建筑暖通空调设计中噪声与振动的问题处理分析

文／蒙蓉 上海经纬建筑规划设计研究院股份有限公司浙江分公司 浙江杭州 310000

覃虎 浙江新中环建筑设计有限公司 浙江杭州 310000

引言：

空调即空气调节，顾名思义是调节空气中的温度、湿度、洁净度及风速等。随着生活环境越来越恶劣，生活经济水平的提升，人们对自己工作、居住等生活场所的空气质量及舒适性要求越来越高，使得空调系统在各种住宅、办公、宾馆、商场等建筑中得到了广泛应用。空调系统在实际应用中容易因设计因素或运行条件限制，产生一系列噪声和振动问题，不仅对周围的环境增加了噪声污染，也会对建筑内人员的生活和工作造成负面影响，严重的会产生噪声污染威胁人们的身心健康。为此建筑暖通空调设计应该格外注重空调的噪声与振动问题，在合理条件下有效解决噪声和振动的问题，营造良好的建筑室内环境[1]。本文从以下几个方面分析建筑空调系统在设计及运行中产生的噪声振动，并探讨一些有效的降噪隔振措施。

1、暖通空调噪声振动概述

不同频率、不同振幅的声波无规律组合引起人们不适或烦躁的声音即噪声。空调系统在使用过程中，因系统自身运转的空气声[2]或设备振动的撞击声[2]对周围环境不可避免地产生了噪声。在绿色建筑设计中，声环境是绿色建筑评价的参评项，绿色建筑要求住宅、办公、医院、学校、商业等各类建筑的室内允许噪声级满足在《民用建筑隔声设计规范》GB50118-2010 中规定[3]。所以有必要对建筑中的空调系统进行噪声和振动来源的分析。只有具体分析来源，才能更有针对性的采取相关措施来控制噪声和减弱振动。

2、暖通空调设计中噪声与振动的产生原因

2.1 设备的噪声与振动

暖通空调系统的设备包括了前端的冷水机组、热泵机组、锅炉、水泵、冷却塔等大型设备，末端如新风机、风机盘管、空调箱等设备。空调需要用到的设备数量种类较多，而这些设备几乎都是以电力为驱动，以电力为驱动的设备稳定性存在一定局限性，很多设备在空调系统的实际运行中会因惯性和不稳定性产生振动[4]。而且在安装设备时，如若没有对设备进行妥善的固定，没有安装相应的减振器，没有选择合理的隔振措施。继而产生不同程度的噪声，噪声通过制冷机房、锅炉房的门、窗、楼板、隔墙等机房围护结构进行传播，当这些大型重要的设备在运行时，而机房的门、窗、楼板、隔墙、顶棚等围护结构却没有进行相应吸声、降噪措施时，与这些主要的设备机房相邻的房间便受到了来自机房噪声的干扰。在空调系统中常常使用到冷却塔，冷却塔因体积大、荷载大。通常放置在屋顶或室外。当安装在屋顶时，需要设置设备基础，设备基础形式选择不正确会导致振动传导到整栋建筑。随着冷却塔的大风扇夜以继日的运转，连带建筑的支承结构振动，对于建筑是种损坏[5]。另一方面，在暖通空调系统的设计中，很多设计师忽略了设备选型时对振动和噪声问题的分析，没有选择低噪声设备，也是增加整个空调系统噪声和振动的重要因素之一，忽略设备原本的噪声会让整个空调系统噪声和振动难以控制。

2.2 管道振动及噪声

暖通空调系统的管道包括水管、风管两种类型，其主要功能都是输送符合设计参数的介质，是保障空调系统良好运行的必要条件。管道振动是设备振动、介质扰动、介质冲击管壁自振的叠加反应[5]。空调水管在输送冷、热水或冷却水时，水流引起管道振动，空调通风管道在运行时发出的气流噪声均是空调系统设计中常见的问题。例如（1）水管和设备的连接不合理，供、回水管突然变截面，导致水流冲撞管壁而引起大噪声；（2）风机和风管的连接不合理，导致气流在进、出风中有方向和速度的突然变化；（3）管道的坡度、长度不合理，在竖向、水平管路中，不合理变径、变径长度过短等均会导致气流、水流高频率翻弯；（4）风阀、水阀、管道安装不合格，所使用的管材壁厚太薄，隔声性能差等，以上等原因不仅导致输送效率降低，系统制冷、制热效果差，还会引起管道系统运行中出现比较明显的振动，而且噪声和振动随着流体的传输会传播至整个空调系统，甚至辐射整个建筑内环境。

2.3 送、回（排）风系统噪声及振动问题

送、回（排）风系统同样是暖通空调设计中产生噪声、振动的重要因素之一。送、回（排）风系统是暖通空调进行风力输送、余热回收的重要系统。当室内的空调箱、风机盘管等设备运作时，动力送风系统将符合设计要求的冷、热风运输到各个空间，从而达到给各个房间制冷、制暖的效果。当送、回风系统末端的送风口、回风口的风量较大、喉口风速过高的情况下，会造成整个系统的噪声更大。又如在设计时，没有在送风管、回风管设置消声器；没有在送、回风口附近贴消声棉；送、回风口设置间距太短，气流短路；没有在土建送、回风道内壁设置消声措施等方面忽视了，就会很容易导致送、回（排）风系统在实际运行中产生大量噪音。

2.4 空调机房位置问题

空调机房布置位置不当也是噪声、振动产生的重要因素之一。在建筑暖通空调设计时，应根据房间建筑结构空间特点、使用功能等合理选择空调系统形式，当采用中央空调，选用组合式空调箱、热回收式空调机组等较大型的空调设备时，会根据后期运营管理模式等原因需要提供专用的空调机房，方便空调的控制管理，而空调机房也是暖通空调系统中比较容易产生噪声、振动的重要场所之一。空调机房内的设备在运行时产生一定的噪音。当建筑前期设计，没有考量到空调机房对临近房间会有噪声辐射，没有对空调机房进行合理规划，导致空调机房位置与会议室、办公区、客房区等距离过近。同时空调机房里的设备、管道、构件没有设置相应的隔音减噪措施，没有在机房内部设置一些吸音装置等，都会增加了建筑内部的噪声和振动问题[6]。

3、建筑暖通空调中噪声与振动问题的解决措施

3.1 设备的降噪隔振

空调系统的主要噪声来源于设备电机的电磁噪声、空气动力噪声以及机械噪声，所以暖通空调中设备的合理选择是减少噪声产生的重要措施，故应该格外重视暖通空调设计中设备选择的合理性，在常规进行设备的选择和搭配时，应该更多的考虑到设备的稳定性与工作效率之间的关系。首先，在满足设备设计要求参数的前提下，应关注设备产品的噪声值，对各类设备的实际功率与噪声关系进行分析，尽量选择优质的低噪声产品，必要情况下为设备安装降噪装置，从源头上降低噪声分贝。其次，设备在安装时应设置合理的减振基础，空调的大型设备如冷水机组、冷却塔、卧式组合空调机组等应优先选择大块基础，质量大的台座振动对支承结构振动比较小。设备吊装时应优先选择低频域、隔振效果好、阻尼小的金属弹簧隔振器。设备用房有条件的应该设置吸声顶棚，即机房顶棚贴一些吸音效果好的吸声隔音材料。墙体及楼板尽量采用混凝土墙、混凝土楼板，并且墙体和楼板的厚度越厚，密度大，隔音效果越好[5]。机房门选择密闭较好的门。窗户隔声普遍比较差，所以机房尽量不设置窗户，或尽量减小窗户面积。要求设备机房的外墙、隔墙、楼板和门窗的隔声性能必须根据绿色建筑星级要求，满足《民用建筑隔声设计规范》GB50118 中的限值。在条件允许的情况下，可以在机房或设备周围设置隔声屏障、隔声罩，例如在冷却塔周围种植绿植也是可以消声的。除此外，空调制冷机房和锅炉房的循环水泵，在前期机房设备平面布置规划时，应将水泵、及与水泵连接的供回水管安装位置尽量远离机房墙，从源头上减小水系统运行产生的噪声。通过以上的相关措施，均可以有效的减小振动对建筑的影响，降低噪声对毗邻房间的辐射。

3.2 管道的降噪隔振

设备与管道的连接应设置合理的软接头。对于选用软接头有如下建议：风机与风管采用帆布软接，水泵的进、出口常使用橡胶挠性接管，压缩机与管道之间采用波纹管连接。空调风管与风机的连接除了设置软接，应设置消声器。空调系统应尽量靠近风机的进、出口设置消声器来减少风机噪声，消声器是一种既允许气流通过，又能有效衰减噪声的装置。故应该在设计时给消声器安装留出足够的空间。消声器应尽量布置在长直、气流平稳的管段。通常应该要求空调系统的新风段、送风段、回风段以及排风段设置消声器。空调系统尽量选择阻抗复合消声器。阻抗复合消声器是将阻性与抗性或共振消声原理组合在同一个消声器内，具有较宽的消声频带，消声效果好的特性[5]。空调管道内壁应保持光滑，尽量设置长直管道。大量的工程实例证明当管路较长的时候，容易让声音随管道自然衰减达到允许的噪声级。弯头等尽量使用有导流叶片的弯头，同时尽量避免短距离内连续设置多个弯头，以减缓流质在管道中的速度。管道尽量采用管壁较厚的产品。当管道本身的壁厚较薄时，也可在管道周围贴岩棉，岩棉不仅消声还可以兼顾保温。此外，在设计之初就应该对建筑内的各种功能房间进行分析，如对噪声级要求不同的功能房间不宜使用同一管路系统，应该分开设置，避免房间之间的串音干扰。如条件限制采用不同管路，应在管路穿墙处设置消声措施，同时风管穿墙处应严密封堵风管与墙的空隙。

3.3 送、回（排）风系统噪声处理

送、回（排）风管除了应设置消声器外，应该在设计之时注意送、回风量的比例，一般情况是回风量小于送风量，但是在一些严格控制噪声的场所例如录音室、歌剧院、演播厅、影院等建议采用同等的送回风量，即送风量等于回风量[5]。在合理的设计风量下，同时注重风管的干管、支管的风速。送、回（排）风管的干管风速越低，气流流速缓，发出的噪声就越小。在当今建筑暖通空调设计中，常常因为设计委托方提出控制成本的原因，而被要求提高设计风管的风速，但当风速越高噪声又越大。该问题应该在设计中引起注意，应重视风速大小与噪声大小的关系。系统末端的噪声和振动还与选择送、回风口的形式有关，根据房间功能、噪声要求选择百叶或喷口等形式来送风，且严格控制送、回风口的风速，风口风速建议控制≤2.5m/s。当风口风速为2.5m/s 时，噪声大约是30dB(A)左右。考虑到气流干扰的噪声，在设计时应该尽量拉开送、回风口的距离，如顶送风、低位回风等。对于一些噪声要求较严格的房间，应该在风管内外贴消声吸音棉等措施。

3.4 空调机房的降噪措施

空调系统末端的大型空调机组一般设置在空调机房内，便于控制和管理。有空调机组就会有振动和噪声。为避免房间之间的噪声干扰，在土建暖通空调设计阶段就应该对机房设置位置进行一个分析和规划。空调机房应尽量远离对噪声有严格要求的房间，比如会议室、客房、影厅等。对于有地下室的商业建筑、办公建筑、展馆等，应尽量把空调机房设置在地下室或储藏间、工具间等。如果需要设置土建的送、回风井，这些风井应尽量与空调机房拉开距离。这些负责送、回（排）风的井道也应该尽量远离水泵房、电梯井等有较大噪声的声源体。井道内除了风管，建议对土建风井内壁贴消声棉等。安装在空调机房的空箱调在安装时也应该合理选择相应的设备基础、减振器。为降低机房噪声辐射到周围房间，机房的墙体、顶棚等围护结构上建议贴吸声消音材料，且使用密闭良好的门窗。在空调系统调试运行时，对于室内噪声级要求较高的场合，应对附近的空调机房进行噪声的检测。测试空调机房内外的噪声值，并根据场所要求的噪声级再对空调机房的消声措施进行一个优化。例如选择吸音效果更好的消音材料，或者增加机房内侧围护结构所贴的吸声消音材料的厚度等。

3.5 其他方面的降噪隔振

在土建暖通空调方案设计阶段，需要结合建筑具体使用功能、主体的结构形式和各类空调系统特点进行分析和选择，对不同空调系统会给建筑内声环境带来的噪声影响进行初步评估。且应了解在现行国家标准中，设计建筑涉及的主要功能房间所要求的室内噪声限值，选择并设计符合后期建筑使用功能要求的空调系统。

在施工图深化设计阶段，应该关注建筑内各个功能房间所要求的噪声级。对建筑内人员的活动情况、所需环境的安静程度进行一些评估。这样更有利于空调末端系统的统筹规划、归类划分。在系统设计时，不仅要根据暖通空调需要承担的供暖、制冷、加湿等工作要求对设备的种类进行划分，还要对各设备的实际功率与噪声关系进行分析，选择优质的设备，并在必要情况下为设备安装降噪装置，减少噪声和振动问题的出现。设计师应随时关注市场上新出的、优质的吸声材料和消音产品。在选择吸声消音材料时，需要对市面上最新的、最先进的、吸声效果良好的材料进行分析、比较、评估，合理的对设备机房和风管内部吸声、外部隔音等材料进行选择，保证其能够发挥良好的降噪目的。在合理减少设备数量的情况下，还可以对设备机房、冷却塔、大型设备等周围结合建筑、景观专业条件设置一些隔音屏障，利用隔音屏障创造优质的建筑声环境。

在暖通空调安装施工阶段中，应对各个环节的安装质量进行管控。安装过程的质量管控是降低噪声与减少振动产生的重要条件。安装单位及相关单位需要围绕着施工地点与施工步骤的具体内容进行分析，尤其注意对建筑工程施工地点的科学分析，结合其他设备专业的管道走向、空间分布等各项内容，对施工过程进行综合分析，保证安装质量控制的有效性。暖通空调系统安装时要严格遵循安装步骤，在正式安装应前对暖通空调整个施工量进行分析，注意核对空调设备的型号、性能参数、设备尺寸及质量检测等内容，将空调设备安装至相应合理的位置中。暖通空调系统安装过程中既要保证系统中各构件安装的合理，也要随时关注降噪问题[7]。

结语：

暖通空调中噪声和振动的产生与其系统设备性能、设备选择、消声装置的应用等都存在密切的联系。如果在建筑暖通空调设计中，缺乏有效的暖通空调系统应用分析，忽略空调设备机房的合理布置，以及不注重设备性能参数选择，缺少有效的降噪隔振措施，都是会很容易导致暖通空调系统出现噪声过大的问题。为了给在建筑中生活工作的人们创造一个较为安静，无空调噪声干扰的环境，为了他们身心健康，暖通设计师在进行建筑的暖通空调设计时，应该更加关注其设计的合理性，做好相关系统的科学规划，在选用设备时更多考虑降低噪声与减小振动的要求，合理应用吸声材料、消音装置与隔振设备等，有效减少暖通空调带来的振动噪声污染。