實驗室通風系統風機噪聲的綜合治理

蓋磊，周東

(1.山東建筑大學 市政與環境工程學院，山東 濟南 250101;2.濟南市規劃設計研究院，山東 濟南 250101)

0 引言

實驗室通風系統雖能有效控制實驗室有害物質對室內外空氣質量的影響與破壞，但在使用過程中又會造成一定的室內外噪聲污染。目前，各種噪聲治理技術已發展比較成熟，但實驗室通風系統的噪聲治理效果并不盡人意，究其原因主要有:實驗室通風系統在設計之初僅考慮通風效果，其噪聲污染問題并未引起人們的足夠關注，特別是某些配套風機位于高空室外時，對室外聲環境的污染進一步加重;通風系統組成較復雜，不能夠合理準確的找到噪聲源;各種噪聲治理措施不能夠有效綜合使用，以達到最佳效果。

本文將針對這些問題，以濟南市供排水監測中心綜合實驗室通風系統的噪聲為例進行具體分析，并找出合理有效的治理措施。

1 工程背景及噪聲污染現狀

圖1 風機平面布局

濟南市供排水監測中心綜合實驗室通風系統采用3臺 BF4-72型、1臺BF4-79型、風機作為引風機，風機平面布局見圖1。BF4-72型風機設計風量4012～7419m3/h、風壓 2014～1320Pa、配套電動機功率 5.5kW，BF4-79型風機設計風量 14000～17500m3/h、風壓 1250 ～850Pa、配套電動機功率7.5 kW。此外，實驗平臺上部設有通風柜，通風柜設計風速0.3～0.6m/s，排風機械管道設計風速 9～12m/s。實驗樓共6層，與鄰近的18層居民住宅樓僅相距16m遠，4臺風機均位于實驗樓的屋頂處，且送風系統面向居民樓一側設置。

實驗室通風系統投入運行以后，周圍居民對其造成的噪聲污染反應強烈。

該檢測中心位于GB3096—2008《聲環境質量標準》中的“1”類區，執行 GB12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》中“1”類標準，即廠界噪聲晝間55dB(A)，夜間45dB(A)。據有關環境監測部門監測，該單位廠界噪聲晝間監測值為71.7dB(A)，超標16.7dB(A)。經分析，廠界噪聲超標主要是由通風系統所配風機造成。為搞清楚風機的噪聲特性，使用B＆K2260分析儀在距風機2m處進行了測量，噪聲高達85.2dB(A)，噪聲頻譜見圖2中風機2m處噪聲頻譜。由頻譜圖可以看到，風機噪聲為寬帶噪聲，等效連續A聲級高達85.2dB(A)，且呈中低頻特性。由于相同聲壓級的低頻噪聲比高頻噪聲更易使人煩惱，因此周圍居民對該噪聲污染反映強烈。

為了搞清風機是否是影響居民生活的噪聲源，在居民樓面向通風系統一側的各層窗口處分別對噪聲進行了測量，發現居民樓噪聲最大值出現在11層處，將居民樓11、13層噪聲頻譜與風機噪聲進行了比較，見圖2，不難判斷其噪聲頻率特性相似，說明風機是影響居民的主要噪聲源。

圖2 噪聲頻譜

2 噪聲源分析

2.1 風機本體噪聲

風機是一種強噪聲的機電產品，它的噪聲主要包括進氣口和排氣口輻射的空氣動力性噪聲、機殼及軸承輻射的機械性噪聲、基礎振動輻射的固體聲，此外，還有配套電動機噪聲[1]。

本工程使用的風機為引風用玻璃鋼離心風機，具有噪聲較大、風壓大、適用于復雜系統等特點，主要安裝在室外或樓頂。雖然工程設計時已考慮采用風機進氣口設置消聲器與避震喉，設置隔振墊等噪聲控制措施。但運行后整個系統噪聲污染仍十分嚴重。

2.2 管道噪聲

管道噪聲來源于風機進氣口傳送來的風機噪聲和管道再生噪聲[2]。管道再生噪聲又分機械性振動噪聲和空氣動力性渦流噪聲。機械性振動噪聲是管道受到氣流沖擊時產生的自鳴噪聲，渦流噪聲是氣體在管道中流動受到擾動時產生的噪聲。管道噪聲盡管只產生于管道某些部位，但整個管道都可輻射強烈噪聲，對環境造成嚴重污染。

由于所有風管均采用耐腐蝕材料PVC材質，根據聲質量定律，可知PVC管隔聲量較低。

3 噪聲綜合治理技術

根據現場調查，發現本工程具有下列特點:(1)各風機沿廠界呈線性布置，且居民樓與噪聲源之間無任何遮擋，使得噪聲源的影響范圍很廣[3]，根據噪聲疊加原理，要想達到理想的控制效果，須對每一風機進行處理;(2)由于風機位于室外屋頂，在居民樓處噪聲聲壓級大、影響范圍較廣。

由于風機使用并非24h連續運轉，在夜間很少使用，故以晝間超標16.7dB(A)作為降噪目標。

3.1 設置隔聲罩

從減少造價、便于維修和現場條件角度，將四臺風機圍護在一隔聲罩內。隔聲罩在原有鋼結構基礎上制作，壁體采用多層復合結構，設計隔聲量25dB(A)。

按照隔聲罩設計理論，其降噪效果:式中:TL為罩壁隔聲量;α為罩內的壁平均吸聲系數;τ為罩壁的透射系數。

可以看到，要提高隔聲性能，罩必須有足夠隔聲量，其內表面必須進行強吸聲處理。壁面結構采用彩鋼夾芯復合板作圍護墻，彩鋼夾芯復合板[4]既有符合本工程要求的隔聲量，又有優良的防腐性能和較美觀的外表。墻內側敷FC板、離心玻璃棉氈進行吸聲處理，玻璃棉氈護面板采用穿孔鋁板，穿孔率為20%，隔聲罩壁面結構見圖3。

圖3 隔聲罩壁面結構

引風機加隔聲罩后，機器特別是電動機散熱條件變差，有可能影響到機器的正常工作。故需要設通風裝置，并在通風口加配套阻性消聲器，消聲器設計消聲量20dB(A);為了便于管理與檢修，隔聲罩設計為可裝卸式;計算隔聲罩骨架系統的力學性能，保證隔聲罩堅固、安全，局部拆卸方便;隔聲罩在施工過程中還要注意洞和縫的良好密封，且要不妨礙原屋面的排水。

3.2 在風機進風口設置消聲器

圖4 消聲器

在隔聲罩外，改變每臺風機排氣口的排氣方向，使排氣口背向居民樓，并加設阻抗復合式消聲器，設計消聲量25dB(A)，阻抗復合式消聲器見圖4。

3.3 進氣管道的隔聲包扎

風機的進氣口噪聲會通過連接管道向外輻射，由于所有風管均采用耐腐蝕PVC材質，根據聲質量定律可知PVC管隔聲量較低，故需進行隔聲包扎，隔聲包扎見圖5。

圖5 隔聲包扎

圖6 治理前聲場分布

圖7 治理后聲場分布

為更準確地掌握風機噪聲治理前后對居民樓的影響強度與范圍，使用Cadna/A軟件[5]進行了聲場模擬[6]，見圖6、7。模擬結果顯示，在緊鄰風機一側的居民樓上，噪聲強度高達70dB(A)且影響范圍廣，采取設置隔聲罩、消聲器、隔聲包扎等噪聲控制措施以后，居民樓的聲環境狀況得到明顯改善，噪聲強度最大值已降低到55dB(A)。

4 結語

通過對該實驗室通風系統的風機噪聲現場測試、頻譜特性分析和噪聲治理措施的實施，發現本工程具有以下特點:

(1)本工程中，風機位于室外高空，對周圍聲環境影響范圍廣、強度大。因此，在最初通風系統工藝設計階段，就應選擇合理的風機類型，且避免其位于室外高空。

(2)設置隔聲罩是室外風機噪聲控制的最有效措施之一。設計時，在滿足隔聲量的同時要注意隔聲罩的散熱、密閉性、防雨、方便檢修等問題。

(3)在工程中，可利用計算機的強大功能進行聲場模擬，有效提高噪聲控制規劃的效率與精度，便于噪聲治理措施的選擇與評價。

目前，該噪聲治理工程已經竣工，經環境監測部門監測，廠界噪聲晝間值已降至國家相應標準。

[1]周新祥.噪聲控制技術及其新進展[M].北京:冶金工業出版社，2007:235.

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[5]周兆駒，蓋磊，李文，等.大型建設項目環境噪聲控制規劃初探[J].噪聲與振動控制，2009，29(6):520－522.

[6]王亞平，程志紅，張曉峰.濟南題壁堂古戲樓建筑聲學環境研究[J].山東建筑大學學報，2011，26(3):237－240.