洁净手术室空调的低频噪声控制

Control of Air-Conditioning Low Frequency Noise in Clean Operating Theatre

乐细明 杨伟荣
浙江盾安人工环境设备股份有限公司

摘 要

    对洁净空调中风机的低频噪声产生和控制作了介绍，重点介绍了微穿孔消声器和阻尼减振技术。并提出医院、生物安全和动物试验用L或C计权计量室内噪声，并考核倍频程的噪声参数。

Abstract

    In this paper，the author explained the generation and control of fan- caused LF noise，the micro perforated buffler and damping for control of LF noise． It is also recommended to use L or C weighted method to measure the indoor noise and examine the octave noise parameter．

关键词

低频噪声 空调机组 声源 噪声与振动控制 洁净手术室

Keywords

LF noise Air-Conditioning unit Noise source Noise and vibration contro

阅读目录：

0 正文
1 噪声分类和噪声、振动危害
2 洁净空调的噪声源
3 噪声源的控制
4 低频噪声的评价
5 对医院、生物安全和动物实验室的室内噪声计权方式的建议
6 结束语
7 参考文献
8 相关阅读

正文

    近年来，随着我国的医疗设施的水平不断提高，大多数医院建设了很多建设项目，特别是洁净手术部的建设，人们只是重视了手术室的装饰、生物洁净空调的效果等有关方面的内容，而往往忽略洁净空调的通风机所产生的低频噪声污染问题，目前该类问题也受到了人们越来越多的关注。

1 噪声分类和噪声、振动危害

    通常在通风机行业以八倍程频谱来作为风机噪声的频谱分析，按此频谱分为低频(LF)、中频(MF)和高频(HF)其分类如表1所示。

表1 噪声分类 (Hz)

63-250	500-1000	2000-800
LF	MF	HF

    噪声是危害人类健康、污染环境的重要因素，它直接干扰人类的正常生活、工作、学习、休息和睡眠， 已成为当今世界性问题。然而，由于低频噪声测量和描述是只能用线性或声压级C，因此用声压级A测量是不易感受到。因此，大家关心和研究的噪声主要是中、高频段的噪声，对于低频噪声的研究和认识不多，对于其影响以及危害的认识也不够深刻。低频噪声对人的影响可以分为主观影响和客观影响。低频噪声对人的主观影响指在低频噪声环境下，人们在心理上受到的影响。低频噪声对人的客观影响指在低频噪声环境下，人们在生理上受到的影响，产生的生理问题。

    正常人能听到的声音频率为20-20000赫兹，频率低于300赫兹的声音为低频声音。医学专家通过研究发现，低频噪声对人体不仅造成功能性损害，还可能引起器质性损害以及精神损害。低频噪声的危害主要是由于可直达人的耳骨，长期受其影响，容易造成神经衰弱、失眠、头痛等各种神经官能症。而且这种单调低频噪声能使人的交感神经紧张，末梢血管收缩，心动过速，血压升高，内分泌失调。由于它是被迫接受的，能使人烦恼激动、易怒，甚至失去理智。国外研究还发现，低频噪声可以穿透人体腹壁和子宫壁，影响胎儿器官发育，甚至造成胎儿畸形。

    而医院手术室不论对病人和医生来说低频噪声对他们危害性超出常人，因此医院洁净手术室应将低频噪声纳入对手术室验收与考核范畴。

    由于空调风机和电机属旋转机械必然存在振动现象。振动是噪声的主要来源，同时，振动还通过基础传向各方，振动会引起人体内部器官的振动或共振，从而导致疾病的发生，对人体造成危害，严重时会影响人们的生命安全，因此振动污染是一种不可忽略的公害。振动以弹性波的形式在基础、地板、墙壁中传播，并在传播过程中向外辐射噪声，这称为固体声，也是一种噪声污染，会造成危害。

2 洁净空调的噪声源

    洁净空调中噪声来自于风机及对其结构影响产生的附加噪声。洁净空调所用风机型式主要有前向多翼式，后向板式、后向机翼和无蜗壳风机，其中它们有共同点就是其线性噪声中低频段的噪声高于中频和高频。而洁净空调其风机全压高，其转速相比也高，相比之下其叶轮由于不平衡产生激励力也大，因此其隔振效果好坏影响其低频噪声的大小。

低频噪声的传播途经为：

    a)结构传声：风机振动引起；
    b)空气传声：空气流动引起；

3 噪声源的控制

    洁净空调在设计和安装完善合理的情况下，其低频噪声主要为：

    (1)风机和电机所产生的空气动力噪声、机械噪声以及电磁噪声；
    (2)风机和电机振动引起的结构振动。

    在这二部分低频噪声中，首先分析空气动力噪声控制方法：

    洁净空调中所用风机大多数的噪声呈现为低频特性，在1OOHz以下往往出现高能量峰值。以往对这样的低频噪声的研究不多，主要原因是这部分噪声经A计权后被大大衰减了，人耳对它不敏感。但最近的研究表明，虽然人耳对低频噪声不敏感，但低频噪声对人体的危害更大，因为它与人体各部分器官的固有顿率相接近，会引起强烈的生理、心理不适感。另外，低频噪声的能量往往很大，一旦引起共振，常会对风机工作系统产生破坏性影响。

    一般情况下，风机段箱体内侧加设吸声结构、设置消声器以及选用低噪声风机等就能有效的控制噪声。但对于低频噪声的控制，要用能吸收低频噪声的复合阻抗式消声器，而微穿孔消声器正是具有上述优点并适用洁净场合使用的消声器，其吸声频带宽度可优于常规的穿孔板共振吸声结构并有吸声系数高等特点，其消声性能介于阻性与抗性之间。

低频微穿孔消声器的结构参数如表2所示。

表1 低频微穿孔消声器的结构参数

微穿孔消声器低频段的消声量计算：

L_TL=10lg(1+(a+0.25)/(a²+b²(f/fo-fo/f)²))   (分贝)                (1)

式中：a=rs b=sc/(2πfov)

r-相对声阻
s-通道截面积(㎡)
v-板后空腔体积(m³)
c-空气中的声速(m/s)
f-入射声波频率(Hz)
fo-共振频率(Hz)fo=(c/2π)×(p/TD)^1/2
T=t+0.8d+PD/3
t-微穿孔板的厚度(m)
p-穿孔率(%)
D-板后空腔深度(m)
d-穿孔孔径(m)

    微穿孔低频吸收器其共振频率是随着板厚和腔深增大而减小，随着穿孔率增大而增大，因此低频吸收器可做成双层微穿孔结构。

    在洁净空调中考虑到空气洁净其功能段位于正压段，因此对风机段的消声处理带来便利，利用风机均流器的位置做成均流消声器，见图1。

图1 风机段均流段消声器示意图

    一般情况下，洁净空调中均流段长度大于600mm以上，因此为了充分发挥原有空间作用，将其段增至1200mm左右，这样大大提高其低频消声效果。

    其次分析风机、电机隔振控制低频噪声的传播。现在大多数空调设备厂商配置的弹簧减震器居多，而现空调设备安装在技术层、屋顶上，这就要考虑由于其隔振效果好坏，其低频噪声的直接影响。

    阻尼是指系统损耗能量的能力。从减振的角度看，就是将机械振动的能量转变成热能或其它可以损耗的能量，从而达到减振的目的。

    阻尼的作用主要有：

    (1)阻尼有助于降低机械结构的共振振幅，从而避免结构因动应力达到极限所造成的破坏；

    (2)阻尼有助于机械系统受到瞬态冲击后，很快恢复到稳定状态；

    (3)阻尼有助于减少因机械振动所产生的声辐射，降低机械噪声；

    (4)阻尼有助于降低结构传递振动的能力。

    因此要取得比较好的隔振效果，首先必须保证f/fo＞根号2，即设计比较低的隔振系统频率。如果系统干扰频率f比较低，系统设计时很难达到f/fo＞根号2的要求，则必须通过增大隔振系统阻尼的方法以抑制系统的振动响应。

    选用按“低频大阻尼隔振器”设计原则，采用多个压缩螺旋弹簧并连，提高产品稳定性能。阻尼材料采用金属丝网，组成弹簧阻尼减振器，不但能增加阻尼系数，而且可延长使用寿命。这样有助于减小低频噪声通过建筑结构传声。

4 低频噪声的评价

    在声学测量仪器中，参考等响曲线，为模拟人耳对声音响度的感觉特性，设计了三种不同的计权网络，即A、B、C和L计权，每种计权在电路中加上对不同频率有一定衰减的滤波装置。其中L计权对不同频率的声音不衰减，C计权对不同频率的声音衰减较小，它代表总声压级；B计权对低频有一定程度的衰减；而A计权在低频段有较大的衰减，因此它对高频敏感，对低频不敏感。

    由于在低频噪声的测试方法尚无国家标准的规定，因此在评价选用何种计权方法尚无定论。表3为各计权法在低频噪声测试时的衰减量。

表3 各计权法在低频噪声测试时的衰减量

    从上述表可知，C计权或L计权在低频段的衰减很小，用C声级或L计权来测量低频噪声是比较准确的，在制定噪声标准的制定中也应以C声级或L计权来计量低频噪声的声级。

5 对医院、生物安全和动物实验室的室内噪声计权方式的建议

    由于环境的低频噪声的标准国家正加快制定中，而对医院、生物安全和动物实验室的特殊群体，特别是长时间手术和生物试验的场合尤为重视低频声的干扰，用A计权计量室内噪声显然将低频声忽略了。因此建议用L或C计权计量室内噪声，并考核八倍频程的噪声参数。

6 结束语

    医院、生物安全和动物实验室作为特殊群体，在一个全封闭环境中长时间工作，因此环境对他们而言相当重要，过去标定室内噪声以A计权方法测试，而将对人有同样危害的低频噪声给衰减了，可能产生对人的危害。作为其主要低频噪声的污染源洁净空调作为设备制造商质量控制点，应用噪声与振动控制技术开发新型的医用净化空调机组，为他们创造良好的工作环境。

参考文献

1 禹旭光，余南阳，都剑．空调系统中的低频噪声．制冷与空调，2006第1期
2 洪宗辉．环境噪声控制工程．高等教育出版社，2002．6
3 李耀中．噪声控制技术，化学工业出版社，2001．5
4 张绍栋，熊文波．噪声和振动测量技术，杭州爱华仪器有限公司，2005．10

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