Выбор мероприятий по снижению шума

Тема 2. Выбор мероприятий по снижению шума Выбор мероприятий для обеспечения требуемого снижения шума определяется особенностями производства и оборудования, величиной превышения допустимых уровней звукового давления, характером шума и другими факторами [7]. Наибольший эффект по снижению шума на пути распространения звуковой волны с помощью звукоизоляции, экранирования, звукопоглощения, расстояния наблюдается для высокочастотных звуков. Звукоизоляция обеспечивает снижение шума на 25-30 дБ, звукопоглощение - на 6-10дБ, а удвоение расстояния от источника шума до рабочего места уменьшает уровень шума примерно на 6 дБ. Чтобы уменьшить шум, излучаемый промышленным оборудованием в окружающую среду, рекомендуются следующие мероприятия: • применение таких материалов и конструкций при проектировании кровли, наружных стен, фонарей остекления, ворот и дверей, которые могут обеспечивать требуемую звукоизоляцию; использование специальных ворот и дверей с требуемой звукоизоляцией, уплотнение по периметру притворов ворот, дверей и окон, звукоизоляция технологических коммуникаций; • устройство специальных звукоизолированных боксов и звукоизолирующих кожухов при размещении шумящего оборудования на территории промышленной площадки; • применение экранов, препятствующих распространению звука в атмосфере от оборудования, размещенного на территории промышленной площадки; • устройство глушителей шума в газодинамических трактах установок, излучающих звук в атмосферу (испытательных боксов авиационных двигателей, компрессоров и т.д.), звукопоглощающая облицовка каналов, излучающих шум в атмосферу. Чтобы уменьшить излучение шума в изолируемое помещение, рекомендуются следующие мероприятия: • применение необходимых материалов и конструкций при проектировании перекрытий, стен, перегородок, сплошных и остекленных дверей и окон, кабин наблюдения, обеспечивающих требуемую звукоизолирующую способность; • применение звукопоглощающей облицовки потолка и стен или штучных звукопоглотителей в изолируемом помещении; • применение подвесных потолков, виброизоляция агрегатов, расположенных в том же здании; • применение виброизолирующего и вибродемпфирующего покрытий на поверхности трубопроводов, проходящих по помещению, звукоизоляция мест прохода технологических коммуникаций, связывающих шумное и изолируемое помещение; • использование глушителей шума в системах механической вентиляции и кондиционирования воздуха. Чтобы уменьшить шум в помещении с источниками его излучения, используются следующие строительно-акустические мероприятия: • кабины наблюдения, дистанционного управления и специальные боксы для наиболее шумного оборудования; • звукоизолирующие кожухи, акустические экраны и выгородки; • вибродемпфирующие покрытия на вибрирующие поверхности; • звукопоглощающие облицовки потолка и стен или штучные звукопоглотители; • звукоизолированные кабины и зоны отдыха для обслуживающего персонала. Определение требуемой звукоизолирующей способности Требуемую звукоизолирующую способность от воздушного шума рассчитывают в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Перед расчетом определяют общее количество ограждений или элементов ограждений (стены, перекрытия, окна, двери и т.п.), через которые шум может проникнуть в изолируемое помещение или в атмосферу. Требуемую звукоизолирующую способность рассчитывают отдельно для каждого элемента ограждения по приведенным далее формулам. Проникание шума из помещения с источниками шума в смежное изолируемое помещение (рис. 1): (1) или (2) где LРсум=10 lg- суммарный октавный уровень звуковой мощности всех источников шума в помещении, LРк - октавный уровень звуковой мощности, излучаемой рассматриваемым источником шума, дБ; т - общее количество источников шума в шумном помещении: Вш и Ви- соответственно постоянные шумного и изолируемого помещений в данной октавной полосе частот, м2; Si - площадь рассматриваемого ограждения или его элемента, через которые шум проникает в изолируемое помещение, м2; Lдоп - допустимый по нормам октавный уровень звукового давления в расчетной точке изолируемого помещения, дБ; n - общее количество принимаемых в расчет отдельных элементов ограждений; Lср - средний октавный уровень звукового давления в шумном помещении. Рис. 1. Схема проникания шума в расчетную точку РТ из смежных шумных помещений Проникание шума из помещения с источником шума в окружающую атмосферу (рис. 2): Рис. 2. Схема проникания шума из помещения на территорию застройки (3) или (4) где LРсум=10 lg- суммарный октавный уровень звуковой мощности всех источников шума в помещении, LРк - октавный уровень звуковой мощности, излучаемой рассматриваемым источником шума, дБ; т - общее количество источников шума в шумном помещении: Вш - постоянные шумного помещения в данной октавной полосе частот, м2; Si - площадь рассматриваемого ограждения или его элемента, через которые шум проникает в атмосферу, м2; Lдоп - допустимый по нормам октавный уровень звукового давления в расчетной точке изолируемого помещения, дБ; n - общее количество принимаемых в расчет отдельных элементов ограждений; Lср - средний октавный уровень звукового давления в шумном помещении; ri - расстояние от элемента ограждения, через которое проникает шум, до расчетной точки, м. Проникание шума из окружающей атмосферы в изолируемое помещение (рис. 3): (5) где Lсум=10 lg- суммарный октавный уровень звукового давления, создаваемого всеми рассматриваемыми источниками шума, в промежуточной расчетной точке (А), расположенной на расстоянии 2 м от ограждающей конструкции снаружи изолируемого помещения, дБ, Lк = L Рк –20 lgrk – 8, дБ - октавный уровень звукового давления, создаваемого источником шума в промежуточной расчетной точке А, дБ; LРк - октавный уровень звуковой мощности, излучаемой каждым из рассматриваемых источников шума, дБ; т- общее количество источников шума на прилегающей территории; Ви - постоянная изолируемого помещения в данной октавной полосе частот, м2; Si - площадь рассматриваемого ограждения или его элемента, через которые шум проникает в изолируемое помещение, м2; Lдоп - допустимый по нормам октавный уровень звукового давления в расчетной точке изолируемого помещения, дБ; n - общее количество принимаемых в расчет отдельных элементов ограждений; rk - расстояние от источника шума до промежуточной расчетной точки А, м. Рис. 3. Схема проникания шума из окружающей атмосферы в изолируемое помещение Приближенный расчет звукоизоляции однослойных ограждений от воздушного шума Частотную характеристику изоляции воздушного шума однослойной плоской ограждающей конструкцией сплошного сечения с поверхностной плотностью от 100 до 800 кг/м2 из бетона, железобетона, кирпича и тому подобных материалов следует определять, изображая ее в виде ломаной линии, аналогичной линии ABCD на рис. 5. Абсциссу точки В - fВ следует определять по табл. 1 в зависимости от толщины и плотности материала конструкции. Таблица 1 Зависимость частоты fв от плотности бетона Плотность бетона , кг/м3 fВ, Гц  1800 29000/h 1600 31000/h 1400 33000/h 1200 35000/h 1000 37000/h 800 39000/h 600 40000/h Примечания: 1) h - толщина ограждения, мм; 2) Для промежуточных значений  частота fВ определяется интерполяцией. Таблица 2 Границы третьоктавных полос Среднегеометрическая частота 1/3-октавной полосы Границы 1/3-октавной полосы 50 45-56 63 57-70 80 71-88 100 89-111 125 112-140 160 141-176 200 177-222 250 223-280 315 281-353 400 354-445 500 446-561 630 562-707 800 708-890 1000 891-1122 1250 1123-1414 1600 1415-1782 2000 1783-2244 2500 2245-2828 3150 2829-3563 4000 3564-4489 5000 4490-5657 Значение fВ следует округлять до среднегеометрической частоты, в пределах которой находится fВ. Границы третьоктавных полос приведены в табл. 2. Ординату точки В - RB следует определять в зависимости от экви-валентной поверхностной плотности mэ по формуле RB = 20 lg mэ - 12, дБ. (6) Эквивалентная поверхностная плотность mэ определяется по формуле mэ = K m, кг/м2, (7) где т - поверхностная плотность, кг/м2 (для ребристых конструкций прини-мается без учета ребер); K - коэффициент, учитывающий относительное увеличение изгибной жесткости ограждения из бетонов на легких заполнителях, поризованных бетонов и т.п. по отношению к конструкциям из тяжелого бетона с той же поверхностной плотностью. Для сплошных ограждающих конструкций плотностью  = 1800 кг/м3 и более K = 1. Для сплошных ограждающих конструкций из бетонов на легких заполнителях, поризованных бетонов; кладки из кирпича и пустотелых керамических блоков коэффициент K определяется по табл. 3. Таблица 3 Определение коэффициента К Вид материала Класс Плотность, кг/м3 K 1 2 3 4 Керамзитобетон М - 100 1500-1550 1,1 1300-1450 1,2 1200 1,3 1100 1,4 М 150-200 1700-1750 1,1 1500-1650 1,2 1350-1450 1,3 1250 1,4 Перлитобетон М - 100 1400-1450 1,2 1300-1350 1,3 1100-1200 1,4 950-1000 1,5 Аглопоритобетон М - 100 1300 1,1 1100-1200 1,2 950-1000 1,3 М - 150 1500-1800 1,2 Шлакопемзобетон М - 100 1600-1700 1,2 М - 150 1700-1800 1,2 Бетон на вулканическом шлаке, пемзе, туфе М -100 М - 150 1500-1650 1300-1400 1600-1800 1,2 1,3 1,1 Окончание табл. 3 1 2 3 4 М -150 М -200 1500 1700 1,2 1,2 Газобетон, пенобетон, газосиликат М -70 1000 1,3 800 1,1 600 1,2 Кладка из кирпича, пустотелых керамических блоков 1500-1600 1,2 1200-1400 1,2 Гипсобетон, гипс (в том числе поризованный или с легкими заполнителями) М – 80 М -100 1300 1,3 1200 1,4 1000 1,5 800 1,6 Для ограждений из бетона плотностью 1800 кг/м3 и более с круглыми пустотами коэффициент K определяется по формуле , (8) где j - момент инерции сечения, м4; b - ширина сечения, м; hпр - приведенная толщина сечения, м. Для ограждающих конструкций из легких бетонов с круглыми пустотами коэффициент K принимается как произведение коэффициентов, определенных отдельно для сплошных конструкций из легких бетонов и конструкций с круглыми пустотами. Значение RB следует округлять до 0,5 дБ. Построение частотной характеристики производится в следующей последовательности: из точки В влево проводится горизонтальный отрезок ВА, а вправо от точки В проводится отрезок ВС с наклоном 6 дБ на октаву до точки С с ординатой RС = 65 дБ, из точки С вправо проводится горизонтальный отрезок CD. Если точка С лежит за пределами нормируемого диапазона частот (fС > 3150 Гц), отрезок CD отсутствует. Рис. 4. График построения частотной характеристики звукоизолирующей способности однослойного ограждения При ориентировочных расчетах индекс изоляции воздушного шума сплошными однослойными ограждениями может быть рассчитан по формуле [8]: при 200 кг/м2≤тп ≤1000 кг/м2 , (9) при 100 кг/м2 ≤ тп ≤200кг/м2 , (10) где тп – поверхностная плотность стены. Для плит из тяжелых бетонов с круглыми пустотами: (11) где h - толщина плиты, м; hnp - приведенная толщина плиты, м. Расчеты по формулам 9-11 дают достоверные результаты при отношении толщины разделяющего ограждения (подлежащего расчету) к средней толщине примыкающих к нему ограждений в пределах 0,5 R2), то , дБ. (19) Если ограждающая конструкция имеет открытый проем (открытая форточка или створка окна, вентиляционное отверстие без глушителя шума и т.п.), ее изоляция воздушного шума определяется по формуле , дБ, (20) где So - площадь открытого проема, м2. Возможно определять среднюю изоляцию воздушного шума такого ограждения по рис. 7 в зависимости от величины звукоизоляции ограждения (глухой его части) R1 и отношения площади открытого проема к общей площади ограждения. Требуемая звукоизолирующая способность ограждений кабины наблюдения может быть понижена, если применить облицовку свободных внутренних поверхностей кабины звукопоглощающим материалом. При этом увеличивается постоянная помещения В кабины и уменьшается требуемая звукоизолирующая способность ограждений. На аэродромах, в шумных цехах и на производственных участка, где невозможно устроить кабины наблюдения с дистанционным управлением, можно устраивать звукоизолированные укрытия для персонала, не связанного постоянно или временно с работой около шумных стендов или агрегатов. Укрытия могут иметь облегченную конструкцию и изготовляться из сборных металлических панелей. Такие конструкции должны быть обязательно герметизированы резиновыми прокладками и с внутренней стороны иметь звукопоглощающую облицовку толщиной не менее 50 мм. Рис. 7. Звукоизоляция ограждающей конструкции с открытым проемом (отверстием) Акустические экраны Акустические экраны целесообразно применять, когда в расчетной точке уровень звукового давления прямого звука от рассматриваемого источника существенно выше, чем уровни звукового давления, создаваемого в той же точке соседними источниками шума и отраженным звуком. Экран устанавливается между источником шума и расчетной точкой, что обеспечивает снижение УЗД прямого звука излучающего источника. Снижение УЗД прямого звука (∆Lэкр) в расчетной точке, расположенной за экраном, называется акустической эффективностью экрана. Для источников с примерно равномерным излучением шума уровень звукового давления прямого звука i-го источника в расчетной точке определяется по формуле Liпр=LPi-20lgri-8, дБ, (21) где LPi - уровень звуковой мощности рассматриваемого источника шума, дБ; ri - расстояние от акустического центра до расчетной точки, м. Уровень звукового давления, создаваемого всей отраженной звуковой энергией в той же точке, определяют из выражения: , (22) где LPk - уровень звуковой мощности k-го источника шума, дБ; n - общее число принимаемых в расчет источников шума; В - постоянная помещения, м2. В акустически необработанных помещениях, где постоянная В мала, применение экранов будет малоэффективно. Поэтому акустические экраны должны применяться в сочетании с акустической обработкой помещения (рис. 8). При определении постоянной помещения с акустической обработкой следует учитывать звукопоглощение, вносимое экранами, которые всегда облицовываются звукопоглощающим материалом. Дополнительное звукопоглощение, вносимое экранами, определяют по формуле (23) где αэкр – реверберационный коэффициент звукопоглощения облицовки экрана; определяется по прил. П.1; Sjэкр – площадь экрана, м2 (при двухсторонней облицовке площадь экрана удваивается); m – общее количество экранов, установленных в помещении. Рис. 8. Применение акустических экранов в сочетании с акустической обработкой помещения: 1 – акустический экран со звукопоглощающей облицовкой; 2 – смотровое окно; 3 – источник шума; 4 – звукопоглощающая облицовка; 5 – звукопоглощающие кулисы в межферменном пространстве Экраны могут быть изготовлены из стальных или алюминиевых листов толщиной 1,5-2 мм. По периметру листов предусматривается профиль, придающий жесткость конструкции и представляющий собой опору для крепления перфорированного листа, закрывающего звукопоглощающий материал, толщиной около 50 мм. Снижение уровня звукового давления в расчетной точке в результате установки экрана определяют по формуле (24) где Liпр - уровень звукового давления прямого звука от рассматриваемого источника в расчетной точке до установки экрана, дБ; определяется по формуле 21; LРi - уровень звуковой мощности каждого источника в данном помещении, дБ; ΔLэкр – акустическая эффективность экрана, дБ; В - постоянная помещения до установки экранов; В1 - постоянная помещения после установки экранов, м2. Постоянную В1 определяют по формуле (25) (26) где А1 и ΔА – определяется по формулам 27, 28 и 29, Аэкр – эквивалентная площадь поглощения, вносимого экраном, определяется по формуле 17; S - общая суммарная площадь ограничивающих помещение поверхностей. (27) где А1 – эквивалентная площадь звукопоглощения поверхностями, не занятыми звукопоглощающей облицовкой, α - средний коэффициент звукопоглощения в помещении до акустической обработки, определяется по формуле (28) Здесь В - постоянная помещения, S - общая площадь ограждающих поверхностей оборудования, м2. (29) где αобл - реверберационный коэффициент звукопоглощения, вносимого конструкцией звукопоглощающей облицовки, Sобл - площадь этой конструкции, Ашт - эквивалентная площадь звукопоглощения одного штучного звукопоглотителя, n - их количество. Акустическая эффективность экрана ΔLэкр определяется экспериментально в условиях свободного поля. Эффективность экрана, изготовленного из стального листа толщиной 2 мм с односторонней облицовкой слоем звукопоглотителя толщиной 50 мм при различных соотношениях размера экрана и местоположения точки прослушивания приведены в табл. 9. Эти данные справедливы при размерах источника a≤0,5 м и b≤1м, где a - высота источника шума, b - его длина. Эффективность экранов растет с увеличением отношения высоты экрана Н к высоте источника шума и длины экрана l к длине источника шума. Таблица 9 Эффективность экранов при r1=0,5 м (r1 – расстояние от экрана до источника шума) Размеры экрана и координаты РТ,м Среднегеометрическая частота октавной полосы, Гц H h l r2 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 2.4 1,2 1 1 2 3 5 4 3,5 7 6 5,5 8,5 8 6,5 9 8,5 8 11,5 12 10 15 13,5 13 2,4 1,2 1,5 1 2 3 0,5 1,5 0,5 1 9 9,5 7 10 8,5 8 10 10 9,5 14 12 11,5 17 15,5 15 19 18,5 17 2,4 1,2 2 1 2 3 3 3 1,5 7 7 5 10 8,5 5,5 13 11,5 7,5 14 12,5 13 15 15 13 21 19 17 23 22 22 2,4 1,2 3,5 1 2 3 5 4,5 4 5 5,5 6 9 10 9 14,5 12 9,5 17,5 16,5 14 16,5 17,5 15 22 22 19,5 23 23,5 22 2,4 1,2 5 1 2 3 8 8 6 11 10 10 13 9,5 7 16 13 12 21,5 20 15,5 24 23 22 25 24 23,5 27 27 25 1,5 0,75 1,75 1 2 3 2 1 1,5 1 -0,5 6 5,5 7 10 7,5 5,5 10,5 10,5 8,5 12 12 12 14 14 13,5 16 15,5 15 1,5 0,75 2,4 1 2 3 4 4,5 4 0,5 0,5 1 5 4 5,5 11,5 9,5 10 16 14 12 15,5 15 15 20 20 17,5 22 22 20 1,5 0,75 3,25 1 2 3 6 5,5 5,5 6 3 1,5 9 7,5 8,5 14 9 9 17 14 11,5 16 15,5 15 19 19 18 21 20 20 1,5 0,75 4,75 1 2 3 6,5 6,5 6,5 6,5 3 0,5 10 11 12 12 12 12,5 18 16,5 14,5 20 17 16,5 22 20,5 20,5 24 23,5 22,5 1 0,5 2,4 1 2 3 3 2 1,5 3,5 3 9 10 10 9,5 9 8,5 11,5 10 10 14 13 13,5 17 15,5 14 2 1 2,4 1 2 3 4 4 4 5 4 3,5 10 8 7,5 12,5 10,5 9,5 14,5 14,5 12,5 15,5 15,5 15,5 19,5 18,5 18,5 23 22 20,5 В общем виде акустическую эффективность экрана приблизительно можно определить, используя табл. 10. Таблица 10 Определение акустической эффективности экрана К 0,5 1 1,5 2 3 4 5 7 10 ΔLэкр 5 8 11 13,5 15 18 20 22 25 30 Здесь К – сложная величина, зависящая от размера экрана, его расположения, частоты звука, которая определяется по формуле: , (30) где f - частота звука, Гц, h - высота экрана, м; l - длина экрана, м; a - расстояние от экрана до источника шума, м; b - расстояние от экрана до рабочего места, м. При снижении уровня шума от транспортных потоков и железнодорожных поездов используют следующую формулу: ΔLэкр=6lgδ + 15 при 0,05≤δ≤50, (31) ΔLэкр=5(1 + 7δ) при δ≤0,05, (32) где δ = a + b – c; a , b, c – кратчайшее расстояние, м соответственно между акустическим центром источника шума и верхней кромкой экрана; расчетной точкой и верхней кромкой экрана; акустическим центром и расчетной точкой (рис 9). При многополосном движении условный акустический центр находится по оси, наиболее отдаленной от расчетной точки полосы движения на высоте 1 м. Расстояние определяют с точностью до 1 см: , (33) , (34) , (35) где a´ и b´ - длина проекции соответственно расстояний a и b на горизонтальную плоскость, м; Нэ, Ни, Нр – соответственно отметки вершины экрана, источника шума и расчетной точки, м. Акустическая эффективность повышается при приближении экрана к источнику шума. РТ ИШ Рис. 9. Расчетная схема бесконечного экрана Звукопоглощающие облицовки Одним из способов снижения шума в помещениях является их акустическая обработка. Это - облицовка части внутренних поверхностей ограждений помещений звукопоглощающим материалом или специальной звукопоглощающей конструкцией, а также размещения в помещении штучных звукопоглотителей. Наибольший акустический эффект можно получить в точках, расположенных в зоне отраженного звука. Акустический эффект звукопоглощающей обработки помещения в точках, удаленных от источников, в основном зависит от акустических характеристик помещения до обработки и акустических характеристик звукопоглощающих конструкций. Звукопоглощающие облицовки, как правило, размешают на потолке и стенах (иногда верхних частях стен). Для достижений максимально возможного поглощения рекомендуется облицовывать не менее 60% общей площади внутренних поверхностей помещения бокса. При выборе конструкции облицовки необходимо учитывать спектр шума с тем, чтобы обеспечить максимальное звукопоглощение в заданном диапазоне частот и данные условия «работы» облицовки (возможность механического повреждения облицовки, необходимость ее периодической очистки, наличие вибраций, паров масла и т.д.). В относительно низких (менее 6 м) и протяженных помещениях облицовки рекомендуется размещать на потолке. В узких и очень высоких помещениях целесообразно размещать акустическую облицовку на стенах, оставляя только их нижние части (2 м высотой) необлицованными. В помещениях высотой более 6 м следует предусматривать устройство подвесного звукопоглощающего потолка. Снижение шума в акустически обработанном помещении (в зоне отраженного звука) обычно составляет 6-15 дБ в области средних и высоких частот, где применение звукопоглощающей облицовка наиболее эффективно. Снижение уровня звукового давления за счет установки звукопоглощающей облицовки определяется по формуле. Фактическое снижение уровня звукового давления в расчетной точке при применении звукопоглощающей облицовки помещения найдем по формуле: дБ, (36) где В и В1 - соответственно постоянная помещения до и после установки облицовки, м2; А и А1 - суммарное звукопоглощение до и после применения звукопоглощающей облицовки соответственно, рассчитываемое следующим образом: , (37) , (38) Sпом - суммарная площадь ограждающих поверхностей помещения; Sобл - суммарная площадь ограждающих поверхностей помещения, облицованной звукопоглощающим материалом; α1i - реверберационный коэффициент звукопоглощения необлицованной ограждающей поверхности помещения (материал - бетон) в октавных полосах частот; α2i - реверберационный коэффициент звукопоглощения выбранной облицовки в октавных полосах частот. Постоянная помещения В определяется по формуле (15, тема 1). Постоянную помещения В1 рассчитывают по формуле , м2, (39) где А1=α(S-Sобл) - эквивалентная площадь звукопоглощения поверхностями, не имеющими звукопоглощающей облицовки; α - средний коэффициент звукопоглощения в помещении до установки облицовки, определяемый по формуле где S - суммарная площадь внутренних ограничивающих помещение поверхностей, м2; α1 - средний коэффициент звукопоглощения помещения с установленной облицовкой (40) Здесь ΔА - добавочное звукопоглощение, вносимое звукопоглощающими конструкциями, определяемое по формуле (41) где αобл - реверберационный коэффициент звукопоглощения конструкции облицовки, определяемый по прил. П1 или по справочнику, Sобл - площадь облицовки, м2, Ашт - площадь звукопоглощения штучного звукопоглотителя в м2, определяемая по прил. П2; nшт - количество штучных звукопоглотителей. Величина снижения уровня звукового давления ΔLтр на рабочих местах производственных помещений при акустической обработке этих помещений зависит от соотношения между прямым звуком, приходящим непосредственно от источника шума, и звуком отраженным; эта величина оказывается меньше, чем при расчетах по формуле (36). В данном случае для вычисления величины ΔL может служить формула , (42) где L - уровень звукового давления в расчетной точке до акустической обработки, дБ; Lобл - уровень звукового давления в той же точке после акустической обработки, дБ; χi - определяется по графику рис. 7; Δi = 10 LРi – уровень звуковой мощности i-го источника шума, дБ; Si – площадь воображаемой поверхности, м2, окружающей i - й источник шума и проходящей через расчетную точку (для небольших источников, у которых максимальный размер lmax