货船空调噪声的来源及控制

肖海忠 任世贵

（上海船舶研究设计院，上海 201203）

0 前言

噪声，是指各种不同频率的声音无规律的组合。控制噪声可以创造良好的室内外声学环境，防止对听觉造成损伤，危害人的健康。

船用空调是为货船的居住区域提供新鲜和温度适宜空气的，其性能的优劣直接关系到船员的生存居住空间的舒适度。如果其送风产生较大噪声，会直接影响船员的日常工作和生活。如何控制空调噪声，显得尤为重要。

在新的IMO《船上噪声等级规则》要求中，舱室的噪声要求也已经大大提高，见表1。为了满足最新的噪声要求，必须对每一个噪声源进行有效地控制。空调作为舱室的主要供风源，对其噪声的控制意义重大。

1 货船空调噪声来源

货船空调系统与陆用空调不同，其工作环境不同，所以有其特殊性。大致来说，货船空调噪声源主要包括背景噪声、空调自身的设备噪声、风管传播噪声和室内末端设备噪声。

1）背景噪声。主要指货船空调由于所处环境噪声而引起的噪声。由于货船空间布置的限制，空调机间往往和机舱等机器处所直接相邻，机器处所内的噪声会直接穿过舱壁传到空调机间，因此会造成较大的背景噪声。这些噪声包括：

（1）主机、发电机组运行时候的噪声，如进气和排气噪声，各种机构的撞击和摩擦噪声；

（2）机舱内各种辅助机械（如水泵、油泵、风机、锅炉等）也会发出较大噪声。部分机舱噪声超过110 dB，如此大的环境噪声给空调带来了较大影响。

2）空调机本身的设备。如空调所用的风机、压缩机等运行时，也会产生噪声。这些噪声也会随着空调送风一起传递到居住舱室。

3）风管传播噪声。主要包括管道内气流湍流噪声以及由于气流而引起管道振动噪声、阀门节流噪声等。风道管件如直管、弯头、三通等局部阻力构件在输送空调风的过程中将会产生气流噪声，尤其风速过高，引起的气流噪声越大。这些噪声通过空调末端或直接辐射到服务区。如果风管设计不合理，气流在流动中，更可能会使风管产生共振，从而产生低频噪声。

4）室内末端设备噪声。主要包括舱室末端布风器的送风噪声和舱室回风格栅的噪声。这种噪声主要是由于气流湍流产生的，以高频噪声为主。

2 货船空调噪声控制

根据货船空调噪声的来源，采取适当的措施，可以有效地降低居住区域的空调噪声，对于提高船员居住的舒适度，有重要的意义。

2.1 背景噪声控制

为保证货船尽量多装载货物，必须压缩机舱和居住区域的空间。为了有效利用空间，集装箱船、散货船等货船的空调机间与机舱相邻。但是机舱处所包括货船动力装置及发电机、机舱风机等设备会产生大量噪声。

以大型低速柴油机为主机的机舱里，噪声主要是空气噪声。以中速柴油机为主机的机舱，其噪声由强度相当的空气噪声和结构噪声混成。以高速柴油机为主机的机舱里，则主要是结构噪声。

为减小机舱的背景噪声对空调的影响，主要还是要减小机舱本身的噪声。减小机舱本身的噪声主要采用以下办法：

1）对主机、发电机组、风机的进排气口增加消声器。

2）主机的支撑主要有刚性横撑和弹性横撑。主机的结构噪声通过弹性横撑来减噪。图1为主机安装采用弹性横撑示意图。

图1 主机安装采用弹性横撑示意图

3）振动的设备均应设置减振设施。

4）对于空调与机舱的限界面上，设置吸声板［2］。

这样可将机舱对空调的环境噪声的影响减小至可以接受的范围。

2.2 空调机室噪声控制

空调系统中，送风机形式基本为离心式风机，其噪声与其功率、使用状况有关。此外，风机的工作点对风机的噪声影响很大。

因此，在选择空调送风机的时候，应注意以下几点：

1）风机优先选用后倾式离心风机，因为后倾风机的噪声一般比前倾式风机低。当然，最有效的办法是通过CFD模拟计算，确定空调风机的压头，尽可能地减小空调风机的压头，噪声可以得到有效控制［3］。

2）对于定风量空调系统，风机工作点选择在风机最高效率点附近；对于变风量空调系统，风机的工作区域选定在风机最高效率曲线附近；因为风机工作点选择在风机最高效率点附近或在风机最高效率曲线附近时，其节能性最好，噪声也最低。

3）风机的进出口采用软连接以降低风机空气动力性噪声。

4）由于风机振动通过结构传播途径会对空调舱室产生振动和噪声综合效应，设计时应对风机的采取隔振措施。

控制空调和制冷设备的噪声，还必须同时控制由空调和制冷设备振动传播的噪声，才能使空调机舱达到预定的允许噪声控制标准。通常通过降低振动源的振动和增加振动传递的阻尼来实现。

虽然在振源处控制振动是最有效的办法，但在很多工程中无法实现。而在振动传播途径上控制振动比较容易实现，常用的办法是引入弹性减振元件以降低振动传递率，比如弹簧隔振器或者橡胶垫。弹簧隔振器或者橡胶垫可以增加振动传播途径的阻尼，以吸收振动传播的能量。弹性减振元件可以在振动传播途径上的任何一处加入，但在振源处或者附近引入是最有效的。图2为船用橡胶弹簧隔振器。

图2 船用橡胶弹簧隔振器

2.3 管道噪声控制

根据声波的传播特点，当声波的波长远远大于管道当量直径时，噪声在风道内的衰减较少，故可考虑增大管径，使噪声通过管道的衰减增大。

管道的消声主要以安装消声器为主。为了控制风机等空调设备的噪声通过通风管道传入到空调服务区以及风道内气流噪声，通常需要在通风管道内安装消声器来降低噪声声压级。

消声器是一种既可以使气流顺利通过又能有效降低噪声的设备，或者说，消声器是一种具有吸声内衬或特殊结构形式能有效降低噪声的气流管道。消声器消声性能因风速的增大而显著下降，有时候甚至出现消声量为负值的现象，主要的原因是气流的再生噪声。

消声器的型式很多，主要有阻性和抗性、阻抗复合型等。这些消声器都是比较成熟的产品。实践证明，具有较好的消声效果。图3为阻性消声器示意图。

图3 阻性消声器示意图

噪声主要通过风管传播，对于消声器后风管的再生噪声，消声器作用不大。如将消声器设置在远离机房的地方，则一部分噪声会从消声器与机房之间的风管渗入房间，虽然外保温有一定的隔声作用，但仍有噪声传递。

至于空调机房内的噪声，则可能通过回风管进入房间，所以消声器最合适的设置位置是管道穿机房处。

此外，为减小空调管道的噪声，可以采用双层螺旋减音风管。双层螺旋减音风管的外壁为镀锌薄钢板，中间为岩棉，内壁为多孔镀锌薄钢板，本身具有一定的吸音功能，可以有效地减小空调风道中的噪声。

空调风管设计时，也需做特殊考虑，如：风管设计风速控制在一定范围内，以减小空气涡流产生的噪声：一般干管内风速控制在10 m/s以内，支管风速不高于6 m/s，送风口风速控制在5 m/s内；在管路布置时人为地增加风管走向变化以便合理利用噪声的自然衰减；各支路风管的设计风量尽量达到自然平衡；风管弯头与弯头的间距不宜过小，避免涡流严重。

2.4 室内末端设备噪声控制

对于空调送风的末端，也应考虑采取一定措施。主要措施包括：

1）布风器末端安装消声风口或消声外壳，这种方式减噪效果比较明显。但安装需要一定的层高，布置相对困难。

2）当同一系统的不同房间噪声要求不同时，风管按照噪声要求由低到高的顺序进行布置，有特殊消声要求的房间加设支管消声器。

3）风量分配时，送风量与回风量应尽量接近平衡，避免室内外形成明显的压力差。

4）在设计时，应根据布风器的总压力损失和噪声设计数据选择适当的布风器。同时尽量减小回风口的风速，降低回风格栅的噪声。

施工时，也需要保证一定的精度和质量，以保证空调送风平稳送出。

3 结语

如今，任何对船员身体和生活造成伤害的源头都应得到重视。空调送风作为船员航行的重要系统，其噪声控制不可忽视。通过对噪声来源的控制，可以采取各种技术手段来减小噪声，从而为船员创造温暖舒适的工作和生活环境。随着科技的进步，新的降低噪声的技术会产生，比如新的高科技降噪材料出现，为进一步降低噪声提供了可能性。