Акустический расчет системы вентиляции и кондиционирования в современных зданиях

Транскрипт

1 СЕТИ Инженерно-строительный журнал 5 9 Акустический расчет системы вентиляции и кондиционирования в современных зданиях Д.т.н. профессор И.И. Боголепов* ГОУ Санкт-етербургский государственный политехнический университет и ГОУ Санкт- етербургский государственный морской технический университет; магистр А.А. Гладких ГОУ Санкт-етербургский 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 []. В строительных нормах и правилах России сложилась такая ситуация. Метод акустического расчета СВКВ зданий использовавшийся в старом СНие II—77 «Защита от шума» [] устарел и не вошел поэтому в новый СНи — «Защита от шума» [4]. Итак старый метод устарел а нового общепризнанного пока нет []. Ниже предлагается простой приближенный способ акустического расчета СВКВ в современных зданиях разработанный с использованием лучшего производственного опыта в частности на морских судах [457]. редлагаемый акустический расчет основан на теории длинных линий распространения звука в акустически узкой трубе [] 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 [4]. Он предусматривает определение УЗД от СВКВ вследствие работы вентилятора (далее «машина») для следующих типовых групп помещений: ) в помещении где расположена машина; ) в помещениях через которые воздуховоды проходят транзитом; ) 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: 5 Гц 5 Гц и Гц. Октавная полоса частот 5 Гц является среднегеометрической величиной в диапазоне нормируемых по шуму октавных полос частот 5 Гц 8 Гц [4]. 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 = где УЗД относительно порогового значения -5 Н/м lg S ; УЗМ относительно порогового значения — Вт; S площадь распространения фронта звуковых волн м. УЗД должны определяться в расчетных точках нормируемых по шуму помещений по формуле = Δ где УЗМ источника шума. Величина Δ учитывающая влияние помещения на шум в нем рассчитывается по формуле: Δ χ Φ 4 = lg Ω r κ где χ коэффициент учитывающий влияние ближнего поля; Ω пространственный угол излучения источника шума рад.; Φ коэффициент направленности излучения принимается по экспериментальным данным (в первом приближении равен единице); r расстояние от центра излучателя шума до расчетной α S точки в м; = акустическая постоянная помещения м ; α средний коэффициент α звукопоглощения внутренних поверхностей помещения; S суммарная площадь этих поверхностей м ; κ коэффициент учитывающий нарушение диффузного звукового поля в помещении.

3 СЕТИ Инженерно-строительный журнал 5 9 где М УЗМ шума излучаемого корпусом машины с учетом точности и надежности с помощью t Φσ [6]. Величина Δ указанная выше определяется по формуле: Если в помещении размещены Δ χ = lg π r то суммарный УЗД от всех их определяется по формуле: n 4 κ источников шума УЗД от каждого из которых в расчетной точке равны Σ n = lg = В результате акустического расчета и проектирования СВКВ для помещения где установлена машина должно быть обеспечено выполнение в расчетных точках норм допустимого шума [4]. Н -я задача. Расчет величины УЗМ в воздуховоде нагнетания из помещения в помещение (помещение через который воздуховод проходит транзитом) а именно величины в производится по формуле = Н ( δ ) Н Н. -я задача. Расчет величины УЗМ излучаемой стенкой площадью со звукоизоляцией помещения в помещение а именно величины S. Н в выполняется по формуле χ S S = М lg R. lg π r κ S. R. Таким образом результатом расчета в помещении является выполнение норм по шуму в этом помещении и получение исходных данных для расчета в помещении. Расчет для помещений через которые воздуховод проходит транзитом Для помещения (для помещений через которые воздуховод проходит транзитом) расчет предусматривает решение следующих пяти задач. -я задача. Расчет звуковой мощности излучаемой стенками воздуховода в помещение а именно определение величины в по формуле: Т Т = Н lg DЭ RТ lg 4 В этой формуле: Н см. выше -ю задачу для помещения ; ( l D ) D Э = S эквивалентный диаметр сечения воздуховода с площадью поперечного сечения ; l длина помещения. Звукоизоляция стенок цилиндрического воздуховода в рассчитывается по формуле: D R Т = lg E lg 6lg f s где E динамический модуль упругости материала стенки воздуховода Н/м ; D внутренний диаметр воздуховода в м; s толщина стенки воздуховода в м; f среднегеометрическая частота октавных полос в Гц. Э. S

4 Инженерно-строительный журнал 5 9 СЕТИ : Звукоизоляция стенок воздуховодов прямоугольного сечения рассчитывается по следующей формуле в [ lg ( m ) ] R Т = 4 5 f где m = ρ s масса единицы поверхности стенки воздуховода (произведение плотности материала ρ в кг/м на толщину стенки s в м); f среднегеометрическая частота октавных полос в Гц. -я задача. Расчет УЗД в расчетной точке помещения находящейся на расстоянии r от первого источника шума (воздуховод) выполняется по формуле : = Т χ lg π r 4 κ -я задача. Расчет УЗД в расчетной точке помещения от второго источника шума (УЗМ излучаемой стеной помещения в помещение величина в ) выполняется по формуле : S = S 4 lg κ 4-я задача. Выполнение нормы допустимого шума Н. Расчет ведется по формуле в : { ( ) } lg Н = ε. В результате акустического расчета и проектирования СВКВ для помещения через которое воздуховод проходит транзитом должно быть обеспечено выполнение в расчетных точках норм допустимого шума [4]. Это первый результат. Н 5-я задача. Расчет величины УЗМ в воздуховоде нагнетания из помещения в помещение (помещение обслуживаемое системой) а именно величины в по формуле: Н ( δ ) =. Н Н l Величина потерь на излучение звуковой мощности шума стенками воздуховодов на прямолинейных участках воздуховодов единичной длины δ в /м представлена в таблице. Вторым результатом расчета в помещении является получение исходных данных для акустического расчета системы вентиляции в помещении. Расчет для помещений обслуживаемых системой В помещениях обслуживаемых СВКВ (для которых система в конечном счете и предназначена) расчетные точки и нормы допустимого шума принимаются в соответствии со СНи — «Защита от шума» [4] и техническим заданием. Для помещения расчет предусматривает решение двух задач. -я задача. Расчет звуковой мощности излучаемой воздуховодом через выпускное воздухораспределительное отверстие в помещение а именно определение величины в предлагается выполнять следующим образом. Частная задача для низкоскоростной системы со скоростью воздуха v<< м/с и К = и трех типовых помещений (см. ниже пример акустического расчета) решается с помощью формулы в : l Здесь Н Н ( ) Н = Н ( δ ) ; = δ ; j ( δ ) ( ) Δ = Н δ

5 ( ) j= ( δ ) СЕТИ Инженерно-строительный журнал 5 9 δ — потери в глушителе шума в помещении ; = — потери в тройнике в помещении (см. ниже формулу); Δ потери в результате отражения от конца воздуховода (см. таблицу []). Общая задача состоит в решении для многих из трех типовых помещений с помощью следующей формулы в : Здесь Н Σ Δ [ генерация шума] [ снижение шума] = [ lg( ) K ] [ Δ Σδ ] = Н точности и надежности величиной ΣΔ УЗМ шума распространяющегося от машины в воздуховод нагнетания в с учетом t Φσ (принимается по данным технической документации на машины); n Δ = lg УЗМ шума генерируемого воздушным потоком во всех элементах = системы в (принимается по данным технической документации на эти элементы); Σ δ УЗМ шума поглощающегося и рассеивающегося при прохождении потока звуковой энергии через все элементы системы в (принимается по данным технической документации на эти элементы); Δ величина учитывающая отражение звуковой энергии от концевого выходного отверстия воздуховода в принимается по таблице (эта величина равна нулю если Σ δ уже включает в себя Δ ); K величина равная 5 для низкоскоростной СВКВ (скорость воздуха в магистралях меньше 5 м/с) равная для среднескоростной СВКВ (скорость воздуха в магистралях меньше м/с) и равная 5 для высокоскоростной СВКВ (скорость в магистралях меньше 5 м/с). Таблица. Величина Δ в. Октавные полосы Корень квадратный из площади поперечного выходного сечения воздуховода мм 5 Гц 5 Гц Гц f ри расчете и проектировании средств снижения шума главным объектом внимания инженера-акустика является УЗМ шума поглощающегося и рассеивающегося при прохождении потока звуковой энергии через все элементы СВКВ а именно величина Σ δ. Оптимизация -й задачи для помещения. Вариант А: расстояние между элементами поглощающими и рассеивающими шум в СВКВ достаточно большое по сравнению с длиной волны (хорошее акустическое проектирование). Тогда в соответствии с главным принципом получения максимального эффекта снижения шума в СВКВ при расчете суммарного поглощения и рассеивания в СВКВ следует пользоваться следующей формулой суммирования в : 4

7 СЕТИ Инженерно-строительный журнал 5 9 Вариант Б: расстояние между элементами поглощающими и рассеивающими шум в СВКВ мало по отношению к длине звуковой волны (плохое акустическое проектирование). ри расчете рассеивания в элементах системы следует пользоваться формулой суммирования в Вт относительно порогового значения по формуле: ( ) ( ) ( ) ( ) δ Σ = δ l δ δ δ lg. Искусство проектирования СВКВ состоит именно в том чтобы исключить плохое акустическое проектирование. Главную роль здесь играет личная производственная практика инженера-акустика и лучшие отечественные и международные прототипы СВКВ. Н -я задача. Выполнение нормы допустимого шума. Октавные УЗД воздушного шума СВКВ в помещениях обслуживаемых одним j -м воздухораспределителем следует определять в расчетной точке по формуле в : где Δ j j χ Φ = lg Ω r нем от СВКВ при расстоянии шума 4 J κ r j j = Δ j величина в учитывающая влияние помещения на шум в в м от центра воздухораспределителя j до расчетной точки. Окончательно имеем для помещения : УЗД воздушного шума в помещении обслуживаемом СВКВ от n воздухораспределителей каждый из которых дает вклад в расчетную точку в с нормой допустимого Н в в этой точке следует определять по формуле суммирования в Вт: n = lg ε Н. = Точность и надежность расчета учитывается максимальной погрешностью результата величиной ε [5] как указано ниже в примере акустического расчета вентиляции для местных телерадиостудий. В результате акустического расчета СВКВ в помещениях обслуживаемых системой должно быть обеспечено путем проектирования и контроля выполнение в расчетных точках норм допустимого шума установленных для жилых общественных и промышленных зданий СНиом — «Защита от шума». роектирование и контроль Для проектирования и контроля снижения шума от работы СВКВ первостепенное значение имеют следующие мероприятия и средства: ) компоновочные решения; ) уменьшение скоростей движения воздуха в системе; ) установка глушителей шума (активных камерных и смешанного типа) в воздуховодах; 4) применение звукоизоляции и виброизоляции источников шума; 5) применение звукопоглощения в помещениях. ри разработке компоновочных решений необходимо руководствоваться следующими правилами.. Избегать обслуживания одной машиной нескольких ответственных по шуму помещений расположенных на существенно различных расстояниях от вентилятора.. редусмотреть при компоновке СВКВ места для звукоизолирующего помещения для машины для установки глушителей и для виброизолирующих устройств.. Обеспечить воздухообмены в помещениях рациональной компоновкой СВКВ таким образом чтобы избежать излишних запасов подачи воздуха. Для снижения уровней шума СВКВ необходимо стремиться к уменьшению скоростей движения воздуха в системе до минимально возможных значений. ри скоростях движения воздуха в магистралях системы до 5 м/с (в ответвлениях до 6 м/с) генерация шума машинами незначительна и без особых трудностей может быть еще уменьшена в случае необходимости с помощью глушителей шума. Генерация же шума в самой системе воздуховодов арматуре и воздухораспределителях при указанных скоростях и коэффициенте местного сопротивления (безразмерная величина потерь напора) менее пяти практически отсутствует. j Н 6

9 СЕТИ Инженерно-строительный журнал 5 9 Итак выполним акустический расчет низкоскоростной системы вентиляции комплекса помещений типовой местной телерадиостудии обеспечив в них выполнение норм допустимого шума. Для этого необходимо произвести расчет уровней звукового давления для трех помещений высотой 4 м со следующими размерами пола: 4х м (помещение где установлена машина-вентилятор; S = 8 м V = 48 м ) 4х65 м (помещение через которые воздуховод проходят транзитом; S = 6 м V = 4 м ) и х8 м (помещение обслуживаемое системой; S = 5 м V = 84 м ). о назначению: помещение венткамера помещение аппаратная с естественной вентиляцией помещение телерадиостудия с принудительной вентиляцией. Звукоизоляция помещений студии от внешних шумов обеспечена. Другие исходные данные даны ниже в ходе расчета. ервоначальные конструктивные данные принимаются исходя их технического задания на проектирование указанных помещений. Решение представлено в следующих таблицах. Таблица. омещение где установлена машина (венткамера). Октавные полосы Составляющие акустического расчета Наименование расчетной величины Формула расчета (откуда берется Значение) Вентилятор типа УЗМ излучаемый Из техдокументации 6/6 ЦСУ в центре камеры корпусом на вентилятор. омещение венткамеры при χ = Ω = π Φ = Влияние помещения венткамеры на шум на рабочем месте при r м Δ. Результаты расчета для уровня шума на рабочем месте венткамеры при r м и t Φσ = 5 Норма шума в венткамере для постоянного рабочего места М Коэффициент κ Средний коэффициент звукопоглощения α = остоянная звукопоглощения помещения СНи —. Табл.4 для (см. ниже) α Из техдокументации на помещение м Δ УЗД в расчетной точке венткамеры Н Δ α S = α 5 Гц f 5 Гц Гц = lg π r κ = М t Δ СНи —. Раздел 6 пункт Φσ ревышение нормы нет нет нет 4. Вентилятор типа 6/6 ЦСУ воздуховод Нагнетания УЗМ излучаемый в воздуховод нагнетания венткамеры Н Из техдокументации на вентилятор Глушитель шума типа ГЦ 5 калибров У4-8С в воздуховоде нагнетания венткамеры отери звуковой мощности в глушителе ( δ ) Из техдокументации на глушитель 8 6. Цилиндрический воздуховод в венткамере УЗМ излучаемый воздуховодом в аппаратную Н Н ( δ ) Н =

11 СЕТИ Инженерно-строительный журнал 5 9 χ = Φ = Ω = π r = м в) Звукоизоляция стены между аппаратной и радио и телестудией кирпичная кладка толщиной 55 мм со смотровым окном со звукоизоляцией не меньшей величины г) Влияние диффузной составляющей помещения аппаратной д) УЗД от излучения шума стеной радио и телестудии на рабочем месте в аппаратной Δ R СТ Δ д СТ Из техдокументации на помещение Δ = д lg κ СТ = lg S СТ РТС Δ д Δ R СТ УЗД суммарного шума в а ппаратной от воздуховода и от стены студии на рабочем месте в аппаратной при ε = 5 [] Норма шума в аппаратной (для измерительных и аналитических работ) ревышени е нормы 6. отери звуковой мощности на СТ A lg( ) T ε Н ( ) l прямолинейном участке Н A СНи — Раздел 6 пункт нет нет нет δ Н l δ из таблицы. = 4 м Цилиндрический воздуховод в аппаратной УЗМ излучаемой в воздуховод нагнетания студии Н ( ) l Н = Н δ Н Таблица 5. омещени е обслуживаемое системой (телерадиостудия). Воздуховод нагнетания на входе в УЗМ излучаемой в Из таблицы пункт 7. студию воздуховод студии Н Тройник. Ветвь в студию с S S S = S S = =4 мм где площадь воздуховода до тройника отери звуковой мощности в сечении S Н ( δ ) S ( δ ) = Н lg S. омещение обслуживающее системой. V = 84 м S = 5 м S ОЛА = 96 м r = м 4

13 СЕТИ Инженерно-строительный журнал 5 9 Заключение Акустический расчет системы вентиляции и кондиционирования в современных зданиях необходим для выбора исходных средств защиты людей от шума создаваемого системой. Эти средства должны соответствовать лучшему отечественному и зарубежному опыту в строительстве жилых общественных и промышленных зданий. Окончательное акустическое решение производится по результатам акустических измерений уже построенной СВКВ измерений проводимых согласно действующим национальным или международным стандартам []. редлагаемый выше акустический расчет апробирован в частности студентами пятого курса по дисциплине «Строительная акустика» (лектор д.т.н. профессор И.И. Боголепов) в курсовых проектах на кафедре «Технология организация и экономика строительства» (ТОЭС) инженерно- факультета Санкт-етербургского государственного политехнического строительного университета. Литература. Боголепов И.И. Современные способы борьбы с шумом в зданиях и на селитебных территориях // Инженерно- строительный журнал 9. Сб 9. С Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М Исакович М.А. Общая акустика. М Справочник по судовой акустике / од ред. И.И. Клюкина и И.И. Боголепова. Л Хорошев Г.А. етров Ю.И. Егоров Н.Ф. Борьба с шумом вентиляторов. М Боголепов И.И. ромышленная звукоизоляция. Теория исследования проектирование изготовление контроль / редисловие академика АН СССР И.А. Глебова. Л Изак Г.Д. Гомзиков Э.А. Шум на судах и методы его снижения. М Снижение шума в зданиях и жилых районах / од ред. Г.Л. Осипова и Е.Я. Юдина. М Звукоизоляция и звукопоглощение. Учебное пособие для студентов вузов обучающихся по специальности «ромышленное и гражданское строительство» и «Теплогазоснабжение и вентиляция» / под ред. Г.Л. Осипова и В.Н. Бобылева. М. 4.. Боголепов И.И. Строительная акустика / редисловие академика РАН Ю.С. Васильева. Сб 6.. Сотников А.Г. роцессы аппараты и системы кондиционирования воздуха и вентиляции. Теория техника и проектирование на рубеже столетий. Сб 7.. Боголепов И.И. Новый метод акустического расчета системы вентиляции и кондиционирования воздуха // С.О.К. (сантехника отопление кондиционирование) /74 8. М. 8. С Строительные нормы и правила. СНи II—77 «Защита от шума». Утверждены постановлением Государственного комитета Совета Министров СССР по делам строительства от 4 июня 977 г. 7. М Строительные нормы и правила СНи — «Защита от шума». Дата введения 4—. Разработаны Научно-исследовательским институтом строительной физики (НИИСФ) РААСН внесены Управлением технического нормирования стандартизации и сертификации в строительстве и ЖКХ Госстроя России приняты и введены в действие постановлением Госстроя России от июня г. 6 взамен СНи II—77 «Защита от шума». Устанавливают обязательные требования которые должны выполняться при проектировании строительстве и эксплуатации зданий различного назначения планировке и застройке населенных мест с целью защиты от шума и обеспечения нормативных параметров акустической среды в производственных жилых общественных зданиях и на территории жилой застройки. 5. Боголепов И.И. Лапшина О.В. Окладникова О.Н. О повышении надежности звукоизоляции инженерных систем и строительных конструкций // Инженерные системы. АВОК Северо-Запад () 8. Сб 8. С *Игорь Ильич Боголепов ГОУ СбГУ ГОУ СбГМТУ Санкт-етербург Тел. раб ; эл. почта 4