Оценка и снижение шума стационарных источников в жилой застройке тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.06, кандидат наук Светлов Валерий Валериевич

• Светлов Валерий Валериевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Светлов Валерий Валериевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 7 ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Акустическое загрязнение и нормы шума в городах

1.2. Описание объектов исследования

1.2.1. Вентиляционные системы

1.2.2. Тягодутьевые машины

1.2.3. Холодильные установки

1.2.4. Производственные градирни

1.2.5. Дизель-генераторные установки

1.2.6. Компрессорное оборудование

1.2.7. Трансформаторное оборудование

1.3. Образование и снижение шума в источнике

1.3.1. Классификация

1.3.2. Механический шум

1.3.3. Аэродинамический шум

1.3.4. Гидродинамический шум

1.3.5. Электромагнитный шум

1.3.6. Классификация шумозащиты в источнике

1.4. Снижение шума от инженерно-технологического оборудования

на пути распространения

1.5. Преграды на пути распространения шума

1.6. Постановка задач исследований

ГЛАВА 2. ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ: АКУСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И КЛАССИФИКАЦИЯ,

ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЖИЛУЮ ЗАСТРОЙКУ И МЕРЫ ПО ШУМОЗАЩИТЕ

2.1. Шум в жилой застройке от стационарных источников шума

2.2. Определение основного источника шума предприятия на территории жилой застройки

2.3. Акустические характеристики стационарных источников шума

2.3.1. Общие положения

2.3.2. Производственная вентиляция

2.3.3. Аспирационные системы

2.3.4. Тягодутьевые машины

2.3.5. Системы кондиционирования

2.3.6. Холодильные системы и производственные градирни

2.3.7. Компрессорные установки

2.3.8. Дизель-генераторные установки

2.3.9. Трансформаторное оборудование

2.3.10. Классификация инженерно-технологического оборудования

по шумности 76 2.4 Определение зоны акустического дискомфорта от стационарных

источников шума и классификация

2.5. Снижение шума в источнике возникновения

2.5.1. Общие положения

2.5.2. Снижение частоты вращения движущихся частей оборудования

2.5.3. Изменение направленности излучения источника

2.5.4. Виброизоляция

2.5.5. Глушители шума

2.6. Выводы по главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СХЕМ РАСЧЕТА ШУМА ОТ СТАЦИОНАРНЫХ

ИСТОЧНИКОВ В ЖИЛОЙ ЗАСТРОЙКЕ

3.1. Основные допущения и границы исследования

3.2. Описание расчетных схем

3.3. Расчетные формулы

3.3.1. Схема №1

3.3.2. Схема №2

3.3.3. Схема №3

3.3.4. Схема №4

3.3.5. Схема №5

3.4. Расчетная оценка влияния отдельных факторов

3.4.1. Акустические свойства условного объема

3.4.2. Эффективная высота экрана

3.4.3. Длина бокового отгона

3.4.4. Значения члена 10lg[arctgX]

3.4.5. Резонансные явления в стенках шумозащитного кожуха

3.5. Выводы по главе 115 ГЛАВА 4. МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Цели и задачи исследований

4.2. Метод проведения экспериментов для классификации стационарных источников шума

4.3. Метод определения основного источника шума предприятия на территории жилой застройки

4.4. Описание методов проведения экспериментов для исследования акустической эффективности технологических шумозащитных экранов и шумозащитного кожуха

4.4.1 Описание испытательного стенда

4.4.2 Общие требования к условиям проведения измерений

4.4.3 Метод определения влияния звукопоглощающих свойств шумозащитных панелей на акустическую эффективность

технологических экранов 127 4.4.4. Метод определения влияния геометрических размеров и

форм экранов на их акустическую эффективность 129 4.4.5 Метод определения эффективности шумозащитного кожуха в

натурных условиях

4.5. Метод оценки эффективности шумозащитных мероприятий для стационарных источников шума на нормируемой территории

4.6. Акустическая аппаратура

4.7. Определение погрешности измерений

4.8. Выводы по главе 136 ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1. Результаты измерений с целью определения основного источника шума предприятия

5.2. Проверка основных допущений метода расчета акустической эффективности технологических шумозащитных экранов

5.3. Проверка точности расчетов по предложенным формулам

5.4. Измеренные УЗД и УЗ в свободном звуковом поле

5.5. Влияние звукопоглощения на акустическую эффективность ШЭ

5.6. Связь акустической эффективности ШЭ с расположением точки измерений

5.7. Влияние боковых отгонов на эффективность ШЭ

5.8. Влияние высоты ШЭ на его эффективность

5.9. Выводы по главе 164 ГЛАВА 6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ СРЕДСТВ ШУМОЗАЩИТЫ И АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

6.1. Рекомендации по применению шумозащитных мероприятий

6.1.1. Мероприятия в источнике возникновения

6.1.2. Мероприятия на пути распространения

6.1.3. Мероприятия на защищаемом объекте

6.2. Апробация результатов

6.3. Описание результатов внедрения

6.4. Выводы по главе 191 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 192 СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 196 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 197 Приложение А

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка и снижение шума стационарных источников в жилой застройке»

ВВЕДЕНИЕ

Повышенный шум - один из основных физических факторов, обуславливающих загрязнение окружающей среды.

В Государственном Докладе «О состоянии и об охране окружающей среды в Российской Федерации в 2018 году» [1] отмечается, что «Из всего многообразия физических факторов, увеличивающих уровни риска здоровью населения, по данным Всемирной организации здравоохранения, ведущее место занимает шумовой, в частности, его сверхнормативные уровни в ночное время суток. Длительное хроническое действие интенсивного городского шума оказывает неблагоприятное воздействие на функциональное состояние организма жителей крупных городов и способствует росту ряда патологических изменений со стороны органов слуха, сердечно-сосудистой и нервной систем.». В Государственном докладе «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2019 году» [2] разработанном Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека отмечается, что наиболее значимым из физических факторов, оказывающих влияние на среду обитания человека, является шум, воздействие которого на людей в условии плотной застройки населенных пунктов продолжает возрастать. В [2] также указывается, что «Среди объектов - источников шума, являющихся основанием для жалоб, лидирующее значение, как и в предыдущие годы, занимают предприятия общественного питания и торговли, имеющие значительное количество вентиляционного оборудования, холодильного оборудования, наружные блоки системы кондиционирования и охлаждения, встроенные (пристроенные) к жилым домам спортивно-оздоровительные учреждения, предприятия отдыха и развлечения...».

Основной источник акустического загрязнения в городах - транспорт, в особенности, автомобильный. В то же время, для жителей домов, расположенных вблизи промышленных предприятий дискомфорт представляет шум инженерно-

технологического оборудования. В большинстве случаев, такой шум является постоянным и оказывает на человека большее негативное воздействие. Отдельные стационарные источники шума (инженерно-технологическое оборудование) -чиллеры, вентиляционное оборудование, дизель-генераторные установки, трансформаторы и другое инженерно-технологическое оборудование, могут оказывать на близлежащую селитебную территорию воздействие существенно превышающее вклад шума от автомобильного и железнодорожного транспорта. Шум автотранспорта является непостоянным и существенно уменьшается в ночное время суток. Шум от стационарных ИШ, в случае их круглосуточной работы, является постоянным и существенно не изменяется (не более 5 дБА).

Уровни звука от стационарных ИШ в близрасположенном жилье могут достигать 60-65 дБА, что превышает допустимые уровни, установленные санитарными нормами, на 20-25 дБА для ночного времени суток, или в 4-6 раз по субъективному ощущению громкости.

Вопросами снижения шума, занимались известные отечественные ученые:

B.А. Аистов, А.В. Васильев, Н.И. Иванов, Д.А. Куклин, В.Ю. Кирпичников, Э.Л. Мышинский, Г.Л. Осипов, П.И. Поспелов, Н.В. Тюрина, А.П. Тюрин, И.Е. Цукерников, И.Л. Шубин, А.Е. Шашурин, Ю.П. Щевьев. За рубежом над проблемой работали: Д. Арепас, М. Крокер, Л. Беранек, Дж. Курце, З. Маекава,

C. Редфери и др.

В литературе известны практические решения по снижению шума в источнике возникновения (например, вентиляционных систем, компрессорных установок). Средства снижения шума от стационарных источников на пути распространения рассмотрены в малом объеме, в большинстве работ не описан порядок их применения и выбора основных параметров, влияющих на акустическую эффективность. Общая для всех рассматриваемых ИШ мера защиты от шума на пути распространения, например, установка шумозащитных экранов, недостаточно изучена.

Цель работы: научное обоснование технических решений, направленных на

снижение акустического загрязнения от стационарных источников шума в жилой

застройке.

Научная новизна:

- разработана классификация стационарных ИШ в зависимости от их акустических характеристик и зоны акустического дискомфорта с учетом применения средств защиты от шума;

- разработан метод определения основных источников шума предприятий влияющих на территорию жилой застройки с применением метода узкополосного анализа;

- разработаны расчетные схемы и математические модели для расчета шума от стационарных ИШ в жилую застройку с учетом применения шумозащитных технологических экранов на основании статистической теории акустики;

- в отличии от существующих методик определена эффективность шумозащитного кожуха с учетом резонансных явлений в его стенках. Практическая значимость (полезность):

- изучены акустические характеристики и особенности образования шума стационарных источников, произведена их классификация;

- разработан метод определения стационарных ИШ, оказывающих наибольший вклад в уровень шума в жилой застройке;

- получены теоретические зависимости, подтвержденные экспериментально, описывающие распространение шума в жилую застройку при применении технологических ШЭ в зависимости от их конструктивных особенностей и расположения в пространстве;

- получены теоретические зависимости, подтвержденные экспериментально, снижения акустической эффективности шумозащитного кожуха в низкочастотном диапазоне связанные с резонансными явлениями в его стенках;

- разработаны рекомендации по снижению шума стационарных ИШ в источнике и на пути распространения на основании их классификации;

- выполнена апробация предложенных рекомендаций и полученных результатов исследования на практике.

Внедрения:

Рекомендованные автором мероприятия внедрены на объектах:

• ПАО «Мегафон» Санкт-Петербург, 16-ая линия ВО д. 131.

• ЗАО «СОДРУЖЕСТВО-СОЯ», ЗАО «АГРОПРОДУКТ», ЗАО «ТЕРМИНАЛ» Калининградская область, г. Светлый, ул. Гагарина, д. 65.

• «ООО «НАРТЕКС», г. Санкт-Петербург, Московский пр., д. 139, к. 1, строение 1 .

Апробация работы:

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на российских и международных конференциях или конгрессах:

- Пятый международный экологический конгресс «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно- транспортных комплексов» ЕЬР1Т 2015. 16-20 сентября 2015г. гг. Самара, Тольятти;

- Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Защита от повышенного шума и вибрации», 18-20 марта 2015 г. Санкт-Петербург;

- VI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Защита от повышенного шума и вибрации», 21-23 марта 2017 г. Санкт-Петербург;

- Третья Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов "Акустика среды обитания", 18 мая 2018 г. Москва;

- Четвертая Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов "Акустика среды обитания", 24 мая 2019 г. Москва.

Публикации:

По материалам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 3 в списке журналов рекомендованных ВАК, получено 3 патента.

На защиту выносится:

классификация стационарных ИШ по фактору шума;

метод определения основного источника шума предприятия на территории жилой застройки;

расчетные схемы и математические модели для четырех схем технологических ШЭ и одной схемы для шумозащитного кожуха; результаты теоретических исследований и данные экспериментальных измерений распространения шума от стационарных ИШ в жилую застройку с учетом применения технологических ШЭ в зависимости от их конструктивного исполнения и расположения в пространстве; результаты теоретических исследований и данные экспериментальных измерений распространения шума от стационарных ИШ в жилую застройку с учетом применения шумозащитного кожуха;

рекомендации по проектированию и выбору средств и методов защиты от

шума стационарных ИШ на основании их классификации;

апробация полученных результатов на практике и результаты внедрения.

Структура и объём работы:

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 163 наименований, 1 приложения, изложена на 219 стр., содержит 68 таблиц и 98 рисунков.

Автор приносит благодарность своим коллегам - сотрудникам кафедры «Экология и Безопасность жизнедеятельности» Балтийского государственного технического университета (далее БГТУ) им. Д.Ф. Устинова, коллективу Испытательной лаборатории и Отделу акустики ООО «Институт акустических конструкций», научному руководителю доктору технических наук А.Е. Шашурину, за неоценимую помощь при подготовке в написании диссертации.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Акустическое загрязнение и нормы шума в городах

Акустическое загрязнение становится одной из основных экологических проблем в городах. В официальных данных [1,2,3] указывается, что проблема шума занимает первое место среди обращений жителей по состоянию окружающей среды в РФ.

Защита от повышенного шума - важная проблема, решению которой уделяются всё большие усилия специалистов во всем мире [4]. Повышенный шум вызывает массу негативных последствий: раздражения и стрессы, гипертония, нарушение сна, инфаркты и др. Число сердечно-сосудистых заболеваний, связанных с повышенным шумом, растет. В ЕС, например, 50 тыс. человек в год умирает, а 200 тыс. человек страдает от сердечно-сосудистых заболеваний, связанных с повышенным шумом.

По официальным данным в РФ общий вклад шума, по сравнению с другими факторами физического воздействия достигает 44,83% [1]. Повышенный шум входит в «тройку» экологических факторов окружающей среды, массово влияющих на заболеваемость [6]. По данным экспертов эта цифра превышает 56,3 млн. человек.

Одной из самых важных особенностей шума является сложный характер звуковых полей: шум достаточно незначительно снижается с расстоянием, в отличии от других физических факторов. Пример санитарного разрыва или санитарно-защитной зоны приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Зона санитарного разрыва или санитарно-защитная зона для

различных физических факторов и источников воздействия

Физический фактор Источник воздействия Зона сверхнормативного воздействия, м

Электромагнитные поля Линия электропередач высокого напряжения 20-30

Вибрация Высокоскоростной поезд Грузовой поезд 40-50 60-80

Дизель-электростанция 200-300

Шум Высокоскоростной поезд 400-600

Автомобильная дорога 500-700

Грузовой поезд 800-1000

Анализ показывает, что превышения санитарных норм для многих ИШ могут быть на расстояниях от 200 до 1000 м, что требует для обеспечения шумозащиты использования сложных инженерных сооружений [6,7,17-44].

Так в ЕС в зоне небольшого превышения шума («серая» зона) находится более 40% населения (таблица 1.2), а в зоне существенных превышений («черная» зона) не менее 20% [6,7].

Таблица 1.2 - Воздействие шума в окружающей среде на население ЕС

Зона проживания по шуму Уровень звука, дБА Количество жителей, подвергающихся воздействию шума

В абсолютном выражении, млн чел. По отношению ко всему населению, %

«Серая» 55-65 170 Более 40

«Черная» Более 65 (до 75-80) 80 ~20

Основным источником акустического загрязнения в городах является транспорт: автомобильный, железнодорожный, авиационный. Эти источники шума характеризуются как большими уровнями, так и обширной площадью акустического воздействия. Другие источники шума локальные или стационарные. Они оказывают воздействие на сравнительно небольшую площадь, но имеют при

этом высокие уровни, например, инженерно-технологическое оборудование на территории предприятий и стройплощадки. Данные об уровнях звука наиболее шумных ИШ из [7] приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Уровни шума основных источников в городах

Наименование источника шума Расстояние до источника, м Уровень шума, дБА

Автотранспортный поток, 50-60 км/ч 7,5 60-70

Пассажирский самолет 500 70-75

Грузовой поезд, 50 км/ч и выше 25 75-80

Стройплощадка 15 70-85

Дизель-генераторные установки 7,5 65-78

Трансформатор 1 60-70

Интересно проанализировать цифры превышения УЗ (таблица 1.4) вблизи основных ИШ на примере г. Москвы [7].

Таблица 1.4 - Примеры превышения шума в г. Москва

Наименование шума или место акустического воздействия Сверхнормативное превышение, дБА

Вблизи аэропортов (день) Свыше 10

Вблизи железных дорог (день) 10-20

На территории вблизи автодорог (день) 0-25

При проведении строительных работ в ночное время 30

В квартирах домов вблизи скоростных трасс (день) 30-35

Наряду с перечисленными источниками, небольшой, но заметный по фиксируемым уровням звука, вклад в общее звуковое поле вносят стационарные ИШ: чиллеры, дизель-электростанции, вентиляционные системы, системы кондиционирования, трансформаторные подстанции и др. Шум от этих ИШ по данным наших измерений достигает в жилой застройке 60-80 дБА, т.е. превышает допустимые уровни в дневное время на величину от 5 до 25 дБА, а в ночное время - на величину от 15 до 35 дБА. По интенсивности шумоизлучения многие из этих

источников не уступают шуму транспортных средств и стройплощадок, т.е. проблема защиты от шума этих ИШ в городах является актуальной.

В нашей стране действуют нормы шума [8], которые представлены в таблице

1.5.

Таблица 1.5 - Нормы шума в помещениях жилых и общественных зданий и

на территории жилой застройки

Место измерения шума и время Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц УЗ или эквивалентный Максимальный УЗ, дБА

суток, ч 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 УЗ, дБА

Палаты больниц и

санаториев, 76 59 48 40 34 30 27 25 23 35 50

7.00-23.00

Классные помещения, аудитории 79 63 52 45 39 35 32 30 28 40 55

Жилые комнаты квартир, с 7.00-23.00 79 63 52 45 39 35 32 30 28 40 55

Жилые комнаты квартир, с 23.00-7.00 72 55 44 35 29 25 22 20 18 30 45

Номера гостиниц и

жилые комнаты общежитий, 83 67 57 49 44 40 37 35 33 45 60

7.00-23.00

Территории,

непосредственно прилегающие к жилым 90 75 66 59 54 50 47 45 44 55 70

домам и учебным

заведениям, 7.00-23.00

Территории,

непосредственно

прилегающие к жилым домам и учебным 83 67 57 49 44 40 37 35 33 45 60

заведениям, 23.00-

07.00

Согласно [8] уровни звукового давления в октавных полосах частот в дБ, уровни звука и эквивалентные уровни звука в дБА для шума, создаваемого в помещениях и на территориях, прилегающих к зданиям, системами кондиционирования воздуха, воздушного отопления и вентиляции и др. инженерно-технологическим оборудованием (т.е. стационарными ИШ), следует принимать на 5 ниже значений, указанных в таблице 1.4. Общей проблеме образования и борьбы с шумом в городах посвящена обширная литература [3,4,6,7,9-20].

1.2. Описание объектов исследования

1.2.1. Вентиляционные системы

Вентиляционные системы зданий - наиболее часто встречающийся из далее рассматриваемых источников шума. Обеспечивая требуемые условия микроклимата внутри помещений, они встречается практически на всех предприятиях и являются неотъемлемой их частью. Помимо систем воздухообмена, вентоборудование работает с целью решения задач по аспирации воздуха, а также дымоудалению, например, для котельного оборудования. Шумоизлучение вентсистем происходит как через всасывающий и нагнетающий патрубки, так и сам корпус вентилятора.

Воздухообмен

Наиболее часто вентиляторы устанавливаются снаружи зданий, например, на кровле или на стене. В таком случае шум в окружающую среду излучается от корпуса вентилятора и от всасывающего или нагнетающего патрубков. При размещении вентиляционного оборудования внутри помещений, например, в венткамерех, шум излучается через воздухозаборные решетки или от открытого конца вентиляционного патрубка. Для административных зданий характерно размещение вентиляции на кровле, для производственных зданий также возможно размещение на стене или непосредственно на поверхности земли. Наиболее распространенным типом промышленных вентиляторов являются вентиляторы радиальные. Ввиду специфики расположения излучение шума зачастую происходит в У и У пространство. Примеры вентсистем с установкой вентилятора вне венткамеры представлены на рис. 1.1.

а) б)

Рисунок 1.1 - Общий вид вентиляционных систем, установленных на кровле (а) и стене (б)

здания

Аспирация

Аспирационные вентиляторы в большинстве случаев располагаются внутри производственных помещений, шумоизлучение происходит через вентиляционные патрубки, расположенные на кровле или стенах зданий. Исключение составляют циклоны. Аспирационные системы обладают высоким расходом воздуха относительно стандартных вентиляционных систем, в связи с чем, повышенным шумоизлучением. Выдуваемый воздух таких систем содержит пыль или влагу, что уменьшает ассортимент средств шумозащиты, которые можно для них применить. В большинстве случаев излучение происходит в У и У пространство. Пример аспирационной системы представлен на рис. 1.2.

1.2.2. Тягодутьевые машины

Применяются для нагнетания воздуха к котельному оборудованию, а также для удаления продуктов сгорания в дымоходную трубу. Отличительные особенности данных источников: размер - самые крупные из всех возможных систем вентиляции, диаметр достигает 10 метров. Устанавливаются чаще всего в помещении котельных или за ее пределами непосредственно у стены здания, то есть излучение зачастую происходит в У пространство. Общий вид тягодутьевых установок расположенных у стены котельной, представлен на рис. 1.3.

Рисунок 1.3 - Общий вид тягодутьевых машин

1.2.3. Холодильные установки

Холодильные установки занимают не последнее место по частоте жалоб населения на производственный шум. Основная цель данных систем охлаждение рабочего тела, которым может выступать как газ, так и жидкость. К числу данного оборудования можно отнести: системы кондиционирования воздуха внутри производственных или административных помещений, промышленные холодильные и системы охлаждения технической воды для производства.

Системы кондиционирования

Системы кондиционирования состоят из двух блоков: внешнего и внутреннего. Для офисных зданий и помещений внешний блок сравнительно небольшой и нередко расположен на фасаде здания при условии, что установка обслуживает одно или несколько небольших помещений (рис. 1.4). В случае централизованной системы кондиционирования на всё здание, может быть отведено специализированное место для установки одной или нескольких установок, которые называют чиллерами. Источником шумообразования являются осевые вентиляторы, прогоняющие воздух через радиатор охлаждения (воздушный конденсатор). Указанная схема применяется для зданий гостиниц, торговых и деловых центров, административно-бытовых комплексов на производстве. В большинстве случаев расположения данных устройств, излучение шума происходит в У пространство.

Рисунок 1.5 - Пример установки чиллеров на кровле здания

Промышленные холодильные системы

Для создания отрицательных температур в морозильных камерах применяют холодильные системы, что часто встречается на пищевом производстве или продовольственных складах. Современные требования, предъявляемые к холодильным системам, максимально исключают работу на аммиаке, что определяет специфику их исполнения: уменьшение размера системы в целом. Для охлаждения рабочего тела (газа) используются внешние блоки конденсаторов, оснащенные несколькими радиальными вентиляторами. Внешние блоки всегда располагаются за пределами производственных помещений. Высота их установки влияет на эффективность работы, поэтому наиболее оптимальным вариантом является кровля зданий (рисунок 1.6). Излучение шума осуществляется в полупространство.

— -

Рисунок 1.6 - Пример установки холодильной системы на кровле здания

1.2.4. Производственные градирни

Данные устройства представлены вентиляторным и башенным типом. Башенный тип представляют собой высокие здания в форме гиперболоида высотой до 200 м. Шумоизлучение происходит от падения воды через заборные проемы

расположенные в нижней части градирни. Вентиляторный тип представлен меньшими типоразмерами (рис. 1.7). Установка возможна на кровле зданий, на земле или на специальных пандусах. Излучение осуществляется в У пространство.

Рисунок 1.7 - Общий вид производственных градирен вентиляторного типа

1.2.5. Дизель-генераторные установки

Дизель-генераторные установки (ДГУ) зачастую служат резервным источником энергии или как средство получения электричества при проведении строительных работ. Возможны два варианта исполнения: в открытом виде и в кожухе. При открытом исполнении шум излучается системами охлаждения, забора воздуха, выпуска ДВС, корпусом двигателя. В последнее время кожух на ДГУ предусматривает шумозащитное исполнение и значительно снижает излучение от корпуса двигателя и системы охлаждения (рис. 1.8). Доминирующим источниками становятся выпуск отработанных газов двигателя и забор воздуха в контейнер. Установка ДГУ в большинстве случаев встречается на поверхности земли. Нередко они расположены в непосредственной близости зданий. Излучение шума возможно в У или У пространство.

а) б)

Рисунок 1.8 - Общий вид дизельгенераторов при установке в шумозащитном контейнере (а) и

открытом исполнении (б)

1.2.6. Компрессорное оборудование

Компрессорное оборудование, зачастую установлено внутри производственных помещений, исключение могут составлять компрессоры сжатого воздуха. Производительность находится в широком диапазоне и коррелируется с шумоизлучением. Заборные или выбросные решетки компрессоров, расположенные на стенах производственных зданий, являются источником шумоизлучения в окружающую среду (рисунок 1.9). Расположение решеток на кровле зданий не распространено, во избежание забора воздуха из вытяжных вентиляционных систем. Излучение в большинстве случаев происходит в У и У пространство.

Рисунок 1.9 - Пример всасывающих патрубков компрессорного оборудования, расположенных

на фасаде здания

1.2.7. Трансформаторное оборудование

Трансформаторы или трансформаторные подстанции встречаются в открытом и закрытом исполнении и делятся на встроенные и отдельностоящие. Отдельностоящие встречаются наиболее часто, но может быть ситуация, когда они расположены у стенки производственного здания (рисунок 1.10). Излучение в У или в У пространство соответственно. При закрытом исполнении излучение происходит через жалюзийные решетки.

1.3. Образование и снижение шума в источнике

1.3.1. Классификация

Вопросы образования и снижения шума в источнике изложены в литературе [6,7,10,13,14,16,42-54].

Согласно [6,7,10] в зависимости от причин и характера возникновения различают четыре основных типа источников шума (рис. 1.11)

Рисунок 1.11 - Классификация источников шума

- механический;

- аэродинамический;

- гидродинамический;

- электромагнитный.

1.3.2. Механический шум

Причиной механического шума в основном являются трение и удар. Он обусловлен колебаниями деталей и их взаимным перемещением. Снизить шум в источнике возможно двумя способами:

- снижением силового воздействия;

- уменьшением звукоизлучающей способности ИШ.

Снижение силового воздействия достигается уменьшением частоты вращения, снижением времени соударения деталей, уменьшением зазоров в сочленениях.

Снижение излучающей способности достигается снижением площади звукоизлучения, вибродемпфированием излучающей поверхности, виброизоляцией источника вибрации.

В литературе существуют противоречивые сведения об эффективности этих методов, но, вероятно, наиболее реальные цифры шумоглушения не выше 10 дБА.

1.3.3. Аэродинамический шум

Основными примерами аэродинамического шума являются:

- возникновение вихрей и неоднородностей потока у его границ вихревой шум (характерен для вентиляторов и вентиляционных систем);

- возникновение отрывных течений, которые приводят к пульсациям давления - силовой шум (характерен для вентиляционных трубопроводов в местах изменения сечения).

Снижение аэродинамического шума достигается:

- снижением частоты вращения, например, вентиляторов;

- изменением направленности излучения;

- установкой глушителей шума, насадок, эжекторов на выхлопных трубах. Снижение частоты вращения в практически реализуемых пределах

обеспечивает снижение шума на 3-5 дБА. Изменение направленности теоретически может обеспечить снижение шума в защищаемом объекте до 10 дБА. Применение различных глушителей, насадок, эжекторов обеспечивают снижение от 5 до 25 дБА (таблица 1.6).

Таблица 1.6 - Эффективность глушителей и других систем глушения шума

струи

Устройство или система глушителя

Схема

Эффективность, дБ

Принцип действия

Многотрубчатый насадок

8-10

Разбиение струи

Сеточный насадок

5-12

Разбиение струи

Реактивный глушитель

6-18

Снижение скорости струи, отражение звука

Эжектор

10-16

Снижение скорости струи

Устройство с комбинацией многоэлементного насадка и эжектора

20-25

Снижение скорости струи, поглощение звука

Облицовочный эжектор

10-20

Снижение скорости струи, поглощение звука

Обозначения на схемах: 1 - входной патрубок; 2 - выхлопное сопло; 3 - сетка; 4 -расширительная камера; 5 - эжектор; 6 - сопло; 7 - рассекатель; 8 - звукопоглощающая облицовка.

Отметим, что для снижения аэродинамического шума, вызываемого движением воздуха с небольшими (10-25 м/с) скоростями используются в основном абсорбционные глушители различного конструктивного исполнения (табл. 1.7). Эти глушители снижают шум в пределах от 10 до 20 дБА.

Таблица 1.7 - Абсорбционные глушители

Наличие ЗПМ и номер глушителя

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Светлов Валерий Валериевич, 2021 год

источников шума

Определение акустических характеристик оборудования проводилось на действующих промышленных объектах. Замеры производились согласно действующей нормативной документации [151]. Используемый метод получения характеристик относится к ориентировочным методам и предполагает проведение измерений в промышленных помещениях или на площадках на открытом воздухе. Измеряемым параметром являлись значения уровней звукового давления в октавных полосах частот и уровень звука на воображаемой измерительной поверхности (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 - Схема расположения точек при измерениях акустических характеристик источников шума: А - измерительная поверхность; В - исследуемый источник шума 1) точки установки микрофонов на полусферической измерительной поверхности; 2) точки установки микрофонов на полусферической измерительной поверхности в случае двух звукоотражающих плоскостей; 3) точки установки микрофонов на полусферической

1)

2)

3)

измерительной поверхности в случае трех звукоотражающих плоскостей;

Проанализировав полученные акустические характеристики всех рассматриваемых в работе источников шума (Глава 1), ввиду их широкого

разброса, предложено ранжирование в зависимости от шумности (по параметру -корректированный УЗМ) на 10 категорий с шагом 5 дБА. Категория 1 устанавливалось для источников с корректированным уровнем звуковой мощности до 70 дБА, категория 10 - свыше 110 дБА. Классификация источников осуществлялось по правилу: I класс - малошумные, корректированные УЗМ до 70 дБА, II класс - повышенной шумности, корректированные УЗМ до 75 дБА, III класс - шумные, корректированные УЗМ от 75 до 80 дБА, IV класс - очень шумные, корректированные УЗМ от 80 до 85 дБА, V класс - сверхшумные, корректированные УЗМ от 85 до 90 дБА, VI класс - опасно шумные, корректированные УЗМ свыше 90 дБА.

4.3. Метод определения основного источника шума предприятия на

территории жилой застройки

Подход по определению основных источников внешнего шума предприятий, основан на узкополосном анализе уровней звукового давления, измеренных на прилегающей нормируемой территории и у наиболее шумных источников предприятия. Применяемый в работе метод основан на использовании подхода, указанного в [112], с дополнениями в части последовательности измерений, ширины полосы узкополосного анализа (Дf=1 Гц), а также в части подхода в использовании 1/3 октавных УЗД. С учетом вышеизложенного разработан универсальный метод определения основных (основного) источников (источника) шума от работы предприятия на территории жилой застройки:

1. проведение измерений октавных и 1/3 октавных уровней звукового давления и узкополосных спектров шума на нормируемой территории;

2. сравнение результатов измерений в октавных УЗД с предельно-допустимыми уровнями и 1/3 октавных УЗД со значениями аппроксимированной кривой ПДУ;

3. определение 1/3 октавной(ых) полос(ы) частот в которой(ых) необходимо произвести снижение уровней звукового давления;

4. инвентаризация предполагаемых основных источников шума предприятия с проведением измерений 1/3 октавных уровней звукового давления;

5. измерение узкополосных УЗД источников с наибольшим уровнем в 1/3 октавных полосах частот определенных по п.3;

6. выявление источника(ов) с частотами дискретных составляющих такими же, как у дискрет в спектре звукового давления в зоне жилой застройки.

4.4. Описание методов проведения экспериментов для исследования акустической эффективности технологических шумозащитных экранов и

шумозащитного кожуха

Исследование влияния факторов, влияющих на акустическую эффективность технологических экранов невозможно в условиях действующего предприятия по причине повышенных уровней фонового шума. С целью повышения точности измерений необходима разработка отдельно стоящего испытательного стенда, а также соответствующих методов измерений.

4.4.1. Описание испытательного стенда

Для возможности вариативного проведения измерений как акустических параметров и эффективности технологических шумозащитных экранов был выбран полигон, на котором сооружались различные экспериментальные схемы исполнения шумозащитных экранов. Поверхность полигона представляла собой грунт (уплотненная земля). В радиусе 300 м от испытательного стенда отсутствовали какие-либо иные звукоотражающие или звукопоглощающие поверхности. Для всех измерительных точек были соблюдены условия свободного звукового поля. На испытательном стенде проводились исследования параметров шумозащитного кожух и шумозащитного экрана.

Шумозащитный экран состоял из каркасной части, представляющей собой металлические стойки (двутавры), между которыми закреплялись панели шумозащитного экрана. Элементы крепления панелей были подобраны исходя из условий плотного примыкания элементов конструкции друг к другу, а также исходя из простоты и удобства их монтажа. В качестве такого элемента выбраны стальные саморезы.

Материал панелей шумозащитного экрана выбирался исходя из условий:

• реально существующие панели на рынке шумозащитных экранов;

• панель отражающе-поглощающая;

• заранее известные характеристики (измерения в лабораторных условиях) звукоизолирующей способности конструкции и коэффициента звукопоглощения.

В качестве наиболее подходящего материала для испытуемых панелей выбраны экраны из импрегнированной древесины и минеральной ваты в качестве звукопоглощающего материала, закрытого звукопрозрачной сеткой.

Характеристики панелей приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Характеристики акустических панелей

Материал панели Толщина панели, мм Размеры, мм Толщина основной звукоизолирующей части, мм ЗПМ Коэффициент перфорации

Импрегнированная древесина 120 1000*2960 18 минеральная вата 0,3 - 1,0

Общий вид испытываемых шумозащитных панелей из импрегнированной древесины показан соответственно на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - Варианты выполнения панелей импрегнированной древесины

Форма экрана в плане выбрана П-образная, состоящая из фронтального экрана и двух боковых отгонов. Длина фронтальной части экрана составила 9 м,

длина боковых отгонов - 3 м всего для монтажа экранов было установлено 6 стоек, расстояние между которыми составило 3 м. Высота стоек 4,5 м. Высота экрана изменялась от 1 до 4 м (1, 2, 3, 4 м). Общий вид шумозащитного экрана на испытательном стенде в процессе работ представлен на рисунках 4.3 - 4.4.

Рисунок 4.3 - Конструкция для основной серии измерений без учета боковых отгонов

Рисунок 4.4 - П-образная конструкция экрана экспериментального стенда

Шумозащитный кожух был выполнен из каркаса, на который были закреплены металлические листы стали толщиной 0,7 мм. Высота листа составляла 1,0 м. ширина 0,8 м. Внутренняя поверхность была облицована звукопоглощающим материалом - слоем минеральной ваты толщиной 50 мм. Общий вид испытываемого шумозащитного кожуха показан на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 - Общий вид шумозащитного кожуха Форма экрана в плане выбрана П-образная, состоящая из фронтального экрана и двух боковых отгонов.

В качестве источника шума, при проведении экспериментов, применялся всенаправленный искусственный источник (рисунок 4.6) постоянного широкополосного шума тип РТ.300.360 (серийный номер 01003).

Рисунок 4.6 - Искусственный источник шума, применяемый на испытательном стенде

4.4.2. Общие требования к условиям проведения измерений

При выполнении всех серий измерений уровней звука и уровней звукового давления соблюдались следующие условия:

1. Температура окружающей среды находилась в пределах от -10 до +40 0С и контролировалась в течение всего периода измерений.

2. Скорость движения воздуха в районе полигона, на котором расположен измерительный стенд не превышала 5 м/с. При скорости ветра более 1 м/с применялось ветрозащитное устройство, предусмотренное инструкцией по эксплуатации.

3. Относительная влажность воздуха (без конденсации) не превышала 90%.

4. Результат измерений не был искажен случайными помехами.

5. Измерительный микрофон находился на требуемой высоте с учетом высоты креплений штатива на расстоянии не ближе 0,5 м. от оператора, проводящего измерения.

6. Ось чувствительности микрофона была направлена в сторону источника шума.

7. До и после проведения каждой серии измерений производилась проверка чувствительности (калибровки) измерительного тракта средств измерений при помощи акустического калибратора.

4.4.3. Метод определения влияния звукопоглощающих свойств шумозащитных панелей на акустическую эффективность технологических

экранов

Принцип метода определения влияния звукопоглощающих свойств шумозащитных панелей на акустическую эффективность технологических экранов заключается в проведении серии прямых измерений УЗД и УЗ в точках за шумозащитным экраном при установке искусственного источника шума со стороны звукопоглощения и наоборот. Схема расположения точек измерений представлена на рисунке 4.7.

а)

К

/ / / / /

///////////////

б)

////У////////////////

Рисунок 4.7 - Схема расположения измерительных точек при измерениях влияния звукопоглощающих свойств материала шумозащитных панелей на акустическую

эффективность: а - схема измерений с отсутствием звукопоглощения; б - схема измерений с наличием звукопоглощения 1) искусственный источник шума; 2) фронтальная часть технологического шумозащитного экрана; 3) точки измерений; 4) звукопоглощающая сторона шумозащитной панели

Метод заключался в определении разности в акустической эффективности экрана с наличием и отсутствием звукопоглощения при одном и том же расположении, геометрических размерах и одинаковом источнике шума. Эксперимент проводился при установке только фронтальной части шумозащитного экрана.

Точки измерений приняты для опорного расстояния 25 м. от исследуемого экрана. С целью проверки гипотезы об эффекте снижения уровней звукового давления и уровней звука при наличии звукопоглощения вне зависимости от высоты расположения точки измерения, в эксперименте точки находились на высотах 1,5 и 4,0 м. Источник шума располагался в центральной части стенда на расстоянии 1,0 м. от панели шумозащитного экрана. Общая площадь поверхности искусственного источника шума не превышала 0,5 м2, что составило 2% от общей площади экрана. Общая площадь шумозащитного экрана составляла 24 м2. Таким образом, принято допущение о том, что переотражения звука между источником шума и шумозащитным экраном не оказывали влияние на акустическую эффективность последнего.

Первая серия измерений включала в себя замеры при расположении искусственного источника шума со звукопоглощающей стороны шумозащитного экрана. Измерения второй серии проводились для этого же экрана при расположении источника с звукоизолирующей стороны.

Разница в акустической эффективности экрана в данной точке определяется расчётом по формуле:

М = ¿Теиз ЗП - ¿стип, дБ (дБА), (4.1)

где ¿Тиз ЗП - УЗД (УЗ) в точке измерений при установке источника шума с звукоотражающей стороны шумозащитного экрана, дБ (дБА); ¿ТиП - УЗД (УЗ) в точке измерений при установке источника шума с звукопоглощающей стороны шумозащитного экрана, дБ (дБА).

4.4.4. Метод определения влияния геометрических размеров и форм экранов

на их акустическую эффективность

Принцип метода заключался в определении разницы значений уровней звука и звукового давления в опорных точках при проведении серии прямых измерений в свободном поле и с учетом установки экрана в различной комбинации его высот и форм.

Основным геометрическим размером шумозащитного экрана является его высота. Шаг изменения высоты технологического экрана регламентировался значением высоты стандартной шумозащитной панели равной 1 м, что являлось началной и минимально устанавливаемой высотой ШЭ. Наибольшая высота была ограничена максимальным размером элементов крепления - стоек шумозащитного экрана и составляла 4 м. Точки измерений располагались напротив центральной части фронтальной части ШЭ на высоте 1,5 и 4,0 м. Схемы расположения точек измерений представлена на рисунках 4.8-4.9.

а)

50 м

25

15 н

7,5 и

б)

/////У///////////////

Рисунок 4.8 - Схема измерений влияния на акустическую эффективность высоты ШЭ и расположения точек измерений: а - вид в плане, б - вид сбоку.

а)

к

N

в

®

50м

55м

£

_15м_

7.5

Рисунок 4.9 - Схема измерений влияния боковых отгонов на акустическую эффективность ШЭ: а - без бокового отгона, б - с боковым отгоном.

Во время выполнения первой стадии измерений определены значения уровней звука и уровней звукового давления в свободном звуковом поле (при отсутствии технологического шумозащитного экрана).

Во время выполнения второй стадии измерений была собрана П-образная конфигурация ШЭ, последовательно устанавливались высоты 1,2,3 и 4 м. Звукопоглощающая сторона панелей была ориентирована на источник шума. Эффективность шумозащитного экрана определялась по формуле:

М = ¿ТИз ШЭ - ¿стиШЭ, дБ (дБА) (4.2)

где ¿ТИз ШЭ - УЗД (УЗ) в точке измерений при отсутствии шумозащитного экрана, дБ (дБА);

¿ТИР - УЗД (УЗ) в точке измерений при наличии технологического шумозащитного экрана, дБ (дБА). Третья стадия измерений включала П-образную конфигурацию ШЭ с отсутствием боковых отгонов. Высота стенда во время измерений оставалась неизменной (4,0 м). Для определения эффективности данной конфигурации

шумозащитного экрана использовалась формула (4.2) с использованием

следующих замен: ¿Тиз ШЭ на ¿Ти°к'°тг' и ¿ТР на ¿ти°НТ', где ¿Ти°к'°тг' - результаты

только фронтальной части технологического ШЭ.

4.4.5. Метод определения эффективности шумозащитного кожуха в

натурных условиях

Принцип метода заключался в определении разницы значений уровней звука и звукового давления в опорных точках при проведении серии прямых измерений в свободном поле и с учетом установки шумозащитного.

Для определения эффективности кожуха точки измерений выбирались на расстоянии больше двух максимальных размеров стороны кожуха. Ось микрофона находилась на высоте середины его стороны. Измерения производились в свободном звуковом поли и при условии установки кожуха. Схема расположения точек измерений представлена на рисунке 4.10.

а) б)

измерений (УЗ и УЗД) с учетом боковых отгонов и ¿фи°нт' - при условии установки

/777777777 г777777777 /777777777 7777777777

Рисунок 4.10 - Схема измерений акустической эффективности кожуха: а - свободное звуковое поле, б - шумозащитный кожух установлен 1) искусственный источник шума; 2) шумозащитный кожух; 3) точка измерений

Во время выполнения первой стадии измерений определены значения уровней звука и уровней звукового давления в свободном звуковом поле (¿Тиз к0ж), во время второй с учетом установки кожуха (¿ТК°ж).

Эффективность шумозащитного экрана определялась по формуле:

М = ¿Тиз кож - ¿ТК°ж, дБ (дБА) (4.10)

где ¿ТИз кож - УЗД (УЗ) в точке измерений при отсутствии шумозащитного кожуха, дБ (дБА);

¿ТК°ж - УЗД (УЗ) в точке измерений при наличии шумозащитного кожуха, дБ (дБА).

4.5. Метод оценки эффективности шумозащитных мероприятий для стационарных источников шума на нормируемой территории

Принцип метода заключается проведении прямых измерений уровней звукового давления и уровней звука в точке измерений до и после применения шумозащитных мероприятий.

Точки измерений шума выбирались на ближайшей нормируемой к источнику шума территории. К ним относились: территории, непосредственно прилегающей к жилым домам, зданиям больниц, санаториев, поликлиник, амбулаторий, диспансеров, домов отдыха, пансионатов, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, детских дошкольных учреждений, школ и других учебных заведений, библиотек, гостиниц и общежитий. Измерительный микрофон располагался на расстоянии не ближе 2 м от ограждающих конструкций зданий и сооружений на высоте (1,5±0,1) м над уровнем поверхности земли. Между источником шума и точкой измерений отсутствовали естественные препятствия, здания и сооружения, искажающие распространение шума.

Длительность измерительного интервала в каждой измерительной точке составляла не менее 5 мин. Время измерений выбиралось таким образом, чтобы источники шума работали в типовом режиме, фоновый уровень шума на прилегающей к точке измерения территории был минимальным. При проведении измерений исключались все шумовые события, которые могли повлиять на

результат измерений (срабатывание сигнализации автомобилей, мусороуборочные мероприятия, проезд автотранспорта в непосредственной близости от точки измерений, лай собак и пр.).

В каждой точке проведено не менее трех прямых измерений уровней звукового давления и уровней звука. Усреднение измеренных значений производилось по формуле:

¿рТ = 10 * [1X1=1 Ю0'1*1'] (4.10)

где ¿РТ - уровень звукового давления (уз) в точке измерений, дБ(А); п - количество серий прямых измерений уровней шума;

- уровень звукового давления (УЗ) полученный в ходе выполнения прямых измерений, дБА.

4.6. Акустическая аппаратура

Измерения проводились во втором квартале 2018 года комплексом из источника, генерирующего широкополосный звуковой сигнал, и измерительной аппаратуры.

В измерениях были использованы следующие шумомеры:

- шумомер-виброметр, анализатор спектра ЭКОФИЗИКА-110А (Белая), зав. номер БФ160273 с предусилителем Р200 № 154661, микрофон МК-233 3477 (свидетельство о поверке № 0090308);

- шумомер-анализатор спектра, виброметр портативный ОКТАВА-110А, зав. номер 05А038 с предусилителем Р200 №070075, микрофон ВМК-205 №2511 (свидетельство о поверке № 0088692);

- шумомер-виброметр, анализатор спектра ОКТАВА-110А-ЭК0, зав. номер АУ110096 с предусилителем Р200 № 060018, микрофон ВМК-205 №4600 (свидетельство о поверке, № 0089782);

- шумомер-виброметр, анализатор спектра ОКТАВА-110А-ЭКО, зав. номер АУ120118 с предусилителем Р200 № 112671, микрофон ВМК-205 №5550 (свидетельство о поверке № 17/6552,);

- шумомер-виброметр, анализатор спектра ОКТАВА-110А-ЭКО, зав. номер АУ120124 с предусилителем Р200 № 060016, микрофон ВМК-205 №448 (свидетельство о поверке, № 17/6551);

- цифровой лазерный дальномер BOSCH DLE 40 Professional, зав. номер 504846778 (свидетельство о поверке № ПА-0067);

- источник шума тип РТ.300.360, серийный номер 01003.

4.7. Определение погрешности измерений

Одним из важных вопросов достоверности и точности акустических измерений является выбор минимального числа объектов исследования. Вопрос состоит в том, какое минимальное число объектов одного типа необходимо измерить, чтобы считать полученные усреднённые характеристики статистически достоверными.

Опыт измерений шума показывает, что достоверные характеристики могут быть получены, когда число измеренных объектов одного типа (п) удовлетворяет условию:

п > 3 (4.11)

Если разброс УЗД в каждой октавной полосе не превышает 5 дБ, а разброс УЗ не превышает 3 дБА, то исходное число машин считается достаточным. Если разброс превышает указанные числа, то проверяется отсутствие грубых ошибок и измерений методом Греббса.

Ошибка измерений определяется:

AL, = Тп (4.12)

V п

где и - коэффициент Стьюдента (табл. 5.9). а - среднеквадратичное отклонение УЗД в 1-ой октаве (или отклонение УЗ) для п числа машин:

О =

пЬ £ Ц " ^ )2>

(4.13)

где Ц - среднеарифметическое значение УЗД в 1-ой октаве для п машин;

(4.14)

1 п

Ц =1 £ Ц,,

п ¿=1 1

где Ьп1 - значение УЗД в I- ой октаве для каждого из п объектов; п - исходное

число машин.

Таблица 4.2- Значение Ш в зависимости от числа машин для доверительной вероятности Р = 0,95

Число объектов 3 4 5 6 7 8 9 10

Коэффициент Стьюдента tn 4,3 3,2 2,8 2,6 2,4 2,4 2,4 2,3

Истинное значение Ц находится в интервале:

о — —

О

Ц т п I Ц г Ц г ^ Тп I ■ л1п л1п

(4.15)

4.8. Выводы по главе

1. Определен метод измерений акустических характеристик на основании результатов которого введена классификации стационарных источников шума.

2. Разработан метод определения основного источника шума предприятия на территории жилой застройки без нарушения его технологического режима работы.

3. Создан опытный стенд для испытаний шумозащитных кожухов и технологических шумозащитных экранов в натуральную величину, на котором проведены исследования предложенных методов расчета и выявление закономерностей взаимосвязи их акустической эффективности с конструктивным исполнением и расположением в пространстве для технологических ШЭ.

4. Дано описание стандартной методики определения погрешности при выполнении акустических измерений, которая в ходе обработки измеренных значений не превысила ± 2 дБ.

ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1. Результаты измерений с целью определения основного источника

шума предприятия

Рассмотрим использование предложенного метода поиска основного источника шума предприятия на территории жилой застройки на примере одного из исследуемых объектов (число стационарных источников шума более 120).

Проведены измерения УЗД в октавных полосах частот на территории жилой застройки, расположенной на расстоянии 360 м от границы производственного предприятия. Измерения проводились согласно действующей методике, дополнительно произведена запись узкополосных шумовых сигналов. Измерения выполнялись таким образом, чтобы исключить влияние посторонних источников (проезд автомобилей, лай собак и пр.). Результаты измерений в нормируемом диапазоне октавных полос приведены в таблице 5.1. Значения предельно-допустимых уровней (ПДУ) шума на территории жилой застройки выбирались согласно требованиям действующих санитарных норм [7].

Таблица 5.1 - Сравнение измеренных значений с ПДУ на территории жилой застройки

Параметры Уровни звукового дав полосах, со среднегеомет ления, дБ, в октавных рическими частотами, Гц Ьл, дБА

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Измеренные уровни шума на территории жилой застройки 58 58 52 46 46 40 34 24 19 47

ПДУ (п. 9 табл. 3 из [7]) 83 67 57 49 44 40 37 35 33 45

Превышение над ПДУ -25 -9 -5 -4 2 0 -3 -11 -14 2

Сопоставление результатов измерений с ПДУ показывает, что уровни звукового давления на территории жилой застройки превышают нормативные значения на 2 дБ в октавной полосе со среднегеометрической частотой 500 Гц. В полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц измеренные уровни звукового давления и предельно-допустимые оказались одинаковыми.

При проведении санитарного нормирования оценивается характер спектра на предмет наличия тональных составляющих, в связи с чем возникает необходимость получения информации об уровнях звукового давления в 1/3 октавных полосах частот. Соответствующие измеренные спектры приведены на рисунке 5.1.

Шум в жилой застройке -Норма

Рисунок 5.1 - Результаты измерений уровней шума в 1/3 октавных полосах частот на

территории жилой застройки Из рисунка 5.1 видно, что увеличение УЗД над значениями в соседних полосах отмечено в 1/3 полосе со среднегеометрической частотой 400 Гц. Границы данной полосы находятся в пределах от 355 до 450 Гц.

Для определения источника, оказывающего наибольший вклад в процессы шумообразования в указанной точке, были выполнены замеры уровней шума вблизи инженерно-технологического оборудования на территории предприятия.

Согласно действующей нормативной документации основой оценки акустического воздействия предприятия на окружающую среду является инвентаризация источников шума, в ходе которой определяются такие

параметры как: местоположение, направленность, режим работы и УЗД источников.

По результатам измерений определены четыре источника шума с условными номерами ИШ-95, ИШ-96, ИШ-104 и ИШ-106, которые могут оказывать решающее влияние на шумовое поле на территории жилой застройки. Среди всех инвентаризованных источников они имели наибольшие уровни звукового давления в частотном диапазоне 1/3 октавной полосы 400 Гц, в которой обнаружены превышения над санитарными нормами. Результаты измерений на расстоянии 2 м. от рассматриваемых источников представлены на рисунке 5.2.

ч

т > 60

❖ £ «Р # Ф # & <р> # # # # # # & # ^ 0 ^ ^ ^ ^ ^ ^ £ ^ I Гц

V» V V» V 1? у (С ^

----ИШ-96 -----ИШ-95

Рисунок 5.2 - Результаты измерений УЗД в 1/3 октавных полосах частот от источников

шума предприятия

Измеренный УЗД в 1/3 октавной полосе со среднегеометрической частотой 400 Гц для ИШ-95 составляет 82 дБ, ИШ-96 - 82 дБ, ИШ-104 - 85 дБ, ИШ-106 - 89 дБ. Прочие инвентаризированные источники шума предприятия имеют уровни звукового давления в рассматриваемой 1/3 октавной полосе ниже 80 дБ и расположены на большем расстоянии.

90

80

70

50

40

30

20

ИШ-104

ИШ-106

Узкополосные (Дf=1 Гц) спектры УЗД в пределах 1/3 октавной полосы со среднегеометрической частотой 400 Гц, создаваемого источниками ИШ-95, ИШ-96, ИШ-104 и ИШ-106 приведены на рисунке 5.3.

340 360 390 400 420 440 460 Гц 4&0 Э60 3№ 400 420 440 460 ГЦ

Рисунок 5.3 - Результаты измерений уровней шума от: а) - ИШ-95, б) - ИШ-96,

в) - ИШ-104, г) - ИШ-106.

В измеренных спектрах были определены следующие тональные (дискретные) составляющие:

• источник ИШ-95 - на частоте 428 Гц с уровнем 78 дБ;

• источник ИШ-96 - на частоте 380 Гц с уровнем 77 дБ;

• источник ИШ-104 - на частоте 426 Гц с уровнем 78 дБ;

• источник ИШ-106 -на частоте 415 Гц с уровнем 86 дБ.

Узкополосный спектр уровней звукового давления в пределах полосы со среднегеометрической частотой 400 Гц, измеренный на территории жилой застройки, изображен на рисунок 5.4.

340

360 380 400 420 440 460 Гц

Рисунок 5.4 - Результаты измерений уровней шума на территории жилой застройки

Обращаясь к измеренному спектру видим, что в нем присутствуют ярко выраженная дискретная составляющая с частотой 415 Гц (47 дБ) и менее выраженные на частотах: 362 Гц - 36 дБ, 380 Гц - 35 дБ, 395 Гц - 36 дБ.

Источником ярко выраженной составляющей, с учетом ранее приведенных узкополосных спектров шума, является оборудование с номером ИШ-106. Источниками составляющих на частоте 362 Гц является ИШ-104, 380 Гц - ИШ-96, 395 Гц - ИШ-104, 434 Гц - ИШ-95.

В результате измерений уровней звукового давления в узких полосах частот в точке на территории жилой застройки отмечено, что в границах 1/3 октавной полосы со среднегеометрической частотой 400 Гц имеется явно выраженный максимум для частоты: 415 Гц равный 47 дБ. Уровни шума в данной дискретной частоте превышают сплошную часть спектра на 14 дБ.

Наибольшие уровни звукового давления в узкой полосе с частотой 415 Гц измерены у источника ИШ-106 - 86 дБ, для другого исследуемого

оборудования значения составляют: 67 дБ, 61 дБ и 74 дБ для ИШ-95, ИШ-96 и ИШ-104 соответственно. Разница в уровнях между ИШ-106 и ИШ-104 составляет 12 дБ ( -4 раза) Таким образом, можно сделать вывод о том, что акустическая энергия источника ИШ-106 оказывает наибольший вклад в уровни шума на территории жилой застройки.

5.2. Проверка основных допущений метода расчета акустической эффективности технологических шумозащитных экранов

В первую очередь выполним исследования звукового поля во внутренней части ШЭ: степень его диффузности в любом горизонтальном сечении, а также наличия дивергенции звука по высоте ШЭ.

В табл. 5.2 приведены данные экспериментов на стенде по доказательства характеру звукового поля в нижней части опытного ШЭ при изменении положения искусственного ИШ. Звуковое поле практически не изменяется при перемещении ИШ на расстояние от ШЭ от 1 до 3 м., разница в значениях не превышает ±2 дБ и ±1 дБА. Это подтверждает корректность допущения о диффузном характере звукового поля в нижней части опытного ШЭ. Акустическая эффективность рассматриваемых ШЭ не зависит от положения ИШ внутри последних.

Таблица 5.2 - Зависимость УЗД и УЗ в точках измерений (ТИ) от изменения положения ИШ (гИШ), высота ТИ (кТИ = 1,5 м)

ГИШ Уровни звукового давления, дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц УЗ, дБА

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

7,5 1,0 81 80 78 73 68 63 55 45 74

2,0 78 83 79 73 70 63 55 44 75

3,0 77 84 79 74 71 64 57 45 76

15 1,0 77 76 75 68 62 57 52 40 69

2,0 74 78 76 65 61 58 51 39 68

3,0 75 80 77 65 64 58 52 40 70

25 1,0 74 73 68 64 56 55 49 36 64

^м ГИШ Уровни звукового давления, дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц УЗ, дБА

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

2,0 72 75 72 63 58 56 50 39 65

3,0 72 75 73 61 58 57 50 37 66

50 1,0 68 67 61 54 48 47 39 28 57

2,0 66 69 64 52 48 47 38 28 57

3,0 67 71 63 53 50 47 42 30 58

В табл 5.3 приведены данные измерений на стенде при постоянном положении ИШ (расстояние 1 м до ШЭ), но при изменении положения измерительных точек (ТИ) во внутреннем объеме ШЭ. Анализ экспериментальных данных показывает, что при изменении положения ТИ на разном расстоянии от ИШ (Я) и на разной высоте (кэкр). Изменения УЗД (УЗ) лежат в основном в диапазоне ±2 дБ (дБА), т.е. в любой горизонтальной плоскости условного объема звукового поля можно считать квазидиффузным.

Таблица 5.3 - Характер звукового поля внутри ШЭ в зависимости от расположения точек измерений по отношению к ИШ (к - высота ТИ, г -

расстояние до ИШ)

Точки измерений УЗД в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц УЗ, дБА

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

г= 0,5 м Ь=0 ,5 м

1 93 96 98 99 93 91 91 87 100

2 99 101 98 100 95 89 92 88 101

3 100 102 100 101 98 95 95 91 104

г= 0,5 м Ь=1,0 м

1 92 98 98 94 89 90 90 86 97

2 98 101 97 92 93 91 93 88 99

3 99 101 97 97 98 95 95 92 103

г= ),5 м Ь=1,5 м

1 93 96 97 92 92 87 87 85 97

2 95 101 95 96 95 89 90 87 99

3 98 100 93 100 99 91 93 92 103

г= 0,5 м Ь=2,0 м

1 94 93 91 92 93 87 87 84 96

2 93 100 90 96 94 85 88 86 98

3 96 98 90 99 96 91 90 87 101

г=1,5 м Ь=0 ,5 м

1 94 92 97 95 92 91 90 85 98

2 96 99 99 96 92 93 93 88 100

3 98 99 102 96 99 98 95 90 104

Точки измерений УЗД в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц УЗ, дБА

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

г=1,5 м h=1,0 м

1 93 95 94 91 93 91 89 85 98

2 95 98 96 89 96 92 92 88 100

3 97 97 99 93 99 94 94 90 102

г=1,5 м h=1,5 м

1 93 94 92 88 91 88 87 83 96

2 91 98 93 92 94 92 90 86 99

3 96 95 94 98 94 93 92 88 101

г=1,5 м h=2,0 м

1 95 92 89 87 92 89 87 82 95

2 89 97 91 91 93 90 89 87 97

3 94 93 92 94 94 91 90 86 99

г=2,5 м h=0 ,5 м

1 93 90 100 94 94 89 91 87 99

2 92 97 100 94 96 94 93 88 101

3 95 100 100 96 99 98 97 91 104

г=2,5 м h=1,0 м

1 92 92 99 91 96 90 89 86 99

2 91 96 98 91 98 92 90 87 101

3 93 98 99 94 100 94 94 89 103

г=2,5 м h=1,5 м

1 93 89 98 88 95 89 88 86 98

2 89 94 97 91 97 91 89 87 100

3 92 97 96 97 100 92 91 87 102

г=2,5 м h=2,0 м

1 90 87 95 90 95 89 87 84 98

2 87 93 95 93 96 90 88 83 99

3 90 94 93 93 96 91 88 84 99

В табл. 5.4 приведены результаты измерений УЗ и УЗД в зависимости от высоты ТИ. Измерения во внутреннем объеме П-образного ШЭ проводились в центральной части фронтального ШЭ.

Таблица 5.4 - Изменение УЗД и УЗ во внутреннем объеме ШЭ при

увеличении высоты ТИ П-образного ШЭ

Точки измерений УЗД в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц УЗ, дБА

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

1 104 107 103 104 107 104 104 97 111

2 102 105 102 102 105 101 101 95 110

3 100 103 100 100 102 97 98 96 108

Анализ экспериментальных данных показывает изменение характера звукового поля при увеличении высоты П-образного ШЭ. Уменьшение УЗ 1 дБА на 1 м высоты, приблизительно УЗД на 1-3 дБ в основном. Этот эксперимент подтверждает корректность допущения об изменении УЗД с увеличением высоты ШЭ в результате дивергенции.

5.3. Проверка точности расчетов по предложенным формулам

Данные расчеты по формуле (3.13) для П - образного (в плане) ШЭ с длиной фронтальной части 9 м, длиной боковых отгонов по 3 м. и эффективной высотой кэкр = 3 м представлены в таблице 5.5 и на рисунке 5.5. Данные эксперимента взяты из таблицы 5.19.

Сравнение данных расчета с данными эксперимента показало, что отклонение УЗД не превышает ± 3 дБ, что вполне приемлемо.

Таблица 5.5 - Расчет уровней шума с учетом П - образного технологического ШЭ высотой кэкр = 3 м.

Наименование Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах среднегеометрических частот, Гц

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

И сходные данные

^жиш 107,5 114,5 115,5 110,5 108,5 102,5 99,5 92,5

^экр 0,2 0,3 0,5 0,6 0,7 0,6 0,6 0,6

^-пов 0,05 0,07 0,08 0,2 0,26 0,27 0,37 0,25

к "экр 3 3 3 3 3 3 3 3

9 9 9 9 9 9 9 9

^бок 3 3 3 3 3 3 3 3

Аоб 37,4 42,4 51,7 59,4 65,5 61,3 64,0 60,8

^об 126 126 126 126 126 126 126 126

«об 0,30 0,34 0,41 0,47 0,52 0,49 0,51 0,48

я 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0

я 5,40 2,72 1,36 0,68 0,34 0,17 0,09 0,04

Наименование Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах среднегеометрических частот, Гц

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Вычисленные значения

^жиш 107,5 114,5 115,5 110,5 108,5 102,5 99,5 92,5

10/0 [1 - а0б] -1,5 -1,8 -2,3 -2,8 -3,2 -2,9 -3,1 -2,9

10/0 к экр X -2,6 0,4 3,4 6,4 9,5 12,5 15,5 18,5

ПДфр -4 -6 -7 -9 -11 -13 -14 -14

10/0 [¥об] 1,0 1,6 2,0 2,6 3,0 3,0 3,0 3,0

10/0 Аоб 15,7 16,3 17,1 17,7 18,2 17,9 18,1 17,8

10/0 ГЙ1 к] 14,0 14,0 14,0 14,0 14,0 14,0 14,0 14,0

10/0 /фр 2"-экр -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1

10/0 /фр -7,5 -7,5 -7,5 -7,5 -7,5 -7,5 -7,5 -7,5

10/0 я2" 2 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0

Рассчитанные значения в расчетной точке (формула 3.13), дБ 68 72 69 61 57 51 45 36

Рассчитанные значения в расчетной точке по [153]), дБ 65 70 68 60 55 49 46 38

Эксперимент (табл. 5.19), дБ 70 71 69 61 58 53 47 35

Рисунок. 5.5 - Сравнение данных расчета по предложенной формуле (1), действующей нормативной документации (2) и результатам эксперимента (3).

Рассмотрим расчет эффективности шумозащитного кожуха по Закону массы и разработанной формуле (3.50). В качестве исходных данных примем, что материал стенок представляет собой металлические листы стали толщиной 0,7 мм. Высота листа составляла 1,0 м. ширина 0,8 м. Внутренняя поверхность кожуха облицована звукопоглощающим материалом - слоем минеральной ваты толщиной 50 мм. Результаты расчетов представлены в таблице 5.6 и на рисунке 5.6.

Таблица 5.6 - Расчет эффективности шумозащитного кожуха

Наименование и обозначение Вычисленные и измеренные значения, в октавных полосах среднегеометрических частот, Гц

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Расчет по формуле (3.50) 6,4 13,8 20,5 29,4 36,3 39,3 38,3 42,8

Расчет по Закону массы [11], дБ 12,3 18,3 24,3 30,3 36,3 42,3 48,3 54,3

Данные эксперимента 4,1 11,9 16,9 25,1 32,8 35 34 39,2

50

40

1.0

т

30

20

10

63

125

250

500

1000

2000

4000

Ъ Гц

8000

1

0

Рисунок. 5.6 - Сравнение данных расчета по закону массы (1), предложенной формуле (2)

и по результатам эксперимента (3).

5.4. Измеренные УЗД и УЗ в свободном звуковом поле

Исходными данными для определения акустической эффективности ШЭ является УЗД и УЗ в точке измерений без установленного ШЭ. В таблице 5.7 приведены исходные данные на расстояниях 7,5; 15; 25 и 50 м.

Таблица 5.7 - Измеренные значения УЗД и УЗ на различных расстояниях

без установленного ШЭ

Точки измерений УЗД в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц УЗ, дБА

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

7,5 м 82 89 90 85 84 85 84 77 91

15 м 77 84 86 79 78 79 80 73 85

25 м 75 79 81 74 71 74 71 67 80

50 м 70 73 74 67 63 65 68 58 70

5.5. Влияние звукопоглощения на акустическую эффективность ШЭ

Данные сравнительных измерений в точке на расстоянии 25 м. без ШЭ, с отражающе-поглощающим ШЭ и отражающим ШЭ представлены в таблице 5.8.

Таблица 5.8 - Измеренные значения УЗД и УЗ без ШЭ, ШЭ без

звукопоглощения и со звукопоглощением (Яэкр = 2,0 м).

Уровни звукового давления, дБ в октавных

Условие Высота ТИ полосах со среднегеометрическими частотами, Гц УЗ, дБА

измерений Лти,м 63 125 250 500 100 0 200 0 400 0 8000

Свободное звуковое поле - 75 79 81 74 72 71 70 68 80

ШЭ без ЗПМ 1,5 75 75 74 65 59 56 53 34 68

4,0 75 76 76 67 62 58 55 37 70

ШЭ с ЗПМ 1,5 74 73 71 62 57 53 52 31 66

4,0 74 74 73 67 60 55 52 34 68

В таблице 5.9 даны вычисленные значения акустической эффективности ШЭ на высоте ТИ 1,5 и 4 м. На рисунках 5.7 и 5.8 приведены полученные значения эффективности ШЭ со звукопоглощением и без соответственно на высоте 1,5 и 4 м (кТИ).

Таблица 5.9 - Вычисленные значения акустической эффективности ШЭ

Усло Выс Акустическая эффективность, дБ в октавных полосах со Акустиче

ота среднегеометрическими частотами, Гц ская

вне измер еннй ТИ Лти ,м 63 125 250 500 1000 2000 4000 800 0 эффекти вность УЗ, дБА

ШЭ без ЗПМ 1,5 0 5 7 9 13 15 17 20 12

4,0 0 4 5 7 10 12 15 18 10

ШЭ с 1,5 1 6 10 12 15 18 20 23 14

ЗПМ 4,0 1 5 8 9 12 16 18 20 12

3

30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0