地鐵環(huán)控通風系統消聲降噪設備的分析與選擇
摘 要：在對地鐵環(huán)控通風系統噪聲的特征和產生原因進行研究分析的基礎上，對地鐵環(huán)控通風系統消聲降噪設備的選擇做簡要分析。
關鍵詞：地鐵通風；噪聲控制
1 引言
隨著地鐵大規(guī)模的建設和投入使用，地鐵運營時所產生的噪聲也給人們的生活帶來了一定影響。地鐵的噪聲主要來自兩個方面：一是地鐵列車的運行噪聲，二是地鐵環(huán)控通風設備的噪聲。本文主要針對地鐵環(huán)控通風系統，對其噪聲的產生以及控制進行分析和研究。
2 環(huán)控通風系統噪聲的產生與特性分析
地鐵環(huán)控通風系統一般是由隧道通風系統、車站通風空調系統以及空調水系統構成的，系統功能主要是通過各種不同類型的風機、空調機組、冷水機組、水泵、冷卻塔等設備（圖 1）的運行來實現和完成，這些設備運行時產生的振動與噪聲就成為地鐵環(huán)控通風系統的主要噪聲源？照{通風設備運行產生的噪聲會通過不同的途徑傳播到地鐵車站公共區(qū)、設備管理用房以及地面區(qū)域從而形成噪聲污染。地鐵環(huán)控通風系統中通風空調設備正常運行時產生的噪聲主要包括機械振動噪聲、電機運轉噪聲及空氣動力性噪聲等。
(1) 通風空調設備的機械振動噪聲和電機運轉噪聲。一方面是從設備本體表面輻射，另一方面是以彈性波的形式通過基礎、吊架等沿結構向外傳播。據現場測試數據顯示其噪聲值達到 80～110 dB（A），對設備機房及周邊相鄰的區(qū)域造成很大影響！兜罔F設計規(guī)范》中明確規(guī)定：“通風與空調機房內的噪聲不得超過 90 dB（A）；通風、空調設備傳至各房間內的噪聲不得超過60 dB（A）”，因此，在地鐵車站建筑平面設計及通風空調系統布置方案中應盡可能將產生噪聲的設備集中設置，設立獨立的通風空調機房且遠離車站公共區(qū)和管理用房，同時采取相應措施對噪聲進行控制。例如，機房墻體采用混凝土澆注結構或采用實心磚砌筑，保證機房圍護結構隔聲指數 Ia＞50 dB（A），機房安裝隔聲量大于 30 dB（A）的密閉隔聲門，機房內墻根據實際需要設置吸聲材料或做吸聲處理，設備與管道之間采用軟性連接，減少設備的振動通過管路向外傳播，設備與基礎及吊架之間配置減振彈簧或橡膠等彈性材料，有效地控制設備振動，降低噪聲（圖2）。
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(2) 空氣動力性噪聲主要是氣體流動過程中所產生的噪聲，它主要是由于氣體非穩(wěn)定流動，即氣流的擾動、氣體與氣體以及氣體與物體的相互作用而產生的噪聲。從噪聲產生的機理來看，它主要由旋轉噪聲和渦流噪聲組成。地鐵環(huán)控通風系統的空氣動力性噪聲主要是從風機（圖3）的進出口兩端輻射出來，并通過所連接的風道或風管等向內、外擴散傳播。一方面對車站的站廳、站臺內部區(qū)域產生影響，另一方面對與風亭相鄰的地面外界環(huán)境形成噪聲污染！兜罔F設計規(guī)范》中規(guī)定：“地鐵的通風與空調系統設備傳至站廳、站臺的噪聲不得超過 70 dB（A）；風亭（圖4）出口的噪聲應符合現行國家標準《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準》的規(guī)定”。由于隧道通風系統中的隧道風機根據系統功能要求在不同的工況條件下應能夠正轉或反轉運行，另外車站站臺范圍內軌行區(qū)的排熱風機在列車運營期間始終保持開啟運轉，因此，上述風機的運行所產生的氣流噪聲對地鐵內外環(huán)境的影響最大，是地鐵環(huán)控通風系統中最突出的，在消聲降噪設計中必須重點考慮解決。
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由于地鐵隧道風機為可逆式正反轉雙向風機，通過與風道、風井連接一端通向地面風亭，一端通向區(qū)間隧道，所以在風機前后設置消聲器是比較有效合理的消聲降噪措施和方法。另外地鐵通風空調系統中所使用的風機基本上都是軸流通風機，其特點是風量大、再生噪聲高、自然衰減小，總的剩余噪聲相對較高，而且噪聲頻帶較寬，一般在63～8 000 Hz范圍內均有較高的噪聲值。因此，在消聲設備的選擇上要有針對性和適用性，才能保證對噪聲進行有效地控制和消除。
3 消聲降噪設備的分析與選擇
根據對國內已運營地鐵調研情況的分析總結，地鐵環(huán)控通風系統消聲降噪設備一般分為兩類：減振設備和消聲設備。減振設備包括各種減振彈簧、隔振墊、軟接頭等，此類設備均有成熟定型產品可供設計配置選用。消聲設備包括各種形式的消聲器、消聲部件（如風口、百葉）等。民用及工業(yè)建筑空調通風系統中選用的消聲器、消聲部件均有標準通用的產品，可根據設備樣本或標準圖集進行選配。但對于地鐵環(huán)控通風系統來說，其消聲降噪設備特別是消聲器受各種因素的制約和影響，目前尚無定型通用的產品，各個生產制造廠家產品的技術性能參數標準也各不相同，給設計帶來一定的難度。
消聲器是一種既允許氣流通過，同時又使氣流中的噪聲得到有效降低的消聲設備。對于消聲器的基本要求：一是聲學要求，要求具備較好的消聲頻率特性，也就是說要求在所需要的消聲頻率范圍內有足夠大的消聲量 ；二是空氣動力性能要求，要求消聲器阻力要；三是結構、加工方面的要求，要求體積小，加工經濟、簡單，使用壽命長等。目前國內地鐵環(huán)控通風系統中選用的消聲設備一般以消除中、低頻噪聲的阻性消聲器為主，但由于系統中風機頻譜特性或系統噪聲的自然衰減量小等原因而造成采用阻性消聲器無法滿足設計要求時，通常也會采用阻抗復合式消聲器。
阻性消聲器是利用敷設在氣流通道內的多孔吸聲材料（常稱阻性材料）吸收聲能、降低噪聲。阻性消聲器是各類消聲器中形式最多、應用最廣的一種消聲器。阻性片式消聲器是阻性消聲器的一種，具有結構簡單，中、高頻消聲性能優(yōu)良，氣流阻力較小等特點，因此，其適用范圍非常廣。地鐵環(huán)控通風系統通常選用的是金屬外殼片式消聲器和結構片式消聲器（圖5），前者多安裝于通風機進出口兩端，直接與風機前后漸擴管 / 漸縮管相連接；后者多安裝于進、排風土建結構風道內以及活塞風道、風井內。同時根據地鐵工程的特殊要求，消聲片內部應采用不燃性吸聲材料，并符合150℃ 或250℃煙氣每小時通過的運行要求。
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通過對北京、深圳、南京、廣州、重慶、天津 6 座城市 10 個典型地鐵車站的聲學測試，以及對各城市地鐵環(huán)控通風系統消聲降噪設計的分析研究，對目前地鐵環(huán)控通風系統中所選阻性片式消聲器的結構和性能歸納如下。
（1）消聲器面板一般采用厚度大于或等于0.5 mm的穿孔鍍鋅（噴塑）鋼板，以防止銹蝕，并應保證一定的穿孔率，穿孔率大于20%，孔徑為 4～6 mm。消聲器的消聲片厚度宜與氣流通道寬度相等，即進風面積百分比為 50%，消聲器片間的風速一般控制在 10～12 m/s。消聲片內填充容重為 3 2 k g / m 3 （或48 kg/m3）的超細玻璃棉（外包無堿玻璃布）。
（2）因隧道風機為可逆轉運行，氣流雙向流動，消聲片兩端都可能是迎風面，所以消聲片體兩端均采用尖劈型或圓弧型，以減小阻力。阻性片式消聲器的片體厚度一般為 150、200、250、300 mm，兩側壁面使用 1/2 片體厚度消聲片，氣流通道寬度為 150、200、250、300 mm，即進風面積比為 50%，此時阻力最小。對于金屬外殼片式消聲器，消聲器的外殼由于隔聲需要采用厚度大于 1.5 mm 的優(yōu)質鋼板，四面聯接采用密封條加密封膠密封。
由于地鐵車站復雜獨特的地下結構決定了其與地上民用及公共建筑有很大的區(qū)別，同時地鐵特殊的系統功能要求也決定了地鐵環(huán)控通風系統與常規(guī)建筑的通風空調系統有所不同，所以其消聲設計（包括系統消聲量的計算、消聲器形式和種類的選擇、消聲器長度的確定等）需針對系統的實際構成進行全面分析，確定具體可靠的消聲降噪方案，并通過詳細的消聲降噪設計計算選配空氣動力性能、聲學性能最佳的消聲器。同時，消聲設備的選擇還應根據防火、防腐、凈化、安裝、工程造價等各方面因素綜合考慮。
4 結束語
地鐵環(huán)控通風系統的噪聲控制與分析涉及到聲學、空氣動力學、材料學等多個方面，是一項復雜的系統工程。在消聲設計中應注意聲源、傳聲途徑和接收者三方面的關系。因此，就需要各個方面根據地鐵系統的不同功能特點，分析其具體構成及設備組成；明確產生噪聲的各種因素和對象；了解噪聲的傳播途徑；確定影響（控制）點的噪聲源及噪聲控制標準；采用相關的計算方法和手段針對系統的噪聲及傳播進行預測分析。由此制定和采取相應的技術措施和方案，選擇適用的消聲輔助設施及設備。同時，利用有效的檢測手段和計算方法對既有工程中各種噪聲產生的規(guī)律與噪聲控制的實際效果進行現場實測、模擬計算、分析研究，總結歸納以往工程中成功的經驗及失敗的教訓，相互借鑒交流提高，才能不斷地提出可靠準確的計算分析方法和手段，研制開發(fā)出更有效的消聲降噪產品及設備，有針對性地設計合理可行的地鐵消聲降噪方案，以滿足地鐵內外各種環(huán)境對噪聲的控制要求。
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