CC BY
88
Опыт борьбы с шумом оборудования инженерных систем
В.П. Гусев
НИИСФ РААСН
Трудно представить современные административные, общественные, в последнее время и жилые здания без инженерных систем (ИС) — систем механической вентиляции, кондиционирования воздуха, воздушного отопления и охлаждения. Эти системы, с одной стороны, участвуют в жизнеобеспечении человека, с другой стороны, их элементы (оборудование) максимально приближены к местам его обитания и часто являются источниками негативного воздействия на него — создают повышенный шум.
Такими элементами являются, в первую очередь, вентиляторы, вентиляционные установки и центральные кондиционеры, внутренние и наружные блоки сплит-систем, доводчики, холодильные машины (чил-леры), различные охладители (сухие градирни, конденсаторы), а также воздуховоды и трубы, соединяющие элементы систем охлаждения (холодоснаб-жения). Эксплуатация данного оборудования, как правило, невозможна без защитных акустических мероприятий.
В институте в лаборатории защиты от шума вентиляционного и инженерно-технологического оборудования в процессе многолетних исследований шума вентиляционных систем (вентиляторов, дроссель-клапанов, фасонных элементов воздуховодов, воздухораспределительных устройств и др.) в разное время определены закономерности шу-мообразования, оценки шума, эффективные средства и методы его снижения. В результате накоплен богатый опыт борьбы с шумом, как в источниках возникновения, так и на пути распространения к объектам воздействия, разработан ряд нормативно-инструктивных документов (стандартов на акустические испытания оборудования и средств снижения шума, раздел СНиП «Защита от шума», своды правил по расчету и проектированию шу-моглушения).
Одной из основных составляющих деятельности лаборатории было и остается практическое применение знаний и опыта в решении проблем защиты зданий и территорий городской застройки от повышенного шума оборудования ИС, возникающих на проектируемых, строящихся, реконструируемых и действующих объектах г. Москвы.
Последние несколько лет коллектив лаборатории участвовал в проектировании и строительстве огромного множества (более 100) достаточно крупных и важных объектов мегаполиса. Это различные общественные и административные здания, а также жилые, офисные и спортивно-оздоровительные комплексы. Среди них можно выделить: Московский международный дом музыки, восстановленный Центральный выставочный зал «Манеж», выставоч-
ный павильон на Октябрьской площади ВВЦ, реконструированный Государственный музей-заповедник «Царицыно», Московский музыкальный театр им. К.С. Станиславского и В.И. Немировича-Данченко, многофункциональный комплекс на участке №14 ММДЦ «Москва-Сити», универсальный (трансформируемый) зал в Барвихе, жилые комплексы на ул. Косыгина и на ул. 4-я Парковая, многофункциональный спортивно-рекреационный центр на Ленинградском шоссе.
На разных по назначению объектах успешно решены и решаются задачи защиты от шума инженерных систем за счет правильно выбранных и разработанных комплексов строительно-акустических мероприятий с использованием методов звукоизоляции, звукопоглощения, виброизоляции, экранирования, шумоглушителей, а также с учетом объемно-планировочных решений и конструктивных особенностей зданий. Они изменяются в строительной отрасли в соответствии с требованиями времени. Вектор этих изменений в современных условиях направлен на сокращение площадей для размещения и самого оборудования ИС, и элементов шу-моглушения и шумозащиты.
К сожалению, в подобной работе приходится сталкиваться с негативными факторами или, скажем, препятствиями, существующими на разных ее этапах. Они возникают, прежде всего, в начальной стадии выполнения акустических расчетов [1], необходимость которых устанавливает СНиП [2]. Некоторые из них связаны с вопросами нормирования шума, измерения шумовых характеристик вентиляционного оборудования и непосредственно проектирования шумоглушения.
Акустический расчет позволяет оценить степень шумового воздействия на реципиентов, служит обоснованием для определения объема и состава средств снижения шума ИС, разумеется, когда обеспечивается требуемая точность результатов. Точность расчета зависит и от квалификации специалиста его выполняющего, от достоверности исходных данных (шумовых характеристик источников шума) и от эффективности закладываемых в проект средств снижения шума. К наиболее существенному искажению прогнозируемых акустических ситуаций на проектируемых объектах, к ошибочным проектным решениям на пути к обеспечению нормативных требований по фактору шума и, как следствие, к необоснованным и часто весьма существенным дополнительным материальным вложениям в проекты приводит использование в расчетах неточных исходных данных.
Вместе с тем, такие данные в каталогах фирм-изготовителей и поставщиков оборудования — яв-
ление далеко не редкое. Неточности появляются как с целью создания привлекательности продаваемого фирмами продукта (вентилятора, кондиционера, глушителя и др.), так и ошибочно по причине, может быть, отсутствия элементарных специальных знаний. Озабоченность по данному поводу выражают и эксперты-акустики территориального управления Роспотребнадзор по г. Москве [3]. В приведенной работе и в других выражена наша общая позиция по этому вопросу. В них, в частности, указывается не столько на ошибочные или намеренные действия изготовителей оборудования при представлении ими акустических характеристик, сколько обращается внимание потребителей и проектировщиков на возможное существование неточностей в характеристиках оборудования, приводящих к неизбежным дополнительным расходам их средств.
Основные исходные данные — шумовые характеристики оборудования
Согласно СН2.2.4/2.1.8.562-96[4] нормируемыми параметрами постоянного шума в местах обитания человека являются уровни звукового давления (^, дБ) в октавных полосах частот (допускается использовать уровни звука, LА, дБА, но для ориентировочной оценки), поэтому основной шумовой характеристикой оборудования (в том числе оборудования ИС) по СНиП [2], ГОСТ 23941-79 [5], являются октавные уровни звуковой мощности ^р, дБ). Ориентировочной и дополнительной характеристикой может быть корректированный уровень звуковой мощности ^рА, дБА). Таким образом, именно эти основные шумовые характеристики заводы (фирмы) обязаны вносить в технические паспорта производимого оборудования, определяя их предварительно стандартными методами. Вопреки существующим требованиям многие фирмы (преимущественно зарубежные) в качестве указанной основной шумовой характеристики представляют любые другие. Это может быть уровень звуковой мощности в дБА, суммарный уровень звуковой мощности, уровень звука в дБА (при этом часто не указывается расстояние от источника, на котором он измерен), октавные уровни звуковой мощности, но корректированные по шкале «А». Иногда эти характеристики приводятся в каком-либо наборе.
Для получения необходимых и достаточных расчетных данных первые три характеристики однозначно непригодны, так как по ним невозможно получить зависимое от частоты требуемое снижение шума, позволяющее поставить диагноз, установить причину неблагоприятной ситуации или источник, ее создающий. Четвертая характеристика имеет сходство с основной, однако таковой не является, так
как это корректированные октавные уровни звуковой мощности источника (с учетом, за вычетом поправки). Когда осуществляется инструментальный контроль шума (например, измеряется уровень звука в дБА), такую поправку (частотную характеристику) автоматически вносит измерительный тракт (шумомер). В этом случае чувствительность прибора существенно снижается преимущественно в низкочастотном диапазоне, а восприятие им данного шумового воздействия приближается к восприятию уха человека (оно слабо воспринимает звуковые колебания в диапазоне низких частот). Эта характерная особенность уха учтена при разработке санитарных норм РФ по фактору шума вследствие чего на низких частотах допустимые уровни звукового давления значительно выше, чем на средних и особенно высоких частотах.
Существование такой характеристики порождает, как минимум, два негативных действия. Во-первых, потребитель, подбирая оборудование по шум-ности, не всегда обращает внимание на то, что в его техническом паспорте представлены корректированные октавные уровни звуковой мощности, но его удовлетворяет то, что они относительно не высокие в низкочастотном диапазоне, и принимает ошибочное решение — отдает предпочтение именно этому оборудованию. Во-вторых, для получения достоверных исходных данных квалифицированный специалист-акустик всегда вынужден выполнять обратную коррекцию представленной производителем или поставщиком характеристики, а неквалифицированный использует приведенные данные и получает изрядно заниженные значения требуемого снижения шума на низких и средних частотах. Впрочем, упомянутую характеристику при желании можно использовать в качестве исходных расчетных данных, но при одном условии: если при определении требуемого снижения шума в расчетной точке корректирующая поправка будет внесена в предельно допустимый спектр, т.е. в нормы. В результате искомые расчетные данные будут получены, но коррекция норм — абсурдная операция.
Нередко в качестве шумовой характеристики крупногабаритного оборудования, например, холодильных машин, воздушных охладителей, конденсаторов, предлагаются октавные уровни звукового давления, измеренные на расстоянии 1, 5 или 10 м от излучающей шум поверхности. Для получения таких данных измерения проводятся в прямом поле, где уровень звука снижается на 6 дБ при удвоении расстояния от источника шума. В этих случаях при расположении расчетных точек на указанных или близких к ним расстояниях от источника изготовители предлагают сравнивать приведенные измеренные
уровни (^, дБ) с допустимыми уровнями звукового давления и таким образом определять требуемое снижение шума. Ошибочность такого подхода состоит в том, что в условиях эксплуатации оборудования прямое поле вокруг источника, как правило, отсутствует. Реальные уровни звукового давления на тех же опорных расстояниях будут выше измеренных. Итогом предлагаемого подхода будет занижение требуемого снижения шума оборудования и, как вариант, превышение ожидаемых уровней звукового давления над допустимыми значениями.
По вопросу определения (измерения) шумовых характеристик, вообще говоря, сложилась весьма непонятная ситуация. Раньше в стране существовали национальные стандарты такие, как ГОСТ 12.1.00383, ГОСТ 12.1.023-80, ГОСТ 12.1.024-81, ГОСТ 12.1.025-81, ГОСТ 12.1.026-80, ГОСТ 12.1.027-80, ГОСТ 12.1.028-80, ГОСТ 12.1.029-80, ГОСТ 12.2.02884 и другие. Они относились к системе стандартов безопасности труда (ССБТ) и устанавливали классификацию шума, допускаемые значения шумовых характеристик источников шума, их состав и методы определения. Эти стандарты были разработаны на основе результатов научных исследований и разработок и в соответствии с требованиями международной организации по стандартизации (ИСО) при непосредственном участии НИИСФ РААСН как головной организации страны в области защиты от шума. До настоящего времени из-за принадлежности к ССБТ их никто не отменял, несмотря на большие сроки введения в действие. Тем не менее, новоиспеченным Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации приняты, а в ноябре 2008г. введены в действие шесть соответствующих межгосударственных стандартов, касающихся шума вентиляционного оборудования. Удивительно, но разработчики существующих национальных стандартов узнали о таком важном событии из информационного бюллетеня ЦНТБ (техническое регулирование в России) №11, 2008.
Пять из этих межгосударственных стандартов, ГОСТ 31353.1-2007 (ИСО 13347-1:2004), ГОСТ 31353.2-2007 (ИСО 13347-2:2004), ГОСТ 31353.32007 (ИСО 13347-3:2004), ГОСТ 31353.4-2007 (ИСО 13347-4:2004), ГОСТ 31352-2007 (ИСО 5136:2003), относятся к измерению шумовых характеристик промышленных вентиляторов. Предположительно, все они введены взамен одного ГОСТ 12.2.028-84. ССБТ «Вентиляторы общего назначения. Методы определения шумовых характеристик». При этом в них не определено понятие «промышленные вентиляторы». Такие вентиляторы изготовлены в промышленности или применяются в промышленности?
Шестой из названных стандартов, ГОСТ 28100-
2007 (ИСО 7235:2003), предназначен для «измерений лабораторных для заглушающих устройств, устанавливаемых в воздуховодах, и воздухораспределительного оборудования». Он введен в действие в качестве национального стандарта РФ взамен успешно используемого и обеспечивающего достоверные результаты ГОСТ 28100-89 «Защита от шума в строительстве. Глушители шума. Методы определения акустических характеристик».
Десятилетиями у нас не возникало сомнений в том, что ГОСТ по своей сути это руководство к действию для достижения конечной цели (определения каких-либо параметров, характеристик). В нем, в частности, должно быть четко установлено, на что он распространяется, ясно и понятно (на государственном языке) описана последовательность шагов, приводящих к искомому результату.
Открываем любой стандарт из названной серии и обнаруживаем, что он написан (изложен) далеко не на русском языке. Поэтому в нашем государстве специалист может только догадаться о заложенном смысле, а потребитель просто не поймет, о чем идет речь. Полагаю, что в других государствах СНГ положение пользователей — не менее сложное. Приведенные в Межгосударственных стандартах понятия, термины и определения в большей части не соответствуют таковым, установленным в национальных стандартах и в других нормативных документах, действующих в Российской Федерации. Подобное несоответствие и трудность восприятия касается даже названий стандартов. Так, полное название шестого из серии ГОСТ 28100-2007 (ИСО 7235:2003) «Акустика. Измерения лабораторные для заглушающих устройств, устанавливаемых в воздуховодах, и воздухораспределительного оборудования. Вносимые потери, потоковый шум и падение полного давления». Всегда казалось, что измерения проводят для определения чего-то, но не для заглушающих устройств. Под этими заглушающими устройствами, видимо, следует понимать глушители шума, а под воздухораспределительным оборудованием: вентиляционные решетки, анемо-статы, сопла, которые, правда, устанавливаются не в воздуховодах, а на концах воздуховодов непосредственно в помещениях.
Далее читаем «Стандарт устанавливает методы измерения:
— вносимых потерь в частотных полосах для заглушающих устройств (далее — глушителей), устанавливаемых в воздуховодах при наличии и отсутствии потока;
— уровня звуковой мощности в частотных полосах потокового шума (или регенерированного звука), возбуждаемого глушителями;
— потерь полного давления глушителей при испытаниях с потоком;
— потерь при прохождении в частотных полосах для воздухораспределительного оборудования (далее — воздухораспределителей)».
Естественно, требуются пояснения по поводу таких определений, как «потери в частотных полосах для заглушающих устройств», и «уровень звуковой мощности в частотных полосах потокового шума», и «потери полного давления глушителей», «потери при прохождении в частотных полосах для воздухораспределительного оборудования». Подобные цитаты из Межгосударственных документов можно приводить бесконечно. Не поддается пониманию, зачем нужно было переводы стандартов ИСО без необходимой и достаточной технической редакции, несколько изменив номера, предложить в качестве соответствующих национальных стандартов. В итоге возникает вопрос, какими документами следует пользоваться, в частности, при определении шумовых характеристик вентиляторов и акустических характеристик глушителей шума? Существует предложение производить измерения по российским стандартам, где все ясно и понятно, а ссылаться на межгосударственные стандарты. Кстати, первые никто официально не отменял, но последние узаконены Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации.
Такая негативная ситуация — результат планомерного разрушения существующей долгие годы и хорошо работающей системы стандартов, игнорирования достижений отечественной науки и, как следствие, подрыва ее престижа и государства в целом.
Акустические характеристики средств снижения шума
В последнее время достоверность акустических характеристик средств снижения шума, в первую очередь, шумоглушителей вызывает сомнение. Например, эксперты государственного надзора при рассмотрении проектов вентиляции и прилагаемых к ним акустических расчетов обнаруживают, что учитываемые в них эффективности абсорбционных (трубчатых, пластинчатых и канальных) глушителей весьма ограниченных размеров могут достигать 50-60 дБ.
Можно сомневаться, но принять, когда такое снижение звуковой мощности в воздуховоде обеспечивает какой-либо пластинчатый глушитель длиной около 2 м в диапазоне высоких частот (10002000 Гц). Но когда изготовители (поставщики, проектировщики) утверждают, что метровый пластинчатый глушитель в низкочастотном диапазоне от 50 до 200 Гц снижает уровень звуковой мощности
в воздушном канале на 20-25 дБ и более, возникает большой вопрос и по поводу достоверности представляемых характеристик, и по поводу их происхождения. Кроме того, по мнению некоторых проектировщиков, в каналах пластинчатых и канальных глушителей допустимые скорости потока воздуха могут быть и 10, и 15, и 20 м/с независимо от места расположения (установки) глушителя в вентиляционной сети назначения здания (помещения), в котором осуществляется вентиляция [6].
Исходя из важности этих предпосылок, целесообразно более подробно остановиться на возможностях абсорбционных глушителей, имеющих достаточно простую конструкцию, технологию изготовления, создающих при правильном проектировании приемлемые гидравлические потери и обеспечивающих существенное снижение звуковой мощности, распространяющейся в воздуховоде. Затухание звука в этих глушителях зависит от длины активной части, периметра проходного сечения, толщины слоя, плотности, а также коэффициента звукопоглощения звукопоглощающего материала (ЗПМ), зависящего от его физико-механических свойств. Недостатком глушителей, как впрочем и других средств шумоглушения, является относительно низкая эффективность (AL ,дБ) на частотах менее 250-300 Гц [7].
Трубчатые глушители (круглые и прямоугольные) эффективны в воздуховодах с поперечными размерами до 500 мм. Для увеличения затухания в воздуховодах с большими поперечными размерами прибегают к равномерному распределению ЗПМ по их сечению. Этот принцип использован в пластинчатом глушителе. В прямоугольных воздуховодах (в воздушных каналах) с поперечными размерами до 800х500 мм часто применяют канальные глушители. По сути это пластинчатый глушитель с одной пластиной. Толщина пластины равна половине меньшего размера поперечного сечения воздуховода. Акустические возможности упомянутых глушителей длиной 1 м, изготовленных отечественными фирмами, иллюстрирует рис.1.
На рис. 1 представлены эффективности глушителей — октавные значения снижения звуковой мощности распространяющегося аэродинамического шума при их установке в прямоугольном воздуховоде сечением 400х400 мм. Это средние значения для каждого типа глушителей, в которых использованы разные ЗПМ. Видно, что в диапазоне низких частот (в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63 и 125 Гц) эффективности трубчатого и канального глушителей практически не различаются и не превышают 7-8 дБ. На частоте 250 Гц эффективность пластинчатого глушителя (тол-
ALrn, дБ 25
20 15 10 5 0
>
Л
V
г*
63 1 125 250 500 1000 2000 4000 8000
-»-1 —С^—2 —Ü— 3
ALrn, дБ
60г
50 40 30 20 10 О
- -к,
> ,—»< \ .-•■А. ^ ч vV
¡ft/is
f, Гц
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
-1
-2--*- 3-
Рисунок 1. Эффективность шумоглушителя длиной 1 м:
1 — трубчатого; 2 — канального; 3 — пластинчатого.
щина пластин 200 мм расстояние между пластинами 200 мм) выше, чем у двух других, и достигает 12—13 дБ. Эффективность всех глушителей достигает максимума на частоте 1000 Гц, а при повышении частоты снижается.
Эффективность трубчатого глушителя может быть увеличена за счет увеличения его длины, а также толщины слоя ЗПМ в диапазоне низких и средних частот. Повысить акустические возможности канального глушителя можно, только увеличивая его длину. Пластинчатый глушитель имеет преимущество, его эффективность можно повысить в широком диапазоне частот, увеличивая длину (/ ), толщину пластин (b ) или уменьшая расстояние между пластинами (S ) [7,8]. Эти зависимости наглядно иллюстрируют экспериментальные данные, представленные на рисунках 2,3,4 (на рис. 2, 4 — наши данные, на рис. 3 — данные фирмы «TROX»).
Видно, что при увеличении длины с 1 м до 3 м (с шагом 0,5 м) эффективность глушителя существенно возрастает в октавных полосах 250 — 4000 Гц (рис. 2). В диапазоне низких частот она относительно мало изменяется. Кроме того, он наглядно демонстрирует ошибочность бытующего представления о том, что эффективности глушителей можно складывать (распространенная ошибка). Ни в одной октавной полосе частот эффективность глушителя длиной 2 м не равна сумме эффективнос-тей двух глушителей длиной по 1 м, равно как эффективность глушителя длиной 3 м не равна сумме эффективностей глушителей длиной 2 м и 1 м или трех глушителей длиной по 1 м.
В диапазоне частот 250—2000 Гц акустические возможности пластинчатого глушителя (с пластинами толщиной 200 мм длиной 1 м) за счет уменьшения расстояния между пластинами с 200 мм до 80 мм можно повысить на 15—20 дБ (рис. 3). Харак-
Рисунок 2. Эффективность пластинчатого глушителя шума в зависимости от длины (пластины 100 мм на расстоянии 100 мм).
1 — / = 1,0 м; 2 — l2 = 1,5 м; 3 — /3 = 2,0 м; 4 — / = 2,5 м; 5 — / = 3,0 м.
f, Гц
1000 2000 4000 8000
3 - • - 4 —Ж —5
Рисунок З.Эффективность пластинчатого шумоглушителя в зависимости от расстояния между пластинами.
1 — 5 = 80 мм; 2 — 5 = 100 мм; 3 — 5 = 120 мм; 4 — 5 = 140 мм; 5 — 5 = 160 мм; 6 — 5 = 180 мм; 7 — 5 = 200 мм.
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
f. Гц
-1- «-2-
-4_„
Рисунок 4. Эффективность пластинчатого глушителя шума (пластины длиной 1 м).
1 — ь1 = 100 мм (5 = 100 мм); 2 — Ь2 = 200 ММ (5 = 200
(S = 250 мм); 5
b
100 мм); 2 -l (S = 400 мм = 800 мм (S =
500 мм).
4
терно, что на низких частотах (63, 125 Гц) при изменении 5 в тех же пределах, эффективность глушителя возросла только на 4—9 дБ.
Оптимальный вариант повышения эффективности пластинчатого глушителя в диапазоне низких частот (в октавной полосе со среднегеометрической частотой 250 Гц) можно найти, пользуясь рисунком 5. На этом рисунке видно, как изменяется эффективность глушителя и при увеличении его длины (и фиксированном расстоянии между звукопоглощающими пластинами толщиной 200 мм), и при изменении расстояния между пластинами (и фиксированной длине). Эффективность глушителя на частоте 250 Гц может достигать 50 дБ только при длине пластин 2,5 м и расстоянии между пластинами 80 мм.
За счет уменьшения расстояния между пластинами, действительно можно добиться весьма высокого эффекта установки глушителя (рис. 3), но при каких скоростях потока в его каналах? Например, при скоростях 6—8 м/с в каналах глушителей, установленных в воздуховодах вентсистем, обслуживающих офисные помещения категории А, возникает шум, уровни которого могут превысить допустимые значения. Оптимальная скорость набегающего потока (перед глушителем) в этом случае должна быть не более 2,5 м/с. Когда она больше 5—6 м/с, скорость потока в каналах глушителя может достигать 17—20 м/с. При таких высоких скоростях потока гидравлическое сопротивление, создаваемое глушителем, превысит 200 Па, а в большинстве практических случаев это по разным причинам неприемлемо. Уменьшение расстояния между пластинами приводит к увеличению эффективности глушителя, но одновременно и к росту гидравлического сопротивления сети, которое часто недопустимо и является причиной образования в нем дополнительного шума.
В последнее время нашли широкое применение в практике проектирования систем вентиляции круглые гибкие каркасные и бескаркасные (эластичные) воздуховоды из синтетических материалов, обладающие изрядными акустическими качествами, поэтому их применяют часто вместо глушителей. Действительно, при распространении по таким воздуховодам звука (шума) уровень звукового давления существенно снижается. Например, при длине гибкого воздуховода 3 м снижение уровня звукового давления в нем в октавных полосах частот достигает 25—30 дБ [8,9]. Оно, к сожалению, кроме всего прочего связано с распространением значительной части звуковой энергии через стенки воздуховодов в окружающее пространство. Как правило, это под-потолочное пространство (пространство между подвесным потолком и перекрытием). Это связано с низкой звукоизоляцией гибких стенок; она ниже, чем звукоизоляция стенок металлических воздуховодов. В результате в помещение по воздуховоду не распространяется повышенный аэродинамический, но возникает структурный шум, причиной которого является интенсивный воздушный шум в под-потолочном пространстве.
На действующих или сдающихся в эксплуатацию объектах возникают ситуации, когда шумовой режим в венткамере выше ожидаемого. Требуется оперативная оценка фактической звуковой мощности вентиляционного оборудования и сравнение ее с паспортными данными. Решение такой задачи позволяет не только определить возможную причину повышенных октавных уровней звукового давления (УЗД) в венткамере, скажем, в результате более высоких реальных октавных уровней звуковой мощности по сравнению с теми, что представлены фирмой-поставщиком оборудования, но и найти приемлемые и экономичные пути защиты смежных помещений от воздушного шума этого оборудования.
-1 П-2 П-3 0-4
Рисунок 5. Эффективность пластинчатого глушителя в зависимости от длины пластин и расстояния между ними в октавной
полосе со среднегеометрической частотой 250 Гц (толщина пластин 200 мм).
1 — / = 0,5 м; 2 — 12 = 1,0 м; 3 — /3 = 1,5 м; 4 — / = 2,0 м; 5 —
3 ' ' 4 ' '
/5 = 2,5 м.
Решение получено с помощью инженерного метода [10], позволяющего по некоторым легко определяемым исходным данным оценивать уровни звуковой мощности оборудования непосредственно в венткамерах. Такими данными являются: время реверберации и вычисленные по стандартной методике средние коэффициенты звукопоглощения ограждений венткамеры, а также уровни звукового давления (шума), измеренные на заданных в помещении участках при работающем оборудовании.
Метод заключается в определении уровней звуковой мощности путем расчетов уровней звукового давления методами, объективно оценивающими распределение отраженной звуковой энергии в помещениях при известных характеристиках звукопоглощения помещения.
При использовании этого метода весь объем помещения разбивается на элементарные параллелепипеды, в пределах которых характер изменения плотности отраженной звуковой энергии с достаточной точностью можно считать линейным. Для каждого элементарного объема составляется уравнение баланса отраженной звуковой энергии для ¡-го элементарного объема, которое записывается как
Ъь-ЪЪ + ^ЬМ* -ст.еу,= а (1)
/=] к=1
где д.. и д.. — потоки энергии, проходящие из /го объема в ¡-й и обратно через поверхность 5..;
и д(а)Л — потоки энергии, соответственно, вводимые в ¡-й объем после первых отражений прямого звука и поглощаемые на к-й поверхности ¡-го объема, являющейся поверхностью ограждения с площадью 5-к'; N — количество /-х объемов, контактирующих с ¡-м объемом; 6^ — количество граней ¡-го объема, являющихся поверхностями ограждения помещения, У. = Ах• Ду• Аг — объем /-го параллелепипеда, е — плотность отраженной энергии в ¡-м объеме, т — показатель затухания звука в воздухе.
Численный метод пригоден не только для решения обратной задачи — оценки звуковой мощности источников по известным уровням шума, но и прямой — определения УЗД в венткамере при
известных уровнях звуковой мощности оборудования. Для реализации метода разработана компьютерная программа, обеспечивающая быстродействие и простоту решения указанных выше задач. При апробации метода был поставлен эксперимент в техническом (измерительном) помещении лаборатории. Оно имеет размеры и акустические характеристики, близкие к параметрам типовых (существующих) венткамер. Стены и потолок помещения облицованы звукопоглощающим материалом (минераловатными плитами толщиной 80 мм). В нем имеются все условия для обеспечения необходимой чистоты эксперимента, включая низкий уровень фона [9].
В этом акустически обработанном (подглушен-ном) помещении сначала были выполнены измерения УЗД в двадцати точках на высоте 1,5 м, создаваемых эталонным источником шума (ЭИШ). Источник располагался в двух разных местах. Измерение УЗД и оценка его звуковой мощности производились на среднегеометрических частотах ок-тавных полос. В этих же полосах определены: время реверберации и средние коэффициенты звукопоглощения помещения (таблица 1).
Уровни звуковой мощности эталонного источника шума рассчитаны с использованием метода разделения переменных и численного метода. Результаты расчетов в двух измерительных точках представлены в таблице 2.
В таблице 2 приведена паспортная шумовая характеристика ЭИШ, определенная заводом-изготовителем точным стандартным методом на основе измерений в прямом звуковом поле. Сравнение данных показывают, что предлагаемый метод дает достаточно точную информацию о звуковой мощности источника.
В области частот, начиная с октавной полосы со среднегеометрической частотой I'рр = 250 Гц и выше, расхождения не превышают ±2 дБ. В более низком диапазоне частот оно возрастает до ±5 дБ. Связано это с тем, что в диапазоне низких частот длины волн становятся соизмеримы с размерами данного конкретного помещения и размещенного в нем оборудования и, соответственно, не обеспечиваются
Характеристика Значение характеристики по октавным полосам частот
125 250 500 1000 2000 4000 8000
Время реверберации Т, с 0,28 0,37 0,41 0,42 0,42 0,40 0,35
Средний коэффициент звукопоглощения, аср 0,43 0,34 0,32 0,31 0,31 0,31 0,32
Таблица 1. Время реверберации и средние коэффициенты звукопоглощения ограждений помещения.
190 5 2009
Положение ЭИШ Метод расчета Уровни звуковой мощности ЭИШ (дБ) на среднегеометрических частотах октавных полос (Гц)
125 250 500 1000 2000 4000 8000
Расчетный ¿р ИТ Г численный 106,0 107,7 105,9 103,4 108,4 107,5 101,4
разделения переменных 106,3 108,5 107,7 104,3 108,9 107,7 102,0
ИТ20 численный 105,0 106,9 103,2 101,6 107,1 106,9 100,2
Паспортная шумовая характеристика ЭИШ 101 108 107 105 109 107 100
Таблица 2. Звуковая мощность эталонного источника шума, ¿. .
условия для формирования квазидиффузного звукового поля. Подобная причина снижения точности результатов акустических измерений в указанном диапазоне частот существует и в специальных измерительных камерах. Этим, в частности, обусловлены более низкие требования к точности акустических измерений в диапазоне частот 50—160 Гц стандартными методами.
Несколько слов о нормировании шума вентиляционного оборудования
Санитарные нормы СН2.2.4/2.1.8.562-96[4] устанавливают классификацию шумов, нормируемые параметры и предельно-допустимые уровни шума на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки не в восьми, а в девяти октавах, соответственно акустические измерения и расчеты необходимо проводить еще в одной октаве со среднегеометрической частотой 31,5 Гц. Это значит, что в шумовые характеристики оборудования необходимо вносить дополнительные данные, но где их взять и как их получить? В области низких частот добиться достаточной точности этих данных крайне сложно, а точнее, невозможно, так как даже точные методы измерений допускают среднеквадратичные отклонения на частотах 30—50 Гц не менее 5 дБ. За рубежом измерения и расчеты выполняют, начиная с октавы со среднегеометрической частотой 125 Гц.
Нормы [4] разрабатывались в середине девяностых годов прошлого века, когда в стране механическая вентиляция и кондиционирование воздуха в жилье применялась редко (использовалась естественная вытяжка). Только в некоторых типах домов предусматривалась механическая вытяжка из кухонь и туалетов. Шум нормировался в жилых
комнатах квартир, т.е. в спальном помещении, которое было удалено от источников шума (вентиляционных решеток). Этим жилым помещениям соответствовала достаточно жесткая, но вполне достижимая норма — допустимый уровень звука для ночного времени 30 дБА, с учетом поправки на вентиляционный шум (—5 дБ) — 25 дБ. В октавной полосе частот со среднегеометрической частотой 1000 Гц допустимый УЗД составляет 20 дБ, а частотой 8000 Гц — 13 дБ.
В настоящее время ситуация резко изменилась. Во-первых, значительно возросло количество типов домов, где применяется механическая вентиляция. Во-вторых, спальные помещения могут обслуживаться приточными и вытяжными вентиляционными системами и системами кондиционирования воздуха с внутренними блоками или доводчиками (фэн-койлами), т.е. источники шума удалены от места воздействия не более, чем на 2—3 м. В-третьих, уровни городского шума (фона) в современных квартирах часто превышают допустимые значения (в период создания СН уровни фона были на 8—10 дБ ниже). Практика показывает, что в такой ситуации обеспечить шумовой режим в спальном помещении ниже фона или нормативные акустические условия можно только при работе центральных вентиляционных систем. При использовании и работе локальных систем, внутренних блоков кондиционеров, фэнкойлов уровни шума в спальных помещениях всегда будут выше допустимых значений. Пересмотр санитарных норм на данном этапе невозможен, поэтому единственный путь решения проблемы — исключение проектов кондиционирования воздуха, при которых предполагается установка в спальных помещениях внутренних блоков или фэнкойлов. Потребителям (обладателям) таких си-
стем кондиционирования можно рекомендовать использовать их только для предварительной подготовки помещений.
Список литературы
1. Гусев В.П. Акустический расчет как основа для
проектирования малошумной системы вентиляции (кондиционирования) / / АВОК, вып. 6 — 2006 — с. 60-66.
2. СНиП 23-03-2003 Защита от шума. Госстрой Рос-
сии, ФГУТ ЦПП. — 2004.
3. Веретина И. А., Гончаренко И. А., Калашникова
Н.К., Клименкова О.И., Руднева Е.А. Снижение шума вентиляционными глушителями. Материалы научно-технического семинара, г. Севастополь. — 2007.
4. СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах,
в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки.
5. ГОСТ 23941-79 Шум. Методы определения шумо-
вых характеристик. Общие требования. — 1979.
6. Гусев В.П. Еще раз о шумовых характеристиках
вентоборудования и акустических возможностях глушителей // АВОК вып. 2. — 2008 — с. 48-55.
7. Гусев В.П., Лешко М.Ю. Пластинчатые глушите-
ли шума вентиляционных установок (Акустические и аэродинамические характеристики) // АВОК, вып. 8. — 2006 — с.34-38.
8. Гусев В.П. Средства снижения воздушного и структурного шума систем вентиляции, кондиционирования и холодоснабжения // АВОК, вып. 4. — 2005 — с.86-92.
9. Гусев В.П., Лешко М.Ю. Акустические и аэро-
динамические характеристики гибких воздуховодов// АВОК, вып. 1. — 2004 — с.70-72.
10. Гусев В.П., Леденев В.И. Оценка звуковой мощности оборудования в вентиляционных камерах // АВОК вып. 3. — 2009 — с. 32-39.
