實驗室通風系統(tǒng)風機噪聲的綜合治理

蓋磊，周東

(1.山東建筑大學 市政與環(huán)境工程學院，山東 濟南 250101;2.濟南市規(guī)劃設計研究院，山東 濟南 250101)

0 引言

實驗室通風系統(tǒng)雖能有效控制實驗室有害物質對室內外空氣質量的影響與破壞，但在使用過程中又會造成一定的室內外噪聲污染。目前，各種噪聲治理技術已發(fā)展比較成熟，但實驗室通風系統(tǒng)的噪聲治理效果并不盡人意，究其原因主要有:實驗室通風系統(tǒng)在設計之初僅考慮通風效果，其噪聲污染問題并未引起人們的足夠關注，特別是某些配套風機位于高空室外時，對室外聲環(huán)境的污染進一步加重;通風系統(tǒng)組成較復雜，不能夠合理準確的找到噪聲源;各種噪聲治理措施不能夠有效綜合使用，以達到最佳效果。

本文將針對這些問題，以濟南市供排水監(jiān)測中心綜合實驗室通風系統(tǒng)的噪聲為例進行具體分析，并找出合理有效的治理措施。

1 工程背景及噪聲污染現狀

圖1 風機平面布局

濟南市供排水監(jiān)測中心綜合實驗室通風系統(tǒng)采用3臺 BF4-72型、1臺BF4-79型、風機作為引風機，風機平面布局見圖1。BF4-72型風機設計風量4012～7419m3/h、風壓 2014～1320Pa、配套電動機功率 5.5kW，BF4-79型風機設計風量 14000～17500m3/h、風壓 1250 ～850Pa、配套電動機功率7.5 kW。此外，實驗平臺上部設有通風柜，通風柜設計風速0.3～0.6m/s，排風機械管道設計風速 9～12m/s。實驗樓共6層，與鄰近的18層居民住宅樓僅相距16m遠，4臺風機均位于實驗樓的屋頂處，且送風系統(tǒng)面向居民樓一側設置。

實驗室通風系統(tǒng)投入運行以后，周圍居民對其造成的噪聲污染反應強烈。

該檢測中心位于GB3096—2008《聲環(huán)境質量標準》中的“1”類區(qū)，執(zhí)行 GB12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》中“1”類標準，即廠界噪聲晝間55dB(A)，夜間45dB(A)。據有關環(huán)境監(jiān)測部門監(jiān)測，該單位廠界噪聲晝間監(jiān)測值為71.7dB(A)，超標16.7dB(A)。經分析，廠界噪聲超標主要是由通風系統(tǒng)所配風機造成。為搞清楚風機的噪聲特性，使用B＆K2260分析儀在距風機2m處進行了測量，噪聲高達85.2dB(A)，噪聲頻譜見圖2中風機2m處噪聲頻譜。由頻譜圖可以看到，風機噪聲為寬帶噪聲，等效連續(xù)A聲級高達85.2dB(A)，且呈中低頻特性。由于相同聲壓級的低頻噪聲比高頻噪聲更易使人煩惱，因此周圍居民對該噪聲污染反映強烈。

為了搞清風機是否是影響居民生活的噪聲源，在居民樓面向通風系統(tǒng)一側的各層窗口處分別對噪聲進行了測量，發(fā)現居民樓噪聲最大值出現在11層處，將居民樓11、13層噪聲頻譜與風機噪聲進行了比較，見圖2，不難判斷其噪聲頻率特性相似，說明風機是影響居民的主要噪聲源。

圖2 噪聲頻譜

2 噪聲源分析

2.1 風機本體噪聲

風機是一種強噪聲的機電產品，它的噪聲主要包括進氣口和排氣口輻射的空氣動力性噪聲、機殼及軸承輻射的機械性噪聲、基礎振動輻射的固體聲，此外，還有配套電動機噪聲[1]。

本工程使用的風機為引風用玻璃鋼離心風機，具有噪聲較大、風壓大、適用于復雜系統(tǒng)等特點，主要安裝在室外或樓頂。雖然工程設計時已考慮采用風機進氣口設置消聲器與避震喉，設置隔振墊等噪聲控制措施。但運行后整個系統(tǒng)噪聲污染仍十分嚴重。

2.2 管道噪聲

管道噪聲來源于風機進氣口傳送來的風機噪聲和管道再生噪聲[2]。管道再生噪聲又分機械性振動噪聲和空氣動力性渦流噪聲。機械性振動噪聲是管道受到氣流沖擊時產生的自鳴噪聲，渦流噪聲是氣體在管道中流動受到擾動時產生的噪聲。管道噪聲盡管只產生于管道某些部位，但整個管道都可輻射強烈噪聲，對環(huán)境造成嚴重污染。

由于所有風管均采用耐腐蝕材料PVC材質，根據聲質量定律，可知PVC管隔聲量較低。

3 噪聲綜合治理技術

根據現場調查，發(fā)現本工程具有下列特點:(1)各風機沿廠界呈線性布置，且居民樓與噪聲源之間無任何遮擋，使得噪聲源的影響范圍很廣[3]，根據噪聲疊加原理，要想達到理想的控制效果，須對每一風機進行處理;(2)由于風機位于室外屋頂，在居民樓處噪聲聲壓級大、影響范圍較廣。

由于風機使用并非24h連續(xù)運轉，在夜間很少使用，故以晝間超標16.7dB(A)作為降噪目標。

3.1 設置隔聲罩

從減少造價、便于維修和現場條件角度，將四臺風機圍護在一隔聲罩內。隔聲罩在原有鋼結構基礎上制作，壁體采用多層復合結構，設計隔聲量25dB(A)。

按照隔聲罩設計理論，其降噪效果:式中:TL為罩壁隔聲量;α為罩內的壁平均吸聲系數;τ為罩壁的透射系數。

可以看到，要提高隔聲性能，罩必須有足夠隔聲量，其內表面必須進行強吸聲處理。壁面結構采用彩鋼夾芯復合板作圍護墻，彩鋼夾芯復合板[4]既有符合本工程要求的隔聲量，又有優(yōu)良的防腐性能和較美觀的外表。墻內側敷FC板、離心玻璃棉氈進行吸聲處理，玻璃棉氈護面板采用穿孔鋁板，穿孔率為20%，隔聲罩壁面結構見圖3。

圖3 隔聲罩壁面結構

引風機加隔聲罩后，機器特別是電動機散熱條件變差，有可能影響到機器的正常工作。故需要設通風裝置，并在通風口加配套阻性消聲器，消聲器設計消聲量20dB(A);為了便于管理與檢修，隔聲罩設計為可裝卸式;計算隔聲罩骨架系統(tǒng)的力學性能，保證隔聲罩堅固、安全，局部拆卸方便;隔聲罩在施工過程中還要注意洞和縫的良好密封，且要不妨礙原屋面的排水。

3.2 在風機進風口設置消聲器

圖4 消聲器

在隔聲罩外，改變每臺風機排氣口的排氣方向，使排氣口背向居民樓，并加設阻抗復合式消聲器，設計消聲量25dB(A)，阻抗復合式消聲器見圖4。

3.3 進氣管道的隔聲包扎

風機的進氣口噪聲會通過連接管道向外輻射，由于所有風管均采用耐腐蝕PVC材質，根據聲質量定律可知PVC管隔聲量較低，故需進行隔聲包扎，隔聲包扎見圖5。

圖5 隔聲包扎

圖6 治理前聲場分布

圖7 治理后聲場分布

為更準確地掌握風機噪聲治理前后對居民樓的影響強度與范圍，使用Cadna/A軟件[5]進行了聲場模擬[6]，見圖6、7。模擬結果顯示，在緊鄰風機一側的居民樓上，噪聲強度高達70dB(A)且影響范圍廣，采取設置隔聲罩、消聲器、隔聲包扎等噪聲控制措施以后，居民樓的聲環(huán)境狀況得到明顯改善，噪聲強度最大值已降低到55dB(A)。

4 結語

通過對該實驗室通風系統(tǒng)的風機噪聲現場測試、頻譜特性分析和噪聲治理措施的實施，發(fā)現本工程具有以下特點:

(1)本工程中，風機位于室外高空，對周圍聲環(huán)境影響范圍廣、強度大。因此，在最初通風系統(tǒng)工藝設計階段，就應選擇合理的風機類型，且避免其位于室外高空。

(2)設置隔聲罩是室外風機噪聲控制的最有效措施之一。設計時，在滿足隔聲量的同時要注意隔聲罩的散熱、密閉性、防雨、方便檢修等問題。

(3)在工程中，可利用計算機的強大功能進行聲場模擬，有效提高噪聲控制規(guī)劃的效率與精度，便于噪聲治理措施的選擇與評價。

目前，該噪聲治理工程已經竣工，經環(huán)境監(jiān)測部門監(jiān)測，廠界噪聲晝間值已降至國家相應標準。

[1]周新祥.噪聲控制技術及其新進展[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2007:235.

[2]周兆駒.鼓風曝氣系統(tǒng)管道噪聲控制研究[J].上海環(huán)境科學，2001，20(7):329－330.

[3]周兆駒，孫明霞，蓋磊，等.村莊布局及院落形式對交通噪聲衰減的影響[J].山東建筑工程學院學報，2006，21(3):222－225.

[4]周兆駒，鄭耀斌，王建新，等.室外大型空氣壓縮機的噪聲治理技術[J].環(huán)境污染治理技術與設備，2005，6(5):74 －77.

[5]周兆駒，蓋磊，李文，等.大型建設項目環(huán)境噪聲控制規(guī)劃初探[J].噪聲與振動控制，2009，29(6):520－522.

[6]王亞平，程志紅，張曉峰.濟南題壁堂古戲樓建筑聲學環(huán)境研究[J].山東建筑大學學報，2011，26(3):237－240.