燃氣熱水器噪聲特性及降噪靜音研究

麥海湛

（廣東金美達實業有限公司，廣東 佛山 528000）

在我國，燃氣熱水器在使用過程中產生的噪聲一直是一個值得關注的問題。然而，鑒于燃氣熱水器的工作原理和部件結構，其運行時不可避免地會產生噪聲。為了降低燃氣熱水器的噪聲水平，采取了一系列有效的控制措施。安裝降噪網、吸音材料、穩流片和穩焰網等是常見的降噪措施，它們可以在不同的環節和部位發揮作用，以減少噪聲的傳播和反射。降噪網可以設置在燃氣熱水器的進氣口和出氣口，可有效減少氣流噪聲的傳播。吸音材料則可以覆蓋在燃氣熱水器的內部殼體上，以吸收和減少內部噪聲的反射。穩流片和穩焰網的安裝可以調節燃氣流量和燃燒狀態，從而減少與燃氣燃燒相關的噪聲。這些控制措施的應用可以有效降低燃氣熱水器的噪聲水平。研究表明，這些方法在實際應用中取得了良好效果。此外，史密斯公司還提出了一種新的降噪技術，具體細節尚待進一步研究和驗證。這些措施在燃氣熱水器設計和生產中具有重要意義，有助于提升用戶體驗和居住環境的舒適性。今后可以進一步研究和改進降噪技術，以滿足人們對低噪聲環境的需求。

1 測試方法

為了確保熱水器能夠正常工作，正確布置進水、進氣和排煙管道至關重要，這是保證熱水器正常運轉的關鍵。進水管道負責供應冷水，進氣管道提供所需的燃氣，而排煙管道負責排出燃燒過程中產生的廢氣。只有這些管道布置合理并符合規范要求，熱水器才能高效、安全地運行。

同時，熱水器的立式固定方式也與管道、燃燒室的布置密切相關。不同的立式固定方式可能會對管道的布置產生影響，因此需要根據具體情況進行選擇和安裝。此外，為了模擬熱水器安裝在墻壁上的實際情況，試驗中需要在距離熱水器背板約20mm 的位置安裝塑料擋板，這樣可以更準確地模擬真實安裝環境，并測試熱水器在不同條件下的噪聲性能。

在該文試驗中，參考如圖1 所示的測點位置和說明進行操作，確保熱水器的管道布置和安裝符合要求。圖1 和說明提供了必要的指導，以確保試驗的準確性和可靠性。通過該試驗可以更好地了解熱水器在不同條件下的噪聲特性，并為熱水器的設計和改進提供有價值的參考。

圖1 測點位置示意圖

熱水器的管道布置和立式固定方式對其正常運行和噪聲性能具有重要影響。正確安裝進水管道、進氣管道和排煙管道，選擇合適的立式固定方式，并模擬真實安裝環境進行試驗，都是確保熱水器高效、安全且低噪聲運行的關鍵步驟。

2 原型機測試結果

2.1 總聲壓級與聲功率

通過觀察數據分析熱水器的聲音特性，可以了解其在不同負荷條件下的噪聲水平。測量結果顯示，在最大負荷下，熱水器的噪聲比在正常負荷下更大。為了準確評估噪聲水平，需要測量面的特性，根據測量結果確定噪聲來源，并采取相應的降噪措施，如使用吸音材料、隔音設備或優化結構設計[1]。這些措施可有效降低噪聲水平，提升居住環境的舒適性。同時，測量結果可為熱水器設計和結構優化提供有價值的信息，通過改進設計和采取材料應用減振措施，從源頭減少噪聲產生。持續研究和改進將帶來更靜音、更高效的熱水器，提升用戶體驗，創造更宜居的生活環境。通過觀察數據和分析測量結果，了解熱水器的聲音特性，并采取措施和進行優化設計，以減少噪聲對人體和環境的影響，創造安靜舒適的生活環境。

2.2 測點頻譜

最大和正常負荷下測點10 的聲壓級頻譜如圖2 所示。通過觀察圖2 中的聲壓級頻譜可以發現，在測點10 處，無論是在正常負荷還是最大負荷下，都存在多個峰值頻率。這些峰值頻率的帶寬相對較大，只有少數頻率點之間存在較小的間隔[2]。

圖2 最大和正常負荷下測點10 的聲壓級頻譜

該研究觀察了熱水器在不同負荷條件下的聲音特性，發現聲壓級和頻率位置在最大負荷和正常負荷下均存在差異。進一步分析表明，這些變化可能與熱水器的工作狀態、聲音輸出量和內部部件的振動頻率有關。為了降低噪聲水平，該文提出了幾項降噪方法，包括改進燃燒室結構、優化風機設計、使用吸音材料處理空腔共振噪聲以及采用電路和算法進行主動降噪。這些方法可以幫助改進熱水器的設計和制造工藝，構建高效、低噪聲的熱水供應系統[3]。但需要進一步研究和創新以提高降噪效果和技術可行性，可以從如下方面入手：1）改進燃燒室的結構，減少燃燒噪聲。2）優化風機的設計，改善風機噪聲。3）采用吸音材料對空腔共振噪聲進行處理。

此外，對于電磁噪聲，可以在電路中采用降噪電容器和電感器來減少電磁輻射。還可以考慮采用主動降噪技術，即在熱水器內部放置一個麥克風，實時采集噪聲信號，并通過相應的電路和算法進行處理，產生與噪聲相反的聲波，從而達到降噪的效果。

2.2.1 風機噪聲

根據數據分析，發現在頻率為400～4500Hz 時存在峰值噪聲和寬頻帶噪聲。這些噪聲來源于多個因素，其中包括風機轉子葉片與蝸殼之間的摩擦、流體噪聲等。在空調系統運行過程中，風機噪聲往往是最明顯的[4]。

在最大負荷下，該頻率可通過公式（1）計算出一階基頻，結果為4209Hz。

式中：z為風扇葉片數；R為風扇轉速（r/min）；n取1，2，...。

渦脫落噪聲和渦殼共振輻射噪聲對應的頻率可分別通過公式（2）和公式（3）進行計算。同樣可以計算出它們在最大負荷下的頻率分別為390Hz 和858Hz。

式中：f2和f3分別為渦脫落噪聲頻率和渦殼共振輻射噪聲頻率（Hz）；v為葉片線速度（m/s）；d為葉片彎曲直徑（m）；c為聲速（m/s）；s2為出風口面積（m2），l2為出風口管等效長度（m）；V為風機殼內體積（m3）。

為了減少這些影響，需要采取有效的噪聲控制措施。可以通過優化風機設計、改進蝸殼結構、降低摩擦噪聲等手段來減少風機噪聲的產生。此外，也可以采用安裝吸音材料、隔音罩、噪聲屏障等措施來減少噪聲傳播和入侵空間。通過綜合運用這些控制措施，可以顯著降低風機噪聲對人們生活和工作的影響，提供一個更安靜、更舒適的環境。

2.2.2 燃燒系統噪聲

在燃燒系統中，燃氣或者燃油燃燒時，鑒于燃燒不完全、火焰不穩定等原因，噴嘴區會產生噴流噪聲和燃燒噪聲。其中噴流噪聲主要是由噴流與周圍空氣的相互作用引起的，噪聲頻率主要集中在低頻范圍內，其噪聲水平與噴油壓力、噴油量、噴嘴孔徑、噴嘴與喉管之間的距離等參數有關。而燃燒噪聲則是由火焰的不穩定和壓力振蕩引起的，噪聲頻率主要集中在中、高頻范圍內。

此外，燃燒室和油氣混合室內的聲共振也會產生噪聲。當聲波在燃燒室和油氣混合室內傳播時，會遇到反射、干涉等現象，當聲波的頻率與燃燒室、油氣混合室的共振頻率相等時，就會引起共振，產生較大的噪聲[5]。

為了控制燃燒系統的噪聲，一般采用如下措施：優化燃油或燃氣的噴嘴結構，使噴油或噴氣的過程更穩定、更均勻；采用優質的燃料，減少燃燒不完全和火焰不穩定現象；優化燃燒室和油氣混合室的結構，使其不易產生共振；在燃燒系統內加裝吸聲材料，降低噪聲水平。

3 降噪方案測試結果

3.1 降噪方案來源

當熱水器使用離心風機作為空氣循環的動力源時，往往會隨著噪聲問題。通過對熱水器在正常負荷和最大負荷下的噪聲特性進行分析，可以發現噪聲主要來源于風機噪聲、燃燒系統噪聲和空腔共振噪聲。通過分析原型機在正常負荷和最大負荷下的噪聲特性，該文了解到風機噪聲、燃燒系統噪聲和空腔共振噪聲是主要噪聲源。熱水器常用離心風機的A 計權聲功率級可通過公式（4）獲得。從公式（4）中可見，風機效率越低，噪聲越大。

式中：K=86（后彎葉片）、94（前彎葉片）；PF為機械功率（kW）；u為葉尖速度（m/s）；η為風機效率；D為風機直徑（m）；c為聲速（m/s）。

離心風機的噪聲與其效率密切相關。當風機效率較低時，噪聲通常會更大。這是因為效率低下會導致風機在運行過程中產生更多的振動和湍流，進而引發噪聲問題。然而在熱水器內部結構中，部件的阻擋、進氣受阻嚴重以及流道阻力偏大等因素會導致風機效率下降，從而加劇噪聲的產生。

此外，燃燒系統也是熱水器噪聲的一個重要來源。在燃燒過程中，由燃料燃燒產生的氣流和火焰引發的振動和共振現象會產生燃燒系統噪聲。這些噪聲可能會通過空腔共振進一步放大，使熱水器的噪聲問題更顯著。

為了降低熱水器的噪聲水平，可以采取一系列措施。首先，需要優化離心風機的設計，提高其效率，以減少振動和湍流產生的噪聲。其次，對熱水器的內部結構進行改進，減少部件的阻擋和流道阻力，提升風機的運行效率，從源頭上減少噪聲的產生。再次，對燃燒系統進行優化，控制燃燒過程中的氣流和火焰震動，以減少燃燒系統噪聲的產生。最后，通過阻尼措施和材料的選擇抑制空腔共振效應，減少噪聲的傳播和放大。

3.2 降噪方案

3.2.1 改變熱水器進氣方式

為了降低風機噪聲，可以采用安裝頂部進風裝置的方法。該方法通過將進氣和排氣結合在一起，并利用內圈進行排氣、外圈進行進氣的方式來取得降噪效果。

該方案中，進氣面積與背板進氣面積相同，從而保證了熱水器正常工作所需的進氣量。通過將進氣和排氣合理結合在頂部進風裝置中，可以有效減少風機噪聲的傳播。

該頂部進風裝置的設計使熱水器在正常工作過程中能夠獲得足夠的進氣量，同時也降低了噪聲水平。通過優化進氣和排氣的結構，可以有效控制熱水器在運行過程中產生的噪聲。

因此，采用安裝頂部進風裝置的方法是一種有效的降低風機噪聲的解決方案。在確保進氣量的同時可減少噪聲傳播，使熱水器在使用過程中更安靜、更舒適，可以在滿足正常工作需求的同時，達到良好的降噪效果，為用戶帶來更好的使用體驗。

3.2.2 在傳遞路徑上加裝消聲器

為了降低熱水器的噪聲，可以利用材料來吸收風機通過進風口輻射的噪聲，以達到降噪的目的。在設計消聲導流罩時，需要綜合考慮風道阻力，因為合理設置消聲導流罩對降低噪聲具有至關重要的作用。

合理設計熱水器的進風結構并加裝適當的消聲器，可以有效降低噪聲水平。在實際應用中，可以需要根據具體情況選擇合適的降噪方案，并對其降噪效果進行測試和評估。通過不斷優化方案，使其更符合實際應用的需求。

因此，在熱水器噪聲控制方面，可以通過材料吸聲和合理的設計來降低風機輻射的噪聲。同時，在設計消聲導流罩時要考慮風道阻力，確保其正常運行。通過優化進風結構和加裝消聲器，可以進一步降低熱水器的噪聲水平。在實踐中，需要根據實際情況選擇合適的降噪方案，并進行測試和評估，以確保其降噪效果的有效性。最終使熱水器在實際應用中更安靜、更舒適。

4 結語

該文通過對原型機進行噪聲測試，測得在最大負荷和正常負荷下，半球面平均聲功率級分別為61.5dB（A）和58.3dB（A）。在測試過程中，還發現原型機存在特定頻率下的峰值噪聲。這些測試結果明確指出原型機存在噪聲問題，需要采取相應的措施進行降噪處理。為了降低原型機的噪聲水平，該文提出了頂部進風和增加消聲導流罩的降噪方案。將進風方式由背面進風改為頂部進風后，進行了再次測試，并觀察到明顯的降噪效果。測試結果顯示，在頂部進風方式下，原型機的噪聲水平顯著降低，特別是中、低頻噪聲的降低效果更顯著。為了更進一步降低噪聲，還考慮了增加消聲導流罩的方案。然而通過測試，該文發現增加消聲導流罩并不能進一步有效地降低噪聲水平。這表明在已采用頂部進風方式的情況下，增加消聲導流罩對噪聲的降低效果有限。選擇具體降噪方案時，需要綜合考慮原型機的工作特點、成本效益以及降噪效果，以達到合理控制噪聲和優化設計的目的。