Акустический расчет системы вентиляции и кондиционирования в современных зданиях, Комментарий, разъяснение, статья от 01 мая 2010 года

Инженерно-строительный журнал, N 5, 2010 год Рубрика: Технологии

Д.т.н., профессор И.И.Боголепов

ГОУ Санкт-Петербургский государственный политехнический университет и ГОУ Санкт-Петербургский государственный морской технический университет; магистр А.А.Гладких, ГОУ Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Система вентиляции и кондиционирования воздуха (СВКВ) — важнейшая система для современных зданий и сооружений. Однако, кроме необходимого качественного воздуха, система транспортирует в помещения шум. Он идет от вентилятора и других источников, распространяется по воздуховоду и излучается в вентилируемое помещение. Шум несовместим с нормальным сном, учебным процессом, творческой работой, высокопроизводительным трудом, полноценным отдыхом, лечением, получением качественной информации [1]. В строительных нормах и правилах России сложилась такая ситуация. Метод акустического расчета СВКВ зданий, использовавшийся в старом СНиПе II-12-77 «Защита от шума» [13], устарел и не вошел поэтому в новый СНиП 23-03-2003 «Защита от шума» [14]. Итак, старый метод устарел, а нового общепризнанного пока нет [11, 12]. Ниже предлагается простой приближенный способ акустического расчета СВКВ в современных зданиях, разработанный с использованием лучшего производственного опыта, в частности, на морских судах [4, 5, 7]. Предлагаемый акустический расчет основан на теории длинных линий распространения звука в акустически узкой трубе [2, 3, 10] и на теории звука помещений с практически диффузным звуковым полем [6]. Он выполняется с целью оценки уровней звукового давления (далее — УЗД) и соответствия их значений действующим нормам допустимого шума [14]. Он предусматривает определение УЗД от СВКВ вследствие работы вентилятора (далее — «машина») для следующих типовых групп помещений: 1) в помещении, где расположена машина; 2) в помещениях, через которые воздуховоды проходят транзитом; 3) в помещениях, обслуживаемых системой.

Исходные данные и требования

Расчет, проектирование и контроль защиты людей от шума предлагается выполнять для наиболее важных для человеческого восприятия октавных полос частот, а именно: 125 Гц, 500 Гц и 2000 Гц. Октавная полоса частот 500 Гц является среднегеометрической величиной в диапазоне нормируемых по шуму октавных полос частот 31,5 Гц — 8000 Гц [14]. Для постоянного шума расчет предусматривает определение УЗД в октавных полосах частот по уровням звуковой мощности (УЗМ) в системе. Величины УЗД и УЗМ связаны общим соотношением = — 10, где — УЗД относительно порогового значения 2·10 Н/м; — УЗМ относительно порогового значения 10 Вт; — площадь распространения фронта звуковых волн, м. УЗД должны определяться в расчетных точках нормируемых по шуму помещений по формуле = + , где — УЗМ источника шума. Величина , учитывающая влияние помещения на шум в нем, рассчитывается по формуле:

где — коэффициент, учитывающий влияние ближнего поля; — пространственный угол излучения источника шума, рад.; — коэффициент направленности излучения, принимается по экспериментальным данным (в первом приближении равен единице); — расстояние от центра излучателя шума до расчетной точки в м; = — акустическая постоянная помещения, м; — средний коэффициент звукопоглощения внутренних поверхностей помещения; — суммарная площадь этих поверхностей, м; — коэффициент, учитывающий нарушение диффузного звукового поля в помещении. Указанные величины, расчетные точки и нормы допустимого шума регламентируются для помещений различных зданий СНиПом 23-03-2003 «Защита от шума» [14]. Если расчетные значения УЗД превосходят норму допустимого шума хотя бы в одной из указанных трех полос частот, то необходимо спроектировать мероприятия и средства снижения шума. Исходными данными для акустического расчета и проектирования СВКВ являются: — компоновочные схемы, применяемые в конструкции сооружения; размеры машин, воздуховодов, регулирующей арматуры, колен, тройников и воздухораспределителей; — скорости движения воздуха в магистралях и ответвлениях — по данным технического задания и аэродинамического расчета; — чертежи общего расположения помещений, обслуживаемых СВКВ — по данным строительного проекта сооружения; — шумовые характеристики машин, регулирующей арматуры и воздухораспределителей СВКВ — по данным технической документации на эти изделия. Шумовыми характеристиками машины являются следующие уровни УЗМ воздушного шума в октавных полосах частот в дБ: — УЗМ шума, распространяющегося от машины в воздуховод всасывания; — УЗМ шума, распространяющегося от машины в воздуховод нагнетания; — УЗМ шума, излучаемого корпусом машины в окружающее пространство. Все шумовые характеристики машины определяются в настоящее время на основании акустических измерений по соответствующим национальным или международным стандартам и другим нормативным документам [10]. Шумовые характеристики глушителей, воздуховодов, регулируемой арматуры и воздухораспределителей представлены УЗМ воздушного шума в октавных полосах частот в дБ: — УЗМ шума, генерируемого элементами системы при прохождении потока воздуха через них (генерация шума); — УЗМ шума, рассеиваемого или поглощаемого в элементах системы при прохождении через них потока звуковой энергии (снижение шума). Эффективность генерации и снижения шума элементами СВКВ определяются на основании акустических измерений. Подчеркнем, что значения величин и должны быть указаны в соответствующей технической документации. Должное внимание уделяется при этом точности и надежности акустического расчета, которые закладываются в погрешность результата величинами и [6, 10, 12, 15].

Расчет для помещений, где установлена машина

Пусть в помещении 1, где установлена машина, имеется вентилятор, уровень звуковой мощности которого, излучаемый в трубопровод всасывания, нагнетания и через корпус машины, есть величины в дБ , и . Пусть у вентилятора на стороне трубопровода нагнетания установлен глушитель шума с эффективностью глушения в дБ (). Рабочее место находится на расстоянии от машины. Разделяющее помещение 1 и помещение 2 стена находится на расстоянии от машины. Постоянная звукопоглощения помещения 1: = . Для помещения 1 расчет предусматривает решение трех задач. 1-я задача. Выполнение нормы допустимого шума . Если всасывающий и нагнетательный патрубки выведены из помещения машины, то расчет УЗД в помещении, где она расположена, производится по следующим формулам. Октавные УЗД в расчетной точке помещения определяются в дБ по формуле:

(,)

где — УЗМ шума, излучаемого корпусом машины с учетом точности и надежности с помощью [6, 10, 12]. Величина , указанная выше, определяется по формуле:

Если в помещении размещены n источников шума, УЗД от каждого из которых в расчетной точке равны , то суммарный УЗД от всех их определяется по формуле:

В результате акустического расчета и проектирования СВКВ для помещения 1, где установлена машина, должно быть обеспечено выполнение в расчетных точках норм допустимого шума [14]. 2-я задача. Расчет величины УЗМ в воздуховоде нагнетания из помещения 1 в помещение 2 (помещение, через который воздуховод проходит транзитом), а именно величины в дБ производится по формуле

3-я задача. Расчет величины УЗМ, излучаемой стенкой площадью со звукоизоляцией помещения 1 в помещение 2, а именно величины в дБ, выполняется по формуле

Таким образом, результатом расчета в помещении 1 является выполнение норм по шуму в этом помещении и получение исходных данных для расчета в помещении 2.

Расчет для помещений, через которые воздуховод проходит транзитом

Для помещения 2 (для помещений, через которые воздуховод проходит транзитом) расчет предусматривает решение следующих пяти задач. 1-я задача. Расчет звуковой мощности, излучаемой стенками воздуховода в помещение 2, а именно определение величины в дБ по формуле:

В этой формуле: — см. выше 2-ю задачу для помещения 1; =1,12 — эквивалентный диаметр сечения воздуховода с площадью поперечного сечения ; — длина помещения 2. Звукоизоляция стенок цилиндрического воздуховода в дБ рассчитывается по формуле:

где — динамический модуль упругости материала стенки воздуховода, Н/м; — внутренний диаметр воздуховода в м; — толщина стенки воздуховода в м; — среднегеометрическая частота октавных полос в Гц. Звукоизоляция стенок воздуховодов прямоугольного сечения рассчитывается по следующей формуле в ДБ:

где = — масса единицы поверхности стенки воздуховода (произведение плотности материала в кг/м на толщину стенки в м); — среднегеометрическая частота октавных полос в Гц. 2-я задача. Расчет УЗД в расчетной точке помещения 2, находящейся на расстоянии от первого источника шума (воздуховод) выполняется по формуле, дБ:

3-я задача. Расчет УЗД в расчетной точке помещения 2 от второго источника шума (УЗМ, излучаемой стеной помещения 1 в помещение 2, — величина в дБ) выполняется по формуле, дБ:

4-я задача. Выполнение нормы допустимого шума . Расчет ведется по формуле в дБ:

В результате акустического расчета и проектирования СВКВ для помещения 2, через которое воздуховод проходит транзитом, должно быть обеспечено выполнение в расчетных точках норм допустимого шума [14]. Это первый результат. 5-я задача. Расчет величины УЗМ в воздуховоде нагнетания из помещения 2 в помещение 3 (помещение, обслуживаемое системой), а именно величины в дБ по формуле:

Величина потерь на излучение звуковой мощности шума стенками воздуховодов на прямолинейных участках воздуховодов единичной длины в дБ/м представлена в таблице 2. Вторым результатом расчета в помещении 2 является получение исходных данных для акустического расчета системы вентиляции в помещении 3.

Расчет для помещений, обслуживаемых системой

В помещениях 3, обслуживаемых СВКВ (для которых система в конечном счете и предназначена), расчетные точки и нормы допустимого шума принимаются в соответствии со СНиП 23-03-2003 «Защита от шума» [14] и техническим заданием. Для помещения 3 расчет предусматривает решение двух задач. 1-я задача. Расчет звуковой мощности, излучаемой воздуховодом через выпускное воздухораспределительное отверстие в помещение 3, а именно определение величины в дБ, предлагается выполнять следующим образом. Частная задача 1 для низкоскоростной системы со скоростью воздуха v << 10 м/с и = 0 и трех типовых помещений (см. ниже пример акустического расчета) решается с помощью формулы в дБ:

Здесь () — потери в глушителе шума в помещении 3; () — потери в тройнике в помещении 3 (см. ниже формулу); — потери в результате отражения от конца воздуховода (см. таблицу 1 [13]). Общая задача 1 состоит в решении для многих из трех типовых помещений с помощью следующей формулы в дБ: Здесь — УЗМ шума, распространяющегося от машины в воздуховод нагнетания в дБ с учетом точности и надежности величиной (принимается по данным технической документации на машины); — УЗМ шума, генерируемого воздушным потоком во всех элементах системы в дБ (принимается по данным технической документации на эти элементы); — УЗМ шума, поглощающегося и рассеивающегося при прохождении потока звуковой энергии через все элементы системы в дБ (принимается по данным технической документации на эти элементы); — величина, учитывающая отражение звуковой энергии от концевого выходного отверстия воздуховода в дБ, принимается по таблице 1 (эта величина равна нулю, если уже включает в себя ); — величина, равная 5 дБ для низкоскоростной СВКВ (скорость воздуха в магистралях меньше 15 м/с), равная 10 дБ для среднескоростной СВКВ (скорость воздуха в магистралях меньше 20 м/с) и равная 15 дБ для высокоскоростной СВКВ (скорость в магистралях меньше 25 м/с). Таблица 1. Величина в дБ. Октавные полосы