新型低噪音消声新风装置的设计与应用

吴恩+牟淑志+牟福元

摘要：设计了一种新型低噪音消声新风装置，该装置通过改变孔板的穿孔率可以改变共振频率，从而满足不同用户对消除噪声频率的要求；还可通过改变吸声共振结构的深度来改变共振频率，进一步满足不同的消噪要求。因此当外部灰尘比较大或外部噪声较大，又需要通风时，使用此装置能够有较好的节能效果和降噪效果，有利于营造良好的工作生活环境。

关键词：新风装置； 消声； 吸声共振； 通风； 节能

中图分类号：TU834.4

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）20-0131-02

1 引言

在人们的生活空间中无处不存在噪声，噪声污染是城市环境问题的四大公害之一，目前已成为制约城市人居环境质量提高的重要因素[1]。在城市住宅内外部的噪声主要有如下几种：①街道的交通噪声；②建筑施工噪声；③工厂噪声；④建筑物的水泵房、风机房等产生的噪声；⑤其他交通工具产生的噪声，如飞机起飞降落形成的轰鸣和震动、火车行驶中车轮与铁轨的摩擦声等；⑥街道的其他噪声（如自然的狂风暴雨带来的气流噪声和撞击噪声）[2]。因此，必须对噪声进行控制。

目前，在公共场所的空调利用率越来越高，人们长期处于密闭的环境中，由于缺乏必须的空气流通，室内空气质量很差，很容易引起不适和疾病的传播，因此，必须采取措施进行空气交换，而现有的空气交换装置大多为强排式，一方面需要消耗大量的能量，另一方面会造成室内空气的剧烈变化，室内带有温度的空气被直接排出室外，而同时又要对新进入的空气进行加热或制冷，造成能量浪费，同时由于风机的使用造成换风过程中噪音较大，因此，设计一种节能降噪型的新风系统是改变室内通风条件、节能减排的当务之急。

2 消声器的类型

空调系统所用的消声器有多种形式，根据消声的原理大致可分为抗式消声器、阻式消声器和复合式消声器三大类。

抗式消声器的消声原理是借助于管道截面的突扩、突缩或旁接共振腔，使沿管道传播的某些特定频率或频段的噪声在突变处向声源反射回去，而不再向前传播，从而达到消声的目的，对低频和中频噪声有较好的消声性能。

阻式消声器的消声原理是借助装置在通风管道内壁上或在管道中按一定方式排列的吸声材料或吸声结构的吸声作用，使沿管道传播的声能部分转化为热能而衰减，对中频和高频噪声有较好的消声性能。

复合式消声器则综合了阻式和抗式消声器各自的优点，通过适当结构组合而成，对整个频段的噪声都有较好的消声效果[3]。

笔者针对空气管道中噪声的频率及复合式消声器的特点，设计了一款新型的低噪音消声新风装置，用于建筑室内的气流交换。

3 新型低噪声消音新风装置的组成

针对现有的新风系统存在的能源浪费大，外部环境噪音及设备噪音较高的问题，设计了一种带有消音结构的低噪音消声新风装置。

低噪音消声新风装置的结构组成如图1、图2及图3所示，它包括箱体，箱体面对室外的一面安装有过滤器，箱体中安装有将室外空气送入室内的风机，箱体中安装有孔板，孔板与箱体的壁板共同形成吸声共振箱，风机吹向两边的风经过孔板在吸声共振箱内完成消声；而经过风机往中间的风经过箱体顶部的孔管消声器完成消声；箱体面对室内的一面上安装有能量回收装置，能量回收装置的下部与均风管相连通，均风管的下部设有室内百叶式风入口，能量回收装置的上部设有将经过能量交换的室内风排出的风道，从风道由小型排风机经由出口抽出室内风排到环境中。

箱体11为便于安装的卧式长方体结构或直立型长方体结构，卧式长方体结构被安装在窗户上方、下方或门的上方，直立型长方体结构安装在窗户的左方或右方。过滤器7为两级过滤结构，一级为PM10，一级为PM2.5。风机2为低噪音风机。能量回收装置8为间壁式换热设备，它是一种板翅式结构的换热器。

本设计以吸收低频为主，吸声共振箱4的孔板穿孔率不宜太大，应不大于10%。通过改变孔板3的穿孔率可以改变共振频率，从而满足不同用户对消除噪声频率的要求。穿孔率越大，高频吸声性能越好。在具体实施时还可通过改变共振腔即吸声共振箱4的深度来改变共振频率，进一步满足不同的消噪要求。与现有的新风系统相比，最大的特点是通过增加吸声共振箱4和在箱体的顶部设置孔管消声器6来实现风机噪声的消降和外界噪声的屏蔽，实现了降噪节能的目的。

当处于冬夏季采用家用空调进行采暖或制冷时，可启动风机以及能量回收装置，利用风机起到通风换气的作用，能量回收装置可回收冬天室内的部分热能或夏天室内的部分冷能，利用新风将回收的能量输送回室内。克服了家用空调新风量不足的缺点，又满足了节能的要求。当外部灰尘比较大或外部噪声较大时，又需要通风时，可关闭门窗，启动风机2，实现既能够封闭外部污染环境，享受安静的工作学习或生活环境，又能满足通风换气的功能。

4 新型低噪声消音新风装置中吸声共振箱的共振频率计算

4.1 吸声共振箱模型参数的确定

穿孔板长300 mm，宽190 mm，厚度t为5 mm，小孔直径为6 mm；矩形排列方式，孔中心距离B为20 mm，板后空腔厚度l为100 mm。

穿孔率：ρ=πd24B2=3.14×624×202=7.07%

4.2 穿孔板共振频率的计算

f=CO2πpl（t+δ）=3406.280.0707100×10-3×（5+0.5）×10-3=613.6

从上式计算可知，安装在新风装置中的吸声共振箱，在614 Hz附件会发生共振。而新风装置系统的噪声源主要来自风机，其噪声频率大约在200～800 Hz.。从上式可以看出，穿孔板的共振频率f与穿孔率P的平方根成正比；f与板后空气层深度D的平方根成反比；f与穿孔的有效长度的平方根成反比；f与声速C0成反比[4]。消除不同频率的噪声，可以通过调整穿孔率、空气层深度及穿孔的有效长度来控制。

5 结论

本文提出了一种新型低噪声消音新风装置，其中的能量回收装置可回收冬天室内的部分热能或夏天室内的部分冷能，装置中的吸声共振箱可以通过调整穿孔率、空气层深度及穿孔的有效长度来控制消除不同风机产生不同频率的噪声。

参考文献：

[1]李红星，王雪平. GIS 技术在城市环境噪声中的应用研究[J].环境科学与管理，2007，32（3）：42～44.

[2]胡 伟，张家臣. 城市住宅隔声吸声设计[J]. 天津城市建设学院学报， 2011，17（4）： 229～231.

[3]彭作战，杨铁明，李裕华. 一种新型消声器[J]. 发电设备，2014，28（6）：428～431.

[4]尹忠莉. 太阳能光伏声屏障的研究[D].武汉： 武汉纺织大学，2010.