1 工程概況

本商業(yè)辦公綜合體位于2類聲功能區(qū)，商場有5層，其內(nèi)部辦公樓為6-19層。根據(jù)現(xiàn)場情況，商場裙房5層的冷卻塔和6層、7層屋面的排油煙風機運行時對辦公樓辦公環(huán)境造成了干擾，如圖1-2所示。

根據(jù)現(xiàn)場安裝情況發(fā)現(xiàn)，排油煙風機出風口風速過大，外殼太薄容易振動，出風口未安裝消聲器。冷卻塔未做消聲、隔聲措施。在改造前對設備噪聲和辦公室噪聲進行測試分析，使用AWA6228+型噪聲分析儀對現(xiàn)場噪聲進行測試，在部分排油煙風機風口1 m處和風機側(cè)面1 m處、冷卻塔頂部風機口1 m處、標準層8、9、11、15、17辦公室布置測點。各設備和標準層辦公室測點如圖3所示，測試結果如圖4-6所示。

圖1 5層屋面冷卻塔

圖2 6、7層裙房設備

圖3設備層與辦公樓的測點布置圖

由圖4可知，排油煙風機風口前方1 m處噪聲值約95 dB(A),風機側(cè)面1 m處噪聲約70～80 dB(A)。風機噪聲測量值成分主要包括出口氣流噪聲，風機轉(zhuǎn)動、外置電機運行噪聲和設備外殼振動產(chǎn)生的噪聲。其中風速過大產(chǎn)生的氣流噪聲貢獻量最大，噪聲頻譜呈中低頻特性，其具有明顯的聲指向性，很容易沿風口方向往遠處傳播，主要影響低層辦公室。冷卻塔風扇1 m處噪聲約為71 dB(A),噪聲容易向上方傳播，主要影響高層辦公室。

圖4設備層噪聲測點聲壓頻譜曲線

根據(jù)《建筑環(huán)境通用規(guī)范》(GB55016-2021)條款2.1.3規(guī)定，建筑物外部噪聲源傳播至主要功能房間內(nèi)的噪聲限值應符合下表1的規(guī)定。

表1主要功能房間內(nèi)的噪聲限值

根據(jù)該標準規(guī)定，本項目噪聲控制目標為：5層冷卻塔和6、7層排油煙風機運行時，傳播至辦公室內(nèi)的噪聲值高標準要求不超過40 dB(A),低標準要求不超過45 dB(A)(室內(nèi)空調(diào)關閉、室內(nèi)無其他噪聲干擾)。由圖5-6可知，低樓層辦公室的噪聲測量值為49～51 dB(A),高樓層辦公室的噪聲測量值為43～45 dB(A),低樓層超過45 dB(A),高樓層超過40 dB(A)。

采用Virtual lab中的Ray analys聲線法[12]計算模塊對現(xiàn)場環(huán)境進行聲環(huán)境現(xiàn)狀模擬，聲源均采用點聲源，根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)將風機和冷卻塔排風口聲功率級分別設為86 dB(A)、82 dB(A),計算結果如圖7所示。

圖5低層辦公室測點聲壓頻譜曲線

圖6高層辦公室測點聲壓頻譜曲線

圖7聲環(huán)境改造前模擬結果圖

模擬結果表明，辦公樓外1 m處噪聲值約為64～73 dB(A)。現(xiàn)玻璃幕墻構造為6Low-E+12A+6,根據(jù)圖集《08J931-建筑隔聲與吸聲構造》,經(jīng)過交通噪聲頻譜修正后隔聲量約為27 dB。

根據(jù)實際工程經(jīng)驗考慮樓板側(cè)向傳聲和房間反射的影響，通過玻璃幕墻傳到辦公室的噪聲值可由下式確定[13]:

L2=L1-RW+(5～7) (1)

式中：L1——辦公室外聲壓級，dB(A);L2——辦公室內(nèi)聲壓級，dB(A);Rw——窗戶隔聲量，dB。

即：L2=64～73-27+(5～7)=42～53dB(A)

則計算傳至辦公室內(nèi)的噪聲42～53 dB(A),隨著樓層增高，噪聲影響逐漸減小，與現(xiàn)場實測結果基本一致。

2 隔聲降噪設計

2.1 設計原則

由于該綜合體建筑配套建筑服務設備已經(jīng)安裝并投入使用，故無法直接從噪聲源上降低聲功率級，更換低噪聲設備。辦公樓外立面玻璃幕墻也已經(jīng)安裝完成，更換或加裝隔聲量更高的幕墻圍護結構，顯然經(jīng)濟性較差。故只能從噪聲源與辦公室之間的傳播途徑上尋找合適的隔聲方案。

2.2 排油煙風機降噪設計

屋面排油煙風機距離辦公樓最近，且數(shù)量很多，產(chǎn)生的噪聲影響最大，需考慮噪聲往上傳播對高層辦公樓的影響。方案一在風機外設置隔聲罩，根據(jù)以往工程實測數(shù)據(jù)隔聲效果約為15 dB,傳播至辦公室內(nèi)的噪聲值不超過40 dB(A);方案二在排油煙風機出風口設變徑管和消聲彎頭，風管和設備箱體進行隔聲包裹，根據(jù)以往工程實測數(shù)據(jù)隔聲效果約為5～10 dB,傳播至辦公室內(nèi)的噪聲值不超過45 dB(A),造價約為方案一的55%。最終業(yè)主考慮以降噪效果優(yōu)先，達到國家規(guī)范中辦公用房噪聲限值高標準要求，滿足傳播至辦公室內(nèi)的噪聲值不超過40 dB(A),采用在風機外設置隔聲罩的措施。

隔聲罩主體為隔吸聲模塊板，構造為：1 mm鍍鋅鋼板(噴塑)+2 mm隔聲氈+100 mm 48 k玻璃棉+1.2 mm穿孔鍍鋅鋼板，穿孔率大于20%。隔聲罩側(cè)邊開有風機的散熱通風孔。隔聲罩上方設置有消聲出風罩，出口處設置有消聲插片，消聲插片下端設置導流角，與頂部模塊及結構固定。消聲出風罩設置防雨帽和防蟲網(wǎng)。為綜合評估隔聲罩的隔聲效果，首先應分析隔吸聲板的隔聲量和出風口的消聲量。

2.2.1 消聲器消聲量

該消聲出風罩屬于矩形片式消聲器，其消聲量計算公式為[14]:

TLX=ψ(α0)PSL=2ψ(α0)La+bab????????

?(2)式中：P是吸聲層的通道橫截面周長，m;S是吸聲層的通道橫截面面積，m2;L是消聲器長度，m;ψ(α0)是消聲系數(shù)；a是消聲器小通道的寬度，亦稱片間距，m;b是新通道的高度，m。

與NR35曲線相比，室內(nèi)250 Hz～2000 Hz超標較多，需要重點防護。同時風機出風需要降低風速，增加通流面積，則不能采用較厚的消聲插片，故選取消聲插片厚度為50 mm, 間距為120 mm, 通流面積率為65%,風機出風口風速可由原14 m/s降為9 m/s。

消聲出風罩消聲量計算結果如表2所示。

表2消聲出風罩消聲量

2.2.2 隔聲罩綜合隔聲量

本項目設計隔聲罩帶有消聲出風口和散熱口，屬于局部封閉的隔聲罩，插入損失可用下式計算[15]:

TLZ=TLX+10log(αSZSX)?????????

(3)式中；TLX為消聲器消聲量，dB;SZ、SX分別為隔吸聲板和消聲器截面面積，m2;α為隔吸聲板的吸聲系數(shù)。

選擇其中一個隔聲罩進行隔聲量(即插入損失)驗證，尺寸如圖8所示。隔聲罩總尺寸為3.45 m×2.7 m×3.5 m, 隔吸聲板面積為SZ=40 m2,消聲器的截面面積SX=2.95 m2,代入公式(3),計算結果如表3所示。

圖8隔聲罩模型圖

表3隔聲罩綜合插入損失

已知風機1 m處噪聲為75 dB,安裝隔聲罩后理論計算結果如表4所示。

表4理論計算聲壓級

2.2.3 邊界元仿真

在virtual lab中采用間接邊界元法(Boundary Element Method, BEM)對隔聲罩隔聲特性與隔聲量進行分析。對于BEM模型來說，最大單元的邊長要小于最高計算頻率點處波長的1/6。最高計算頻率設為2000 Hz, 經(jīng)計算網(wǎng)格尺寸為0.03 m。為提高計算速度設置快速邊界元法進行計算，將網(wǎng)格劃分為三角形，網(wǎng)格數(shù)量為150740,導入的隔聲罩網(wǎng)格設置為聲學網(wǎng)格，將流體材料定義為空氣，并將流體材料定義到聲學網(wǎng)格上[16]。罩內(nèi)表面添加海綿的吸聲屬性，聲阻為3030 N/m2,聲抗為830 N/m2[7]。在風機出風口處設置86 dB大小的點聲源。通過定義對稱面來模擬全反射地面，并建立場點網(wǎng)格進行聲學響應計算。隔聲罩尺寸如圖8所示，設置兩個插入損失測點，測點位置與圖3中S5、S6位置對應，測點1位于風機側(cè)方1 m處，測點2位于出風口前方1 m處，隔聲罩聲學仿真計算模型如圖9所示。

圖9隔聲罩聲學邊界元計算模型圖

各頻帶計算結果如圖10所示。

從圖10(a)-10(d)四個低頻噪聲云圖來看，機組內(nèi)部低頻噪聲主要通過消聲出風罩和散熱口輻射出來。從圖10(e)-10(f)中高頻噪聲云圖來看，隔聲罩外低頻段的噪聲聲壓級大于中高頻段，說明該隔聲罩低頻的隔聲效果比高頻差。

圖10 倍頻帶聲壓云圖

測點1、測點2的插入損失如圖11所示。

圖11插入損失計算值

在不考慮氣流噪聲的影響下，測點1、測點2的插入損失在15～20 dB,高頻段插入損失低于理論計算值，這是因為在出風口消聲插片處會存在高頻失效現(xiàn)象。

2.3 冷卻塔降噪設計

冷卻塔位于5層裙房，頂部標高與7層裙房標高一致，其淋水噪聲與進風口噪聲被5～6層圍墻所遮蔽，則其對辦公樓影響最大的是頂部風機噪聲。根據(jù)現(xiàn)場測點測得的倍頻程聲壓級，反推風機噪聲值并進行設置，采用聲線法對其頂部風機噪聲影響進行模擬計算。

由圖12、圖13可知，冷卻塔頂部風機近場聲壓級與實測值基本一致，傳播到辦公樓外立面處的噪聲值約為60～63 dB(A),按公式(1)計算，傳遞到辦公室內(nèi)背景噪聲仍會超過40 dB(A),故需要對出風口進行消聲處理。方案一在冷卻塔頂部出風口安裝消聲器，根據(jù)以往工程實測數(shù)據(jù)消聲效果約為10 dB,傳播至辦公室內(nèi)的噪聲值不超過35 dB(A);方案二在冷卻塔頂部出風口處增加消聲導流筒，彎頭角度為45°,背向辦公樓，根據(jù)以往工程實測數(shù)據(jù)消聲效果約為6～8 dB,傳播至辦公室內(nèi)的噪聲值不超過40 dB(A),造價約為方案一的40%。由于冷卻塔距離辦公樓有30 m, 噪聲大部分自然衰減，最終選擇采用在出風口處增加消聲導流筒的措施。

圖12冷卻塔頂部風機聲壓云圖

圖13冷卻塔頂部風機對大樓立面影響聲壓云圖

消聲導流筒主體為玻璃鋼材質(zhì)，并在內(nèi)表面設置吸聲層，彎頭內(nèi)不設插片，可改變冷卻塔風機噪聲傳播方向，并降低出風口噪聲。對單臺冷卻塔增加消聲導流筒的影響進行分析，消聲導流筒內(nèi)表面吸聲系數(shù)NRC為0.8。在頂部風機近場區(qū)域聲壓云圖如圖14所示。

由圖14可知，冷卻塔頂部風機近場聲壓經(jīng)消聲導流筒阻擋和吸聲作用，噪聲傳播方向有所改變，強度減弱。隨著頻率的增加，消聲導流筒對風機噪聲的衰減效果更好，與隔聲屏的隔聲原理相同，可以將波長短的高頻聲反射回去，使屏障后方形成“聲影區(qū)”,在聲影區(qū)內(nèi)感受到噪聲明顯下降。對波長較長的低頻聲，容易繞射過去，因此隔聲效果較差。

圖1 4 倍頻帶聲壓云圖

冷卻塔整體改造后，對頂部風機對辦公樓噪聲影響進行計算，如圖15、圖16所示。

由圖15、圖16可知，冷卻塔改造后頂部風機噪聲傳播到辦公樓外立面處的噪聲值約為50～55 dB(A),可以滿足辦公室內(nèi)背景噪聲要求。

2.4 整體降噪效果計算

模擬計算改造后辦公樓環(huán)境噪聲，將隔聲房等效為長方體進行模型設置，隔聲量按表4中TLZ設置。計算結果如圖17所示。

模擬結果表明，辦公樓外1 m處噪聲值約為52～58 dB(A),與圖7相比整體降噪量達到15 dB(A)。按公式(1)計算，則傳到辦公室內(nèi)的噪聲值僅為32～38 dB(A),接近室內(nèi)本底環(huán)境噪聲。

圖15改造后冷卻塔頂部風機聲壓云圖

圖16冷卻塔改造后對大樓立面影響聲壓云圖

圖17聲環(huán)境改造后模擬結果圖

3 測試結果

改造后現(xiàn)場冷卻塔和排油煙風機情況如圖18所示。

圖18改造后現(xiàn)場圖

進行背景噪聲修正后的辦公室噪聲測試，結果如圖19-20所示。

由圖19-20可知，裙樓設備治理后，低樓層辦公室的噪聲測量值由改造前43.0～48.6 dB(A)降到34.8～38.6 dB(A),高樓層辦公室的噪聲測量值由改造前40.1～44.2 dB(A)降到36.8～39.6 dB(A)。辦公室內(nèi)噪聲達到室內(nèi)噪聲設計限值，測點噪聲值均低于40 dB(A)。測試結果表明，治理后室內(nèi)聲環(huán)境滿足國家規(guī)范要求，隔聲降噪技術措施正確有效。

圖19低層辦公室測點聲壓頻譜曲線

圖20高層辦公室測點聲壓頻譜曲線

對設備層實際改造效果進行分析，聲壓級測試結果如圖21所示。

圖21設備層噪聲測點實測插入損失

由圖21可知，與計算結果進行對比，測試插入損失結果與仿真計算值基本一致，與理論計算值相比高頻段略低，這是因為出風口消聲插片存在高頻失效現(xiàn)象，會影響隔聲罩整體高頻隔聲降噪性能。

4 結論

本商業(yè)綜合體經(jīng)隔聲降噪改造后，排油煙風機和冷卻塔已經(jīng)運行了一年，在最炎熱的工況下沒有出現(xiàn)異常情況，商場內(nèi)制冷效果與排油煙效果正常。本次設計的屋面設備隔聲降噪措施，解決了辦公樓區(qū)域原有的噪聲問題，并保證了室外設備的安全穩(wěn)定運行，達到了設計目標，并得到如下結論：

(1)商業(yè)綜合體內(nèi)部存在多種類型和數(shù)量的聲源，因此在研究其噪聲時需要考慮不同類型和空間位置聲源的噪聲疊加效應。在平面規(guī)劃時，應利用合理的場地規(guī)劃避免或減少噪聲對周圍噪聲敏感房間的影響，合理確定防噪聲距離，或提前規(guī)劃布置設備隔聲間，同時采取隔聲降噪的綜合技術措施。

(2)排油煙風機采用隔聲罩進行隔聲降噪有良好的效果。隔聲罩設計時需要同時考慮隔聲板性能、出風消聲器性能、通風散熱性能及防油煙性能。油煙從排風口排出后附著在隔聲罩內(nèi)表面吸聲材料的孔隙中，會降低隔聲罩吸聲量，從而影響隔聲罩的隔聲效果。排油煙風機安裝油煙凈化器和降低出風口風速可以有效改善這一問題。

(3)冷卻塔主要噪聲來自頂部風扇，當對高層建筑產(chǎn)生影響時，可考慮采用消聲導流筒，具有一定隔聲和吸聲作用，可改變噪聲傳播方向，降低目標噪聲6～8 dB。其最大的特點是對冷卻塔散熱性能影響小，造價低廉。