В последнее время в связи со вступлением в силу закона о тепловой защите зданий вместо естественной вентиляции почти повсеместно применяется принудительная, оснащаемая в свою очередь дополнительными системами отопления и охлаждения воздуха. Применение искусственной вентиляции и регуляции температуры воздуха подразумевает применение специального оборудования, у которого есть оборотная сторона медали – повышенный шум, генерируемый в окружающую среду.
К оборудованию систем вентиляции и кондиционирования относятся:
-
- вентиляторы различных типов, используемые для перемещения воздуха;
- чиллеры и драйкулеры, используемые для охлаждения воздуха.
Как правило, основной «шумной» проблемой для эксплуатационных служб становятся холодильные машины, излучающие шум в диапазоне от 60 до 120 дБА в зависимости от конструктивного исполнения и загруженности системы в различные времена года.
На Рис.2 представлен график уровней шума реальной установки на одном из объектов (объект Б) под разной нагрузкой, замеры выполнялись в непосредственной близости от оборудования в различных точках.
Как правило, осознание проблемы приходит не на стадии проектирования, а на стадии эксплуатации: для работы холодильных машин требуется большое количество свежего воздуха в связи с чем их устанавливают на открытых площадках, после запуска систем, особенно в ночное время, жители близлежащих домов непременно начинают жаловаться на повышенный шум, что в свою очередь грозит приостановкой деятельности для бизнеса.
На рис.3 приведена визуализация проблемы, возникшей у только что открывшегося торгового центра. После запуска работы центра с ближайшего дома стали поступать жалобы на шум от работы драйкулеров, расположенных на крыше. В свете нашей работы, стоит отметить, что этажность жилой застройки на этом объекте почти вдвое превышает высоту торгового центра.
Стоит остановить внимание на конструкции различных холодильных машин. Конструкции и состав чиллеров (рис.4) и драйкулеров(рис.5) отличаются, первые в конструктивном исполнении сложнее вторых: у чиллеров есть компрессор, насос, различные клапана, вентиляторы, у драйкулеров же есть только радиаторная часть и вентиляторы.
Каждый компонент этих машин является отдельным источником шума, со своими акустическими характеристиками, и расположенный в конкретном месте.
| Чиллер | Драйкулер | |
|---|---|---|
| Принцип работы | Работает по принципу компрессионного цикла. Может быть, как с водяным конденсатором (с градирней), так и с воздушным (с вентиляторами) | Предназначен только для воздушного охлаждения без компрессора, циркуляция жидкости происходит через теплообменник, который охлаждается потоком воздуха от вентиляторов |
| Конструкция | Имеет более сложную систему оборудования и включает в себя компрессор, конденсатор, испаритель, расширительный клапан и насос для циркуляции хладагента | Имеет относительно простую конструкцию, которая базируется на радиаторе (теплообменнике) и вентиляторах. |
| Области применения | Чаще всего используют в системах, где требуется точное управление температурой или когда необходимо снизить температуру жидкости ниже +15°C в жаркое летнее время |
Применяют в тех.процессах, которые не требуют глубокого охлаждения, используется, когда жидкость необходимо охладить до температуры окружающей среды +5°C; летом обычно это до +35°C – +40°C |
Исходя из своей конструкции все холодильные машины представляют собой не просто единый точечный источник шума, а совокупность внутренних источников шума (рис.6) с различными показателями направленности:
- компрессор, радиатор, насос излучают шум условно «вбок»;
- вентиляторы для отвода тепла излучают шум условно «вверх».
На основании изучения предложений поставщиков оборудования, а также поставщиков шумозащитных конструкций, основными способами борьбы с повышенным шумом холодильных машин на сегодняшний день являются (см. рис. 7, 8):
- установка машин на виброопоры;
- регулирование температуры охлаждающей жидкости и скорости вращения вентиляторов;
- звукоизоляционная облицовка подводящих трубопроводов и корпусов холодильных машин;
- устройство шумозащитных экранов вокруг холодильных машин.
На практике же шумозащитой пренебрегают (см. рис. 9) или ограничиваются установкой только виброизоляторов, реже теплозвукоизоляцией трубопроводов и устройством шумозащитных экранов.
Проектным работам в данном направлении уделяют сравнительно немного времени, своеобразной панацеей, способной решить все проблемы с шумом, считается установка экрана.
Основными проблемами при проектировании являются:
- отсутствие необходимых исходных данных об акустических характеристиках оборудования;
- некорректное моделирование холодильной машины без учёта всех внутренних источников, о которых говорилось ранее, их факторов направленности и взаимного расположения всех источников шума и защищаемых объектов.
На рис.10 показана расчётная модель шести холодильных машин, которые заданы, как шесть компрессорных установок.
Моделирование источников шума на объекте А по паспортным данным
Результатом подобного проектирования по паспортным данным является назначение шумозащитных мероприятий только в виде устройства акустических экранов вокруг компрессоров, т.е. высотой конструкции едва превышающей высоту драйкулеров.
На самом деле расчётная модель (рис.11) в данном случае намного сложнее, на поверку оказывается, что каждый из шести чиллеров оснащён не одним, а двумя компрессорами, а также двадцатью вентиляторами, что уже существенно влияет на расчёт шума и назначение шумозащитных мероприятий.
Визуализация подхода моделирования источников шума объекта «А» по результатам обследования и замеров уровней шума от всех внутренних источников.
На объекте Б было реализовано подробное проектирование: произведены замеры шума и драйкулеры были заданы в расчёт в виде нескольких внутренних источников — линейных источников (корпусов) и точечных (вентиляторов).
Акустическая модель с изображением драйкулеров на кровле ТРЦ в жилой застройке этажностью 9-16 этажей для объекта Б
На рис. 13 приведены карты расчёта шума объекта Б в разрезе нижних (а), средних (б) и верхних (в) этажей на текущее положение и после устройства шумозащитных экранов высотой 5-6 метров со стороны жилого дома. Как видно из расчётов нижние и средние этажи успешно защищаются от шума экранами, чего нельзя сказать о верхних этажах.
Логичным решением в данной ситуации выглядит устройство кожуха, но, как говорилось ранее, для холодильных машин требуется достаточный воздухообмен.
В нашей практике устройство кожуха в такой ситуации однажды уже привело к негативным последствиям (перегреву и остановке оборудования) несмотря на то, что кожух имел в своём составе шумозащитные жалюзийные решётки в нижней в верхней частях.
На данном объекте в дополнение к шумозащитному экрану было рекомендовано устройство пластинчатых глушителей шума (рис.14) поверх вентиляторов. Эффективность данных глушителей оценивалась по простой формуле через площадь поглощения и площадь проёмов, конструкция глушителей выбиралась из соображений создания наименьшего противодавления. В итоге расчётной характеристикой глушителя стала эффективность в 11 дБА, которая задавалась в программу (см. рис.15), и в дальнейшем была подтверждена натурными замерами.
Шумозащитные конструкции на объекте внедрялись поэтапно, что позволило проконтролировать все расчётные значения.
Даже само внедрение глушителей также проводилось поэтапно: сначала был установлен один глушитель, подтверждена его акустическая эффективность, в течение месяца тестировалось оборудование с учётом установленного глушителя, и только потом были установлены все остальные глушители и проведены финальные контрольные замеры.
Контроль эффективности мероприятий вёлся на уровне нижних этажей, натурные замеры полностью подтвердили расчётные значения. Оценка уровней шума на средних и верхних этажах проводилась расчётным путём с учётом полученных данных по шуму на нижних этажах.
Подобный глушитель шума был также установлен на другом объекте (В), где оборудование находилось на земле (рис. 16). Само оборудование располагалось за ограждением, высота которого ограничивалась архитектурными требованиями, глушитель шума был в данном случае единственным возможным вариантом по шумозащите.
| Положение микрофона | Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц | Уровни звука | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 31,5 | 63 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 8000 | дБА | |
| под драйкулером до установки глушителя | 76 | 78 | 85 | 82 | 84 | 82 | 83 | 75 | 65 | 88 |
| под драйкулером после установки глушителя | 81 | 81 | 84 | 86 | 88 | 84 | 84 | 76 | 66 | 89 |
| над драйкулером до установки глушителя | 101 | 87 | 86 | 83 | 84 | 84 | 85 | 75 | 68 | 89 |
| над драйкулером после установки глушителя | 79 | 79 | 81 | 80 | 79 | 74 | 75 | 66 | 56 | 80 |
Расчётная эффективность была подтверждена натурными замерами, при этом из табл. 3 видно, что глушитель оказывает влияние только на шум вентиляторов, шум от радиаторов и корпуса никак не изменился. Расчётные данные на защищаемой территории также сошлись с натурными измерениями, что в очередной раз подтвердило жизнеспособность нашей методики.
Однако применение подобных глушителей имеет ряд проблем:
1) Наличие противодавления в системе, которое мы в принципе можем смоделировать и рассчитать и до внедрения предоставить данные поставщику оборудования, согласовать с ним установку.
Производительность вентиляторов, согласно проводимому численному моделированию (рси.17), может падать от 10 до 50% в зависимости от модели применяемого вентилятора, однако небольшая высота глушителя позволяет достаточно эффективно отводить тепло даже при таком падении производительности (по сравнению с заключением оборудования в кожух);
2) Гарантийные обязательства поставщиков оборудования и сравнительно большой вес самих глушителей.
Не всегда удаётся провести согласование, но данная проблема решается за счёт обустройства поддерживающего каркаса глушителя для исключения установки глушителей на оборудование.
Установка глушителей подразумевает минимальный акустический просвет между глушителем и его основанием (корпусом машины), т.е. фактически установка глушителя производится на корпус ХМ, при этом согласование установки глушителя на корпус может длиться долго или не произойти совсем.