分析民用建筑空調系統噪聲源及消聲器性能評價

空調系統中的噪聲源主要有通風機、空調設備、冷熱源設備、冷卻塔、空調系統風管等。

一、空調系統設備的噪聲

1、通風機的噪聲

在民用建筑的空調系統中，使用通風機的主要設備有以下幾個方面：
◆    送、排風系統的軸流風機
◆    空調系統中風機盤管、變風量空調機組、新風機組等的離心風機

噪聲主要包括空氣動力噪聲、機械噪聲等。其中空氣動力噪聲包括渦流噪聲和旋轉噪聲,渦流噪聲是葉片在空氣中旋轉沿葉片厚度方向形成壓力梯度變化，引起渦流及氣流紊流而產生的寬頻帶噪聲；旋轉噪聲是旋轉葉片經過某點時，對空氣產生周期性壓力，引起空氣壓力和速度的脈動從而向周圍環境輻射的噪聲。機械的噪聲可能是由通風機的動平衡受到破壞而引起的旋轉部件不平衡造成的，也可能是由軸承的裝配不好或受到損壞而造成的。

通風機的噪聲通常是以空氣動力噪聲為主，一般可以比機械噪聲大10dB左右。通風機噪聲隨著不同系列或同系列不同型號、不同轉數而變化；在同一系列中，轉數相同的通風機，其噪聲隨著型號（尺寸）的變大而變大；同系列同型號的通風機，其噪聲隨著轉速的增高而增大。如圖所示：離心風機與軸流風機的噪聲頻譜。在條件允許的情況下，如設計參數，安裝位置，運行與維護等條件允許下盡量選用離心風機。

2、電機噪聲

電機噪聲主要有電磁噪聲、機械噪聲和空氣動力性噪聲。電磁噪聲是由定子與轉子之間的交變電磁引力、磁致伸縮引起的；機械性噪聲包括軸承及電機轉子不平衡，轉子受“溝槽諧波力”作用引起的振動而產生的噪聲；空氣動力性噪聲由電動機冷卻風扇引起的氣流噪聲。其中以空氣動力性噪聲最強，機械性噪聲次之，電磁噪聲最小。

電機部件的質量加工精度和裝配技術等對電機噪聲的影響很大，動平衡差、轉子有嚴重的串動等會顯著增加軸承的噪聲。噪聲較低的是QW（BBC）系列電機，其次是新的Y系列產品，再者是直流電機。電機的噪聲與功率、轉速有著直接的關系，電機功率越大轉速越快噪聲也越大，反之就越小。

二、空調系統的氣流再生噪聲

氣流經過風管系統的各個管件、部件時，會產生氣流再生噪聲。氣流再生噪聲與風管中的空氣流速、走向、管部件的多少和風口的設置等因素有關。產生氣流噪聲的同時還會影響管路各部件的自然衰減效果。當風管中流速較大時，消聲器不能夠有效消聲，導致風機的噪聲傳到空調區域；當風口的風速較大時，會使室內直接感受到氣流擾動所產生的噪聲。同時風管的材質也會影響噪聲的傳遞，因此必須重視風管系統的氣流再生噪聲所造成的影響，尤其是對于設計的氣流速度偏大或噪聲要求很高的空調系統。

總之，空調系統的噪聲來源還是在設備及氣流再生上。如何處理好這兩方面的問題是消聲的關鍵。具體解決的方法主要有一下幾種方式：
●    在滿足條件允許的情況下盡量使用離心風機；
●    在設備用房盡量做到消聲處理；
●    設備電機盡量選用低噪型；
●    設備安裝要考慮防震措施；
●    風管材質盡量采用吸聲材料；
●    合理使用彎頭、三通等部件進行噪聲自然衰減；
●    在空調機出口處設置消聲靜壓箱、消聲器進行消聲；
●    在空調機回風口處設置消聲百葉、消聲靜壓箱進行消聲；
●    增加管壁厚度，或與保溫層處理結合，增加其隔聲量。

消聲器是一種具有吸聲內襯或特殊結構形式、能夠有效降低噪聲的氣流管道。在噪聲控制技術中，消聲器是應用最多、最廣泛的降噪設備，主要應用于各類風機及空壓機等空氣動力設備的進、排氣口消聲；空調機房、鍋爐房、冷凍機房、發電機房等建筑設備機房的進、出風口消聲；通風空調系統的送、回風管道消聲等。評價一個消聲器性能好壞，必須從它的聲學性能、空氣動力性能、空氣動力性能、體積、結構性能以及經濟等因素綜合考慮。

1、阻性消聲器

阻性消聲器是利用敷設在氣流通道內的多孔吸聲材料（又稱阻性材料）吸收聲能、降低噪聲而起到消聲作用的。阻性消聲器具有良好的中、高頻消聲性能，體積較小，廣泛應用于空氣動力設備的噪聲控制技術中。阻性消聲器的消聲性能主要取決于消聲器的結構形式、吸聲材料的吸聲特性，通過消聲器的氣流速度和消聲器的有效長度等。常用阻性消聲器主要有管式消聲器、片式消聲器、蜂窩式（或列管式）消聲器、折板式消聲器、聲流式消聲器、彎頭式消聲器（消聲彎頭）、百葉式消聲器（消聲百葉）和元件式消聲器等。

管式消聲器是在氣流管道內壁加襯一定厚度的吸聲材料構成的，它是阻性消聲器中結構形式最簡單的一種。此類消聲器僅適用于風量很小（一般風量不大于5000m3/h）、尺寸較小的管道，對于大尺寸管道，其消聲性能將明顯降低，必須設計采用其他形式的阻性消聲器。

片式消聲器是在大尺寸的風管內設置一定數量的吸聲片，構成多個扁形通道并聯的消聲器。其適用的風量范圍較大，一般是5000～80000 m3/h，此類消聲器的結構簡單，中高頻的消聲性能優良，氣流阻力也較小，因此得到廣泛應用。片式消聲器的消聲性能主要取決于其消聲片的片厚、片距及長度。當片式消聲器在吸聲片、風速及有效長度都確定的條件下，它的性能僅取決于消聲片間的距離，而消聲片的用量及厚度將取決于片式消聲器的消聲頻率特性，片厚增加，對提高低頻消聲效果有利，但也會帶來阻力和體積增大的問題。片式消聲器的長度一般與消聲量成正比，而且分段設置的片式消聲器比同樣長度的連續設置消聲量會有所提高。片式消聲器也可以用膨脹珍珠巖吸聲磚、陶土吸聲磚等吸聲磚塊砌筑，施工較為簡單，不怕潮濕，消聲效果好，但是重量和體積相對較大，一般適用于地下送、回風道或消聲坑道內。

將一定數量的尺寸較小的管式消聲器并列組合即構成蜂窩式消聲器，其消聲性能與單個管式消聲器基本相同。此類消聲器可適用于較大風量條件，且中高頻消聲性能也很好，但由于其氣流阻力比片式消聲器大、構造偏大，目前在工程中的應用正在逐漸減少。

將片式消聲器的平直氣流通道改成折板形即成為阻性折板式消聲器，由于聲波在消聲器內多次彎折，加大了聲波對吸聲材料的放射角，提高了吸聲效率，達到了改善高頻吸聲效果的效果。但是折板式消聲器的氣流阻力也比片式消聲器明顯提高。

聲流式消聲器是折板式消聲器的一種改進形式，它是利用呈正弦波形、弧形或菱形等彎曲吸聲通道及沿通道吸聲層厚度的連續變化來達到改善消聲性能的目的的。其消聲性能較高、消聲頻帶較寬、氣流阻力小，但是結構較為復雜，施工制作要求較高。

百葉式消聲器常稱為消聲百葉或消聲百葉窗，這實際是一種長度很短（一般為0.～0.6m）的片式或折板式消聲器的改型。由于其長度(或稱厚度)很小，有一定的消聲效果而氣流阻力又小，因此在實際工程中常用于車間及各類機房的進排風窗口、強噪聲設備隔聲罩的通風散熱窗口、隔聲屏障的局部通風口等。消聲百葉的消聲量一般為5～15dB（A），消聲我呈中高頻性；消聲百葉的消聲性能主要取決于單片百葉的形式、百葉間距、安裝角度和有效消聲長度等因素。

元件式消聲器是由一定數量的單個消聲元件排列組合而成的的消聲器，主要適用于大通道、大流量的消聲通道。元件式消聲器一般由阻性消聲元件組成，也有復合式消聲元件，元件的形式有板式、圓筒式、菱形、梭形、相形等。

2、抗性消聲器

抗性消聲器是利用聲波通道截面的突變（擴張或收縮），使沿管道傳遞的某些特定頻段的聲小組反射回聲源，從而達到消聲的目的。它具有良好的低頻或低中頻消聲性能。抗性消聲器不需要多孔消聲材料，因此適于在高溫、高濕、高速及脈動氣流環境下工作。

抗性消聲器可以分為擴張式（或膨脹式）消聲器、共振式消聲器、微穿孔板式消聲器、干涉式消聲器及有源式消聲器等類型。

擴張式消聲器（膨脹式消聲器）是依據管道中聲波在截面突變（擴大或縮小）處發生反射而衰減噪聲的原理設計的。通常由擴張室及連接管串聯組合而成，擴張室與原管道截面積之比稱為膨脹比m，此m值將決定單節典型擴張式消聲器的最大消聲量。此外，其消聲性能還與擴張室的長度、插入管的形式及長度、擴張室的直徑及通過氣流速度等因素有關。其中擴張室的長度、插入管的形式及長度將影響擴張消聲器的頻率特性，擴張室的直徑將影響擴張消聲器有效消聲性能的發揮。此類消聲器主要用來對以低中頻噪聲為主的設備進行消聲。

共振式消聲器是一段開有一定數量小孔的管道同管外一個密閉的空腔連通而構成的一個共振系統。在共振頻率附近，管道連通處聲阻抗很低，當聲波沿管道傳播到此時，因為阻抗不匹配，大部分聲能向聲源方向反射回去，還有一部分聲能由于共振系統的磨擦阻尼作用轉化為熱能被吸收，僅剩下一小部分聲能繼續傳播過去，達到了共振消聲的目的。此類消聲性能主要取決于共振孔板的結構參數（孔徑、孔數、板厚、共振腔的體積、管道的截面積及氣流速度等），它僅能在一定的頻段起到有效的消聲作用，因此更多是與阻性消聲器相結合構成阻性與共振復合式消聲器進行工作。

微穿孔板消聲器是在共振式吸聲結構的基礎上發展而來的，它是由孔徑不大于1mm的微穿孔板和孔板背后的空腔構成的。其特點是，穿孔板的孔徑小，利用自身孔板的聲阻，取消了阻性消聲器穿孔護板后的多孔吸聲材料，使消聲器的結構簡化，因此微穿孔板消聲器兼具抗性、阻性的特點。其消聲頻率較寬，氣流阻力較小，不需要多孔吸聲材料，具有適用風速較高、抗潮濕、耐高溫、不起塵等優點，可以設計成管式、片式、聲流式、小室式等多種形式，因此在空調系統等降噪工程中廣泛應用，并取得了滿意的效果。

干涉式消聲器是根據聲源干涉原理制成的，即設計一定的消聲器結構形式，使兩個相位相反的聲波在消聲中相遇而相互抵消，以達到消聲的目的。此類消聲器具有很強的頻率選擇性，即僅對很窄的頻帶（一般僅為一個1/3倍頻程）具有很好的消聲性能，因此其適用范圍有限。

3、阻抗復合式消聲器

復合式消聲器是將阻性消聲器與抗性或共振消聲器原理組合設計在一個消聲器中，克服了阻性消聲器低頻消聲性能較差和抗性消聲器高頻消聲性能較差的缺點，具有較寬的消聲頻率特性，因此在通風空調系統消聲、空氣動力設備的消聲及排氣放空消聲等噪聲控制工程中得到廣泛的應用。

通風空調工程中廣泛應用的是國標T701-6型阻抗復合式消聲器。T701-6型阻抗復合式消聲器由兩節或三節串聯的擴張式消聲器同內管的阻性片式消聲器并聯構成，其消聲性能為：低頻≥15～20dB/m，高頻20～25dB/m，阻力系數ξ≤0.4。

三、消聲器的性能評價

消聲器的性能評價主要包括聲學性能、空氣動力性能及氣流再生噪聲特性三個方面的指標。

1、消聲器的性能評價

消聲器聲學性能的優劣通常用消聲量的大小及消聲頻譜特性來表示，其中主要包括計權聲級（A聲級或C聲級）消聲量及各倍頻帶（1倍頻帶或1/3倍頻帶）消聲量。
根據測試方法的不同，消聲器聲學性能的評價指標可分為傳聲損失、插入損失、末端聲壓級差及聲衰減量等。其中傳聲損失和聲誤差量反映了消聲器自身的聲學特性，不受測量環境的影響，而插入損失和末端聲壓級差值會受到測量環境條件（測點距離、方向及管口反射）的影響。因此在評價消聲器的聲學性能時必須注明所采用的測量方法及環境條件。

2、消聲器空氣動力性能的評價

空氣動力性能是消聲器的一項重要指標，如果由于空氣動力性能差、阻力很大而使得通風空調系統不能正常運行，安裝在管道中的消聲器即使消聲量很高也不能使用。消聲器的空氣動力特性評價指標通常為壓力損失或阻力系數。

消聲器的壓力損失為氣流通過消聲器前后所產生的壓力降低值，即消聲器前與消聲器后氣流管道內的平均全壓之差值，若前后氣流速度相同、動壓相等，則壓力損失就是消聲器前后的靜壓差值。消聲器的壓力損失大小既與消聲器的結構形式，也與通過消聲器的氣流速度有關，因此在用壓力損失值表征消聲器的空氣動力性能時，也必須同時表明通過消聲器的氣流速度。阻力系數可以較全面地反映消聲器的空氣動力特性，根據阻力系數可以方便地求得不同流速條件下的壓力損失值。

3、消聲器氣流再生噪聲特性的評價

在消聲器的工程應用中，經常會出現動態消聲量低于靜態消聲量及氣流提高時同一消聲器消聲量相應減少的現象，這是由于消聲器內部產生的氣流再生噪聲影響造成的。消聲器氣流的再生噪聲就是當氣流以一定速度通過消聲器時，由于氣流在消聲器內部產生垢湍流噪聲（以中高頻為主）以及氣流激發消聲器的結構部件振動所產生的噪聲（以低頻為主），稱為氣流再生噪聲。

氣流再生噪聲大小主要取決于消聲器的結構形式和氣流速度：消聲器的結構形式越復雜，氣流 通道的彎折越多；消聲器內通道壁面的粗糙度越大，則氣流再生噪聲也越高，反之則越低。