Особенности акустического расчета на промышленных предприятиях

Расчёт шума от вентиляции призван подобрать механизмы работы и используемые материалы, при которых он не будет выходить за рамки нормативных значений, и входит в проект вентсистем, как один из пунктов.

Основы электроакустического расчета

Понятие «акустический расчет» (АР) само по себе является достаточно емким. В контексте обеспечения безопасности людей, находящихся внутри производственных помещений, выполняется так называемый электроакустический расчет (ЭАР), в процессе которого:

• анализируется защищаемое помещение;
• выбираются расчетные точки (РТ);
• рассчитывается звуковое давление в РТ;
• определяются уровни шума (УШ) в РТ, характерные для данного помещения;
• выявляются дополнительные источники шума;
• проверяются граничные условия расчета;
• выбираются параметры громкоговорителей и определяются схемы их расстановки;
• в случае невыполнения граничных условий разрабатываются организационные мероприятия, повышающие достоверность передачи информации.

Требования, предъявляемые к ЭАР, можно найти в [1], а методику – в Приложении А, к [2], однако, следует заметить, что имеющаяся в данном приложении методика для какого-либо серьезного расчета совершенно непригодна. Название расчета – электроакустический – обусловлено учетом электрических параметров звукового тракта, являющихся входными для акустического расчета. Следует заметить, что требования к расчету, изложенные в [1], не вполне достаточны, однако, являются необходимыми, поэтому основное внимание в данной статье будет уделено выполнению именно этих требований. Что касается специфики данного расчета, в частности высоких шумов, будем опираться на СНиП по Шуму [5], в котором достаточно подробно излагаются как расчетные, так и организационные мероприятия по расчету, учету и борьбе с высокими шумами.

Рассмотрим основные понятия, необходимые для выполнения ЭАР.

Образование шума

Вентиляционные системы состоят из отдельных элементов, каждый из которых является источником неприятных звуков:

• У вентилятора это может быть лопасть или двигатель. Лопасть шумит из-за резкого перепада давления с одной и другой стороны. Двигатель – из-за поломки или неправильной установки. Охлаждающие установки издают шум по тем же причинам, также добавляется неправильная работа компрессора.
• Воздуховоды. Есть две причины: первая – вихревые образования из воздуха, ударяющиеся о стенки. Подробнее мы об этом говорили в статье «Как выполняется расчет воздуховодов вентиляции». Вторая – гул в местах изменения сечения воздуховода. Проблемы решаются снижением скорости движения газа.
• Строительные конструкции. Побочные шум от вибраций вентиляторов и других установок, передающиеся на элементы здания. Решение осуществляется за счет монтажа специальных опор или прокладок для гашения вибрации. Наглядный пример – кондиционер в квартире: если внешний блок закреплен не во всех точках, или монтажники забыли поставить защитные прокладки, то его работа может доставлять акустический дискомфорт у хозяев установки или их соседей.

Обобщенный показатель выделения шума основных вентиляционных установок

Способы передачи

Существует три пути распространения звука, и, чтобы рассчитать звуковую нагрузку, надо знать, как именно он передаётся всеми тремя способами:

• Воздушный: шум от работающих установок. Распространяется как внутри, так и снаружи здания. Основной источник нагрузки для людей. Например, крупный магазин, кондиционеры и холодильные установки у которого расположены с тыльной части здания. Звуковые волны распространяются во все стороны до близлежащих домов.
• Гидравлический: источник шума – трубы с жидкостью. Звуковые волны передаются на большие расстояния по всему зданию. Вызывается изменением размера сечения трубопровода и нарушением работы компрессора.
• Вибрационный: источник – строительные конструкции. Вызывается неправильной установкой вентиляторов или других частей системы. Передаётся по всему зданию и за его пределы.

Некоторые специалисты в расчётах используют научные изыскания из других стран. Например, есть формула, опубликованная в немецком журнале: с её помощью рассчитывается генерация звука стенками воздуховода, в зависимости от скорости движения потока воздуха.

Схема распространения

Способ замера

Часто требуется замерить допустимый уровень шума или интенсивность вибраций в уже смонтированных, работающих системах вентиляции. Классический способ измерения подразумевает использование специального прибора «шумомера»: он определяет силу распространения звуковых волн. Замер ведётся с использованием трёх фильтров, позволяющих отсекать ненужные звуки за границей исследуемой зоны. Первый фильтр – замеряет звук, интенсивность которого не превышает 50 дБ. Второй – от 50 до 85 дБ. Третий – свыше 80 дБ.

Вибрации измеряются в Герцах (Гц) для нескольких точек. Например, в непосредственной близости от источника шума, затем на определенном расстоянии, после этого – в самой отдалённой точке.

Зачем проводить расчет акустики системы вентиляции

Акустический расчет выполняют для:

• установления источника шума;
• изучения шумовых характеристик источников шума;
• разработки шумозащитных мероприятий (подробнее о шуме от вентиляции).

А. Исходные данные.

Стены
зала кирпичные оштукатуренные и
окрашенные водоэмульсионной краской;
потолок имеет клеевую побелку; полы
деревянные с

линолеумным
покрытием; кресла жесткие. В зале имеется
4 оконных

проема
с заполнением из стеклопакетов общей
площадью 35,2м2
и 2

дверных
проёма общей площадью 6,2м2
. Объём зала 9,0 х 14,9 х 7,0 = 938,7 м3.

Коэффициенты
звукопоглощения внутренних поверхностей
зала для частот 125, 500 и 2000 Гц приведены
в табл. 1.

Таблица 1

№ п/п	Наименование внутренней поверхности	Коэффициенты звукопоглощения отделки поверхности для частоты, Гц
125	500	2000
1	Стена	0,01	0,01	0,02
2	Потолок	0,02	0,02	0,04
3	Пол	0,02	0,03	0,04
4	Оконные заполнения	0,3	0,15	0,06
5	Место, занятое слушателем	0,2	0,3	0,35
6	Место, не занятое слушателем	0,02	0,03	0,04

Основные параметры громкоговорителя

Согласно нормативной документации, громкоговорители должны воспроизводить звуковой или речевой сигнал в диапазоне: 200 Гц – 5 кГц.

Звуковое давление громкоговорителя измеряется в децибелах (дБ) и определяется как его чувствительностью Po, дБ, так и электрической мощностью, Pвт, Вт, подведенной к его входу:

Pдб = Pо + 10log (Pвт / Pпор),
где
Pо – чувствительность громкоговорителя, дБ;
Pвт – мощность громкоговорителя, Вт;
Pпор – пороговая мощность, = 1Вт.

Чувствительность громкоговорителя, дБ – уровень звукового давления, измеренного на рабочей оси громкоговорителя на расстоянии 1 м от рабочего центра на частоте 1кГц при мощности 1Вт.

Мощность громкоговорителя берется из паспорта, предоставляемого производителем или поставщиком, при этом, следует обращать внимание на следующие обстоятельства:

1. Если в паспорте нет никаких специальных ссылок или указаний, то (в большинстве случаев) указывается т. н. RMS мощность, измеренная на 1кГц.
2. На т. н. «градации включения».

Здесь требуется комментарий. Дело в том, что громкоговорители, используемые в системах оповещения, являются трансформаторными. Первичная обмотка трансформатора имеет, как правило, несколько отводов, имеющих различный импеданс и позволяющих работать на различных мощностях, поэтому в формуле (1) ) необходимо указывать конкретную мощность включения.

Исполнение. Немаловажным параметром громкоговорителей, характерным для производственных помещений, является параметр, называемый «исполнение». Для различных условий эксплуатации (температура, влага, пыль, агрессивные среды) могут использоваться громкоговорители с различными классами исполнения (защиты). При низких температурах используются морозостойкие громкоговорители. При повышенной концентрации влаги и пыли – громкоговорители с различными степенями защиты, определяемые индексом IP:

• IP-41 – закрытые помещения;
• IP-54 – уличное исполнение;
• IP-67 – высокая степень защиты от пыли и влаги.

Дополнительные параметры громкоговорителя будут рассмотрены ниже.

Расчетные точки находятся на прилегающей к зданию территории

Шум вентилятора
распространяется по воздуховоду и
излучается в окружающее пространство
через решетку или шахту, непосредственно
через стенки корпуса вентилятора или
открытый патрубок при установке
вентилятора снаружи здания.

При расстоянии от
вентилятора до расчетной точки много
больше его размеров источник шума можно
считать точечным.

В
этом случае октавные уровни звукового
давления в расчетных точках определяются
по формуле

где
L Pоктi
— октавный уровень звуковой мощности
источника шума, дБ;

∆L Pсетиi
— суммарное снижение уровня звуковой
мощности по пути распространения звука
в воздуховоде в рассматриваемой октавной
полосе, дБ;

∆L нi
— показатель направленности излучения
звука, дБ;

r
— расстояние от источника шума до
расчетной точки, м;

W
— пространственный угол излучения
звука;

b a
— затухание звука в атмосфере, дБ/км.

стр. 1

стр. 2

стр. 3

стр. 4

стр. 5

стр. 6

стр. 7

стр. 8

стр. 9

стр. 10

стр. 11

стр. 12

стр. 13

стр. 14

стр. 15

стр. 16

стр. 17

стр. 18

стр. 19

стр. 20

стр. 21

стр. 22

стр. 23

стр. 24

стр. 25

стр. 26

стр. 27

стр. 28

стр. 29

стр. 30

(ГОССТРОЙ СССР)

СН 399-69

МОСКВА — 1970

Издание официальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СОВЕТА МИНИСТРОВ СССР ПО ДЕЛАМ СТРОИТЕЛЬСТВА

(ГОССТРОЙ СССР)

Исходные данные для электроакустического расчета

Исходными данными для ЭАР (на производственных предприятиях) являются:

• план и разрез помещения с расположением технологического и инженерного оборудования с целью выбора расчетных точек;
• определение уровня шума в расчетных точках;
• сведения о характеристиках ограждающих конструкций помещения (коэффициенты поглощения);
• технические характеристики и геометрические размеры источников шума.

Для расчета уровня звукового давления в расчетной точке необходимо рассмотреть два важных понятия:

• понятие «расчетная точка» (РТ);
• понятие «уровень шума» (УШ) в РТ.

Нормы и правила

Правила расчёта шума от работы вентиляции и алгоритмы выполнения вычислений указаны в СНиП 23-03-2003 «Защита от шума»; ГОСТ 12.1.023-80 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Шум. Методы установления значений шумовых характеристик стационарных машин».

Нормы шумов в помещениях

При определении звуковой нагрузки около зданий необходимо помнить, что нормативные значения даны для интервально-работающей механической вентиляции и открытых окнах. Если берутся в расчёт закрытые окна и принудительная система воздухообмена, способная обеспечить проектную кратность, то в качестве норм используются другие параметры. Предельный уровень шума вокруг здания повышается до границы, позволяющей сохранить нормативные параметры внутри помещения.

Требования по уровню звуковой нагрузки для жилы и общественных зданий зависят от их категории:

1. А – наилучшие условия.
2. Б – комфортная среда.
3. В – уровень шума на границе предельного.

Допустимые нормы вибраций

6.1.1. Сложение шума от нескольких источников

При
попадании в расчетную точку шума от
нескольких источников складывается их
интенсивность. Уровень интенсивности
при одновременной работе этих источников
определяют как

(4.12)

где
Li– уровень интенсивности (или звукового
давления)i-го источника;n– количество
источников.

Если
все источники шума имеют одинаковый
уровень интенсивности, то

(4.13)

Для
суммирования шума от двух источников
можно применить зависимость

(4.14)

где
– max(L1,L2) –
максимальное значение уровня интенсивности
из двух источников; ΔL– добавка, определяемая по таблице 4.2
в зависимости от модуля разности
интенсивностейL1иL2.

Таблица
4.2

Определение
добавки ΔL

|L1-L2|	1	2	4	6	8	10	15	20
ΔL	3	2,5	2	1,5	1	0,6	0,4	0,2

При
необходимости этот метод можно
распространить на любое количество
источников шума.

Рассмотренные
особенности суммирования уровней
позволяют сделать практический вывод
о том, что для снижения шума в помещении
необходимо сначала снижать шум от более
мощных источников.

РАЗДЕЛ 7. АКУСТИКА СТУДИЙ И ДРУГИХ ПОМЕЩЕНИЙ

7.1. АКУСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОМЕЩЕНИЙ

В системах связи и вещания помещения делят на два типа: такие, из которых ведется передача речи и художественных программ (передающее помещение), и такие, в которых ведется прием этих передач (приемное помещение). Из передающих помещений для вещания основным видом помещений являются студии, хотя в общем случае ими могут быть любые помещения, если, например, надо передавать актуальные программы. К приемным помещениям относятся все помещения, в которых могут находиться слушатели, как то: жилые комнаты, аудитории, концертные залы и театры, кинотеатры, вокзалы, заводские цехи и т.п. В ряде случаев, например при звукоусилении, приемное помещение совмещено с передающим. Для связи используют практически любые помещения, в которых может находиться человек.

Студия — это помещение, специально предназначенное для исполнения речевых и музыкальных программ. Радиовещательной или телевизионной называется студия, которая используется для создания программ радио или телевидения. На киностудиях эти помещения называются тонателье, в кинокомплексах телецентров — студиями озвучивания фильмов.

Для получения требуемых акустических характеристик помещений проводят их специальную акустическую обработку.

Рассмотрим сначала звуковые процессы, происходящие в помещениях, и их влияние на звуковые особенности воспринимаемой слушателями программы. Для помещений простой формы (например, прямоугольной) применяется волновая теория анализа характеристик. Но в инженерной практике пользуются более простыми, хотя и менее строгими, методами расчета, основанными на статистической теории рассмотрения процессов отзвука.

Согласно волновой теории собственные частоты помещения с длиной шириной и высотой определяются из выражения

где с — скорость звука воздухе; целые числа от нуля до бесконечности. Каждому из соотношений чисел соответствует одна из собственных частот помещения.

В качестве примера на рис. 7.1, а представлен спектр собственных частот воздушного объема помещения с размерами На рисунке показаны лишь частоты, лежащие в интервале Гц. В области низких частот, соответствующих малым значениям чисел собственна частоты отделены друг от друга сравнительно большими интервалами. Спектр собственных частот имеет здесь существенно дискретную структуру. В области более высоких частот спектр заметно уплотняется, интервалы между смежными собственными частотами сокращаются и число собственных колебаний в заданном участке спектра быстро увеличивается. В отдельных случаях различные формы собственных колебаний, т. е. формы, соответствующие различным комбинациям чисел могут совпадать по частоте. Такие формы отмечены на рис. 7.1, а удлиненными линиями. Стоящие над ними цифры указывают число форм с совпадающими частотами.

При выключении источника звука процесс затухания колебаний в нем происходит на всех собственных частотах помещения, причем на каждой из них он имеет вид

где показатель затухания, определяемый из условия отражения воли на границах помещения для собственной частоты; начальная амплитуда колебаний, например, звукового давления, определяемая из условия распределения амплитуд колебаний в помещении для собственной частоты.

Процесс затухания колебаний в помещении носит название реверберации. Кривая затухания звука не имеет монотонной формы из-за биения между Собственными частотами. На рис. 7.1, б изображена примерная временная структура реверберирующего сигнала в предположении экспоненциального затухания, когда уровень отраженных сигналов убывает с течением времени по линейному закону. В начальной стадии процесса отзвука структура отраженных сигналов (эхосигналов)

Рис. 7.1. Спектр собственных частот помещения (а) и временная структура реверберирующего сигнала в нем (б)

Расчет вентиляции

В зависимости от способа перемещения воздуха вентиляция бывает естественная и принудительная.

Параметры воздуха, поступающего в приемные отверстия и проемы местных отсосов технологических и других устройств, которые расположены в рабочей зоне, следует принимать в соответствии с ГОСТ 12.1.005-76. При размерах помещения 3 на 5 метров и высоте 3 метра, его объем 45 куб.м. Следовательно, вентиляция должна обеспечивать расход воздуха в 90 куб.м/час. В летнее время следует предусмотреть установку кондиционера с целью избежания превышения температуры в помещении для устойчивой работы оборудования. Необходимо уделить должное внимание количеству пыли в воздухе, так как это непосредственно влияет на надежность и ресурс эксплуатации ЭВМ.

Мощность (точнее мощность охлаждения) кондиционера является главной его характеристикой, от неё зависит на какой объем помещения он рассчитан. Для ориентировочных расчетов берется 1 кВт на 10 м 2 при высоте потолков 2,8 — 3 м (в соответствии со СНиП 2.04.05-86 “Отопление, вентиляция и кондиционирование”).

Для расчета теплопритоков данного помещения использована упрощенная методика:

S — Площадь помещения

h — Высота помещения

q — Коэффициент равный 30-40 вт/м 3 (в данном случае 35 вт/м 3)

Для помещения 15 м 2 и высотой 3 м теплопритоки будут составлять:

Кроме этого следует учитывать тепловыделение от оргтехники и людей, считается (в соответствии со СНиП 2.04.05-86 “Отопление, вентиляция и кондиционирование”) что в спокойном состоянии человек выделяет 0,1 кВт тепла, компьютер или копировальный аппарат 0,3 кВт, прибавив эти значения к общим теплопритокам можно получить необходимую мощность охлаждения.

Q доп =(H·S опер)+(С·S комп)+(P·S принт) (4.9)

где:Q доп — Сумма дополнительных теплопритоков

C — Тепловыделение компьютера

H — Тепловыделение оператора

D — Тепловыделение принтера

S комп — Количество рабочих станций

S принт — Количество принтеров

S опер — Количество операторов

Дополнительные теплопритоки помещения составят:

Итого сумма теплопритоков равна:

Q общ1 =1575+1100=2675 (Вт)

В соответствии с данными расчетами необходимо выбрать целесообразную мощность и количество кондиционеров.

Для помещения, для которого ведется расчет, следует использовать кондиционеры с номинальной мощностью 3,0 кВт.