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净化空调机组如何降噪?

文章来源:http://www.iwuchen.com/  2018年05月12日  点击数:90

空调机组整体消声的设计思路

空调机组的噪声主要集中在低频、中频两个范围之内,而空调机组中加装消声段在许多噪声要求比较高的场合下已经得到了公认。但是否可以去寻找其它的降噪措施,到目前为止很少有人去探讨。

笔者认为在空调机组消声设计时,除考虑用消声器进行降噪外,同时也要考虑通过机组壁板围护结构的消声进行部分频率噪声的消除。该消声设计的思路来源于对低频、中频消声效果较好的抗性消声器,即膨胀性消声器。

消声的原理是利用空调机组进风口、送风口、风机出口等气流通道截面的突变,使沿通道传播方向的声波反射回声源方向,从而起到消声作用。因此空调箱的设计并不单单是满足冷量、热量以及风量风压的要求,同时要从系统的角度考虑,真正作到机组出口噪声达到最低水平。

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图 1 给出了常规净化空调机组的段体布置图,图2 则给出这种段体布置的消声设计等效图,图中1 表示新风引入口膨胀节,2 表示回风引入口膨胀节,3 表示风机吸入口和出口膨胀节,4 表示送风口膨胀节。整个空调机组膨胀消声设计过程中,为了保证一定的消声效果,膨胀比的合理设计至关重要。对于手术室空调机组而言,由于新风一般已经经过三级过滤,因此新风可以与回风混合后再进入空调机组,此时其消声设计简图则更为简单,如图3 所示,即可以把机组的消声设计等效与两节抗性消声器串联。依此可以指导我们进行空调机组的设计,包括主要功能段段体长度、段体截面积的确定等。

消声设计基础内容

对于单节抗性消声而言,其消声量可以由以下的公式进行计算

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为了不影响抗性消声器的消声效果,例如防止中高频噪声以平面波的形式传播呈束状通过以及对于低频的消声效果等,在对膨胀性消声设计时,有上限失效频率fu和下限失效频率

fd的限制,其计算公式分别如下:

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式中:D 为膨胀室当量直径,m;S 为气流通道截面积,m2;V 为膨胀室的体积,m3;其它参数同前所述。

以消声设计为基础的机组功能段长度的确定由式(4)可以知道,消声量 ㄓ L 是 kl 的周期函数,即随着频率的变化,消声量在零与极大值之间变化,因此针对某一频率噪声进行消声处理时,适当调整两膨胀节之间的长度就可保证对消减某一频率的噪声达到最大,这也就是以消声设计为基础确定机组主要功能段长度的关键所在。

例如对于风机出口到机组出口处,主要消除的是250Hz的噪声,则风机出口与机组出口功能段之间的最佳长度应满足如下的关系式:

l = 680 n+340 n = 0,1,2,…… (6)

而最不利长度:

l = 680 n n = 0,1,2, (7)

这样在机组段体长度设计时就有了定量的限制,而并非盲目地随意选择或确定。

以消声设计为基础确定机组的断面尺寸

以消声设计来指导空调机组断面尺寸的确定,可以从两个方面来考虑问题:(1)在机组断面尺寸确定的情况下,其上限频率也随之确定;如果所要消除的噪声频率在上限频率范围之外,则需要调整机组的断面尺寸;(2)在机组回风口、送风口以及风机出口的通道面积一定的情况下,膨胀室对于降噪的下限频率同样也存在类似的情况。

例如对于机组断面为1300×1500 的空调机组,其消声的上限频率为425 Hz;而对于1600×1500的空调机组,其消声的上限频率则上升为535 Hz。如果空调机组的主要消声频率集中在500 Hz,则后者的断面尺寸有利,而前者无法满足降噪要求。另一方面,由于膨胀消声存在下限频率,因此在确定各风口面积时,同样需要满足如下的两个条件:

1)膨胀比 m 保持在 4 ~1 5 之间;

2 )各风口的断面积满足如下的公式:

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关于这些方面的研究工作,包括大量的实验验证,还需在以后的进一步科研中得到证实。

空调机组吸声减噪

在前面的内容中,重点介绍了利用机组围护结构进行消声设计的思路,准确一点讲膨胀消声是把声能反射回声源,而反射的声能则需通过吸声来解决。吸声减振主要是依靠吸声材料的疏散性和多孔性。当声能入射到吸声材料上,一部分声能被反射,其余部分则进入孔隙,引起孔隙中空气和材料细微振动,由于摩擦力和粘滞力使一部分声能转化为热能而被吸收。

目前吸声材料有超细玻璃棉、开孔型聚氨脂泡沫塑料、微孔吸声砖以及木丝板等。但这些材料应用到洁净行业中由于其产尘、滋生细菌、报废后对环境造成二次污染等原因已经逐渐被淘汰。笔者认为泡沫铝消声板相对而言是一种比较好的吸声材料。该消声板具有如下的性能特点:

1 )加工、报废和回收利用的全过程中,不产生任何污染物质。

2)性能稳定,强度高(抗拉强度 3.41 MPa,抗弯强度 8.06 MPa,抗压强度 8.61MPa)。

3 )防水性能好,质量吸湿率 0 . 1 % 。

4)抗紫外线老化性能好,在 250 小时照射下无变化。

5)耐腐蚀,9 6 小时耐盐雾实验后,表面无开裂及脱落情况

6 )防火,为不燃材料。

7)绿色环保型消声材料,不危害人体健康。

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对于其吸声性能,与吸声板的材料、主孔径、孔隙率等都有非常重要的关系,图 4 给出了厚度为 10 mm,主孔径 0.9 mm,孔隙率为65.5%在背留空腔 D 情况下板材的吸声系数。图4 吸声系数测试图从图中可以看出,调整不同的空腔厚度,可以对不同频率的噪声进行最佳的吸声设计。当然,改变材料的主孔径和孔隙率也可对不同频率的噪声的吸声进行优化,关于这些内容此处就不再赘述。把泡沫铝消声板应用到净化空调机组风机段中,正如许多科研人员所关心的就是该多孔材料的集尘、集菌等问题,笔者是这样考虑的:一方面空气在进入净化机组风机段前已经进行了过滤,壁板集尘的机会大大减少;另一方面,泡沫铝少量的集尘减少了整个空调系统后级过滤器的负担;再者,泡沫铝集尘后易于清洗,而清洗后可反复利用却不改变的特性优于其它材料。

空调机组的噪声处理相对来讲是非常复杂的,而利用机组围护结构本身的长度因次进行消声目前还很少有人探讨。本文笔者从空调机组设计的角度出发,对空调机组的降噪处理提出了一些浅显的思路,由于仅仅是思路,有许多工作需要进一步的研究和探讨,在此也真诚地希望各位同仁提出宝贵的建议



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