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空調(diào)機(jī)組整體消聲的設(shè)計(jì)思路

空調(diào)機(jī)組的噪聲主要集中在低頻、中頻兩個(gè)范圍之內(nèi)，而空調(diào)機(jī)組中加裝消聲段在許多噪聲要求比較高的場合下已經(jīng)得到了公認(rèn)。但是否可以去尋找其它的降噪措施，到目前為止很少有人去探討。

筆者認(rèn)為在空調(diào)機(jī)組消聲設(shè)計(jì)時(shí)，除考慮用消聲器進(jìn)行降噪外，同時(shí)也要考慮通過機(jī)組壁板圍護(hù)結(jié)構(gòu)的消聲進(jìn)行部分頻率噪聲的消除。該消聲設(shè)計(jì)的思路來源于對低頻、中頻消聲效果較好的抗性消聲器，即膨脹性消聲器。

消聲的原理是利用空調(diào)機(jī)組進(jìn)風(fēng)口、送風(fēng)口、風(fēng)機(jī)出口等氣流通道截面的突變，使沿通道傳播方向的聲波反射回聲源方向，從而起到消聲作用。因此空調(diào)箱的設(shè)計(jì)并不單單是滿足冷量、熱量以及風(fēng)量風(fēng)壓的要求，同時(shí)要從系統(tǒng)的角度考慮，真正作到機(jī)組出口噪聲達(dá)到最低水平。

圖?1?給出了常規(guī)凈化空調(diào)機(jī)組的段體布置圖，圖2?則給出這種段體布置的消聲設(shè)計(jì)等效圖，圖中1?表示新風(fēng)引入口膨脹節(jié)，2?表示回風(fēng)引入口膨脹節(jié)，3?表示風(fēng)機(jī)吸入口和出口膨脹節(jié)，4?表示送風(fēng)口膨脹節(jié)。整個(gè)空調(diào)機(jī)組膨脹消聲設(shè)計(jì)過程中，為了保證一定的消聲效果，膨脹比的合理設(shè)計(jì)至關(guān)重要。對于手術(shù)室空調(diào)機(jī)組而言，由于新風(fēng)一般已經(jīng)經(jīng)過三級過濾，因此新風(fēng)可以與回風(fēng)混合后再進(jìn)入空調(diào)機(jī)組，此時(shí)其消聲設(shè)計(jì)簡圖則更為簡單，如圖3?所示，即可以把機(jī)組的消聲設(shè)計(jì)等效與兩節(jié)抗性消聲器串聯(lián)。依此可以指導(dǎo)我們進(jìn)行空調(diào)機(jī)組的設(shè)計(jì)，包括主要功能段段體長度、段體截面積的確定等。

消聲設(shè)計(jì)基礎(chǔ)內(nèi)容

對于單節(jié)抗性消聲而言，其消聲量可以由以下的公式進(jìn)行計(jì)算

為了不影響抗性消聲器的消聲效果，例如防止中高頻噪聲以平面波的形式傳播呈束狀通過以及對于低頻的消聲效果等，在對膨脹性消聲設(shè)計(jì)時(shí)，有上限失效頻率fu和下限失效頻率

fd的限制，其計(jì)算公式分別如下：

式中：D?為膨脹室當(dāng)量直徑，m；S?為氣流通道截面積，m2；V?為膨脹室的體積，m3；其它參數(shù)同前所述。

以消聲設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的機(jī)組功能段長度的確定由式（4）可以知道，消聲量?ㄓ?L?是?kl?的周期函數(shù)，即隨著頻率的變化，消聲量在零與極大值之間變化，因此針對某一頻率噪聲進(jìn)行消聲處理時(shí)，適當(dāng)調(diào)整兩膨脹節(jié)之間的長度就可保證對消減某一頻率的噪聲達(dá)到最大，這也就是以消聲設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)確定機(jī)組主要功能段長度的關(guān)鍵所在。

例如對于風(fēng)機(jī)出口到機(jī)組出口處，主要消除的是250Hz的噪聲，則風(fēng)機(jī)出口與機(jī)組出口功能段之間的最佳長度應(yīng)滿足如下的關(guān)系式：

l = 680 n+340 n = 0,1,2,……?（6）

而最不利長度：

l = 680 n n = 0,1,2,?（7）

這樣在機(jī)組段體長度設(shè)計(jì)時(shí)就有了定量的限制，而并非盲目地隨意選擇或確定。

以消聲設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)確定機(jī)組的斷面尺寸

以消聲設(shè)計(jì)來指導(dǎo)空調(diào)機(jī)組斷面尺寸的確定，可以從兩個(gè)方面來考慮問題：（1）在機(jī)組斷面尺寸確定的情況下，其上限頻率也隨之確定；如果所要消除的噪聲頻率在上限頻率范圍之外，則需要調(diào)整機(jī)組的斷面尺寸；（2）在機(jī)組回風(fēng)口、送風(fēng)口以及風(fēng)機(jī)出口的通道面積一定的情況下，膨脹室對于降噪的下限頻率同樣也存在類似的情況。

例如對于機(jī)組斷面為1300×1500?的空調(diào)機(jī)組，其消聲的上限頻率為425 Hz；而對于1600×1500的空調(diào)機(jī)組，其消聲的上限頻率則上升為535 Hz。如果空調(diào)機(jī)組的主要消聲頻率集中在500 Hz，則后者的斷面尺寸有利，而前者無法滿足降噪要求。另一方面，由于膨脹消聲存在下限頻率，因此在確定各風(fēng)口面積時(shí)，同樣需要滿足如下的兩個(gè)條件：

1）膨脹比?m?保持在?4 ~1 5?之間；

2?）各風(fēng)口的斷面積滿足如下的公式：

關(guān)于這些方面的研究工作，包括大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，還需在以后的進(jìn)一步科研中得到證實(shí)。

空調(diào)機(jī)組吸聲減噪

在前面的內(nèi)容中，重點(diǎn)介紹了利用機(jī)組圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行消聲設(shè)計(jì)的思路，準(zhǔn)確一點(diǎn)講膨脹消聲是把聲能反射回聲源，而反射的聲能則需通過吸聲來解決。吸聲減振主要是依靠吸聲材料的疏散性和多孔性。當(dāng)聲能入射到吸聲材料上，一部分聲能被反射，其余部分則進(jìn)入孔隙，引起孔隙中空氣和材料細(xì)微振動，由于摩擦力和粘滯力使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被吸收。

目前吸聲材料有超細(xì)玻璃棉、開孔型聚氨脂泡沫塑料、微孔吸聲磚以及木絲板等。但這些材料應(yīng)用到潔凈行業(yè)中由于其產(chǎn)塵、滋生細(xì)菌、報(bào)廢后對環(huán)境造成二次污染等原因已經(jīng)逐漸被淘汰。筆者認(rèn)為泡沫鋁消聲板相對而言是一種比較好的吸聲材料。該消聲板具有如下的性能特點(diǎn)：

1?）加工、報(bào)廢和回收利用的全過程中，不產(chǎn)生任何污染物質(zhì)。

2）性能穩(wěn)定，強(qiáng)度高（抗拉強(qiáng)度?3.41 MPa，抗彎強(qiáng)度?8.06 MPa，抗壓強(qiáng)度?8.61MPa）。

3?）防水性能好，質(zhì)量吸濕率?0 . 1 %?。

4）抗紫外線老化性能好，在?250?小時(shí)照射下無變化。

5）耐腐蝕，9 6?小時(shí)耐鹽霧實(shí)驗(yàn)后，表面無開裂及脫落情況

6?）防火，為不燃材料。

7）綠色環(huán)保型消聲材料，不危害人體健康。

對于其吸聲性能，與吸聲板的材料、主孔徑、孔隙率等都有非常重要的關(guān)系，圖?4?給出了厚度為?10 mm，主孔徑?0.9 mm，孔隙率為65.5%在背留空腔?D?情況下板材的吸聲系數(shù)。圖4?吸聲系數(shù)測試圖從圖中可以看出，調(diào)整不同的空腔厚度，可以對不同頻率的噪聲進(jìn)行最佳的吸聲設(shè)計(jì)。當(dāng)然，改變材料的主孔徑和孔隙率也可對不同頻率的噪聲的吸聲進(jìn)行優(yōu)化，關(guān)于這些內(nèi)容此處就不再贅述。把泡沫鋁消聲板應(yīng)用到凈化空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)段中，正如許多科研人員所關(guān)心的就是該多孔材料的集塵、集菌等問題，筆者是這樣考慮的：一方面空氣在進(jìn)入凈化機(jī)組風(fēng)機(jī)段前已經(jīng)進(jìn)行了過濾，壁板集塵的機(jī)會大大減少；另一方面，泡沫鋁少量的集塵減少了整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)后級過濾器的負(fù)擔(dān)；再者，泡沫鋁集塵后易于清洗，而清洗后可反復(fù)利用卻不改變的特性優(yōu)于其它材料。

空調(diào)機(jī)組的噪聲處理相對來講是非常復(fù)雜的，而利用機(jī)組圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身的長度因次進(jìn)行消聲目前還很少有人探討。本文筆者從空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，對空調(diào)機(jī)組的降噪處理提出了一些淺顯的思路，由于僅僅是思路，有許多工作需要進(jìn)一步的研究和探討，在此也真誠地希望各位同仁提出寶貴的建議