3組合聲屏障在風冷式冷水機噪聲治理中的結構設計及降噪性能研究王秋珍( 湖北第二師范學院 物理與機電工程學院 ， 武漢 430205 )摘   要 : 通 風 散 熱 與 壓 縮 機 及 風 機 噪 聲 是 風 冷 式 冷 水 機 工 作 中 的 共 生 問 題 。 降 噪 百 葉 窗 + 隔 聲屏 + T 形圓弧頂組合的聲屏障可以滿足在風冷式冷水機通風要求的 同 時 對 冷 水 機 的 壓 縮 機 和風扇噪聲有顯著降噪作用 。 利 用 聲 學 仿 真 軟 件 CadnaA 對 降 噪 效 果 進 行 仿 真 模 擬 ， 并 和 實 際建造的組合聲屏障的降噪效果進行了對比 。 結果顯示 ， 兩者數據高度契合 ， 組合聲屏障在風 冷式冷水機的噪聲治理中具有良好的降噪效果 。
關 鍵 詞 : 聲 屏 障 ; 噪 音 ; 通 風 ; 模 擬中圖分類號 : TB65 文獻標識碼 : A      文章編號 : 1674-344X ( 2017 ) 8-0016-051   引言國務院 《 中國制造 2025 》 規劃 ， 部 署 全 面 推 進 制造強國戰略 ， 鼓 勵 和 促 進 制 造 業 的 產 品 創 新 和 質量提 升 。 在 這 股 產 品 創 新 和 提 升 的 智 造 大 潮 中 ， 工業冷水機在電子 、 化工 、 冶金 、 建材 、 建筑 、 機 械 、 制藥 、 食品等各行業得到了快速應用 。 伴隨而生的是工業冷水機在使用中所產生的噪聲污染越 來越嚴重 ， 不僅 影 響 著 冷 水 機 使 用 單 位 職 工 的 身 心健康和工作效 率 ， 也 給 周 邊 居 民 的 生 活 環 境 帶 來了嚴重的噪聲干擾 。 根據國家一系列的環保標 準 ( 如 《 聲環境質量標準 》、《 工業 企 業 廠 界 環 境 噪 聲排放標 準 》、《 工 業 企 業 噪 聲 控 制 設 計 規 范 》、 《 工業企業職工聽力保護 規 范 》 ) 的 要 求 以 及 環 保 主管部門的督促 ， 很 多 單 位 開 始 重 視 對 工 業 冷 水 機的噪聲治理工作 。

工業冷水機按其在制冷過程中產生的熱量排 放方式 ( 冷凝器的型式 ) ， 可 分 為 風 冷 式 和 水 冷 式 兩大類 。 但無 論 是 風 冷 還 是 水 冷 ， 冷 水 機 所 產 生 的冷量都是以冷凍水形式提供的 ， 都稱為冷水機 。 相較于水冷式冷水機 ， 風冷式冷水機有以下優點 :( 1 ) 安裝方便 : 機組自 帶 冷 凝 風 扇 ， 無 需 外 接 冷 卻 塔 、 冷卻 水 泵 ;( 2 ) 節 約 水 資 源 ;( 3 ) 節 省 用 地 面 積 ;( 4 ) 供冷效果穩定 ( 水 冷 式 會 因 水 垢 影 響 供 冷 效果 ) 。 風冷式冷 水 機 無 論 是 在 使 用 行 業 或 使 用 數量上都比水冷式冷水機要廣泛得多 。 在噪聲治 理上 ， 風冷式冷 水 機 存 在 風 扇 進 風 冷 卻 散 熱 和 工 作噪聲問題以及 壓 縮 機 工 作 噪 聲 問 題 ， 而 水 冷 式 冷水機只存在壓 縮 機 工 作 噪 聲 問 題 ， 風 冷 式 冷 水 機的噪聲治理比水冷式冷水機的噪聲治理的難度 大很多 ， 因此 ， 本文單就風冷式冷水機的噪聲治理 問題進行論述 。
2   風冷式冷水機在噪聲治理中的特殊性 如圖 1 所示 : 風冷式冷水機 ， 主要由制冷劑 循環 、 水 循 環 、 電 器 自 控 三 個 相 互 聯 系 的 系 統 組 成 。 其制冷劑循環系 統 是 : 蒸 發 器 8 中 的 液 態 制 冷 劑 吸收回水 12 中的熱量并開始蒸發 ， 使制冷劑與 水 之間形成一定的 溫 度 差 ， 液 態 制 冷 劑 完 全 蒸 發 變 為氣態后被壓縮 機 1 吸 入 并 壓 縮 ( 壓 力 和 溫 度 增 加 ) ， 將常溫的水通過壓縮機制冷到一 定 的 溫 度 ， 冷凝器 4 吸收熱量 ， 凝結成液體 ， 散熱風扇 5 將 冷收稿日期 : 2017 － 07 － 02作者簡介 : 王秋珍 ( 1963 － ) ， 女 ， 湖北武漢人 ， 教授 ， 研究方向為機械設計和機電一體化 。
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凝器交換出的熱量向空中擴散 。 通過干燥過濾器 6 和膨脹閥 ( 或毛細管 ) 7 節 流 后 變 成 低 溫 低 壓 制 冷劑進入 蒸 發 器 8 ， 完 成 制 冷 劑 循 環 過 程 。 其 水 循 環 系 統 是 : 水 泵 9 負 責 將 水 從 蒸 發 器 8 的 水 箱 中抽出泵到用戶 需 冷 卻 的 設 備 ， 冷 凍 水 將 熱 量 帶 走后溫度升 高 ， 再 回 到 冷 凍 水 箱 中 。 電 器 自 控 系 統 : 包 括 電 源 部 分 和 自 動 控 制 部 分 。 電 源 部 分 是 通過接觸 器 ， 對 壓 縮 機 、 風 扇 、 水 泵 等 供 應 電 源 。 自動 控 制 部 分 包 括 溫 控 器 、 壓 力 保 護 、 延 時 器 、 繼 電器 、 過載保護 等 相 互 組 合 達 到 根 椐 水 溫 自 動 啟 停 ， 保護等功能 。
3   組合聲屏障的設計3． 1   降噪百葉窗的結構 :風冷式冷水機的噪聲治理首先要考慮的是降噪消聲必須要 保 證 散 熱 風 機 的 進 風 和 出 風 散 熱 。 所以 ， 需 要 使 用 消 聲 百 葉 窗 ， 一 種 允 許 氣 流 通 過 ， 又能消除噪聲的 窗 式 結 構 ， 百 葉 條 上 部 是 防 雨 不 銹鋼 板 ， 中 間 是 超 細 玻 璃 棉 ， 下 部 是 小 孔 鋼 板 網 。 其基本結構有四種形式 ， 如圖 2 所示 :圖 1   風冷式冷水機原理圖由上述風冷式冷水機的工作原理可知 : 要治 理風冷式冷水機 在 工 作 中 所 產 生 的 噪 聲 ， 首 先 是 要 對 壓 縮 機 、 電 機 、 風 機 在 運 行 中 的 噪 聲 進 行 屏 蔽 ， 同時 ， 要考慮冷凝器散熱時風機所必須的風速 風量 ， 還須考慮 冷 凝 器 散 熱 時 風 機 的 抽 風 面 積 及 對應平面 、 風 機 出 風 面 積 及 對 應 平 面 。 風 冷 式 冷 水機的噪聲治理 ， 既不能對其全屏蔽全封閉 ， 也不 能對屏蔽面積無 限 擴 張 ， 增 大 用 地 面 積 和 治 理 費 用 。 所以需設計出一種兼顧上述兩種要求的特殊 方案 ， 達到優化噪聲治理的效果 。
圖 2   消聲百葉窗的四種結構形式在選用消聲百葉窗的結構形式時 ， 還要考慮 風冷式冷水機的噪聲發源處的聲源震動倍頻帶的中心頻率 。 根據華東建筑設計研究院的計育根等 實際測量 ， 風冷式冷水機 ( 或 風 冷 式 熱 泵 ) 的 噪 聲 最大值出現在風 機 的 進 風 口 和 出 風 口 ， 其 聲 源 震 動倍頻帶的 中 心 頻 率 范 圍 是 125 － 2000Hz ， 極 值［ 1 ］究院的計育根等實際測量美國約克幾種風冷式冷 水機噪聲發源處的聲源震動倍頻帶的中心頻率曲線圖 。

圖 3   風冷式冷水機噪聲中心頻率曲線在確定了聲源震動倍頻帶的中心頻率范圍· 1 7 ·范圍在 1000Hz 左右 。 圖 3 是 華 東 建 筑 設 計 研-----------------------------------------------------Page 2-----------------------------------------------------
后須 根 據 表 1 及 表 2 選 擇 消 聲 百 葉 窗 的 結 構 形式 。
表 1   消聲百葉窗消聲量 ( dB )形式              倍頻帶中心頻率 ( Hz )63    125   250 500 1000 2000 4000 8000小橢圓     7     8     5     4     8     9     9    8 大橢圓     7     8     5    7． 5    11    14    14   10 月牙形     14    11    5     8    14    10    10   17 折板式     15    11    7     8    15    11    11   17通風凈面積按外框 尺 寸 30 － 50% 計 算 ， 通 過 消聲百葉窗凈面積的風速以小于 4m / s 為宜 。
表 2   消聲百葉窗規格表形式     W                600 － 12000小橢圓    H     620    820    1020    1220    1420    1620    1820片數     2     3     4     5     6     7     8大橢圓    H     800    1050    1300    1550    1800片數     2     3     4     5     6月牙形    H     620    820    1020    1220    1420    1620    1820片數     2     3     4     5     6     7     8折板式    H     630    830    1030    1230    1430    1630    1830片數     2     3     4     5     6     7     8消 聲 百 葉 窗 氣 流 阻 力 小 ， 消 聲 量 大 ， 外 形 美 觀 ， 通過合理設置衰減噪聲的輻射 ， 葉片下側設置 的微孔活塞式吸聲共振體吸收噪聲 。 每平方米適3 33． 2   隔聲屏的結構考慮到風冷式冷水機在使用過程中會有檢修維護或撤裝的方 便 ， 隔 聲 屏 采 用 圖 4 所 示 凹 凸 止 口形 狀 ， 便 于 現 場 安 裝 。 圖 5 表 述 了 隔 聲 屏 的 隔 聲材料構成 : 迎 聲 面 是 1mm 的 不 銹 鋼 板 網 ， 穿 孔 率不 得 低 于 20% ， 接 著 是 50mm 厚 的 巖 棉 板 ， 中 間 100mm 厚 的 離 心 玻 璃 棉 ， 玻 璃 棉 后 是 隔 聲 氈 ， 最外面是 1mm 厚 的 彩 板 或 不 銹 鋼 板 做 成 的 防 雨 板 。 噪聲穿透不銹鋼板網 ， 阻止了噪聲波的反射 ， 噪聲波進入巖棉 板 后 反 復 震 蕩 ， 聲 能 大 部 被 消 耗 掉 ， 少量高頻噪聲進入離心玻璃棉內 ， 被進一步的 消耗 。 經 過 隔 聲 氈 和 防 雨 板 的 阻 隔 ， 噪 聲 被 降 下來 。
3． 3   T 形圓弧頂的結構針對風冷式 冷 水 機 的 特 殊 性 ， 結 合 國 外 當 前 的設計范例 ， 即 通 過 改 善 聲 屏 障 幾 何 形 狀 及 吸 聲 性能 ， 特別是在 豎 直 障 板 頂 端 加 上 一 些 簡 單 幾 何 結構 ， 在不增加 聲 屏 障 高 度 的 情 況 下 顯 著 提 高 聲屏障的降噪隔聲性能 ［ 2 ］   。 T 形圓弧形頂部結 構 具· 1 8 ·圖 4   隔聲屏外形結構圖 5   隔聲屏剖面結構有環境協調 ， 外觀美觀 ， 制造 、 安裝 、 維修方便等特 點 。 圓弧形頂部結構剖面如圖 6 所示 。
圖 6   防繞射 T 形圓弧頂結構T 形防繞射聲 屏 障 頂 部 結 構 的 設 計 ， 使 噪 聲-----------------------------------------------------Page 3-----------------------------------------------------
傳播中難處理的噪聲繞射問題得到解決 。 此結構 采用了吸聲材料 形 成 空 腔 ， 可 以 最 大 程 度 的 阻 隔 和吸收通過頂部繞射的噪聲 。 該結構由鋼框架形 成的空腔填入離心玻璃棉 ， 底部由穿孔不銹鋼板 ， 頂端由吸聲材料和防雨板等構成 。 框架形成三個［ 3 ］結構最大的特 點 是 采 用 漸 變 截 面 空 腔 結 構 形 式 ， 吸聲頻帶變寬 ; 由于有較深的空腔 ， 吸聲頻帶向低 頻移動 ， 從而 提 高 聲 屏 障 的 降 噪 效 果 。 大 大 降 低 隔 聲 屏 障 的 高 度 ， 節 約 了 建 設 成 本 ， 提 高 了 降 噪 效果 。
4 組合式隔聲屏的應用降噪百葉窗 + 隔聲屏 + T 形 圓 弧 頂 的 組 合 聲 屏障在理論上是 可 行 的 ， 在 實 際 應 用 中 的 狀 況 如 何呢 ? 某非紡織布公司按照 “ 降噪百葉 窗 + 隔 聲 屏 + T 形圓弧頂 ” 的組合方式 ， 對風冷 式 冷 水 機 噪 聲進 行 了 治 理 。 治 理 前 現 場 實 測 數 據 如 圖 7 所示 。

圖 9 :圖 9   降噪百葉窗 + 隔聲屏 + T 形圓弧頂組合隔聲屏 即底部是百葉為半月形的百葉窗 ， 中部是巖 棉板和離心玻璃棉 等 組 成 的 隔 聲 板 ， 頂 部 是 T 形 圓弧頂組合 成 的 隔 聲 屏 。 因 一 邊 靠 近 廠 房 ， 故 未 設置隔聲屏 。
5   聲學 仿 真 軟 件 CadnaA 對 組 合 式 隔 聲 屏 的 模擬數據針對該公司風冷式冷水機的降噪百葉窗 + 隔 聲屏 + T 形 圓 弧 頂 組 合 的 聲 屏 障 設 計 ， 應 用 聲 學 仿真軟件 CadnaA 進 行 計 算 機 數 據 仿 真 模 擬 ， 得 出以下視圖 ( 圖 11 ) :圖 7   冷水機噪聲實測數據10   隔 聲 屏 高 度 為 4 ． 2 米 。 噪 聲 源 高 度 為 2 ． 3 米 ，高度為 2 米平面噪音預測圖據 《 工業企業廠界 噪 聲 排 放 標 準 》 ( GB12348 － 2008 ) 規定 : 工業企業廠界環境噪聲應執行 3 類 聲功 能 區 排 放 標 準 ， 晝 間 ( 6 : 00 ～ 22 : 00 ) : 65dB ( A ) ; 夜間 ( 22 : 00 ～ 6 : 00 ) : 55dB ( A ) 。
表 3   工業企業廠界環境噪聲排放限值單位 : dB ( A )邊界處聲環境功能區類型時段晝間            夜間圖 8   隔音墻下部百葉窗 ( 半月形 ) 示意圖現場數據表 明 ， 兩 臺 風 冷 式 冷 水 機 壓 縮 機 噪 聲分別為 74dB ( A ) 和 79dB ( A ) ， 風機的噪聲是 81 dB ( A ) 和 85dB ( A ) ， 結合部是 87dB ( A ) 。 冷 水 機 高度是 2 ． 35 米 。 治 理 噪 聲 的 聲 屏 障 具 體 結 構 如0              50            40 1              55            45 2              60            50 3              65            55 4              70            55根據聲學仿 真 軟 件 CadnaA 對 組 合 式 隔 聲 屏 的模擬數據 ， 降 噪 百 葉 窗 + 隔 聲 屏 + T 形 圓 弧 頂· 1 9 ·截面積 變 化 的 空 腔 ， ． 空 腔 間 相 互 隔 開 。 這 種
組合的聲屏障在設計上是可行的 。 6 組合式隔聲屏的現場實測數據該公司風冷式冷水機的降噪百葉窗 + 隔聲屏+ T 形圓弧 頂 組 合 的 聲 屏 障 建 成 使 用 一 星 期 后 ， 對治理效 果 進 行 了 檢 測 ， 根 據 《 工 業 企 業 廠 界 噪 聲標準 》 ( GB12348 － 2008 ) 規定 ， 取廠界測量 點 為 廠界圍墻外 1m ， 高于圍 墻 0 ． 5m 以 上 的 位 置 進 行 檢測 ， 數據 均 與 聲 學 仿 真 軟 件 CadnaA 的 仿 真 模 擬數據高度吻合 。 7 結論風冷式冷水 機 的 噪 聲 治 理 ， 在 不 密 封 不 擴 大 隔聲面積的情況 下 ， 應 用 降 噪 百 葉 窗 + 隔 聲 屏 +百葉窗時 ， 必須計算風機通風量及風速要求 ， 合理 設 置 降 噪 百 葉 窗 通 風 面 積 ， 保 證 散 熱 風 機 通 風 需要 。