Явление
Оборудование для вентиляции и кондиционирования является источником упругих колебаний. А как известно, звук и есть не что иное, как распространение продольных волн в упругой среде. При хаотичном наложении звуковых волн они воспринимаются как шумы. Среди параметров, характеризующих шум, наряду с частотой главными являются громкость (определяется величиной энергии, переносимой звуковой волной) и сила (пропорциональна амплитуде колебаний и площади тела, вызывающего звуковые колебания).
Особенностью звука (шума) является то, что рост интенсивности колебаний в геометрической прогрессии человеческим слухом воспринимается в арифметической. В том числе и поэтому измерять громкость удобно величиной, являющейся функцией от логарифма отношения мощности звука вблизи источника и базовой величины, соответствующей порогу слышимости, – децибелом.
Человеческое ухо воспринимает звуки частотой от 18 до 20 000 Гц. То, что ниже этой границы, – инфразвук, выше – ультразвук. Сам по себе инфразвук не слышен, но он способен провоцировать вибрацию стенок воздуховодов, а она будет сопровождаться уже различимым человеческим ухом шумом. На разных частотах звук воздействует неодинаково. Слух наиболее чувствителен к частотам от 1 до 4 тыс. Гц, а "пик" – минимальные значения порога слышимости, соответствует промежутку от 3 до 4 тыс. Гц. На него же приходится и минимальное значение болевого порога – порядка 110 дБ.
Но не правильно думать, что, только по достижении этой величины звук способен принести вред человеческому организму. Длительное воздействие даже не очень сильных (50–80 дБ) шумов вызывает различные функциональные нарушения – от легко устранимых сбоев в работе нервной системы (нарушение сна и депрессия) до стойкого понижения слуха и даже инфаркта миокарда. Хотя не следует бросаться в другую крайность, воспринимая любой шум как абсолютное зло. Многие из шумов природного происхождения – журчание ручья, шелест леса или звуки прибоя имеют ярко выраженную позитивную окраску. Шум до 30 дБ безвреден для человека и составляет естественный звуковой фон. И в созданной им самим техногенной среде небольшие шумы могут оказаться даже полезными, подавляя другие более неприятные.
Проблема
Главными источниками шума в системах кондиционирования и вентиляции являются вентиляторы. Они единолично "отвечают" за шум, производимый фанкойлами (30 –50 дБ) и конденсаторами с воздушным охлаждением (40–50 дБ) и дают до половины звуковых колебаний, продуцируемых холодильными блоками (35–50 дБ) и руфтопами (70–80 дБ). Кроме вентиляторов заметный "вклад" в шумовое сопровождение систем вносят работающие компрессоры.
Шумом сопровождаются утечки из высокоскоростных воздуховодов. Его источником часто становятся гидравлические системы. Причем по ним без ощутимой потери мощности колебания могут "путешествовать" на весьма значительные расстояния от непосредственных источников. Хотя в общем случае сила звука обратно пропорциональна квадрату расстояния от точечного источника, при распространении в коридоре или трубе его интенсивность меняется незначительно.
| ||||||||||||||||||
Причиной появления шума в гидравлических системах могут стать резкие изменения диаметров труб (поэтому таковых следует избегать), стук клапанов (необходимо подбирать гидравлические клапаны с пониженными уровнями шума), заложенная при проектировании высокая скорость движения жидкости в трубах (скорость должна быть минимально возможной, разумеется, без ущерба для нормального функционирования установки). Двигатель и вращающийся в подшипниках (особенно изношенных) вал являются источниками шума в насосах.
Помимо уровня давления шума интерес представляет выявление частот, в диапазоне которых производится его максимальное количество. Предпочтения частот для разных видов оборудования разнятся. Так, фанкойлы, как правило, "укладываются" в частоту до 1 тыс. Гц, компрессорно-конденсаторные агрегаты с воздушным охлаждением – до 2 тыс.
Поэтому при рассмотрении работы оборудования для вентиляции и кондиционирования, как правило, наибольший интерес вызывает диапазон до 4 тыс. Гц (хотя в воздуховодах частота шума может достигать более 6 тысяч). Впрочем, при проектировании систем вентиляции и кондиционирования полезно знать весь спектр шумов по частотам. Именно так в технической документации приводятся сведенные в таблицы шумовые характеристики оборудования, именно так даются допустимые уровни шума для систем вентиляции и кондиционирования воздуха в СНиП.
Решение
Меры по снижению шума адресуются как непосредственному источнику шума, так и к каналам его распространения.
Расчеты, проведенные еще на стадии проектирования, позволяют выбрать оптимально подходящий для конкретных условий вид оборудования. При необходимости это может быть оборудование в специальном шумопонижающем исполнении. Тихой работы добиваются, изолируя источники шума, с помощью шумопоглощающих прокладок или противовибрационных материалов; используя вентиляторы с пониженной скоростью вращения (уменьшение скорости на 4% позволяет убрать 1 дБ).
Для лучшего шумоподавления следует применять не только звукоизолирующие материалы (они, как правило, хорошо отражают звуковую энергию, что может приводить к эффекту резонанса), а и материалы звукопоглощающие. Благодаря своему строению (за счет пористой структуры), они не отражают, а "принимают" избыточную звуковую энергию, превращая ее в тепловую. Хороший эффект дает наложение звукопоглощающего материала на звукоизолирующий (понятно, что такое разделение в известной степени условно). Убрать лишние 10–12 дБ помогает устройство защитного акустического барьера. Для этого используются панели из стального листа и звукопоглощающих прокладок.
Большое значение имеет правильное расположение оборудования. Так, не следует монтировать установки внутри лестничных пролетов и рядом с окнами и дверями – уровень шума при этом лишь возрастет. Нежелательно располагать их вблизи стен или в углах помещений. Снижению вибрации, а стало быть, и шума в гидравлических системах способствует использование эластичных (пружины, резиновые и полимерные прокладки) креплений труб к стенам.
Особое внимание уделяется воздуховодам. Они представляют собой не только коммуникацию для транспортировки воздуха, но и являются каналами для распространения шума, а порой и сами становятся вторичным его источником.
Хорошо известными, достаточно эффективными мерами, способствующими снижению шума, являются: размещение антивибрационных прокладок между воздуховодом и патрубком вентилятора, использование расширительных патрубков (резкое изменение сечения каналов почти всегда чревато появлением шумов), наличие способствующего снижению турбулентности воздушных потоков прямого участка сразу за местом присоединения воздуховода к вентилятору, соосное соединение распределителей воздуха. Хороший эффект дает покрытие внутренней поверхности воздуховодов звукопоглощающим материалом.
Эффективным средством снижения шума в системах вентиляции являются шумоглушители. Чаще всего их устанавливают между вентилятором и магистральным воздуховодом. При устройстве воздухозабора в приточной системе вблизи оконных проемов для понижения уровня шума шумоглушитель ставится сразу за воздухоприемным клапаном.
Наиболее эффективны шумоглушители при частотах от 500 до 4 тыс. Гц. С шумами низкой частоты (с теми, что служат причиной т. н. гула, явления, довольно часто имеющего место в воздуховодах), они справляются заметно хуже. Скорость потока должна быть ограничена, поскольку шумоглушитель сам может провоцировать появление нового шума за счет резкого торможения воздуха при его столкновении со звукопоглощающим материалом.
Наиболее часто применяются трубчатые и пластинчатые шумоглушители. Пластинчатый представляет собой короб из тонкого металлического листа, проходное сечение которого разделено пластинами, облицованными звукопоглощающим материалом. В этом качестве обычно используют минеральную вату, войлок, стекловолокно и т. д., обработанные с целью придания им противоабразивных свойств. Трубчатый глушитель представляет собой вложенные друг в друга две трубы (круглые или прямоугольные, в зависимости от формы воздуховода). Размер внутренней трубы совпадает с размерами воздуховода, на который он устанавливается.
Пространство между ними заполняется звукопоглощающим материалом. При незначительном уровне шума применяются шумоглушители с воздушной прослойкой. При этом на определенных частотах они не уступают обычным. Улучшенные характеристики имеет шумоглушитель с центральной пластиной – наличие пластины из шумопоглощающего материала приводит к увеличению эффективной поверхности. Еще выше эффективность у сотового глушителя. В нем воздушный поток разделяется на несколько, идущих параллельно по цилиндрическим каналам (сотам).
Предлагаются шумоглушители, состоящие из нескольких упругих элементов, резонансная частота которых образует некий ряд. При поступлении звукового сигнала, по крайней мере, некоторые из них начинают вибрировать с частотой, совпадающей с частотой звукового сигнала, тем самым обеспечивая подавление шума.
