CC BY
19УДК 628.517.2
В.П. ГУСЕВ, д-р техн. наук (gusev-43@mail.ru), А.В. СИДОРИНА, инженер
Научно-исследовательский институт строительной физики НИИСФ РААСН (127238, г. Москва, Локомотивный пр., 21)
Акустические исследования звукоизолирующих покрытий на трубопроводы воздушных и газовых систем
Трубопроводы воздушных и газовых систем (воздуховоды систем вентиляции и кондиционирования воздуха, технологические трубы газовых систем и др.) часто являются источниками повышенного шума, негативно воздействующего на человека в местах его работы, проживания и отдыха. Практически единственным способом защиты от него является повышение звукоизоляции стенок трубопроводов посредством покрытий. Работа посвящена экспериментальным исследованиям таких покрытий, связанным с их акустическими возможностями (эффектами установки). Рассмотрены зависимости от типов, физико-технических параметров используемых материалов, толщины и последовательности слоев, а также от формы сечения, диаметра и толщины стенок трубопроводов. Установлено, что звукоизоляция плоской конструкции существенно ниже, чем изогнутой, в диапазоне низких частот, сравнима на средних и несколько выше на высоких частотах. Это исключает возможность использования теории звукоизоляции плоских конструкций для исследования звукоизоляционных свойств стенок трубопроводов с многослойными покрытиями.
Ключевые слова: трубопроводы воздушных и газовых систем, шум, звукоизолирующие покрытия.
Для цитирования: Гусев В.П., Сидорина А.В. Акустические исследования звукоизолирующих покрытий на трубопроводы воздушных и газовых систем // Строительные материалы. 2017. № 6. С. 59-62.
V.P. GUSEV, Doctor of Sciences (Engineering) (gusev-43@mail.ru), A.V. SIDORINA, Engineer Scientific-Research Institute of Building Physics of the Russian Academy architecture and construction sciences (21, Lokomotivniy Driveway, Moscow,127238, Russian)
Acoustic Investigations of Insulation Coating on Piping Air and Gas Systems
Air and gas piping Systems (ducts and HVAC systems, technological pipes gas systems, etc.) are often sources of noise, negatively affecting the person in his field of work, living and rec-reation. Virtually the only way to protect from it is to improve the sound insulation of pipelines through walls coverings. The article is devoted to experimental investigations of such coatings, re-lated to their acoustic possibilities (effects). Considered depending on the types of physical and technical parameters of the materials used, the thickness and the sequence layers, as well as to the shape of the cross-section, diameter and wall thickness of the pipes. It is found that the sound in-sulation of the flat design is substantially lower than the curved, in the range of low frequencies, are comparable to the average and slightly higher than at high frequencies. This excludes the use of the theory of sound insulation of flat designs for sound insulation properties of walls research pipe-lines with multilayer coatings
Keywords: Piping air, gas systems, noise, soundproof cover.
For citation: Gusev V.P., Sidorina A.V. Acousticc investigations of insulation on piping air and gas sistems. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 6, pp. 59-62. (In Russian).
Исследовались покрытия отечественных изготовителей с использованием легких вспененных, фольгиро-ванных волокнистых материалов, эластомеров на основе каучука (резины) и пеностекла. Испытания выполнены на аэроакустическом стенде НИИСФ РААСН (в лаборатории защиты от шума вентиляционного и технологического оборудования), который обеспечивает возможность установки испытательных труб длиной 6,5 м в измерительной реверберационной камере объемом 120 м3. Для устранения передачи виб-рации и возникновения помех при измерениях испытательные трубы от стен камеры, а также от подводящей звук трубы надежно изолированы. Более подробно экспериментальная установка описана в работах [1, 2].
В течение нескольких последних лет испытано множество покрытий на трубы круглого (преимущественно) и прямоугольного сечения. По полученным экспериментальным данным прежде всего было установлено, что на эффективность покрытий не влияет изменение уровня звука внутри испытательных труб (испытания производились при уровнях 117, 108 и 98 дБА). Вместе с тем она различается у идентичных покрытий при их установке на трубы с разной формой сечения [3, 4].
По эффективности покрытий из легкого вспененного полиэтилена на круглые и прямоугольные трубы можно отметить следующее. Она, во-первых, у идентичных покрытий отличается на 1—3 дБ в широком диапазоне измеряемых частот, во-вторых, у покрытий на круглые трубы она ниже, чем на прямоугольные, в-третьих, имеет весьма низкие значения, кроме области высоких частот.
По сравнению с покрытиями из легких вспененных материалов (термопластов) при сравнимой плотности предпочтительнее покрытия из стелянного и базальтового волокна. Их звукоизолирующие свойства в диапазоне средних и высоких частот значительно выше, но мало отличаются в низкочастотном диапазоне. Это видно на рис. 1, где сравниваются эффективности нескольких покрытий на круглую трубу диаметром 200 мм. Это сегменты из «ПЕНОПЛЭКСА» ^=40 мм, у=35 кг/м3 — XPS; листовой пенофол ^=40 мм, у=40 кг/м3) — ПЭФ; листовой вспененный полиэтилен типа «Блэк Стар ДАКТ-Ал» ф=10 мм, у=25 кг/м3) - ПЭ; волокнистый материал типа «ISOVER» ^=100 мм, у=22 кг/м3) — ИЗ-1 и «ISOVER» ^=30 мм, у=30 кг/м3) - ИЗ-2 (названия материалов определены изготовителями). Здесь и далее h — толщина слоя, у — плотность материала.
j í . ®
июнь 2017
59
AR, дБ П
ш ни да -чоо №
Рис. 1. Эффективность покрытий из вспененных и волокнистых материалов: 1 - ИЗ-1; 2 - ИЗ-2; 3 - ХРS; 4 - ПЭФ; 5 - ПЭ
AR, дБ
»i
W
4»
4
»
№
Р-Х>
i»-4
f, Гц
ti
иь
114
ЮТ
'ИЙ
¿X0
44»
КК
AR, дБ щЛ
.4 1
f, Гц
Рис. 2. Эффективность покрытий из эластомерных материалов: 1 - К^ЕХ ЮО (h=19 мм); 2 - К^ЕХ ЮО (19 мм) + К-ПОМК ST вК072 (12 мм)+ +K-FONIK ST вК 072 (12 мм) + Ш CLAD; 3 - K-FONIK ST вК 072 (12 мм)+ + К^ОМК ST вК 072 (12 мм) + М CLAD; 4 - К^ОМК 240 (25 мм); 5 - К- FONIK 240 (25 мм) + К^ОМК ST вК 072 (12 мм); 6 - К^ЕХ ST (25 мм)+ +K-FLEX ST (25 мм) +К-П_ЕХ вК (2 мм) + К^1_ЕХ ST (25 мм) + К^1_ЕХ вК (2 мм) + + К-П_ЕХ ST (25 мм) + Ш CLAD
Рис. 3. Звукоизолирующие свойства покрытия в зависимости от толщины звукополощающего слоя (на трубе 0 200 мм): 1 - K-FLEX ST+ +К^ЕХ ST +K-FLEX ST +K-FONIK вК +К-ПОМК вК; 2 - K-FLEX ST+ +K-FLEX ST +K-FONIK вК+ К-ПОМК вК); 3 - K-FLEX ST +K-FONIK вК+ +K-FONIK вК
Для покрытий из вспененных термопластов и волокнистых материалов характерными являются невысокие эффекты установки в диапазоне низких частот, где первостепеннную роль играет масса. Этот недостаток отсутствует у комбинированных покрытий из пористых упругих эластомерных материалов на основе каучука типа К^ОШК с плотностью от 120 до 2000 кг/м3. Для иллюстрации и сравнения на рис. 2 представлены эффективности четырех вариантов комбинированных с использованием эластомеров (с разной толщиной материалов) и двух вариантов однослойных покрытий.
На изолирующие качества таких покрытий при неизменной общей массе и толщине существенно влияет последовательность расположения материалов разной плотности в конструкции. Например, эффективности покрытий, отличающихся последовательностью менее плотного материала K-FLEX ST (Ъ=25 мм, у=45 кг/м3) и более плотного К^ОШК GK ф=2 мм, 7=2000 кг/м3), могут различаться на 6—10 дБ.
При сохранении толщины плотного (тяжелого) материала (К^ОШК GK) и увеличении толщины слоя легкого (поглощающего звуковую энергию) материала (K-FLEX ST) эффективность покрытия возрастает на средних и высоких частотах (рис. 3). В диапазоне низких частот наблюдается обратная зависимость — ухудшение звукоизоляции трубы с таким покрытием.
Частотная характеристика звукоизоляции покрытия существенно изменяется, когда заменяется поглощающий звук материал, контактирующий с поверхностью трубы. Один из результатов такой замены иллюстрирует рис. 4, на котором представлены
AR, дБ 4*
л
ю Н н Ú 1»
f, Гц
Ifl-
НЯ
ПИ
да)
w
Рис. 4. Звукоизолирующие свойства покрытий в зависимости от типа звукопоглощающего материала (на трубе 0 200 мм): 1 - K-FLEX ST + К-ПОМК вК; 2 - ПОЛИЭСТЕР + К-ПОМК вК; 3 - К^ЕХ ST + К-ПОМК вК+ +K-FLEX ST +K-FONIK вК; 4 - ПОЛИЭСТЕР + К-ПОМК вК + ПОЛИЭСТЕР+ + K-FONIK вК
частотные характеристики двух покрытий: с пористым каучком K-FLEX ST (h=25 мм, у=45 кг/м3) и волокнистым материалом Полиэстер ^=25 мм, у=45 кг/м3).
Видно, что в первых двух октавах эффективность покрытия с эластомером выше, чем с волокнистым материалом, «прозрачным» с точки зрения звукоизоляции. На высоких частотах, где звуковая энергия в большей мере поглощается, а не отражается, проявляются его более высокие звукопоглощающие свойства, поэтому звукоизоляция конструкции в целом выше.
Один из важных практических выводов по результатам лабораторных испытаний заключается в том, что при проектировании звукоизолирующих покрытий целесообразно пользоваться данными, полученными при испытаниях на трубах с близкими конструктивными параметрами, поскольку существует зависимость их эффективности от диаметра и толщины стенки испытательной трубы (рис. 5).
В отличие от представленных конструктивно простых средств защиты от шума существуют более сложные с использованием пеностекла. Совместно с пеностеклом в них, как правило, применяется минеральная вата, а снаружи на их комбинации устанавливаются, как правило, кожухи из оцинкованных стальных листов разной толщины. Они пригодны для использования исключительно в сложных условиях: в
6
3
научно-технический и производственный журнал Г1- Г £г
60 июнь 2017 ■>■ ®
Рис. 5. Звукоизолирующие свойства покрытий на круглые трубы в зависимости от диаметра и толщины стенок: 1 - K-FLEX ST + К^ОМК вК на трубе 0 400 мм; 2 - К^ЕХ ST + К^ОМК вК на трубе 0 200 мм;
3 - К^ЕХ ST + К^ОМК вК +К^ЕХ ST + К^ОМК вК на трубе 0 400 мм;
4 - К^ЕХ ST + K-FONIK вК +К^ЕХ ST + K-FONIK вК на трубе 0 200 мм;
5 - К^ОМК вК 072 на трубе 0 200 мм (толщина стенки 0,7 мм);
6 - К^ОМК вК 072 на трубе 0 200 мм (толщина стенки 2,0 мм)
AR, дБ
Щ IJ) Д1 ¡Ш ¡ш «ш нш
Рис. 6. Эффект установки покрытий на основе пеностекла: 1 - пеностекло (Ь1=50 мм, у=170 кг/м3), минеральная вата (Ь1=50 мм, у=120 кг/м3), сталь оцинк.(Ь1=1 мм); 2 - минеральная вата (Ь1 =50 мм, у=120 кг/м3), пеностекло (1п=50 мм, у=170 кг/м3), сталь оцинк.(h=1 мм); 3 - пеностекло (Ь1=50 мм, у=170 кг/м3), минеральная вата (Ь|=80 мм, у=120 кг/м3), сталь оцинк. (Ь1=1 мм); 4 - пеностекло (Ь1=50 мм, у=170 кг/м3); 5 - пеностекло (Ь1=80 мм, у=170 кг/м3)
открытом пространстве при значительных изменениях температуры воздуха и воздействии атмосферных осадков.
Покрытий с пеностеклом на трубы диаметром 160, 200, 325 и 500 мм испытано более полутора десятков. На рис. 6 в качестве примера представлены результаты испытаний пяти вариантов на трубе диаметром 325 мм.
По данным рис. 6—8 можно отметить сходство качественных характеристик (спектрального состава) эффективности покрытий с пеностеклом и эласто-мерными материалами, а также что первые, имея преимущество в высокочастотном диапазоне, проигрывают эластомерным покрытиям в области низких и средних частот.
Строго говоря, приведенные на рис. 6 спектрограммы не пригодны для сравнения количественных характеристик конструктивно различающихся звукоизолирующих покрытий. Сравнение эффектов установки покрытий по величине возможно лишь в том случае, если определены критерии, с учетом которых она проводится. Такими критериями могут быть, например, их толщина, вес, стоимость. На практике любое средство снижения шума, как правило, предварительно оценивают с точки зрения акустики и экономики.
Испытания на экспериментальном стенде института, удовлетворяющем требованиям отечественных и международных стандартов, и формирующаяся база данных по акустическим характеристикам звукоизолирующих покрытий с использованием разнообразных отечественных материалов имеют важное практическое значение, поскольку без этих характеристик невозможно проектирование оптимальной с точки зрения акустики и экономики защиты от шума указанных трубопроводов. Роль такой оптимизации возрастает в условиях современного экономического положения и выбора импортозамещения приоритетным направлением развития страны.
Материалы экспериментальных исследований используются для завершения разработки (в рамках задания РААСН) физико-математических моделей системы труба — оболочка (труба с покрытием), расчетных методов, которые позволят прогнозировать звукоизолирующие свойства и проектировать эффективные конструкции шумозащитных покрытий.
AR, дБ
Рис. 7. Звукоизоляция плоской и изогнутой конструкции: 1 - плоская; 2 - изогнутая
Для определения звукоизоляции плоских слоистых конструкций существует метод, основанный на положениях теории М.С. Седова [5], импедансный метод И.И. Боголепова [6]. В предположении возможной пригодности этих методов для описания процесса прохождения звука через стенку круглой трубы проведен специальный эксперимент.
Оценивалась звукоизоляция плоской и изогнутой стенки (модели трубы). Конструкция стенки в обоих случаях: два листа стали толщиной 0,5 мм с мастикой «Акцент 117» между ними (1 мм). Площадь конструкции сохранялась неизменной. Результаты испытаний иллюстрирует рис. 7. Для испытаний использовалась камера высокого уровня (КВУ) с объемом 99 м3 и камера низкого уровня (КНУ) с объемом 58,5 м3 стенда Вологодского государственного технического университета [7]. Размер проема в стене между КВУ и КНУ составлял 2500x1200 мм (для плоской конструкции) и 2500x800 мм (для изогнутой); 2500 мм — высота (А), а 1200 и 800 мм — ширина (Б) проема.
Сравнивая представленные на рис. 7 частотные характеристики, можно заключить, что звукоизоляция плоской конструкции существенно ниже, чем изогнутой, в диапазоне низких частот, сравнима на средних и несколько выше на высоких частотах. Это исключает возможность использования теории звуко-изоляции плоских конструкций для исследования звукоизоляционных свойств стенок трубопроводов с многослойными покрытиями.
j t. ®
июнь 2017
61
Список литературы
1. Гусев В.П., Сидорина А.В. Изоляция шума воздуховодов систем вентиляции покрытиями с использованием эластомерных и волокнистых материалов // Строительные материалы. 2013. № 6. С.37—39.
2. Гусев В.П., Сидорина А.В. Акустические характеристики покрытий на воздуховоды и технологические трубы // Строительные материалы. 2015. № 6. С. 35-38.
3. Гусев В.П., Лешко М.Ю. Защита от шума вентиляционного оборудования кожухами и звукоизолирующими покрытиями // БСТ. 2016. № 6. С.12-14.
4. Лешко М.Ю., Сидорина А.В. Защита жилой застройки от шумового воздействия газораспределительных станций // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2016. № 4. С. 152-156.
5. Кочкин Н.А., Шубин И.Л., Кочкин А.А. О прохождении звука в слоистых вибродемпфированных элементах // Строительство и реконструкция. 2016. № 3 (65). С. 119-124.
6. Боголепов И.И. Промышленная звукоизоляция. Л.: Судостроение, 1986. 368 с.
7. Кочкин А.А., Шашкова Л.Э. О точности и достоверности измерений звукоизоляции в реверберацион-ных камерах ВоГТУ // Труды международной научно-практической конференции «Энергосбережение и экология в строительстве и ЖКХ, транспортная и промышленная экология» / Москва-Будва (Черногория). 2010. С. 181-183.
References
1. Gusev V.P, Sidorina A.V. Noise Isolation Sidorina ducts of ventilation systems using elastomeric coatings and fibrous materials. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 6, pp. 37-39. (In Russian).
2. Gusev V.P, Sidorina A.V. Acoustic characteristics of coatings for ducts and pipes/technology . Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 6, pp. 35-38. (In Russian).
3. Gusev V.P. Lesco M.Y. Noise protection ventilation equipment housings and insulation coatings. BST. 2016. No. 6, pp. 12- 14. (In Russian).
4. Leshco V.Yu., Sidorina A.V. Residential Protection from noise exposure ofgas stations. Izvestiyavuzov. Technologiya tekstil'noy promishlennosti. 2016. No. 4, pp. 152-156. (In Russian).
5. Kochkin n.a., Shubin I.l., Kochkin A.A. On the passage of sound in layered vibrodempfirovannyh elements. Stroitel'stvo i Reconstrukciya. 2016. No. 3 (65), pp. 119-124.
6. Bogolepov I.I. Promishlennfya zvukoizolyaciya [Industrial soundproofing]. Leningrad: Sudostroenie.1986. 368 p.
7. Kochkin A.A., Shashkova L.E. About precision and accuracy of measurement of sound insulation in reverbera-tional Chambers Vogt/. Proceedings of the international scientific-practical Conference "Energy saving and ecology in construction and housing and communal services, transport and industrial ecology". Moscow-Budva (Montenegro). 2010, pp. 181-183.
62
июнь 2017
