唐伟
湖南省建筑设计院有限公司 湖南长沙 410012
摘要：随着我国经济的不断发展，生活水平的提高，人们对于环境的要求也越来越高，而暖通空调系统产生的噪声是影响室内外声环境的最重要因素。本文结合长沙某商业建筑工程实例，浅析裙房屋面暖通设备降噪措施。
关键词：商业建筑裙房屋面；暖通设备；降噪
引言：随着社会的进步，人们对现代建筑物内外“声环境”提出了更高的要求，以追求宁静和谐的高质量工作及生活环境。当今具有多功能的商业建筑因业态需要均配有复杂的空调通风系统。其中，空调通风设备往往集中布置在裙房屋面上，这些暖通设备运行时均会产生较大的振动和噪声，对邻近写字楼、住宅楼区域声环境及本身使用空间室内声环境造成噪声干扰。因此，本文结合某商业建筑裙房屋面暖通设备降噪工程实例，对噪声来源、发声机理进行简要分析，探讨合理有效的控制措施。
一、噪声污染源调查分析
1、 项目概况
长沙某商业建筑项目其裙房屋面安装着2台冷却塔、8台热泵机组、6台空调水泵等设备，为商业建筑各写字楼、超市、咖啡茶座、电影院等商业业态提供冷暖空调。其中商业建筑主楼为两栋高34层、37层写字楼，商业裙房上安装设备距北侧住宅楼最近距离在52m左右，距南侧34层写字楼仅1.5m，距西侧住宅楼最近距离在27.2m左右，距东侧37层写字楼31m左右（见图 1 ）。设备运行噪声将直接影响写字楼、裙楼商业、住宅楼室内外声环境。由于暖通设备机组安装在裙房屋顶上，相对位置较低，距写字楼又很近，影响范围大，需对设备运行噪声实施综合降噪措施。
2、噪声情况及噪声源特性分析
对厂家提供资料分析，单台冷却塔运行A声级噪声为66dB、热泵机组运行A声级噪声为80dB、冷冻水泵运行A声级噪声为70dB，裙房屋顶设备全部运行时理论噪声值为89dB左右。通常对室内外声环境造成噪声干扰的主要噪声是由风机噪声、电动机噪声、设备振动产生的低频辐射噪声组成，其中：
1) 风机噪声
以空气动力性噪声为主，包括旋转噪声和湍流噪声。旋转噪声是风机叶片旋转时周期性打击空气而引起的气体压力脉动噪声；湍流噪声主要是风机叶片旋转时附着在叶片上的空气不断滑脱成旋涡而产生的噪声；
2) 机械噪声
机械噪声是内外设备出现异常噪声的主要原因，一方面设备本身工作产生振动和噪声；另一方面激发与之相连的其它零部件产生的机械振动和噪声，使之向外辐射噪声；
3) 电动机噪声
机组设备电机多使用交流电机，交流噪声也是主要噪声源；
4) 设备振动
冷却塔、热泵机组、冷水水泵等设备运行时的振动传给基础，它以弹性波的形式沿建筑结构传到毗邻房间中，并以空气空气噪声的形式被人所感受；
5) 管道振动
设备振动除了通过基础沿建筑结构传递外，还通过管道向外传递，尤其经过阀门、弯头、分支时引起的振动也会通过管道向外传
递，而管道振动对周围环境的影响主要表现为固体传声，即管道振动通过与管道相连接的结构传递出激发结构振动并辐射噪声；
3、噪声控制要求
根据长沙市环保局对该项目环评报告的批复及甲方相关要求，对商业建筑裙房屋顶暖通设备运行噪声进行降噪设计，并确定设计范围和达标要求如下：
1) 设计范围
（1）降低裙房屋顶设备运行噪声对附近区域声环境的影响；
（2）避免裙房屋顶设备运行噪声对写字楼室内声环境造成噪声干扰；
2) 达标要求及设计目标
（1）区域声环境质量：根据长沙市环境保护局关于该项目环评报告的批复文件得知，该区域声环境质量应达到GB3096-2008《声环境质量标准》、GB12348-2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》中的2类功能区标准（即：昼间≤60dB、夜间≤55dB）。由于该区域距交通干线较近，区域声环境（背景噪声）受交通噪声影响较大。在本区域声环境质量满足国标2 类功能区标准的前提下，确定裙房屋顶暖通设备运行噪声传至建筑物窗外1m处昼间噪声为 57dB，夜间噪声为 47dB；
（2）写字楼室内背景噪声：对收集资料分析，设备安装位置距34F写字楼仅1.5m，甲方要求设备正常运行时，其运行噪声不能对34F写字楼室内背景噪声造成噪声干扰。就本项目写字楼定位要求，根据国标 GB50118-2010《民用建筑隔声设计规范》中办公建筑室内允许噪声级规范，确定写字楼在关窗、关空调的前提下室内背景噪声宜不高于35dB，应不高于 40dB；
4、设备运行噪声污染分析
对厂家提供产品设备资料、现场勘查情况及预判分析，设备运行噪声会干扰邻近写字楼、住宅楼区域声环境，影响该区域声环境质量的噪声源主要为8台热泵机组运行噪声。为了解裙房屋顶设备运行噪声对写字楼、住宅楼区域声环境的干扰程度，在不考虑交通噪声对写字楼、住宅楼区域声环境质量影响的情况下，利用噪声预测软件对设备运行噪声进行预测评估：
1) 模型的建立
为最大程度的反映裙楼屋顶设备运行噪声对写字楼、住宅楼区域声环境的干扰程度，根据该区域建筑平面资料，进行三维建模，呈现真实的相对关系，见图2；
2) 设置声源
根据甲方提供设备运行噪声数据、安装位置、设备相关参数，假设热泵机组、冷却塔安装在200mm高地梁上，热泵机组发声处距楼板设置高度为2.4m；冷却塔发声处距楼板设置高度为4.0m，详见图3；
3) 设置接收点
模型内共布置了30个接收点，其中写字楼各设置5个接收点、住宅楼各设置4个接收点，接收点距地面高度、位置图/透视效果见图3、见表1；
4)预测模拟结果见下表1所示；
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续表1 各测点预测模拟结果及超标情况
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5) 结论
（1）由以上预测模拟结果得知，裙房屋顶设备满载运行时，该区域昼间声环境质量超标 21dB；夜间声环境质量超标 31dB；
（2）受裙房屋顶设备运行噪声干扰最大的建筑物是34F 写字楼（昼间超标 21.0dB；夜间超标 31dB）；其次是 37F 写字楼（昼间超标 8.0dB；夜间超标18.0dB）；第三是 5#住宅楼（昼间超标 2.8dB；夜间超标 12.8dB）；第四是 1#住宅楼（昼间超标2.5dB；夜间超标 12.5dB）；第五是 4#住宅楼（昼间超标 1.7dB；夜间超标 11.7dB）；第六是 2#住宅楼（昼间超标 0.3dB；夜间超标 10.3dB）；第七是3#住宅楼（昼间达标；夜间超标 9.7dB）；
（3）经上述所述，应在设备安装位置南侧设置不低于31.0dB 的降噪措施；在东侧设置不低于 18.0dB 的降噪措施；在西侧设置不低于12.5dB的降噪措施；在北侧设置不低于 12.0dB 的降噪措施。
二、降噪设计方案
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4）吸声降噪
利用吸声处理在噪声传播途径中进行吸声降噪是一种传统常用而有效的降噪方法。当声源发出的声音遇到障碍物时，将发生声反射现象。声波在传播过程中遇到各种材料时，都会发生一部分声能被反射，一部分声能向材料内部传播并被吸收，一部分声能透过材料在向外传播。
在噪声源周围设置的隔声围护结构内侧壁面上做必要的吸声处理，不但可有效加强隔声围护结构的隔声量，而且可降低混响声能：
5）阻尼减振降噪
在隔声围护结构的背板上涂刷特殊配比的阻尼材料能有效增加隔声结构的内阻尼，使隔声构件的动能转化为热能，从而减少构件的振动，提高构件的隔声量。因而阻尼减振对提高隔声构件尤其是薄板隔声结构的隔声量有明显的作用，特别是低频共振时的隔声量。
6）声屏障隔声原理
（1）声屏障降噪效果说明
声波遇到屏障发生的绕射现象会减弱声屏障的隔声作用，而绕射能力与声波的频率有关，所以声屏障的降噪效果与声波的频率即波长的关系很大。声屏障对于波长短、不易绕射的高频波的屏蔽作用十分显著，可以在屏障后面形成很长的声影区；而对于波长、具有很强绕射能力的低频波的屏蔽作用则十分有限。当然，也可以通过加高屏障的办法来削弱绕射声波对写字楼声环境的影响。由于声屏障对高频声波产生明显有效的屏蔽作用，而冷却塔运行噪声频谱是以中低频噪声为主的连续谱噪声，没有突出的噪声峰值，所以采用复合式声屏障阻断并
吸收冷却塔“噪声源”到达受声点“写字楼”的直达声波，可以取得较好的降噪效果。复合式声屏障的降噪效果以声影区中紧挨屏障的局部区域为最好，然而,声影区以外的降噪声级则由于中低频绕射声波的到达而有所反弹。由于冷却塔运行噪声是以中低频噪声为主的连续谱噪声，所以其降噪效果会有一定的折扣。这样，对于写字楼声环境要求来说，为取得满意的降噪效果，在不影响设备通风散热的前提下，应通过加大屏障高度调节。
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N—菲涅耳数；λ—声波波长，m；
d—声源与受声点间的直线距离，m；
A—声源至声屏障顶端的距离，m；
B—受声点至声屏障顶端的距离，m；
从上述叙述及上式中得知；声屏障的绕射损失完全取决于菲涅尔指数N，即取决于声源和受声点（即:住宅）之间的声程差，声程差A+B-d越大，λ声波波长越小（即：频率越高）则声屏障的绕射损失越大，也就是说声屏障的效果越好。
7）消声
消声是控制空气动力性噪声伴随着气流往外传播的有效设备。在空气动力设备的气流通道上或进排气口上加装消声设备，就可以降低其噪声污染。消声设备是一种既能允许气流顺利通过，又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置。值得指出的是，消声装置只能用来降低空气动力设备的进排气口或沿管道传播的噪声，而不能降低空气动力设备的机壳、管壁、电机等辐射的噪声。不是所有的噪声源装上消声设备就能降低其噪声，消声设备是针对空气动力性噪声而设计的，就本项目所需消声设备具备以下要求：
（1） 声学性能：具有较好的消声特性，即消声设备在一定的气流、温度、湿度、压力等工作环境下，在所要求的频率范围内，有足够大的消声量或在较宽的频率范围内，有满足需要的消声量；
（2）空气动力性能：消声设备对气流的阻力较小，阻力系数较低，即安装消声设备后所增加的压力损失或功率损耗控制在允许范围以内。气流通过消声设备时所产生的气流再生噪声较低，消声设备不影响空气动力设备的正常运行；
（3）结构性能：材质坚固耐用，满足“三耐”要求，即耐高温、耐腐蚀、耐潮湿；
（4）外形及装饰效果：消声设备外形大方美观，体积和外形满足设备总体布局要求；
2、设计标准
1) GB3096-2008《声环境质量标准》；
2) GB50016—2006《建筑设计防火规范》；
3) GB22337-2008 《社会生活环境噪声排放标准》；
4) GB10070-88《城市区域环境振动标准》；
5) GB50118-2010《民用建筑隔声设计规范》；
3、设计原则
1) 有效地降低噪声的影响强度；
2) 降噪治理方案实施后不影响设备正常运行，检修维护等要求；
3) 符合相关行业安全和消防相关规范；
4) 降噪设施具有较长的使用寿命，具有防火、防腐等特性；
5) 满足国家环保政策，符合可持续发展要求；
6) 在满足上述原则的基础上，尽量降低治理成本；
4、 技术分析
1) 通风散热：为了在噪声控制时不影响热泵机组、冷却塔设备的制冷性能及散热要求，本工程把机组进风和排风隔离成两个相对封闭的进、排风空间。根据对热泵机组、冷却塔等设备实测得到的噪声分配系数，计算出热泵机组、冷却塔在进风和排风方向的等效声源S进和S排。同时，在进风方向还须加入冷冻水泵噪声。这样就可以根据进风和排风方向分别进行消声设备的选型配置；
2) 围护结构：为了避免设备运行噪声对34F写字楼室内声环境造成噪声干扰，在该侧设置复合式吸/隔声处理措施，并预留800mm宽维修通道，以方便后期维修使用；
5、降噪措施
由以往工程经验，在声源处实施降噪措施是获得良好降噪效果的最佳措施。同时，在声源处实施降噪措施可有效地降低辐射噪声，而且有利于节约投资、降低造价。根据噪声源（冷却塔、热泵机组、水泵等设备）的运行噪声级、频率特性、噪声预测模拟数据计算所需降噪量，从而采取隔声、吸声、消声、阻尼、的综合治理措施。具体实施要点如下：
1) 排风消声：裙房屋顶布置8台热泵机组、2台冷却塔、6台冷冻水泵等设备，根据热泵机组、冷却塔设备排风要求（风量、压力损失等）在出风口处加装弯头消声装置，出风口背向写字楼；弯头消声装置与热泵机组、冷却塔脱开，自成单元，便于检修；
2) 隔声：针对设备运行噪声干扰情况，对设备安装采用吸隔声构造搭建隔声棚，以满足降噪要求；
3) 进风消声：设备安装位置距南侧34 F写字楼仅1.5m，受空间及气流形式的影响不宜设置进风消声通道，减少了通风面积、增大设计难度。为满足设备通风散热要求应在隔声棚东侧下部及女儿墙体围墙一侧或下部设置进风通道或进风消声通道；
4) 检修：为便于后期使用及检修需要，在隔声棚东侧吸/隔声构造墙体上设置了声闸式检修隔声门构造；针对热泵机组在设备距34F写字楼间距较小的情况下，预留不少于800mm宽度的进风及检修通道；
5) 设计方案说明
受现场条件影响，综合考虑该项目造价、降噪措施外形美观度等因素，提出采用工艺产品降噪设计方案，根据降噪要求，在车间加工成降噪模板后，运至现场施工拼装。该方案优点：现场施工周期短、外形美观度高、可重复利用（拆卸式拼装）、使用寿命长；
6、工艺产品降噪设计方案示意图
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三、治理效果预测
在遵循上述采用的标准及资料的基础上，综合考虑冷却塔、热泵机组、冷水水泵等设备与写字楼之间相对关系、该区域所在声环境功能区等方面的因素，通过吸声、隔声、阻尼、隔振等降噪措施的实施，对降噪治理后的效果进行预测，在采取工艺产品降噪设计方案在不考虑附近交通噪声对本区域声环境噪声污染的情况下，可满足写字楼、住宅楼区域室外声环境设计要求（昼间≤57dB；夜间≤47dB）；可满足34F写字楼室内声环境设计要求（宜不高于35dB，应不高于40dB）。
四、结束语
综上所述,随着社会的进步，现代建筑的舒适度受到人们的高度重视，民用建筑噪声污染源控制对策，应在设计中具体问题具体分析，根据各类不同噪声源特性，针对性的采用综合技术手段，系统、专业、匹配、完善对噪声进行控制，为人们创造舒适、健康的室内外声环境。
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