轧钢厂厂房内办公室及休息室的噪声治理

周 勃，郭 建，顾迎春

（1.沈阳工业大学 建筑与土木工程学院，沈阳 110870；2.沈阳华维工程有限公司，沈阳 110168）

轧钢厂厂房内办公室及休息室的噪声治理

周 勃1，郭 建1，顾迎春2

（1.沈阳工业大学 建筑与土木工程学院，沈阳 110870；2.沈阳华维工程有限公司，沈阳 110168）

为解决某轧钢厂房空调系统的噪声超标问题，首先在厂房内布置噪声测点进行数据测量，在噪声频谱特性分析的基础上分别采取管道及风口消声和室内吸声处理等综合噪声治理措施。方案实施后，办公室的平均噪声下降了15.6 dB(A)，休息室的平均噪声下降了17.2 dB(A)，均达到国家规定的噪声标准，为工业厂房空调系统的噪声治理提供了可参考的依据。

声学；空调系统；噪声控制；消声器；吸声体；消声百叶

噪声是影响室内环境质量的重要因素之一，在危害人类听觉、神经、心脏健康的同时，也大大降低了人们的工作效率[1]。随着空调系统在民用、工业建筑中的广泛应用，风管的流体噪声、风机的转动噪声、风管振动的噪声辐射和电机的电磁噪声等严重影响着各类建筑的室内声环境[2]。

目前，厂房空调系统噪声治理方法有采用消声型玻纤复合风管、风机设自垂式止回阀，以及在送、回风口设置迷宫式消声器等[3–4]，但缺少对空调系统噪声的综合治理方案。课题组针对此问题，以某钢铁公司轧钢厂房为例，首先分析厂房内声场的频谱特性，然后根据测量和分析结果实施消声和吸声设计实施综合治理方案，取得了良好的噪声治理效果。

1 噪声测试

某钢铁公司轧钢厂的厂房采用空调系统为多个控制车间和办公室送风，满足夏季制冷需要。厂房占地面积2 400 m2，共两层，每层均设立一个空调机房，空调箱选用的是离心风机，风机的风量为84 200 m³/h，全压为1 000 Pa，功率为45 kW，转速为1 250 r/min。风机在运行期间室内噪声严重超标，工作人员长期暴露在高噪声环境，身心健康受到危害，生产效率显著降低。

为解决该问题，课题组人员采用丹麦B&K 2238噪声频谱分析仪测量厂房内的噪声数据。在噪声敏感最近点布置测点，一层、二层空调系统平面图及噪声测点布置如图1、图2所示。

图1 一层空调系统平面图及噪声测点布置

图2 二层空调系统平面图及噪声测点布置

现场测量时，如果噪声为稳态，可测量1 min内的等效噪声。如果空调机组发出的噪声为周期性噪声，则应测量一个周期内的等效声级，按不同声级段简化测量，并按不同时间段来计算等效声级。由于风管流动噪声为非稳态非周期噪声，应测量整个正常工作时段的等效声级[5]。现场测量结果如表1所示。

表1 现场噪声测量结果 dB(A)

由表1可知，两个空调机房内的噪声值均已超过90 dB(A)，休息室及办公室的噪声值也超过了GB/T 50087-2013《工业企业噪声控制设计规范》的国家标准。为进一步分析室内噪声源的频谱特性，课题组采集了表1中噪声值最高的测点2的1/3倍频程谱图，如图3所示。另外，为了制定被动降噪方案，采集了工作人员室内环境的噪声敏感值，图4为一层休息室噪声1/3倍频程谱图。

图3 一层空调机房噪声1/3倍频程谱图

图4 一层休息室噪声1/3倍频程谱图

从图3可以看出，由于空调机房设备众多，声源复杂，因此辐射声能在各个频段分布较为均匀，呈宽频带特性。而图4中，休息室内噪声能量以低频成分为主，这主要是由于低频噪声绕射能力强、传播过程中衰减较慢造成的。测量结果表明，厂房内的噪声源多、频谱范围宽，且低频噪声能量所占比例不小，为噪声污染的消除增加了难度。

2 噪声特性分析

根据测量结果，分析轧钢厂房内的噪声源有如下特性：

（1）较大的噪声集中在一层空调机房离心风机的送风侧，最大的噪声值达到98.5 dB(A)，如表1所示。这是由于气流流经离心风机叶片界面形成附面层及脱涡引起的压力脉动，由此辐射的非稳定涡流噪声，属于中高频噪声源。

（2）表1中，靠近风机的测点值均较大，说明现场的周期性噪声主要是由风机产生的。风机的转速不高，周期力的频率也不高，但这种低频率的周期力能激发较高频率的振动。当受振动的部件其固有振动频率等于周期力频率的整数倍时，则会使部件产生强烈共振，从而产生强烈的二次噪声。当周期性作用力的频率高到一定程度，而且受力部件表面积足够大时，二次振动噪声尤为突出，属于中低频带噪声。

（3）气体流经管道时引发管道振动，从而向外辐射噪声。表1中在休息室周围的管道辐射噪声值达到75.4 dB(A)，这也是需治理的噪声源之一。除此之外，电机转子运动所产生的振荡力也会激发定子磁极发生切向振动，并与其它噪声源混合后形成休息室和办公室的宽频混响噪声。

根据分析结果可知厂房内的噪声源众多，噪声频带范围非常宽，单一用某一种声学结构是无法适用的，为此需要专门设计适合于这种特点的噪声综合治理方案。考虑到在不影响风机工况、机组维修、设备运行安全和美观的前提条件下，通过声学计算，采用消声器、吸声体、消声百叶等措施对空调系统噪声进行综合治理。

3 噪声综合治理方案

3.1 消声设计

3.1.1 消声器

如前分析，轧钢厂房内主要的噪声源是风机的涡流噪声，如图3所示，属于中高频噪声。为此，课题组采用阻抗复合式消声器，如图5所示。

图5 消声器的结构示意图

此消声器断面尺寸为1 200 mm×800 mm，长度为1.1 m。消声器应设于风管系统中气流平稳的管段上，且应尽量靠近有噪声控制要求的地方。课题组在测点5和测点14处分别安装此消声器。经测试，表2为消声器的消声性能。

表2 消声器的消声性能

由表2可以看出，该消声器在500 Hz～2 000 Hz的消声量最大，可消除离心风机送风侧的中高频噪声。但是，在气流通道上安装消声器，必然会影响风机的空气动力性能。如果只考虑消声器的消声性能而忽略了空气的动力性能，消声器的加入可能会使设备的效能大大降低，甚至无法正常使用。消声器的空气动力性能即阻力损失是指气流通过消声器时，在消声器出口端的流体静压比进口端降低的数值。课题组在土建测试平台上进行实验，实验标准参考GB/T 19512-2004，用TESTO-512压力计测得消声器阻力损失仅为18 Pa，大大低于其它阻抗复合式消声器。另外，在同样的消声性能和空气动力性能基础上，该消声器还具有体积小、重量轻、便于安装、使用寿命长的优点。

3.1.2 消声百叶

如上节所述，空气从风口流出时产生的管道二次振动也是造成室内噪声污染的主要原因之一。本文采用在室内送风口和排风口设置消声百叶的方法，在阻断噪声传播途径的同时能够有效吸收中低频噪声。消声百叶结构示意图如图6所示，百叶壁体采用阻性吸声片。

图6 消声百叶结构示意图

3.2 吸声设计

由图4可知，休息室内墙壁吸声系数低，室内混响较为严重。因此，采取设置宽频带组合式吸声体的方法能够有效地消除室内混响，增强休息室的降噪效果。吸声体采用了宽频带吸声板，在中间层加入低频吸声系数较高的铝纤维、有机胶。考虑休息室内美观要求，吸声体采用水平悬吊方式安装在休息室顶棚，其结构示意图如图7所示。

图7 板式吸声体结构示意图

为了分析休息室内的吸声效果是否明显，笔者应用有限元软件Ansys对休息室结构进行建模和网格划分，对声场进行模拟，安装吸声体前后的声场云图见图8。

从图中可以看出设置宽频带组合吸声板可以很好地消除内侧空间的混响现象。

图8 设置吸声体前后的声场分布比较

上述空调系统噪声综合治理方案实施后，课题组重新对厂房内各测点进行测量，结果显示，办公室平均噪声值降到59.5 dB(A)，休息室平均噪声值降到57.8 dB(A)，均达到了国家规定的噪声标准[6]。治理后的休息室和办公室的频谱图见图9、图10。

本项目的实施为钢厂工人改善了工作环境，提高了工作效率，也给企业带来了巨大的社会效益和经济效益。

图9 治理后休息室的噪声频谱图

图10 治理后办公室的噪声频谱图

4 结语

（1）当噪声源众多、噪声频带的范围非常宽时，单一用某一种声学结构是无法适用的，为此需要专门设计适合于各类噪声源特性的综合治理方案；

（2）为消除空调箱离心风机的涡流噪声，可在风机出口安装消声器，并同时考虑空气动力性能；

（3）为降低室内噪声混响，在屋内顶部悬挂宽频带组合式吸声体，可以有效消除内侧空间因混响而产生的噪声；

（4）为降低气流噪声，在空调系统的各风口安装消声百叶，通过增加消声百叶有效通流面积，降低出风口流体流速，有效地吸收了气流噪声的声能。

[1]展伟，刘岩，钟志方.地铁车辆空调系统噪声分布规律[J].噪声与振动控制，2014，34(5)：91-94.

[2]张慧芳，张勇青，陈自刚，等.浅析海上平台暖通空调系统噪声[J].噪声与振动控制，2012，32(5)：131-135.

[3]乐有奋，潘茜，傅建勋，等.某厂房暖通空调节能设计及室内噪声和空气污染控制[J].暖通空调，2010，40(9)：1-6.

[4]刘滨.某空调系统噪声改造[J].暖通空调，2015，45(2)：90-93.

[5]中国科学院.GB/T 16538-2008声学 声压法测定噪声源的声功率级 现场比较法[S].北京：中国计划出版社，2009.

[6]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T 50087-2013工业企业噪声控制设计规范[S].中国建筑工业出版社，2014.

Noise Control of Offices and Lounges in a Rolling Plant

ZHOUBo1,GUOJian1,GU Ying-chun2
(1.College ofArchitecture and Civil Engineering,Shenyang University of Technology, Shenyang 110870,China; 2.Shenang HUAWEI Engineering Co.Ltd.,Shenyang 110168,China)

In order to solve the excessive noise problem of the air conditioning system of a steel rolling plant,the measurement points are assigned in the plant to acquire the noise data.According to the analysis of the noise spectrum characteristics,the noise control measures such as muffler treatment of pipes and tuyere and indoor sound absorption treatment are adopted respectively.After the implementation of the noise control scheme,the average values of the noise level are reduced by 15.6 dB(A)in the offices and 17.2 dB(A)in the lounges respectively.And the national standard for noise control is reached.The method provides a reference for the noise control of air conditioning systems of industrial plants.

acoustics;air conditioning system;noise control;muffler;absorber;noise elimination shutter

TH113.1

：A

：10.3969/j.issn.1006-1335.2017.01.041

1006-1355(2017)01-0191-04

2016-11-08

国家自然科学基金资助项目（51575361）；辽宁省百千万人才工程资助项目（2015049）

周勃（1976－），女，沈阳市人，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为供热、供燃气、通风与空调工程。E-mail:liguodapple@sina.com

郭建（1991－），男，吉林省公主岭市人，硕士生，主要研究方向为供热、供燃气、通风与空调工程。E-mail:1343951617@qq.com