实验室通风系统风机噪声的综合治理方法分析

徐国通

（中国电子系统技术有限公司，北京 100141）

实验室通风系统就是控制实验室有害物质对室内外空气环境破坏程度的技术，由于在研究和设计的最初阶段并未将风机噪声的控制作为重点，随着实验室通风系统应用范围的不断扩大，其通风管路系统中的风机和风管产生的噪音问题越来越受到关注。受实验室通风系统结构等因素的影响，对通风系统风机产生的噪声进行有效控制存在较大的难度，现阶段人们尝试从消声设备和风机自身结构性能的角度，对实验室通风系统风机噪声进行综合治理。

1 实验室通风系统风机噪声的来源分析

1.1 风机

目前在实验室通风管路系统中应用的风机种类较多，按照气流方式，可以划分为离心式、轴流式、混流式等类型，按照风机材质又可分为普通钢式、不锈钢式、PVC式、玻璃钢式等。在各种风机使用的过程中，进气口、排气口辐射，机壳、轴承辐射、基础振动辐射均会产生一定的噪声，这些噪声与电动机转动过程中产生的噪声混合，会对周围环境产生噪声污染。现阶段人们普遍认为风机的噪声主要来源于以下方面：首先，风机叶片回转过程中与空气会产生持续的摩擦或对空气流产生一定的冲击，形成一定的噪声，这类噪声的尖锐程度与叶片的转速、宽度、厚度之间具有较显著的正相关性；其次，在风机运行的过程中，动翼背面产生的涡流会形成一定的噪声，噪声的大小与叶片安装角度之间具有较显著的正相关性；再次，在风机转动过程中，会造成空气流动加速，此时如果空气在流动的过程中遇到较尖锐的障碍物，会产生乱流，进而引起一定的噪声，这种噪声对风机自身所做的有效功也会产生消极影响。另外，在风机转动的过程中，如果风管和风机外壳内面的接触位置存在凹凸不平的情况，会直接导致风管出现撕裂声；除上述原因外，如果风机自身所使用的轴承的精密度较差、结构配置不合理，也会使风机在转动的过程中，产生机械噪音。

1.2 管道

管道噪声通常由管道在气流冲击下产生的自鸣、管道内气流受到扰动所发生的噪声以及风机噪声传播共同构成，其中风机噪声传播对另两种噪声的大小会产生直接的影响，所以目前人们通常将管道噪声视为风机噪声的特殊形式。虽然管道噪声并不是在管道的任何结构均会出现，但管道内的辐射会使噪声的影响范围和强度变大，特别是在应用PVC等隔音量相对较小的管道材质的情况下，这种噪声更加明显。

可见，在实验室通风系统风机噪声中，既有空气流产生的噪声，又有机械振动噪声，还包括材料固有噪声等。完全通过优化风机和管道的设计，并不能达到消除噪声的效果，所以在实验室通风系统风机应用的过程中，要结合现有的消声技术以及风机自身的结构性能等，对风机噪声进行综合治理。

2 实验室通风系统风机噪声的综合治理方法

现阶段实验室通风系统风机噪声控制的方法较多，笔者选择几种较为常见的治理方法进行详细的介绍。

2.1 隔声罩

隔声罩治理方法是利用表面覆盖阻尼层、内部设有多孔吸声材料的不透气、厚度在2～3mm的刚性金属材料壳将风机装置封存，进而阻隔风机噪声外传、扩散，达到噪声治理效果的方法，其具体的噪声治理效果可以利用公式计算获取，其中代表隔声罩罩壁的隔音量，α和τ分别代表罩内多孔吸音材料、平均牺牲系数和隔声罩罩壁的透射系数。结合隔声罩噪声处理效果的计算公式可见，要保证实验室通风系统飞机的噪声得到有效治理，必须保证所选用的隔声罩的罩壁隔音量、内部多孔吸声材料等性能满足实际需要。需要注意的是在隔声罩综合处理措施的应用过程中，可能影响电动机的散热，缩短其使用寿命和性能，所以通常要结合设置消声器的通风装置共同使用。另外，考虑到实验室通风系统的风机在应用过程中需要定期维护，在应用隔声罩的过程中要尽可能将其设计为可拆装式结构，而且保证其在应用过程中固定于风机设备上，施工缝被有效的处理，不影响实验室通风系统原有的功能发挥。

结合隔声罩的原理，近年来人们尝试在实验室通风系统综合治理的过程中，用隔声罩的特殊形式—半封闭隔声罩达到降噪消音的效果。顾名思义，在应用半封闭隔声罩降音的过程中，风机并未完全被封闭在隔声罩内，所以其吸声效果相对于隔声罩较弱，但如果将吸声效果较突出的材料粘贴在半封闭隔声罩内，可以大幅提升其隔音效果。通常情况下，在高频噪声和低频噪声环境中，半封闭隔声罩内粘贴的吸声材料厚度分别在2.5～5cm和10～20cm。结合对半封闭隔声罩的分析，可以发现此项技术的应用要结合实际情况进行选择，如果实验室通风系统风机的噪声非常大，用此种隔音措施的效果会较不理想。

2.2 消声器

风机消声器即利用阻性吸音降噪原理和抗性吸声降噪原理治理风机噪声的方法。阻性吸音降噪原理即声波在多孔性吸声材料传播过程中，部分声能会在摩擦、受阻的过程中转化为热能，在热能耗散的过程中被消耗；抗性吸声降噪原理即沿管道传播的部分频道声波在管道突变界面会被反射，进而达到消声效果。由于采用的原理存在差异，所以现阶段在噪声治理中可以选用的消声器种类较多，如扩张室式消声器、蜂窝式阻性消声器等。在实验室通气系统风机噪声的治理过程中，可以利用消声器，对风机封口、封闭式机房进风口、风道等结构的空气动力性噪声进行有效控制。

2.3 隔声包扎

隔声包扎治理方法的运用，是基于风机噪声的传播会加大管道噪声而进行，在实验室通风系统的管道结构中，高速气流在运行的过程中，不仅会在阀门、弯头等直径发生改变的位置生成噪声，而且在流动过程中对管壁产生的冲击力，也会使管壁在震动中生成噪声，这些噪声与风机噪声混合，使通风系统的风机噪声可以通过离风机一段距离的管道继续产生污染。而隔声包扎就是对管道表面的辐射噪声进行控制，通常情况下，在管道的直径大于20cm，对表面应用的降声材料重量、平整度以及噪声控制标准要求较高时，需要利用多孔性材料和不透声薄膜达到噪声治理的效果，如后玻璃棉、矿渣棉、沥青纸、薄铝板等均是隔声包扎的常见材料。隔声包扎治理方法选用多孔材料层和不透声薄膜，主要是因为前者在应用的过程中，既可以使管道振动被阻尼进而降低管道振动产生的噪声，又可以直接利用多孔材料吸收部分噪声；而后者在应用的过程中，可以使高频的振动被约束，但需要注意的是，在应用后者的过程中，如果实验室通气系统风机噪声导致的管道噪声处于低频，按照共振频率公式，其中M和d分别代表不透声层面质量和多孔材料层的厚度，反而会使原本的管道振动频率增加，所以在实验室通风系统风机噪声治理的过程中，要应用后者，需要对具体的噪声污染情况进行全面、准确地把握。另外，在管道包扎的过程中，要尽可能选择玻璃棉、金属薄片等具有防火隔热、吸声多功能的材料，使实验室通风系统的原有性能和噪声治理效果均得到优化。

在实验室通风系统风机的综合治理过程中，既可以结合实际需要在以上治理方法中灵活选用，也可以将多种治理方法结合应用，但要保证各种噪声治理方法在发挥作用的过程中，均不会影响实验室通风系统控制室内污染物对空气污染的作用发挥。

由于实验室通风系统中应用的风机类型较多样，所以针对各类风机的特点也可以选择相对应的噪声治理措施，例如针对轴流风机，既可以通过轴向间隙的合理调整，使叶片间的轴向间隙增加，可以达到缩减风机旋转噪声的效果，但需要注意的是在调整轴向间隙的过程中，要适当的把握调整的程度，防止因过度调整，造成噪声的增加，又可以通过对风机进出口流动状况进行改善，使风机在运行过程中产生的噪声降低，具体改善的过程可以将金属网安装固定在液面的入口和出口位置。可见在对实验室通风系统风机噪声进行综合控制的过程中，既可以利用通用的消声降噪技术进行，又可以结合具体使用的风机特性进行，这在一定程度上为风机噪声综合防治方法的多样化发展创造了条件，近年来针对风机特性进行消声降噪的研究较多。

3 实验室通风系统风机噪声的综合治理方法案例说明

3.1 案例介绍

某实验室位于7层建筑中，在其18m远的位置存在一栋30层的住宅楼，其采用的通风系统，采用了风量在4012～7419m3/h之间，风压在2014～1320Pa之间、功率为5.5kW的风机和风量在14000～17500m3/h之间，风压在1250～850Pa之间、功率为7.5kW的风机各1台，以及设计风速和排气机械管道设计风速分别为0.3～0.7m/s和9～12m/s的通风柜，所有风机所处的位置均是实验室所处建筑的顶端，而且送风系统均位于居民楼相对该建筑物的方向。

3.2 案例治理效果

案例实验室的通风系统在应用过程中，一直被附近30层住宅楼内的居民投诉，反应其噪声污染严重干扰其正常的生活，在此情况下，该实验室对其应用的通风系统风机污染进行了综合治理。首先，结合我国现行《声环境质量控制标准》，确定该实验室所处低于的白天和夜间的噪声分别应控制在55dB和45dB以下，但在实际中，该实验室通风系统的噪声污染在白天已经达到72dB，严重超出国家的相关规定，所以要进一步对其通风系统的噪声来源进行确定。其次，该使用是利用噪声分析仪对风机2m外的位置进行了噪声测量，发现风机在运行的过程中产生了宽带噪声，而且噪声的强度已经超过了80dB，这种低频噪声对人的情绪会产生严重的干扰，所以风机噪声控制成为案例项目噪声和控制的重点。再次，为对该实验室通风系统风机噪声进行有效的控制，案例工程综合运用了隔声罩、消声器和隔声包扎3种技术，考虑到案例工程选用了噪声、风压和结构复杂性均较突出的引风用玻璃钢离心风机，而且该风机被固定在7层建筑的顶端，所以，实验室在进行治理的过程中，先利用对设备复杂性依赖性较低的隔声罩，然后将隔音垫设置在风机的进气口处，并将防腐性能、外观美观度和隔音效果均较理想的彩钢夹芯复合板作为消声器的避免结构制造材料，将FC板、离心玻璃棉毡等具有吸声作用的结构应用于彩钢夹芯复合板围护墙的内侧，形成1厚穿孔铝板、玻璃丝布、50厚离心玻璃棉毡、5厚PC板以及80厚彩钢夹芯复合板共同构成的隔声照壁面。在以上噪声处理后，将消声量设定为20dB的消声器应用于通风口位置，进一步缩减风机的噪声，此时实验室考虑到噪声对30层建筑物内居民产生较严重的噪声污染，与排气口正对居民住宅具有密切关系，可以在改变通风系统排气方向的同时，在隔声罩外安装阻抗复合的消声器。除上述综合治理方法外，该实验室考虑到管道应用的是PVC等隔音效果较差的材质，对管道进行了包扎，在原管道壁外，形成了50厚离心玻璃棉毡、油毡纸条裹紧、1.5厚镀锌铁皮3层结构的包扎体。

在应用上述对实验室通风系统风机噪声的综合处理措施后，该实验室利用Cadna/A软件进行了风机噪声的模拟，在模拟中发现，噪声综合处理后，附近30层建筑物接收到的噪声强度缩减到50dB左右，已经达到国家相关规定的范围内，可见以上综合治理措施的应用具有有效性。

4 结语

通过上述分析可见，人们在认识到实验室通风系统发挥保证空气质量作用的同时，产生的噪声会对周围人们的生产生活构成干扰，并有意识的结合风机噪声的来源，采用隔声罩、消声器、隔声包扎等有效的治理方法对其进行控制，这是实验室通风系统性能优化的具体体现，应积极推广应用，但在具体应用的过程中，要结合实验室通风系统所处的环境、噪声治理的标准等方面，对具体的治理方法进行灵活的选用和优化。

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