地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)消聲降噪設(shè)備的分析與選擇
摘 要：在對地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)噪聲的特征和產(chǎn)生原因進行研究分析的基礎(chǔ)上，對地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)消聲降噪設(shè)備的選擇做簡要分析。
關(guān)鍵詞：地鐵通風(fēng)；噪聲控制
1 引言
隨著地鐵大規(guī)模的建設(shè)和投入使用，地鐵運營時所產(chǎn)生的噪聲也給人們的生活帶來了一定影響。地鐵的噪聲主要來自兩個方面：一是地鐵列車的運行噪聲，二是地鐵環(huán)控通風(fēng)設(shè)備的噪聲。本文主要針對地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)，對其噪聲的產(chǎn)生以及控制進行分析和研究。
2 環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)噪聲的產(chǎn)生與特性分析
地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)一般是由隧道通風(fēng)系統(tǒng)、車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)以及空調(diào)水系統(tǒng)構(gòu)成的，系統(tǒng)功能主要是通過各種不同類型的風(fēng)機、空調(diào)機組、冷水機組、水泵、冷卻塔等設(shè)備（圖 1）的運行來實現(xiàn)和完成，這些設(shè)備運行時產(chǎn)生的振動與噪聲就成為地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)的主要噪聲源。空調(diào)通風(fēng)設(shè)備運行產(chǎn)生的噪聲會通過不同的途徑傳播到地鐵車站公共區(qū)、設(shè)備管理用房以及地面區(qū)域從而形成噪聲污染。地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)中通風(fēng)空調(diào)設(shè)備正常運行時產(chǎn)生的噪聲主要包括機械振動噪聲、電機運轉(zhuǎn)噪聲及空氣動力性噪聲等。
(1) 通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的機械振動噪聲和電機運轉(zhuǎn)噪聲。一方面是從設(shè)備本體表面輻射，另一方面是以彈性波的形式通過基礎(chǔ)、吊架等沿結(jié)構(gòu)向外傳播。據(jù)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)顯示其噪聲值達到 80～110 dB（A），對設(shè)備機房及周邊相鄰的區(qū)域造成很大影響。《地鐵設(shè)計規(guī)范》中明確規(guī)定：“通風(fēng)與空調(diào)機房內(nèi)的噪聲不得超過 90 dB（A）；通風(fēng)、空調(diào)設(shè)備傳至各房間內(nèi)的噪聲不得超過60 dB（A）”，因此，在地鐵車站建筑平面設(shè)計及通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)布置方案中應(yīng)盡可能將產(chǎn)生噪聲的設(shè)備集中設(shè)置，設(shè)立獨立的通風(fēng)空調(diào)機房且遠離車站公共區(qū)和管理用房，同時采取相應(yīng)措施對噪聲進行控制。例如，機房墻體采用混凝土澆注結(jié)構(gòu)或采用實心磚砌筑，保證機房圍護結(jié)構(gòu)隔聲指數(shù) Ia＞50 dB（A），機房安裝隔聲量大于 30 dB（A）的密閉隔聲門，機房內(nèi)墻根據(jù)實際需要設(shè)置吸聲材料或做吸聲處理，設(shè)備與管道之間采用軟性連接，減少設(shè)備的振動通過管路向外傳播，設(shè)備與基礎(chǔ)及吊架之間配置減振彈簧或橡膠等彈性材料，有效地控制設(shè)備振動，降低噪聲（圖2）。
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(2) 空氣動力性噪聲主要是氣體流動過程中所產(chǎn)生的噪聲，它主要是由于氣體非穩(wěn)定流動，即氣流的擾動、氣體與氣體以及氣體與物體的相互作用而產(chǎn)生的噪聲。從噪聲產(chǎn)生的機理來看，它主要由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲組成。地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)的空氣動力性噪聲主要是從風(fēng)機（圖3）的進出口兩端輻射出來，并通過所連接的風(fēng)道或風(fēng)管等向內(nèi)、外擴散傳播。一方面對車站的站廳、站臺內(nèi)部區(qū)域產(chǎn)生影響，另一方面對與風(fēng)亭相鄰的地面外界環(huán)境形成噪聲污染。《地鐵設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定：“地鐵的通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備傳至站廳、站臺的噪聲不得超過 70 dB（A）；風(fēng)亭（圖4）出口的噪聲應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定”。由于隧道通風(fēng)系統(tǒng)中的隧道風(fēng)機根據(jù)系統(tǒng)功能要求在不同的工況條件下應(yīng)能夠正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)運行，另外車站站臺范圍內(nèi)軌行區(qū)的排熱風(fēng)機在列車運營期間始終保持開啟運轉(zhuǎn)，因此，上述風(fēng)機的運行所產(chǎn)生的氣流噪聲對地鐵內(nèi)外環(huán)境的影響最大，是地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)中最突出的，在消聲降噪設(shè)計中必須重點考慮解決。
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由于地鐵隧道風(fēng)機為可逆式正反轉(zhuǎn)雙向風(fēng)機，通過與風(fēng)道、風(fēng)井連接一端通向地面風(fēng)亭，一端通向區(qū)間隧道，所以在風(fēng)機前后設(shè)置消聲器是比較有效合理的消聲降噪措施和方法。另外地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中所使用的風(fēng)機基本上都是軸流通風(fēng)機，其特點是風(fēng)量大、再生噪聲高、自然衰減小，總的剩余噪聲相對較高，而且噪聲頻帶較寬，一般在63～8 000 Hz范圍內(nèi)均有較高的噪聲值。因此，在消聲設(shè)備的選擇上要有針對性和適用性，才能保證對噪聲進行有效地控制和消除。
3 消聲降噪設(shè)備的分析與選擇
根據(jù)對國內(nèi)已運營地鐵調(diào)研情況的分析總結(jié)，地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)消聲降噪設(shè)備一般分為兩類：減振設(shè)備和消聲設(shè)備。減振設(shè)備包括各種減振彈簧、隔振墊、軟接頭等，此類設(shè)備均有成熟定型產(chǎn)品可供設(shè)計配置選用。消聲設(shè)備包括各種形式的消聲器、消聲部件（如風(fēng)口、百葉）等。民用及工業(yè)建筑空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中選用的消聲器、消聲部件均有標(biāo)準(zhǔn)通用的產(chǎn)品，可根據(jù)設(shè)備樣本或標(biāo)準(zhǔn)圖集進行選配。但對于地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)來說，其消聲降噪設(shè)備特別是消聲器受各種因素的制約和影響，目前尚無定型通用的產(chǎn)品，各個生產(chǎn)制造廠家產(chǎn)品的技術(shù)性能參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)也各不相同，給設(shè)計帶來一定的難度。
消聲器是一種既允許氣流通過，同時又使氣流中的噪聲得到有效降低的消聲設(shè)備。對于消聲器的基本要求：一是聲學(xué)要求，要求具備較好的消聲頻率特性，也就是說要求在所需要的消聲頻率范圍內(nèi)有足夠大的消聲量 ；二是空氣動力性能要求，要求消聲器阻力要小；三是結(jié)構(gòu)、加工方面的要求，要求體積小，加工經(jīng)濟、簡單，使用壽命長等。目前國內(nèi)地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)中選用的消聲設(shè)備一般以消除中、低頻噪聲的阻性消聲器為主，但由于系統(tǒng)中風(fēng)機頻譜特性或系統(tǒng)噪聲的自然衰減量小等原因而造成采用阻性消聲器無法滿足設(shè)計要求時，通常也會采用阻抗復(fù)合式消聲器。
阻性消聲器是利用敷設(shè)在氣流通道內(nèi)的多孔吸聲材料（常稱阻性材料）吸收聲能、降低噪聲。阻性消聲器是各類消聲器中形式最多、應(yīng)用最廣的一種消聲器。阻性片式消聲器是阻性消聲器的一種，具有結(jié)構(gòu)簡單，中、高頻消聲性能優(yōu)良，氣流阻力較小等特點，因此，其適用范圍非常廣。地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)通常選用的是金屬外殼片式消聲器和結(jié)構(gòu)片式消聲器（圖5），前者多安裝于通風(fēng)機進出口兩端，直接與風(fēng)機前后漸擴管 / 漸縮管相連接；后者多安裝于進、排風(fēng)土建結(jié)構(gòu)風(fēng)道內(nèi)以及活塞風(fēng)道、風(fēng)井內(nèi)。同時根據(jù)地鐵工程的特殊要求，消聲片內(nèi)部應(yīng)采用不燃性吸聲材料，并符合150℃ 或250℃煙氣每小時通過的運行要求。
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通過對北京、深圳、南京、廣州、重慶、天津 6 座城市 10 個典型地鐵車站的聲學(xué)測試，以及對各城市地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)消聲降噪設(shè)計的分析研究，對目前地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)中所選阻性片式消聲器的結(jié)構(gòu)和性能歸納如下。
（1）消聲器面板一般采用厚度大于或等于0.5 mm的穿孔鍍鋅（噴塑）鋼板，以防止銹蝕，并應(yīng)保證一定的穿孔率，穿孔率大于20%，孔徑為 4～6 mm。消聲器的消聲片厚度宜與氣流通道寬度相等，即進風(fēng)面積百分比為 50%，消聲器片間的風(fēng)速一般控制在 10～12 m/s。消聲片內(nèi)填充容重為 3 2 k g / m 3 （或48 kg/m3）的超細玻璃棉（外包無堿玻璃布）。
（2）因隧道風(fēng)機為可逆轉(zhuǎn)運行，氣流雙向流動，消聲片兩端都可能是迎風(fēng)面，所以消聲片體兩端均采用尖劈型或圓弧型，以減小阻力。阻性片式消聲器的片體厚度一般為 150、200、250、300 mm，兩側(cè)壁面使用 1/2 片體厚度消聲片，氣流通道寬度為 150、200、250、300 mm，即進風(fēng)面積比為 50%，此時阻力最小。對于金屬外殼片式消聲器，消聲器的外殼由于隔聲需要采用厚度大于 1.5 mm 的優(yōu)質(zhì)鋼板，四面聯(lián)接采用密封條加密封膠密封。
由于地鐵車站復(fù)雜獨特的地下結(jié)構(gòu)決定了其與地上民用及公共建筑有很大的區(qū)別，同時地鐵特殊的系統(tǒng)功能要求也決定了地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)與常規(guī)建筑的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)有所不同，所以其消聲設(shè)計（包括系統(tǒng)消聲量的計算、消聲器形式和種類的選擇、消聲器長度的確定等）需針對系統(tǒng)的實際構(gòu)成進行全面分析，確定具體可靠的消聲降噪方案，并通過詳細的消聲降噪設(shè)計計算選配空氣動力性能、聲學(xué)性能最佳的消聲器。同時，消聲設(shè)備的選擇還應(yīng)根據(jù)防火、防腐、凈化、安裝、工程造價等各方面因素綜合考慮。
4 結(jié)束語
地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)的噪聲控制與分析涉及到聲學(xué)、空氣動力學(xué)、材料學(xué)等多個方面，是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。在消聲設(shè)計中應(yīng)注意聲源、傳聲途徑和接收者三方面的關(guān)系。因此，就需要各個方面根據(jù)地鐵系統(tǒng)的不同功能特點，分析其具體構(gòu)成及設(shè)備組成；明確產(chǎn)生噪聲的各種因素和對象；了解噪聲的傳播途徑；確定影響（控制）點的噪聲源及噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)；采用相關(guān)的計算方法和手段針對系統(tǒng)的噪聲及傳播進行預(yù)測分析。由此制定和采取相應(yīng)的技術(shù)措施和方案，選擇適用的消聲輔助設(shè)施及設(shè)備。同時，利用有效的檢測手段和計算方法對既有工程中各種噪聲產(chǎn)生的規(guī)律與噪聲控制的實際效果進行現(xiàn)場實測、模擬計算、分析研究，總結(jié)歸納以往工程中成功的經(jīng)驗及失敗的教訓(xùn)，相互借鑒交流提高，才能不斷地提出可靠準(zhǔn)確的計算分析方法和手段，研制開發(fā)出更有效的消聲降噪產(chǎn)品及設(shè)備，有針對性地設(shè)計合理可行的地鐵消聲降噪方案，以滿足地鐵內(nèi)外各種環(huán)境對噪聲的控制要求。
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