商办建筑屋面热泵空调系统的噪声与振动控制

商办建筑屋面热泵空调系统的噪声与振动控制

康凯 1，胡聪 2，王胜 3

北辰（上海）环境科技有限公司

摘要：商办建筑屋面的风冷热泵、循环水泵等空调系统运行时产生的噪声与振动对楼下的办公环境影响大。文章介绍一个写字楼屋面空调系统的噪声与振动控制案例，通过对噪声源及振动源进行分析，选择合适的减振及隔声措施，经实践后降噪效果达到了标准要求，可供同类型工程参考。

关键词：热泵；水泵；振动；减振；隔声

0引 言

风冷热泵机组（以下简称热泵）具有结构紧凑、便于安装、性能稳定以及制冷制热双重功能等特点，越来越多的热泵用作商办建筑中的空调系统的主机。这类设备振动强、噪声级高，通常安装在建筑物屋面，不仅空气声容易对周边环境及楼下办公区域产生噪声污染，其振动对楼下的办公区域产生影响也很大。文章以某写字楼屋面热泵空调系统的噪声与振动控制为工程实例，介绍屋面空调系统的噪声与振动控制方法及控制后的效果。

1项目概况

某写字楼屋面有3台“开利”牌热泵（2台型号为30XQ0635、1台型号为30XQ0502）及5台“威乐”牌循环水泵。热泵安装在屋面二层的钢结构平台上，水泵安装在屋面的混凝土基础上。

循环水泵自身已经安装有减振器，热泵下方安装了减振垫，但是由于减振器的选型不合适或安装不当导致减振短路，减振效果差，并且与设备连接的管道均未做减振处理，楼下办公区域依旧可以清晰的感受到屋面设备振动的影响。另外，热泵的噪声级比较高，空气声的传播对楼下办公区域的也有较大的影响。二次结构噪声和空气声的共同作用，导致楼下办公区域的噪声级超过了办公区域允许噪声级 NC-35噪声曲线，图1为现场实测的室内噪声与NC-35曲线对比。

2噪声与振动影响分析

写字楼屋面的主要噪声源及振动源如下：

（1）热泵底部的压缩机；

（2）热泵顶部的轴流排风机。

（3）循环水泵【1】[1]。

设备噪声频率特性及传播影响分析

表1是现场实测的热泵的噪声频谱，可以看出：热泵机组底部压缩机的噪声呈中高频特性，峰值频率在250Hz，热泵进风侧的噪声频谱特性和压缩机的频谱特性类似。热泵机组顶部排风噪声呈中低频特性。

从热泵的结构分析，压缩机位于机组底部，且框架四周及底部均未封闭，压缩机噪声可直接向四面八方辐射【1】[2]。轴流风机位于机组顶部，轴流风机的噪声一方面从排风口向上方及四周辐射，另一方面从进风口（散热翅片处）向外传播，而且排风口噪声要明显大于进风口噪声。从噪声的传播方向及噪声级的强度分析，压缩机噪声对楼下的影响要大于轴流风机。

热泵底部压缩机下方的A声级最高可达到97 dB（A），压缩机噪声一方面会穿过楼板传播到楼下办公室内，另一方面，热泵机组的噪声会从屋面上楼梯间的门传播到前室，再传播到办公室内。因此需要对压缩机的噪声进行处理的同时加强楼梯间门的隔声量。

设备振动特性及传播影响分析

表2是现场实测的各处振动加速度级，可以看出，热泵钢梁和泵头基础上的振动加速度级比较高，且现场能明显感受到这两处强烈的振感。

热泵安装在屋面二层的钢平台上，钢平台钢梁有一端直接固定在核心筒墙体上，另一端通过钢立柱固定在屋面混凝土基础上。钢平台的刚度较差，易被激励起微振动并导致二次结构噪声【1】[3]。

热泵机组的振动来源于底部的压缩机和顶部的轴流排风机，主要是由于旋转部件的惯性力和偏心不平衡产生的扰力会引起设备部件产生强迫振动，并通过设备底座、管道与建筑物的连接部分传递固体振动。热泵机组虽然已安装减振垫，但是隔振效率低，减振效果差。

5台水泵下面均已安装减振器,水泵下的隔振台座及减振器的选型合理，但是水泵隔振台座的四角均安装了限位装置，限位装置与隔振台座之间产生了硬连接，导致隔振短路，减振系统的减振效率大大降低。

现场所有的管道都没有采取隔振措施，热泵及水泵的振动同时传递给与之连接的管道，再通过管道支架传递到钢平台和楼层结构，受到振动扰力激励的楼层结构产生微振动导致二次结构噪声。同时管内介质流动时，尤其经过阀门、弯头、分支时引起的振动也会通过管道向外传递，激发有关结构振动并辐射噪声。

3噪声与振动控制措施

热泵机组振动控制措施

控制和降低结构噪声的主要技术措施为：进行隔振设计计算，隔振设计时应了解机器设备振动特性并进行扰力计算，获得隔振传递率和隔振效率数据；正确合理地选用隔振元件，并采用最佳隔振形式，保证有较高的隔振效率。

在热泵机组下选用可调式阻尼弹簧复合隔振器，隔振系统固有频率为2.2Hz, 隔振效率达97% 以上（理论计算值）；隔振的变形在（在没有预压时）50mm，隔振器的阻尼比为0.06，以防止热泵启动和关闭时产生共振。

热泵机组隔振选型计算：

以30XQ0625型热泵机组为例，进行减振器选型计算。

根据设备参数资料，热泵型号：30XQ0625风冷螺杆式热泵机组（生产厂商：开利/中国）；

机组尺寸：长*宽*高 7186*2253*2297mm；

压缩机转速 n=2950r/min；

机组重量及10个支承点荷载分布，见图2。

考虑到现场实际安装问题，由于热泵机组框架与底部钢梁之间的距离很小，不足以安装新选取的减振器，若直接安装在减振器下，则需要将设备及管道整体抬高，现场空间有限无法实施。因此，设计了侧托式结构，在热泵机组底部框架焊接异型支撑构件，将减振器安装在热泵机组侧面，完美的解决了现场安装难的问题。

水泵及管道振动控制设计

水泵的振动控制除了要考虑泵体自身的减振，还有水泵泵头以及进出水管管道的减振。

（1）由于水泵下面均已安装减振器且选型合理，只需要将水泵隔振台座的四角安装的限位装置向外移装，使限位装置与隔振台座之间保持一定间距即可。

（2）水泵的进出水口管道与水泵之间已经采用了橡胶挠性接管连接，且扰性接管伸缩性良好，无需改动。

（3）水泵泵头采取可调式阻尼弹簧减振器减振处理，降低泵头管道的振动引起的二次结构噪声。

（4）热泵机组及水泵的水管均采用阻尼弹簧减振器减振处理，落地管道支架采用支承式减振，吊装的管道采取弹性吊架来减少振动传递。

管道隔振器的选用方法可根据设计管架间距内的管道自重、满管水重、50mm 厚度保温层重及以上三项之和的 10%附加重量计算，保温材料按原竣工材料（橡塑+铝板）。

吸隔声设计

（1）沿着热泵机组框架将3台热泵机组压缩机四周分别使用吸隔声板进行封闭，降低噪声向四周传播。吸隔声板通过快拆结构固定在钢结构框架上，方便后期拆卸进行检维修。

（2）热泵机组底部使用轻质复合隔声板封闭，以隔绝机组向下辐射的噪声，降低穿过楼板的空气声。

（3）将屋面楼梯间的门更换为隔声门，降低从楼梯间传到室内的噪声。

噪声控制效果及分析

项目完工后，对顶层办公室内的噪声进行检测，图5是降噪前后办公室内噪声与NC-35曲线的对比，办公室内的噪声级降低到35dB(A)和58 dB(C)以下，并且各倍频带声压级均已降低到NC-35曲线以下。

虽然办公室内的噪声级已低于NC-35曲线，但是由于办公室内背景噪声比较低，屋面设备运行时还是可以隐隐约约听到热泵机组压缩机独有的噪声。这主要是由于以下两个问题造成的：

（1）由于屋面消防风机及加压送风风机的风口通过管井分别通过管道连接到办公室、楼梯间及前室内，热泵机组的噪声会通过管道传播到室内。

（2）虽然已对热泵机组和管道进行减振改造，但是隔振系统的实际隔振效率无法达到100%，而且钢平台的刚度差，钢平台钢梁一端又是直接固定在核心筒墙体上，总归有轻微的振动扰力传递到墙体，并激发二次结构声。

后语

风冷热泵机组的噪声级及振动强度都比较高，在商办建筑建设初期就要考虑好设备的布置。从空气声传播影响考虑，热泵机组尽量避开布置在敏感办公区域的正上方，同时需要考虑屋面楼梯间门的隔声性能及屋面通风、排烟等管道的布置，避免空气声的传播影响；除此之外，若建筑周边有敏感点，要提前考虑热泵机组的噪声对敏感点的影响。从结构声传播影响考虑，建筑建设时就需要加强设备基础的刚度，降低二次结构噪声的产生；在考虑设备隔振时，不仅要对设备本体做好有效的减振处理，与设备连接的管道要采取绕性连接，管道支架及穿墙管道也需要采取减振措施。

参考文献

[1]马大猷.噪声与振动控制工程手册[M]，北京：机械工业出版社，2002.913-921.

[2]王庭佛.多台热泵机组的噪声治理[J].暖通空调,2000(06):79-80.

[3]王庭佛.屋顶热泵机组的振动影响和隔振技术[J].工程建设与设计,2003(03):14-17.