摘要:討論了影響現(xiàn)代建筑物“聲環(huán)境”的典型噪聲振動污染源及相關(guān)噪聲振動控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞:現(xiàn)代建筑;聲環(huán)境;噪聲;振動;控制對策

新世紀(jì)科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高度發(fā)展,催生出大量新型寫字樓、賓館飯店、展館、商場和高級公寓等現(xiàn)代化建筑物,其中尤以高層建筑發(fā)展最快。

但伴隨而來的是鍋爐、熱交換站、給排水、中央空調(diào)系統(tǒng)等配套設(shè)施,對建筑物內(nèi)外部環(huán)境的噪聲振動影響也日益突出。如何妥善完成現(xiàn)代建筑中各類系統(tǒng)、設(shè)備噪聲振動控制的前期配套設(shè)計或后期治理改造,實現(xiàn)噪聲治理工程與人居環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一和景觀美化,是近年來建筑工程和環(huán)保專業(yè)的熱門話題,更是考驗各從業(yè)單位技術(shù)實力的試金石。

筆者結(jié)合多年從事暖通空調(diào)、鍋爐、自備電站、給排水等設(shè)備噪聲振動治理的工程實踐和心得,對現(xiàn)代建筑噪聲治理工程中的熱點問題作一探討。

1 　影響現(xiàn)代建筑“聲環(huán)境”的典型污染源及其特點

與現(xiàn)代建筑時尚、高檔、綜合發(fā)展的趨勢相匹配,其內(nèi)部配套設(shè)施的配置不斷完善、檔次不斷提高、規(guī)模不斷擴(kuò)大,通常均裝備有鍋爐或熱交換站及其采暖循環(huán)系統(tǒng)、各類給排水系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)(含冷卻塔或風(fēng)冷熱泵機(jī)組、空調(diào)機(jī)組、冷凍機(jī)組及冷卻循環(huán)系統(tǒng)等) 、電梯、排風(fēng)機(jī)、變配電設(shè)備甚至自備柴油發(fā)電機(jī)組等輔助設(shè)備。由于其種類繁多、結(jié)構(gòu)布局多變、管路系統(tǒng)復(fù)雜,在運行中不可避免地產(chǎn)生一定的噪聲和振動,形成現(xiàn)代高層建筑中特有的空氣噪聲和固體噪聲污染。

空氣聲是通過門、窗以及通風(fēng)管路的空氣介質(zhì)直接向建筑物內(nèi)傳播的設(shè)備噪聲。固體噪聲則是設(shè)備振動通過基礎(chǔ)、墻壁、樓板、管路系統(tǒng)、鋼性支/ 吊架等沿建筑結(jié)構(gòu)廣泛傳播,再激勵周圍空氣介質(zhì)向四周輻射形成的固體噪聲傳導(dǎo)和二次聲輻射。由于現(xiàn)代建筑特有的鋼筋混凝土構(gòu)造使振動波在傳播過程中衰減很小,因而固體噪聲頻率范圍寬、傳播距離遠(yuǎn),判斷其聲源及傳播規(guī)律也比較困難。因此必須綜合分析各設(shè)備振動頻率、管路系統(tǒng)布置以及墻體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等不同影響因素,找出主導(dǎo)聲源進(jìn)行針對性治理。另外還要注意甄別空氣聲和固體聲影響的主次關(guān)系和相關(guān)程度,盡可能同步統(tǒng)籌治理,避免二次改造產(chǎn)生的延誤和重復(fù)擾民。

2 　現(xiàn)代建筑噪聲振動污染源控制對策

要從根本上改善現(xiàn)代建筑室內(nèi)聲學(xué)環(huán)境,就必須合理采用隔振、減振、阻尼、隔聲、吸聲、消聲等單項或綜合技術(shù)手段,對各類不同噪聲振動源實施盡可能系統(tǒng)、專業(yè)、匹配、完善的噪聲振動控制。

2. 1 　水泵系統(tǒng)(泵房) 的噪聲振動控制

2. 1. 1 　設(shè)備基礎(chǔ)的隔振
水泵設(shè)備運行時產(chǎn)生的振動,常以彈性波形式通過基礎(chǔ)、支架傳遞至建筑結(jié)構(gòu),再經(jīng)結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)輻射固體噪聲。這不僅污染居民的工作、學(xué)習(xí)、生活環(huán)境,而且還影響到設(shè)備自身的使用壽命、儀器儀表的正常使用甚至建筑物的疲勞壽命。因此必須選擇合理的隔振系統(tǒng)對水泵的基礎(chǔ)部分進(jìn)行妥善的隔振處理。設(shè)備基礎(chǔ)隔振應(yīng)遵循“面面俱到”的匹配原則,并特別關(guān)注以下內(nèi)容:

(1) 必須對所有敏感環(huán)節(jié)都實施全面有效的隔振處理,徹底隔斷“振橋”;即使忽視的是一個微小環(huán)節(jié),也可能會造成固體傳聲的漏洞。

(2) 如條件允許,通常應(yīng)加設(shè)配重隔振底座并適當(dāng)加大隔振臺座的尺寸,可以有效抑制主機(jī)位移振幅、增加系統(tǒng)穩(wěn)定性,并相對減少機(jī)組重心偏移的影響。

(3) 隔振器的選擇,應(yīng)根據(jù)隔振降噪的要求、設(shè)備的轉(zhuǎn)速、機(jī)房的環(huán)境和工程投資而定。在一般情況下選擇橡膠隔振器即可;當(dāng)設(shè)備轉(zhuǎn)速低或要求隔振效率較高時,應(yīng)采用彈簧隔振器;但應(yīng)注意: ①防止金屬彈簧的高頻失效問題。②采用優(yōu)質(zhì)阻尼彈簧隔振器消除起動和停車時的共振現(xiàn)象。

(4) 注意避免“差拍效應(yīng)”的不良影響。當(dāng)多臺型號相同的設(shè)備共用隔振臺架時,由于轉(zhuǎn)速的微小差異而很容易產(chǎn)生“差拍效應(yīng)”(又稱“拍頻”現(xiàn)象) ,會顯著降低隔振系統(tǒng)的效率。其對策之一是盡可能將多臺振動設(shè)備分而治之。

2. 1. 2 　管路系統(tǒng)隔振

流體輸送管路是水泵系統(tǒng)的重要組成部分,作為機(jī)械振動的良導(dǎo)體,可使設(shè)備本體振動沿管路遠(yuǎn)程傳播;而在流體激振力作用下,管路也會產(chǎn)生自身振動,甚至是強(qiáng)烈沖擊。因此,管路隔振對于水泵系統(tǒng)的噪聲振動控制具有重要意義。

(1) 管路隔振:在水泵進(jìn)出口管路適當(dāng)位置安裝減振軟管接頭;管路中應(yīng)使用支撐剛度和載荷匹配的彈性托/ 吊支架;管路穿墻部位要作好隔振(及隔聲) 處理;必要時還可在管路關(guān)鍵部位加裝阻尼耗能器抑制其管路顫震。

(2) 消除流體渦漩和脈動噪聲:管路中流體除受水泵葉輪直接擾動外,當(dāng)其流經(jīng)節(jié)流或降壓閥門、止回閥、彎頭或其它管路附件時,都會產(chǎn)生液體脈動和渦流噪聲。管路中閥門突然關(guān)閉時還會產(chǎn)生俗稱“水錘”的液力沖擊。要降低管路系統(tǒng)噪聲,首先應(yīng)在管路設(shè)計、安裝工作中合理控制管內(nèi)液體流速,盡可能使其平順、通暢,減少不必要的急劇變向和截面突變,其次應(yīng)盡可能選用優(yōu)質(zhì)低噪聲閥門;另外還為此專門研究開發(fā)了液體消聲器和水錘抑制器,可有效地降低流體管路內(nèi)的脈動噪聲,對生活用水管路和水龍頭經(jīng)常出現(xiàn)的共振以及水錘沖擊噪聲也有較好抑制作用。

(3) 水箱的補水噪聲控制:水箱補水系統(tǒng)中使用的浮球閥常引發(fā)顯著的噴射噪聲和渦流噪聲,并經(jīng)剛性聯(lián)接的閥門、管路等逆向傳播固體噪聲。通過采取加裝橡膠軟接頭、用優(yōu)質(zhì)電磁閥套件取代浮球閥、水箱隔振以及加裝散水噴注消聲器等措施,通�？梢匀〉煤芎玫慕翟胄Ч�

(4) 水泵機(jī)房的吸聲、隔聲:根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場情況,有時需要對泵房內(nèi)壁進(jìn)行吸聲處理(以減弱房間內(nèi)的混響反射和低頻駐波) 。設(shè)備間門、窗等也應(yīng)根據(jù)實際情況更換或改造成隔聲門窗。

2. 2 　空調(diào)機(jī)組

空調(diào)機(jī)組的消聲降噪是一項既簡單又復(fù)雜的系統(tǒng)工程。常見問題是前期設(shè)計、施工中對此重視不夠,或在工程招投標(biāo)過程中過分壓價而偷工減料,由此導(dǎo)致失敗、返工的例子不勝枚舉。我們提倡在通風(fēng)空調(diào)工程設(shè)計階段,就由專業(yè)單位落實噪聲振動控制措施,同步完成達(dá)標(biāo)設(shè)計;努力避免盲目訂貨和不合理的招投標(biāo)操作。在工程細(xì)節(jié)上應(yīng)注意以下方面。

2. 2. 1 　消聲設(shè)計要充分、合理

消聲器是空調(diào)通風(fēng)工程中應(yīng)用最廣泛的、在使氣流順利通過的同時有效降低噪聲的降噪設(shè)備。常見的消聲器有阻性消聲器、阻抗復(fù)合消聲器、微穿孔板消聲器等。在通風(fēng)空調(diào)工程消聲設(shè)計中要注意充分、靈活利用消聲靜壓箱、消聲彎頭和消聲器的有機(jī)組合與合理布局,并要特別關(guān)注中低頻段的實際消聲效果和對氣流再生噪聲及阻力損失的合理控制。

2. 2. 2 　機(jī)組隔振處理

首先應(yīng)確保空調(diào)機(jī)組內(nèi)部風(fēng)機(jī)隔振有效(包括風(fēng)機(jī)底座隔振器的選用和出風(fēng)口軟聯(lián)接的合理、規(guī)范) ;必要時可在空調(diào)機(jī)組底座下加裝隔振器進(jìn)行二次隔振。

2. 2. 3 　管路隔聲隔振處理

空調(diào)通風(fēng)管路既是空氣聲泄漏的途徑也是傳播固體聲的橋梁,應(yīng)根據(jù)實際工程需要強(qiáng)化局部管路的隔聲與隔振處理,阻斷“聲橋”與“振橋”。管路穿過樓板或墻體處也應(yīng)進(jìn)行規(guī)范的隔聲隔振處理。

2. 3 　冷卻塔和風(fēng)冷熱泵機(jī)組

冷卻塔和風(fēng)冷熱泵機(jī)組通常布置在建筑物外頂部,是現(xiàn)代建筑中另一類典型的噪聲振動污染源,不僅直接影響外部環(huán)境,同時也對建筑物本體構(gòu)成固體噪聲干擾。

其中對建筑物內(nèi)部噪聲振動的防護(hù)措施相對簡單,主要包括冷卻塔體和風(fēng)冷熱泵機(jī)組的基礎(chǔ)隔振以及聯(lián)接管路隔振等措施,與泵房隔振基本類似。而對外部環(huán)境的空氣聲控制,要考慮的技術(shù)因素就要復(fù)雜得多。具體分析如下:

常規(guī)冷卻塔和風(fēng)冷熱泵機(jī)組的主要噪聲是低中頻為主的循環(huán)風(fēng)機(jī)通風(fēng)噪聲,其中又包括氣流產(chǎn)生的空氣動力性噪聲和驅(qū)動機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的機(jī)械噪聲。因其發(fā)聲位置較高且低頻噪聲穿透、繞射能力強(qiáng),傳播范圍遠(yuǎn),而對周圍環(huán)境的影響最為突出。由于冷卻塔和風(fēng)冷熱泵機(jī)組所用軸流風(fēng)機(jī)壓頭極低,其風(fēng)量和整體散熱效果對消聲系統(tǒng)的阻力損失極為敏感,故此類冷卻塔降噪治理的難點就在于寬頻帶、高量值的消聲要求與冷卻塔自身通風(fēng)散熱性能之間的尖銳矛盾;其噪聲治理必須兼顧熱工性能、結(jié)構(gòu)工藝、日常維修、改造費用等一系列相關(guān)因素。通常,在這樣“處處摯肘”條件下的“后發(fā)制人”的改造難度和工程費用都是相當(dāng)大的! 因此應(yīng)盡可能在工程前期統(tǒng)籌考慮,減少勞民傷財?shù)膿p失。

對于冷卻塔和風(fēng)冷熱泵機(jī)組,通�？赡懿扇〉脑肼曋卫泶胧┌ㄝ^為簡易的屏障隔聲和較為全面的整體通風(fēng)消聲。有時還輔之淋水消聲和風(fēng)機(jī)降速處理。

當(dāng)冷卻塔或風(fēng)冷熱泵機(jī)組相對于敏感點處于較高位置、對側(cè)沒有高大反射建筑物、所需降噪量不是很高時,采用隔聲屏障降噪無疑是最為經(jīng)濟(jì)、適用的噪聲治理對策。但要特別注意聲屏障設(shè)置高度的合理性及抗風(fēng)荷載強(qiáng)度、剛度,及其采光影響問題。

當(dāng)冷卻塔或風(fēng)冷熱泵機(jī)組相對于敏感點的位置和降噪量需求不滿足上述前提條件時,只好采用整體(或局部) 隔聲加消聲的噪聲治理對策。進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)消聲是降低冷卻塔和風(fēng)冷熱泵機(jī)組風(fēng)系統(tǒng)噪聲(包括淋水噪聲) 的最為直接、有效的技術(shù)手段,而且有時是該類環(huán)境噪聲治理中必須采取的關(guān)鍵技術(shù)措施,可以獲得足夠好的消聲降噪效果。不僅在小型機(jī)組的噪聲治理工程中經(jīng)常采用,國外很多電站的大型雙曲線冷卻塔也花費巨資直接在塔底進(jìn)風(fēng)口外周加裝片式進(jìn)風(fēng)消聲器。但由于冷卻塔和風(fēng)冷熱泵機(jī)組所用軸流風(fēng)機(jī)壓頭較低,其風(fēng)量和整體散熱效果對消聲系統(tǒng)的阻力損失極為敏感! 要盡可能減少對原系統(tǒng)的熱工性能影響,就必須盡可能減少對軸流通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)排風(fēng)阻力損失;為減少系統(tǒng)風(fēng)阻,就需要盡可能降低消聲器中的氣流速度,進(jìn)風(fēng)消聲器就要具有足夠大的進(jìn)風(fēng)通流截面積,其外形體積也就相應(yīng)增大;成本也不可能太低。因此通常要在消聲降噪的必要性、熱工性能影響以及工程費用等方面作認(rèn)真的綜合比較和權(quán)衡。其隔聲、消聲結(jié)構(gòu)的設(shè)置位置和體形,不僅要滿足上述聲學(xué)和熱工性能需求,同時還更要考慮其結(jié)構(gòu)抗風(fēng)荷載的強(qiáng)度和穩(wěn)定性�！�

2. 4 　屋頂排風(fēng)機(jī)

許多高層建筑大量采用離心式屋頂排風(fēng)機(jī)作為衛(wèi)生間和廚房的輔助排風(fēng)系統(tǒng),在風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生較強(qiáng)的噪聲與振動,對其頂層公寓的室內(nèi)(外)環(huán)境產(chǎn)生明顯影響。為此需要采用消聲器和隔聲罩、隔振器等對其進(jìn)行行之有效的消聲降噪治理�！　�

2. 5 　變配電設(shè)備
隨著城鎮(zhèn)建設(shè)的急速發(fā)展和用電量逐年增加,大量中小型的變壓器(變電站) 安置在建筑物內(nèi)或建筑物附近,因此變壓器噪聲振動的環(huán)境影響越來越顯著。變壓器分為干式和濕式,其噪聲主要由兩部分構(gòu)成:變壓器本體硅鋼片鐵芯磁致伸縮振動引起的電磁噪聲和其輔助冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的機(jī)械和空氣動力性噪聲。

治理變壓器固體噪聲時,通常在機(jī)組底部和基礎(chǔ)間加裝隔振器或隔振墊,應(yīng)注意這時聯(lián)接電纜(匯流排) 也應(yīng)更換為柔性編織線排。治理變壓器空氣聲影響時通常安裝通風(fēng)消聲器或隔聲屏障,但要特別注意其針對100 Hz 低頻噪聲的實際有效降噪量。

有時大型配電柜內(nèi)交流接觸器在吸合時也會產(chǎn)生一定噪聲振動,可對配電柜進(jìn)行底腳隔振消除固體聲傳導(dǎo)影響。另一細(xì)微但又常見的噪聲問題是日光燈電感振流器,常因鐵芯松動或浸漆不良產(chǎn)生噪聲振動,原理與大變壓器相同,可通過二次浸漆或局部隔振甚至更換電子振流器解決。

2. 6 　電梯噪聲振動

目前普遍使用的電梯特別是高層建筑使用的高速電梯,因隔振處理不良引發(fā)的“固體噪聲”傳導(dǎo)最為突出,針對這一情況應(yīng)對電梯牽引傳動主機(jī)、主鋼梁甚至井道導(dǎo)軌采取良好的減振措施。還應(yīng)檢查電梯井道頂部機(jī)房內(nèi)其它機(jī)構(gòu)懸架的支撐節(jié)點和配電控制柜,必要時也應(yīng)因地制宜地進(jìn)行隔振改造。

2. 7 　城市軌道交通對建筑物的環(huán)境影響

地鐵和輕軌鐵路等軌道交通作為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的熱點,在近年來得到高速發(fā)展,其輪軌振動和地上部分噪聲對沿線建筑物的影響也日益突出。為減少這一影響,我國已開始在城市軌道交通經(jīng)過敏感建筑物的地段采用專用橡膠或金屬彈簧隔振器對軌道或建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔振處理,在北京地鐵復(fù)八線、城市鐵路和上海明珠線等項目中的關(guān)鍵地段建造各類隔聲屏障,既取得了較好效果,也暴露了一些問題,有待全社會進(jìn)一步的關(guān)注與配合。

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