武汉地铁3号线通风空调系统中的消声声学计算

陈航

（上海申华声学装备有限公司,上海市 200070）

0 引言

武汉地铁3号线一期消声器供货项目涉及武汉轨道交通3号线一期工程23座车站、升官渡停车场、三金潭车辆段、王家湾—宗关站中间风井、控制中心通风空调系统的噪声综合治理，包括提供消声设备，进行消声器设备的功能、设计、结构、性能、制造、运输、现场组装（大型片式消声器和金属外壳消声器由机电施工单位组装）、安装督导、性能测试及必须的附属设备、备品备件、专用工具与相关服务等，提交通风空调噪声控制系统中的消声器设备及系统性的噪声、吸声处理要求，并对噪声分析、综合治理方案、施工图设计配合和对消声器方面进行说明。2014年8月与武汉地铁集团有限公司签订了合同，2015年11月消声器供货完成，经现场测试表明取得了良好的效果，达到了业主提出的要求。

1 噪声分析

通风空调系统的主要噪声源为隧道事故风机、组合式空调机组、回排风机、各类柜式风机盘管机组、射流风机、其他各类轴流风机。噪声源主要分布如下：

（1）区间隧道通风系统。该系统主要噪声源为四台TVF风机，风量为60 m3/s，全压为900 Pa，叶轮直径约2.0 m。噪声值见表1。

表1 区间隧道通风系统噪声源特性

（2）车站隧道通风系统。该系统主要噪声源为两台TEF风机，风量为50 m3/s，全压为600 Pa。噪声值见表2。

表2 车站隧道通风系统噪声源特性

（3）车站通风空调大系统。该系统噪声源较多，根据初步判断，风量最大的组合式空调器噪声最大，风量为52 100 m3/h。噪声值见表3。

（4）车站通风空调小系统。该系统噪声源较多，但噪声均较小，通过送风系统到各设备房噪声值基本都能满足要求，故该系统不做噪声计算。

表3 车站通风空调大系统噪声源特性

2 深化设计（声学计算）

以四新大道站为例，详细计算过程如下。

2.1 TVF区间隧道通风系统

2.1.1 系统分析

根据隧道通风系统的要求，车站左线出站端各设置一个活塞风道以及相应的风井（每个面积为20.4 m2），作为正常运行时依靠列车活塞作用实现隧道与外界通风换气的通道。同时在隧道与其相对应的活塞风井之间还设置了一套隧道风机装置，该装置在无列车活塞作用时对隧道进行机械通风。而且在设置上要求车站每端两套隧道风机装置可互为备用。通过对设于活塞通风风道以及机械通风通道上的各个组合风阀与隧道风机启停的各种组合，构成多种运行模式，满足不同的运营工况要求。图1为通风平面布置示意图。

2.1.2 声学计算

通过以上系统分析知道，从噪声源看，四台TVF风机噪声相同，在区间隧道通风系统中选任何一套TVF系统作为噪声分析对象均可。本计算选用左端TVF系统计算。由TVF风机所产生的噪声通过2 m长变径管（一侧断面为3 000 mm×3 500 mm，风速为5.7m/s），与2.5m长的XSQ-306-A3消声器相连（消声器规格为3 000 mm×3500mm×2 500 mm，消声器内风速为11.4 m/s），在经过DE-306-A5的风阀（风阀断面为3 000 mm×3 500 mm）与活塞风道相连（风道长18.5 m，断面为4 000 mm×9 225 mm，风道内风速为1.6 m/s），然后通过直角弯头与活塞风井相连，风井断面为20.4 m2，风井内风速为2.94 m/s。排风井出口噪声从风管末端突然扩散到自由空间中，其中部分声音会被反射，形成反射衰减。通常情况下，可衰减4～6 dB（A）。本计算中预估为4 dB（A）。最终要求达到NR50曲线标准。详细计算过程见表4。

由表4可以看出，原设计消声器并不能满足消声效果，所以建议在变径管后增设一个长2 m的消声器。

图1 通风平面布置示意图（单位：mm）

2.2 TEF车站隧道通风系统

2.2.1 系统分析

在车站站台公共区的边缘设置了屏蔽门后，隧道空间从车站中被隔离出去，列车的停车位置形成了“车站隧道”，为保证列车停车时车载空调器的正常运行及排除列车的制动发热量，车站隧道内设了轨顶和站台板下两条排风道，对应列车的各个发热点设置排风口，再通过轨道排风机及相应的管道将热空气排出地面。车站采用了隧道风机单独设置的形式。

2.2.2 声学计算

通过以上分析可知，该系统的噪声源主要为两台TEF风机，A端和B端左右对称布置。本系统计算时选用左侧系统，即A端风机。

从管路的走向看，风机产生的噪声通过2.2 m长的变径管（风速为6.67 m/s）与风阀连接，然后进入5.15 m的土建风道（风道断面积为14 m2，风速

为3.6 m/s），然后经过风道内的片式消声器，消声器规格为3 500 mm×4 000 mm×2 500 mm（消声器内风速为7.14 m/s），再经过22.7 m的土建风道（风速为3.6 m/s），然后经过直角土建弯头，进入竖向排风井（亭）内，风井面积为20.4 m2，风速为2.45 m/s。排风井出口噪声从风管末端突然扩散到自由空间中，其中部分声音会被反射，形成反射衰减。通常情况下，可衰减4～6 dB（A）。本计算中预估为4 dB（A）。最终要求达到NR50曲线标准。计算过程与表4类似，这里不一一列举。

表4 四新大道站TVF通风系统（活塞风亭）噪声计算

参考最终计算结果，设计消声器并不能满足消声效果，所以建议在变径管后增设了一个长2m的消声器。

续表4

2.3 车站通风空调大系统

2.3.1 车站大系统（新风井）声学计算

通过系统图纸分析可知，该站大系统中噪声主要是由组合式空调机组对称布置。该机组产生的噪声一端沿着送风方向传至站台、站厅，一端沿着相反的方向从新风厅传至室外。本部分只计算传至新风厅的噪声，送风方向传至站台、站厅的在后面计算。这里选择A端的新风进系统进行计算。空调机组风量为52 100 m3/h，经过一台混风室及风阀，然后经过一个三通与消声器连接，然后通过新风道到达新风井。最终要求达到NR65曲线标准。计算过程与表4类似。

由最终计算结果得出结论：原设计在风管中加消声器（2 m长）,壳管式消声器可以满足消声量的要求。

2.3.2 车站大系统（站台、站厅回风系统）声学计算

选择A端的通风系统作为计算基础，通过系统图纸分析可知，站台、站厅回风系统主要噪声为回排风风机。该风机风量为45 400 m3/h，通过消声器，然后经过一台回风机一压箱，分站台、站厅两路回风。站厅这条支路通过一台排烟风机，再通过一个三通管分两路段面为1 250 mm×500 mm的风管，风量为10 235 m3/h，风速为4.5 m/s。再通过10个回排风口回风，回排风口为500 mm×500 mm,风量为2 047 m3/h，风速为2.3 m/s。最终要求达到NR65曲线标准。参考表4的计算过程。

由计算结果得出结论：原设计在风管中加消声器（2 m长），壳管式消声器可以满足消声量的要求。

3 地铁运行后的最终效果

将声学计算的过程及结果提交给设计院，由设计院最终确定消声器型号尺寸。

经过漫长的供货期，武汉地铁3号线一期于2016年1月试运营，在试运营期间对各站站台、风亭出风口及办公区域均进行了声学检测，均达到了业主方的要求。这里以四新大道站的测试数据为例，见表5和图2、图3。

表5 四新大道站噪声测试数据

图2 竖井片式不锈钢消声器

图3 金属外壳片式消声器

[1]钟祥璋.建筑吸声材料与隔声材料[M].北京：化学工业出版社,2012.

[2]吕玉恒.噪声与振动控制设备及材料选用手册[M].北京：化学工业出版社,2011.

[3]马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].北京：机械工业出版社,2002.