3組合聲屏障在風(fēng)冷式冷水機(jī)噪聲治理中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及降噪性能研究王秋珍( 湖北第二師范學(xué)院 物理與機(jī)電工程學(xué)院 ， 武漢 430205 )摘   要 : 通 風(fēng) 散 熱 與 壓 縮 機(jī) 及 風(fēng) 機(jī) 噪 聲 是 風(fēng) 冷 式 冷 水 機(jī) 工 作 中 的 共 生 問 題 。 降 噪 百 葉 窗 + 隔 聲屏 + T 形圓弧頂組合的聲屏障可以滿足在風(fēng)冷式冷水機(jī)通風(fēng)要求的 同 時(shí) 對 冷 水 機(jī) 的 壓 縮 機(jī) 和風(fēng)扇噪聲有顯著降噪作用 。 利 用 聲 學(xué) 仿 真 軟 件 CadnaA 對 降 噪 效 果 進(jìn) 行 仿 真 模 擬 ， 并 和 實(shí) 際建造的組合聲屏障的降噪效果進(jìn)行了對比 。 結(jié)果顯示 ， 兩者數(shù)據(jù)高度契合 ， 組合聲屏障在風(fēng) 冷式冷水機(jī)的噪聲治理中具有良好的降噪效果 。
關(guān) 鍵 詞 : 聲 屏 障 ; 噪 音 ; 通 風(fēng) ; 模 擬中圖分類號(hào) : TB65 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : A      文章編號(hào) : 1674-344X ( 2017 ) 8-0016-051   引言國務(wù)院 《 中國制造 2025 》 規(guī)劃 ， 部 署 全 面 推 進(jìn) 制造強(qiáng)國戰(zhàn)略 ， 鼓 勵(lì) 和 促 進(jìn) 制 造 業(yè) 的 產(chǎn) 品 創(chuàng) 新 和 質(zhì)量提 升 。 在 這 股 產(chǎn) 品 創(chuàng) 新 和 提 升 的 智 造 大 潮 中 ， 工業(yè)冷水機(jī)在電子 、 化工 、 冶金 、 建材 、 建筑 、 機(jī) 械 、 制藥 、 食品等各行業(yè)得到了快速應(yīng)用 。 伴隨而生的是工業(yè)冷水機(jī)在使用中所產(chǎn)生的噪聲污染越 來越嚴(yán)重 ， 不僅 影 響 著 冷 水 機(jī) 使 用 單 位 職 工 的 身 心健康和工作效 率 ， 也 給 周 邊 居 民 的 生 活 環(huán) 境 帶 來了嚴(yán)重的噪聲干擾 。 根據(jù)國家一系列的環(huán)保標(biāo) 準(zhǔn) ( 如 《 聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 》、《 工業(yè) 企 業(yè) 廠 界 環(huán) 境 噪 聲排放標(biāo) 準(zhǔn) 》、《 工 業(yè) 企 業(yè) 噪 聲 控 制 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范 》、 《 工業(yè)企業(yè)職工聽力保護(hù) 規(guī) 范 》 ) 的 要 求 以 及 環(huán) 保 主管部門的督促 ， 很 多 單 位 開 始 重 視 對 工 業(yè) 冷 水 機(jī)的噪聲治理工作 。

工業(yè)冷水機(jī)按其在制冷過程中產(chǎn)生的熱量排 放方式 ( 冷凝器的型式 ) ， 可 分 為 風(fēng) 冷 式 和 水 冷 式 兩大類 。 但無 論 是 風(fēng) 冷 還 是 水 冷 ， 冷 水 機(jī) 所 產(chǎn) 生 的冷量都是以冷凍水形式提供的 ， 都稱為冷水機(jī) 。 相較于水冷式冷水機(jī) ， 風(fēng)冷式冷水機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn) :( 1 ) 安裝方便 : 機(jī)組自 帶 冷 凝 風(fēng) 扇 ， 無 需 外 接 冷 卻 塔 、 冷卻 水 泵 ;( 2 ) 節(jié) 約 水 資 源 ;( 3 ) 節(jié) 省 用 地 面 積 ;( 4 ) 供冷效果穩(wěn)定 ( 水 冷 式 會(huì) 因 水 垢 影 響 供 冷 效果 ) 。 風(fēng)冷式冷 水 機(jī) 無 論 是 在 使 用 行 業(yè) 或 使 用 數(shù)量上都比水冷式冷水機(jī)要廣泛得多 。 在噪聲治 理上 ， 風(fēng)冷式冷 水 機(jī) 存 在 風(fēng) 扇 進(jìn) 風(fēng) 冷 卻 散 熱 和 工 作噪聲問題以及 壓 縮 機(jī) 工 作 噪 聲 問 題 ， 而 水 冷 式 冷水機(jī)只存在壓 縮 機(jī) 工 作 噪 聲 問 題 ， 風(fēng) 冷 式 冷 水 機(jī)的噪聲治理比水冷式冷水機(jī)的噪聲治理的難度 大很多 ， 因此 ， 本文單就風(fēng)冷式冷水機(jī)的噪聲治理 問題進(jìn)行論述 。
2   風(fēng)冷式冷水機(jī)在噪聲治理中的特殊性 如圖 1 所示 : 風(fēng)冷式冷水機(jī) ， 主要由制冷劑 循環(huán) 、 水 循 環(huán) 、 電 器 自 控 三 個(gè) 相 互 聯(lián) 系 的 系 統(tǒng) 組 成 。 其制冷劑循環(huán)系 統(tǒng) 是 : 蒸 發(fā) 器 8 中 的 液 態(tài) 制 冷 劑 吸收回水 12 中的熱量并開始蒸發(fā) ， 使制冷劑與 水 之間形成一定的 溫 度 差 ， 液 態(tài) 制 冷 劑 完 全 蒸 發(fā) 變 為氣態(tài)后被壓縮 機(jī) 1 吸 入 并 壓 縮 ( 壓 力 和 溫 度 增 加 ) ， 將常溫的水通過壓縮機(jī)制冷到一 定 的 溫 度 ， 冷凝器 4 吸收熱量 ， 凝結(jié)成液體 ， 散熱風(fēng)扇 5 將 冷收稿日期 : 2017 － 07 － 02作者簡介 : 王秋珍 ( 1963 － ) ， 女 ， 湖北武漢人 ， 教授 ， 研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)電一體化 。
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凝器交換出的熱量向空中擴(kuò)散 。 通過干燥過濾器 6 和膨脹閥 ( 或毛細(xì)管 ) 7 節(jié) 流 后 變 成 低 溫 低 壓 制 冷劑進(jìn)入 蒸 發(fā) 器 8 ， 完 成 制 冷 劑 循 環(huán) 過 程 。 其 水 循 環(huán) 系 統(tǒng) 是 : 水 泵 9 負(fù) 責(zé) 將 水 從 蒸 發(fā) 器 8 的 水 箱 中抽出泵到用戶 需 冷 卻 的 設(shè) 備 ， 冷 凍 水 將 熱 量 帶 走后溫度升 高 ， 再 回 到 冷 凍 水 箱 中 。 電 器 自 控 系 統(tǒng) : 包 括 電 源 部 分 和 自 動(dòng) 控 制 部 分 。 電 源 部 分 是 通過接觸 器 ， 對 壓 縮 機(jī) 、 風(fēng) 扇 、 水 泵 等 供 應(yīng) 電 源 。 自動(dòng) 控 制 部 分 包 括 溫 控 器 、 壓 力 保 護(hù) 、 延 時(shí) 器 、 繼 電器 、 過載保護(hù) 等 相 互 組 合 達(dá) 到 根 椐 水 溫 自 動(dòng) 啟 停 ， 保護(hù)等功能 。
3   組合聲屏障的設(shè)計(jì)3． 1   降噪百葉窗的結(jié)構(gòu) :風(fēng)冷式冷水機(jī)的噪聲治理首先要考慮的是降噪消聲必須要 保 證 散 熱 風(fēng) 機(jī) 的 進(jìn) 風(fēng) 和 出 風(fēng) 散 熱 。 所以 ， 需 要 使 用 消 聲 百 葉 窗 ， 一 種 允 許 氣 流 通 過 ， 又能消除噪聲的 窗 式 結(jié) 構(gòu) ， 百 葉 條 上 部 是 防 雨 不 銹鋼 板 ， 中 間 是 超 細(xì) 玻 璃 棉 ， 下 部 是 小 孔 鋼 板 網(wǎng) 。 其基本結(jié)構(gòu)有四種形式 ， 如圖 2 所示 :圖 1   風(fēng)冷式冷水機(jī)原理圖由上述風(fēng)冷式冷水機(jī)的工作原理可知 : 要治 理風(fēng)冷式冷水機(jī) 在 工 作 中 所 產(chǎn) 生 的 噪 聲 ， 首 先 是 要 對 壓 縮 機(jī) 、 電 機(jī) 、 風(fēng) 機(jī) 在 運(yùn) 行 中 的 噪 聲 進(jìn) 行 屏 蔽 ， 同時(shí) ， 要考慮冷凝器散熱時(shí)風(fēng)機(jī)所必須的風(fēng)速 風(fēng)量 ， 還須考慮 冷 凝 器 散 熱 時(shí) 風(fēng) 機(jī) 的 抽 風(fēng) 面 積 及 對應(yīng)平面 、 風(fēng) 機(jī) 出 風(fēng) 面 積 及 對 應(yīng) 平 面 。 風(fēng) 冷 式 冷 水機(jī)的噪聲治理 ， 既不能對其全屏蔽全封閉 ， 也不 能對屏蔽面積無 限 擴(kuò) 張 ， 增 大 用 地 面 積 和 治 理 費(fèi) 用 。 所以需設(shè)計(jì)出一種兼顧上述兩種要求的特殊 方案 ， 達(dá)到優(yōu)化噪聲治理的效果 。
圖 2   消聲百葉窗的四種結(jié)構(gòu)形式在選用消聲百葉窗的結(jié)構(gòu)形式時(shí) ， 還要考慮 風(fēng)冷式冷水機(jī)的噪聲發(fā)源處的聲源震動(dòng)倍頻帶的中心頻率 。 根據(jù)華東建筑設(shè)計(jì)研究院的計(jì)育根等 實(shí)際測量 ， 風(fēng)冷式冷水機(jī) ( 或 風(fēng) 冷 式 熱 泵 ) 的 噪 聲 最大值出現(xiàn)在風(fēng) 機(jī) 的 進(jìn) 風(fēng) 口 和 出 風(fēng) 口 ， 其 聲 源 震 動(dòng)倍頻帶的 中 心 頻 率 范 圍 是 125 － 2000Hz ， 極 值［ 1 ］究院的計(jì)育根等實(shí)際測量美國約克幾種風(fēng)冷式冷 水機(jī)噪聲發(fā)源處的聲源震動(dòng)倍頻帶的中心頻率曲線圖 。

圖 3   風(fēng)冷式冷水機(jī)噪聲中心頻率曲線在確定了聲源震動(dòng)倍頻帶的中心頻率范圍· 1 7 ·范圍在 1000Hz 左右 。 圖 3 是 華 東 建 筑 設(shè) 計(jì) 研-----------------------------------------------------Page 2-----------------------------------------------------
后須 根 據(jù) 表 1 及 表 2 選 擇 消 聲 百 葉 窗 的 結(jié) 構(gòu) 形式 。
表 1   消聲百葉窗消聲量 ( dB )形式              倍頻帶中心頻率 ( Hz )63    125   250 500 1000 2000 4000 8000小橢圓     7     8     5     4     8     9     9    8 大橢圓     7     8     5    7． 5    11    14    14   10 月牙形     14    11    5     8    14    10    10   17 折板式     15    11    7     8    15    11    11   17通風(fēng)凈面積按外框 尺 寸 30 － 50% 計(jì) 算 ， 通 過 消聲百葉窗凈面積的風(fēng)速以小于 4m / s 為宜 。
表 2   消聲百葉窗規(guī)格表形式     W                600 － 12000小橢圓    H     620    820    1020    1220    1420    1620    1820片數(shù)     2     3     4     5     6     7     8大橢圓    H     800    1050    1300    1550    1800片數(shù)     2     3     4     5     6月牙形    H     620    820    1020    1220    1420    1620    1820片數(shù)     2     3     4     5     6     7     8折板式    H     630    830    1030    1230    1430    1630    1830片數(shù)     2     3     4     5     6     7     8消 聲 百 葉 窗 氣 流 阻 力 小 ， 消 聲 量 大 ， 外 形 美 觀 ， 通過合理設(shè)置衰減噪聲的輻射 ， 葉片下側(cè)設(shè)置 的微孔活塞式吸聲共振體吸收噪聲 。 每平方米適3 33． 2   隔聲屏的結(jié)構(gòu)考慮到風(fēng)冷式冷水機(jī)在使用過程中會(huì)有檢修維護(hù)或撤裝的方 便 ， 隔 聲 屏 采 用 圖 4 所 示 凹 凸 止 口形 狀 ， 便 于 現(xiàn) 場 安 裝 。 圖 5 表 述 了 隔 聲 屏 的 隔 聲材料構(gòu)成 : 迎 聲 面 是 1mm 的 不 銹 鋼 板 網(wǎng) ， 穿 孔 率不 得 低 于 20% ， 接 著 是 50mm 厚 的 巖 棉 板 ， 中 間 100mm 厚 的 離 心 玻 璃 棉 ， 玻 璃 棉 后 是 隔 聲 氈 ， 最外面是 1mm 厚 的 彩 板 或 不 銹 鋼 板 做 成 的 防 雨 板 。 噪聲穿透不銹鋼板網(wǎng) ， 阻止了噪聲波的反射 ， 噪聲波進(jìn)入巖棉 板 后 反 復(fù) 震 蕩 ， 聲 能 大 部 被 消 耗 掉 ， 少量高頻噪聲進(jìn)入離心玻璃棉內(nèi) ， 被進(jìn)一步的 消耗 。 經(jīng) 過 隔 聲 氈 和 防 雨 板 的 阻 隔 ， 噪 聲 被 降 下來 。
3． 3   T 形圓弧頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)針對風(fēng)冷式 冷 水 機(jī) 的 特 殊 性 ， 結(jié) 合 國 外 當(dāng) 前 的設(shè)計(jì)范例 ， 即 通 過 改 善 聲 屏 障 幾 何 形 狀 及 吸 聲 性能 ， 特別是在 豎 直 障 板 頂 端 加 上 一 些 簡 單 幾 何 結(jié)構(gòu) ， 在不增加 聲 屏 障 高 度 的 情 況 下 顯 著 提 高 聲屏障的降噪隔聲性能 ［ 2 ］   。 T 形圓弧形頂部結(jié) 構(gòu) 具· 1 8 ·圖 4   隔聲屏外形結(jié)構(gòu)圖 5   隔聲屏剖面結(jié)構(gòu)有環(huán)境協(xié)調(diào) ， 外觀美觀 ， 制造 、 安裝 、 維修方便等特 點(diǎn) 。 圓弧形頂部結(jié)構(gòu)剖面如圖 6 所示 。
圖 6   防繞射 T 形圓弧頂結(jié)構(gòu)T 形防繞射聲 屏 障 頂 部 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì) ， 使 噪 聲-----------------------------------------------------Page 3-----------------------------------------------------
傳播中難處理的噪聲繞射問題得到解決 。 此結(jié)構(gòu) 采用了吸聲材料 形 成 空 腔 ， 可 以 最 大 程 度 的 阻 隔 和吸收通過頂部繞射的噪聲 。 該結(jié)構(gòu)由鋼框架形 成的空腔填入離心玻璃棉 ， 底部由穿孔不銹鋼板 ， 頂端由吸聲材料和防雨板等構(gòu)成 。 框架形成三個(gè)［ 3 ］結(jié)構(gòu)最大的特 點(diǎn) 是 采 用 漸 變 截 面 空 腔 結(jié) 構(gòu) 形 式 ， 吸聲頻帶變寬 ; 由于有較深的空腔 ， 吸聲頻帶向低 頻移動(dòng) ， 從而 提 高 聲 屏 障 的 降 噪 效 果 。 大 大 降 低 隔 聲 屏 障 的 高 度 ， 節(jié) 約 了 建 設(shè) 成 本 ， 提 高 了 降 噪 效果 。
4 組合式隔聲屏的應(yīng)用降噪百葉窗 + 隔聲屏 + T 形 圓 弧 頂 的 組 合 聲 屏障在理論上是 可 行 的 ， 在 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 的 狀 況 如 何呢 ? 某非紡織布公司按照 “ 降噪百葉 窗 + 隔 聲 屏 + T 形圓弧頂 ” 的組合方式 ， 對風(fēng)冷 式 冷 水 機(jī) 噪 聲進(jìn) 行 了 治 理 。 治 理 前 現(xiàn) 場 實(shí) 測 數(shù) 據(jù) 如 圖 7 所示 。

圖 9 :圖 9   降噪百葉窗 + 隔聲屏 + T 形圓弧頂組合隔聲屏 即底部是百葉為半月形的百葉窗 ， 中部是巖 棉板和離心玻璃棉 等 組 成 的 隔 聲 板 ， 頂 部 是 T 形 圓弧頂組合 成 的 隔 聲 屏 。 因 一 邊 靠 近 廠 房 ， 故 未 設(shè)置隔聲屏 。
5   聲學(xué) 仿 真 軟 件 CadnaA 對 組 合 式 隔 聲 屏 的 模擬數(shù)據(jù)針對該公司風(fēng)冷式冷水機(jī)的降噪百葉窗 + 隔 聲屏 + T 形 圓 弧 頂 組 合 的 聲 屏 障 設(shè) 計(jì) ， 應(yīng) 用 聲 學(xué) 仿真軟件 CadnaA 進(jìn) 行 計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 據(jù) 仿 真 模 擬 ， 得 出以下視圖 ( 圖 11 ) :圖 7   冷水機(jī)噪聲實(shí)測數(shù)據(jù)10   隔 聲 屏 高 度 為 4 ． 2 米 。 噪 聲 源 高 度 為 2 ． 3 米 ，高度為 2 米平面噪音預(yù)測圖據(jù) 《 工業(yè)企業(yè)廠界 噪 聲 排 放 標(biāo) 準(zhǔn) 》 ( GB12348 － 2008 ) 規(guī)定 : 工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲應(yīng)執(zhí)行 3 類 聲功 能 區(qū) 排 放 標(biāo) 準(zhǔn) ， 晝 間 ( 6 : 00 ～ 22 : 00 ) : 65dB ( A ) ; 夜間 ( 22 : 00 ～ 6 : 00 ) : 55dB ( A ) 。
表 3   工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放限值單位 : dB ( A )邊界處聲環(huán)境功能區(qū)類型時(shí)段晝間            夜間圖 8   隔音墻下部百葉窗 ( 半月形 ) 示意圖現(xiàn)場數(shù)據(jù)表 明 ， 兩 臺(tái) 風(fēng) 冷 式 冷 水 機(jī) 壓 縮 機(jī) 噪 聲分別為 74dB ( A ) 和 79dB ( A ) ， 風(fēng)機(jī)的噪聲是 81 dB ( A ) 和 85dB ( A ) ， 結(jié)合部是 87dB ( A ) 。 冷 水 機(jī) 高度是 2 ． 35 米 。 治 理 噪 聲 的 聲 屏 障 具 體 結(jié) 構(gòu) 如0              50            40 1              55            45 2              60            50 3              65            55 4              70            55根據(jù)聲學(xué)仿 真 軟 件 CadnaA 對 組 合 式 隔 聲 屏 的模擬數(shù)據(jù) ， 降 噪 百 葉 窗 + 隔 聲 屏 + T 形 圓 弧 頂· 1 9 ·截面積 變 化 的 空 腔 ， ． 空 腔 間 相 互 隔 開 。 這 種
組合的聲屏障在設(shè)計(jì)上是可行的 。 6 組合式隔聲屏的現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)該公司風(fēng)冷式冷水機(jī)的降噪百葉窗 + 隔聲屏+ T 形圓弧 頂 組 合 的 聲 屏 障 建 成 使 用 一 星 期 后 ， 對治理效 果 進(jìn) 行 了 檢 測 ， 根 據(jù) 《 工 業(yè) 企 業(yè) 廠 界 噪 聲標(biāo)準(zhǔn) 》 ( GB12348 － 2008 ) 規(guī)定 ， 取廠界測量 點(diǎn) 為 廠界圍墻外 1m ， 高于圍 墻 0 ． 5m 以 上 的 位 置 進(jìn) 行 檢測 ， 數(shù)據(jù) 均 與 聲 學(xué) 仿 真 軟 件 CadnaA 的 仿 真 模 擬數(shù)據(jù)高度吻合 。 7 結(jié)論風(fēng)冷式冷水 機(jī) 的 噪 聲 治 理 ， 在 不 密 封 不 擴(kuò) 大 隔聲面積的情況 下 ， 應(yīng) 用 降 噪 百 葉 窗 + 隔 聲 屏 +百葉窗時(shí) ， 必須計(jì)算風(fēng)機(jī)通風(fēng)量及風(fēng)速要求 ， 合理 設(shè) 置 降 噪 百 葉 窗 通 風(fēng) 面 積 ， 保 證 散 熱 風(fēng) 機(jī) 通 風(fēng) 需要 。