Рекомендации по выбору шумоглушителей и их применению в системах вентиляции и кондиционирования воздуха

Расположение шумоглушителей в системе вентиляции и кондиционирования воздуха

В зависимости от места расположения можно выделить центральные, магистральные и оконечные шумоглушители.

Центральные шумоглушители устанавливаются непосредственно возле вентиляторов. Обычно глушители предусматриваются как со стороны помещений, так и со стороны улицы, если требуется снизить уровень шума, генерируемого в окружающую среду, что всегда актуально в условиях плотной городской застройки.

Как правило, в приточно-вытяжных вентиляционных установках и центральных кондиционерах шумоглушитель монтируется в составе корпуса. Прочный, шумоизолирующий корпус центрального кондиционера существенно снижает шум в окружение и позволяет выдерживать высокое избыточное давление. По ряду причин это наиболее предпочтительный вариант. Его минусы заключаются только в увеличении длины вентиляционной установки и высокой стоимости оборудования. Но, поскольку эффективность центрального глушителя высока, отказываться от его использования не рекомендуется. Даже если нет возможности установить хороший шумоглушитель длиной 1,2–2 м, имеет смысл использовать более короткий центральный глушитель длиной до 0,5 м.

Магистральные шумоглушители (дополнительные, вспомогательные) устанавливаются на поэтажных воздуховодах и крупных ответвлениях для снижения общего уровня шума в воздуховодах, когда снижение шума центральным шумоглушителем оказывается недостаточным. Например, если габаритные размеры не позволяют расположить его в необходимых размерах сразу после вентилятора или суммарный расход воздуха слишком большой и целесообразно использовать несколько компактных глушителей.

Оконечные шумоглушители устанавливаются на конечных участках воздухораспределительной сети непосредственно перед воздухораспределительными устройствами. Они поглощают остаточный шум вентилятора, и шум, генерируемый регулировочными (дроссельными) заслонками и регуляторами переменного и постоянного расхода, расположенными перед обслуживаемыми помещениями.

Критерии шума в помещении

В нормативной документации допустимый эквивалентный уровень звука LА нормируется в зависимости от назначения помещения и указывается в дБ(А). При этом шум от системы вентиляции и кондиционирования воздуха должен быть на 5 дБ(А) ниже, чем устанавливаемый предельный уровень шума для помещения данного назначения.

Поскольку в системах вентиляции шум генерируется во всём диапазоне частот, при выполнении акустических расчётов используют критерий шума, учитывающий весь спектр шума. Критерий шума Noise Criteria (NC) обычно используется в Соединённых Штатах Америки для оценки шума внутри помещения от систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Во многих европейских странах используют аналогичный критерий шума Noise Rating (NR), который определяет предельно допустимый уровень шума для каждой октавной полосы.

В отечественной справочной литературе [1] также рекомендуется использовать критерий шума «предельный спектр» (ПС), который по значениям соответствует критерию NR (табл. 1).

В среднем нормируемый уровень звука на пять единиц выше номера предельного спектра. Так, уровню звука 30 дБ(А) соответствует спектр ПС-25, а уровню звука 45 дБ(А) соответствует ПС-40. В [2] в табл. 1 для большинства типовых помещений приведены требования к уровню звука LА и указаны по октавным полосам предельные уровни звукового давления в помещениях, которые как раз и соответствуют предельным спектрам, рекомендуемым в справочной литературе.

В большинстве случаев в системах вентиляции с механическим побуждением обеспечить требуемый уровень звука без использования в системе шумоглушителей затруднительно. Поэтому одной из основных задач акустического расчёта системы вентиляции является оптимальный выбор шумоглушителей.

Основные характеристики шумоглушителей и критерии подбора

Главной характеристикой шумоглушителя является его эффективность, которая указывается в [дБ] для каждой октавной полосы. Эффективность этого элемента инженерной системы определяется его конструкцией, качеством сборки и используемыми материалами. Но в любом случае характерный показатель, определяющий эффективность, — длина шумоглушителя. Рекомендуется использовать глушители длиной от 0,5 до 2 м. Эффективность каждого из них зависит от их длины нелинейно — она снижается. При длине более 2 м в системе устанавливают несколько глушителей на расстоянии.

Но эффективность глушителя — не единственный показатель, который нужно учитывать при подборе оборудования. Шумоглушитель также генерирует шум, и при этом последний может быть даже больше остаточного шума, генерируемого в воздуховоде вентилятором. Уровень собственного шума зависит от конструкции шумоглушителя, поэтому для качественного оборудования значение генерируемого шума всегда приводится в программах подбора или каталогах. При выборе бюджетных глушителей можно ориентироваться на таблицу рекомендуемой скорости в живом сечении шумоглушителя в зависимости от номера предельного спектра (табл. 2). Чем выше скорость движения воздуха, тем больше будет аэродинамическое сопротивление шумоглушителя, которое также нужно учитывать при выборе оборудования. Как правило, рекомендуется использовать глушители с сопротивлением менее 50 Па.

Модели шумоглушителей

В вентиляционных системах применяют пластинчатые и трубчатые шумоглушители со звукопоглощающим материалом. В пластинчатых вариантах звукопоглощающий материал устанавливается в кожухе по длине глушителя в виде отдельных пластин, образуя узкие каналы, через которые проходит поток воздуха. При этом скорость последнего в каналах будет значительно выше, чем в воздуховоде аналогичного с глушителем размера. В трубчатых версиях свободное сечение не перекрывается, а звукопоглощающий материал располагается по периметру круглого или прямоугольного канала.

Далее рассмотрим основные модели шумоглушителей, представленные на локальном рынке оборудования. Поскольку номенклатура различных производителей достаточно разнообразна, для условного обозначения типа глушителя в статье используется кодировка: Ш — шумоглушитель; Т — трубчатый, П — пластинчатый (а также исполнение с внутренней вставкой или пластиной для круглых глушителей); К — круглый, для круглых каналов; КК — компактный, для круглых каналов; П — для прямоугольных каналов; Р — с резонирующими пластинами.

Шумоглушители трубчатые для круглых каналов (тип ШТК)

Наиболее популярны трубчатые шумоглушители (рис. 1), которые используются совместно со стандартными канальными вентиляторами для круглых каналов. Как правило, все производители предлагают модели типоразмерами от 100 до 315 мм. Более крупные типоразмеры (до 800 мм), используют с осевыми вентиляторами. Длина шумоглушителей различных производителей варьируется от 300 до 1500 мм. Толщина звукоизолирующего материала — 50 и 100 мм, но встречаются и модели с 25 мм изоляцией.

Рис. 1. Шумоглушитель трубчатый, предназначенный для круглых каналов

Плюсом глушителей типа ШТК является полнопроходное сечение. Их можно устанавливать непосредственно до и после канального или осевого вентилятора, где как раз и нужен прямой участок воздуховода для выравнивания потока. Сопротивление такого глушителя минимальное и приблизительно эквивалентно сопротивлению участка воздуховода аналогичной длины. Глушители ШТК практически не генерируют собственный шум, поэтому идеально подходят и для установки на конечных участках воздушной сети перед воздухораспределителями.

Из минусов можно отметить достаточно большие габариты ШТК, так как звукоизоляция расположена снаружи канала. Так, например, для стандартного воздуховода 315 мм шумоглушитель с эффективной 100 мм изоляцией будет иметь диаметр 550 мм, что на практике достаточно много для его удобного размещения за фальшпотолком.

Шумоглушители трубчатые компактные для круглых каналов (тип ШТКК)

Некоторые компании выпускают компактные глушители для круглых каналов типа ШТКК (рис. 2).

Рис. 2. Шумоглушитель трубчатый компактный для круглых каналов

У компактного глушителя габаритные размеры всего на 40 мм больше, чем диаметр воздуховода, но при этом используется звукоизоляция толщиной 100 мм, что обеспечивает высокую эффективность. Такие глушители выпускаются для каналов от 100 до 1250 мм.

Шумоглушители с внутренней вставкой для круглых каналов (тип ШПК)

Чтобы повысить эффективность круглых шумоглушителей используется конструкция с дополнительной звукопоглощающей вставкой внутри канала. В результате эффективность такого глушителя существенно увеличивается, но при этом возрастает его сопротивление и появляется собственный шум. Данные элементы инженерной системы выпускаются для круглых воздуховодов диаметрами от 250 до 1000 мм (рис. 3).

Рис. 3. Шумоглушитель для круглых каналов с внутренней вставкой

Шумоглушители для стандартных прямоугольных каналов (тип ШТП)

Этот тип шумоглушителей предназначен для использования совместно со стандартными канальными вентиляторами для прямоугольных каналов. В таком шумоглушителе устанавливается только одна звукопоглощающая пластина, которая занимает половину сечения, и поэтому эффективность такого устройства невелика, а по конструкции он ближе к трубчатым версиям (рис. 4).

Рис. 4. Шумоглушитель для стандартных прямоугольных каналов

В прямоугольном канальном вентиляторе рабочее колесо также занимает только половину сечения, поэтому ШТП также рекомендуется устанавливать непосредственно до и после вентилятора. Модельный ряд шумоглушителей этого типа соответствует ряду стандартных канальных вентиляторов, начиная с типоразмера 400×200 и до 1000×500 мм.

Пластинчатые шумоглушители (тип ШП)

Основой глушителей данного типа являются отдельные пластины из звукопоглощающего материала в несущей раме. Звукопоглощающий материал защищается от выдувания покрытием из фиброткани или аналогичными звукопрозрачными покрытиями, в том числе перфорированными металлическими листами.

Пластины могут быть установлены вертикально в металлическом кожухе, в корпусе центрального кондиционера или в строительных конструкциях. Между пластинами образуются каналы для движения воздуха. Поэтому сопротивление глушителя ШП, а также собственный генерируемый шум определяются размерами свободных каналов между пластинами. С другой стороны, чем меньше расстояние между пластинами, тем эффективнее будет глушитель (рис. 5).

Рис. 5. Пластинчатый шумоглушитель

Сами пластины могут иметь различную толщину; обычно используют пластины 100, 150, 200, 230 и 300 мм, хотя в некоторых случаях используются варианты 400 мм и более. Принято считать, что чем толще пластины, тем эффективнее будет работать глушитель на низких частотах, но точные данные по конкретной модели может предоставить только производитель оборудования.

Чтобы повысить эффективность шумоглушителя на низких частотах, часть шумопоглощающей пластины закрывают стальным листом. В результате вариант шумоглушителя с резонирующими пластинами типа ШП-Р использует не только эффект поглощения звука, но и отражение звуковых волн.

Гибкие шумоглушители и воздуховоды

Кроме рассмотренных в статье жёстких шумоглушителей, предназначенных для снижения шума в современных системах вентиляции, применяются и гибкие шумоглушители для круглых каналов различной конструкции, а также гибкие звукопоглощающие воздуховоды и гибкие теплои шумоизолированные воздуховоды. Гибкие звукопоглощающие воздуховоды некоторых производителей имеют очень хорошую эффективность, сопоставимую с глушителями для круглых каналов, и в некоторых случаях способны заменить собой оконечный шумоглушитель, в то время как гибкие изолированные воздуховоды в основном препятствуют проникновению шума через стенки воздуховода в помещение (рис. 6).

Рис. 6. Гибкий шумоглушитель

Примеры выбора шумоглушителей

Выбор шумоглушителя должен выполняться на основании акустического расчёта для конкретного вентилятора с его шумовыми характеристиками, реальной вентиляционной сетью и для каждого помещения с его требованиями по уровню звука и звукопоглощающими характеристиками.

Однако в практике проектирования важно уметь сделать предварительную оценку для обоснования использования шумоглушителей и заранее выбрать наиболее подходящий тип и габаритные размеры. Одним из наиболее массовых сегментов вентиляторов, используемых в настоящее время, являются стандартные канальные вентиляторы для круглых каналов диаметрами от 100 до 315 мм и вентиляторы для прямоугольных каналов размерами от 400×200 до 1000×500 мм.

Поэтому, чтобы показать особенности и возможности применения различных типов шумоглушителей с такими вентиляторами, для примера приведены два оценочных расчёта. В первом расчёте рассмотрена вытяжная вентиляционная система на базе типового канального вентилятора 315 типоразмера, который обеспечивает расход воздуха 1000 м³/ч при свободном напоре 400 Па (табл. 3.1).

Исходные октавные уровни звуковой мощности, которые генерирует вентилятор, указываются в [дБ], строка 3. Если в каталоге производителя данные приведены с учётом А-фильтра [дБ(А)], для выполнения расчёта их необходимо пересчитать, строка 2. Для того, чтобы результаты вычислений соответствовали наиболее типичным вариантам применения канальных вентиляторов, в примере учтена вентиляционная сеть длиной 20 м, которая имеет пять поворотов. Снижение шума в сети учено на основании справочных данных, строки 4 и 5. Кроме того, учтено снижение шума в результате отражения звуковой волны от вентиляционной решётки, строка 6. В результате получается уровень звуковой мощности шума излучаемого из вентиляционной решётки в системе вентиляции без использования шумоглушителя, строка 7. Разность между уровнем звуковой мощности излучаемой из решётки и уровнем звукового давления в помещении зависит от многих факторов: габаритов, отделки, интерьера и т. д. Существуют различные методики и рекомендации расчёта этой величины, но для оценочных расчётов вполне достаточно ориентироваться на величину 8 дБ, что соответствует стандартным рекомендациям, строка 8. В итоге без использования шумоглушителей получаем уровень шума в помещении от системы вентиляции на уровне 66 дБ, строка 9. Это примерно соответствует предельному спектру помещения ПС-70, с учётом требования о том, что уровень шума от постоянно действующей системы вентиляции должен быть на 5 дБ ниже уровня допустимого шумового фона в помещении.

В табл. 3.2 показано, какие предельные спектры можно обеспечить для системы вентиляции, рассчитанной в табл. 3.1 при использовании различных типов шумоглушителей. Во всех примерах длина глушителя принята равной 1 м, однако если эффективность глушителя немного ниже требуемой, это можно компенсировать за счёт увеличения его длины. Например, в строке 10 задан допустимый уровень звука для предельного спектра ПС-45.

В строке 11 указано требуемое дополнительное снижение звука по октавным полосам, для достижения заданного предельного спектра. Знак «минус» перед значениями в таблице означает, что уровень шума на данной октавной полосе уже ниже, чем требуется для обеспечения заданного предельного спектра, и дополнительное снижение шума не требуется.

Использование одного канального глушителя типа ШТК как раз позволяет обеспечить предельный спектр ПС-45, строки 12 и 13. Эффективности компактного глушителя типа ШТКК, строки 14 и 15, оказывается немного недостаточно на частотах 125 и 250 Гц. Однако это устройство обеспечивает большой запас на частотах от 1 до 8 кГц, и в ряде практических ситуаций его применение бывает более предпочтительно.

Для достижения предельного спектра ПС-40 необходимо применить более эффективный глушитель типа ШПК с внутренней вставкой, строка 21.

Для обеспечения предельного спектра ПС-35 использование в системе только одного глушителя оказывается недостаточным. Чтобы снизить стоимость оборудования можно использовать один глушитель типа ШТК и один типа ШПК, что позволяет добиться желаемого результата, строка 28. Предельный спектр ПС-30 можно обеспечить, используя два устройства типа ШПК, строка 33. А вот для того, чтобы гарантировать предельный спектр ПС-25 и тем более ПС-20, двух ШПК (даже увеличенной длины) может оказаться недостаточно, строка 38. Основные сложности тут возникают на частотных полосах 125 и 250 Гц, и требуется выполнение более детального акустического расчёта, а также использование дополнительных мер снижения шума, например, применение гибких шумоглушащих воздуховодов, внутренней облицовки воздуховодов и отводов, использование более тихих вентиляторов, оборудованных ЕС-двигателями, и т. д.

Аналогичный расчёт приведён для типового канального вентилятора для прямоугольных каналов, имеющих сечением 800×500 мм, при расходе воздуха 4000 м³/ч и напоре вентилятора 500 Па. Результаты расчёта снижения шума на пути от вентилятора к помещению представлены в табл. 4.1. В этом примере принята воздухораспределительная сеть длиной 30 м. Следует отметить, что использование прямоугольных воздуховодов в вентиляционной сети позволяет лучше снизить шум как раз на низких частотах 63–500 Гц, которые оказались наиболее критичными в первом примере.

Эффективность применения различных типов глушителей совместно с вентилятором для прямоугольных каналов приведена в табл. 4.2. Использование стандартного шумоглушителя для прямоугольных каналов типа ШТП, которые выпускают практически все производители канальной вентиляции, позволяет обеспечить только предельный спектр ПС-50, строки 10–13. При этом, в отличие от круглых каналов, стандартный шумоглушитель для прямоугольных каналов ШТП создаёт дополнительное сопротивление, порядка 20–25 Па. Для достижения предельного спектра ПС-45 одного ШТП будет уже недостаточно, строка 17. В качестве бюджетной альтернативы рассмотрен вариант использования круглого шумоглушителя с внутренней пластиной типа ШПК диаметром 630 мм. Сопротивление глушителя будет несколько меньше, всего 10 Па, но, с другой стороны, появятся дополнительные сопротивления на переходах воздуховодов с прямоугольного на круглый диаметр. В некоторых случаях такое решение может быть оптимальным, строка 18–19.

Более низкие предельные спектры в рассматриваемой системе можно достичь за счёт использования нескольких шумоглушителей или в случае применения более дорогих пластинчатых глушителей типа ШП и ШП-Р. В зависимости от требований проекта пластинчатые шумоглушители могут быть сконфигурированы различными способами. Ширина глушителя определяет количество пластин, которые могут быть в нём установлены. В основном, чем больше пластин, тем эффективнее устройство. Эффективность глушителя также зависит от расстояния между пластинами и толщиной самих пластин. Высота его больше влияет на скорость воздушного потока между пластинами, и соответственно — на уровень генерируемого шума и аэродинамическое сопротивление. Для всех конфигураций выбрана такая же ширина корпуса шумоглушителя, что и у канального вентилятора — 800 мм, высота глушителя — 1000 и длина также 1000 мм. Таким образом, у всех рассмотренных далее пластинчатых глушителей внешние габариты корпуса — 800×1000×1000 мм.

Чтобы обеспечить предельный спектр ПС-40 можно использовать несколько конфигураций глушителя. Например, ШП 100–5 с пятью пластинами толщиной 100 мм, ШП-Р 100–5 с пятью резонансными пластинами 100 мм. Как видно из таблицы, строки 23 и 25, глушитель с резонансными пластинами имеет несколько лучшие характеристики на частоте 250 Гц и практически обеспечивает предельный спектр ПС-40. При этом в области высоких частот глушители имеют огромный запас по эффективности. Но чтобы полностью выполнить требования ПС-40 необходим глушитель типа ШП 200–3 с тремя пластинами шириной 200 мм. Для предельно спектра ПС-35 требуется использовать ШП 300–2 с двумя пластинами толщиной 300 мм или более эффективный ШП-Р 200–3 с тремя резонансными пластинами 200 мм, строки 31 и 33.

В данном примере хорошо видно преимущество глушителей с резонансными пластинами на частоте 250 Гц. Если ШП 200–3 позволяет добиться только предельного спектра ПС-40, строка 27, то такой же по размерам глушитель с резонансными пластинами ШП-Р 200–3 обеспечивает предельный спектр ПС-35. Более того, это устройство почти обеспечивает предельный спектр ПС-30, строка 37. Но это максимум, что можно получить при использовании одного центрального шумоглушителя длиной 1 м.

Общие выводы и рекомендации

Для канальных вентиляторов для круглых каналов с расходами воздуха до 1000 м³/ч использование одного стандартного глушителя типа ШТК обеспечивает предельный спектр порядка ПС-45. Но этого будет недостаточно для того, чтобы выполнить требования, предъявляемые к различным жилым помещениям, квартирам, гостиницам, учебным классам, палатам больниц и санаториев.

Именно там, где часто применяются небольшие канальные вентиляторы, как в вытяжных, так и в приточных системах. В таких случаях необходимо использование несколько глушителей. При этом имеет смысл комбинировать устройства для круглых каналов ШТК и ШПК, а также применять дополнительные шумоглушащие воздуховоды.

Для канальных вентиляторов в прямоугольных каналах, а также для радиальных и осевых вентиляторов с расходами воздуха более 2000 м³/ч стандартные канальные глушители типа ШТП незначительно снижают уровень шума системе и позволяют добиться предельного спектра не лучше ПС-45.

Но этого вполне достаточно для производственных и рабочих помещений, залов кафе и ресторанов, и в некоторых случаях может удовлетворить даже требования к офисным кабинетам.

Использование, например, круглых глушителей с внутренними вставками типа ШПК позволяет добиться несколько лучших результатов. Но применение таких устройств будет оправдано для систем с осевыми вентиляторами, в которых преимущественно используются воздуховоды круглого сечения. Для более тихих помещений необходимо использование пластинчатых глушителей ШП, которые имеют значительно большие габариты, но при правильном подборе могут обеспечить предельные спектры ПС-35 и даже ПС-30.

Использование ШП-Р с резонансными пластинами значительно улучшает эффективность на частоте 250 Гц и позволяет получить предельный спектр на ступень лучше при тех же габаритах.

Приведённые рекомендации имеют оценочный характер, поэтому для гарантированного достижения желаемых результатов требуется выполнить акустический расчёт применительно к конкретной системе.