现代建筑中噪声振动影响及其控制对策
摘要:讨论了影响现代建筑物“声环境”的典型噪声振动污染源及相关噪声振动控制技术。
关键词:现代建筑;声环境;噪声;振动;控制对策
新世纪科学技术和经济建设的高度发展,催生出大量新型写字楼、宾馆饭店、展馆、商场和高级公寓等现代化建筑物,其中尤以高层建筑发展最快。
但伴随而来的是锅炉、热交换站、给排水、中央空调系统等配套设施,对建筑物内外部环境的噪声振动影响也日益突出。如何妥善完成现代建筑中各类系统、设备噪声振动控制的前期配套设计或后期治理改造,实现噪声治理工程与人居环境的协调统一和景观美化,是近年来建筑工程和环保专业的热门话题,更是考验各从业单位技术实力的试金石。
笔者结合多年从事暖通空调、锅炉、自备电站、给排水等设备噪声振动治理的工程实践和心得,对现代建筑噪声治理工程中的热点问题作一探讨。
1 影响现代建筑“声环境”的典型污染源及其特点
与现代建筑时尚、高档、综合发展的趋势相匹配,其内部配套设施的配置不断完善、档次不断提高、规模不断扩大,通常均装备有锅炉或热交换站及其采暖循环系统、各类给排水系统、中央空调系统(含冷却塔或风冷热泵机组、空调机组、冷冻机组及冷却循环系统等) 、电梯、排风机、变配电设备甚至自备柴油发电机组等辅助设备。由于其种类繁多、结构布局多变、管路系统复杂,在运行中不可避免地产生一定的噪声和振动,形成现代高层建筑中特有的空气噪声和固体噪声污染。
空气声是通过门、窗以及通风管路的空气介质直接向建筑物内传播的设备噪声。固体噪声则是设备振动通过基础、墙壁、楼板、管路系统、钢性支/ 吊架等沿建筑结构广泛传播,再激励周围空气介质向四周辐射形成的固体噪声传导和二次声辐射。由于现代建筑特有的钢筋混凝土构造使振动波在传播过程中衰减很小,因而固体噪声频率范围宽、传播距离远,判断其声源及传播规律也比较困难。因此必须综合分析各设备振动频率、管路系统布置以及墙体材质、结构等不同影响因素,找出主导声源进行针对性治理。另外还要注意甄别空气声和固体声影响的主次关系和相关程度,尽可能同步统筹治理,避免二次改造产生的延误和重复扰民。
2 现代建筑噪声振动污染源控制对策
要从根本上改善现代建筑室内声学环境,就必须合理采用隔振、减振、阻尼、隔声、吸声、消声等单项或综合技术手段,对各类不同噪声振动源实施尽可能系统、专业、匹配、完善的噪声振动控制。
2. 1 水泵系统(泵房) 的噪声振动控制
2. 1. 1 设备基础的隔振
水泵设备运行时产生的振动,常以弹性波形式通过基础、支架传递至建筑结构,再经结构传导辐射固体噪声。这不仅污染居民的工作、学习、生活环境,而且还影响到设备自身的使用寿命、仪器仪表的正常使用甚至建筑物的疲劳寿命。因此必须选择合理的隔振系统对水泵的基础部分进行妥善的隔振处理。设备基础隔振应遵循“面面俱到”的匹配原则,并特别关注以下内容:
(1) 必须对所有敏感环节都实施全面有效的隔振处理,彻底隔断“振桥”;即使忽视的是一个微小环节,也可能会造成固体传声的漏洞。
(2) 如条件允许,通常应加设配重隔振底座并适当加大隔振台座的尺寸,可以有效抑制主机位移振幅、增加系统稳定性,并相对减少机组重心偏移的影响。
(3) 隔振器的选择,应根据隔振降噪的要求、设备的转速、机房的环境和工程投资而定。在一般情况下选择橡胶隔振器即可;当设备转速低或要求隔振效率较高时,应采用弹簧隔振器;但应注意: ①防止金属弹簧的高频失效问题。②采用优质阻尼弹簧隔振器消除起动和停车时的共振现象。
(4) 注意避免“差拍效应”的不良影响。当多台型号相同的设备共用隔振台架时,由于转速的微小差异而很容易产生“差拍效应”(又称“拍频”现象) ,会显著降低隔振系统的效率。其对策之一是尽可能将多台振动设备分而治之。
2. 1. 2 管路系统隔振
流体输送管路是水泵系统的重要组成部分,作为机械振动的良导体,可使设备本体振动沿管路远程传播;而在流体激振力作用下,管路也会产生自身振动,甚至是强烈冲击。因此,管路隔振对于水泵系统的噪声振动控制具有重要意义。
(1) 管路隔振:在水泵进出口管路适当位置安装减振软管接头;管路中应使用支撑刚度和载荷匹配的弹性托/ 吊支架;管路穿墙部位要作好隔振(及隔声) 处理;必要时还可在管路关键部位加装阻尼耗能器抑制其管路颤震。
(2) 消除流体涡漩和脉动噪声:管路中流体除受水泵叶轮直接扰动外,当其流经节流或降压阀门、止回阀、弯头或其它管路附件时,都会产生液体脉动和涡流噪声。管路中阀门突然关闭时还会产生俗称“水锤”的液力冲击。要降低管路系统噪声,首先应在管路设计、安装工作中合理控制管内液体流速,尽可能使其平顺、通畅,减少不必要的急剧变向和截面突变,其次应尽可能选用优质低噪声阀门;另外还为此专门研究开发了液体消声器和水锤抑制器,可有效地降低流体管路内的脉动噪声,对生活用水管路和水龙头经常出现的共振以及水锤冲击噪声也有较好抑制作用。
(3) 水箱的补水噪声控制:水箱补水系统中使用的浮球阀常引发显著的喷射噪声和涡流噪声,并经刚性联接的阀门、管路等逆向传播固体噪声。通过采取加装橡胶软接头、用优质电磁阀套件取代浮球阀、水箱隔振以及加装散水喷注消声器等措施,通常可以取得很好的降噪效果。
(4) 水泵机房的吸声、隔声:根据建筑结构和现场情况,有时需要对泵房内壁进行吸声处理(以减弱房间内的混响反射和低频驻波) 。设备间门、窗等也应根据实际情况更换或改造成隔声门窗。
2. 2 空调机组
空调机组的消声降噪是一项既简单又复杂的系统工程。常见问题是前期设计、施工中对此重视不够,或在工程招投标过程中过分压价而偷工减料,由此导致失败、返工的例子不胜枚举。我们提倡在通风空调工程设计阶段,就由专业单位落实噪声振动控制措施,同步完成达标设计;努力避免盲目订货和不合理的招投标操作。在工程细节上应注意以下方面。
2. 2. 1 消声设计要充分、合理
消声器是空调通风工程中应用最广泛的、在使气流顺利通过的同时有效降低噪声的降噪设备。常见的消声器有阻性消声器、阻抗复合消声器、微穿孔板消声器等。在通风空调工程消声设计中要注意充分、灵活利用消声静压箱、消声弯头和消声器的有机组合与合理布局,并要特别关注中低频段的实际消声效果和对气流再生噪声及阻力损失的合理控制。
2. 2. 2 机组隔振处理
首先应确保空调机组内部风机隔振有效(包括风机底座隔振器的选用和出风口软联接的合理、规范) ;必要时可在空调机组底座下加装隔振器进行二次隔振。
2. 2. 3 管路隔声隔振处理
空调通风管路既是空气声泄漏的途径也是传播固体声的桥梁,应根据实际工程需要强化局部管路的隔声与隔振处理,阻断“声桥”与“振桥”。管路穿过楼板或墙体处也应进行规范的隔声隔振处理。
2. 3 冷却塔和风冷热泵机组
冷却塔和风冷热泵机组通常布置在建筑物外顶部,是现代建筑中另一类典型的噪声振动污染源,不仅直接影响外部环境,同时也对建筑物本体构成固体噪声干扰。
其中对建筑物内部噪声振动的防护措施相对简单,主要包括冷却塔体和风冷热泵机组的基础隔振以及联接管路隔振等措施,与泵房隔振基本类似。而对外部环境的空气声控制,要考虑的技术因素就要复杂得多。具体分析如下:
常规冷却塔和风冷热泵机组的主要噪声是低中频为主的循环风机通风噪声,其中又包括气流产生的空气动力性噪声和驱动机构产生的机械噪声。因其发声位置较高且低频噪声穿透、绕射能力强,传播范围远,而对周围环境的影响最为突出。由于冷却塔和风冷热泵机组所用轴流风机压头极低,其风量和整体散热效果对消声系统的阻力损失极为敏感,故此类冷却塔降噪治理的难点就在于宽频带、高量值的消声要求与冷却塔自身通风散热性能之间的尖锐矛盾;其噪声治理必须兼顾热工性能、结构工艺、日常维修、改造费用等一系列相关因素。通常,在这样“处处挚肘”条件下的“后发制人”的改造难度和工程费用都是相当大的! 因此应尽可能在工程前期统筹考虑,减少劳民伤财的损失。
对于冷却塔和风冷热泵机组,通常可能采取的噪声治理措施包括较为简易的屏障隔声和较为全面的整体通风消声。有时还辅之淋水消声和风机降速处理。
当冷却塔或风冷热泵机组相对于敏感点处于较高位置、对侧没有高大反射建筑物、所需降噪量不是很高时,采用隔声屏障降噪无疑是最为经济、适用的噪声治理对策。但要特别注意声屏障设置高度的合理性及抗风荷载强度、刚度,及其采光影响问题。
当冷却塔或风冷热泵机组相对于敏感点的位置和降噪量需求不满足上述前提条件时,只好采用整体(或局部) 隔声加消声的噪声治理对策。进风、排风消声是降低冷却塔和风冷热泵机组风系统噪声(包括淋水噪声) 的最为直接、有效的技术手段,而且有时是该类环境噪声治理中必须采取的关键技术措施,可以获得足够好的消声降噪效果。不仅在小型机组的噪声治理工程中经常采用,国外很多电站的大型双曲线冷却塔也花费巨资直接在塔底进风口外周加装片式进风消声器。但由于冷却塔和风冷热泵机组所用轴流风机压头较低,其风量和整体散热效果对消声系统的阻力损失极为敏感! 要尽可能减少对原系统的热工性能影响,就必须尽可能减少对轴流通风机系统的进排风阻力损失;为减少系统风阻,就需要尽可能降低消声器中的气流速度,进风消声器就要具有足够大的进风通流截面积,其外形体积也就相应增大;成本也不可能太低。因此通常要在消声降噪的必要性、热工性能影响以及工程费用等方面作认真的综合比较和权衡。其隔声、消声结构的设置位置和体形,不仅要满足上述声学和热工性能需求,同时还更要考虑其结构抗风荷载的强度和稳定性。
2. 4 屋顶排风机
许多高层建筑大量采用离心式屋顶排风机作为卫生间和厨房的辅助排风系统,在风机运转过程中产生较强的噪声与振动,对其顶层公寓的室内(外)环境产生明显影响。为此需要采用消声器和隔声罩、隔振器等对其进行行之有效的消声降噪治理。
2. 5 变配电设备
随着城镇建设的急速发展和用电量逐年增加,大量中小型的变压器(变电站) 安置在建筑物内或建筑物附近,因此变压器噪声振动的环境影响越来越显著。变压器分为干式和湿式,其噪声主要由两部分构成:变压器本体硅钢片铁芯磁致伸缩振动引起的电磁噪声和其辅助冷却系统产生的机械和空气动力性噪声。
治理变压器固体噪声时,通常在机组底部和基础间加装隔振器或隔振垫,应注意这时联接电缆(汇流排) 也应更换为柔性编织线排。治理变压器空气声影响时通常安装通风消声器或隔声屏障,但要特别注意其针对100 Hz 低频噪声的实际有效降噪量。
有时大型配电柜内交流接触器在吸合时也会产生一定噪声振动,可对配电柜进行底脚隔振消除固体声传导影响。另一细微但又常见的噪声问题是日光灯电感振流器,常因铁芯松动或浸漆不良产生噪声振动,原理与大变压器相同,可通过二次浸漆或局部隔振甚至更换电子振流器解决。
2. 6 电梯噪声振动
目前普遍使用的电梯特别是高层建筑使用的高速电梯,因隔振处理不良引发的“固体噪声”传导最为突出,针对这一情况应对电梯牵引传动主机、主钢梁甚至井道导轨采取良好的减振措施。还应检查电梯井道顶部机房内其它机构悬架的支撑节点和配电控制柜,必要时也应因地制宜地进行隔振改造。
2. 7 城市轨道交通对建筑物的环境影响
地铁和轻轨铁路等轨道交通作为城市基础设施建设的热点,在近年来得到高速发展,其轮轨振动和地上部分噪声对沿线建筑物的影响也日益突出。为减少这一影响,我国已开始在城市轨道交通经过敏感建筑物的地段采用专用橡胶或金属弹簧隔振器对轨道或建筑结构进行隔振处理,在北京地铁复八线、城市铁路和上海明珠线等项目中的关键地段建造各类隔声屏障,既取得了较好效果,也暴露了一些问题,有待全社会进一步的关注与配合。
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