Рд 5.76 02 акустический расчет системы вентиляции. Акустический расчет как основа для проектирования малошумной системы вентиляции (кондиционирования)

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

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.

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

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.

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.