鐘丹 賀加添 肖堅(jiān)

(1.湖南城市學(xué)院建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 湖南益陽 413000；2.湖南大學(xué)建筑學(xué)院 湖南長(zhǎng)沙 410000)

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工廠車間建筑噪聲治理改造
——以長(zhǎng)沙卷煙廠聯(lián)合工房卷包車間為例

鐘丹1賀加添2肖堅(jiān)2

(1.湖南城市學(xué)院建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 湖南益陽 413000；2.湖南大學(xué)建筑學(xué)院 湖南長(zhǎng)沙 410000)

以長(zhǎng)沙卷煙廠聯(lián)合工房卷包車間為例，首先調(diào)研分析了其聲環(huán)境現(xiàn)狀；然后，依據(jù)吸聲降噪的理論提出了聲環(huán)境改造的措施，并從理論上進(jìn)行計(jì)算以預(yù)測(cè)車間內(nèi)部噪聲改造情況；最后，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了車間所采取的吸聲降噪措施既可靠又有效。

吸聲降噪；鈦科絲吸音板；吸聲系數(shù)

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司長(zhǎng)沙卷煙廠聯(lián)合工房卷包車間，面積約為14 200m2，凈高6.3m。車間內(nèi)布置大量機(jī)械設(shè)備，屬于典型的多聲源扁平空間[1]。長(zhǎng)沙市疾病預(yù)防控制中心對(duì)該車間的噪聲水平進(jìn)行了檢測(cè)，該車間的平均噪聲為85.4dB(A)，分析結(jié)果顯示車間噪聲頻率以中低頻為主。

為了更好地弄清車間現(xiàn)有的吸聲狀況，項(xiàng)目組對(duì)長(zhǎng)沙卷煙廠聯(lián)合工房卷包車間的混響時(shí)間進(jìn)行了測(cè)量，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

從表1測(cè)量結(jié)果可以看出，500Hz以下的低頻聲混響時(shí)間較短，低頻吸聲效果很好，中高頻混響時(shí)間較長(zhǎng)。

目前國(guó)內(nèi)煙草行業(yè)正在進(jìn)行綠色工房的達(dá)標(biāo)改造，而室內(nèi)聲環(huán)境是綠色工房考核的指標(biāo)之一[2]。因此，長(zhǎng)沙卷煙廠針對(duì)其噪聲現(xiàn)狀特提出對(duì)聯(lián)合工房卷包車間進(jìn)行噪聲控制改造要求。

表1 聯(lián)合工房卷包車間混響時(shí)間測(cè)量值

2 噪聲控制措施

2.1 研究方法

長(zhǎng)沙卷煙廠聯(lián)合工房卷包車間內(nèi)部四周開設(shè)的門窗面積較大，能夠吸聲降噪的完整墻體面積非常有限，吊頂原設(shè)計(jì)重量為50kg/m2，包括吊桿、主、次龍骨及吊頂板，現(xiàn)實(shí)際重量約為40kg/m2?？紤]結(jié)露、積灰等因素，新增加的吸音吊頂全部重量不得超過8kg/m2。針對(duì)該現(xiàn)狀，此次設(shè)計(jì)的側(cè)重點(diǎn)主要是對(duì)車間現(xiàn)有吊頂進(jìn)行吸聲降噪處理。

目前常規(guī)的降噪控制方法有3種：

(1)在噪聲源上降低噪聲量；

(2)在噪聲傳播途徑中加以控制，降低混響時(shí)間及噪聲再反射；

(3)在接受者身上防護(hù)，如戴耳塞等[3]。

其中(1)、(3)條不在本技術(shù)方案的考慮范圍。本技術(shù)方案僅針對(duì)第2條噪聲的傳播途徑加以控制。因此本技術(shù)方案的控制對(duì)象為卷包車間機(jī)械設(shè)備發(fā)出的，在卷包車間空間內(nèi)傳播的，以及被頂面墻面反射的噪聲。

噪聲治理方案為在車間的頂棚及四周的墻面鋪設(shè)吸聲材料，通過頂棚和墻面的吸聲達(dá)到降低車間噪聲的效果。吸聲降噪是噪聲控制技術(shù)中的一項(xiàng)廣泛采用的措施。在工業(yè)與民用建筑中均有大量的應(yīng)用[4]。其主要原理是通過在室內(nèi)平頂和墻面上作吸聲處理，用以減少壁面的反射聲，增加室內(nèi)總吸聲量，提高室內(nèi)平均吸聲系數(shù)，達(dá)到降低室內(nèi)噪聲的目的。

當(dāng)室內(nèi)有噪聲源時(shí)，在任意接收點(diǎn)，除了聽到來自聲源的直達(dá)聲外，還可以聽到經(jīng)房間壁面(墻面、平頂和地面等)多次反射而形成的混響聲。由于混響聲與直達(dá)聲疊加的結(jié)果，就使得室內(nèi)總聲級(jí)比僅由直達(dá)聲產(chǎn)生的聲級(jí)要高，其提高量與室內(nèi)壁面的吸聲性能直接相關(guān)。因此，要降低室內(nèi)的噪聲，必須盡可能增大室內(nèi)平均吸聲系數(shù)。

吸聲降噪的基本功能是只能降低室內(nèi)的混響聲，即經(jīng)由平頂和墻面反射到接收點(diǎn)的聲音，而不能降低來自聲源的直達(dá)聲。若原有房間的墻面、平頂大都是堅(jiān)硬反射面，室內(nèi)混響聲效果顯著，則吸聲降噪效果就十分明顯。反之 ，如果房間內(nèi)壁面原有一定吸聲作用，室內(nèi)混響現(xiàn)象并不明顯，則吸聲降噪效果就不大[5]。長(zhǎng)沙卷煙廠聯(lián)合工房卷包車間內(nèi)已在頂棚布置了稻草板吊頂，該做法對(duì)低頻聲有較好的吸收，但也對(duì)車間進(jìn)行吸聲降噪帶來難度。

2.2 吸聲材料的選擇

由于車間原有吊頂不拆除，吊頂增加的吸聲負(fù)載小于10kg/m2，這就為選用合適的吸聲材料帶來了困難，經(jīng)反復(fù)比對(duì)，最后確認(rèn)選用鈦科絲吸音板。鈦科絲吸音板具有獨(dú)特的蜂窩狀設(shè)計(jì)和無紡纖維結(jié)構(gòu)，對(duì)高頻和低頻的聲音均具有優(yōu)異的吸收效果[6]。鈦科絲吸音板安裝拆卸便捷；產(chǎn)品獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕，平整度高；具有優(yōu)秀的全頻吸聲效果，可應(yīng)用于對(duì)吸音效果要求較高的場(chǎng)所。

鈦科絲吸音板厚度為28.5mm，每平方米重量約為1.3kg/m2，后置100mm空腔的混響室法，測(cè)得的吸聲系數(shù)如表2所示。

表2 鈦科絲吸音板與100mm空腔混響室法吸聲系數(shù)

圖1 卷包車間天花布置平面圖

選擇鈦科絲吸音板的理由：

(1)重量輕，每平方米1.3kg，加上吊掛的龍骨及其它附件，可以確保給原吊頂主龍骨增加的荷載不超過10kg/延米。

(2)鈦科絲吸音板從315Hz以上中高頻吸聲效果不錯(cuò)。這剛好與稻草板吊頂形成互補(bǔ)，稻草板吊頂有很好的低頻吸聲效果。

(4)從長(zhǎng)沙市疾病預(yù)防控制中心的檢測(cè)與評(píng)價(jià)報(bào)告出具的頻響曲線可以看出，鈦科絲吸音板的平均減噪系數(shù)可達(dá)0.85，聲音的能量主要分布2000Hz以下的中低頻，從63Hz～1000Hz，接近平直。

2.3 吸聲降噪方案

針對(duì)長(zhǎng)沙卷煙廠聯(lián)合工房卷包車間內(nèi)目前的現(xiàn)狀，擬對(duì)車間的墻面及頂棚進(jìn)行吸聲處理，具體方案如下。

車間內(nèi)因采光及設(shè)備與貨物搬運(yùn)等原因，車間的墻面開設(shè)了較大面積的采光窗和門洞。因此，墻面能進(jìn)行有效的吸聲處理面積有限。在車間四周有效墻面布置了鈦科絲吸聲板，共計(jì)1850m2。為了提高其吸聲效果，鈦科絲吸聲板后置了150mm厚的空腔，可擴(kuò)展其吸聲的頻率。

重點(diǎn)處理的是車間的天花部分，如圖1所示。首先，在原稻草板吊頂下，利用30mm×30mm×1mm的型鋼作為龍骨，后置120mm厚的空腔，吊掛尺寸為1200mm×1800m的鈦科絲吸聲天花，總計(jì)面積約12000m2；其次，在頂棚設(shè)計(jì)了立板式空間吸聲體。所謂空間吸聲體，就是將吸聲材料和結(jié)構(gòu)懸吊在空間，由于材料的各界面全部暴露在聲場(chǎng)中，比單面暴露接觸聲波的機(jī)率大，因此吸聲性能有很大的提高，即空間吸聲體的邊緣效應(yīng)[7]。該吸聲體尺寸約為200mm×350m×200mm，其展開的吸聲面積為2800m2。

通過以上的處理方式，大大增加了車間內(nèi)的吸聲面積，降低了噪聲影響。

2.4 降噪效果計(jì)算

根據(jù)所做的設(shè)計(jì)方案，車間里采用了展開面積為2800m2的矩形空間吸聲體。由于空間吸聲體具有邊緣效應(yīng)等影響因素，使得其吸聲效果比原有平板吊頂要好得多。依據(jù)賽賓公式T60=0.161V/A及吸聲量的計(jì)算公式A=Sα，得出吸聲處理前后車間內(nèi)總吸聲量的變化，如表3所示。

由表3中凈增吸聲量數(shù)據(jù)，依據(jù)降噪計(jì)算公式，得出平均降噪量的結(jié)果，如表4所示：

表3 吸聲處理前后車間的總吸聲量 m2

ΔL為降噪量，A1、T1和A2、T2分別為加入吸聲材料前后的房間吸聲量、混響時(shí)間,V為房間體積。

表4 室內(nèi)各頻率平均吸聲降噪量的計(jì)算結(jié)果

從計(jì)算結(jié)果可預(yù)計(jì)，改造設(shè)計(jì)后車間內(nèi)中、高頻聲音的吸聲降噪有了較大的改善。

3 改造效果

該車間在吸聲降噪工程竣工后，對(duì)該車間內(nèi)進(jìn)行了空?qǐng)龌祉憰r(shí)間的測(cè)量?？紤]到測(cè)試數(shù)據(jù)要準(zhǔn)確反映整個(gè)空間的噪聲分布、影響范圍的原則，確定以下布點(diǎn)原則[8-9]：

(1)四周過道及中間過道每行、列均勻布置5個(gè)測(cè)試點(diǎn)；

(2)每列取2個(gè)點(diǎn)測(cè)試設(shè)備與設(shè)備之間的噪聲，列與列之間錯(cuò)開布置；

(3)每列設(shè)備取3個(gè)典型機(jī)臺(tái)測(cè)試機(jī)臺(tái)操作位噪聲；

(4)整個(gè)區(qū)域面積約14 000m2，均勻分布了79個(gè)測(cè)試點(diǎn)。

具體噪聲測(cè)試點(diǎn)的分布如圖2所示，對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了兩次測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表5所示。

圖2 卷包車間噪聲測(cè)試點(diǎn)布置圖

表5 長(zhǎng)沙卷煙廠車間噪聲測(cè)試結(jié)果dB(A)

根據(jù)對(duì)79個(gè)測(cè)試點(diǎn)噪聲強(qiáng)度的計(jì)算，得出降噪后其噪聲的算術(shù)平均值為79.2dB(A)，不僅能滿足《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，而且符合綠色工房聲環(huán)境考核的要求。

4 結(jié)論

總之，車間噪聲是一項(xiàng)綜合機(jī)械設(shè)備噪聲治理和車間室內(nèi)聲學(xué)處理的復(fù)雜性工程，需要從多個(gè)方面考慮才能達(dá)到治理的效果。根據(jù)工程的實(shí)際情況，一般應(yīng)按照下列步驟確定控制噪聲的方案:

(1)調(diào)查噪聲現(xiàn)狀，確定噪聲強(qiáng)度。采用有關(guān)的聲學(xué)測(cè)量?jī)x器，對(duì)噪聲源進(jìn)行噪聲測(cè)定，并了解噪聲產(chǎn)生的原因及周圍環(huán)境的情況。

(2)確定噪聲允許標(biāo)準(zhǔn)。參考相關(guān)噪聲允許標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)車間噪聲現(xiàn)狀，確定可能達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)及所需要的降低值。

(3)選擇合理的吸聲降噪措施。根據(jù)允許標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)考慮設(shè)計(jì)方案的合理性與經(jīng)濟(jì)性，通過設(shè)計(jì)與計(jì)算確定治理方案，包括隔聲、吸聲、消聲、阻尼減振等措施。

(4)工程完工后，還需要通過有關(guān)的聲學(xué)測(cè)試來驗(yàn)證改造效果。

希望本文所提到的長(zhǎng)沙卷煙廠聯(lián)合工房卷包車間的噪聲特性分析以及治理方案能為同類車間環(huán)境噪聲的治理和改善提供一些參考。

[1] 余震安.武漢卷煙廠新建卷接包車間噪聲控制措施敏感性分析[J].中華建設(shè)，2016(5):138.

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[3] 柳孝圖.建筑物理(第三版)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

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[5] 劉加平.建筑物理[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[6] 石慧斌，李晉奎，金迪鋒.“水立方”比賽大廳室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)[J].建筑技術(shù)，2009(8)：72.

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[9] 宋擁民，章奎生.大型制煙車間聲環(huán)境測(cè)試分析[J].2013(S1):87-90.

The Architectural Noise Control and Management of Factory Workshops——Taking the Example of Joint Package Workshops in Changsha Cigarette Ltd. Company

ZHONGDan1HEJiatian2XIAOJian2

(1.College of Architecture and Urban Planning，Hunan City University，Yiyang 413000； 2.School of Architecture，Hunan University，Changsha 410000)

Taking the workshops of Changsha Cigarette Factory for example, the paper firstly anal-yzed and researched its current sound environment, then put forward to the measures of reconst-ructing the sound environment based on the theories of noise reduction by absorption. The paper also calculated the related data theoretically to predict the situation after noise reformation. Finally through field test data verified that the measure of noise reduction by absorption is an effective and reliable way to solve the noise problems in workshops of factories.

Noise reduction; Titanium kesi sound-absorbing board; Absorption coefficient

鐘丹(1979.7- ),女，講師。

E-mail:4137613@qq.com

2017-04-20

TU112

A

1004-6135(2017)08-0025-05