广州某音乐厅空调系统消声设计

陈东哲，龚蓂杰

( 广东省建筑设计研究院，广州 510000 )



广州某音乐厅空调系统消声设计

陈东哲，龚蓂杰

( 广东省建筑设计研究院，广州 510000 )

[摘要]指出了控制空调系统噪声的措施，详细介绍了空调系统各部件气流再生噪声的计算方法和消声特性，并以广州某音乐厅的空调系统消声设计为例，具体给出了其消声计算流程和结果。

[关键词]音乐厅；再生噪声；消声设计

1引言

对于音乐厅等功能性建筑，空调系统的噪声将直接影响听觉效果。一些较高档次的音乐厅还要求自然声演出，这样，对其室内的噪声控制水平提出了更高的要求。目前，部分工程师多是依据经验来进行空调系统的消声设计，并没有进行精确的计算。另一方面，随着消声材料的快速发展，空调系统的消声手段也日益多元化。本文介绍广州某音乐厅空调系统消声设计的流程，供广大同行参考。

2空调系统的噪声

2.1噪声控制标准

空调系统的噪声控制主要参考《实用供暖空调设计手册(第二版)》中提出的音乐厅室内允许噪声级——噪声评价数NR等级：20～25，A声级值(dBA)：25～30。

2.2控制噪声的具体措施

一般而言，控制空调系统的噪声可从以下方面展开：

合理确定空调系统的大小：空调系统不宜过大，最大空调面积约500m2[1]，否则风压和风速太大，不利于控制噪声。

空调机房的位置尽量远离噪声要求高的房间，且应削弱包括空调机房在内的各种机房的振动，避免通过基础的振动传递噪声。

选择噪声低的空调机组，从源头控制噪声。

控制合理的管内风速：由于气流通过风管内将产生气流的再生噪声，因此有必要合理控制其内的风速[2]。

进行有效的消声设计，包括采用消声器或含玻璃棉内衬的消声风管等。目前在实际工程中，大多采用镀锌钢管加消声器的消声方法。由于消声材料的快速发展，目前也有部分消声要求高的工程开始采用玻璃棉内衬风管来取代镀锌钢管，本工程即是如此。

表1空调风管内流速控制值

允许噪声(dBA)风管流速控制值(m/s)主风管支风管风口204.02.51.5254.53.52.0305.04.52.5356.55.53.5407.56.04.0459.07.05.0

2.3消声设计流程

2.3.1噪声的产生

空调系统的噪声主要包括噪声源(空调机组)的噪声和噪声在传播过程中的再生噪声[2]。

(1)空调机组的噪声

空调机组的噪声主要是其内部的风机噪声。关于风机噪声的确定，相关的设计手册[2，3]中给出了包括根据风量风压或功率等参数的估算方法。但是，该估算方法针对性不强，且随着风机技术的提高，很多厂家都对风机进行了降噪处理，用风量风压估算的噪声一般都大于厂家提供的测试数据，在这里笔者建议可用经验公式进行初步估算，厂家提供的测试数据为准进行消声设计。

(2)直管段的再生噪声

支管道的气流噪声声功率级LW(dB)：

LW=LWC+50lgv+10lgF

(1)

式中：

LWC—直管比声功率级，一般取10dB；

v—直管内气流速度，m/s；

F—直管的断面积，m2；

直管段气流噪声的倍频带修正值可由表2查得。

(3)弯头的再生噪声

弯头的气流噪声声功率级LW(dB)：

LW=LWC+10lgfD+30lgd+50lgv

(2)

表2直管段气流噪声倍频带修正值

中心频率(Hz)631252505001000200040008000修正值(dB)-5-6-7-8-9-10-13-20

式中：

LWC—弯头比声功率级，可由图1查得；

fz——倍频带中心频率，Hz；

d——风管的直径或当量直径，m；

v——弯头内风速，m/s；

图1中斯脱立哈尔数NStr，由NStr=fz·d/v算得。

(4)三通的再生噪声

三通的气流噪声声功率级LW(dB)：

LW=LWC+10lgfD+30lgd+50lgva

(3)

式中：

LWC—比声功率级，可根据vi/va值由图2查得；

vi—进入三通的风速，m/s；

va—离开三通的风速，m/s；

(5)阀门的再生噪声

管道上阀门产生的气流噪声声功率级可用下式计算，其相对的频带声功率级修正值则可由表3查得。

图1　矩形弯头的LWC值

LW=Lθ+10lgs+55lgv

(4)

式中：

LQ—由阀门叶片角度θ决定的常数；

图2　三通的LWC值

θ=0°时，Lθ=30dB；

θ=45°时，Lθ=42dB；

θ=65°时，Lθ=51dB；

v—管道内气流速度，m/s；

s—管道断面积，m2。

表3阀门气流噪声频带声功率级修正值

阀门叶片角度θ倍频带中的频率(Hz)6312525050010002000400080000°-4-5-5-9(-14)(-19)(-24)(-29)45°-7-5-6-9-13-12-7-1365°-10-7-4-5-90-3-10

注：括号内数值为估算值。

(6)出风口的再生噪声

对于定风速扩散型出风口的气流噪声声功率级LW(dB)：

(5)

式中：

LW—比声功率级值。由图3查得。

d—散流器颈部直径，m；

v—散流器颈部流速，m/s。

图3　定风速扩散型出风口气流噪声声功率级

2.3.2各部件的噪声衰减量

(1)直管段噪声衰减

(a)金属风管

金属风管的噪声衰减量与风管的周长、长度及管壁的吸声系数成正比，与风管的面积成反比。可按表4估算直管段噪声衰减量，表中风管尺寸：圆管为直径，矩形管为当量直径[3]。

(b)玻璃棉吸声内衬风管

吸声内衬风管具有很好的消声效果，尤其对于中高频。但是其吸声效果随着管道截面积的增大呈降低趋势。25mm厚内衬的矩形金属风管的噪声衰减量如表5[4]。

表4金属风管噪声衰减量

风管尺寸(mm)各倍频带中心频率(Hz)噪声衰减量((dB/m)63125250500≥1000矩形管75～2000.60.60.450.30.3200～4000.60.60.450.30.2400～8000.60.60.30.150.15800～16000.450.30.150.10.06圆管75～2000.10.10.150.150.3200～4000.060.10.10.150.2400～8000.030.060.060.10.15800～16000.030.030.030.060.06

注：(1)风管尺寸为当量直径；(2)本表仅适用于管路较长，管内流速较低(≤8m/s)条件，否则直管噪声衰减可忽略。

表525mm厚玻璃棉吸声内衬矩形风管噪声衰减量

管道尺寸(mm)插入损失(dB/m)125250500100020004000200×2001.63.97.516.419.011.8200×6101.32.66.213.113.59.2300×3001.32.66.213.113.59.2300×6101.02.05.611.510.57.5380×7601.01.64.910.28.56.6610×12200.71.33.97.95.64.9760×15200.71.03.67.24.64.3

(2)弯头的噪声衰减

矩形弯头的噪声衰减量见表6，其中风管宽度是指平面图上弯头可见面的尺寸[3]。从表6可以看出，弯头对于中频的消声效果较好，对于高频的消声效果比较稳定，对于低频效果比较差，且管道宽度越大，低频消声效果越好。另外，若弯头内增加吸声材料，噪声衰减量将增加。

表6矩形弯头的噪声衰减量

风管宽度(mm)各倍频带中心频率(Hz)的噪声衰减量(dB)6312525050010002000≥4000200———1774250———5843320——17743400——28533500——58433630—177433800—285333100016843331250177433315002863333

(3)三通

根据声能按分支管的面积进行分配的原则，由分支管1和2构成的三通中经过分支管1的噪声衰减量为：

(6)

式中：a1、a2—三通两个分支管的面积，(m2)；

(4)末端(风口)反射噪声衰减

图4　末端反射衰减量

(5)房间内某点的声压级

噪声由风口传入室内后，入耳感觉到的噪声是由直达的声压级与房间回响声压级的叠加。房间内某点人耳感觉到的声压级的计算公式为：

(7)

式中：

LW—由风口进入室内的声功率级，dB；

Lp—距风口r处的声压级，dB；

r—风口与某处人身(测量点)间的距离，m；

Q—指向性因素，取决于风口尺寸、位置和风口与人身(测量点)连线与水平线的夹角α的无因次量，由图5查得。

图5　指向性因素(α=45°)

S—房间总表面积，m2；

αm—室内平均吸声系数，一般建筑取0.1～0.2；

Ⅰ—突出于房间中的风口；

Ⅱ——墙(顶棚)中部位置的风口；

Ⅲ——位于墙上靠顶棚的风口；

Ⅳ——靠近顶棚在墙角的风口

3工程实例

以广州市某音乐厅的空调系统为例，介绍采用玻璃棉内衬消声风管时空调系统的消声设计。空调系统图见图6。空调系统消声计算结果见表7。

在送风系统的消声计算过程中，由于送风管路较长，经过试算若整个管路均采用含玻璃棉消声内衬的矩形金属风管，在气流未到达送风口前，多个频带的气流噪声已降为0dB，远低于房间允许噪声的要求，造成不必要的浪费。

因此，采用普通镀锌钢板风管加玻璃棉内衬风管组合的形式，从空调机组A处至三通C处采用镀锌钢板，后续管段采用玻璃棉内衬风管，该种组合方式可以有效控制空调系统的噪声，避免了设计过于保守的弊病。

图6　音乐厅空调系统图

表7空调系统消声计算结果(送风系统)

(单位：dB)

表8空调系统消声计算结果(回风系统)

(单位：dB)

在本工程中，送风系统采用含玻璃棉消声内衬的矩形金属风管时，其噪声得到了有效的控制，仅倍频带中心频率为63Hz和8000Hz的噪声超标，但是回风系统由于管路短，且回风口处阀门的气流噪声的影响，回风系统各个频带的气流噪声均超标，为了消除其噪声，可根据上述结果，通过研究各种消声器的消声特性，选择再生噪声小、成本低的消声器，以提高系统的可靠性。

通过本工程的消声计算还提醒我们注意两点：(1)应重视回风系统的噪声计算，目前一些消声设计时很多只考虑了送风系统，但是由于回风管路一般较短，其消声设计应注意核算；(2)阀门的气流噪声是比较大的，尤其是所选阀门的叶片角度大于30°时，建议在消声设计时应注意其再生噪声，目前的消声设计中对于这一点也没有给予足够的重视。

4结论与展望

噪声控制是音乐厅等功能性建筑设计时需要考虑的问题，需要建筑、暖通等专业的密切配合。本文介绍了空调系统气流再生噪声的计算方法和各构件的消声特性，并以广州市某音乐厅为实例，详细介绍了该工程空调系统的消声设计。通过计算发现，玻璃棉消声内衬风管具有较好的消声效果，尤其对于中高频。并指出消声设计应关注回风系统的噪声控制和阀门的气流再生噪声。

目前，一些设计手册、教材和厂家提供的资料中，关于消声设计的工程资料并不是很完备。尤其缺乏对于消声原理的解释，以及基于消声原理得出的基础性数据，使得很多工程的消声设计过于保守。希望后续的研究能够关注这个方面。

5参考文献

[1] 陈小辉.广东广播中心广播、录音室空调消声设计[J].暖通空调，2008，38(10)：95-98

[2] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].第二版.北京：中国建筑工业出版社，2008

[3] 陆亚俊，马最良，邹平华. 暖通空调[M].第二版.北京：中国建筑工业出版社，2007

[4] ASHRAE. ASHRAE Handbook applications[M].Atlanta.ASHRAE Inc，2011

Noise Design of the Air Conditioning System of a Concert Hall in Guangzhou

CHEN Dongzhe，GONG Mingjie

( Architectural design and research Institute of Guangdong,GuangZhou 510000 )

Abstract：Pointed out the measures to control the noise of air conditioning system,The calculation methods of regenerated noise and noise elimination characteristics of the air conditioning system were introduced in detail.Taking the air conditioning system of a concert hall in Guangzhou as an example，the process and results of the noise elimination were given.

Key words：Concert hall;Regenerated noise;Noise design

收稿日期：2015-12-22

作者简介：陈东哲(1975-)，男，高级工程师，主要从事暖通空调设计工作。Email：chendzhe@126.com

文章编号：ISSN1005-9180(2016)01-032-09

中图分类号：TU831文献标示码：B

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2016.01.007