Звукоізоляція

Об’єкти

Звукоізоляція

Системи вентиляції, кондиціювання повітря та холодопостачання призначені для забезпечення життєдіяльності людини, у зв’язку з чим їх елементи близько розташовані до місць її проживання.

Зниження шуму систем вентиляції та кондиціювання

Системи вентиляції, кондиціювання повітря і холодопостачання призначені для забезпечення життєдіяльності людини, у зв’язку з чим їх елементи близько розташовані до місць її проживання. Працюючи вони створюють підвищений повітряний і структурний шум, піддаючи впливу цього шкідливого чинника дуже багато, переважно міського, населення.

Зниження шуму даних систем – найважливіша складова всього комплексу соціально-економічних та екологічних проблем.

Вибір засобів та методів зниження різних складових вентиляційного шуму в будинках та на територіях міської забудови здійснюється на основі акустичних розрахунків, обов’язковість виконання яких для всіх об’єктів встановлює основний нормативний документ.

Представлений матеріал призначений для спрощення завдання такого вибору для проектувальників та включає аналіз акустичних характеристик різних типів глушників залежно від їх конструктивних параметрів, оцінку можливостей звукопоглинання в технічних приміщеннях, способи віброізоляції обладнання та ізоляції повітряного шуму, екранування та захисту житлової забудови від шуму елементів систем холодопостачання .

Зниження шуму в повітряних каналах

Для зниження шуму, що розповсюджується по повітроводах від вентилятора, а також від фасонних елементів і шляхової арматури, призначені шумоглушники. Їх застосовують у тих випадках, коли раціональним вибором параметрів вентиляційної системи, її відповідним компонуванням, використанням малошумного вентилятора не можна досягти рівня звукового тиску, допустимого для даного приміщення, зони, об’єкта.

Вибір конструкції глушника залежить від спектра необхідного зниження шуму, від розмірів повітроводу і допустимої швидкості повітряного потоку в ньому, від наявного запасу тиску в мережі, від місця для його установки.

Оскільки зазначені джерела випромінюють аеродинамічний (повітряний) шум з широкосмуговим спектром, для його зниження найбільш придатні активні глушники (зі звукопоглинаючим матеріалом), що забезпечують задовільний ефективність також широкому діапазоні частот. Переважно використовуються трубчасті, пластинчасті, канальні глушники, рідше циліндричні, камерні, екранні та фанеровані зсередини повітропроводи (на поворотах). Зростає попит на гнучкі повітроводи, що мають акустичні властивості (рис. 1).

Трубчастий глушник круглого або прямокутного перерізу конструктивно найбільш простий і є трубою з поглинаючими звук стінками (рис. 1а). Прозоре для звуку покриття (перфорований металевий лист і склотканини, плівки) служить для збереження форми повітряного каналу, захисту від механічних пошкоджень та запобігання видуванню потоком звукопоглинаючого матеріалу (ЗПМ).

Згасання в трубчастому глушнику пропорційно довжині активної частини (числу його калібрів), периметру прохідного перерізу та коефіцієнту звукопоглинання, що залежить від фізико-механічних властивостей та товщини шару звукопоглинаючого матеріалу (ЗПМ). При збільшенні шару ЗПМ ефективність трубчастого глушника зростає на низьких частотах (найважливіший з погляду шумоглушення діапазон). Тому для забезпечення необхідного зниження шуму буває достатньо замість глушника довжиною 1 м із товщиною шару ЗПМ 50 мм встановити глушник довжиною 0,5 м із товщиною шару ЗПМ 100 мм.

До різновидів трубчастих глушників, мабуть, можна віднести різноманітні гнучкі (каркасні та безкаркасні) круглі димарі (рис. 1і). Вони в даний час виготовляються вітчизняними фірмами та використовуються у вентиляційних системах, перш за все, для плавного підведення повітря до розподільних пристроїв.

Результати випробувань, наведені в роботі, показують, що різноманітні каркасні повітропроводи зі звукопоглинанням, наприклад, при довжині 1 м і внутрішньому діаметрі 200 мм на низьких частотах мають невисоку акустичну ефективність (3-7 дБ), проте вона суттєво збільшується зі зростанням частоти та досягає максимуму (20-25 дБ) на частотах 500-2000 Гц. Акустична ефективність безкаркасного повітроводу (з пінофолу) вища, ніж у каркасного без звукопоглинаючого шару, але значно нижча, ніж у каркасного зі звукопоглинанням. На особливу увагу заслуговують гнучкі повітроводи, що виготовляються фірмою «ЕйрОптим» (з інших матеріалів), оскільки характер зниження в них рівня шуму суттєво відрізняється. Вони дуже ефективні як на високих, а й низьких частотах. Акустична ефективність такого повітроводу довжиною 1 м на частоті 63 Гц становить 10 дБ та підвищується на частоті 250 Гц до 23 дБ. Зі збільшенням довжини вона значно зростає (рис. 2).

Для збільшення загасання в повітроводах великих розмірів вдаються до рівномірного розподілу ЗПМ за перерізом. Цей принцип використаний у пластинчастому глушнику (рис. 1б). Товщина пластин 2d і відстань між ними 2do часто зберігаються по всьому перерізу каналу. Виняток становить відстань між крайньою пластиною і корпусом глушника, що дорівнює do. При схемі з крайніми пластинами, встановленими впритул до стінок корпусу, їх товщина повинна дорівнювати до половини товщини інших пластин.

Ступінь згасання в пластинчастому глушнику при фіксованій довжині залежить від відстані між пластинами, від товщини пластин та від його звукопоглинаючої конструкції (ЗПК) [5]. Зі зменшенням відстані між пластинами 2do ефективність глушника зростає (рис. 3), але відповідно зростає і його гідравлічний опір і шумоутворення в ньому. Якщо відстань між пластинами залишається незмінною, а товщина пластин збільшується 2d (при fсв = const), область максимального згасання зміщується в бік більш низьких частот (рис. 4).

Характерно, що ефективність пластинчастого глушника залежить від кількості пластин (каналів для повітря), і навіть від висоти пластин і зажадав від схеми компонування глушника.

Стільниковий глушник за своїми акустичними якостями не поступається пластинчастому практично у всьому діапазоні вимірюваних частот, а на найнижчих і високих частотах він навіть дещо ефективніший. Недоліком стільникових глушників є дуже високий гідравлічний опір та великі габарити, що часто є на заваді їх використання.

Варіантом пластинчастого глушника з однією крайньою пластиною товщиною, що дорівнює половині поперечного розміру каналу, є так званий канальний глушник (рис. 1ж). Такі глушники встановлюють в основному прямокутних повітроводах (каналах). При установці у вузьких каналах їх ефективність можна порівняти з ефективністю відповідних пластинчастих глушників, але зі збільшенням поперечних розмірів каналу вона швидко зменшується (рис. 5).

У комбінованих (з трубчастих та циліндричних) глушників (рис. 1е) ефективність вища, ніж у складових елементів. Разом з тим вони мають більш високий гідравлічний опір і дорожчі, а це часто виключає можливість їх застосування.

Ефективність всіх розглянутих вище глушників зростає зі збільшенням їх довжини. Збільшуючи довжину можна забезпечити задане зниження шуму. Однак довжина глушника більше 3 м недоцільна через неминучі непрямі шляхи поширення шуму. У тих окремих випадках, коли потрібна довжина більше 3 м, слід ділити глушник на дві-три частини. Довжина повітроводів між цими частинами має становити 800–1000 мм.

Одним із найпростіших типів реактивних глушників є розширювальні камери (рис. 1г). Камерні глушники з внутрішнім звукопоглинаючим облицюванням застосовуються в тих системах, де не потрібне обмеження з гідравлічних втрат. Коефіцієнт місцевого опору таких глушників становить від 1,5 до 2,0. При установці камерного глушника його акустична ефективність може зменшитися через резонансні явища в повітропроводах.

Застосування екранних глушників обмежується неминучістю їх установки в приміщенні, що обслуговується (на деякій відстані від кінця повітроводу) і відносно низькою ефективністю.

Так, круглий екранний глушник діаметром dЕ = 360 мм і товщиною облицювання 100 мм, встановлений у повітроводу діаметром 180 мм, ефективний на частотах, де виконується умова dЕ/l≥ 1, а в області низьких частот, де dЕ/l < 0,2 , його ефективність мінімальна. Вона зростає (у всьому діапазоні частот) із зменшенням відстані між екраном та отвором повітроводу (це супроводжується зростанням опору та шумоутворенням). При відстані, що дорівнює 0,5 dЕ, зниження рівня шуму нижче 10-11 дБ, а при відстані, що дорівнює 0,1 dЕ, воно досягає 15-16 дБ.

Застосування звукопоглинаючого облицювання екрану призводить до підвищення ефективності в області частот т ≥ cn / 4d (cn – швидкість звуку в поглиначі, м/с; d–– товщина облицювання, м). Найважливіші властивості глушників – простота та міцність конструкції, зручність монтажу, довговічність, низька вартість, а також мінімальне обслуговування та безпека в процесі експлуатації.

Наші випробування показують, що багато вітчизняних фірм прагнуть їхнього досягнення. Деякі з них навіть перестаралися.

Наприклад, одна російська компанія на шляху до спрощення конструкції трубчастих глушників відмовилася від застосування склотканини в трубчастих глушниках, підвищивши небезпеку їх використання. Відсутність склотканини, навіть при діаметрі отворів у перфорованому листі менше 3 мм, призводить до того, що тонкі (у кілька мікрон) і крихкі волокна ЗПМ проникають у повітряний потік і в приміщення, що обслуговуються вентиляційними системами, створюючи неприпустимі з точки зору гігієнічних норм умови, яких наражається на небезпеку здоров’я людини. Крім того, ймовірно, фірма не проводила необхідні акустичні випробування глушників, що випускаються в даний час, тому що в каталозі своєї продукції існує посилання, що наведені «розрахункові характеристики зниження шуму прийняті на основі експериментальних даних НДІСФ». На жаль, цими даними вже понад два десятки років. За час не могли не змінитися використовувані ЗПМ, їх характеристики та технічні умови виготовлення глушників, відповідно, змінилися їх акустичні характеристики.

Віброізоляція

Працююче вентиляційне обладнання збуджує вібрацію з’єднаних з ним конструкцій. Вібрація надає подвійний несприятливий вплив на людину: внаслідок безпосереднього контактного впливу і шуму, що випромінюється в приміщення коливаються огороджувальними конструкціями в звуковому діапазоні частот (структурного шуму). Структурний шум поширюється будівельними конструкціями будівлі на великі відстані від місця встановлення джерела вібрації.

Для зниження структурного шуму, що створюється в результаті віброколивань вентиляторів, використовуються віброізолятори. Вони розраховуються для кожного агрегату і працюють у досить вузькому діапазоні частот.

Найбільш важлива характеристика віброізолюваного вентилятора – частота його власних коливань, що визначається сумою динамічних жорсткостей віброізоляторів та сумою мас вентилятора та залізобетонної плити. Тільки на частотах, які значно перевищують частоту власних коливань, віброізолятори знижують коливання фундаменту.

Ефективність віброізоляції, загалом, залежить від типу віброізоляторів, що використовуються, від допустимого навантаження на них і їх жорсткості, від їх робочої висоти і кількості, та ін.

Необхідна ефективність віброізоляції вентиляційного обладнання у житлових будинках, у громадських будинках категорії А, у готелях, лікарнях, будинках відпочинку, бібліотеках становить 23–32 дБ.

При розміщенні у вентиляторі кількох вентиляторів різних розмірів і з різною частотою обертання робочих коліс часто, наприклад у житлових та громадських будинках, штатні віброізолятори не забезпечують необхідний захист від структурного шуму. У таких випадках у венткамерах слід додатково передбачати підлогу на пружній основі («плаваючі підлоги»). Їх ефективність може бути нижче, ніж у віброізоляторів (у смузі частот, що розраховується), але демпфуюча здатність таких підлог проявляється в широкому діапазоні частот. Ефективність «плаваючої підлоги» залежить від динамічної жорсткості пружної основи (вібродемпфуючої прокладки) та поверхневої щільності плити підлоги. Він ефективно ізолює, якщо основа виконана з шару матеріалу з малою щільністю та низьким динамічним модулем пружності.

Звукоізоляція

Можливості планувальних рішень у будинках для зниження шуму вентиляційного обладнання в приміщеннях, що захищаються, обмежені. Тому, як правило, потрібні акустичні заходи. Одним із таких заходів є встановлення на заводах-виробниках кожухів на припливні, деякі витяжні установки та кондиціонери. Як правило, це два металеві листи із ЗПМ між ними.

Акустична ефективність таких кожухів становить 10–15 дБ на низьких та 30–40 дБ – на високих частотах. Вона може бути трохи підвищена за допомогою внутрішнього звукопоглинаючого облицювання.

Однак у житлових та громадських будівлях, де допустимі рівні вентиляційного шуму низькі, такий захід виявляється недостатнім.

Основний захист від повітряного шуму, створюваного вентиляційним обладнанням, здійснюється належним вибором звукоізоляції огороджувальних конструкцій приміщення (венткамери), де воно встановлено. Огородження можуть істотно відрізнятися в залежності від розташування вентиляційних камер в будівлі, конструкції та типу будівлі, від призначення суміжних приміщень. Наприклад, стіни можуть бути як з легких (шаруватих) конструкцій товщиною 100-120 мм, так і залізобетонні, товщиною 120-200 мм, або цегляні, товщиною в 1/2 цегли або в 1 цеглу, а перекриття – типові залізобетонні товщиною 140- 300мм.

Для вибору оптимальних конструкцій огорож з точки зору акустики та матеріальних витрат визначається необхідна ізоляція повітряного шуму.

Звукопоглинання

Наявність відображень звукових хвиль від поверхонь замкнутого простору (приміщення) і предметів, що знаходяться в ньому, зазвичай збільшує інтенсивність звуку в порівнянні з рівнями, створюваними тим же джерелом звуку, що випромінює у вільний (відкритий) простір.

На відміну від умов в архітектурній акустиці, з позицій захисту від шуму, будь-яке збільшення рівня звуку в приміщенні є небажаним. Для усунення відбитої частини звукового поля застосовують різні ЗПМ та конструкції на їх основі.

Акустичні властивості матеріалів суттєво залежать від їх структурних параметрів, які визначають сферу застосування цих матеріалів. Так, якщо потрібне зниження шуму в області низьких частот, доцільно використовувати облицювання, виконані з ультра- або супертонких волокнистих матеріалів щільністю 15-20 кг/м3.

Для зниження широкосмугового шуму в діапазоні середніх і високих частот слід вибирати матеріали з більшими волокнами щільністю 20–30 кг/м3 і більше.

Акустичні можливості звукопоглинаючого облицювання поверхонь приміщень ілюструє рис. 6. На ньому наведено ефект від такого облицювання з товщиною ЗПМ 80 мм та із захисним шаром зі склотканини та перфорованого металевого листа для приміщень венткамер середніх розмірів з постійного приміщення B = 100 м2, залежно від оброблюваної площі огорож (S), що виражається зниженням рівня шуму у приміщенні. Як бачимо на рис. 6, акустична обробка 40% вільної площі технічного приміщення (поширений варіант) забезпечує зниження рівня шуму лише на 5–7 дБ і лише в діапазоні середніх та високих частот. На низьких частотах ефективність таких облицювання близька до нуля; потрібні спеціальні конструкції, що розробляються на основі розрахунків. Тому акустична обробка венткамер доцільна як додатковий захід і в тих випадках, коли необхідне зниження шуму невелике і є високооборотне обладнання, тобто переважно високочастотний підвищений шум.

Екранування

При кондиціонуванні повітря в будинках застосовуються системи холодопостачання, що включають холодильні машини та різні охолоджувачі, які встановлюються зовні (часто на покрівлі). Вони працюють як у денний, так і в нічний час доби і випромінюють підвищений шум у навколишній простір – у прилеглу міську забудову. Внаслідок впливу цього шкідливого фізичного фактора піддається насамперед житлова забудова.

Необхідне зниження шуму біля житлової забудови (і у житло), залежно від типу елементів систем холодопостачання і ситуації, становить 7–18 дБ(А), а октавних смугах частот сягає 10–20 дБ.

Джерелами шуму агрегатів є осьові вентилятори (від 2 до 24 шт) з діаметрами робочих коліс від 500 до 900 мм, розташовані у верхній частині агрегатів. Забір повітря здійснюється через фільтри та пристрої теплообміну збоку чи знизу, а вільний викид – переважно нагору. У холодильних машин (у моноблоків) додатковими джерелами підвищеного шуму є компресори, розташовані в нижній частині.

У зв’язку з конструктивними особливостями агрегатів перелік ефективних засобів захисту від шуму, придатних для практичного використання, дуже обмежений. Зокрема, на вході чи виході низьконапірних осьових вентиляторів не можна встановлювати глушники. Вони неминуче та неприпустимо збільшать гідравлічний опір у коротких мережах.

Багаторічний досвід показав, що єдиний спосіб захисту від шумового впливу цих елементів систем холодопостачання – екранування. Один або кілька агрегатів вигороджується з двох, трьох або з чотирьох сторін акустичними екранами (екранами зі звукопоглинаючим облицюванням з боку джерела шуму).

Звуковбирна облицювання із захисним шаром призначена для усунення можливого збільшення звукової потужності джерела, пов’язаного з відображеннями звуку у вигородці, утвореній екранами.

Елементи екранів можуть розташовуватись вертикально та під певним нахилом до горизонтальної (вертикальної) площини. Кут нахилу залежить від взаємного розташування джерела шуму та точки спостереження.

Основні параметри екрана (висота, форма, товщина звукопоглинального облицювання), при яких забезпечується задана акустична ефективність при фіксованій відстані до джерела шуму, визначаються розрахунковим шляхом.

Використані матеріали сайту: “http://www.acoustic.ua”

Компанія “МПК Інжінірінг” заснована у 2009 році.