現代建筑中噪聲振動影響及其控制對策
摘要:討論了影響現代建筑物“聲環境”的典型噪聲振動污染源及相關噪聲振動控制技術。
關鍵詞:現代建筑;聲環境;噪聲;振動;控制對策
新世紀科學技術和經濟建設的高度發展,催生出大量新型寫字樓、賓館飯店、展館、商場和高級公寓等現代化建筑物,其中尤以高層建筑發展最快。
但伴隨而來的是鍋爐、熱交換站、給排水、中央空調系統等配套設施,對建筑物內外部環境的噪聲振動影響也日益突出。如何妥善完成現代建筑中各類系統、設備噪聲振動控制的前期配套設計或后期治理改造,實現噪聲治理工程與人居環境的協調統一和景觀美化,是近年來建筑工程和環保專業的熱門話題,更是考驗各從業單位技術實力的試金石。
筆者結合多年從事暖通空調、鍋爐、自備電站、給排水等設備噪聲振動治理的工程實踐和心得,對現代建筑噪聲治理工程中的熱點問題作一探討。
1 影響現代建筑“聲環境”的典型污染源及其特點
與現代建筑時尚、高檔、綜合發展的趨勢相匹配,其內部配套設施的配置不斷完善、檔次不斷提高、規模不斷擴大,通常均裝備有鍋爐或熱交換站及其采暖循環系統、各類給排水系統、中央空調系統(含冷卻塔或風冷熱泵機組、空調機組、冷凍機組及冷卻循環系統等) 、電梯、排風機、變配電設備甚至自備柴油發電機組等輔助設備。由于其種類繁多、結構布局多變、管路系統復雜,在運行中不可避免地產生一定的噪聲和振動,形成現代高層建筑中特有的空氣噪聲和固體噪聲污染。
空氣聲是通過門、窗以及通風管路的空氣介質直接向建筑物內傳播的設備噪聲。固體噪聲則是設備振動通過基礎、墻壁、樓板、管路系統、鋼性支/ 吊架等沿建筑結構廣泛傳播,再激勵周圍空氣介質向四周輻射形成的固體噪聲傳導和二次聲輻射。由于現代建筑特有的鋼筋混凝土構造使振動波在傳播過程中衰減很小,因而固體噪聲頻率范圍寬、傳播距離遠,判斷其聲源及傳播規律也比較困難。因此必須綜合分析各設備振動頻率、管路系統布置以及墻體材質、結構等不同影響因素,找出主導聲源進行針對性治理。另外還要注意甄別空氣聲和固體聲影響的主次關系和相關程度,盡可能同步統籌治理,避免二次改造產生的延誤和重復擾民。
2 現代建筑噪聲振動污染源控制對策
要從根本上改善現代建筑室內聲學環境,就必須合理采用隔振、減振、阻尼、隔聲、吸聲、消聲等單項或綜合技術手段,對各類不同噪聲振動源實施盡可能系統、專業、匹配、完善的噪聲振動控制。
2. 1 水泵系統(泵房) 的噪聲振動控制
2. 1. 1 設備基礎的隔振
水泵設備運行時產生的振動,常以彈性波形式通過基礎、支架傳遞至建筑結構,再經結構傳導輻射固體噪聲。這不僅污染居民的工作、學習、生活環境,而且還影響到設備自身的使用壽命、儀器儀表的正常使用甚至建筑物的疲勞壽命。因此必須選擇合理的隔振系統對水泵的基礎部分進行妥善的隔振處理。設備基礎隔振應遵循“面面俱到”的匹配原則,并特別關注以下內容:
(1) 必須對所有敏感環節都實施全面有效的隔振處理,徹底隔斷“振橋”;即使忽視的是一個微小環節,也可能會造成固體傳聲的漏洞。
(2) 如條件允許,通常應加設配重隔振底座并適當加大隔振臺座的尺寸,可以有效抑制主機位移振幅、增加系統穩定性,并相對減少機組重心偏移的影響。
(3) 隔振器的選擇,應根據隔振降噪的要求、設備的轉速、機房的環境和工程投資而定。在一般情況下選擇橡膠隔振器即可;當設備轉速低或要求隔振效率較高時,應采用彈簧隔振器;但應注意: ①防止金屬彈簧的高頻失效問題。②采用優質阻尼彈簧隔振器消除起動和停車時的共振現象。
(4) 注意避免“差拍效應”的不良影響。當多臺型號相同的設備共用隔振臺架時,由于轉速的微小差異而很容易產生“差拍效應”(又稱“拍頻”現象) ,會顯著降低隔振系統的效率。其對策之一是盡可能將多臺振動設備分而治之。
2. 1. 2 管路系統隔振
流體輸送管路是水泵系統的重要組成部分,作為機械振動的良導體,可使設備本體振動沿管路遠程傳播;而在流體激振力作用下,管路也會產生自身振動,甚至是強烈沖擊。因此,管路隔振對于水泵系統的噪聲振動控制具有重要意義。
(1) 管路隔振:在水泵進出口管路適當位置安裝減振軟管接頭;管路中應使用支撐剛度和載荷匹配的彈性托/ 吊支架;管路穿墻部位要作好隔振(及隔聲) 處理;必要時還可在管路關鍵部位加裝阻尼耗能器抑制其管路顫震。
(2) 消除流體渦漩和脈動噪聲:管路中流體除受水泵葉輪直接擾動外,當其流經節流或降壓閥門、止回閥、彎頭或其它管路附件時,都會產生液體脈動和渦流噪聲。管路中閥門突然關閉時還會產生俗稱“水錘”的液力沖擊。要降低管路系統噪聲,首先應在管路設計、安裝工作中合理控制管內液體流速,盡可能使其平順、通暢,減少不必要的急劇變向和截面突變,其次應盡可能選用優質低噪聲閥門;另外還為此專門研究開發了液體消聲器和水錘抑制器,可有效地降低流體管路內的脈動噪聲,對生活用水管路和水龍頭經常出現的共振以及水錘沖擊噪聲也有較好抑制作用。
(3) 水箱的補水噪聲控制:水箱補水系統中使用的浮球閥常引發顯著的噴射噪聲和渦流噪聲,并經剛性聯接的閥門、管路等逆向傳播固體噪聲。通過采取加裝橡膠軟接頭、用優質電磁閥套件取代浮球閥、水箱隔振以及加裝散水噴注消聲器等措施,通？梢匀〉煤芎玫慕翟胄Ч。
(4) 水泵機房的吸聲、隔聲:根據建筑結構和現場情況,有時需要對泵房內壁進行吸聲處理(以減弱房間內的混響反射和低頻駐波) 。設備間門、窗等也應根據實際情況更換或改造成隔聲門窗。
2. 2 空調機組
空調機組的消聲降噪是一項既簡單又復雜的系統工程。常見問題是前期設計、施工中對此重視不夠,或在工程招投標過程中過分壓價而偷工減料,由此導致失敗、返工的例子不勝枚舉。我們提倡在通風空調工程設計階段,就由專業單位落實噪聲振動控制措施,同步完成達標設計;努力避免盲目訂貨和不合理的招投標操作。在工程細節上應注意以下方面。
2. 2. 1 消聲設計要充分、合理
消聲器是空調通風工程中應用最廣泛的、在使氣流順利通過的同時有效降低噪聲的降噪設備。常見的消聲器有阻性消聲器、阻抗復合消聲器、微穿孔板消聲器等。在通風空調工程消聲設計中要注意充分、靈活利用消聲靜壓箱、消聲彎頭和消聲器的有機組合與合理布局,并要特別關注中低頻段的實際消聲效果和對氣流再生噪聲及阻力損失的合理控制。
2. 2. 2 機組隔振處理
首先應確？照{機組內部風機隔振有效(包括風機底座隔振器的選用和出風口軟聯接的合理、規范) ;必要時可在空調機組底座下加裝隔振器進行二次隔振。
2. 2. 3 管路隔聲隔振處理
空調通風管路既是空氣聲泄漏的途徑也是傳播固體聲的橋梁,應根據實際工程需要強化局部管路的隔聲與隔振處理,阻斷“聲橋”與“振橋”。管路穿過樓板或墻體處也應進行規范的隔聲隔振處理。
2. 3 冷卻塔和風冷熱泵機組
冷卻塔和風冷熱泵機組通常布置在建筑物外頂部,是現代建筑中另一類典型的噪聲振動污染源,不僅直接影響外部環境,同時也對建筑物本體構成固體噪聲干擾。
其中對建筑物內部噪聲振動的防護措施相對簡單,主要包括冷卻塔體和風冷熱泵機組的基礎隔振以及聯接管路隔振等措施,與泵房隔振基本類似。而對外部環境的空氣聲控制,要考慮的技術因素就要復雜得多。具體分析如下:
常規冷卻塔和風冷熱泵機組的主要噪聲是低中頻為主的循環風機通風噪聲,其中又包括氣流產生的空氣動力性噪聲和驅動機構產生的機械噪聲。因其發聲位置較高且低頻噪聲穿透、繞射能力強,傳播范圍遠,而對周圍環境的影響最為突出。由于冷卻塔和風冷熱泵機組所用軸流風機壓頭極低,其風量和整體散熱效果對消聲系統的阻力損失極為敏感,故此類冷卻塔降噪治理的難點就在于寬頻帶、高量值的消聲要求與冷卻塔自身通風散熱性能之間的尖銳矛盾;其噪聲治理必須兼顧熱工性能、結構工藝、日常維修、改造費用等一系列相關因素。通常,在這樣“處處摯肘”條件下的“后發制人”的改造難度和工程費用都是相當大的! 因此應盡可能在工程前期統籌考慮,減少勞民傷財的損失。
對于冷卻塔和風冷熱泵機組,通？赡懿扇〉脑肼曋卫泶胧┌ㄝ^為簡易的屏障隔聲和較為全面的整體通風消聲。有時還輔之淋水消聲和風機降速處理。
當冷卻塔或風冷熱泵機組相對于敏感點處于較高位置、對側沒有高大反射建筑物、所需降噪量不是很高時,采用隔聲屏障降噪無疑是最為經濟、適用的噪聲治理對策。但要特別注意聲屏障設置高度的合理性及抗風荷載強度、剛度,及其采光影響問題。
當冷卻塔或風冷熱泵機組相對于敏感點的位置和降噪量需求不滿足上述前提條件時,只好采用整體(或局部) 隔聲加消聲的噪聲治理對策。進風、排風消聲是降低冷卻塔和風冷熱泵機組風系統噪聲(包括淋水噪聲) 的最為直接、有效的技術手段,而且有時是該類環境噪聲治理中必須采取的關鍵技術措施,可以獲得足夠好的消聲降噪效果。不僅在小型機組的噪聲治理工程中經常采用,國外很多電站的大型雙曲線冷卻塔也花費巨資直接在塔底進風口外周加裝片式進風消聲器。但由于冷卻塔和風冷熱泵機組所用軸流風機壓頭較低,其風量和整體散熱效果對消聲系統的阻力損失極為敏感! 要盡可能減少對原系統的熱工性能影響,就必須盡可能減少對軸流通風機系統的進排風阻力損失;為減少系統風阻,就需要盡可能降低消聲器中的氣流速度,進風消聲器就要具有足夠大的進風通流截面積,其外形體積也就相應增大;成本也不可能太低。因此通常要在消聲降噪的必要性、熱工性能影響以及工程費用等方面作認真的綜合比較和權衡。其隔聲、消聲結構的設置位置和體形,不僅要滿足上述聲學和熱工性能需求,同時還更要考慮其結構抗風荷載的強度和穩定性！
2. 4 屋頂排風機
許多高層建筑大量采用離心式屋頂排風機作為衛生間和廚房的輔助排風系統,在風機運轉過程中產生較強的噪聲與振動,對其頂層公寓的室內(外)環境產生明顯影響。為此需要采用消聲器和隔聲罩、隔振器等對其進行行之有效的消聲降噪治理！
2. 5 變配電設備
隨著城鎮建設的急速發展和用電量逐年增加,大量中小型的變壓器(變電站) 安置在建筑物內或建筑物附近,因此變壓器噪聲振動的環境影響越來越顯著。變壓器分為干式和濕式,其噪聲主要由兩部分構成:變壓器本體硅鋼片鐵芯磁致伸縮振動引起的電磁噪聲和其輔助冷卻系統產生的機械和空氣動力性噪聲。
治理變壓器固體噪聲時,通常在機組底部和基礎間加裝隔振器或隔振墊,應注意這時聯接電纜(匯流排) 也應更換為柔性編織線排。治理變壓器空氣聲影響時通常安裝通風消聲器或隔聲屏障,但要特別注意其針對100 Hz 低頻噪聲的實際有效降噪量。
有時大型配電柜內交流接觸器在吸合時也會產生一定噪聲振動,可對配電柜進行底腳隔振消除固體聲傳導影響。另一細微但又常見的噪聲問題是日光燈電感振流器,常因鐵芯松動或浸漆不良產生噪聲振動,原理與大變壓器相同,可通過二次浸漆或局部隔振甚至更換電子振流器解決。
2. 6 電梯噪聲振動
目前普遍使用的電梯特別是高層建筑使用的高速電梯,因隔振處理不良引發的“固體噪聲”傳導最為突出,針對這一情況應對電梯牽引傳動主機、主鋼梁甚至井道導軌采取良好的減振措施。還應檢查電梯井道頂部機房內其它機構懸架的支撐節點和配電控制柜,必要時也應因地制宜地進行隔振改造。
2. 7 城市軌道交通對建筑物的環境影響
地鐵和輕軌鐵路等軌道交通作為城市基礎設施建設的熱點,在近年來得到高速發展,其輪軌振動和地上部分噪聲對沿線建筑物的影響也日益突出。為減少這一影響,我國已開始在城市軌道交通經過敏感建筑物的地段采用專用橡膠或金屬彈簧隔振器對軌道或建筑結構進行隔振處理,在北京地鐵復八線、城市鐵路和上海明珠線等項目中的關鍵地段建造各類隔聲屏障,既取得了較好效果,也暴露了一些問題,有待全社會進一步的關注與配合。
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