建筑暖通空調(diào)設計中噪聲與振動的問題處理分析

文／蒙蓉 上海經(jīng)緯建筑規(guī)劃設計研究院股份有限公司浙江分公司 浙江杭州 310000

覃虎 浙江新中環(huán)建筑設計有限公司 浙江杭州 310000

引言：

空調(diào)即空氣調(diào)節(jié)，顧名思義是調(diào)節(jié)空氣中的溫度、濕度、潔凈度及風速等。隨著生活環(huán)境越來越惡劣，生活經(jīng)濟水平的提升，人們對自己工作、居住等生活場所的空氣質(zhì)量及舒適性要求越來越高，使得空調(diào)系統(tǒng)在各種住宅、辦公、賓館、商場等建筑中得到了廣泛應用。空調(diào)系統(tǒng)在實際應用中容易因設計因素或運行條件限制，產(chǎn)生一系列噪聲和振動問題，不僅對周圍的環(huán)境增加了噪聲污染，也會對建筑內(nèi)人員的生活和工作造成負面影響，嚴重的會產(chǎn)生噪聲污染威脅人們的身心健康。為此建筑暖通空調(diào)設計應該格外注重空調(diào)的噪聲與振動問題，在合理條件下有效解決噪聲和振動的問題，營造良好的建筑室內(nèi)環(huán)境[1]。本文從以下幾個方面分析建筑空調(diào)系統(tǒng)在設計及運行中產(chǎn)生的噪聲振動，并探討一些有效的降噪隔振措施。

1、暖通空調(diào)噪聲振動概述

不同頻率、不同振幅的聲波無規(guī)律組合引起人們不適或煩躁的聲音即噪聲。空調(diào)系統(tǒng)在使用過程中，因系統(tǒng)自身運轉(zhuǎn)的空氣聲[2]或設備振動的撞擊聲[2]對周圍環(huán)境不可避免地產(chǎn)生了噪聲。在綠色建筑設計中，聲環(huán)境是綠色建筑評價的參評項，綠色建筑要求住宅、辦公、醫(yī)院、學校、商業(yè)等各類建筑的室內(nèi)允許噪聲級滿足在《民用建筑隔聲設計規(guī)范》GB50118-2010 中規(guī)定[3]。所以有必要對建筑中的空調(diào)系統(tǒng)進行噪聲和振動來源的分析。只有具體分析來源，才能更有針對性的采取相關措施來控制噪聲和減弱振動。

2、暖通空調(diào)設計中噪聲與振動的產(chǎn)生原因

2.1 設備的噪聲與振動

暖通空調(diào)系統(tǒng)的設備包括了前端的冷水機組、熱泵機組、鍋爐、水泵、冷卻塔等大型設備，末端如新風機、風機盤管、空調(diào)箱等設備。空調(diào)需要用到的設備數(shù)量種類較多，而這些設備幾乎都是以電力為驅(qū)動，以電力為驅(qū)動的設備穩(wěn)定性存在一定局限性，很多設備在空調(diào)系統(tǒng)的實際運行中會因慣性和不穩(wěn)定性產(chǎn)生振動[4]。而且在安裝設備時，如若沒有對設備進行妥善的固定，沒有安裝相應的減振器，沒有選擇合理的隔振措施。繼而產(chǎn)生不同程度的噪聲，噪聲通過制冷機房、鍋爐房的門、窗、樓板、隔墻等機房圍護結(jié)構(gòu)進行傳播，當這些大型重要的設備在運行時，而機房的門、窗、樓板、隔墻、頂棚等圍護結(jié)構(gòu)卻沒有進行相應吸聲、降噪措施時，與這些主要的設備機房相鄰的房間便受到了來自機房噪聲的干擾。在空調(diào)系統(tǒng)中常常使用到冷卻塔，冷卻塔因體積大、荷載大。通常放置在屋頂或室外。當安裝在屋頂時，需要設置設備基礎，設備基礎形式選擇不正確會導致振動傳導到整棟建筑。隨著冷卻塔的大風扇夜以繼日的運轉(zhuǎn)，連帶建筑的支承結(jié)構(gòu)振動，對于建筑是種損壞[5]。另一方面，在暖通空調(diào)系統(tǒng)的設計中，很多設計師忽略了設備選型時對振動和噪聲問題的分析，沒有選擇低噪聲設備，也是增加整個空調(diào)系統(tǒng)噪聲和振動的重要因素之一，忽略設備原本的噪聲會讓整個空調(diào)系統(tǒng)噪聲和振動難以控制。

2.2 管道振動及噪聲

暖通空調(diào)系統(tǒng)的管道包括水管、風管兩種類型，其主要功能都是輸送符合設計參數(shù)的介質(zhì)，是保障空調(diào)系統(tǒng)良好運行的必要條件。管道振動是設備振動、介質(zhì)擾動、介質(zhì)沖擊管壁自振的疊加反應[5]。空調(diào)水管在輸送冷、熱水或冷卻水時，水流引起管道振動，空調(diào)通風管道在運行時發(fā)出的氣流噪聲均是空調(diào)系統(tǒng)設計中常見的問題。例如（1）水管和設備的連接不合理，供、回水管突然變截面，導致水流沖撞管壁而引起大噪聲；（2）風機和風管的連接不合理，導致氣流在進、出風中有方向和速度的突然變化；（3）管道的坡度、長度不合理，在豎向、水平管路中，不合理變徑、變徑長度過短等均會導致氣流、水流高頻率翻彎；（4）風閥、水閥、管道安裝不合格，所使用的管材壁厚太薄，隔聲性能差等，以上等原因不僅導致輸送效率降低，系統(tǒng)制冷、制熱效果差，還會引起管道系統(tǒng)運行中出現(xiàn)比較明顯的振動，而且噪聲和振動隨著流體的傳輸會傳播至整個空調(diào)系統(tǒng)，甚至輻射整個建筑內(nèi)環(huán)境。

2.3 送、回（排）風系統(tǒng)噪聲及振動問題

送、回（排）風系統(tǒng)同樣是暖通空調(diào)設計中產(chǎn)生噪聲、振動的重要因素之一。送、回（排）風系統(tǒng)是暖通空調(diào)進行風力輸送、余熱回收的重要系統(tǒng)。當室內(nèi)的空調(diào)箱、風機盤管等設備運作時，動力送風系統(tǒng)將符合設計要求的冷、熱風運輸?shù)礁鱾€空間，從而達到給各個房間制冷、制暖的效果。當送、回風系統(tǒng)末端的送風口、回風口的風量較大、喉口風速過高的情況下，會造成整個系統(tǒng)的噪聲更大。又如在設計時，沒有在送風管、回風管設置消聲器；沒有在送、回風口附近貼消聲棉；送、回風口設置間距太短，氣流短路；沒有在土建送、回風道內(nèi)壁設置消聲措施等方面忽視了，就會很容易導致送、回（排）風系統(tǒng)在實際運行中產(chǎn)生大量噪音。

2.4 空調(diào)機房位置問題

空調(diào)機房布置位置不當也是噪聲、振動產(chǎn)生的重要因素之一。在建筑暖通空調(diào)設計時，應根據(jù)房間建筑結(jié)構(gòu)空間特點、使用功能等合理選擇空調(diào)系統(tǒng)形式，當采用中央空調(diào)，選用組合式空調(diào)箱、熱回收式空調(diào)機組等較大型的空調(diào)設備時，會根據(jù)后期運營管理模式等原因需要提供專用的空調(diào)機房，方便空調(diào)的控制管理，而空調(diào)機房也是暖通空調(diào)系統(tǒng)中比較容易產(chǎn)生噪聲、振動的重要場所之一。空調(diào)機房內(nèi)的設備在運行時產(chǎn)生一定的噪音。當建筑前期設計，沒有考量到空調(diào)機房對臨近房間會有噪聲輻射，沒有對空調(diào)機房進行合理規(guī)劃，導致空調(diào)機房位置與會議室、辦公區(qū)、客房區(qū)等距離過近。同時空調(diào)機房里的設備、管道、構(gòu)件沒有設置相應的隔音減噪措施，沒有在機房內(nèi)部設置一些吸音裝置等，都會增加了建筑內(nèi)部的噪聲和振動問題[6]。

3、建筑暖通空調(diào)中噪聲與振動問題的解決措施

3.1 設備的降噪隔振

空調(diào)系統(tǒng)的主要噪聲來源于設備電機的電磁噪聲、空氣動力噪聲以及機械噪聲，所以暖通空調(diào)中設備的合理選擇是減少噪聲產(chǎn)生的重要措施，故應該格外重視暖通空調(diào)設計中設備選擇的合理性，在常規(guī)進行設備的選擇和搭配時，應該更多的考慮到設備的穩(wěn)定性與工作效率之間的關系。首先，在滿足設備設計要求參數(shù)的前提下，應關注設備產(chǎn)品的噪聲值，對各類設備的實際功率與噪聲關系進行分析，盡量選擇優(yōu)質(zhì)的低噪聲產(chǎn)品，必要情況下為設備安裝降噪裝置，從源頭上降低噪聲分貝。其次，設備在安裝時應設置合理的減振基礎，空調(diào)的大型設備如冷水機組、冷卻塔、臥式組合空調(diào)機組等應優(yōu)先選擇大塊基礎，質(zhì)量大的臺座振動對支承結(jié)構(gòu)振動比較小。設備吊裝時應優(yōu)先選擇低頻域、隔振效果好、阻尼小的金屬彈簧隔振器。設備用房有條件的應該設置吸聲頂棚，即機房頂棚貼一些吸音效果好的吸聲隔音材料。墻體及樓板盡量采用混凝土墻、混凝土樓板，并且墻體和樓板的厚度越厚，密度大，隔音效果越好[5]。機房門選擇密閉較好的門。窗戶隔聲普遍比較差，所以機房盡量不設置窗戶，或盡量減小窗戶面積。要求設備機房的外墻、隔墻、樓板和門窗的隔聲性能必須根據(jù)綠色建筑星級要求，滿足《民用建筑隔聲設計規(guī)范》GB50118 中的限值。在條件允許的情況下，可以在機房或設備周圍設置隔聲屏障、隔聲罩，例如在冷卻塔周圍種植綠植也是可以消聲的。除此外，空調(diào)制冷機房和鍋爐房的循環(huán)水泵，在前期機房設備平面布置規(guī)劃時，應將水泵、及與水泵連接的供回水管安裝位置盡量遠離機房墻，從源頭上減小水系統(tǒng)運行產(chǎn)生的噪聲。通過以上的相關措施，均可以有效的減小振動對建筑的影響，降低噪聲對毗鄰房間的輻射。

3.2 管道的降噪隔振

設備與管道的連接應設置合理的軟接頭。對于選用軟接頭有如下建議：風機與風管采用帆布軟接，水泵的進、出口常使用橡膠撓性接管，壓縮機與管道之間采用波紋管連接。空調(diào)風管與風機的連接除了設置軟接，應設置消聲器。空調(diào)系統(tǒng)應盡量靠近風機的進、出口設置消聲器來減少風機噪聲，消聲器是一種既允許氣流通過，又能有效衰減噪聲的裝置。故應該在設計時給消聲器安裝留出足夠的空間。消聲器應盡量布置在長直、氣流平穩(wěn)的管段。通常應該要求空調(diào)系統(tǒng)的新風段、送風段、回風段以及排風段設置消聲器。空調(diào)系統(tǒng)盡量選擇阻抗復合消聲器。阻抗復合消聲器是將阻性與抗性或共振消聲原理組合在同一個消聲器內(nèi)，具有較寬的消聲頻帶，消聲效果好的特性[5]。空調(diào)管道內(nèi)壁應保持光滑，盡量設置長直管道。大量的工程實例證明當管路較長的時候，容易讓聲音隨管道自然衰減達到允許的噪聲級。彎頭等盡量使用有導流葉片的彎頭，同時盡量避免短距離內(nèi)連續(xù)設置多個彎頭，以減緩流質(zhì)在管道中的速度。管道盡量采用管壁較厚的產(chǎn)品。當管道本身的壁厚較薄時，也可在管道周圍貼巖棉，巖棉不僅消聲還可以兼顧保溫。此外，在設計之初就應該對建筑內(nèi)的各種功能房間進行分析，如對噪聲級要求不同的功能房間不宜使用同一管路系統(tǒng)，應該分開設置，避免房間之間的串音干擾。如條件限制采用不同管路，應在管路穿墻處設置消聲措施，同時風管穿墻處應嚴密封堵風管與墻的空隙。

3.3 送、回（排）風系統(tǒng)噪聲處理

送、回（排）風管除了應設置消聲器外，應該在設計之時注意送、回風量的比例，一般情況是回風量小于送風量，但是在一些嚴格控制噪聲的場所例如錄音室、歌劇院、演播廳、影院等建議采用同等的送回風量，即送風量等于回風量[5]。在合理的設計風量下，同時注重風管的干管、支管的風速。送、回（排）風管的干管風速越低，氣流流速緩，發(fā)出的噪聲就越小。在當今建筑暖通空調(diào)設計中，常常因為設計委托方提出控制成本的原因，而被要求提高設計風管的風速，但當風速越高噪聲又越大。該問題應該在設計中引起注意，應重視風速大小與噪聲大小的關系。系統(tǒng)末端的噪聲和振動還與選擇送、回風口的形式有關，根據(jù)房間功能、噪聲要求選擇百葉或噴口等形式來送風，且嚴格控制送、回風口的風速，風口風速建議控制≤2.5m/s。當風口風速為2.5m/s 時，噪聲大約是30dB(A)左右。考慮到氣流干擾的噪聲，在設計時應該盡量拉開送、回風口的距離，如頂送風、低位回風等。對于一些噪聲要求較嚴格的房間，應該在風管內(nèi)外貼消聲吸音棉等措施。

3.4 空調(diào)機房的降噪措施

空調(diào)系統(tǒng)末端的大型空調(diào)機組一般設置在空調(diào)機房內(nèi)，便于控制和管理。有空調(diào)機組就會有振動和噪聲。為避免房間之間的噪聲干擾，在土建暖通空調(diào)設計階段就應該對機房設置位置進行一個分析和規(guī)劃。空調(diào)機房應盡量遠離對噪聲有嚴格要求的房間，比如會議室、客房、影廳等。對于有地下室的商業(yè)建筑、辦公建筑、展館等，應盡量把空調(diào)機房設置在地下室或儲藏間、工具間等。如果需要設置土建的送、回風井，這些風井應盡量與空調(diào)機房拉開距離。這些負責送、回（排）風的井道也應該盡量遠離水泵房、電梯井等有較大噪聲的聲源體。井道內(nèi)除了風管，建議對土建風井內(nèi)壁貼消聲棉等。安裝在空調(diào)機房的空箱調(diào)在安裝時也應該合理選擇相應的設備基礎、減振器。為降低機房噪聲輻射到周圍房間，機房的墻體、頂棚等圍護結(jié)構(gòu)上建議貼吸聲消音材料，且使用密閉良好的門窗。在空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試運行時，對于室內(nèi)噪聲級要求較高的場合，應對附近的空調(diào)機房進行噪聲的檢測。測試空調(diào)機房內(nèi)外的噪聲值，并根據(jù)場所要求的噪聲級再對空調(diào)機房的消聲措施進行一個優(yōu)化。例如選擇吸音效果更好的消音材料，或者增加機房內(nèi)側(cè)圍護結(jié)構(gòu)所貼的吸聲消音材料的厚度等。

3.5 其他方面的降噪隔振

在土建暖通空調(diào)方案設計階段，需要結(jié)合建筑具體使用功能、主體的結(jié)構(gòu)形式和各類空調(diào)系統(tǒng)特點進行分析和選擇，對不同空調(diào)系統(tǒng)會給建筑內(nèi)聲環(huán)境帶來的噪聲影響進行初步評估。且應了解在現(xiàn)行國家標準中，設計建筑涉及的主要功能房間所要求的室內(nèi)噪聲限值，選擇并設計符合后期建筑使用功能要求的空調(diào)系統(tǒng)。

在施工圖深化設計階段，應該關注建筑內(nèi)各個功能房間所要求的噪聲級。對建筑內(nèi)人員的活動情況、所需環(huán)境的安靜程度進行一些評估。這樣更有利于空調(diào)末端系統(tǒng)的統(tǒng)籌規(guī)劃、歸類劃分。在系統(tǒng)設計時，不僅要根據(jù)暖通空調(diào)需要承擔的供暖、制冷、加濕等工作要求對設備的種類進行劃分，還要對各設備的實際功率與噪聲關系進行分析，選擇優(yōu)質(zhì)的設備，并在必要情況下為設備安裝降噪裝置，減少噪聲和振動問題的出現(xiàn)。設計師應隨時關注市場上新出的、優(yōu)質(zhì)的吸聲材料和消音產(chǎn)品。在選擇吸聲消音材料時，需要對市面上最新的、最先進的、吸聲效果良好的材料進行分析、比較、評估，合理的對設備機房和風管內(nèi)部吸聲、外部隔音等材料進行選擇，保證其能夠發(fā)揮良好的降噪目的。在合理減少設備數(shù)量的情況下，還可以對設備機房、冷卻塔、大型設備等周圍結(jié)合建筑、景觀專業(yè)條件設置一些隔音屏障，利用隔音屏障創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的建筑聲環(huán)境。

在暖通空調(diào)安裝施工階段中，應對各個環(huán)節(jié)的安裝質(zhì)量進行管控。安裝過程的質(zhì)量管控是降低噪聲與減少振動產(chǎn)生的重要條件。安裝單位及相關單位需要圍繞著施工地點與施工步驟的具體內(nèi)容進行分析，尤其注意對建筑工程施工地點的科學分析，結(jié)合其他設備專業(yè)的管道走向、空間分布等各項內(nèi)容，對施工過程進行綜合分析，保證安裝質(zhì)量控制的有效性。暖通空調(diào)系統(tǒng)安裝時要嚴格遵循安裝步驟，在正式安裝應前對暖通空調(diào)整個施工量進行分析，注意核對空調(diào)設備的型號、性能參數(shù)、設備尺寸及質(zhì)量檢測等內(nèi)容，將空調(diào)設備安裝至相應合理的位置中。暖通空調(diào)系統(tǒng)安裝過程中既要保證系統(tǒng)中各構(gòu)件安裝的合理，也要隨時關注降噪問題[7]。

結(jié)語：

暖通空調(diào)中噪聲和振動的產(chǎn)生與其系統(tǒng)設備性能、設備選擇、消聲裝置的應用等都存在密切的聯(lián)系。如果在建筑暖通空調(diào)設計中，缺乏有效的暖通空調(diào)系統(tǒng)應用分析，忽略空調(diào)設備機房的合理布置，以及不注重設備性能參數(shù)選擇，缺少有效的降噪隔振措施，都是會很容易導致暖通空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)噪聲過大的問題。為了給在建筑中生活工作的人們創(chuàng)造一個較為安靜，無空調(diào)噪聲干擾的環(huán)境，為了他們身心健康，暖通設計師在進行建筑的暖通空調(diào)設計時，應該更加關注其設計的合理性，做好相關系統(tǒng)的科學規(guī)劃，在選用設備時更多考慮降低噪聲與減小振動的要求，合理應用吸聲材料、消音裝置與隔振設備等，有效減少暖通空調(diào)帶來的振動噪聲污染。