ЗАХИСТ ВІД ШУМУ І ВІБРАЦІЙ

Системи вентиляції, кондиціювання повітря та холодопостачання призначені для забезпечення життєдіяльності людини, у зв'язку з чим їх елементи близько розташовані до місць її проживання. Працюючи вони створюють підвищений повітряний і структурний шум, піддаючи впливу цього шкідливого чинника дуже багато, переважно міського, населення.
Зниження шуму даних систем – найважливіша складова всього комплексу соціально-економічних та екологічних проблем.
Вибір засобів та методів зниження різних складових вентиляційного шуму в будинках та на територіях міської забудови здійснюється на основі акустичних розрахунків, обов'язковість виконання яких для всіх об'єктів встановлює основний нормативний документ.
Представлений матеріал призначений для спрощення завдання такого вибору для проектувальників та включає аналіз акустичних характеристик різних типів глушників залежно від їх конструктивних параметрів, оцінку можливостей звукопоглинання в технічних приміщеннях, способи віброізоляції обладнання та ізоляції повітряного шуму, екранування та захисту житлової забудови від шуму елементів систем холодопостачання. .

 

 

Для зниження шуму, що поширюється по повітроводах від вентилятора, а також від фасонних елементів та колійної арматури, призначені шумоглушники. Їх застосовують у тих випадках, коли раціональним вибором параметрів вентиляційної системи, її відповідним компонуванням, використанням малошумного вентилятора не можна досягти рівня звукового тиску, допустимого для даного приміщення, зони, об'єкта.
Вибір конструкції глушника залежить від спектру необхідного зниження шуму, від розмірів повітроводу і допустимої швидкості повітряного потоку в ньому, від наявного запасу тиску в мережі, від місця для його установки.

Оскільки зазначені джерела випромінюють аеродинамічний (повітряний) шум з широкосмуговим спектром, для його зниження найбільш придатні активні глушники (зі звукопоглинальним матеріалом), що забезпечують задовільну ефективність також широкому діапазоні частот. Переважно використовуються трубчасті, пластинчасті, канальні глушники, рідше циліндричні, камерні, екранні та облицьовані зсередини повітропроводи (на поворотах). Зростає попит на гнучкі повітроводи, що мають акустичні властивості (рис. 1).

Рисунок 1. (детальніше) Схемы различных типов глушителей

Трубчастий глушник круглого або прямокутного перерізу конструктивно найбільш простий і є трубою з поглинаючими звук стінками (рис. 1а). Прозоре для звуку покриття (перфорований металевий лист і склотканини, плівки) служить для збереження форми повітряного каналу, захисту від механічних пошкоджень та запобігання видуванню потоком звукопоглинаючого матеріалу (ЗПМ).

Згасання в трубчастому глушнику пропорційно довжині активної частини (числу його калібрів), периметру прохідного перерізу та коефіцієнту звукопоглинання, що залежить від фізико-механічних властивостей та товщини шару звукопоглинаючого матеріалу (ЗПМ). При збільшенні шару ЗПМ ефективність трубчастого глушника зростає на низьких частотах (найважливіший з погляду шумоглушення діапазон). Тому для забезпечення необхідного зниження шуму буває достатньо замість глушника довжиною 1 м із товщиною шару ЗПМ 50 мм встановити глушник довжиною 0,5 м із товщиною шару ЗПМ 100 мм.

До різновидів трубчастих глушників, мабуть, можна віднести різноманітні гнучкі (каркасні та безкаркасні) круглі повітроводи (рис. 1і). Вони в даний час виготовляються вітчизняними фірмами і використовуються у вентиляційних системах, перш за все, для плавного підведення повітря до розподільних пристроїв.
Результати випробувань, наведені в роботі, показують, що різноманітні каркасні повітроводи зі звукопоглинанням, наприклад, при довжині 1 м і внутрішньому діаметрі 200 мм на низьких частотах мають невисоку акустичну ефективність (3-7 дБ), однак вона суттєво збільшується зі зростанням частоти та досягає максимуму (20-25 дБ) на частотах 500-2000 Гц. Акустична ефективність безкаркасного повітроводу (з пінофолу) вище, ніж у каркасного шару без звукопоглинаючого, але значно нижче, ніж у каркасного зі звукопоглинанням. На особливу увагу заслуговують гнучкі повітроводи, що виготовляються фірмою «ЕйрОптим» (з інших матеріалів), оскільки характер зниження в них рівня шуму суттєво відрізняється. Вони дуже ефективні як на високих, а й низьких частотах. Акустична ефективність такого повітропроводу довжиною 1 м на частоті 63 Гц становить 10 дБ та підвищується на частоті 250 Гц до 23 дБ. Зі збільшенням довжини вона значно зростає (рис. 2).

Рисунок 2. (детальніше) Акустична ефективність гнучких повітроводів в залежності від довжини активної частини

Для збільшення згасання в повітроводах великих розмірів вдаються до рівномірного розподілу ЗПМ за перетином. Цей принцип використаний у пластинчастому глушнику (рис. 1б). Товщина пластин 2d та відстань між ними 2do часто зберігаються по всьому перерізу каналу. Виняток становить відстань між крайньою пластиною і корпусом глушника, що дорівнює do. При схемі з крайніми пластинами, встановленими впритул до стін корпусу, їх товщина повинна бути рівною половині товщини інших пластин.

Рисунок 3. (детальніше) Вплив відстані між пластинами на величину зниження рівнів шуму глушником ЗПК глушника

Ступінь згасання в пластинчастому глушнику при фіксованій довжині залежить від відстані між пластинами, від товщини пластин і його звукопоглощающей конструкції (ЗПК) [5]. З зменшенням відстані між пластинами 2do ефективність глушника зростає (мал. 3), але відповідно зростає і його гідравлічний опір та шумоутворення у ньому. Якщо відстань між пластинами залишається незмінною, а товщина пластин збільшується 2d (при fсв = const), область максимального згасання зміщується у бік нижчих частот (рис. 4).

Рисунок 4. (детальніше) Ефективність пластинчастого глушника залежно від товщини пластини ЗПК глушника

Характерно, що ефективність пластинчастого глушника не залежить від кількості пластин (каналів для повітря), а також від висоти пластин та від схеми компонування глушника.
Стільниковий глушник за своїми акустичними якостями не поступається пластинчастому практично в усьому діапазоні вимірюваних частот, а на найнижчих і високих частотах він навіть більш ефективний. Недоліком стільникових глушників є дуже високий гідравлічний опір і великі габарити, що часто є перешкодою їхньому використанню.
Варіантом пластинчастого глушника з однією крайньою пластиною товщиною, що дорівнює половині поперечного розміру каналу, є так званий канальний глушник (рис. 1ж). Такі глушники встановлюють переважно у прямокутних повітроводах (каналах). При установці у вузьких каналах їх ефективність можна порівняти з ефективністю відповідних пластинчастих глушників, але зі збільшенням поперечних розмірів каналу вона швидко зменшується (рис. 5).

Рисунок 5. (детальніше) Ефективність канальних глушників в залежності від поперечних розмірів каналу

У комбінованих (з трубчастих та циліндричних) глушників (рис. 1е) ефективність вища, ніж у складових елементів. Разом з тим вони мають більш високий гідравлічний опір і дорожчі, а це часто виключає можливість їх застосування.
Ефективність всіх розглянутих вище глушників зростає зі збільшенням їх довжини. Збільшуючи довжину можна забезпечити задане зниження шуму. Однак довжина глушника більше 3 м недоцільна через неминучі непрямі шляхи поширення шуму. У окремих випадках, коли потрібна довжина понад 3 м, слід ділити глушник на дві-три частини. Довжина повітроводів між цими частинами має становити 800-1000 мм.

Одним із найпростіших типів реактивних глушників є розширювальні камери (рис. 1г). Камерні глушники з внутрішнім звукопоглинальним облицюванням застосовуються в тих системах, де не потрібне обмеження з гідравлічних втрат. Коефіцієнт місцевого опору таких глушників становить 1,5-2,0. При установці камерного глушника його акустична ефективність може зменшитися через резонансні явища в повітропроводах.
Застосування екранних глушників обмежується неминучістю їх установки в приміщенні, що обслуговується (на деякій відстані від кінця повітроводу) і відносно низькою ефективністю.

Так, круглий екранний глушник діаметром dЕ = 360 мм і товщиною облицювання 100 мм, встановлений у повітроводу діаметром 180 мм, ефективний на частотах, де виконується умова dЕ/l≥ 1, а в області низьких частот, де dЕ/l < 0,2 , його ефективність мінімальна. Вона зростає (у всьому діапазоні частот) із зменшенням відстані між екраном та отвором повітроводу (це супроводжується зростанням опору та шумоутворенням). При відстані, що дорівнює 0,5 dЕ, зниження рівня шуму нижче 10-11 дБ, а при відстані, що дорівнює 0,1 dЕ, воно досягає 15-16 дБ.

Застосування звукопоглинаючого облицювання екрану призводить до підвищення ефективності в області частот т ≥ cn / 4d (cn – швидкість звуку в поглиначі, м/с; d – товщина облицювання, м). Найважливіші властивості глушників – простота та міцність конструкції, зручність монтажу, довговічність, низька вартість, а також мінімальне обслуговування та безпека в процесі експлуатації.
Наші випробування показують, що багато вітчизняних фірм прагнуть їхнього досягнення. Деякі з них навіть перестаралися.

Наприклад, одна російська компанія на шляху до спрощення конструкції трубчастих глушників відмовилася від застосування склотканини в трубчастих глушниках, підвищивши небезпеку їх використання. Відсутність склотканини, навіть при діаметрі отворів в перфорованому листі менше 3 мм, призводить до того, що тонкі (у кілька мікрон) і крихкі волокна ЗПМ проникають у повітряний потік і в приміщення, що обслуговуються вентиляційними системами, створюючи неприпустимі з точки зору гігієнічних норм умови, яких наражається на небезпеку здоров'я людини. Крім того, ймовірно, фірма не проводила необхідні акустичні випробування глушників, що випускаються в даний час, тому що в каталозі продукції, що випускається, існує посилання, що наведені «розрахункові характеристики зниження шуму прийняті на основі експериментальних даних НДІСФ». На жаль, цими даними вже понад два десятки років. За час не могли не змінитися використовувані ЗПМ, їх характеристики та технічні умови виготовлення глушників, відповідно, змінилися їх акустичні характеристики.

 

 

Працююче вентиляційне обладнання збуджує вібрацію з'єднаних з ним конструкцій. Вібрація надає двоякий несприятливий вплив на людину: внаслідок безпосереднього контактного впливу і шуму, випромінюваного в приміщення коливаються конструкціями, що захищаються, в звуковому діапазоні частот (структурного шуму). Структурний шум поширюється будівельними конструкціями будівлі на великі відстані від місця встановлення джерела вібрації.
Для зниження структурного шуму, створюваного в результаті віброколивань вентиляторів, використовуються віброізолятори. Вони розраховуються для кожного агрегату і працюють у досить вузькому діапазоні частот.
Найбільш важлива характеристика віброізольованого вентилятора – частота його власних коливань, що визначається сумою динамічних жорсткостей віброізоляторів та сумою мас вентилятора та залізобетонної плити. Тільки на частотах, що значно перевищують частоту своїх коливань, віброізолятори знижують коливання фундаменту.

Ефективність віброізоляції, загалом, залежить від типу використовуваних віброізоляторів, від допустимого навантаження на них та їх жорсткості, від їхньої робочої висоти та кількості та ін.
Необхідна ефективність віброізоляції вентиляційного обладнання у житлових будинках, у громадських будинках категорії А, у готелях, лікарнях, будинках відпочинку, бібліотеках становить 23–32 дБ.

При розміщенні у вентиляторі декількох вентиляторів різних розмірів і з різною частотою обертання робочих коліс часто, наприклад, у житлових та громадських будинках, штатні віброізолятори не забезпечують необхідний захист від структурного шуму. У таких випадках у венткамерах слід додатково передбачати підлогу на пружній підставі («плаваюча підлога»). Їх ефективність може бути нижче, ніж у віброізоляторів (у смузі частот, що розраховується), але демпфуюча здатність таких підлог проявляється в широкому діапазоні частот. Ефективність «плаваючої підлоги» залежить від динамічної жорсткості пружної основи (вібродемпфуючої прокладки) та поверхневої щільності плити підлоги. Він ефективно ізолює, якщо основа виконана з шару матеріалу з малою щільністю та низьким динамічним модулем пружності.

 

 

Можливості планувальних рішень у будинках для зниження шуму вентиляційного обладнання в приміщеннях, що захищаються, обмежені. Тому, як правило, потрібні акустичні заходи. Одним із таких заходів є встановлення на заводах-виробниках кожухів на приточні установки, деякі витяжні установки та кондиціонери. Як правило, це два металеві листи із ЗПМ між ними.
Акустична ефективність таких кожухів становить 10-15 дБ на низьких та 30-40 дБ – на високих частотах. Вона може бути трохи підвищена за допомогою внутрішнього звукопоглинального облицювання.
Однак у житлових та громадських будівлях, де допустимі рівні вентиляційного шуму низькі, такий захід виявляється недостатнім.

 

 

Наявність відбиттів звукових хвиль від поверхонь замкнутого простору (приміщення) і що у ньому предметів зазвичай збільшує інтенсивність звуку проти рівнями, створюваними тим самим джерелом звуку, випромінюючим у вільний (відкритий) простір.
На відміну від умов в архітектурній акустиці, з позицій захисту від шуму, будь-яке збільшення рівня звуку в приміщенні є небажаним. Для усунення відбитої частини звукового поля застосовують різні ЗПМ та конструкції на їх основі.
Акустичні властивості матеріалів суттєво залежать від їх структурних параметрів, які визначають сферу застосування цих матеріалів. Так, якщо потрібне зниження шуму в області низьких частот, доцільно використовувати облицювання, виконані з ультра- або супертонких волокнистих матеріалів щільністю 15-20 кг/м3.
Для зниження широкосмугового шуму в діапазоні середніх та високих частот слід вибирати матеріали з більшими волокнами щільністю 20–30 кг/м3 та більше.

Рисунок 6. (детальніше) Ефективність звукопоглинаючого  облицювання в залежності від площі обробленої поверхні

Акустичні можливості звукопоглинаючого облицювання поверхонь приміщень ілюструє рис. 6. На ньому наведено ефект від такого облицювання з товщиною ЗПМ 80 мм та із захисним шаром зі склотканини та перфорованого металевого листа для приміщень венткамер середніх розмірів з постійного приміщення B = 100 м2, залежно від оброблюваної площі огорож (S), що виражається зниженням рівня шуму у приміщенні. Як бачимо на рис. 6, акустична обробка 40% вільної площі технічного приміщення (поширений варіант) забезпечує зниження рівня шуму лише на 5–7 дБ і лише у діапазоні середніх та високих частот. На низьких частотах ефективність таких облицювання близька до нуля; потрібні спеціальні конструкції, що розробляються на основі розрахунків. Тому акустична обробка венткамер доцільна як додаткова міра і в тих випадках, коли необхідне зниження шуму невелике і є високооборотне обладнання, тобто переважно високочастотний підвищений шум.

 

 

При кондиціонуванні повітря в будинках застосовуються системи холодопостачання, що включають холодильні машини та різні охолоджувачі, які встановлюються зовні (часто на покрівлі). Вони працюють як у денний, так і в нічний час доби та випромінюють підвищений шум у навколишній простір – у прилеглу міську забудову. Внаслідок впливу цього шкідливого фізичного фактора піддається насамперед житлова забудова.
Необхідне зниження шуму біля житлової забудови (і житло), залежно від типу елементів систем холодопостачання і ситуації, становить 7–18 дБ(А), а октавних смугах частот сягає 10–20 дБ.
Джерелами шуму агрегатів є осьові вентилятори (від 2 до 24 шт) з діаметрами робочих коліс від 500 до 900 мм, розташовані у верхній частині агрегатів. Забір повітря здійснюється через фільтри та пристрої теплообміну збоку або знизу, а вільний викид – переважно нагору. У холодильних машин (у моноблоків) додатковими джерелами підвищеного шуму є компресори, розташовані в нижній частині.

У зв'язку з конструктивними особливостями агрегатів перелік ефективних засобів захисту від їхнього шуму, придатних для практичного використання, дуже обмежений. Зокрема, на вході або виході низьконапірних осьових вентиляторів не можна встановлювати глушники. Вони неминуче та неприпустимо збільшать гідравлічний опір у коротких мережах.
Багаторічний досвід показав, що єдиний спосіб захисту від шумового впливу цих елементів систем холодопостачання – екранування. Один або кілька агрегатів вигороджується з двох, трьох або з чотирьох сторін акустичними екранами (екранами зі звукопоглинаючим облицюванням з боку джерела шуму).

Звукопоглинаюче облицювання із захисним шаром призначене для усунення можливого збільшення звукової потужності джерела, пов'язаного з відображеннями звуку у вигородці, утвореній екранами.
Елементи екранів можуть розташовуватись вертикально та під певним нахилом до горизонтальної (вертикальної) площини. Кут нахилу залежить від взаємного розташування джерела шуму та точки спостереження.
Основні параметри екрана (висота, форма, товщина звукопоглинального облицювання), у яких забезпечується задана акустична ефективність при фіксованому відстані до джерела шуму, визначаються розрахунковим шляхом.

 

В. П. Гусєв
доктор техн. наук, зав. лабораторією захисту від шуму вентиляційного та
інженерно-технологічного обладнання (НДІСФ)

 

 

 

 

Снижение шума систем вентиляции и кондиционирования

 

Системы вентиляции, кондиционирования воздуха и холодоснабжения предназначены для обеспечения жизнедеятельности человека, в связи с чем их элементы близко расположены к местам его обитания. При работе они создают повышенный воздушный и структурный шум, подвергая воздействию этого вредного фактора огромное количество, в основном городского, населения.

Снижение шума данных систем – важнейшая составляющая всего комплекса социально-экономических и экологических проблем.

Выбор средств и методов снижения различных составляющих вентиляционного шума в зданиях и на территориях городской застройки осуществляется на основе акустических расчетов, обязательность выполнения которых для всех объектов устанавливает основополагающий нормативный документ.

Представленный материал предназначен для упрощения задачи такого выбора для проектировщиков и включает анализ акустических характеристик разных типов глушителей в зависимости от их конструктивных параметров, оценку возможностей звукопоглощения в технических помещениях, способы виброизоляции оборудования и изоляции воздушного шума, экранирования и защиты жилой застройки от шума элементов систем холодоснабжения.

 

 

Для снижения шума, распространяющегося по воздуховодам от вентилятора, а также от фасонных элементов и путевой арматуры, предназначены шумоглушители. Их применяют в тех случаях, когда рациональным выбором параметров вентиляционной системы, ее соответствующей компоновкой, использованием малошумного вентилятора нельзя добиться уровня звукового давления, допустимого для данного помещения, зоны, объекта.

Выбор конструкции глушителя зависит от спектра требуемого снижения шума, от размеров воздуховода и допустимой скорости воздушного потока в нем, от имеющегося запаса по давлению в сети, от располагаемого места для его установки.

Поскольку указанные источники излучают аэродинамический (воздушный) шум с широкополосным спектром, для его снижения наиболее пригодны активные глушители (со звукопоглощающим материалом), обеспечивающие удовлетворительную эффективность также в широком диапазоне частот. Преимущественно используются трубчатые, пластинчатые, канальные глушители, реже цилиндрические, камерные, экранные и облицованные изнутри воздуховоды (на поворотах). Растет спрос на гибкие воздуховоды, обладающие акустическими свойствами (рис. 1).

Рисунок 1. (подробнее) Схемы различных типов глушителей

Трубчатый глушитель круглого или прямоугольного сечения конструктивно наиболее прост и представляет собой трубу с поглощающими звук стенками (рис. 1а). Прозрачное для звука покрытие (перфорированный металлический лист и стеклоткани, пленки) служит для сохранения формы воздушного канала, защиты от механических повреждений и предотвращения от выдувания потоком звукопоглощающего материала (ЗПМ).

Затухание в трубчатом глушителе пропорционально длине активной части (числу его калибров), периметру проходного сечения и коэффициенту звукопоглощения, зависящему от физико-механических свойств и толщины слоя звукопоглощающего материала (ЗПМ). При увеличении слоя ЗПМ эффективность трубчатого глушителя возрастает на низких частотах (наиболее важный с точки зрения шумоглушения диапазон). Поэтому для обеспечения требуемого снижения шума бывает достаточно вместо глушителя длиной 1 м с толщиной слоя ЗПМ 50 мм установить глушитель длиной 0,5 м с толщиной слоя ЗПМ 100 мм.

К разновидностям трубчатых глушителей, пожалуй, можно отнести разнообразные гибкие (каркасные и бескаркасные) круглые воздуховоды (рис. 1и). Они в настоящее время изготавливаются отечественными фирмами и используются в вентиляционных системах, прежде всего, для плавного подвода воздуха к рас-пределительным устройствам.

Результаты испытаний, приведенные в работе, показывают, что разнообразные каркасные воздуховоды со звукопоглощением, например, при длине 1 м и внутреннем диаметре 200 мм на низких частотах имеют невысокую акустическую эффективность (3–7 дБ), однако она существенно увеличивается с ростом частоты и достигает максимума (20–25 дБ) на частотах 500–2000 Гц. Акустическая эффективность бескаркасного воздуховода (из пенофола) выше, чем у каркасного без звукопоглощающего слоя, но значительно ниже, чем у каркасного со звукопоглощением. Особого внимания заслуживают гибкие воздуховоды, изготавливаемые фирмой «ЭйрОптим» (из других материалов), поскольку характер снижения в них уровня шума существенно отличается. Они весьма эффективны не только на высоких, но и на низких частотах. Акустическая эффективность такого воздуховода длиной 1 м на частоте 63 Гц составляет 10 дБ и повышается на частоте 250 Гц до 23 дБ. С увеличением длины она значительно возрастает (рис. 2).

Рисунок 2. (подробнее) Акустическая эффективность гибких воздуховодов в зависимости от длины активной части

Для увеличения затухания в воздуховодах больших размеров прибегают к равномерному распределению ЗПМ по сечению. Этот принцип использован в пластинчатом глушителе (рис. 1б). Толщина пластин 2d и расстояние между ними 2d_o часто сохраняются по всему сечению канала. Исключение составляет расстояние между крайней пластиной и корпусом глушителя, равное d_o. При схеме с крайними пластинами, установленными вплотную к стенкам корпуса, их толщина должна быть равной d_o половине толщины других пластин.

Рисунок 3. (подробнее) Влияние расстояния между пластинами на величину снижения уровней шума глушителем ЗПК глушителя

Степень затухания в пластинчатом глушителе при фиксированной длине зависит от расстояния между пластинами, от толщины пластин и от его звукопоглощающей конструкции (ЗПК) [5]. С уменьшением расстояния между пластинами 2d_o эффективность глушителя возрастает (рис. 3), но соответственно возрастает и его гидравлическое сопротивление и шумообразование в нем. Если расстояние между пластинами остается неизменным, а толщина пластин увеличивается 2d (при f_св = const), область максимального затухания смещается в сторону более низких частот (рис. 4).

Рисунок 4. (подробнее) Эффективность пластинчатого глушителя в зависимости от толщины пластины ЗПК глушителя

Характерно, что эффективность пластинчатого глушителя не зависит от количества пластин (каналов для воздуха), а также от высоты пластин и от схемы компоновки глушителя.

Сотовый глушитель по своим акустическим качествам не уступает пластинчатому практически во всем диапазоне измеряемых частот, а на самых низких и высоких частотах он даже несколько эффективнее. Недостатком сотовых глушителей является весьма высокое гидравлическое сопротивление и большие габариты, что часто является препятствием для их использования.

Вариантом пластинчатого глушителя с одной крайней пластиной толщиной, равной половине поперечного размера канала, является так называемый канальный глушитель (рис. 1ж). Такие глушители устанавливают в основном в прямоугольных воздуховодах (каналах). При установке в узких каналах их эффективность сравнима с эффективностью соответствующих пластинчатых глушителей, но с увеличением поперечных размеров канала она быстро уменьшается (рис. 5).

Рисунок 5. (подробнее) Эффективность канальных глушителей в зависимости от поперечных размеров канала

У комбинированных (из трубчатых и цилиндрических) глушителей (рис. 1е) эффективность выше, чем у составных элементов. Вместе с тем, они имеют более высокое гидравлическое сопротивление и более дорогие, а это часто исключает возможность их применения.

Эффективность всех рассмотренных выше глушителей возрастает по мере увеличения их длины. Увеличивая длину, можно обеспечить заданное снижение шума. Однако длина глушителя более 3 м нецелесообразна из-за неизбежных косвенных путей распространения шума. В тех редких случаях, когда требуется длина более 3 м, следует делить глушитель на две-три части. Длина воздуховодов между этими частями должна составлять 800–1000 мм.

Одним из простейших типов реактивных глушителей являются расширительные камеры (рис. 1г). Камерные глушители с внутренней звукопоглощающей облицовкой применяются в тех системах, где не требуется ограничение по гидравлическим потерям. Коэффициент местного сопротивления таких глушителей составляет 1,5–2,0. При установке камерного глушителя его акустическая эффективность может уменьшиться из-за резонансных явлений в воздуховодах.

Применение экранных глушителей ограничивается неизбежностью их установки в обслуживаемом помещении (на некотором расстоянии от конца воздуховода) и относительно низкой эффективностью.

Так, круглый экранный глушитель диаметром d_Э = 360 мм и толщиной облицовки 100 мм, установленный у воздуховода диаметром 180 мм, эффективен на частотах, где выполняется условие d_Э/l≥ 1, а в области низких частот, где d_Э/l < 0,2, его эффективность минимальна. Она возрастает (во всем диапазоне частот) с уменьшением расстояния между экраном и отверстием воздуховода (это сопровождается ростом сопротивления и шумообразованием). При расстоянии, равном 0,5 d_Э, снижение уровня шума ниже 10–11 дБ, а при расстоянии, равном 0,1 d_Э, оно достигает 15–16 дБ.

Применение звукопоглощающей облицовки экрана приводит к повышению эффективности в области частот т ≥ c_n / 4d (c_n – скорость звука в поглотителе, м/с; d – толщина облицовки, м). Важнейшие свойства глушителей – простота и прочность конструкции, удобство монтажа, долговечность, низкая стоимость, а также минимальное обслуживание и безопасность в процессе эксплуатации.

Наши испытания показывают, что многие отечественные фирмы стремятся к их достижению. Некоторые из них даже переусердствовали.

Например, одна российская компания на пути к упрощению конструкции трубчатых глушителей отказалась от применения стеклоткани в трубчатых глушителях, повысив опасность их использования. Отсутствие стеклоткани, даже при диаметре отверстий в перфорированном листе менее 3 мм, приводит к тому, что тонкие (в несколько микрон) и хрупкие волокна ЗПМ проникают в воздушный поток и в обслуживаемые вентиляционными системами помещения, создавая недопустимые с точки зрения гигиенических норм условия, в которых подвергается опасности здоровье человека. Кроме того, вероятно, фирма не проводила необходимые акустические испытания выпускаемых в настоящее время глушителей, т. к. в каталоге выпускаемой ей продукции существует ссылка, что приведенные «расчетные характеристики снижения шума приняты на основе экспериментальных данных НИИСФ». К сожалению, этим данным уже более двух десятков лет. За прошедшее время не могли не измениться используемые ЗПМ, их характеристики и технические условия изготовления глушителей, соответственно, изменились их акустические характеристики.

 

 

Работающее вентиляционное оборудование возбуждает вибрацию соединенных с ним конструкций. Вибрация оказывает двоякое неблагоприятное влияние на человека: вследствие непосредственного контактного воздействия и шума, излучаемого в помещения колеблющимися ограждающими конструкциями в звуковом диапазоне частот (структурного шума). Структурный шум распространяется по строительным конструкциям здания на большие расстояния от места установки источника вибрации.

Для снижения структурного шума, создаваемого в результате виброколебаний вентиляторов, используются виброизоляторы. Они рассчитываются для каждого агрегата и работают в достаточно узком диапазоне частот.

Наиболее важная характеристика виброизолируемого вентилятора – частота его собственных колебаний, определяемая суммой динамических жесткостей виброизоляторов и суммой масс вентилятора и железобетонной плиты. Только на частотах, значительно превышающих частоту собственных колебаний, виброизоляторы снижают колебания фундамента.

Эффективность виброизоляции, в общем, зависит от типа используемых виброизоляторов, от допустимой нагрузки на них и их жесткости, от их рабочей высоты и количества, и др.

Требуемая эффективность виброизоляции вентиляционного оборудования в жилых домах, в общественных зданиях категории А, в гостиницах, больницах, домах отдыха, библиотеках составляет 23–32 дБ.

При расположении в венткамере нескольких вентиляторов разных размеров и с разной частотой вращения рабочих колес часто, например в жилых и общественных зданиях, штатные виброизоляторы не обеспечивают требуемую защиту от структурного шума. В таких случаях в венткамерах следует дополнительно предусматривать полы на упругом основании («плавающие полы»). Их эффективность может быть ниже, чем у виброизоляторов (в рассчитываемой полосе частот), но демпфирующая способность таких полов проявляется в широком диапазоне частот. Эффективность «плавающего пола» зависит от динамической жесткости упругого основания (вибродемпфирующей прокладки) и поверхностной плотности плиты пола. Он эффективно изолирует, если основание выполнено из слоя материала с малой плотностью и низким динамическим модулем упругости.

 

 

Возможности планировочных решений в зданиях для снижения шума вентиляционного оборудования в защищаемых помещениях ограничены. Поэтому, как правило, требуются акустические мероприятия. Одним из таких мероприятий является установка на заводах-изготовителях кожухов на приточные, некоторые вытяжные установки и кондиционеры. Как правило, это два металлических листа с ЗПМ между ними.

Акустическая эффективность таких кожухов составляет 10–15 дБ на низких и 30–40 дБ – на высоких частотах. Она может быть несколько повышена посредством внутренней звукопоглощающей облицовки.

Однако в жилых и в общественных зданиях, где допустимые уровни вентиляционного шума низкие, такая мера оказывается недостаточной.

Основная защита от воздушного шума, создаваемого вентоборудованием, осуществляется надлежащим выбором звукоизоляции ограждающих конструкций помещения (венткамеры), где оно установлено. Ограждения могут существенно различаться в зависимости от расположения вентиляционных камер в здании, от конструкции и типа здания, от назначения смежных помещений. Например, стены могут быть как из легких (слоистых) конструкций толщиной 100–120 мм, так и железобетонные, толщиной 120–200 мм, или кирпичные, толщиной в 1/2 кирпича или в 1 кирпич, а перекрытия – типовые железобетонные толщиной 140–300 мм.

Для выбора оптимальных конструкций ограждений, с точки зрения акустики и материальных затрат, определяется требуемая изоляция воздушного шума.

 

 

Наличие отражений звуковых волн от поверхностей замкнутого пространства (помещения) и находящихся в нем предметов обычно увеличивает интенсивность звука по сравнению с уровнями, создаваемыми тем же источником звука, излучающим в свободное (открытое) пространство.

В отличие от условий в архитектурной акустике, с позиций защиты от шума всякое увеличение уровня звука в помещении является нежелательным. Для устранения отраженной части звукового поля применяют различные ЗПМ и конструкции на их основе.

Акустические свойства материалов существенно зависят от их структурных параметров, которые определяют область применения этих материалов. Так, если требуется снижение шума в области низких частот, то целесообразно использовать облицовки, выполненные из ультра- или супертонких волокнистых материалов плотностью 15–20 кг/м³.

Для снижения широкополосного шума в диапазоне средних и высоких частот следует выбирать материалы с более крупными волокнами плотностью 20–30 кг/м³ и более.

Рисунок 6. (подробнее) Эффективность звукопоглощающей облицовкив зависимости от площади обработанной поверхности

Акустические возможности звукопоглощающей облицовки поверхностей помещений иллюстрирует рис. 6. На нем приведен эффект от такой облицовки с толщиной ЗПМ 80 мм и с защитным слоем из стеклоткани и перфорированного металлического листа для помещений венткамер средних размеров с постоянной помещения B = 100 м², в зависимости от обрабатываемой площади ограждений (S), выражающийся снижением уровня шума в помещении. Как видно на рис. 6, акустическая обработка 40 % свободной площади технического помещения (распространенный вариант) обеспечивает снижение уровня шума только на 5–7 дБ и только в диапазоне средних и высоких частот. На низких частотах эффективность таких облицовок близка к нулю; требуются специальные конструкции, разрабатываемые на основе расчетов. Поэтому акустическая обработка венткамер целесообразна как дополнительная мера и в тех случаях, когда требуемое снижение шума невелико и имеется высокооборотное оборудование, т. е. преимущественно высокочастотный повышенный шум.

 

 

При кондиционировании воздуха в зданиях применяются системы холодоснабжения, включающие холодильные машины и различные охладители, которые устанавливаются снаружи зданий (часто на кровле). Они работают как в дневное, так и в ночное время суток и излучают повышенный шум в окружающее пространство – в прилегающую городскую застройку. В результате воздействию этого вредного физического фактора подвергается в первую очередь жилая застройка.

Требуемое снижение шума на территории жилой застройки (и в жилье), в зависимости от типа элементов систем холодоснабжения и ситуации, составляет 7–18 дБ(А), а в октавных полосах частот достигает 10–20 дБ.

Источниками шума агрегатов являются осевые вентиляторы (от 2 до 24 шт.) с диаметрами рабочих колес от 500 до 900 мм, расположенные в верхней части агрегатов. Забор воздуха осуществляется через фильтры и устройства теплообмена сбоку или снизу, а свободный выброс – преимущественно вверх. У холодильных машин (у моноблоков) дополнительными источниками повышенного шума являются компрессоры, расположенные в их нижней части.

В связи с конструктивными особенностями агрегатов перечень эффективных средств защиты от их шума, пригодных для практического использования, весьма ограничен. В частности, на входе или выходе низконапорных осевых вентиляторов нельзя устанавливать глушители. Они неизбежно и недопустимо увеличат гидравлическое сопротивление в коротких сетях.

Многолетний опыт показал, что единственный способ защиты от шумового воздействия названных элементов систем холодоснабжения – экранирование. Один или несколько агрегатов выгораживается с двух, трех, или с четырех сторон акустическими экранами (экранами со звукопоглощающей облицовкой со стороны источника шума).

Звукопоглощающая облицовка с защитным слоем предназначена для устранения возможного увеличения звуковой мощности источника, связанного с отражениями звука в выгородке, образованной экранами.

Элементы экранов могут располагаться вертикально и под определенным наклоном к горизонтальной (вертикальной) плоскости. Угол наклона зависит от взаимного расположения источника шума и точки наблюдения.

Основные параметры экрана (высота, форма, толщина звукопоглощающей облицовки), при которых обеспечивается заданная акустическая эффективность при фиксированном расстоянии до источника шума, определяются расчетным путем.

 

В. П. Гусев

доктор техн. наук, зав. лабораторией защиты от шума вентиляционного и

 инженерно-технологического оборудования (НИИСФ)