武漢地鐵3號線通風空調系統中的消聲聲學計算

陳航

（上海申華聲學裝備有限公司,上海市 200070）

0 引言

武漢地鐵3號線一期消聲器供貨項目涉及武漢軌道交通3號線一期工程23座車站、升官渡停車場、三金潭車輛段、王家灣—宗關站中間風井、控制中心通風空調系統的噪聲綜合治理，包括提供消聲設備，進行消聲器設備的功能、設計、結構、性能、制造、運輸、現場組裝（大型片式消聲器和金屬外殼消聲器由機電施工單位組裝）、安裝督導、性能測試及必須的附屬設備、備品備件、專用工具與相關服務等，提交通風空調噪聲控制系統中的消聲器設備及系統性的噪聲、吸聲處理要求，并對噪聲分析、綜合治理方案、施工圖設計配合和對消聲器方面進行說明。2014年8月與武漢地鐵集團有限公司簽訂了合同，2015年11月消聲器供貨完成，經現場測試表明取得了良好的效果，達到了業主提出的要求。

1 噪聲分析

通風空調系統的主要噪聲源為隧道事故風機、組合式空調機組、回排風機、各類柜式風機盤管機組、射流風機、其他各類軸流風機。噪聲源主要分布如下：

（1）區間隧道通風系統。該系統主要噪聲源為四臺TVF風機，風量為60 m3/s，全壓為900 Pa，葉輪直徑約2.0 m。噪聲值見表1。

表1 區間隧道通風系統噪聲源特性

（2）車站隧道通風系統。該系統主要噪聲源為兩臺TEF風機，風量為50 m3/s，全壓為600 Pa。噪聲值見表2。

表2 車站隧道通風系統噪聲源特性

（3）車站通風空調大系統。該系統噪聲源較多，根據初步判斷，風量最大的組合式空調器噪聲最大，風量為52 100 m3/h。噪聲值見表3。

（4）車站通風空調小系統。該系統噪聲源較多，但噪聲均較小，通過送風系統到各設備房噪聲值基本都能滿足要求，故該系統不做噪聲計算。

表3 車站通風空調大系統噪聲源特性

2 深化設計（聲學計算）

以四新大道站為例，詳細計算過程如下。

2.1 TVF區間隧道通風系統

2.1.1 系統分析

根據隧道通風系統的要求，車站左線出站端各設置一個活塞風道以及相應的風井（每個面積為20.4 m2），作為正常運行時依靠列車活塞作用實現隧道與外界通風換氣的通道。同時在隧道與其相對應的活塞風井之間還設置了一套隧道風機裝置，該裝置在無列車活塞作用時對隧道進行機械通風。而且在設置上要求車站每端兩套隧道風機裝置可互為備用。通過對設于活塞通風風道以及機械通風通道上的各個組合風閥與隧道風機啟停的各種組合，構成多種運行模式，滿足不同的運營工況要求。圖1為通風平面布置示意圖。

2.1.2 聲學計算

通過以上系統分析知道，從噪聲源看，四臺TVF風機噪聲相同，在區間隧道通風系統中選任何一套TVF系統作為噪聲分析對象均可。本計算選用左端TVF系統計算。由TVF風機所產生的噪聲通過2 m長變徑管（一側斷面為3 000 mm×3 500 mm，風速為5.7m/s），與2.5m長的XSQ-306-A3消聲器相連（消聲器規格為3 000 mm×3500mm×2 500 mm，消聲器內風速為11.4 m/s），在經過DE-306-A5的風閥（風閥斷面為3 000 mm×3 500 mm）與活塞風道相連（風道長18.5 m，斷面為4 000 mm×9 225 mm，風道內風速為1.6 m/s），然后通過直角彎頭與活塞風井相連，風井斷面為20.4 m2，風井內風速為2.94 m/s。排風井出口噪聲從風管末端突然擴散到自由空間中，其中部分聲音會被反射，形成反射衰減。通常情況下，可衰減4～6 dB（A）。本計算中預估為4 dB（A）。最終要求達到NR50曲線標準。詳細計算過程見表4。

由表4可以看出，原設計消聲器并不能滿足消聲效果，所以建議在變徑管后增設一個長2 m的消聲器。

圖1 通風平面布置示意圖（單位：mm）

2.2 TEF車站隧道通風系統

2.2.1 系統分析

在車站站臺公共區的邊緣設置了屏蔽門后，隧道空間從車站中被隔離出去，列車的停車位置形成了“車站隧道”，為保證列車停車時車載空調器的正常運行及排除列車的制動發熱量，車站隧道內設了軌頂和站臺板下兩條排風道，對應列車的各個發熱點設置排風口，再通過軌道排風機及相應的管道將熱空氣排出地面。車站采用了隧道風機單獨設置的形式。

2.2.2 聲學計算

通過以上分析可知，該系統的噪聲源主要為兩臺TEF風機，A端和B端左右對稱布置。本系統計算時選用左側系統，即A端風機。

從管路的走向看，風機產生的噪聲通過2.2 m長的變徑管（風速為6.67 m/s）與風閥連接，然后進入5.15 m的土建風道（風道斷面積為14 m2，風速

為3.6 m/s），然后經過風道內的片式消聲器，消聲器規格為3 500 mm×4 000 mm×2 500 mm（消聲器內風速為7.14 m/s），再經過22.7 m的土建風道（風速為3.6 m/s），然后經過直角土建彎頭，進入豎向排風井（亭）內，風井面積為20.4 m2，風速為2.45 m/s。排風井出口噪聲從風管末端突然擴散到自由空間中，其中部分聲音會被反射，形成反射衰減。通常情況下，可衰減4～6 dB（A）。本計算中預估為4 dB（A）。最終要求達到NR50曲線標準。計算過程與表4類似，這里不一一列舉。

表4 四新大道站TVF通風系統（活塞風亭）噪聲計算

參考最終計算結果，設計消聲器并不能滿足消聲效果，所以建議在變徑管后增設了一個長2m的消聲器。

續表4

2.3 車站通風空調大系統

2.3.1 車站大系統（新風井）聲學計算

通過系統圖紙分析可知，該站大系統中噪聲主要是由組合式空調機組對稱布置。該機組產生的噪聲一端沿著送風方向傳至站臺、站廳，一端沿著相反的方向從新風廳傳至室外。本部分只計算傳至新風廳的噪聲，送風方向傳至站臺、站廳的在后面計算。這里選擇A端的新風進系統進行計算。空調機組風量為52 100 m3/h，經過一臺混風室及風閥，然后經過一個三通與消聲器連接，然后通過新風道到達新風井。最終要求達到NR65曲線標準。計算過程與表4類似。

由最終計算結果得出結論：原設計在風管中加消聲器（2 m長）,殼管式消聲器可以滿足消聲量的要求。

2.3.2 車站大系統（站臺、站廳回風系統）聲學計算

選擇A端的通風系統作為計算基礎，通過系統圖紙分析可知，站臺、站廳回風系統主要噪聲為回排風風機。該風機風量為45 400 m3/h，通過消聲器，然后經過一臺回風機一壓箱，分站臺、站廳兩路回風。站廳這條支路通過一臺排煙風機，再通過一個三通管分兩路段面為1 250 mm×500 mm的風管，風量為10 235 m3/h，風速為4.5 m/s。再通過10個回排風口回風，回排風口為500 mm×500 mm,風量為2 047 m3/h，風速為2.3 m/s。最終要求達到NR65曲線標準。參考表4的計算過程。

由計算結果得出結論：原設計在風管中加消聲器（2 m長），殼管式消聲器可以滿足消聲量的要求。

3 地鐵運行后的最終效果

將聲學計算的過程及結果提交給設計院，由設計院最終確定消聲器型號尺寸。

經過漫長的供貨期，武漢地鐵3號線一期于2016年1月試運營，在試運營期間對各站站臺、風亭出風口及辦公區域均進行了聲學檢測，均達到了業主方的要求。這里以四新大道站的測試數據為例，見表5和圖2、圖3。

表5 四新大道站噪聲測試數據

圖2 豎井片式不銹鋼消聲器

圖3 金屬外殼片式消聲器

[1]鐘祥璋.建筑吸聲材料與隔聲材料[M].北京：化學工業出版社,2012.

[2]呂玉恒.噪聲與振動控制設備及材料選用手冊[M].北京：化學工業出版社,2011.

[3]馬大猷.噪聲與振動控制工程手冊[M].北京：機械工業出版社,2002.