新型低噪音消聲新風(fēng)裝置的設(shè)計與應(yīng)用

吳恩+牟淑志+牟福元

摘要：設(shè)計了一種新型低噪音消聲新風(fēng)裝置，該裝置通過改變孔板的穿孔率可以改變共振頻率，從而滿足不同用戶對消除噪聲頻率的要求；還可通過改變吸聲共振結(jié)構(gòu)的深度來改變共振頻率，進(jìn)一步滿足不同的消噪要求。因此當(dāng)外部灰塵比較大或外部噪聲較大，又需要通風(fēng)時，使用此裝置能夠有較好的節(jié)能效果和降噪效果，有利于營造良好的工作生活環(huán)境。

關(guān)鍵詞：新風(fēng)裝置； 消聲； 吸聲共振； 通風(fēng)； 節(jié)能

中圖分類號：TU834.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）20-0131-02

1 引言

在人們的生活空間中無處不存在噪聲，噪聲污染是城市環(huán)境問題的四大公害之一，目前已成為制約城市人居環(huán)境質(zhì)量提高的重要因素[1]。在城市住宅內(nèi)外部的噪聲主要有如下幾種：①街道的交通噪聲；②建筑施工噪聲；③工廠噪聲；④建筑物的水泵房、風(fēng)機(jī)房等產(chǎn)生的噪聲；⑤其他交通工具產(chǎn)生的噪聲，如飛機(jī)起飛降落形成的轟鳴和震動、火車行駛中車輪與鐵軌的摩擦聲等；⑥街道的其他噪聲（如自然的狂風(fēng)暴雨帶來的氣流噪聲和撞擊噪聲）[2]。因此，必須對噪聲進(jìn)行控制。

目前，在公共場所的空調(diào)利用率越來越高，人們長期處于密閉的環(huán)境中，由于缺乏必須的空氣流通，室內(nèi)空氣質(zhì)量很差，很容易引起不適和疾病的傳播，因此，必須采取措施進(jìn)行空氣交換，而現(xiàn)有的空氣交換裝置大多為強(qiáng)排式，一方面需要消耗大量的能量，另一方面會造成室內(nèi)空氣的劇烈變化，室內(nèi)帶有溫度的空氣被直接排出室外，而同時又要對新進(jìn)入的空氣進(jìn)行加熱或制冷，造成能量浪費(fèi)，同時由于風(fēng)機(jī)的使用造成換風(fēng)過程中噪音較大，因此，設(shè)計一種節(jié)能降噪型的新風(fēng)系統(tǒng)是改變室內(nèi)通風(fēng)條件、節(jié)能減排的當(dāng)務(wù)之急。

2 消聲器的類型

空調(diào)系統(tǒng)所用的消聲器有多種形式，根據(jù)消聲的原理大致可分為抗式消聲器、阻式消聲器和復(fù)合式消聲器三大類。

抗式消聲器的消聲原理是借助于管道截面的突擴(kuò)、突縮或旁接共振腔，使沿管道傳播的某些特定頻率或頻段的噪聲在突變處向聲源反射回去，而不再向前傳播，從而達(dá)到消聲的目的，對低頻和中頻噪聲有較好的消聲性能。

阻式消聲器的消聲原理是借助裝置在通風(fēng)管道內(nèi)壁上或在管道中按一定方式排列的吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲作用，使沿管道傳播的聲能部分轉(zhuǎn)化為熱能而衰減，對中頻和高頻噪聲有較好的消聲性能。

復(fù)合式消聲器則綜合了阻式和抗式消聲器各自的優(yōu)點(diǎn)，通過適當(dāng)結(jié)構(gòu)組合而成，對整個頻段的噪聲都有較好的消聲效果[3]。

筆者針對空氣管道中噪聲的頻率及復(fù)合式消聲器的特點(diǎn)，設(shè)計了一款新型的低噪音消聲新風(fēng)裝置，用于建筑室內(nèi)的氣流交換。

3 新型低噪聲消音新風(fēng)裝置的組成

針對現(xiàn)有的新風(fēng)系統(tǒng)存在的能源浪費(fèi)大，外部環(huán)境噪音及設(shè)備噪音較高的問題，設(shè)計了一種帶有消音結(jié)構(gòu)的低噪音消聲新風(fēng)裝置。

低噪音消聲新風(fēng)裝置的結(jié)構(gòu)組成如圖1、圖2及圖3所示，它包括箱體，箱體面對室外的一面安裝有過濾器，箱體中安裝有將室外空氣送入室內(nèi)的風(fēng)機(jī)，箱體中安裝有孔板，孔板與箱體的壁板共同形成吸聲共振箱，風(fēng)機(jī)吹向兩邊的風(fēng)經(jīng)過孔板在吸聲共振箱內(nèi)完成消聲；而經(jīng)過風(fēng)機(jī)往中間的風(fēng)經(jīng)過箱體頂部的孔管消聲器完成消聲；箱體面對室內(nèi)的一面上安裝有能量回收裝置，能量回收裝置的下部與均風(fēng)管相連通，均風(fēng)管的下部設(shè)有室內(nèi)百葉式風(fēng)入口，能量回收裝置的上部設(shè)有將經(jīng)過能量交換的室內(nèi)風(fēng)排出的風(fēng)道，從風(fēng)道由小型排風(fēng)機(jī)經(jīng)由出口抽出室內(nèi)風(fēng)排到環(huán)境中。

箱體11為便于安裝的臥式長方體結(jié)構(gòu)或直立型長方體結(jié)構(gòu)，臥式長方體結(jié)構(gòu)被安裝在窗戶上方、下方或門的上方，直立型長方體結(jié)構(gòu)安裝在窗戶的左方或右方。過濾器7為兩級過濾結(jié)構(gòu)，一級為PM10，一級為PM2.5。風(fēng)機(jī)2為低噪音風(fēng)機(jī)。能量回收裝置8為間壁式換熱設(shè)備，它是一種板翅式結(jié)構(gòu)的換熱器。

本設(shè)計以吸收低頻為主，吸聲共振箱4的孔板穿孔率不宜太大，應(yīng)不大于10%。通過改變孔板3的穿孔率可以改變共振頻率，從而滿足不同用戶對消除噪聲頻率的要求。穿孔率越大，高頻吸聲性能越好。在具體實(shí)施時還可通過改變共振腔即吸聲共振箱4的深度來改變共振頻率，進(jìn)一步滿足不同的消噪要求。與現(xiàn)有的新風(fēng)系統(tǒng)相比，最大的特點(diǎn)是通過增加吸聲共振箱4和在箱體的頂部設(shè)置孔管消聲器6來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)噪聲的消降和外界噪聲的屏蔽，實(shí)現(xiàn)了降噪節(jié)能的目的。

當(dāng)處于冬夏季采用家用空調(diào)進(jìn)行采暖或制冷時，可啟動風(fēng)機(jī)以及能量回收裝置，利用風(fēng)機(jī)起到通風(fēng)換氣的作用，能量回收裝置可回收冬天室內(nèi)的部分熱能或夏天室內(nèi)的部分冷能，利用新風(fēng)將回收的能量輸送回室內(nèi)。克服了家用空調(diào)新風(fēng)量不足的缺點(diǎn)，又滿足了節(jié)能的要求。當(dāng)外部灰塵比較大或外部噪聲較大時，又需要通風(fēng)時，可關(guān)閉門窗，啟動風(fēng)機(jī)2，實(shí)現(xiàn)既能夠封閉外部污染環(huán)境，享受安靜的工作學(xué)習(xí)或生活環(huán)境，又能滿足通風(fēng)換氣的功能。

4 新型低噪聲消音新風(fēng)裝置中吸聲共振箱的共振頻率計算

4.1 吸聲共振箱模型參數(shù)的確定

穿孔板長300 mm，寬190 mm，厚度t為5 mm，小孔直徑為6 mm；矩形排列方式，孔中心距離B為20 mm，板后空腔厚度l為100 mm。

穿孔率：ρ=πd24B2=3.14×624×202=7.07%

4.2 穿孔板共振頻率的計算

f=CO2πpl（t+δ）=3406.280.0707100×10-3×（5+0.5）×10-3=613.6

從上式計算可知，安裝在新風(fēng)裝置中的吸聲共振箱，在614 Hz附件會發(fā)生共振。而新風(fēng)裝置系統(tǒng)的噪聲源主要來自風(fēng)機(jī)，其噪聲頻率大約在200～800 Hz.。從上式可以看出，穿孔板的共振頻率f與穿孔率P的平方根成正比；f與板后空氣層深度D的平方根成反比；f與穿孔的有效長度的平方根成反比；f與聲速C0成反比[4]。消除不同頻率的噪聲，可以通過調(diào)整穿孔率、空氣層深度及穿孔的有效長度來控制。

5 結(jié)論

本文提出了一種新型低噪聲消音新風(fēng)裝置，其中的能量回收裝置可回收冬天室內(nèi)的部分熱能或夏天室內(nèi)的部分冷能，裝置中的吸聲共振箱可以通過調(diào)整穿孔率、空氣層深度及穿孔的有效長度來控制消除不同風(fēng)機(jī)產(chǎn)生不同頻率的噪聲。

參考文獻(xiàn)：

[1]李紅星，王雪平. GIS 技術(shù)在城市環(huán)境噪聲中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2007，32（3）：42～44.

[2]胡 偉，張家臣. 城市住宅隔聲吸聲設(shè)計[J]. 天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報， 2011，17（4）： 229～231.

[3]彭作戰(zhàn)，楊鐵明，李裕華. 一種新型消聲器[J]. 發(fā)電設(shè)備，2014，28（6）：428～431.

[4]尹忠莉. 太陽能光伏聲屏障的研究[D].武漢： 武漢紡織大學(xué)，2010.