В.Ф. Панин
Защита биосферы от энергетических воздействий
Конспект лекций. – Томск: ТПУ, 2009. – 62 с.
Глава 4. Защита окружающей среды от виброакустических загрязнений
4.3. Защита окружающей среды от виброакустических загрязнений
4.3.1. Защита от шумов
Необходимость
защиты от действующих источников шума опре-деляется сравнением результатов
измерений уровней L, LАэкв с нормативами
для рабочей зоны или окружающей среды [11, 12]. Для проектируемых объектов необходимость защиты
определяется на основании акустического расчёта, выполняемого по следующей
схеме:
1) исходный момент расчёта – шумовые характеристики
источников шума: уровень звуковой мощности (УЗМ) Lр на стандартных средне-геометрических частотах (Lp = 10lg P/Po, Р
– звуковая мощность источ-ника, Вт; Ро = 10-12 Вт) и
показатель направленности излучения шума G, дБ, G =
10lgФ. Здесь Ф – коэффициент направленности излучения
шума. Эти характеристики определяются в соответствии с ГОСТ 12.1.024-81 и др. и
приводятся заводом – изготовителем в технической документации на стационарные
машины и оборудование;
2) выбор т.н. расчётной точки (РТ): для источников
шума, излучающих его в окружающую среду, РТ выбирают на расстоянии 2м от
плоскости окон ближайших жилых или общественных зданий. На территории жилых
микрорайонов, больниц, санаториев, школ и детских садов РТ выбирают на
расстоянии 2 м от границ территории на высоте 1,2 м от поверхности земли;
3) определение ожидаемых УЗД в РТ. Например, для
общего случая шума звуковой мощностью Р, Вт, интенсивность звука в РТ
, (2)
где
Р – звуковая мощность источника, Вт; Ф – коэффициент направленности излучения шума;
S – площадь, на которую излучается звуковая энергия, м2;
k – коэффициент затухания звука; S = W r2. Для источника, расположенного в пространстве, W = 4p, на поверхности
территории или ограждающих конструкций, зданий - W = 2p.
Деление (2) на Jо и логарифмирование его даёт искомый для РТ уровень
звукового давления:
,
где
DLpоn – снижение УЗМ на пути
распространения в открытом простанстве (из-за затухания звуковых волн); при
отсутствии препятствий и расстояниях r < 50м величиной DLpоn
можно пренебречь;
4) определение требуемого снижения шума
DLТР = L - LДОП. (3)
Величину DLТР можно
обеспечить, снижая шум в источнике или на пути его распространения;
5) выбор мер для обеспечения требуемого снижения УЗД:
- замена шумного устаревшего оборудования, а при
проектировании – выбор оборудования с лучшими шумовыми характеристиками;
- оптимальная ориентация источника шума по отношению к
РТ для снижения показателя G: устройства для забора и выброса воздуха
аэро-динамических установок необходимо устанавливать так, чтобы излучение шума
шло в противоположную сторону от жилых и общественных зданий;
- обеспечение максимально возможного расстояния между
РТ и источниками шума за счёт проведения архитектурно-планировочных
мероприятий;
- акустическая обработка средствами звукопоглощения
шумных помещений, через окна которых шум излучается в атмосферу.
Звукопоглощающие материалы и конструкции используются
для поглощения звука как в помещении самого источника шума, так и в изолируемых
от шума помещениях. В последнем случае звукопоглощение и звукоизоляция
используются совместно. Звукопоглощающие материалы – пористые и рыхлые
волокнистые материалы (ультратонкое стеклянное и базальтовое волокно,
минеральная вата и плиты на её основе и т.п.). Падающие на них звуковые волны
вызывают колебания в мелких порах материала, которые сопровождаются трением
(из-за вязкости воздуха) и переходом кинетической энергии в тепловую;
- уменьшение шума на пути его распространения от
источника до РТ. Это мероприятие включает в себя следующее:
а) использование звукоизоляционных материалов и
конструкций для наружных стен, окон, ворот, дверей и т.д., которые обеспечивают
требуемую звукоизоляцию. Для звукоизолируемых помещений звукоизоляция более
эффективна, чем звукопоглощение: с её использованием можно обеспечить снижение
шума на 20…50 дБ, а при обработке стен звукоизолируемого помещения
звукопоглощающим материалом снижение шума может составить только 5…8 дБ.
Для звукоизолирующих ограждений конечных размеров (в
виде листов) с поверхностной плотностью m (массой одного
квадратного метра ограждения, кг/м2) при частоте f
звуковых волн получено выражение для звукоизоляции ограждения R,
выраженной в децибелах [12]:
R = 20lg mf – 47,5.
Подбирая
величину m (за счёт удельного веса материала и толщины листа),
можно получить величину требуемой звукоизоляции Rтр, равную или большую требуемого снижения шума DLТР, определяемого по формуле (4.3).
На
практике применяют однослойные и многослойные конструкции, например,
однослойные (два или более) ограждения из твёрдых плотных материалов
(газобетон, металл) в сочетании со слоями пористых металлов (минеральная вата и
др.);
б) устройство звукоизолирующих кожухов для размещения
шумного оборудования. Эффективность кожуха зависит не только от звукоизоляции
его элементов, но и от герметичности. Стенки кожуха изготавливают из листовых
несгораемых материалов (сталь, дюралюминий и др.), облицованных изнутри
звукопоглощающим материалом толщиной до100мм. Воздухопроводы (если они есть)
подсоединяются к изолируемому оборудованию через гибкие вставки и часто
вводятся в кожух посредством глушителей. Эффективность кожуха определяется
величиной его звукоизоляции R;
в)
применение экранов, препятствующих распространению звука от оборудования
предприятия. Как правило, они устанавливаются на территории предприятия для
экранирования открыто установленных источников шума в окружающей среде. Экраны
могут быть плоскими или П-образными, чаще всего со звукопоглощающей облицовкой
толщиной не менее 50 мм со стороны источника шума. Ширина и высота экрана
должны в три и более раз превышать размеры источника, чтобы зона акустической
тени и DLэкр были возможно большими;
г)
использование средств виброизоляции и вибродемпфирования. Интенсивные вибрации
практически всегда сопровождаются возникновением шумов. Один из методов борьбы
с вибрацией и шумом – установка виброгенерирующего оборудования без
фундаментов, непосредственно на виброизолирующих опорах (одиночные или
составные цилиндрические пружины, листовые рессоры, резиновые или пластмассовые
прокладки, а также комбинированные виброизоляторы: пружинно-рессорные,
пружинно-пластмассовые и др.). Этим значительно удешевляется монтаж
оборудования и снижается уровень шумов. Для уменьшения вибраций и шумов
виброизоляция может быть размещена между оборудованием и фундаментом. Цели
уменьшения шума служит установка виброизоляции при прокладке воздуховодов
систем вентиляции и трубопроводов внутри строительных конструкций.
Уменьшение
вибраций и шумов достигается также вибродем-пфированием, основанном на
увеличении потерь энергии в колебательных системах, например, за счёт
применения материалов с большим внутрен-ним трением – чугунов с малым
содержанием углерода и кремния, сплавов цветных металлов. При этом увеличение
коэффициента h потерь энергии происходит за счёт возрастания
коэффициента вязкого трения m: h = wm/b.
Здесь w - угловая частота вибраций, Гц; b -
жёсткость системы, Н/м. Больших потерь энергии вибрационных колебаний и
снижения уровня шумов достигают использованием вибродемпфирующих покрытий для
трубопроводов и газопроводов компрессорных станций и воздуховодов систем
вентиляции. Покрытия изготавливаются в виде мастик (мастика А-2, ВД-17-63, Адем
НШ-2, СКЛ-25 и др.) и листового материала (пенопласт ПХВ-Э, минераловатная
плита, винипор технический, фольгоизол и др.);
д) установка глушителей в источниках шума. Генерация
шума в таких источниках связана со сбросом (выхлопом) сжатого воздуха,
продуктов горения и т.п.
Глушители
абсорбционного типа устроены так, что газ на выходе в атмосферу проходит через
звукопоглощающие материалы и конструкции, где и теряет энергию. Так, в
простейших, трубчатых глушителях газ проходит по каналам круглого или
квадратного сечения, выполненным из перфорированного листового материала с
коэффициентом перфорации не менее 0,2; каналы облицованы слоем
звукопоглощающего материала (супертонкое стеклянное или базальтовое волокно),
защищённого от выдувания слоем прочной ткани, например, стеклоткани Э3-100.
Глушители
реактивного типа применяют в основном для снижения шума с резко выраженными
дискретными составляющими. Снижение шума в них происходит в результате
отражения звука обратно к источнику. Так, камерный глушитель представляет собой
внезапное расширение участка трубопровода (то есть неоднородность в канале
передачи вещества и энергии, от которой и происходит отражение части энергии).
Величина заглушения определяется по графикам с использованием величины m
отношения площадей сечения камеры Fk и трубопровода FТ (m = Fk / FТ) и
величины klk ( k = 20f/c – волновое число, м-1; f и c –
частота и скорость звука; lk – длина камеры). Наибольшее заглушение достигается
при частоте, при которой четверть длины волны равна длине камеры lk, максимумы заглушения повторяются при нечётных числах четвертей волны
nl/4, где n = 1, 3, 5 ....
Комбинированный
глушитель содержит в себе и абсорбционный, и реактивный глушители, каждый из
которых рассчитан на снижение шума в определённой области частот. При этом
"реактивная" часть комбинирован-ного глушителя ответственна за
снижение уровня низкочастотных шумов, абсорбционная – за снижение уровня
средне- и высокочастотных шумов;
- организация своевременного проведения ремонта,
смазки оборудо-вания, машин и т.п., ограничение или запрещение шумных работ и
эксплуатации интенсивных источников шума в ночное время.
|