上海卷煙廠新建制煙車間室內(nèi)聲環(huán)境研究

宋擁民，章奎生

（華東建筑設(shè)計研究院有限公司 章奎生聲學設(shè)計研究所，200070上海）

上海卷煙廠新建制煙車間室內(nèi)聲環(huán)境研究

宋擁民，章奎生

（華東建筑設(shè)計研究院有限公司 章奎生聲學設(shè)計研究所，200070上海）

煙草行業(yè)正在進行綠色工房的達標改造，而聲環(huán)境是考核的重要指標。對上海卷煙廠新建制煙車間包括混響時間及聲場特性的聲環(huán)境現(xiàn)狀進行調(diào)研分析后，依據(jù)吸聲降噪理論提出了聲環(huán)境改造的措施，并從理論上半定量分析了機器設(shè)備本身對降噪效果的影響，最后利用計算機模擬軟件對新建車間的噪聲分布進行了預測，半定量理論分析、計算機模擬及竣工實測數(shù)據(jù)均表明對新建車間所采取的吸聲降噪措施既可靠又有效。

聲學；制煙車間；混響時間；聲場特性；計算機模擬

1 設(shè)備機組噪聲

上海卷煙廠主要生產(chǎn)“熊貓”、“中華”、“紅雙喜”、“牡丹”、“大前門”等卷煙品牌，擁有相應(yīng)的多種國際先進卷接包機種。由于產(chǎn)品銷量過大，2012年底又在新址新造“中華”牌卷煙專用生產(chǎn)線，為了改善聲學環(huán)境，對既有車間的聲環(huán)境及設(shè)備噪聲測試結(jié)果作為新建車間設(shè)計參考依據(jù)。在既有車間共分7個區(qū)域，其中與新車間擁有設(shè)備相同的區(qū)域是E區(qū)和F區(qū)，圖1所示為E區(qū)和F區(qū)所在房間的平面圖。

為進行新造車間改造前后聲環(huán)境的對比，對既有車間內(nèi)進行了噪聲級的測量[3]，其結(jié)果如表1示，同時還測量了E區(qū)GD型機組和F區(qū)M 5型機組輻射噪聲級，其結(jié)果如圖2所示。

圖1 既有車間平面圖

表1和表2顯示，整個車間，平均噪聲級分別達到85.2 dBA和86.2 dBA。同時，噪聲主要以中低頻噪聲為主，高頻噪聲略低。F區(qū)機組聲級最低，為82.7 dBA；而E區(qū)機聲級最高，達到87.5 dBA由于設(shè)備的清潔氣流裝置也使8.0 kHz的高頻噪聲顯得十分突出。

2 理論估算

由吸聲降噪理論[4]可知，對車間進行吸聲處理前后室內(nèi)平均噪聲降低量可以計算如下

從吸聲降噪公式可知，要降低新建卷包車間內(nèi)噪聲，必須安裝一定面積的吸聲材料，降低車間內(nèi)混響聲能，同時可以改善車間內(nèi)混響，使高噪聲不至于持續(xù)過長時間。

新建制煙車間包括三個小車間——卷包車間、濾棒儲存發(fā)射車間、封裝箱車間。卷包車間長約141 m，寬約85 m，車間吊頂后凈高為5.8 m，地面面積11 813.1 m2，體積68 516 m3；濾棒儲存發(fā)射車間長61.45 m，寬44.8 m，吊頂后高度為5.8 m，地面有效面積230 2 m2，體積13 267.4 m3；封裝箱車間長65.27 m，寬25.35 m，吊頂后高度為5.8 m，地面面積149 9 m2，體積861 7 m3。本文重點介紹新建卷包車間的聲環(huán)境設(shè)計方案。

對于卷包車間，擬采用在頂面、墻面及柱面均布置吸聲材料的吸聲降噪方案。具體方案為車間吊頂及室內(nèi)結(jié)構(gòu)柱表面安裝或鋪裝強吸聲材料，除門、玻璃隔斷外的墻面采用強吸聲材料裝修，地面環(huán)氧樹脂或塑膠地面。將新建車間采用與既有車間相同裝修（即所有表面均為硬反射面）作為吸聲處理前的預想方案，而將新建車間將采用的吸聲降噪方案作為吸聲處理后，則新建車間吸聲處理前后噪聲降低量的估算如表2示。同時，依據(jù)混響計算公式可以估算新建車間吸聲處理前后室內(nèi)混響時間的變化，結(jié)果如表3示。估算結(jié)果表明，吸聲處理后，新建車間中高頻噪聲將降低7 dB～10 dB，而混響時間將由6.3 s降至0.8 s左右。

表2 卷包車間內(nèi)倍頻帶噪聲降低量

上述計算沒有考慮機器設(shè)備的影響，車間正常生產(chǎn)時，機器設(shè)備會占用一定的體積，同時，設(shè)備也有一定的表面積。機器設(shè)備的體積會縮短室內(nèi)混響時間，而設(shè)備的表面積會對室內(nèi)平均吸聲系數(shù)有一定的影響?？紤]到降噪效果主要由平均吸聲系數(shù)決定，因此，機器設(shè)備體積對降噪效果的影響可以不予考慮。因此，本文僅就機器設(shè)備表面積對降噪效果的影響進行簡單的誤差分析。

表3 車間吸聲降噪處理前后混響時間計算結(jié)果

假設(shè)卷包車間內(nèi)所有機器的總表面積為A m2。同時，由于機器設(shè)備表面基本為金屬材料，假設(shè)其吸聲系數(shù)取為0.02。據(jù)此可以得到卷包車間吸聲降噪前后平均吸聲系數(shù)與A的關(guān)系式，如表4示。

對于任意給定的A值，都可以依據(jù)表4結(jié)果計算吸聲降噪前后噪聲降低量。任選三個A值（500 m2，5000m2，50000m2）計算其降噪效果如表5所示。

對比表2和表5可計算由于機器表面吸聲對降噪效果的影響，其結(jié)果如表6示。由表6可知，即便機器的表面積達到20 000 m2時（實際機器表面積小于20 000 m2），降噪效果的誤差值也在1 dB以內(nèi)。因此，機器設(shè)備表面吸聲對降噪效果的影響比較輕微，可以忽略不計。

表4 考慮機器影響時車間平均吸聲系數(shù)計算結(jié)果

表5 三種機器表面積條件下降噪效果的估算(dB)

表6 三種機器表面積條件下降噪效果的誤差值(dB)

3 模擬分析

在新建制煙車間的聲環(huán)境研究中，還采用國際通用的噪聲模擬軟件Cadna/A對新建車間的噪聲水平進行了模擬分析。圖3為計算機模擬中車間的3D模型示意圖。模型各表面材料的吸聲系數(shù)如表7示。

圖3 車間預測區(qū)域3D示意圖

由于設(shè)備尺寸較大，無法簡化為點聲源進行模擬，因此需將每個體聲源劃分為面聲源來進行模擬（每個體聲源有5個輻射面，兩個緊挨的模型依實際情況減少1～2個面）。假定每個面聲源的聲功率級相同，則每個面聲源的聲功率級為

表7 各表面材料吸聲系數(shù)

圖4 車間噪聲分布等值面模擬結(jié)果

圖5 車間噪聲代表性點A聲級值分布圖

圖6 新建車間全場噪聲級及走道區(qū)域噪聲級(左：全場；右：走道區(qū))

圖7 新建車間實測機組輻射噪聲級（左：GD型；右：M 5型）

式中Lw i——每個面聲源的聲功率級；

Lw——每臺機組的總聲功率級；

N——每臺機組所劃分的面聲源數(shù)量。

將實測設(shè)備的噪聲級換算成每個面聲源的倍頻帶聲壓級，并輸入Cadna/A就可以進行噪聲預測。預測結(jié)果可以以等值線圖、等值面圖、光柵圖的形式顯示，并可以計算指定預測點的詳細頻譜及A聲級數(shù)值。在本例中，等值線圖等的模擬高度取為1.5 m（即人耳高度左右），網(wǎng)格精度為0.5 m×0.5 m。圖4和圖5分別為車間噪聲分布等值面圖及代表性點A聲級分布圖。

4 現(xiàn)場測試

新建車間竣工后，在設(shè)備機組正常工作狀態(tài)下，對車間噪聲分布、機組輻射噪聲級及車間內(nèi)混響時間進行了現(xiàn)場測試，噪聲測試結(jié)果如圖6—圖7所示，混響時間的測試結(jié)果如表8示。

表8 車間混響時間測試結(jié)果（42點平均）

實測結(jié)果顯示，新建車間內(nèi)平均噪聲級為75.6 dBA，走道區(qū)域的噪聲級更低，為66.4 dBA。工作區(qū)內(nèi)M 5型機組輻射噪聲級為74.0 dBA，而GD型機組輻射噪聲級為81.0 dBA。同時，從噪聲頻譜可以看出，M 5型機組噪聲主要以中低頻噪聲為主，而GD型機組輻射噪聲則以中高頻噪聲為主。從綠色工房聲環(huán)境考核來看，無論是整個車間還是車間走道區(qū)域，噪聲級均遠低于新建廠房要求的85 dBA。同時，機組近場輻射噪聲級也僅81.0 dBA，完全符合相關(guān)規(guī)范[5]。這說明，新建廠房的聲環(huán)境是完全達標的。

新建車間室內(nèi)混響的實測結(jié)果與表3計算結(jié)果在高頻部分有一定差異，說明設(shè)備雖然對降噪影響不大，但對室內(nèi)混響確實有影響。同時，實測結(jié)果與吸聲處理前的計算結(jié)果比較，可以看出在新車間內(nèi)進行的吸聲處理在降低車間內(nèi)混響，改善車間聲環(huán)境的效果是顯著的。

新建車間與既有車間進行噪聲級對比，結(jié)果顯示，在既有車間整體噪聲為84.7 dBA的情況下，新建車間噪聲級僅為75.6 dBA，聲環(huán)境的改善效果還是非常明顯的。

5 結(jié)語

通過對上海卷煙廠新建制煙車間進行吸聲降噪處理，不僅使車間混響時間顯著降低，整體聲環(huán)境有明顯改善，而且使工作區(qū)域的噪聲級也有一定降低。這都說明對新建車間進行的吸聲降噪治理是富有成效的。據(jù)該煙草企業(yè)反饋，該新建車間的聲學改造已成為行業(yè)內(nèi)改造樣本并得到推廣。

[1]YC/T396-2011，煙草行業(yè)綠色工房評價標準[S].

[2]宋擁民，章奎生.大型制煙車間聲環(huán)境測試分析[J].噪聲與振動控制，2013(S)：87-90.

[3]GB/T17248.3-1999.聲學機器和設(shè)備發(fā)射的噪聲工作位置和其他指定位置發(fā)射聲壓級的測量現(xiàn)場簡易法[S].

[4]趙松齡，噪聲的降低與隔離[M].上海：同濟大學出版社，1985：169-175.

[5]衛(wèi)發(fā)監(jiān)發(fā)1999第620號文件，工業(yè)企業(yè)職工聽力保護規(guī)范[S].

Research of IndoorAcoustic Environment of a New Tobacco Workshop in Shanghai Cigarette Factory

SONG Yong-m in,ZHANG Kui-sheng

（Zhang Kuisheng Acoustical Design&Research Institute,East ChinaArchitectural Design and Research Institute Co.Ltd.,200070 Shanghai,China）

Tobacco industry is undergoing a green-workshop renovation,and quality of the acoustic environment is an important index for the green-workshop assessment.In this paper,the current acoustic environment including reverberation time and sound field characteristic in a new-built tobacco workshop of Shanghai Cigarette Factory are investigated and analyzed.Measures of improvement of acoustic environment are proposed according to the theory of noise reduction based on sound absorption.Then,a sem i-quantitative theoretical analysis of the effect of machines and equipments on noise reduction is done.Finally,noise distribution of the new tobacco workshop is predicted by computer simulation.The results of the theoretical analysis and computer simulation of the acoustic environment of the new workshop show that the measures of noise reduction due to sound absorption are reliable and effective.

acoustics;cigarette manufacture workshop;reverberation time;sound field characteristics;computer simulation

1006-1355(2014)04-0184-05

O42；TU112.3；X593 < class="emphasis_bold">文獻標識碼：A DOI編碼：

10.3969/j.issn.1006-1335.2014.04.040

為適應(yīng)國際煙草企業(yè)進入中國市場后的競爭能力，國內(nèi)煙草行業(yè)正在進行綠色工房的達標改造，而室內(nèi)聲環(huán)境是綠色工房考核的指標之一[1]。本文對上海卷煙廠有制煙車間的聲環(huán)境現(xiàn)狀進行了調(diào)研分析[2]，依據(jù)吸聲降噪理論提出了新建“中華”專線制煙車間聲環(huán)境改善的措施，對新建車間噪聲情況進行了預測，并從理論上半定量分析了機器設(shè)備本身對降噪措施的影響，最后通過現(xiàn)場實測對理論估算及軟件預測結(jié)果進行了驗證。

2013-09-06

宋擁民(1976-)，男，湖北蘄春人，博士，高級工程師，從事廳堂音質(zhì)、噪聲與振動控制工程的設(shè)計及研究工作。

E-mail:asong1102@163.com