Ошибки в расчетах шумового воздействия оборудования инженерных систем и их негативные последствия

Ошибки в расчетах шумового воздействия оборудования инженерных систем и их негативные последствия

В.П.Гусев, Е.А.Руднева, Н.К.Калашникова, И.А.Гончаренко

Современные административные, общественные и, в последнее время, жилые здания трудно представить без инженерных систем (ИС) - систем механической вентиляции, кондиционирования воздуха, воздушного отопления и охлаждения. Эти системы, с одной стороны, участвуют в жизнеобеспечении, с другой стороны, максимально приближенные к местонахождению человека элементы оборудования часто являются источниками негативного воздействия - создают повышенный уровень шума. Снижение уровня шума ИС - важнейшая составляющая комплекса социально-экономических и экологических задач.

Оптимальное решение этого актуального практического вопроса невозможно без точного акустического расчета. Точность расчета зависит преимущественно от квалификации специалиста, его выполняющего, а также от достоверности исходных данных - шумовых характеристик источников шума и эффективности выбранных средств снижения шума. Недостаток квалификации и использование неточных исходных данных приводят к существенному искажению прогнозируемых акустических ситуаций, к ошибочным проектным решениям на пути к обеспечению нормативных требований по фактору шума и, как следствие, к неожиданным негативным последствиям - значительным и необоснованным дополнительным материальным вложениям в осуществленные проекты [1].

Предлагаемые в статье материалы направлены на предотвращение ошибок, связанных с некорректным определением и представлением исходных данных для акустических расчетов оборудования ИС, которые в последнее время получили достаточно широкое распространение.

Основные положения расчета ожидаемых уровней шума разнообразных источников и его требуемого снижения в зоне воздействия (акустического расчета) заложены в основополагающем документе, которым является СНиП «Защита от шума» [2]. Особенности оборудования ИС учитывает методика расчета, подробно изложенная в Руководстве [3]. Несмотря на давний год издания, это Руководство остается востребованным приложением к упомянутому основополагающему документу. Правда, часть входящих в него материалов устарела или непригодна для использования, например, материалы первого раздела, ориентирующие на преимущественное определение шумовых характеристик вентиляторов расчетным путем, где учитывались закономерности излучения и распространения шума. Такая направленность в полной мере соответствовала требованиям времени, когда данный документ разрабатывался и вводился в действие.

В 1970-1980-х годах импортное вентиляционное оборудование применялось только на важнейших государственных объектах, а стенды для массовых акустических испытаний отечественных вентиляторов практически отсутствовал и. Должно быть, вследствие этого были получены полуэмпирические математические выражения, пригодные для достаточно точного определения звуковой мощности по рабочим параметрам выпускаемых заводами страны вентиляторов. Эти математические выражения базировались на известных критериях шумности, зависящих от типов и конструкций вентиляторов.

В настоящее время ситуация коренным образом изменилась. Во-первых, на большинстве строящихся и реконструируемых объектов используется импортное вентиляционное оборудование. Во-вторых, некоторые отечественные и многие зарубежные изготовители оснащены испытательными стендами. Поэтому по данным поставщиков оборудования ИС шумовые характеристики определяются не расчетом, а стандартными методами на основе измерений в специальных измерительных помещениях, и приводятся в каталогах или в технических паспортах оборудования.

Для оценки вентилятора как источника шума требуются три основные шумовые характеристики (ШХ): октавные уровни звуковой мощности (УЗМ), излучаемой его патрубком нагнетания, патрубком всасывания и корпусом при работе вентилятора в режиме максимального коэффициента полезного действия. Это продиктовано особенностью вентилятора, заключающейся в излучении генерируемого им шума в трех направлениях.

Указанные паспортные ШХ пригодны для определения шумового воздействия вентилятора в любой зоне в окружающем пространстве (в техническом помещении или на открытой площадке), но не для расчета уровней шума, излучаемого в присоединяемые воздуховоды. Исходными данными для этого расчета должны быть корректированные паспортные ШХ или определенные в испытательном воздуховоде.

Дело в том, что в присоединяемые к вентилятору воздуховоды (на сторонах всасывания и нагнетания) распространяется не та звуковая энергия, что излучается открытым патрубком (Wn) в окружающее пространство (в том числе в измерительное помещение при акустических испытаниях), а только часть энергии, создаваемой рабочим колесом вентилятора (W )* Она равна WpK=Wn+ Wom где Wom - звуковая энергия, отраженная от открытого конца патрубка (внутрь вентилятора).

Приближенная схема излучения и распространения звуковой энергии (мощности) от вентилятора в окружающее

пространство представлена на рис. 1 а (ЙГ,- звуковая энер-гия, излучаемая корпусом вентилятора). Когда к вентилятору присоединяются воздуховоды, картина меняется (рис. 1 б).

Звуковая энергия в окружающее пространство излучается через стенки воздуховодов (И^) и через их открытые концы (Же1, Ж), площади которых могут отличаться от площадей патрубков вентиляторов.

Для корректировки паспортных ШХ на сторонах всасывания и нагнетания вентилятора существует специальная поправка, учитывающая акустическое влияние присоединения воздуховодов к вентилятору и зависящая от поперечного сечения патрубков вентиляторов. В Руководстве она обозначена М^ а ее значения для всего ряда сечений патрубков (соответственно воздуховодов) содержатся в таблице 5 [3]. Некоторые из этих значений для оперативного анализа представлены на рис. 2 в более наглядной графической форме.

Очевидно, что поправку А1г следует прибавить к УЗМ вентиляторов на сторонах нагнетания и всасывания в соответствующей октавной полосе частот.

Как видно на рис. 2, октавные значения поправки Д1г например, при поперечном сечении патрубка вентилятора 100 мм составляют от 2 дБ в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц до 19 дБ в диапазоне низких частот. Это весьма существенное увеличение УЗМ, причем в неблагоприятном сточки зрения борьбы с шумом диапазоне частот (эффективность всех средств снижения шума в данном диапазоне частот низкая).

Игнорирование указанной поправки - первая ошибка. Она приводит к тому, что получаемые расчетные данные в диапазоне низких частот занижены, а длины подобранных и установленных глушителей - меньше оптимальных, обеспечивающих требуемое снижение шума. В большинстве случа-

а) без воздуховодов

сторона всасывания

б) с воздуховодами

сторона нагнетатия

ТГЯ

от!

сторона всасывания

Рис 1. Схема излучения и распространения шума вентилятором

ев это обнаруживается только при сдаче объекта, когда установка нескольких дополнительных глушителей длиной даже в 0,5 м связана с трудностями, обусловленными отсутствием свободных мест и финансовых ресурсов, невозможностью каких-либо разрушений.

На практике часто возникает необходимость в таких дополнительных глушителях длиной, значительно превышающей 0,5 м. Предположим, что требуемое снижение шума вентсистемы в зоне его воздействия в октавной полосе со среднегеометрической частотой 63 Гц за счет неучтенной поправки составляет 7-9 дБ. Тогда для обеспечения нормативных акустических условий потребуется установить дополнительный трубчатый глушитель круглого сечения длиной около 1 м, а прямоугольного - не менее 1,5 м,так как эффективность этих и других глушителей в данной октаве весьма низкая [1,4].

Вторая ошибка обусловлена представлением фирмами-изготовителями оборудования ИС в качестве шумовой характеристики не основной (октавных уровней звуковой мощности), а вспомогательных характеристик [1]. Это может быть корректированный уровень звуковой мощности, суммарный уровень звуковой мощности, уровень звука в дБА (без указания расстояния от источника, на котором он измерен). Максимальные значения и негативные последствия, связанные с этой ошибкой, возникают при использовании в качестве исходных данных в акустических расчетах октавных уровней звуковой мощности, корректированных по шкале «А» (рис. 3).

На рис. 3 видно, что за счет корректирующей поправки октавные уровни звуковой мощности необоснованно и су-

щественно снижаются в диапазоне низких частот. Возникает ошибка, равная величине корректирующей поправки, в октаве с характерной частотой 63 Гц она составляет 26 дБ.

Третья ошибка связана с отказом от применения центральных глушителей шума, как правило, пластинчатых,устанавливаемых непосредственно у вентиляторов.

Вместо центральных глушителей используются концевые трубчатые глушители, устанавливаемые в конце сети перед вводом воздуховода в обслуживаемое помещение. Впрочем, концевые глушители тоже требуются, но для снижения аэродинамического шума, создаваемого дросселирующими устройствами (при их наличии).

Как известно, в типовых проектах для обеспечения воздухообмена и отопления в зданиях школ Москвы широко используются центральные приточные системы вентиляции, совмещенные с воздушным отоплением. Эти системы включают в себя вентиляторы, сети воздуховодов для раздачи воздуха в несколько параллельно установленных стояков, по каждому из которых воздух вместе с шумом (прежде всего вентиляторов) поступает в учебные помещения, расположенные на этажах. Поскольку в классах действуют достаточно жесткие санитарные нормы по шуму вентоборудования (его предельно допустимый уровень (ПДУ) составляет 35 дБА), после вентагрегатов необходимо устанавливать эффективные глушители длиной не менее 2 метров.

На практике существуют другие решения. Так, при вводе в эксплуатацию одной из новых школ Москвы было установлено, что в системе приточной вентиляции на базе двустороннего радиального вентилятора ВР 86-77-6,3, размещенного

Таблица. Превышение уровней шума над ПДУ в классах

Стояк 3 Стояк 4 Стояк 8

Класс 112 206 309 409 102 202 302 402 321 424

Режим 1 14 7 11 6 12 7 0 1 3 4

Режим 2 19 13 13 9 13 6 8

-0-1 —Ь—2 -О—3 -в—4 —»—5 —в—6

-А-1 —Х-2

3 —X—4

Рис. 2. Поправка на отражение звуковой энергии от конца воздуховода диаметром: 1 -100 мм; 2-160 мм; 3 - 200 мм; 4 - 250 мм; 5 - 315 мм; 6 - 400 мм

Рис. 3. Шумовые характеристики канальных вентиляторов: 1-СК100 (с коррекцией); 2 -СК100 (без коррекции); 3-СК 315 (с коррекцией); 4 - СК 315 (без коррекции).

в подвале, проектом предусмотрен центральный пластинчатый глушитель длиной 2 м, а в действительности он отсутствовал. Вместо него были установлены трубчатые глушители ГТК-1-5 длиной 1 м в стояках, через которые осуществляется раздача воздуха по этажам. От каждого из 10 параллельно установленных стояков воздух поступает в четыре класса, расположенные на всех четырех этажах школы.

Следствием такого решения было возникновение не соответствующих нормативным требованиям акустических условий в учебных помещениях. Это показало проведенное обследование при работе вентилятора на двух режимах -двух скоростях вращения рабочего колеса: 1303 об/мин (пониженной) и 1635 об/мин (номинальной). Кстати, разность уровня звуковой мощности, излучаемой вентилятором, за счет данного изменения скорости вращения колеса составляет около 5 дБ. Это можно показать, пользуясь руководством [3].

Измерительные точки находились в классах, расположенных на четырех этажах у трех вентиляционных стояков с условными номерами 3,4 и 8. Микрофон устанавливался около ближайшего к вентиляционному отверстию стола на уровне головы сидящего ученика (в его отсутствии).

Как показали измерения, уровни шума в классах при работе вентиляционной системы существенно превышают допустимые значения. Величины этих превышений приведены в таблице.

Из таблицы видно, что уровни шума, близкие к ПДУ, создаются только в двух классах (302 и 402) и только на первом (пониженном) режиме. На втором режиме во всех классах уровни шума превышают ПДУ. В двух классах (112 и 102) у стояков 3 и 4 величины составляют 19 и 13 дБА соответственно.

Четвертая ошибка возникает при определении эффективности проектируемых и устанавливаемых глушителей шума, длина которых превышает длину испытанного образца (длиной 0,6-1,0 м).

Такая ошибка носит преднамеренный характер или допускается по незнанию факта неравенства эффективностей нескольких глушителей,установленных в ответвлении сети, и одного непрерывного глушителя, длина которого равна сумме длин коротких глушителей.

Рассмотрим конкретный пример. Предположим,требуется снизить уровень шума в октаве со среднегеометрической частотой 250 Гц на 36 дБ посредством отечественного пластинчатого глушителя. Если на длине один метр такого глушителя уровень шума на указанной частоте снижается на 12 дБ, то, казалось бы, для решения задачи достаточно трех метров. В действительности, как свидетельствуют экспериментальные данные, приведенные в хорошо известном специалистам альбоме шумоглушителей,эффективность пластинчатого глушителя длиной 3 м не 36 дБ, а только 30 дБ.

Пятой ошибкой является установка непрерывных глушителей длиной 5-8 м, например, на нагнетании вытяжных вен-тагрегатов больших номеров и среднего давления.

Из литературы известно, что по мере увеличения длины глушителя рост его эффективности по разным причинам снижается (прежде всего из-за косвенных путей распространения шума). При увеличении длины глушителя (более 3 м) снижение уровня шума проявляется незначительно, поэтому установка таких глушителей нецелесообразна. Когда требуется заметно снизить уровень шума, необходимо устанавливать вместо одного длинного глушителя несколько коротких с разрывами. Рекомендуемая длина разрывов - от одной до трех длин коротких глушителей, в зависимости от сечения воздуховода.

Литература

1. Гусев В.П. Еще раз о шумовых характеристиках венто-борудования и акустических возможностях шумоглушителей //АВ0К. 2008, №2.

2. СНиП 23-03-2003 «Защита от шума». Госстрой России, ФГУТ ЦПП, 2004.

3. Руководство по расчету и проектированию шумоглу-шения вентиляционных установок. М., «Стройиздат», 1982.

4. Веретина И.А., Гончаренко И.А., Калашникова Н.К., Клименкова О.И., Руднева Е.А. Снижение шума вентиляционными глушителями. Материалы научно-технического семинара. Севастополь, 2007.

Errors in Calculation of Noise Exposure Equipment Engineering Systems and Their Negative Consequences* By V.P.Gusev, E.A.Rudneva, N.K.Kalashnikova, I.A.Goncharenko

The article investigates the most common errors in performing acoustic calculations of equipment engineering systems (ventilation, air conditioning and air heating), leading to negative consequences such as normative acoustic conditions in areas of noise exposure or additional material cost.

Ключевые слова: вентиляционное оборудование, акустический расчет, ошибки расчета, негативные последствия.

Key words: ventilation equipment, acoustic calculation, calculation errors, negative consequences.