Tính toán độ ồn và lọc bụi trong lắp đặt hệ thống điều hòa không khí
Tiêu âm lọc bụi hệ thống điều hòa không khí
Khái niệm.
Tiếng ồn là tập hợp những âm thanh có cường độ và tần số khác nhau sắp xếp không có trật tự, gây khó chịu cho người nghe, cản trở con người làm việc và nghỉ ngơi.
Các đặc trưng cơ bản của âm thanh
-Tần số âm thanh
Đơn vị đo là Hz. Mỗi âm thanh được đặc trưng bởi một tần số dao động của sóng âm. Bình thường tai người cảm thụ được các âm thanh có tần số từ 16 -> 20.000 Hz
-Ngưỡng nghe và ngưỡng chói tai
Âm thanh là những dao động cơ học được lan truyền dưới hình thức sóng trong môi trường đàn hồi, nhưng không phải bất cứ sóng nào đến tai cũng gây ra cảm giác âm thanh như nhau. Cường độ âm thanh nhỏ nhất ở một sóng âm xác định mà tai người nghe thấy được gọi là ngưỡng nghe. Âm thanh có tần số khác nhau giá trị ngưỡng nghe cũng khác nhau. Cường độ âm thanh lớn nhất mà tai người có thể chịu được gọi là ngưỡng chói tai.
-Mức cường độ âm L (dB)
Mức cường độ âm thanh được xác định theo công thức :
Io - Cường độ âm thanh ở ngưỡng nghe : Io = 10-12 W/m2
-Mức áp suất âm (dB)
Mức áp suất âm thanh được xác định theo công thức :
p - Áp suất âm thanh , Pa
po - Áp suất âm thanh ở ngưỡng nghe: po = 2.10-5 Pa
-Mức to của âm (Fôn)
Mức to của âm là sức mạnh cảm giác do âm thanh gây nên trong tai người, nó không những phụ thuộc vào áp suất âm mà còn phụ thuộc vào tần số âm thanh. Tần số càng thấp thì tai người càng khó nhận thấy.
Người ta xác định được rằng mức to của âm thanh bất kỳ đo băng Fôn , có giá trị bằng mức áp suất âm của âm chuẩn có cùng mức to với âm đó. Đối với âm chuẩn , mức to ở ngưỡng nghe là 0 Fôn , ngưỡng chói tai là 120 Fôn. Các âm có cùng giá trị áp suất âm nếu tần số càng cao thì mức to càng lớn.
-Dải tần số âm thanh
Cơ quan cảm giác của con người không phản ứng với độ tăng tuyệt đối của tần số âm thanh mà theo mức tăng tương đối của nó. Khi tần số tăng gấp đôi thì độ cao của âm tăng lên 1 tông , gọi là 1 ốcta tần số.
Người ta chia tần số âm thanh ra thành nhiều dải, trong đó giới hạn trên của lớn gấp đôi giới hạn dưới. Toàn bộ dải tần số âm thanh mà tai người nghe được chia ra làm 11 ốcta tần số và có giá trị trung bình là 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16.000
Tiêu chuẩn vệ sinh và mức cho phép của tiếng ồn được quy định ở 8 ốcta : 63; 125; 250; 500; 100; 200; 400; 800
Bảng 9-1
Các máy đo độ ồn , đo mức to của âm đơn vị là đềxibenA (dBA) là mức cường độ âm chung của tất cả các dải ốcta tần số đã qui định về tần số 1000 Hz. Ta gọi âm thanh đó là dBA là âm thanh tương đương. Khi dùng dBA để chỉ âm thanh ta không cần nói âm thanh đó ở tần số bao nhiêu. Trị số dBA giúp ta đánh giá sơ bộ xem độ ồn có vượt quá mức cho phép hay không.
Ảnh hưởng của độ ồn
Tiếng ồn có ảnh hưởng nhiều đến sức khoẻ con người. Mức độ ảnh hưởng tuỳ thuộc vào giá trị của độ ồn. Bảng 9-2 dưới đây đưa ra các số liệu về mức độ ảnh hưởng của độ ồn tới sức khoẻ của con người.
Bảng 9-2
Độ ồn cho phép đối với các công trình
Bằng thực nghiệm người ta đã lập được họ các đường cong thể hiện mức ồn cho phép của tiếng ồn dải rộng ở các ốcta tần số. Những đường này gọi là đường NC (Noise Criteria Curves), thể hiện mức ồn cho phép của tiếng ồn dải rộng ở các ốcta tần số
Hình 9-1 : Mức ồn cho phép của tiếng ồn dải rộng ở các ốcta tần số
Trên bảng 9-3 trình bày các tiêu chuẩn NC của các công trình
Tính toán độ ồn
Nguồn gây ồn và cách khắc phục
-Các nguồn gây ồn :
Nguồn ồn gây ra cho không gian điều hòa có các nguồn gốc sau:
- Nguồn ồn do các động cơ quạt, động cơ, máy lạnh đặt trong phòng gây ra
- Nguồn ồn do khí động của dòng không khí .
- Nguồn ồn từ bên ngoài truyền vào phòng
+ Theo kết cấu xây dựng
+ Theo đường ống dẫn không khí
+ Theo dòng không khí
+ Theo khe hở vào phòng
- Nguồn ồn do không khí ra miệng thổi
-Cách khắc phục
Nguồn ồn do các động cơ, thiết bị trong phòng.
- Chọn thiết bị có độ ồn nhỏ : Khi chọn các máy điều hoà, các dàn lạnh, FCU, AHU cần lưu ý độ ồn của nó, tránh sử dụng thiết bị có độ ồn lớn.
- Bọc tiêu âm cụm thiết bị : Trong nhiều trường hợp người ta chọn giải pháp bọc tiêu âm cụm thiết bị. Chẳng hạn các FCU, AHU và quạt thông gió công suất lớn khi lắp đặt trên laphông sẽ gây ồn khu vực đó nên người ta thường bọc cách âm cụm thiết bị này.
- Thường xuyên bôi trơn các cơ cấu chuyển động để giảm ma sát giảm độ ồn
- Đặt thiết bị bên ngoài phòng
Nguồn ồn do khí động của dòng không khí
Dòng không khí chuyển động với tốc độ cao sẽ tạo ra tiếng ồn. Vì thế khi thiết kế phải chọn tốc độ hợp lý.
Nguồn ồn truyền qua kết cấu xây dựng
- Đối với các phòng đặc biệt, người thiết kế xây dựng phải tính toán về cấu trúc sao cho các nguồn ồn không được truyền theo kết cấu xây dựng vào phòng, bằng cách tạo ra các khe lún, không xây liền dầm, liền trục với các phòng có thể tạo ra chấn động.
- Một trong những trường hợp hay gặp là các động cơ, bơm và máy lạnh đặt trên sàn cao. Để khử các rung động do các động cơ tạo ra lan truyền theo kết cấu xây dựng làm ảnh hưởng tới các phòng dưới, người ta đặt các cụm thiết bị đó lên các bệ quán tính đặt trên các bộ lò xo giảm chấn. Quán tính của vật nặng và sức căng của lò xo sẽ khử hết các chấn động do các động cơ gây ra.
- Đối với các FCU, AHU và quạt dạng treo , thường người ta treo trên các giá có đệm cao su hoặc lò xo.
Nguồn ồn truyền theo các ống dẫn gió, dẫn nước vào phòng
Các ống dẫn gió, dẫn nước được nối với quạt và bơm là các cơ cấu chuyển động cần lưu ý tới việc khử các chấn động lan truyền từ động cơ theo đường ống. Trong quá trình hoạt động các chấn động từ các thiết bị đó có thể truyền vào phòng và tạo ra độ ồn nhất định. Để khử các chấn động truyền theo đường này người ta thường sử dụng các đoạn ống nối mềm bằng cao su
Nguồn ồn do truyền theo dòng không khí trong ống dẫn.
Do kênh dẫn gió dẫn trực tiếp từ phòng máy đến các phòng, nên âm thanh có thể truyền từ gian máy tới các phòng, hoặc từ phòng này đến phòng kia. Để khử độ ồn truyền theo dòng không khí người ta sử dụng các hộp tiêu âm, hoặc đoạn ống tiêu âm.
Trong kỹ thuật điều hoà người ta có giải pháp bọc cách nhiệt bên trong đường ống. Lớp cách nhiệt lúc đó ngoài chức năng cách nhiệt còn có chức năng khử âm.
Nguồn ồn bên ngoài truyền theo khe hở vào phòng
Để ngăn ngừa phải làm phòng kín, đặc biệt các phòng yêu cầu về độ ồn khắt khe.
Nguồn ồn do không khí ra miệng thổi
Khi tốc độ không khí ra miệng thổi lớn, có thể gây ồn. Vì vậy phải chon tốc độ không khí ra miệng thổi hợp lý.
Tính toán các nguồn ồn .
- Nếu có nhiều nguồn ồn với mức âm là L1, L2, ... Ln thì mức âm tổng được tính theo công thức :
Độ ồn của quạt
Tiếng ồn do quạt gây ra phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như chủng loại quạt, vận tốc, hãng quạt, chế độ làm việc, trở lực hệ thống, bản chất môi trường...vv
Độ ồn do quạt gây ra được xác định theo công thức :
KW - Mức cường độ âm riêng (dB) phụ thuộc loại quạt và xác định theo bảng 9-4 dưới đây.
V - Lưu lượng thể tích của qụat, CFM (1 m3/s ≈ 2120 cfm)
H - Cột áp toàn phần của quạt, in.WG
C - Hệ số hiệu chỉnh lấy theo bảng 9-3 dưới đây :
Bảng 9-3 : Hệ số hiệu chỉnh C (dB)
Bảng 9-4 : Trị số Kw của các loại quạt
Ghi chú :
AF - Quạt ly tâm cánh rỗng profile khí động
BC - Quạt ly tâm có cánh hướng bầu cong
BI - Quạt ly tâm có cánh hướng bầu xiên
BFI - Độ tăng tiếng ồn (dB) do tần số dao động của cánh fc ( fc = số cánh x số vòng quay của quạt trong 1 giây)
Độ ồn phát ra từ máy nén và bơm
Nếu có catalogue của thiết bị có thể tra được độ ồn của nó. Trong trường hợp không có các số liệu về độ ồn của thiết bị do nhà sản xuất cung cấp, ta có thể tính theo công suất cụ thể như sau:
- Đối với máy nén ly tâm
trong đó :
USTR - Tôn lạnh Mỹ : 1 USTR = 3024 kCal/h
- Đối với máy nén píttông
Khi máy làm việc non tải thì tăng từ 5 đến 13 dB ở các dải tần khác nhau.
Nếu cần tính mức áp suất âm thanh Lp ở các tần số trung tâm thì cộng thêm ở công thức tính LPA (9-7) các giá trị ở bảng dưới đây :
Bảng 9-5
- Đối với bơm nước tuần hoàn
Lưu ý : Tất cả các giá trị tính ở trên là ở khoảng cách 1m từ nguồn âm.
Tiếng ồn của dòng không khí chuyển động
Tiếng ồn do dòng không khí chuyển động sinh ra do tốc độ dòng quá lớn , do qua các đoạn chi tiết đặc biệt của đường ống và ở các đầu vào ra quạt.
Tiếng ồn của dòng không khí chuyển động là kết quả của hiệu ứng xoáy quanh vật cản, gây ra sự thay đổi về vận tốc, biến dạng đột ngột về dòng chảy và do đó tạo ra sức ép động lực cục bộ của không khí.
Có các dạng gây ồn của dòng không khí chuyển động như sau :
a. Tiếng ồn của dòng không khí thổi thẳng
Trong đoạn ống thẳng , khi tốc độ quá lớn thì độ ồn sẽ có giá trị đáng kể. Tuy nhiên khi thiết kế tốc độ gió đã được chọn và đảm bảo yêu cầu. Thường khi tốc độ trên đường ống om < 10 m/s thì độ ồn này không đáng kể.
Độ ồn tại các vị trí đặc biệt của đường ống
Tại các vị trí đặc biệt như : Rẻ dòng, co thắt dòng, vị trí lắp đặt van ... độ ồn có giá trị đáng kể ngay cả khi tốc độ dòng không khí không cao. Đó là do hiện tượng xoáy tạo nên. Độ ồn tại các vị trí đó được tính như sau :
Laf - Mức cường độ âm phát sinh ra , dB
K s - Thông số riêng của kết cấu đường ống;
- Với van điều chỉnh : Ks = -107
- Cút cong có cánh hướng : KS = -107 + 10.lgn với n là số cánh hướng dòng
- Chổ ống chia nhánh : Ks = -107 + deltaL1 + deltaL2
+deltaL1 - Hệ số hiệu chỉnh độ cong rẻ nhánh, dB. Hệ số này phụ thuộc tỷ số giữa bán kính cong r của chổ chia nhánh với đường kính ống nhánh d
Nếu r/d ≈ 0 lấy deltaL1 = 4->6 dB
Nếu r/d ≈ 0,15 lấy deltaL1 = 0
+ deltaL2 - Hệ số hiệu chỉnh độ rối, dB. Bình thường lấy deltaL2 = 0. Nếu ở vị trí đầu nguồn cách vị trí đang xét 5 lần đường kính ống có lắp đặt van điều chỉnh thì người ta mới xét tới đại lượng này. Trong trường hợp này lấy deltaL2 = 1 -> 5 dB tuỳ theo mức độ rối loạn của dòng khí đầu nguồn..
Vcon- Tốc độ không khí tại chổ thắt , hoặc tại ống nhánh, FPM;
V - Lưu lượng không khí qua ống, cfm
FTL - hệ số cản trở
Đối với van điều chỉnh nhiều cánh : FTL = 1 nếu hệ số tổn hao áp suất Cpre = 1. Nếu Cpre ≠ 1 thì :
trong đó : CPRE - Là hệ số tổn hao áp suất, là đại lượng không thứ nguyên và được tính theo công thức :
Đối với van điều chỉnh chỉ có 1 cánh :
Nếu CPRE < 4 thì FTL tính như đối với van nhiều cánh
Nếu CPRE > 4 thì FTL = 0,68.C-0,15PRE - 0,22
S- Diện tích tiết diện ống nơi thắt có lắp đặt van điều chỉnh, của cút hoặc của ống nhánh, ft 2
D - Chiều cao của ống hoặc cút cong, ft
f - Tần số trung bình của dải ốcta, Hz
K - hệ số tra theo đường tuyến tính của kết cấu đường ống, dB (hình 9-1)
Trị số đặc tính K của kết cấu được xác định dựa vào chuẩn số Strouhal :
- Đối với van điều chỉnh :
K = -36,3 - 10,7 lg.St nếu St < 25
K = -1,1 - 35,9.lg.St nếu St > 25
- Đối với cút cong có cánh hướng dòng
- Đối với chổ chia nhánh giá trị K được xác định theo đồ thị hình 9-1 với Vma là tốc độ dòng khí tạ đường ống chính (fpm)
Hình 9-1 : Quan hệ giữa hệ số K với số St và tỷ số Vma/Vbr tại chổ chia nhánh
c. Tiếng ồn ở đầu vào và đầu ra của quạt :
Tiếng ồn sinh ra trong quạt do nhiều nguyên nhân . Tuy nhiên chủ yếu vẫn là do thay đổi hướng đột ngột và đi qua chổ thu hẹp. Tiếng ồn do quạt gây ra thường lớn và khó khắc phục.
Tiếng ồn do không khí thoát ra miệng thổi.
Tiếng ồn do dòng không khí ra miệng thổi phụ thuộc vào tốc độ của dòng không khí khi ra miệng thổi và kết cấu của nó.
Trong các catalogue của các miệng thổi đều có dẫn ra độ ồn của nó tương ứng với tốc độ đầu ra nào đó. Vì thế khi thiết kế cần lưu ý không được chọn tốc độ quá lớn
Tổn thất âm trên đường truyền dọc trong lòng ống dẫn.
Tổn thất trong ống dẫn :
Sự giảm âm là sự giảm cường độ âm tính bằng Watt trên một đơn vị diện tích khi âm đi từ nơi phát tới nơi thu. Sự giảm âm do các nguyên nhân chính sau :
- Nhờ vật liệu hút âm hấp thụ năng lượng sóng âm
- Do phản hồi sóng âm trên bề mặt hút âm
- Quá trình truyền âm dưới dạng sóng lan truyền trong không khí dưới dàn tắt dần do ma sát.
Mức độ giảm âm được đặc trưng bởi đại lượng IL (Insertion Loss). Trị số IL ở mỗi tần số riêng cho ta biết sự giảm cường độ âm (dB) trên đường truyền từ nơi phát đến nơi thu nhận. Khả năng hấp thụ năng lượng só âm của vật liệu gọi là khả năng hút âm. Khi sóng âm va chạm vào bề mặt vật liệu xốp không khí sẽ dao động trong những lỗ hở nhỏ , sự cản trở của dòng khí và sự dao động của dòng khí trong khe hở đã biến một phần năng lượng sóng âm thành nhiệt và làm giảm năng lượng sóng âm đi đến.
Các vật liệu có khả năng hút âm tốt là vật liệu tơi xốp và mềm. Các sóng âm khi đi vào lớp vật liệu đó sẽ bị làm yếu một phần. Vật liệu hút âm thường sử dụng là : Bông thuỷ tinh, bông vải, vải vụn . Các tấm vải dày, mềm khi treo trên tường có khả năng chóng phản xạ âm rất tốt.
Để tiêu âm trên đường ống, thường người ta bọc các lớp bông thuỷ tinh bên trong đường ống . Lớp bông đó sẽ hút âm rất tốt.
Khi trong đường ống không có lớp vật liệu hút âm, vẫn tồn tại sự giảm âm tự nhiên do ma sát.
Đường ống tròn không có lớp hút âm
Khi sóng âm lan truyền trong không khí, do tính chất đàn hồi của môi trường không khí nên dao động song âm là dao động tắt dần, mức năng lượng âm giảm dần
Người ta tính được rằng trung bình độ ồn giảm tự nhiên là 0,03 dB trên 1feet chiều dài ống ở tần số dưới 1000 Hz và tăng không đều đến 0,1 dB/ft ở tần số 1000Hz.
Đối với ống chữ nhật không có lớp hút âm và cách nhiệt
Đối với đường ống chữ nhật độ giảm âm tự nhiên được tính theo bảng 9-6 dưới đây :
Bảng 9-6 : Độ giảm âm thanh dB/ft
P - Chu vi ống, in
A - Diện tích tiết diện ống , in2
Ống chữ nhật không có lót lớp hút âm, nhưng có bọc cách nhiệt bên ngoài
Đối với loại đường ống này, thì mức giảm âm lấy gấp đôi số liệu nêu trong bảng 9-6.
Ống tròn có lót lớp hút âm
Độ giảm âm phụ thuộc vào diện tích tiết diện ngang của đường ống và tính chất vật liệu hút âm . Các số liệu được dẫn ra ở bảng 9-7.
Bảng 9-7 : Độ giảm âm thanh dB/ft
Đối với đường ống chữ nhật có lót lớp hút âm
- Đối với tần số dải âm dưới 800 Hz độ giảm âm được tính như sau :
t - Độ dày của lớp vật liệu hút âm, in
h - Cạnh ngắn lòng ống, in
P - Chu vi lòng ống, in
A- Diện tích lòng ống, in2
L Chiều dài đoạn ống, ft
f- Tần số âm thanh, Hz
d- Khối lượng riêng vật hút âm, lb/ft3
- Đối với tần số trên 800 Hz
trong đó :
k = 2,11.109
W - Cạnh dài của lòng ống, in
L - Chiều dài đoạn đang xét, ft
Công thức 9-11 tính khi L < 10 ft. Khi L > 10ft thì lấy L = 10ft
Bảng 9-8 : Độ giảm âm trên đoạn ống hình chữ nhật có lót lớp hút âm dày 1in, dB/ft
Để tránh làm cho IL quá lớn , đối với đường ống chữ nhật có lót hút âm , thì IL không được vượt quá 40 dB ở bất kỳ tần số nào.
Độ giảm IL nêu trên không tính tới độ giảm âm thanh tự nhiên, nên khi tính cần phải cộng vào
Đối với đường ống ô van
- Đối với đường ống ô van với tỷ số hai trục là 3 : 1 thì IL được lấy giống đường ống tròn có đường kính bằng trục ngắn của ống ô van.
Độ dày lớp hút âm có ảnh hưởng đến trị số IL. Ở tần số 800 HZ , khi chiều dày lớp hút âm là 2in thì hiệu qura giảm âm tăng 2 lần so với lớp dày 1in. Vì vậy cần lót lớp hút âm dày từ 2in đến 3in để nâng cao hiệu quả hút âm.
Tổn thất tại cút cong và chổ chia nhánh
Độ giảm âm tại cút cong tròn
Tại vị trí cút cong âm thanh bị phản hồi ngược lại một phần. Vì thế các cút cong có hay không có lớp hút âm thì đều có tác dụng giảm ồn nhất định
Tổn thất tại cút cong phụ thuộc vào kích thước của nó và tần số âm và cho ở bảng 9-9 dưới đây :
9-9: Độ giảm âm qua cút tròn, dB
f - Tần số âm , kHz
D- Đường kính ống tròn, in
Độ giảm âm tại cút cong chữ nhật
Cút vchữ nhật làm giảm tối đa nhưng âm thanh trong dải ốcta mà tần số trung tâm gần bằng hoặc lớn hơn 125 Hz.
Bảng 9-10 đưa ra các kết quả giảm âm khi dòng không khí đi qua cút chữ nhật có và không có lớp hút âm.
9-10: Độ giảm âm qua cút chữ nhật, dB
W - Cạnh lớn của ống chữ nhật, in
f - Tần số âm tính bằng, kHz
c. Độ giảm âm tại chỗ chia nhánh
Độ giảm âm do chia nhánh được tính theo công thức:
deltaLWB - Độ giảm năng lượng âm do chia nhánh, dB
Abr - Diện tích nhánh rẻ đang xét, ft2
tongAbr - Tổng diện tích các nhánh rẻ, ft2
Tổn thất âm do phản hồi cuối đường ống
Khi sóng âm thoát ra cuối đường ống để vào phòng , do mở rộng đột ngột nên gây ra sự phản hồi âm ngược lại. Điều này giảm đáng kể các âm thanh tần số thấp.
Tổn thất âm do phản hồi không cần tính nếu :
- Miệng thổi kiểu khuyếch tán gắn trực tiếp lên trần
- Miệng thổi khuyếch tán nối với đoạn đường ống thẳng dài hơn 3 lần đường kính ống
- Miệng thổi khuyếch tán nối với ống nối mềm
Tổn thất âm do phản hồi cuối đường ống được tính theo bảng dưới đây:
Bảng 9-11 : Tổn thất do âm phản hồi cuối đường ống, dB
Chú ý: Các số liệu ở bảng 9-8 không sử dụng cho miệng thổi có lót lớp hút âm hoặc miệng thổi gắn trực tiếp lên đường ống. Nếu đầu cuối cùng của đường ống là miệng thổi khuyếch tán thì phải trừ đi ít nhất 6 dB