Шум вентиляции

Задача вентиляции – обеспечение комфортного воздухообмена. К сожалению, возникающий при этом шум иногда таков, что люди предпочитают не пользоваться вентиляцией вообще, не включают её, и вместо улучшения ситуации становится хуже, воздухообмен остаётся в лучшем случае прежним, но на вентиляцию потрачены деньги.

Часто шум вентиляции является основным, обычно имеется взаимодействие: есть какой-то фоновый шум, в городе или рядом с водопадом он может быть сильным, шум вентиляции накладывается на него. Если вентиляция шумит намного слабее фона, то проблемы нет, если сильнее фона, то это может вызвать дискомфорт, вплоть до невозможности долго работать в таких условиях.

Припоминаю, как в сельской больнице персонал не включал относительно тихую вентиляцию из-за шума, объективно очень маленького. Больница стояла на окраине села, и в безветренную погоду фоновый шум практически отсутствовал. Конечно, для них любая вентиляция будет шумной.

С другой стороны на одном объекте, выходящем на третье московское кольцо, фоновый шум стабильно был 40-45 ДбА при закрытых окнах, в таких условиях тихой вентиляции и не заметишь.

Измерение шума

Шум мерят в единицах звукового давления, дБ (децибелл), обычно с коррекцией на слух человека, который лучше воспринимает средние частоты. Корректированный шум мерят в дБА.

У меня дома обычно фоновый шум 30-40 дБА, если я включаю фоновую музыку, то 60-70 дБА, если слушаю музыку специально, то она должна заполнять объём, быть громкой, 90-100 дБА, – и это надо согласовать с соседями!

Где-то читал, что длительное пребывание в абсолютно тихих камерах вредно для человека и вызывает расстройства. В это легко поверить, если шум меньше 20 дБА, то это немного беспокоит. К счастью, так бывает очень редко. Летом на лужайке даже в штиль жужжат насекомые, поют птицы.

Шум неизбежно сопровождает работу вентиляции. Но побороться за тишину можно. Для этого нужно знать источники шума и пути его распространения.

Источники и составные части шума вентиляции

Источником шума вентилятора является его рабочее колесо и двигатель.

Рабочее колесо

Исправное рабочее колесо издаёт шум из-за принципа своей работы – оно создаёт перепады давления воздуха, часть этих волн давления попадает в воспринимаемый слухом диапазон, создаёт шум.

В спектре шума, исходящем от вентилятора, можно выделить оборотную частоту, которая получается, если частоту вращения двигателя (об./с) умножить на количество лопаток. В типичных вентиляторах это 300-1200 Гц, т.е. как раз те частоты, к которым человек очень чувствителен от природы.

К чести хороших производителей надо сказать, что выделить оборотную частоту иногда трудно, производители борются с её «выпиранием», у хороших вентиляторов спектр шума равномерный.

Шум рабочего колеса распространяется в воздуховод, хорошо затухает на поворотах, но то, что не затихло сразу, распространяется далеко.

Если обратится к практике, то иногда встречается такое явление, как звуковой канал.

Последний раз ситуация была такая – от вентилятора был один поворот 90 градусов, выполненный оцинковкой, затем длинный участок гибкого гофрированного воздуховода с двумя плавными изгибами, метров 8-10.

Несмотря на относительно длинный участок шум на выходе из сети был не намного слабее, чем у вентилятора, было похоже на то, что пульсации оборотной частоты распространяются в канале, как в волноводе, возможно взаимодействуя при этом с воздуховодом на каких-то частотах.

Шум двигателя вентилятора

В случае вентиляции шум двигателя обычно не критичен, иногда жалуются на неприятные высокочастотные шумы (свист) электромагнитного происхождения при работе электронных устройств регулировки частоты вращения двигателя.

Шум двигателя имеет механический характер, вызывается работой подшипников и вентилятора обдува. Повышенный шум указывает на неисправность двигателя. Вообще шумовая и вибрационная диагностика – интересное занятие.

Аэродинамический шум вентиляции

В воздуховодах движется воздух, он обтекает препятствия (шибера, клапаны), завихряется в отводах и тройниках. На высокой скорости при этом возникает новый аэродинамический шум, дополнительный к передаваемому в воздуховод шуму вентилятора.

Его легко избежать понижением скорости движения воздуха. При скорости менее 2-х м/с у воздуха просто недостаточно энергии, чтобы сгенерировать шум. Но, допустим, если в сети неудачно установлен некачественный шибер, то он может начать шуметь. При наличии доступа найти и устранить такие шумы легко.

Рекомендуемые для бытовой вентиляции скорости 6-8 м/с сильно шумные. Любая сетевая арматура, да и воздухораспределители на таких скоростях заметно шумят, и на некоторых участках сети заглушают шум вентилятора.

Структурный шум при работе вентиляции

Работающий вентилятор создаёт вибрацию строительных конструкций, когда эта вибрация происходит в звуковом диапазоне, то генерируется шум. Применительно к вентиляции структурный шум всегда указывает на ошибки, исправный и правильно смонтированный вентилятор не передаёт вибрацию на конструкции.

Вообще шум и вибрация – во многом близнецы-братья, недаром практикующие специалисты в этом направлении называются инженерами-виброакустиками.

Пути распространения шума вентилятора

От источника-вентилятора шум распространяется во входной и выходной воздуховоды, и в окружение, т.е. вокруг вентилятора.

Информация от производителя

Шум настолько важен в вентиляции, что в каталогах раздел шума часто оказывается самым большим. Указывается все три пути распространения, для них указывается частотная характеристика и общая величина.

Частотная характеристика нужна для подбора шумоглушителя, а если за дело берётся специалист, то для разработки системы мероприятий подавления шума.

Иногда указывается только шум на выходе (в нагнетающий канал), для бытовых вентиляторов иногда указывают только одну цифру, общий корректированный шум.

В каталогах принято указывать шумовую мощность источника, которая быстро падает при удалении от источника, так что цифр 80-90 дБ не нужно бояться.

Для неспециалиста подробная характеристика не очень нужна, но если она имеется, то можно проанализировать для сравнения и выбора. Чем меньше общий уровень шума, тем лучше, если у двух вентиляторов один уровень шума, то желателен более равномерный спектр шума, отсутствие пиков на каких-либо частотах.

Хотя, как всегда при углублении в тему, начинают появляться детали. Например, если у вентилятора плоский и низкий шумовой спектр с одним пиком на одной частоте, скажем 1000 Гц, то при разработке системы шумоподавления надо будет глушить одну это частоту. У вентилятора с более плоским, но и высоким спектром для получения заметного результата придётся глушить весь спектр.

Доверие к данным производителя

В случае отечественных производителей расслабляться особо не стоит.

Для общепромышленных вентиляторов берутся типовые характеристики, а при низкой культуре производства они сильно отличаются от фактических. Даже для относительно новых вентиляторов могут взять шумовую характеристику прототипа, сделанного в совсем других условиях в Германии.

За европейцами тщательно наблюдают конкуренты, так что фактические характеристики похожи на каталожные.

Как побороть шум вентиляции

Борьба с шумом вентилятора

Кроме понятного выбора менее шумного по характеристике вентилятора и его качественного монтажа необходимо помнить, что шум минимален в относительно узком диапазоне высокого КПД.

Точное попадание в зону высокого КПД вентилятора требует тщательного проектирования, монтажа и наладки. Длительное удержание эффективной работы вентилятора требует качественной эксплуатации и периодического инструментального контроля.

Вторым главным фактором я считаю расстояние до вентилятора. Когда появилось импортное оборудование, специальные малошумные канальные вентиляторы, обрадованные проектировщики старой закваски стали ставить их рядом с помещениями.

Каким бы малошумным не был вентилятор, при установке за фальшпотолком обслуживаемого помещения, например, диспетчерской, он создаст неприемлемый шум и вибрацию.

Шум вентилятора может быть полезен в санузле или курилке. Может быть терпим в коридоре, где нет постоянных рабочих мест. Но не в обслуживаемом помещении конторского типа.

Уменьшение производительности

При понижении частоты вращения рабочего колеса вентилятора его шум быстро уменьшается. Все остальные показатели тоже. Если установить большой вентилятор, рассчитанный на работу при пониженной частоте вращения, то может получиться малошумное решение, но не дешёвое.

Кроме того, спектр шума сдвигается в сторону низких частот, которые труднее глушить.

Опыт работы, например, с пятипозиционными регуляторами, показывает, что вентиляторы мало шумят но ещё немного дуют в положении регулятора «3», которое и рекомендуется для проектирования. В этом случае в режиме «5»можно быстро проветрить помещение, а потом переключиться на относительно малошумный режим.

Борьба с распространением шума по сети

Шум вентилятора в сеть (на выход)

У вытяжных вентиляторов сеть находится со стороны всасывания, так что для простоты давайте считать, что у нас вентилятор приточный, сеть со стороны нагнетания.

Шумоглушители

Установка первого шумоглушителя желательна сразу за вентилятором, иначе прямоугольные воздуховоды возле вентилятора могут начать резонировать и станут дополнительным источником шума.

Два шумоглушителя подряд работают лучше, чем один, но не в два раза. От параметров глушения по частотам отнимают 3 дБ, если ставят три глушителя, то отнимают 6 дБ. Это логично, если шум прошёл через один глушитель, то вероятно пройдёт и через второй и третий.

При возможности выбора предпочтительны более длинные глушители.
Глушитель является дополнительным сопротивлением, так что если сделать всю сеть в виде длинного глушителя, то придётся увеличить давление вентилятора, соответственно возрастёт шум.

Кроме того шумоглушители, как и любое сетевое оборудование генерируют собственный шум.

Шум в сеть (на вход)

Воздуховод, выходящий в атмосферу, тоже нуждается в шумоглушении. Шум от него распространяется снаружи здания, и возвращается в помещения через окна.

Борьба с шумом вентилятора (к окружению)

Хорошо, конечно, когда вентилятор установлен далеко от обслуживаемого помещения, в отдельной венткамере, находящейся в технической части здания без постоянных рабочих мест, на виброизолированном отдельном основании. Если это так, то шум вентилятора «к окружению» вас скорее всего не потревожит.

Подразумевается правильно выбранный, правильно смонтированный и налаженный вентилятор.

Но, предположим, это не так. Если вентилятор установлен на балконе, то при правильной установке уменьшить шум можно только установкой дополнительного укрытия.

Виброакустики расчитывают параметры подобных укрытий, самому можно делать исходя из того, что корпус укрытия должен быть относительно массивным, внутри нужна шумоизоляция на основе специальных плит или обычных минераловатных.

Типичной ошибкой является изготовление резонирующего на какой-то частоте укрытия.

Шумомеры

Профессиональные шумомеры – сложные и дорогие устройства, но их составные части – микрофон и возможность анализа сигнала имеются в любом смартфоне.

Смешно сказать, но я иногда пользуюсь телефоном для оперативной оценки общего уровня шума. Калибровка с профессиональными приборами показывает хорошее совпадение показаний в диапазоне возможностей микрофона для голоса.

Программа Smart Tools. Конечно, хорошо бы видеть дБА, но общее представление можно получить и так.

Второй экран этой программы показывает преобладающий уровень шума.

С частотным анализом сложнее. Надёжный диапазон телефонов не очень велик, хотя общее представление получить можно.

RTA Pro. Такой экран похож на то, что мы видим на профессиональных приборах, обозначены опорные частоты. В настройках есть разрешение до 1/6 октавы. Теоретически это позволяет проводить шумовую диагностику!

Проверка с помощью пианино даёт удовлетворительный результат, частота ноты выделяется хорошо.

Spectrum Analyzer

Красиво, но как извлечь пользу – не понятно. Не обозначены опорные частоты. В настройках я поставил от 1 Гц до 20 000 Гц.

Пользуясь смартфонами нельзя забывать, что в самых простых специализированных приборах параметры микрофона и обработчика сигнала согласованы, в телефонах это не так.

Кроме того, не стоит доверять сотовым телефонам в области ниже 30 и выше 90 дБ.

Шумодиагностика

Если вопрос о шумоглушении появился, то проблема явно есть. На производстве в таких случаях проводят замеры и сравнивают с нормативами, если есть превышение, то проблему признают.

Когда делают для себя, то приходится разбираться, даже если формально нормативы шумности не превышены.

Кстати, если мы говорим о нормативах, то автоматически это означает, что замеры выполнены по стандартной методике ГОСТ соответствующими приборами, – это явно не наш случай. Подумаем, что мы можем сделать сами.

Прежде всего, нужно определить фоновый уровень шума, нужно несколько замеров фонового шума во время, характерное для жалоб. Замеры можно сделать в середине помещения, все внутренние источники шума – компьютеры, холодильники, сушилки нужно отключить.

Затем замеры повторяют при работающей вентиляции. Сопоставление результатов показывает, является ли источником шума вентиляция. Если замеры надёжно показывают, что включение увеличило шум, то надо работать с вентиляцией. Бывает, что увеличился не общий шум, а какие-то частоты.

Если виновник – вентиляция, прежде всего нужен специалист по вентиляции. Необходимо проверить грубые нарушения, которые легко устранить. Возможно, вентилятор и сети некачественно смонтированы, может не выполнена наладка и подача превышает проектную, создавая шум.

Если всё нормально, то что остаётся? Возможно шум вентилятора превышает каталожный, но это смартфоном не докажешь.

Возможно глушитель самодельный и ничего не глушит. Это уже можно попытаться изменить, нужно частично демонтировать сеть и замерить шум с глушителем и перед глушителем, сравнить с характеристикой.

Установка качественного длинного глушителя вместо железного ящика с минватой может помочь. Для контроля таких изменений мерить шум надо на выходе в обслуживаемое помещение, сняв решётку.

Шумоподавление – занятие трудоёмкое, требующее внимания ко многим деталям и понимания многих процессов – и при этом не всегда результативное, т.к. мало кто станет менять дорогостоящее оборудование и перекладывать сети ради нескольких децибел.

Но как в любом инженерном деле – достигнутый результат даёт мало с чем сравнимое удовлетворении от победы знаний и умений над обстоятельствами.

23 сентября 2015

Для справки

Нашёл небольшое руководство по разработке системы виброизоляции – это очень важная часть борьбы с шумом. В идеале вентилятор должен иметь свой фундамент, плавающий и достаточно массивный, и отдельную виброизоляцияю двух типов.

Почитать про виброизоляцию

Детали

Для углубления в тему можно прочитать статьи В. П. Гусева, заслуженно авторитетного в области борьбы с шумом вентиляции.

... правила проектирования малошумных систем вентиляции

Генерация ... шума ... в вентиляции