算至此處為送風機聲音離開風管出風口的聲功率(Lw),聲音進入受音室會形成二種不同的音壓(Lp)特性,一為直接音壓,另一為反射音壓,但若聲音出口為戶外,則僅有一個直接音壓特性,兹説明如下:
(二)、聲音離開風口的變化
1.聲音進入受音室:
一般的聲音可分成直接音與反射音二種,當送風機送來的聲音伴隨空氣送至出風口,需考慮受音端的相關條件並做聲音的修正:
LP(total)=LP(dir)+LP(rev)
直接音壓 LP(dir)=LW(to room)+10 log Q –10 log 4πr 2
反射音壓 LP(rev)=LW(to outlet)+10 log T –10 log V+14
為方便設計者使用查表方式來迅速完成風管噪音的設計,上式可分解成:
LP(dir)=LW(to room)+A+B
其中 A=10 log Q,
B= -10 log 4πr 2
LP(rev)=LW(to outlet)+A+B
由此,很容易對出 LP(dir) 與 LP(rev),並透過對數和的計算方式,求出受音室的背景噪音,再來判斷是否需進行噪音改善。
LP(total)=總音壓位準(dB)
LP(dir)=直接音壓位準(dB)
LP(rev)=反射音壓位準(dB)
LW(to room):進入受音室的聲功率位準(dB) (以風量百分比來表示)
LW(to outlet):出風口的聲功率位準(dB) (以風量百分比來表示)
Q:方向性因子
r:音源(出風口)至受音者耳朵位置:即出風口高度-1.5m(人耳高度)
T:殘響時間(S)以中頻 500 Hz 為主,一般以 1 秒為主。
V:室內體積(m3 ) 其中 T 或 T60 可由下式算出或現場直接量測:
T60=T=0.16V/αS=0.16V/(ΣαiSi)
αi=各壁面的吸音係數(典型房間材質的吸音係數如下表)
Si=6 個壁面的表面積 m 2
4.其他通風設備的減音量
其它通風設備的八度音頻減音量詳列如下表:
舉例而言,某場合的背景噪音量測結果如下:
圖一、噪音率定曲線(NR)(資料來源:噪音原理與控制、蘇德勝)
三、通風系統減音的考量
來自送風機的聲音會在直管 (straight pipe)、彎曲(Bend),擴張(Expansion) 和出口處(grille outlet)進行衰減,而在加熱/冷卻(heater/cooler)與過濾系統 (Filter)會有更大的聲音損失。另外氣流速度較大時(一般大於 10m/s 以上),會有氣流再生噪音(self-noise)的產生。亦需要特別注意。今將各噪音損失的過 程與損失量說明如下:
(一)、傳遞過程噪音損失
1.直風管的聲音損失
風管一般可分成圓形風管、方形風管與螺旋風管三類,其中螺旋風管幾乎
沒有減音的效果,而圓形風管與方形風管的各頻率之每公尺減音量如下表 :
無襯裡直管之減音量
一、風機系統
一般常用的送風機為離心式送風機,用來估算送風機噪音的公式如下: (industry noise control by Lewis H. bell )
(一)、離心風機(sound power)
1. 平均聲功率離心式風機推估
2. 各頻率修正係數:
因應各種離心式風機的差別,在各頻率有不同的修正係數,而不同風扇在不同的頻率修正值列如下表:
各類型離心風機的頻譜修正資料
表一、不同離心風機的頻譜修正值
(a): Blade Passing Frequency Increment,葉片通過頻率之加值。
*聲功率是所有送風設備最重要的聲音參數,可依 AMCA 300 來量測。
3. 葉片通過頻率加值:
風扇在某些頻率會有離散(discrete)的噪音值發生,亦即在固定的頻率會產生較大噪音(與風扇的葉片及轉速有關)下,噪音值特別高,稱此特定的頻率為葉片通過頻率(blade passing frequency) 在此頻率下的噪音值會稍高於周圍頻譜的噪音值,使人產生不和諧的感覺,其計算的方式如下:
fn=nBN/60 (Hz)
今將風機噪音聲功率計算方式分析說明如下:
Ex:某風機的風量為 2000cfm,靜壓為 1inH2O,風扇葉片為 30 片且 轉速為 600rpm,該風扇為前傾式風機。試計算風機的八度音頻聲功率 (sound power)
(1) Lw =10logQ+20logPt+K
=10log2000+20log1+35
=68 dB
(2) 計算葉片通過頻率加值:
fn=nBN/60=1*600*30/60=300Hz≒250Hz
因為是前傾式離心風扇,所以 BPFI=3dB
(3) 計算各頻率噪音值(聲功率)
(二)、軸流風機
同離心風機的計算方式,軸流風機的計算方式簡略描述如下:
1. 聲功率推估:
2. 各頻率修正值:
3.葉片通過頻率加值:
在此部份可以予以省略。依離心式風機的噪音推估方式,可以自行推估軸 流風機的八度音頻聲功率。
(每公尺之減音量)
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其中 NC 值為美國所發展適合空調噪音來使用,而 NR 為歐洲發展出來。 NR 的判別標準即是在背景噪音的各個頻率都將之與最接近的 NC ( NR ) 曲線值比,找出各頻率與 NC 比較出來的 NC 最大值,此即在該場合的 NC 值。
表四、NC 曲線定義圖
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大部份的工廠、住家都需要有風機來輸送氣體,不管是保溫的冷氣、引入新鮮的空氣或是排風的氣體,而這些風機都會產生噪音或透過風管來傳遞 噪音,因此產生令人困擾的噪音問題。一般輸送空氣的機械,依其輸送空氣壓力大小可分成三種:
(1)送風機(Fan)
(2)鼓風機(Blower)
(3)壓縮機(Compressor)
而此三者的分類依壓力區別為:
(1)送風機:靜壓為 0~1,000mm H2O
(2)鼓風機:靜壓為 1,000~10,000mm H2O
(3)壓縮機:靜壓為 10,000(1kg/cm2 以上)
而鼓風機與壓縮機所產生的噪音不在此篇幅討論,本文僅討論送風機的 噪音問題。一般空氣調節所使用的送風機主要分成二種形式,一為離心式 (Centrifugal),另一為軸流式(Axial)兩類,其中離心式又分成:
a. Forward curve type
b. Radial blade type
c. Backward curve type
d. Reversed curved type
而軸流式送風機有:
a. Propeller Fan(螺旋式):大風量、小靜壓
b. Tube Axial Fan c. Vane Axial Fan
二、通風系統
有二種通風系統,分別為低速與高速風管系統,一般低、高速風管的使用場所與其適合風速,列如表二:
表二、風管最大風速參考表(m/s)
而在設計時常需考量各場所的安寧需求詳列如下表:
由表三可以了解各場所所需要的背景噪音值,包含住宅、醫院、辦公室、劇場、商業大樓、公共建物等場所的背景噪音需求。
表三、室內所容許的噪音值
*背景噪音指的值為 Leq(lin),未經 A 或 C 加權值。雖然此背景噪音在 63Hz-500Hz 屬於 NC55,在 1k-2k 屬於 NC50,然在 8k 處此背景噪音屬於 NC60,所以此場所經判別後屬於 NC60。
3.出風口的聲音損失:
由於風管的聲音從風機傳送出來一直到出風口,因為出風口的體積 突然變大,會在低頻處有較大的聲音損失。
無襯裡圓管之減音量
空調通風系統噪音防制工程
徐廷珪(環工技師)、蔡佩樺、葉秀玲
2. 風管彎曲時的聲音損失
圓形風管的肘彎(Radius Bend)在高頻時會因為聲音撞到管壁反射,而有明顯的聲音損失。而方形風管的米特肘彎(Mitre Bend)若長度較長時,可在低頻處有一些明顯的減音效果,若是為了減低壓損而在 Mitre Bend 內裝設導流片(turning vane),則因聲音的撞擊與反射較少,使米特肘彎 (Mitre Band)的聲音降低程度傾向圓形肘彎。
目前美國空調協會改用 RC 來做室內噪音的建議指標。
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