You are here: Home HVACR ĐHKK Trung Tâm Tiêu âm và chống ồn trong điều hoà không khí

HVACR.VN - Cộng đồng Kỹ sư Cơ Điện Lạnh Việt Nam

Tiêu âm và chống ồn trong điều hoà không khí

Email In
I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Tiếng ồn là một trong những thông số tiện nghi của không gian điều hoà. Tiếng ồn ảnh hưởng đến sức khoẻ của con người gây ra mệt mỏi căng thẳng thần kinh, ảnh hưởng đến mức độ tập trung vào công việc và trong một số trường hợp có thể ảnh hưởng đến chất lượng của một số sản phẩm đặc biệt.

Tiếng ồn trong không gian điều hoà được tạo ra do nhiều nguồn khác nhau, cụ thể là:
  • Nguồn gây ồn do các động cơ và thiết bị bên trong phòng gây nên.
  • Nguồn gây ồn do khí động của dòng không khí của hệ thống điều hoà và thông gió.
  • Nguồn gây ồn truyền từ bên ngoài vào: Theo dòng không khí, theo kết cấu xây dựng, theo đường ống dẫn không khí, hoặc theo các khe hở vào phòng.
  • Nguồn gây ồn khi đi ra khỏi các miệng thổi gió.
II. NHỮNG BIỆN PHÁP TIÊU ÂM VÀ CHỐNG ỒN TRONG ĐHKK

Để chống ồn trong các hệ thống điều hoà không khí người ta sử dụng nhiều biện pháp khác nhau cho mỗi một nguồn gây ồn. Trong phần này, chúng tôi trình bày các biện pháp chống ồn thường được sử dụng trong các hệ thống điều hoà không khí:
2.1. Chống ồn cho các động cơ và thiết bị gây ra

Để giảm độ ồn do các động cơ và thiết bị tạo nên người ta thường sử dụng các biện pháp sau đây:
a. Chọn các thiết bị (FCU, AHU, quạt, cụm máy lạnh) có độ ồn nhỏ để lắp trong phòng. Đây là công việc đầu tiên mà các nhà thiết kế cần quan tâm. Độ ồn của hầu hết các thiết bị điều hoà đ• được các nhà sản xuất cho sẵn trong các catalogue. Tuy nhiên cần kiểm tra lại và cân chỉnh trước khi lắp đặt.

b. Lắp đặt các cụm máy và thiết bị ở phòng riêng biệt cách ly khỏi khu vực làm việc. Giải pháp này thường áp dụng cho các cụm máy lớn, chẳng hạn các AHU, cụm máy chiller công suất lớn, thường được lắp đặt ở các phòng riêng, các phòng này có thể bọc cách âm hoặc không tuỳ thuộc vào từng công trình cụ thể.

c. Thường xuyên bảo dưỡng định kỳ các thiết bị
: bôi trơn các chi tiết chuyển động, các ổ trục, cân chỉnh dây đai truyền động của các thiết bị, cân bằng động các cơ cấu quay vv…

d. Bọc tiêu âm cục bộ các thiết bị
: Trường hợp bất khả kháng, khi phải lắp đặt cụm máy, thiết bị có độ ồn lớn trong phòng, trong trường hợp này cần tiến hành bọc cách âm cục bộ các thiết bị đó. Ví dụ trường hợp các AHU , FCU và các quạt thông gió công suất lớn được lắp đặt ngay phía trên trần giả của phòng. Trong trường hợp này khả năng gây ồn của các thiết bị khá lớn, trong nhiều trường hợp vượt quá mức cho phép, để khắc phục người ta bọc cục bộ các thiết bị đó (xem hình 1a, b)
Tieu am chong on
1- ống nối mềm; 2- Vít nở; 3- Hộp tiêu âm; 4- Bộ lò xo giảm chấn; 5- Khung treo thiết bị; 6- Trần giả; 7- AHU (FCU); 8- Quạt dạng ống
Hình 1: Bọc tiêu âm các thiết bị lắp đặt trên trần giả

2.2. Chống ồn do khí động dòng không khí tạo nên

Dòng không khí có tốc độ lớn khi chuyển động trên đường ống, đặc biệt qua các thiết bị phụ của đường ống gió như các van điều chỉnh, các đoạn rẻ nhánh, ngoặt dòng, đoạn mở rộng hoặc thu hẹp dòng vv.. thường tạo ra tiếng ồn đáng kể. Để khắc phục tiếng ồn do khí động của dòng không khí chuyển động gây nên cần phải :
a. Chọn tốc độ chuyển động của dòng không khí trên đường ống hợp lý. Tốc độ đó được cho trong các tài liệu chuyên môn, tuỳ thuộc vào tính năng của phòng làm việc và có liên quan đến độ ồn. Các phòng đòi hỏi tốc độ thấp là những phòng ngủ, các dạng phòng thu âm, phòng phát thanh, phòng phim trường vv… Ngược lại trong các công xưởng, nhà hàng, siêu thị thì có thể chọn tốc độ cao hơn.

b. Thiết kế và lắp đặt các thiết bị đường ống (tê, cút, chạc, côn vv…) phải theo các tiêu chuẩn kỹ thuật. Các tiêu chuẩn đó được quy định khác chặt chẽ trong các tài liệu về tiêu chuẩn thiết kế đường ống gió DW/142 và SMACNA. Đối với các đoạn ống rẽ nhánh, không thiết kế rẻ đột ngột mà phải uốn lượn theo tiêu chuẩn quy định, hoặc sử dụng các cánh lượn gió (ví dụ trên hình 2).
Hình 2: Chi tiết ống rẻ nhánh

2.3. Chống ồn do truyền từ các nguồn bên ngoài vào phòng

a. Nguồn ồn truyền theo dòng không khí vào phòng

Một trong những nguồn gây ồn cho các phòng là việc truyền âm từ các nguồn ồn bên ngoài, phát ra từ các thiết bị, máy móc, quạt và các cụm máy lạnh theo dòng không khí chuyển động trên các kênh gió vào phòng. Để khử tiếng ồn từ các nguồn này người ta sử dụng các biện pháp:
  • Lắp đặt các hộp tiêu âm trên các đường hút và đường đẩy. Có nhiều kiểu hộp tiêu âm khác nhau, nhưng phổ biến nhất là các hộp tiêu âm hình chữ nhật, hình tròn và hộp tiêu âm kiểu tấm bản (hình 3a, b và c).
  • Bọc cách nhiệt bên trong đường ống: Một trong những biện pháp khá hiệu quả và thường được sử dụng hiện nay là bọc cách nhiệt bên trong các đường ống. Các lớp cách nhiệt này được kẹp chặt dưới các lớp vải và lớp lưới sắt, có tác dụng hút âm rất tốt. Tuy nhiên do bọc cách nhiệt bên trong khó và chi phí khá lớn nên người ta thường chỉ bọc một đoạn vài mét sát với thiết bị (AHU, FCU và quạt) kể cả phía hút và đẩy. Các đoạn ống bọc cách nhiệt bên trong về thực chất cũng chính là các hộp tiêu âm.
  • Đặt các thiết bị ra xa công trình: Rỏ ràng nếu đặt các thiết bị ngay cạnh các công trình với đoạn ống gió rất ngắn thì việc tiêu âm cũng rất khó khăn và không đạt như mong muốn. Trong nhiều trường hợp bắt buộc phải kéo dài đường ống gió và đặt thiết bị ra xa công trình.

a- Hộp tiêu âm chữ nhật; b- Hộp tiâu âm dạng tròn; c- Hộp tiêu âm kiểu tấm
Hình 3: Các dạng hộp tiêu âm

b. Nguồn gây ồn truyền theo kết cấu xây dựng

Truyền âm theo kết cấu xây dựng khá phức tạp và tương đối khó xử lý, các công việc này thuộc về nhà thiết kế cấu trúc xây dựng của công trình. Truyền âm theo kết cấu xây dựng bao gồm: Truyền theo tường và hoặc theo sàn.
  • Đối với nguồn gây ồn truyền xuyên qua tường, hầu hết các tường xây đều đáp ứng cách âm trong điều kiện bình thường, đối với phòng đặc biệt đòi hỏi độ ồn nhỏ như các phòng thu âm, phòng phát thanh và phòng phim trường của các đài phát thanh và truyền hình cần phải tiến hành bọc cách âm bên trong các phòng này.
  • Đối với nguồn ồn do các chấn động truyền theo kết cấu xây dựng thường gặp là việc truyền các chấn động của các cụm máy móc, thiết bị lên sàn khi lắp đặt ở các tầng lầu nhà cao tầng. Để khử những chấn động đó người ta lắp đặt cụm máy và thiết bị trên các bệ quán tính và lò xo giảm chấn (hình 4a, b). Bệ quán tính phải có khối lượng phù hợp với chấn động do cụm máy tạo ra, nói chung có khối lượng càng lớn càng tốt. Cũng có thể sử dụng biện pháp tách biệt hẳn về mặt kết cấu xây dựng của phòng làm việc với những phòng có khả năng gây ồn lớn, tránh những va đập lên tường, nền.
c. Nguồn gây ồn do truyền theo vật liệu đường ống gió, ống nước vào phòng

Quạt và bơm của các hệ thống thiết bị điều hoà trong quá trình làm việc thường tạo ra các rung động. Những rung động đó có thể tạo ra âm thanh và truyền theo đường ống nước và nhất là các ống gió.
Để khử các chấn động truyền từ các cụm máy móc, thiết bị theo đường ống, giữa các cụm máy, bơm, quạt với đường ống người ta lắp các đoạn ống mềm bằng vải, ống mềm chuyên dụng hoặc các đoạn ống cao su. Ngoài ra khi nối với thiết bị đầu ra như các miệng thổi và miệng hút người ta cũng sử dụng các đoạn ống mềm. (hình 1 và hình 4)
1- Lò xo giảm chấn; 2- Đoạn ống cao su; 3- Cụm máy nén; 4- Bệ quán tính; 5- Bơm
Hình 4: Giảm chấn động các cụm máy đặt trên tầng lầu

d. Tiếng ồn truyền từ bên ngoài vào theo các khe hở vào phòng

Nguồn gây ồn bên ngoài truyền theo môi trường không khí theo các khe hở vào phòng là nguồn gây ồn khó xác định, khó ngăn ngừa nhất và mang tính ngẩu nhiên. Đối với các nguồn gây ồn này người ta có các biện pháp sau:
  • Đối với phòng làm việc bình thường, nguồn gây ồn bên ngoài không phải thường xuyên và liên tục âm thì không cần phải có biện pháp đặc biệt, vì các phòng điều hoà thường có độ kín tối thiểu có thể khắc phục được.
  • Đối với phòng đặc biệt đòi hỏi độ ồn nhỏ hoặc trường hợp gần nguồn gây ồn thường xuyên, liên tục và có cường độ lớn thì cần phải làm kín phòng bằng cách bọc cách âm bên trong đồng thời sử dụng các đệm cao su, mút để làm kín các cửa ra vào, cửa sổ.
2.4. Chống ồn dòng không khí đầu ra các miệng thổi

Khi tốc độ vào ra các miệng hút và miệng thổi lớn có thể tạo ra những âm thanh phụ ảnh hưởng nhất định đến công trình.
Để giảm tiếng ồn tạo ra ở các miệng thổi và miệng hút cần phải:
  • Chọn miệng thổi và miệng hút có độ ồn thấp. Các miệng thổi kiểu khuyếch tán thường có độ ồn thấp.
  • Giảm tốc độ gió vào ra hoặc tăng kích thước các miệng cấp gió.
III. NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KHỬ ÂM CỦA CÁC HỘP TIÊU ÂM

Trong phần này chúng tôi trình bày các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của một số nhân tố đến khả năng tiêu âm của các hộp tiêu âm thường được sử dụng để lắp đặt trên các đường ống cấp và hồi gió, để từ đó có biện pháp hợp lý khi thiết kế các hộp tiêu âm.
Các công thức tính toán độ giảm âm qua hộp tiêu âm chữ nhật tham khảo theo các tài liệu [1,2].

3.1. Hộp tiêu âm chữ nhật

a. Ảnh hưởng của độ dày lớp vật liệu tiêu âm

Để nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dày lớp bông tiêu âm, chúng tôi đ• tiến hành tính toán mức độ giảm âm của hộp tiêu âm với các thông số: chiều cao h = 500mm; chiều rộng W = 1000mm; vật liệu tiêu âm là bông thuỷ tinh có ρ = 160 kg/m3; ở các chiều dày khác nhau δ=25 ÷ 250 mm.
Kết quả tính toán mức giảm ồn qua 01 m chiều dài hộp tiêu âm ở các độ dày lớp bông thuỷ tinh khác nhau thể hiện trên hình 5. Từ kết quả nghiên cứu có thể rút ra nhận xét sau:
  • Khi chiều dày lớp vật liệu tiêu âm tăng thì mức độ tiêu âm tăng nhanh, theo quan hệ hàm mũ.
  • Ở tần số âm thanh càng cao thì mức giảm ồn càng lớn
  • Khả năng tiêu âm của hộp tiêu âm khá tốt, ví dụ hộp tiêu âm có kích cỡ dài khoảng 1,0 mét để giảm độ ồn khoảng 30 dB ở tần số 125 Hz, chỉ cần lớp bông thuỷ tinh dày khoảng 50mm là đạt yêu cầu.
Hình 5: Mức giảm độ ồn phụ thuộc chiều dày lớp cách âm

b. Ảnh hưởng của khối lượng riêng lớp vật liệu tiêu âm

Để nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng riêng vật liệu đến hiệu quả giảm ồn, chúng tôi tiến hành tính toán cho hộp tiêu âm có các thông số: chiều dày lớp bông 100mm; kích thước tiết diện ngang của hộp 800x1000mm; tần số âm thanh : 63 Hz, 125 Hz và 250Hz; khối lượng riêng của bông trong khoảng 48÷192 kg/m3.

Hình 6: Mức giảm độ ồn phụ thuộc khối lượng riêng vật liệu
Kết quả tính toán thể hiện trên hình 6, từ đó có thể rút ra kết luận sau:
  • Khi khối lượng riêng của các lớp vật liệu tăng, mức độ tiêu âm tăng lên rất nhanh theo quan hệ hàm mũ.
  • Ở tần số âm thanh càng cao thì mức giảm độ ồn càng lớn
  • Với hộp tiêu âm có kích cỡ dài khoảng 1,0 mét để giảm độ ồn khoảng 30 dB ở tần số 125 Hz, lớp bông dày khoảng 100mm, khối lượng riêng của lớp bông khoảng 144 kg/m3 là đạt yêu cầu.
c. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các tấm tiêu âm

Thông số hình học của hộp tiêu âm có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng tiêu âm của chúng. Trong các thông số hình học, khoảng hở giữa các tấm tiêu âm của hộp theo chiều cao (độ cao) là thông số rất quan trọng.
Để nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của độ cao đến khả năng khử ồn chúng tôi tiến hành tính toán cho hộp tiêu âm với các thông số như sau: chiều dày lớp bông 100mm; kích thước ngang của hộp 1000mm; tần số âm thanh : 63 Hz, 125 Hz và 250 Hz; chiều cao h thay đổi trong phạm vi h < 1000mm. Kết quả tính toán thể hiện trên hình 7. Từ các kết quả tính toán cho thấy:
  • Khi khoảng cách giữa các tấm tiêu âm của hộp tăng, mức giảm độ ồn giảm, ở tất cả các tần số âm thanh. Vì vậy không nên thiết kế hộp tiêu âm có khoảng cách giữa các tấm tiêu âm quá lớn, trong trường hợp kích thước đường ống và lưu lượng gió đầu vào lớn nên sử dụng hộp tiêu âm kiểu tấm bản, để giảm khoảng cách này giữa các tấm. Người ta khuyên rằng, không nên thiết kế các hộp tiêu âm có khoảng cách giữa các tấm trên 500mm.
  • Ở tần số âm thanh thấp mức độ giảm hiệu quả tiêu âm không đáng kể, nhưng ở tần số âm thanh lớn hiệu quả tiêu âm giảm khá nhanh khi tăng khoảng cách giữa các tấm.

Hình 7: Mức giảm độ ồn phụ thuộc khoảng cách giữa các tấm tiêu âm

3.2. Hộp tiêu âm dạng tấm

Mức độ giảm âm của các hộp tiêu âm dạng tấm bản đã tính toán và đưa vào trong nhiều tài liệu kỹ thuật chuyên ngành [3]. Kết quả tính toán mức độ giảm âm của hộp tiêu âm dạng tấm bản, có độ dày lớp bông bằng độ dày khe hở giữa các tấm : δ=100; 200; 400 và 800mm; vật liệu tiêu âm là bông thuỷ tinh với ρ = 15 ÷ 20 kg/m3; ở các dải tần số khác nhau cho thấy (hình 8):
Hình 8: Mức độ giảm độ ồn phụ thuộc chiều dày lớp cách âm ở các tần số khác nhau của hộp tiêu âm tấm bản
  • Ở các dải tần thấp, các hộp tiêu âm có kích thước lớn (chiều dày các tấm cách âm lớn và khoảng hở lớn), có khả năng khử âm tốt hơn. Ngược lại ở tần số cao các hộp kích thước nhỏ khử âm nhiều hơn.
  • Đối với một thiết bị bất kỳ khả năng khử âm phụ thuộc vào tần số âm thanh và đạt giá trị tối ưu tại một giá trị tần số nào đó. Ví dụ hộp tiêu âm tấm bản có bề dày các tấm 100mm, cách khoảng 100mm thì khử các âm thanh ở tần số 1000Hz tốt nhất.

IV. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN

Từ các kết quả tổng kết và nghiên cứu nêu trên, chúng tôi rút ra kết luận:

1. Độ ồn trong các không gian điều hoà được tạo ra do nhiều nguyên nhân, để giảm ồn và tiêu âm cần sử dụng kết hợp rất nhiều biện pháp khác nhau để đạt hiệu quả chống ồn tốt nhất.

2. Khả năng tiêu âm của các hộp tiêu âm lắp trên các đường ống hút và đẩy của hệ thống cấp gió điều hoà phụ thuộc vào nhiều nhân tố :
  • Đối với hộp tiêu âm chữ nhật, khi tăng chiều dày, khối lượng riêng lớp bông thuỷ tinh tiêu âm và giảm khoảng cách giữa các tấm tiêu âm thì mức độ giảm âm của hộp tăng đáng kể.
  • Đối với hộp tiêu âm kiểu tấm bản, kích thước tối ưu để đạt hiệu quả tiêu âm lớn nhất phụ thuộc vào d•i tần số âm thanh. Đối với nguồn gây ồn có tần số thấp nên chọn hộp có kích thước lớn và ngược lại. Khả năng tiêu âm lớn nhất của hầu hết các hộp tiêu âm tấm bản thường ở dải tần số khoảng 500÷1000Hz.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
  • [1]- Đinh Văn Thuận, Võ Chí Chính - Tính toán thiết kế hệ thống điều hoà không khí hiện đại - Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật năm 2003
  • [2]- Bùi Hải, Hà Đăng Trung, Vũ Xuân Hùng - Hệ thống điều hoà không khí và thông gió - Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật năm 2001
  • [3]- Trần Ngọc Chấn - Điều hoà không khí - Nhà xuất bản xây dựng năm 2002
  • [4]- SMACNA - HVAC System Duct Design - Sheet Metal and Air Condioning Contractor National Association Inc., USA, July 1991
-------------------------------------------
TS. VÕ CHÍ CHÍNH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐHĐN