医院净化空调系统消声问题探讨

医院净化空调系统消声问题探讨

本文着重以洁净手术室的净化空调系统为例，从空气动力学和噪声与振动控制技术的基本理论入手，系统地对空气在手术室洁净空调系统输送过程中，噪声产生的机理和相应的控制措施等问题进行了分析、研究与探讨。

关键词： 空调系统 医院 问题

　　1 引言

　　现代化洁净手术室的概念，不仅仅是由洁净的建筑环境与净化空调系统两部分所组成的洁净空间，还必须是一个低噪声、无振动的安静工作环境。随着物质文化生活水平的提高，人们越来越追求安静、舒适、文明、温馨的工作与生活环境。尤其是医院的洁净手术室，连续不断空气噪声，严重干扰着高度紧张工作的医护人员的情绪，严重影响着他们工作的状态，同时也会造成病人情绪的波动和心情的烦躁，这些都会对手术的过程乃至成功率等造成不可忽视的影响。另外噪声也会干扰一些精密医疗设备和手术器械的正常使用。所以噪声控制在这些场合就显得尤为重要。

　　2 净化空调系统噪声产生的环节及原因

　　2.1 净化空调系统噪声的组成

　　空调系统的噪声主要是由空气处理系统的噪声(噪声源)和空气在输送过程中流经风管各个环节时所产生的气流噪声和钢板振动所组成。由于手术室对空气洁净指标的要求都比较高，所以在医用净化空调机组的选用和系统设计时，都必须保证其足够大的送、回风量较高的风压等,见表 2-1。

　　于是，洁净空气在传输过程中的风速就相当高，因此手术室净化空调系统的这两部分噪声都远远高于普通的净化空调系统。另外，在手术室内还必须配有足够大的送风层流罩、回风百叶;为了保证足够的换气次数，还必须配有可联动的排风机组等等，这些都是增大净化空调系统气流噪声和手术室环境噪声的重要因素。再者，为方便清洁、消毒，净化手术室的内壁都必须平整、光滑，但由此而产生的回音、混响、声音的叠加等也给这些房间的噪声控制带来了较大的困难。这也就给净化空调系统的设计者、制造者和施工者提出了一个艰巨的课题——即在洁净气流进入手术室前就必须将系统的噪声控制在尽可能低的水平。

　　为了探讨医院净化空调系统的消声问题，下面以我们为某医院设计、安装的 II级手术室净化空调系统为例，从能量转换的角度加以说明(见图2-1)。为了更好地进行噪声控制，我们对该净化空调系统各个环节的空气噪声机理进行了分析和研究，从而寻求更科学、更有效的消声方法和途径。

　　2.2 风机的噪声分析及选择

　　净化空调系统中的主要噪声源是通风机。风机噪声主要是由叶片驱动空气产生的紊流所引起的宽频带气流噪声以及相应的旋转噪声所组成。其大小又与其叶片的形式、个数及其转速、系统风压等因素有关。

　　2.2.1 离心风机的性能参数与噪声的关系

　　净化空气处理系统一般选用离心风机作为空气驱动设备，其噪声大小用声功率级Lw(dB)表示。系统风量、风压或风机功率不同时，其声功率级用下面两式估算：

　　Lw=5+10lgQ+20lgP(2-1);

　　Lw=67+10lgN+10lgP(2-2)。

　　由式(2-1)、(2-2)可知，风机的风量每增加1000m3/h，则其声功率级将增大0.5dB，风压每增大100Pa则其声功率级将增大1dB，风机的电机功率每提高一个功率级，其声功率级将增大1.2～1.4dB。

　　当转速不同(即变频器的调节频率不同)时，其声功率级可按下式换算：

　　(Lw)2=(Lw)1+50lg (2-3);

　　当风机叶轮直径不同时其声功率级可按下式换算：

　　(Lw)2=(Lw)1+20lg (2-4);

　　Q-风机出口风量(m3/h)(Q=9000m3/h);

　　P-风机出口风压(Pa)(P=1020 Pa);

　　N-风机的电机功率(KW);

　　n1、n2—风机叶轮转速(rpm);

　　D1、D2—风机叶轮直径(mm)。

　　可见风机的声功率级(噪声)随其转速的变化值远比随叶轮直径的变化值大得多。

　　2.2.2 风机结构与噪声的关系

　　由表2-2可知，随着风机噪声频率的增高叶片后弯式离心风机噪声的负向修正值越大，即相应的噪声越小。

　　在查阅了大量的理论依据和实测对比之后，根据空间尺寸，本着叶轮直径尽量大、风机转速尽量低的原则，我们选定了新加坡Kruger(克鲁格)公司生产的BDB450/C(CLI)型叶片后弯式离心风机。这样在保证风量不变的情况下最大限度地从源头上降低风机的噪声。风机在各倍频程的声学测试结果见表2-3。

　　2.3 风管系统的噪声分析

　　在净化空调系统中，经中效过滤后的洁净空气，再经风机增压后，除了被赋予了其足够的能量(流速和压力)以外，同时也作为载体把风机所产生的噪声传递到了管道系统中，特别在高速、高压系统中，从空调机组送出的这股冷(热)气流流经风管、风阀、风口等环节时，因其流速、压力和流动方向的变化，将产生沿程摩擦和局部涡流，于是它在风管中流动时就必须克服两种阻力，即气流与风管壁之间的摩擦阻力和流过障碍物时的局部阻力，这两部分阻力都会使气流的能量发生转换，其中相当大的一部分则转换成了相应部位的紊流噪声和再生噪声。最后气流经过高效过滤器后再以层流的方式送入手术室的过程中，再次产生噪声。所以风管系统的噪声也就包括了风管噪声、风阀噪声、风口噪声等几个部分的噪声。下面就从空气动力学的角度入手对气流在管道内流动时产生噪声的机理和原因，以及各个环节的能量转换过程进行分析和研究。

　　2.3.1风管的阻力及噪声

　　根据柏努里方程空气在管道内流动时，不同断面间的能量守恒定律(见图2-1)：

　　PJ1+ +Z1 g=PJ2+

　　+Z2 g+△P(2-5)。

　　因从截面1(空调机组出风口)到截面2之间为水平直管段，故可近似为：

　　(Z2-Z1)(p1-p2)≈0，则式(2-4)可简化为PJ1+ =PJ2+

　　+△P(2-6);风管面积S=0.8×05=0.4m2;PJ1、2……N——第n个截面上的局部气流的静压(Pa);Z1、2……N——第n个截面上的局部阻力(Pa); 、

　　、 ……——截面1、2 ……n处的动压(Pa)。

　　气流在同径直通风管中流动时所产生摩擦阻力是由降低空气的静压来克服的，用下式表示：

　　ΔPm1= · ·L1(2-7)。

　　λ1——直管1-2处的摩擦阻力系数;其大小与风管内空气流动的状态和管壁的粗糙度有关。

　　经推算在管1-2段当υ1=11m/s时λ=0.0161(在管4-5段当υ2=9.5 m/s时λ=0.0136)。

　　RS= =0.0154(m)(a,b—风管的边长;此处a=0.8m,b=0.5m);ρ—空气密度(1.2㎏/m3); —风管1-2段的气流速度(m/s);Rs—水力半径。

　　气流在同径直通风管局部阻力用下式表示：

　　Z1=ξ1· 　(Pa)(2-8)。

　　ξ1——局部阻力系数;此处ξ1=1.05。

　　气流在风管中流动是所产生的全压可表示为：

　　Pq1=ΔPm1-2+Z1= ·

　　L1-2+ξ1· = ( +ξ1);

　　即Pq1= ( +ξ1)(2-9)。

　　两边取对数得Lg(Pq2)=Lg + Lg( +ξ1)=2Lg +Lgρ- Lg2+ Lgλ1-Lg(4Rs+ξ)。

　　代入相关数字：

　　Lg(Pq2)=2Lgυ-2.236;

　　Lgυ1= (LgPq2+2.236)(2-10);

　　而气流在风管中流动时所产生的噪声可用下式表示：

　　LW1=10+50Lgυ+10LgS(2-11)。

　　由式(2-10)可知，在风管面积一定时，气流在风管内的声功率级随气流的速度的变化而变化。