現(xiàn)代建筑中噪聲振動(dòng)影響及其控制對(duì)策
摘要:討論了影響現(xiàn)代建筑物“聲環(huán)境”的典型噪聲振動(dòng)污染源及相關(guān)噪聲振動(dòng)控制技術(shù)。
關(guān)鍵詞:現(xiàn)代建筑;聲環(huán)境;噪聲;振動(dòng);控制對(duì)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(chǎng)和高級(jí)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(lái)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(duì)建筑物內(nèi)外部環(huán)境的噪聲振動(dòng)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(dòng)控制的前期配套設(shè)計(jì)或后期治理改造,實(shí)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(lái)建筑工程和環(huán)保專業(yè)的熱門話題,更是考驗(yàn)各從業(yè)單位技術(shù)實(shí)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(dòng)治理的工程實(shí)踐和心得,對(duì)現(xiàn)代建筑噪聲治理工程中的熱點(diǎn)問(wèn)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(diǎn)
與現(xiàn)代建筑時(shí)尚、高檔、綜合發(fā)展的趨勢(shì)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(yùn)行中不可避免地產(chǎn)生一定的噪聲和振動(dòng),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(guò)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(dòng)通過(guò)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(lì)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(dòng)波在傳播過(guò)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(dòng)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(duì)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(dòng)污染源控制對(duì)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(xiàng)或綜合技術(shù)手段,對(duì)各類不同噪聲振動(dòng)源實(shí)施盡可能系統(tǒng)、專業(yè)、匹配、完善的噪聲振動(dòng)控制。
2. 1 水泵系統(tǒng)(泵房) 的噪聲振動(dòng)控制
2. 1. 1 設(shè)備基礎(chǔ)的隔振
水泵設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng),常以彈性波形式通過(guò)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(duì)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(duì)所有敏感環(huán)節(jié)都實(shí)施全面有效的隔振處理,徹底隔斷“振橋”;即使忽視的是一個(gè)微小環(huán)節(jié),也可能會(huì)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(tái)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(duì)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(shí),應(yīng)采用彈簧隔振器;但應(yīng)注意: ①防止金屬?gòu)椈傻母哳l失效問(wèn)題。②采用優(yōu)質(zhì)阻尼彈簧隔振器消除起動(dòng)和停車時(shí)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(tái)型號(hào)相同的設(shè)備共用隔振臺(tái)架時(shí),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(huì)顯著降低隔振系統(tǒng)的效率。其對(duì)策之一是盡可能將多臺(tái)振動(dòng)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(dòng)的良導(dǎo)體,可使設(shè)備本體振動(dòng)沿管路遠(yuǎn)程傳播;而在流體激振力作用下,管路也會(huì)產(chǎn)生自身振動(dòng),甚至是強(qiáng)烈沖擊。因此,管路隔振對(duì)于水泵系統(tǒng)的噪聲振動(dòng)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(shí)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(dòng)噪聲:管路中流體除受水泵葉輪直接擾動(dòng)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(shí),都會(huì)產(chǎn)生液體脈動(dòng)和渦流噪聲。管路中閥門突然關(guān)閉時(shí)還會(huì)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(jì)、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(dòng)噪聲,對(duì)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(bǔ)水噪聲控制:水箱補(bǔ)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(guò)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(chǎng)情況,有時(shí)需要對(duì)泵房?jī)?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(shí)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(xiàng)既簡(jiǎn)單又復(fù)雜的系統(tǒng)工程。常見問(wèn)題是前期設(shè)計(jì)、施工中對(duì)此重視不夠,或在工程招投標(biāo)過(guò)程中過(guò)分壓價(jià)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(jì)階段,就由專業(yè)單位落實(shí)噪聲振動(dòng)控制措施,同步完成達(dá)標(biāo)設(shè)計(jì);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(jì)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(guò)的同時(shí)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(jì)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(shí)際消聲效果和對(duì)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？照{(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(shí)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(shí)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(guò)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(dòng)污染源,不僅直接影響外部環(huán)境,同時(shí)也對(duì)建筑物本體構(gòu)成固體噪聲干擾。
其中對(duì)建筑物內(nèi)部噪聲振動(dòng)的防護(hù)措施相對(duì)簡(jiǎn)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(duì)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(dòng)力性噪聲和驅(qū)動(dòng)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(duì)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(duì)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(diǎn)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(fèi)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(fèi)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(cái)?shù)膿p失。
對(duì)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(jiǎn)易的屏障隔聲和較為全面的整體通風(fēng)消聲。有時(shí)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(duì)于敏感點(diǎn)處于較高位置、對(duì)側(cè)沒(méi)有高大反射建筑物、所需降噪量不是很高時(shí),采用隔聲屏障降噪無(wú)疑是最為經(jīng)濟(jì)、適用的噪聲治理對(duì)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(wèn)題。
當(dāng)冷卻塔或風(fēng)冷熱泵機(jī)組相對(duì)于敏感點(diǎn)的位置和降噪量需求不滿足上述前提條件時(shí),只好采用整體(或局部) 隔聲加消聲的噪聲治理對(duì)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(shí)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(guó)外很多電站的大型雙曲線冷卻塔也花費(fèi)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(duì)消聲系統(tǒng)的阻力損失極為敏感! 要盡可能減少對(duì)原系統(tǒng)的熱工性能影響,就必須盡可能減少對(duì)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(fèi)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(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生較強(qiáng)的噪聲與振動(dòng),對(duì)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(duì)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(dòng)的環(huán)境影響越來(lái)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(dòng)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(dòng)力性噪聲。
治理變壓器固體噪聲時(shí),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(shí)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(shí)通常安裝通風(fēng)消聲器或隔聲屏障,但要特別注意其針對(duì)100 Hz 低頻噪聲的實(shí)際有效降噪量。
有時(shí)大型配電柜內(nèi)交流接觸器在吸合時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定噪聲振動(dòng),可對(duì)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(wèn)題是日光燈電感振流器,常因鐵芯松動(dòng)或浸漆不良產(chǎn)生噪聲振動(dòng),原理與大變壓器相同,可通過(guò)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(dòng)
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(duì)這一情況應(yīng)對(duì)電梯牽引傳動(dòng)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?jī)?nèi)其它機(jī)構(gòu)懸架的支撐節(jié)點(diǎn)和配電控制柜,必要時(shí)也應(yīng)因地制宜地進(jìn)行隔振改造。
2. 7 城市軌道交通對(duì)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(diǎn),在近年來(lái)得到高速發(fā)展,其輪軌振動(dòng)和地上部分噪聲對(duì)沿線建筑物的影響也日益突出。為減少這一影響,我國(guó)已開始在城市軌道交通經(jīng)過(guò)敏感建筑物的地段采用專用橡膠或金屬?gòu)椈筛粽衿鲗?duì)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(xiàng)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(wèn)題,有待全社會(huì)進(jìn)一步的關(guān)注與配合。
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