叠式超静音空调机组在上海中心大厦的应用

唐林峰 （上海市安装工程集团有限公司 ，上海 200092）

叠式超静音空调机组在上海中心大厦的应用

Application of Cascaded Quiet Air Conditioning Unit in Shanghai Tower

唐林峰 （上海市安装工程集团有限公司 ，上海 200092）

介绍了叠式超静音空调机组在上海中心大厦中的应用。通过深入介绍在超高层建筑中大规模采用无管路消声器的低噪声空调系统，对噪声的控制采取了一系列有效措施，并使对该空调系统在其他超高层建筑的应用有一定借鉴作用，认为该空调系统拓展了低噪声空调的应用领域。

噪声控制；列式消声器；叠式空气处理机组；超静音空调机组；超高层建筑

1 项目背景

上海中心大厦(Shanghai Tower)，是上海市的一座超高层地标式摩天大楼。上海中心大厦项目建筑面积为574 058 m2，建筑主体为 121 层，总高为 632 m。2008年 11 月 29 日进行主楼桩基开工，2016 年 3 月 12 日，上海中心大厦建筑总体正式全部完工。上海中心大厦作为一幢综合性超高层建筑，以办公为主，其他业态有会展、酒店、观光娱乐、商业等。大厦分为 5 大功能区，包括大众商业娱乐区域、低中高办公区域、企业会馆区域、精品酒店区域和顶部功能体验空间。

上海中心大厦办公区域面积占总营业面积约 40%，也是大厦的核心功能区。其环境噪声的控制并非采用单一A 计权噪声值[单位：dB(A)] 来控制，而是采用了室内噪声的复合曲线即 NC 曲线作为室内环境质量的一个重要指标。

2 室内噪声苛刻要求

上海中心大厦核心筒面积较大，空调机房设计面积较小，比邻公共走道，这样空调系统送、回风口的噪声将成为办公区域内噪声的主要来源。按目前的工程设计方法，对室内噪声控制主要有以下 3 种措施：①在送回风管中增加片式消声器或者消声静压箱；②在远离办公区域设置空调机房，控制噪声源传播距离；③将风量较大的空气处理机组设计成多个小风量的机组，分散放置，减小单机噪声源。但是这 3 种方法需要增加机房面积或增加 2～3 道风管消声器等特定条件。上海中心大厦建筑规划的机房面积十分有限，层高要求高，不允许安装管道消声器，因此这 3 种方法均无法实现。

上海中心大厦对办公区域噪声要求达到 NC40 以下(见图 1)。空调系统考虑层高需求，送回风管路上不考虑安装片式消声器，以提升层高，那么控制噪声唯有从空调设备本身出发，所以对空气处理机组的降噪提出了前所未有的更高要求。同时，为了满足建筑利用率，空调机房相对较小，室内回风管无法布置，只得采用吊顶回风、机组敞开回风型式。由于机房外即是办公区域和公共走道，空调机组的出风口噪声、回风口噪声以及机外噪声是降噪的关键。

3 满足技术要求的噪声解决方法

本文以标准层 10 楼西北角的空气处理机组作为研究对象，在机房条件不变的情况下采取以下方法达到降噪的目的：

(1) 采用机房敞开回风形式减少机组接管，使空气处理机组拥有更多的降噪空间。

(2) 严格控制空气处理机组噪声指标，根据声学顾问计算出机组送风口和回风口 8 倍频噪声，并严格控制机外噪声。

(3) 招标方式采用样机比测模式，进行严格的噪声实测考核，并把综合噪声的评价值写入招标的技术文件中，确保实际产品噪声值达标。

(4) 结合产品和空间尺寸采取其他辅助手段减振降噪。

上海中心大厦空调系统根据楼层面积不同，在核心筒四周每层安装 2～4 台空气处理机组，样本空气处理机组参数见表 1，噪声指标见表 2。

表 1 标准层空气处理机组性能要求

表 2 空气处理机组噪声控制指标 dB

标准层空气处理机组机房狭小，空调机房长 5.6 m、宽 3.2 m、高 4.3 m，同时风管各接口的尺寸都在设计阶段根据管线的综合排布进行确定，留给空气处理机组足够的空间。回风管接到机房入口，机房内不设回风管道，回风口对办公区域噪声影响较大，机房隔音门外就是公共走道。所以对空气箱的噪声控制就必须从机外噪声、回风口和送风口这3 个方面进行。这种以保证室内声环境噪声指标为目的做法，在噪声控制的设备上进行了简化，更有利于提高室内空间的利用率，同时对空气处理机组本身的噪声控制提出了要求。所以在空气处理机组噪声控制时围绕出风口噪声、回风口噪声和机外噪声这 3 个方面提出明确的数值要求，并写入技术规格书。

4 新机型构想

现行市场应用的空气处理机组功能段大多由直线型构成，一般包含初效过滤、中效过滤、PM2.5 过滤、加热、冷却、加湿、除湿、通风等功能，还可选配消声、杀菌、除味、施香等功能。机组长度较长，机房面积占用大。

4.1 机组结构

为了满足上海中心的噪声要求和机房尺寸，以及机房空间的要求，构想利用机房的空间高度将机组对折摆放，采用上下层叠结构，送回风口预留消声的功能段。叠式结构将风机和出风口消声段置于上层，表冷器、过滤器、回风口消声段置于下层，这样的功能段安排既便于过滤器的日常维护，又可确保表冷器的迎风面风速不会过高，保证其换热效率，还可以在有限的空间内将消声静音的功能整合，减少机组整体的漏风率。该设想提出后经设计和顾问单位的讨论认为其有可实施性，上海中心大厦超静音空气处理机组的雏形就形成了。

4.2 机组噪声控制

在整体结构和功能段确定的情况下机组噪声还取决于风机的转速与运行工况。从理论来讲，风机全压一定时，噪声与转速成正比，所以转速越低，噪声越低。在额定风量、同一型号风机的条件下，风机全压决定了风机的转速。假设机组余压不变，则机组全压取决于内部阻力。机组声源的控制从降低机组阻力和风机运行选配考虑，主要对噪声的控制采取了以下一些措施：

(1) 机组出风口的风速控制。出风口的最大风速控制在8～12 m/s 之间，防止机组在高速气流下产生涡流，增加机组内部风阻。同时这一风速将直接影响消声设备的长度，对机组能否达到消声要求至关重要。本项目中，出风口的最大风速控制在 10 m/s 以下。

(2) 风机工作区域的选择。目前我们在空气处理机组中应用的主要为离心式风机，离心式风机往往具有喘振的可能性。风机在选配的时候应考虑风机压力曲线和系统的压力特性，避免风机运行工况进入喘振区。该项目中，风机工作点选在线性区域且效率＞ 75% 的部分。

(3) 气流均匀度的控制。机组分别在风机出口设置均流板，均匀气流，确保机组内部的气流均匀度。混合段的气流均匀，能确保到达过滤器、表冷器的气流均匀，避免气流速度和温度的分层现象，对降低机组内部阻力效果明显。该项目中，均流板穿孔率严格控制在 50% 以上，降噪效果得到加强 。

(4) 风机的进风距离和叶轮直径的比较。空调机组的风机吸风距离也会对机组内部阻力产生影响。双进风离心式风机从风机两侧吸风，导致机组在风机前端的气流向机组两侧偏移，风机的吸风距离过短容易造成机组前端的过滤器、换气器的气流不均，造成机组内部阻力的增加，因此空调机组的风机进风必须留有足够的距离。该项目中，机组的宽度较小且为叠式，所以风机叶轮直径、叶片角度、转速的匹配上进行了比选，机翼型叶轮直径 800 mm 比 710 mm 在同等风量风压下，噪声低 2 dBA。

(5) 风机进风空间的选择。风机厂家在测试风机性能时，进风空间往往比较大。但是风机在空调机组的实际使用中，进风空间就受到了很大限制，当风机进风空间过于狭小，风机自身的阻力就会大幅度增加。因此空气处理机组风机段的设计应使得离心式风机的进风空间尽量的大。对于小风量风机，进风空间应大于风机叶轮，大风量风机进风空间应在 0.6 倍的叶轮直径以上。本项目中，进风空间受到空调机组宽度影响，进风口至侧板最小距离＞ 0.7 倍的叶轮间距，为弥补进风空间的欠缺，将风机置于叠式机组的上层段，使其与其他功能段的距离拉大，在同样的体积内达到确保进风距离的要求。

(6) 消声装置的选择。经多方考察和制造商论证，最终选择小宽距片式消声器和列管式消声器进行对比测试。列管式消声器的运用也是在有限的空间内尽可能的增加了消声材料的表面积，同时形成一个均匀的风道，使空气在送风口和回风口处的气流组织均匀。经测试同等长度的消声器，列管式消声器比距片式消声器多消声 5～8 dB(A)。因此，后选用最终列管式消声器，不仅消噪声效果较好，且占地面积小。

(7) 减振降噪的选择。空气处理机组的减振隔振措施也是有助于噪声控制，该项目中受到机房净高的限制，采取了在空气处理机组与设备基座间设置减震垫的隔振措施，在机组实际测试中采取同样的减振措施进行实测。

4.3 普通、静音和叠式超静音空调机组的比较

根据不同空调机组对噪声的要求，从设计要求和各主要组件的选用以列表的形式对 3 种空调机组进行比较(表 3)。

表 3 普通、静音和叠式超静音空调机组的比较

5 评价指标的确定和实测数据

为了验证机组的性能，进行样机测试是必然的，我们租借了测试场地对送检的样机进行实际性能指标和噪声指标的测试。样机测试的评判标准是根据 NC40 的噪声评价标准曲线，结合实际的系统工况由经验公式推导得出。其中由于空气处理机组出风口的噪声指标直接影响办公区域噪声控制的目标值，所以该敏感指标被换算成声功率级 (Lwi) 值进行比对，回风口及包络面的指标则使用普通的声压级 (Lpi)值。

在实际评价时由于空气处理机组出风口任一频段实测值高于限值 2 dB 以上的样机，该技术项指标不得分；其余样机按各频段与基准值的偏差乘以各频段的计权因数，之后按各计权偏差的总和值进行评价，作为最终产品选取的依据。测试过程中对于声功率级的测定采用了标准声源法进行测定，即根据确定的理论限值对于各频段预先录制标准声源，取得机组噪声值后且机组停机的状况下在出风口处摆放标准声源，在相同的测试点逐一对标准声源进行测试，利用标准声源的测定值修正机组实测值，从而获得较为准确的噪声值。

在测试的 4 台样机中，样机1是最接近噪声指标空气处理机组的测试数据(表 4)，该机组的实测值说明叠式超静音空调机组在上海中心大厦中的应用取得了重大的突破。

表 4 噪声测试报告

对于前期的理论计算得出的理论极限值，经过实际机组的测试，送风口声功率级指标仅 125 Hz 和 250 Hz 略微超出，回风口及包络面声压级仅 1 000 Hz 和 2 000 Hz 略微超出，基本符合设计预期值。该样机后在 10 层完工状态下的测试中，机房内运行时的噪声值达到 47.8 dB(A)，噪声数据与样机原始噪声数据基本一致，为大批量应用奠定了基础。

6 结 语

上海中心大厦采用定制的叠式超静音空气处理机组，由于该机组的研发成功，系统取消了传统管路消声器，减小了风管阻力，降低了风机噪声。置于机组内的列管式全频消声器杜绝了二次再生噪声、风阻低、易于清洁。经现场实测，公共走道区域噪声值达到 46 dB(A)，办公区域噪声均＞45 dB(A)，局部区域 40 dB(A)，效果明显，满足并优于设计要求。空气处理机组“三点法”噪声(机外噪声、回风口和送风口噪声)控制方法将作为有效的应用和实测方法，取代现行的采用降频降低风量来降噪的临时应急措施。

该项目在噪声设计方面，传承了绿色低碳理念，满足了国际 LEED 认证要求。在国内超高层建筑中首次大规模采用无管路消声器的低噪声空调系统，对其他超高层建筑中有借鉴作用。该新型系统拓展了低噪声空调的应用领域。

TU50

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1674-814X(2017)03-0029-04

2017-01-26

唐林峰 ，现供职于上海市安装工程集团有限公司。

作者通信地址：上海市杨浦区四平路1398号18楼，邮编：200092。