风道的面积等因素有关。

c、风口消声器和消声百叶窗：风口消声器主要用于送、回风的消声；消声百叶窗把百叶窗叶片改成消声叶片。

 

六、消声器的选用与设置

1、对中、高频噪声源，宜采用阻性或复合型消声器;对于低、中频噪声源，宜采用共振型消满器、膨胀型消声器等抗性消声器;对于脉动低频噪声源、变频带噪声源,宜采用抗性或微穿孔板阻抗复合式消声器。

2、确定空调系统所需消声后，根据具体情况选择消声器形式，之后，根据已知的风量、消声器设计流速和消声量，确定消声器的种类、型号、数量。

3、消声器一般应设于空调机房和空调房间之间考近空调机房，且气流稳定的直管段。

 

七、通风空调设备的消声技术措施

1、消声器的选择应遵循以下原则

1）消除高频噪声应采用阻性消声器和弯头消声器；

2）消除中低频噪声应采用抗性消声器和消声静压箱；

3）当要求提供较宽的消声频谱范围时，应采用阻抗复合消声器；

4）高温、高湿、高速等环境应采用抗性消声器；

5）消声器选择还应考虑其防火、防飘散、防霉等性能；

6）消声器内空气流速宜小于6m／s；确有困难时，不应超过8m／s；

7）对于噪声控制要求高的房间，应计算消声器的气流噪声，并尽量降低管道及风口的气流噪声。

2、风管及风口的消声减振技术措施

风管及风口的消声减振技术措施，主要是降低空气流动产生的振动和噪声。风管设计风速不宜过高，以减少空气涡流产生的噪声；一般干管内风速控制8m/s以内。风管变径要采用渐扩管或渐缩管；分支管与主风管采用非90°顺接，不得采用垂直连接；矩形弯管宜采用内外同心弧形，导流叶片的设置应符合《通风管道技术规程》(JGJ/T141-2017 )的要求。目的是避免空气流动产生涡流或者发生压力突变时引起气流扰动而产生的噪声。

为避免风管内气流引起的管壁振动而产生的噪声，金属风管的板材厚度应符合设计或规范要求，并要严格按照规范要求对风管进行加固，常用的加固方式有角钢加固、立咬口加固、楞筋加固及内支撑加固等。风管系统应按设计位置安装消声器或消声弯头，同时消声器或消声弯头的类别、消声性能应符合设计要求；矩形消声弯管平面边长大于800mm时，应设置吸声导流片。消声器或消声弯头进场时，查阅消声性能检测报告，综合消声量应满足要求。控制好风管及配件的制作安装质量，风管的接缝和接管处应严密,要进行风管系统漏风量检测并满足规范要求，防止由于风管系统漏风而形成的噪声。

3、冷却塔消声

对于周边环境噪声要求高的项目，冷却塔可增设消声附件，如出风口安装消声风筒，在入风口安装隔声墙；必要时还可在冷却塔和周边建筑物之间设置消声屏障。

 

参考文献：

《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012

《城市区域环境噪声标准》(GB 3096- 93)

《房间空调器噪声限值标准》(GB/T 7727- -1996)

《通风管道技术规程》(JGJ/T141-2017 )