燃气热水器噪声特性及降噪静音研究

麦海湛

（广东金美达实业有限公司，广东 佛山 528000）

在我国，燃气热水器在使用过程中产生的噪声一直是一个值得关注的问题。然而，鉴于燃气热水器的工作原理和部件结构，其运行时不可避免地会产生噪声。为了降低燃气热水器的噪声水平，采取了一系列有效的控制措施。安装降噪网、吸音材料、稳流片和稳焰网等是常见的降噪措施，它们可以在不同的环节和部位发挥作用，以减少噪声的传播和反射。降噪网可以设置在燃气热水器的进气口和出气口，可有效减少气流噪声的传播。吸音材料则可以覆盖在燃气热水器的内部壳体上，以吸收和减少内部噪声的反射。稳流片和稳焰网的安装可以调节燃气流量和燃烧状态，从而减少与燃气燃烧相关的噪声。这些控制措施的应用可以有效降低燃气热水器的噪声水平。研究表明，这些方法在实际应用中取得了良好效果。此外，史密斯公司还提出了一种新的降噪技术，具体细节尚待进一步研究和验证。这些措施在燃气热水器设计和生产中具有重要意义，有助于提升用户体验和居住环境的舒适性。今后可以进一步研究和改进降噪技术，以满足人们对低噪声环境的需求。

1 测试方法

为了确保热水器能够正常工作，正确布置进水、进气和排烟管道至关重要，这是保证热水器正常运转的关键。进水管道负责供应冷水，进气管道提供所需的燃气，而排烟管道负责排出燃烧过程中产生的废气。只有这些管道布置合理并符合规范要求，热水器才能高效、安全地运行。

同时，热水器的立式固定方式也与管道、燃烧室的布置密切相关。不同的立式固定方式可能会对管道的布置产生影响，因此需要根据具体情况进行选择和安装。此外，为了模拟热水器安装在墙壁上的实际情况，试验中需要在距离热水器背板约20mm 的位置安装塑料挡板，这样可以更准确地模拟真实安装环境，并测试热水器在不同条件下的噪声性能。

在该文试验中，参考如图1 所示的测点位置和说明进行操作，确保热水器的管道布置和安装符合要求。图1 和说明提供了必要的指导，以确保试验的准确性和可靠性。通过该试验可以更好地了解热水器在不同条件下的噪声特性，并为热水器的设计和改进提供有价值的参考。

图1 测点位置示意图

热水器的管道布置和立式固定方式对其正常运行和噪声性能具有重要影响。正确安装进水管道、进气管道和排烟管道，选择合适的立式固定方式，并模拟真实安装环境进行试验，都是确保热水器高效、安全且低噪声运行的关键步骤。

2 原型机测试结果

2.1 总声压级与声功率

通过观察数据分析热水器的声音特性，可以了解其在不同负荷条件下的噪声水平。测量结果显示，在最大负荷下，热水器的噪声比在正常负荷下更大。为了准确评估噪声水平，需要测量面的特性，根据测量结果确定噪声来源，并采取相应的降噪措施，如使用吸音材料、隔音设备或优化结构设计[1]。这些措施可有效降低噪声水平，提升居住环境的舒适性。同时，测量结果可为热水器设计和结构优化提供有价值的信息，通过改进设计和采取材料应用减振措施，从源头减少噪声产生。持续研究和改进将带来更静音、更高效的热水器，提升用户体验，创造更宜居的生活环境。通过观察数据和分析测量结果，了解热水器的声音特性，并采取措施和进行优化设计，以减少噪声对人体和环境的影响，创造安静舒适的生活环境。

2.2 测点频谱

最大和正常负荷下测点10 的声压级频谱如图2 所示。通过观察图2 中的声压级频谱可以发现，在测点10 处，无论是在正常负荷还是最大负荷下，都存在多个峰值频率。这些峰值频率的带宽相对较大，只有少数频率点之间存在较小的间隔[2]。

图2 最大和正常负荷下测点10 的声压级频谱

该研究观察了热水器在不同负荷条件下的声音特性，发现声压级和频率位置在最大负荷和正常负荷下均存在差异。进一步分析表明，这些变化可能与热水器的工作状态、声音输出量和内部部件的振动频率有关。为了降低噪声水平，该文提出了几项降噪方法，包括改进燃烧室结构、优化风机设计、使用吸音材料处理空腔共振噪声以及采用电路和算法进行主动降噪。这些方法可以帮助改进热水器的设计和制造工艺，构建高效、低噪声的热水供应系统[3]。但需要进一步研究和创新以提高降噪效果和技术可行性，可以从如下方面入手：1）改进燃烧室的结构，减少燃烧噪声。2）优化风机的设计，改善风机噪声。3）采用吸音材料对空腔共振噪声进行处理。

此外，对于电磁噪声，可以在电路中采用降噪电容器和电感器来减少电磁辐射。还可以考虑采用主动降噪技术，即在热水器内部放置一个麦克风，实时采集噪声信号，并通过相应的电路和算法进行处理，产生与噪声相反的声波，从而达到降噪的效果。

2.2.1 风机噪声

根据数据分析，发现在频率为400～4500Hz 时存在峰值噪声和宽频带噪声。这些噪声来源于多个因素，其中包括风机转子叶片与蜗壳之间的摩擦、流体噪声等。在空调系统运行过程中，风机噪声往往是最明显的[4]。

在最大负荷下，该频率可通过公式（1）计算出一阶基频，结果为4209Hz。

式中：z为风扇叶片数；R为风扇转速（r/min）；n取1，2，...。

涡脱落噪声和涡壳共振辐射噪声对应的频率可分别通过公式（2）和公式（3）进行计算。同样可以计算出它们在最大负荷下的频率分别为390Hz 和858Hz。

式中：f2和f3分别为涡脱落噪声频率和涡壳共振辐射噪声频率（Hz）；v为叶片线速度（m/s）；d为叶片弯曲直径（m）；c为声速（m/s）；s2为出风口面积（m2），l2为出风口管等效长度（m）；V为风机壳内体积（m3）。

为了减少这些影响，需要采取有效的噪声控制措施。可以通过优化风机设计、改进蜗壳结构、降低摩擦噪声等手段来减少风机噪声的产生。此外，也可以采用安装吸音材料、隔音罩、噪声屏障等措施来减少噪声传播和入侵空间。通过综合运用这些控制措施，可以显著降低风机噪声对人们生活和工作的影响，提供一个更安静、更舒适的环境。

2.2.2 燃烧系统噪声

在燃烧系统中，燃气或者燃油燃烧时，鉴于燃烧不完全、火焰不稳定等原因，喷嘴区会产生喷流噪声和燃烧噪声。其中喷流噪声主要是由喷流与周围空气的相互作用引起的，噪声频率主要集中在低频范围内，其噪声水平与喷油压力、喷油量、喷嘴孔径、喷嘴与喉管之间的距离等参数有关。而燃烧噪声则是由火焰的不稳定和压力振荡引起的，噪声频率主要集中在中、高频范围内。

此外，燃烧室和油气混合室内的声共振也会产生噪声。当声波在燃烧室和油气混合室内传播时，会遇到反射、干涉等现象，当声波的频率与燃烧室、油气混合室的共振频率相等时，就会引起共振，产生较大的噪声[5]。

为了控制燃烧系统的噪声，一般采用如下措施：优化燃油或燃气的喷嘴结构，使喷油或喷气的过程更稳定、更均匀；采用优质的燃料，减少燃烧不完全和火焰不稳定现象；优化燃烧室和油气混合室的结构，使其不易产生共振；在燃烧系统内加装吸声材料，降低噪声水平。

3 降噪方案测试结果

3.1 降噪方案来源

当热水器使用离心风机作为空气循环的动力源时，往往会随着噪声问题。通过对热水器在正常负荷和最大负荷下的噪声特性进行分析，可以发现噪声主要来源于风机噪声、燃烧系统噪声和空腔共振噪声。通过分析原型机在正常负荷和最大负荷下的噪声特性，该文了解到风机噪声、燃烧系统噪声和空腔共振噪声是主要噪声源。热水器常用离心风机的A 计权声功率级可通过公式（4）获得。从公式（4）中可见，风机效率越低，噪声越大。

式中：K=86（后弯叶片）、94（前弯叶片）；PF为机械功率（kW）；u为叶尖速度（m/s）；η为风机效率；D为风机直径（m）；c为声速（m/s）。

离心风机的噪声与其效率密切相关。当风机效率较低时，噪声通常会更大。这是因为效率低下会导致风机在运行过程中产生更多的振动和湍流，进而引发噪声问题。然而在热水器内部结构中，部件的阻挡、进气受阻严重以及流道阻力偏大等因素会导致风机效率下降，从而加剧噪声的产生。

此外，燃烧系统也是热水器噪声的一个重要来源。在燃烧过程中，由燃料燃烧产生的气流和火焰引发的振动和共振现象会产生燃烧系统噪声。这些噪声可能会通过空腔共振进一步放大，使热水器的噪声问题更显著。

为了降低热水器的噪声水平，可以采取一系列措施。首先，需要优化离心风机的设计，提高其效率，以减少振动和湍流产生的噪声。其次，对热水器的内部结构进行改进，减少部件的阻挡和流道阻力，提升风机的运行效率，从源头上减少噪声的产生。再次，对燃烧系统进行优化，控制燃烧过程中的气流和火焰震动，以减少燃烧系统噪声的产生。最后，通过阻尼措施和材料的选择抑制空腔共振效应，减少噪声的传播和放大。

3.2 降噪方案

3.2.1 改变热水器进气方式

为了降低风机噪声，可以采用安装顶部进风装置的方法。该方法通过将进气和排气结合在一起，并利用内圈进行排气、外圈进行进气的方式来取得降噪效果。

该方案中，进气面积与背板进气面积相同，从而保证了热水器正常工作所需的进气量。通过将进气和排气合理结合在顶部进风装置中，可以有效减少风机噪声的传播。

该顶部进风装置的设计使热水器在正常工作过程中能够获得足够的进气量，同时也降低了噪声水平。通过优化进气和排气的结构，可以有效控制热水器在运行过程中产生的噪声。

因此，采用安装顶部进风装置的方法是一种有效的降低风机噪声的解决方案。在确保进气量的同时可减少噪声传播，使热水器在使用过程中更安静、更舒适，可以在满足正常工作需求的同时，达到良好的降噪效果，为用户带来更好的使用体验。

3.2.2 在传递路径上加装消声器

为了降低热水器的噪声，可以利用材料来吸收风机通过进风口辐射的噪声，以达到降噪的目的。在设计消声导流罩时，需要综合考虑风道阻力，因为合理设置消声导流罩对降低噪声具有至关重要的作用。

合理设计热水器的进风结构并加装适当的消声器，可以有效降低噪声水平。在实际应用中，可以需要根据具体情况选择合适的降噪方案，并对其降噪效果进行测试和评估。通过不断优化方案，使其更符合实际应用的需求。

因此，在热水器噪声控制方面，可以通过材料吸声和合理的设计来降低风机辐射的噪声。同时，在设计消声导流罩时要考虑风道阻力，确保其正常运行。通过优化进风结构和加装消声器，可以进一步降低热水器的噪声水平。在实践中，需要根据实际情况选择合适的降噪方案，并进行测试和评估，以确保其降噪效果的有效性。最终使热水器在实际应用中更安静、更舒适。

4 结语

该文通过对原型机进行噪声测试，测得在最大负荷和正常负荷下，半球面平均声功率级分别为61.5dB（A）和58.3dB（A）。在测试过程中，还发现原型机存在特定频率下的峰值噪声。这些测试结果明确指出原型机存在噪声问题，需要采取相应的措施进行降噪处理。为了降低原型机的噪声水平，该文提出了顶部进风和增加消声导流罩的降噪方案。将进风方式由背面进风改为顶部进风后，进行了再次测试，并观察到明显的降噪效果。测试结果显示，在顶部进风方式下，原型机的噪声水平显著降低，特别是中、低频噪声的降低效果更显著。为了更进一步降低噪声，还考虑了增加消声导流罩的方案。然而通过测试，该文发现增加消声导流罩并不能进一步有效地降低噪声水平。这表明在已采用顶部进风方式的情况下，增加消声导流罩对噪声的降低效果有限。选择具体降噪方案时，需要综合考虑原型机的工作特点、成本效益以及降噪效果，以达到合理控制噪声和优化设计的目的。