مرکز دانش صنعت تاسیسات

اگرچه هدف سیستمهای HVAC تأمین آسایش است، اما این سیستمها اغلب به یک منبع عمده سروصدا در ساختمانها تبدیل می شوند. با این که تمرکز اصلی طراحان سیستم HVAC بر کنترل دما و رطوبت معطوف است ولی طراحان مجرب به اهمیت کنترل صدا و ارتعاش نیز واقف بوده و آن را در مد نظر قرار می دهند. این مقاله به موضوع آکوستیک در طرح سیستم HVAC می پردازد.

مبانی اولیه : سطوح صدا بر حسب دسی بل (dB) بیان می شوند. دسی بل ها را نمی توان به روش مرسوم با هم جمع کرد. به عنوان مثال، dB50 به علاوه dB50 به علاوه dB50 برابر با dB150 نمی شود؛ بلکه برابر است با dB8/54. برای جمع زدن دسی بل یا باید محاسبات جمع لگاریتمی را انجام داد یا این که از جدول 1 استفاده نمود که نتایج نسبتاً درستی را ارائه می دهد. مقادیر دسی بل باید دو تا دوتا در نظر گرفته شوند. در مورد همان مثال dB50 به علاوه dB50 به علاوه dB50:

 

اختلاف بین dB50 و dB50 می شود صفر دسی بل. با توجه به جدول1، dB3 را به مقدار بالاتر اضافه کنید:

dB53= dB3+ dB50

اختلاف بین نتیجه حاصله (dB53) و dB50 باقیمانده می شود dB3. با توجه به جدول1. dB2 به مقدار بالاتر اضافه کنید:

dB55= dB2+ dB53

اختلاف dB3 به سختی توسط انسان قابل تشخیص است؛ در حالی که اختلاف dB10 با بلندی دو برابر یا نصف احساس می شود. بنابراین یک منبع 60 دسی بل با بلندی دو برابر یک منبع 50 دسی بلی در فرکانس یکسان تشخیص داده می شود.

طراح هنگام مواجهه با یک صدای ناخوشایند باید موارد زیر را در نظر بگیرد (شکل1):

منبع صدا: در سیستمهای HVAC، دستگاههای هواساز متهم اصلی هستند. هریک از اجزای دیگر دخیل در تولید سر وصدا (در ادامه مقاله به جای واژه "سر و صدا" از واژه "نویز" استفاده می شود- مترجم) باید یک منبع مجزا در نظر گرفته شوند.

مسیر صدا: یک صدای واحد می تواند مسیرهای زیادی داشته باشد(شکل 2). مسیرهای مختلف مشکلات متفاوتی را ارائه می دهند و لذا به راه حلهای متفاوتی هم نیاز دارند. این مقاله عمدتاً بر مسیر مربوط به شبکه کانال تمرکز می کند.

گیرنده صدا: در این مقاله منظور از گیرنده صدا، فرد یا افراد ساکن در یک ساختمان می باشد.

شیوه وزنی

به طور کلی، گوش انسان به اصوات با فرکانس پایین و بالا حساسیت کمتری دارد تا به اصوات با فرکانس متوسط. روش وزنی شیوه کاستن از تأثیر و دخالت اصوات با فرکانس پایین و بالاست تا مقداری به دست آید که تقریباً با آنچه گوش انسان احساس می کند مطابقت داشته باشد. معمولترین شیوه وزنی با استفاده از مقیاس A انجام می شود که مقادیر را بر حسب واحدهای dBA ارائه می دهد.

جدول 2، مقیاس وزنی A را برای فرکانسهای مرکزی هشت باند اکتاو که معمولاً به آکوستیک سیستم HVAC مربوط می شوند، نشان می دهد. هر چه A منفی تر باشد، حساسیت گوش انسان به فرکانس متناظر آن کمتر خواهد بود. در مورد سیستم HVAC، از مقیاس وزنی A بیشتر برای محاسبات صدای خارج استفاده می شود تا محاسبات صدای داخل، برای محاسبات صدای داخل، معیار نویز یا NC شیوه معمولتری است. سطوح فشار صدا در هشت فرکانس باند اکتاو بر روی یک نمودار متشکل از مجموعه منحنی هایی برده می شوند که تعیین کننده حداکثر سطح مجاز فشار صدا مطابق با هدف طراحی هستند. رتبه NC توسط پایین ترین منحنی که فراتر از مقادیر فشار صدا در هر یک از باندهای اکتاو می گذرد تعیین می شود. مثلاً برای مقادیر مشخص شده در شکل 3، رتبه NC برابر 45 است زیرا منحنی NC45 پایین ترین منحنی است که از بالای کلیه نقاط عبور می کند.

نقطه ضعف شیوه NC این است که شکل منحنی صدا به طور کامل ارزیابی نمی شود و فرکانسهای پایین تر (زیر Hz63) اصلاً بررسی نمی شوند. با این حال، شیوه NC به عنوان مبنای معیار صدا برای کاربردهای داخلی HVAC به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. برای ساختمانهای اداری، NC35 معمولاً قابل قبول در نظر گرفته می شود (جدول 3).

معیار اتاق (RC) روشی است که توسط انجمن مهندسین گرمایش، تبرید و تهویه مطبوع آمریکا (ASHRAE) توصیه می شود. این یک روش نسبتاً جدید است که کل منحنی صدا را ارزیابی می کند. البته استفاده از این روش می تواند مشکل باشد زیرا اطلاعات مربوط به پایین ترین باند اکتاو به آسانی از سازندگان در اختیار قرار نمی گیرد. (برای کسب اطلاعات بیشتر به فصل 7 از هندبوک ASHRAE سال 2005 جلد Fundamentals مراجعه کنید.)

طراحی آکوستیک

رهنمودهایی که می توان از آنها برای کاهش نویز در سیستمهای HVAC بهره برد به قرار زیرند:

تجهیزاتی را انتخاب کنید که دارای پایین ترین سطوح فشار صدا در شرایط عملیاتی باشند.

تجهیزات هواساز را حتی الامکان دور از نواحی حساس به صدا مستقر سازید. از استقرار واحدهای پشت بامی در بالای فضاهای اشغالی اجتناب کنید.

محل استقرار کانال را طوری انتخاب کنید که در مورد کانالهای مستطیلی امکان امتداد یافتن کانال به صورت مستقیم به مسافت 5/1 برابر بزرگترین بعد کانال، یا برای کانالهای گرد 5/1 برابر قطر کانال فراهم شود؛ قبل از اینکه از زانویی یا سایر وصاله های کانال استفاده شود.

به جای زانویی های 45 درجه از زانویی های شعاعی استفاده کنید. اگر زانویی های شعاعیمناسب نباشد، از زانویی های 45 درجه با تیغه های هادی جریان هوا استفاده نمایید. هرچه وصاله های کانال کارآمدتر باشند، سیستم کارآمدتر بوده و نویز کمتری در اثر جریان یافتن هوا از داخل وصاله ها ایجاد می شود.

سرعت هوا را با استفاده از شبکه کانال بزرگتر مخصوصاً نزدیک خروجی های ترمینال کاهش دهید.

خمیدگی های کانال را بیشتر از 15 درجه زاویه ندهید. اگر تغییر زاویه بزرگتری مورد نیاز باشد، استفاده از زانویی ها را مورد توجه قرار دهید؛ همانطور که قبلاً تشریح شد.

تبدیلهای کاهنده و افزاینده نباید برای جریان همگرا از 45درجه و برای جریان واگرا از 60 درجه تجاوز کنند.

دمپرهای حجمی و سایر ادوات مولد نویز را تا حد امکان دور از خروجی های ترمینال مستقر کنید. ادوات ترمینالی را انتخاب کنید که سطوح نویز تولیدی آنها پایین باشد.

برای تجهیزات ار اتصالات انعطاف پذیر استفاده کنید. مطمئن شوید که کاندویت الکتریکی انعطاف پذیر دارای مقدار کمی نرمی یا سستی باشد زیرا کاندویت الکتریکی انعطاف پذیر اگر سفت و سخت باشد می تواند تقریباً با همان تأثیر کاندویت فلزی، صدا را انتقال دهد.

ارزیابی

اولین گام در طراحی یک سیستم از نظر حداکثر کارایی آکوستیک، تعیین یک سیستم وزنی قابل قبول است. بعد از انتخاب سیستم وزنی، گام بعدی مشخص کردن سطوح مجاز برای کلربرد مورد نظر است؛ مثلاً NC35 برای دفاتر اداری و NC45 برای لابی ها. نواحی مختلف می توانند مقتضیات متفاوتی داشته باشند. سیستم را همانطوری که طراحی شده ارزیابی کنید. کا را با هواساز و سطوح قدرت صدای ارائه شده از سوی سازنده آغاز کنید. سیستم را به صورت بخش بخش در نظر بگیرید. ساده ترین راه این است که یک بخش را به عنوان ناحیه واقع بین انشعابات کانال و جایی که شکافهای قدرت صدا اتفاق می افتد تعریف کنید. صداگیرها باید به صورت یک بخش در نظر گرفته شوند تا افت جا گذاری و نویز تولیدی آنها به حساب آورده شود. هر باند اکتاو باید مورد ارزیابی قرار گیرد.

شکافهای قدرت صدا هنگامی روی می دهد که از وصاله های منقسم استفاده شود. مقدار تضعیف بر اساس نسبت مساحتهای پایین دست وصاله تعیین  می شود. یک سه راهه با مساحتهای پایین دست A1و A2 ، کاهشهای زیر را در سطوح قدرت صدا (L1 و L2 ) ایجاد خواهد کرد:

L1=10*log(A1 ( A1+ A2))

L2=10*log(A2 ( A1+ A2))

اگر1A برابر با 400 اینچ مربع و 2A برابر با 900 اینچ مربع باشد، L1 برابر dB5- و L2 برابر dB2- خواهد شد که این کاهشها به کلیه فرکانسهای مورد ارزیابی اعمال می شوند.

هر تضمینی که یک بخش ممکن است ایجاد کند را در نظر بگیرید. حتی کانالهلی فاقد آستری هم مقداری تضعیف طبیعی فراهم می کنند، و زانویی ها نیز تلفات انعکاس انتهایی را در بر دارند. این مقادیر را از سطوح قدرت صدای ورودی کم کنید. (برای این منظور می توان از تفریق مستقیم (غیرلگاریتمی) استفاده نمود).

در مرحله بعد، مقدار نویز تولید شده را تعیین کنید و آن را با استفاده از شیوه ای که قبلاً تشریح شد به باقیمانده سطوح قدرت صدا اضافه کنید. در بسیاری موارد، نویز تولید شده از وصاله ها به حدی پایین است که بر سطوح قدرت صدای یک بخش تأثیری نمی گذارد. به یاد داشته باشید که اگر اختلاف بین دو منبع صدا dB10 یا بیشتر باشد، منبع با صدای بلندتر غالب می شود بدون این که چیزی به آن افزوده شود.

این فرآیند را تکرار کنید تا این که به یک ترمینال یونیت برسید. در این نقطه، نویز باقیمانده در سیستم را به نویز تولید شده از خروجی ترمینال که معمولاً تابعی از سرعت است، اضافه کنید.

انعکاس انتهایی وقتی رخ می دهد که یک کانال به یک فضای بزرگ منتهی می شود. در فرکانسهای پایین، افت صدا می تواند قابل توجه باشد. دیفیوزرها و شرایط انتهایی مختلف می توانند منجر به داده های بسیار متفاوتی نسبت به داده هایی شوند که در حال حاضر موجودند. اگر طراح با این شرایط آشنا نباشد، هرگونه تلفات قدرت صدا باید برای ارزیابی سیستم کانال نادیده گرفته شود.

ارزیابی آکوستیک اتاق ممکن است طی مراحل اولیه طراحی دشوار باشد زیرا فاکتورهای زیادی از قبیل کفپوش، کاشی سقفی آکوستیک، و اثاثیه اتاق    می توانند بر روی آن تأثیر گذارند. ASHRAE روشی را برای تعیین مشخصات آکوستیک اتاق در هر فرکانس ارائه کرده که مبتنی بر موقعیت گیرنده نسبت به خروجی های کانال و حجم اتاق است. یک رویکرد محافظه کارانه تر این است که فرض کنیم اتاق هیچ تضعیف صدایی را فراهم نمی کند.

بعد از این که سیستم ارزیابی شد، شما می توانید تعیین کنید که چه مقدار تضعیف و در چه فرکانسهایی مورد نیاز است. مطمئن شوید که کانالهای رفت و برگشت مورد ارزیابی قرار گرفته اند.

نویز فرکانس پایین

نویز فراری نویزی است که از شبکه کانال فرار کرده و خارج می شود. کانال مستطیلی نویز فراری بیشتری را نسبت به کانال گرد ممکن می سازد. فراهم کردن امکان فرار یک نویز مخصوصاً نویز فرکانس پایین از سیستم کانال در یک موتورخانه یا روی پشت بام می تواند مفید واقع شود.

نویز نفوذی نویزی است که از طریق دیوارهای کانال وارد یک سیستم کانال می شود. کانال مستطیلی نویز نفوذی بیشتری را نسبت به کانال گرد ممکن    می سازد. اگر کانال مستطیلی یا گرد از نزدیک تجهیزات پر سرو صدا عبور می کند، از عایق خارجی و گیجهای سنگین تر استفاده کنید.

در مورد کانال آستری دار، هرچه آستری ضخیم تر باشد؛ تأثیر آن در تضعیف نویز فرکانس پایین بیشتر خواهد بود.

نویز فرکانس متوسط و بالا

نویز فرکانس متوسط و بالا معمولاً راحت تر از نویز فرکانس پایین تضعیف می شود. کانال آستری دار یا دو دیواره در تضعیف نویز فرکانس متوسط و بالا نسبتاً موثر عمل می کند. اگر طرح، اجازه تضعیف کافی را به دلیل کوتاه بودن زیاد مسیر کانال نمی دهد، شبکه کانال را مجدداً مسیر دهی کنید و یا استفاده از صداگیرها را مورد توجه قرار دهید.

صداگیرها

نحوه برخورد هوا به صداگیر کانال، جهت گیری صداگیر نسبت به بادزن، و محل استقرار صداگیر نسبت به دیوار موتورخانه همگی حائز اهمیتند. تبدیلهای کانال باید به نحوی طراحی شوند که جریان هوا از داخل یک صداگیر با هدف سازنده آن مطابقت کند. بهترین محل برای یک صداگیر کانال، متمرکز کردن آن در دیوار موتورخانه است. اگر دمپر آتش یا دود در این دیوار مورد نیاز باشد، صداگیر باید تا حد امکان نزدیک دیوار و داخل موتورخانه مستقر شود. در غیر این صورت، صدا ممکن است از موتورخانه مستقیماً به کانالهای خروجی پخش شود.

سه نوع صداگیر کانالی عبارتند از: صدا خفه کن، راکتیو (فاقد مواد جاذب صدا در حفره ها)، و اکتیو. هنگام انتخاب یک صداگیر، به موارد زیر توجه کنید:

افت جای گذاری: عبارت است از اختلاف بین سطوح فشار صدای اندازه گیری شده در یک نقطه قبل و بعد از نصب یک صداگیر؛

افت فشار استاتیک: افت فشار طرفین صداگیر؛

صدای باز تولید شده: صدایی است که در اثر عبور جریان هوا از داخل صداگیر تولید می شود.

اثرات سیستم می توانند کارایی صداگیرهای نوع خفه کن و راکتیو را به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار دهند. صداگیرهای دارای بافلهای (تیغه های موج گیر) داخلی باید حداقل به اندازه سه قطر کانال از بادزن، زانویی، انشعاب، یا سایر اجزای کانال فاصله داشته باشند. استقرار صداگیر در فاصله ای نزدیک تر از سه قطر کانال می تواند منجر به افزایش قابل توجه افت فشار استاتیک طرفین صداگیر شود که این معمولاً نویز تولید شده توسط جریان هوا را در بادزن و صداگیر افزایش می دهد.

نویز تولیدی جریان هوا هنگامی به وجود می آید که هوا به داخل صداگیر جریان یافته و از آن خارج می شود. وقتی افت فشار استاتیک طرفین یک صداگیر بیشتر از wg.in35/0 باشد، نویز تولید شده توسط جریان هوا باید مورد ارزیابی قرار گیرد.

صداگیرهای نوع صدا خفه کن و راکتیو دارای سطح مقطع مستطیلی یا مدور هستند(شکل 4). صداگیرهای مستقیم مستطیلی و مدور در اشکال متنوعی موجودند. صداگیرهای مستقیم می توانند بافلهای جانبی، بافلهای مرکزی، یا هر دو را داشته باشند. صداگیرهای مخصوص ورودی و دهش بادزن اعم از صداگیرهای مخروطی و صداگیرهای بدون بافلهای داخلی طوری طراحی می شوند که اثرات سیستم را به حداقل رسانده و فشار صدای بادزن را در منبع خود تضعیف می کنند.

غلافهای جانبی و مرکزی صداگیرهای نوع صدا خفه کن و راکتیو از ورق فلزی سوراخدار مشبک ساخته می شوند. سوراخهای غلافهای صداگیرهای نوع صدا خفه کن با پشم شیشه یا پشم سنگ پر می شوند که خاصیت تضعیف صدای باند پهن خوبی را ارائه می دهند.سوراخهای غلافهای صداگیرهای راکتیو به صورت حفرات تنظیم شده ای هستند که خالی از مواد پرکن می باشند. به علت تنظیم بودن صداگیرهای راکتیو، تضعیف صدای باند پهن اغلب دشوارتر به دست می آید.

صداگیرهای نوع صدا خفه کن و راکتیو در چندین آرایش افت فشار موجودند. افت جای گذاری، نویز تولید شده توسط جریان هوا، و افت فشار همگی توابعی از طرح و موقعیت صداگیرها در سیستم کانال هستند.این داده ها با آزمایش و تجربه اندازه گیری شده و توسط سازندگان ارائه می شوند. این داده ها باید مطابق با شیوه های تشریح شده در ASTME477-06a تحت عنوان سنجش کارایی جریان هوا و آکوستیک مواد آستری کانال و صداگیرهای پیش ساخته به دست آیند. صداگیرهای اکتیو اواج صورتی معکوس تولید می کنند که صداهای ناخواسته را خنثی می سازند. این نوع صداگیرها در تضعیف فرکانس پایین، تن خالص، و صدای باند پهن موثر عمل می کنند. صداگیرهای اکتیو از این قسمتها تشکیل می شوند: یک ریز پردازنده؛ دو میکروفن که در فاصله مشخصی از یکدیگر در داخل یا روی کانال مستقر می شوند؛ و یک بلندگو که بین میکروفن ها قرار گرفته و در خارج کانال نصب می شود اما صدا را به داخل کانال پخش می کند. میکروفن نزدیکتر به منبع نویز فرکانس پایین، صدا را احساس می کند. سیگنال این میکروفن توسط ریز پردازنده پردازش می شود و ریزپردازنده سیگنالی تولید می کند که 180 درجه خارج از فاز این صدا بوده و به بلندگو منتقل می شود. صدای حاصل از بلندگو با صدای ناخواسته تداخل کرده و آن را تضعیف می کند. میکروفن دیگر واقع در پایین دست بلندگو، صدای تضعیف شده را حس کرده و سیگنال بازخورد متناظری را به ریزپردازنده ارسال می کند تا در صورت لزوم، سیگنال بلندگو تنظیم شود. سیستمهای صداگیر اکتیو اجزای کمی برای استقرار در داخل کانالها دارند. بنابراین از آنها می توان برای تضعیف صدای ناخواسته با افت فشار جزئی استفاده نمود بدون این که صدای باز تولید شده ای به داخل کانال وارد شود. تن های فرکانس منقطع بین 40 و Hz400 معمولاً تا dB 35 تضعیف می شوند. صدای باند پهن در این دامنه فرکانس را می توان 10 تا dB20 تضعیف نمود. صداگیرهای کانالی اکتیو توسط آشفتگی (توربولانس) جریان هوا و وضعیتهای تقاطعی نزدیک میکروفنها محدود می شوند. میکروفنها نویز مربوط به آشفتگی را به صورت نویز کاذب شناسایی می کنند که این از توانایی کنترل کننده در تحلیل صدای تضعیف شونده جلوگیری می کند. بنابراین سیستمهای اکتیو نباید در جایی که سرعت جریان هوا بیشتر از fpm1500 است یا در مواردی که اجزای کانال یا تبدیلهای آشفتگی قابل توجهی را ایجاد می کنند، مورد استفاده قرار گیرند. صداگیرهای اکتیو بیشترین تأثیر را در تضعیف امواج تخت دارند که در آنها فشار صدا در عرض سطح مقطع کانال ثابت است. اما در فرکانسهای بالاتر که وضعیتهای تقاطعی در کانال به وجود می آید، فشار صدا در عرض سطح مقطع کانال ثابت نمی ماند و لذا تأثیر صداگیر اکتیو در تضعیف صدا به طور قابل توجهی کاهش پیدا می کند.