1 工程概况

本商业办公综合体位于2类声功能区，商场有5层，其内部办公楼为6-19层。根据现场情况，商场裙房5层的冷却塔和6层、7层屋面的排油烟风机运行时对办公楼办公环境造成了干扰，如图1-2所示。

根据现场安装情况发现，排油烟风机出风口风速过大，外壳太薄容易振动，出风口未安装消声器。冷却塔未做消声、隔声措施。在改造前对设备噪声和办公室噪声进行测试分析，使用AWA6228+型噪声分析仪对现场噪声进行测试，在部分排油烟风机风口1 m处和风机侧面1 m处、冷却塔顶部风机口1 m处、标准层8、9、11、15、17办公室布置测点。各设备和标准层办公室测点如图3所示，测试结果如图4-6所示。

图1 5层屋面冷却塔

图2 6、7层裙房设备

图3设备层与办公楼的测点布置图

由图4可知，排油烟风机风口前方1 m处噪声值约95 dB(A),风机侧面1 m处噪声约70～80 dB(A)。风机噪声测量值成分主要包括出口气流噪声，风机转动、外置电机运行噪声和设备外壳振动产生的噪声。其中风速过大产生的气流噪声贡献量最大，噪声频谱呈中低频特性，其具有明显的声指向性，很容易沿风口方向往远处传播，主要影响低层办公室。冷却塔风扇1 m处噪声约为71 dB(A),噪声容易向上方传播，主要影响高层办公室。

图4设备层噪声测点声压频谱曲线

根据《建筑环境通用规范》(GB55016-2021)条款2.1.3规定，建筑物外部噪声源传播至主要功能房间内的噪声限值应符合下表1的规定。

表1主要功能房间内的噪声限值

根据该标准规定，本项目噪声控制目标为：5层冷却塔和6、7层排油烟风机运行时，传播至办公室内的噪声值高标准要求不超过40 dB(A),低标准要求不超过45 dB(A)(室内空调关闭、室内无其他噪声干扰)。由图5-6可知，低楼层办公室的噪声测量值为49～51 dB(A),高楼层办公室的噪声测量值为43～45 dB(A),低楼层超过45 dB(A),高楼层超过40 dB(A)。

采用Virtual lab中的Ray analys声线法[12]计算模块对现场环境进行声环境现状模拟，声源均采用点声源，根据现场实测数据将风机和冷却塔排风口声功率级分别设为86 dB(A)、82 dB(A),计算结果如图7所示。

图5低层办公室测点声压频谱曲线

图6高层办公室测点声压频谱曲线

图7声环境改造前模拟结果图

模拟结果表明，办公楼外1 m处噪声值约为64～73 dB(A)。现玻璃幕墙构造为6Low-E+12A+6,根据图集《08J931-建筑隔声与吸声构造》,经过交通噪声频谱修正后隔声量约为27 dB。

根据实际工程经验考虑楼板侧向传声和房间反射的影响，通过玻璃幕墙传到办公室的噪声值可由下式确定[13]:

L2=L1-RW+(5～7) (1)

式中：L1——办公室外声压级，dB(A);L2——办公室内声压级，dB(A);Rw——窗户隔声量，dB。

即：L2=64～73-27+(5～7)=42～53dB(A)

则计算传至办公室内的噪声42～53 dB(A),随着楼层增高，噪声影响逐渐减小，与现场实测结果基本一致。

2 隔声降噪设计

2.1 设计原则

由于该综合体建筑配套建筑服务设备已经安装并投入使用，故无法直接从噪声源上降低声功率级，更换低噪声设备。办公楼外立面玻璃幕墙也已经安装完成，更换或加装隔声量更高的幕墙围护结构，显然经济性较差。故只能从噪声源与办公室之间的传播途径上寻找合适的隔声方案。

2.2 排油烟风机降噪设计

屋面排油烟风机距离办公楼最近，且数量很多，产生的噪声影响最大，需考虑噪声往上传播对高层办公楼的影响。方案一在风机外设置隔声罩，根据以往工程实测数据隔声效果约为15 dB,传播至办公室内的噪声值不超过40 dB(A);方案二在排油烟风机出风口设变径管和消声弯头，风管和设备箱体进行隔声包裹，根据以往工程实测数据隔声效果约为5～10 dB,传播至办公室内的噪声值不超过45 dB(A),造价约为方案一的55%。最终业主考虑以降噪效果优先，达到国家规范中办公用房噪声限值高标准要求，满足传播至办公室内的噪声值不超过40 dB(A),采用在风机外设置隔声罩的措施。

隔声罩主体为隔吸声模块板，构造为：1 mm镀锌钢板(喷塑)+2 mm隔声毡+100 mm 48 k玻璃棉+1.2 mm穿孔镀锌钢板，穿孔率大于20%。隔声罩侧边开有风机的散热通风孔。隔声罩上方设置有消声出风罩，出口处设置有消声插片，消声插片下端设置导流角，与顶部模块及结构固定。消声出风罩设置防雨帽和防虫网。为综合评估隔声罩的隔声效果，首先应分析隔吸声板的隔声量和出风口的消声量。

2.2.1 消声器消声量

该消声出风罩属于矩形片式消声器，其消声量计算公式为[14]:

TLX=ψ(α0)PSL=2ψ(α0)La+bab        

 (2)式中：P是吸声层的通道横截面周长，m;S是吸声层的通道横截面面积，m2;L是消声器长度，m;ψ(α0)是消声系数；a是消声器小通道的宽度，亦称片间距，m;b是新通道的高度，m。

与NR35曲线相比，室内250 Hz～2000 Hz超标较多，需要重点防护。同时风机出风需要降低风速，增加通流面积，则不能采用较厚的消声插片，故选取消声插片厚度为50 mm, 间距为120 mm, 通流面积率为65%,风机出风口风速可由原14 m/s降为9 m/s。

消声出风罩消声量计算结果如表2所示。

表2消声出风罩消声量

2.2.2 隔声罩综合隔声量

本项目设计隔声罩带有消声出风口和散热口，属于局部封闭的隔声罩，插入损失可用下式计算[15]:

TLZ=TLX+10log(αSZSX)         

(3)式中；TLX为消声器消声量，dB;SZ、SX分别为隔吸声板和消声器截面面积，m2;α为隔吸声板的吸声系数。

选择其中一个隔声罩进行隔声量(即插入损失)验证，尺寸如图8所示。隔声罩总尺寸为3.45 m×2.7 m×3.5 m, 隔吸声板面积为SZ=40 m2,消声器的截面面积SX=2.95 m2,代入公式(3),计算结果如表3所示。

图8隔声罩模型图

表3隔声罩综合插入损失

已知风机1 m处噪声为75 dB,安装隔声罩后理论计算结果如表4所示。

表4理论计算声压级

2.2.3 边界元仿真

在virtual lab中采用间接边界元法(Boundary Element Method, BEM)对隔声罩隔声特性与隔声量进行分析。对于BEM模型来说，最大单元的边长要小于最高计算频率点处波长的1/6。最高计算频率设为2000 Hz, 经计算网格尺寸为0.03 m。为提高计算速度设置快速边界元法进行计算，将网格划分为三角形，网格数量为150740,导入的隔声罩网格设置为声学网格，将流体材料定义为空气，并将流体材料定义到声学网格上[16]。罩内表面添加海绵的吸声属性，声阻为3030 N/m2,声抗为830 N/m2[7]。在风机出风口处设置86 dB大小的点声源。通过定义对称面来模拟全反射地面，并建立场点网格进行声学响应计算。隔声罩尺寸如图8所示，设置两个插入损失测点，测点位置与图3中S5、S6位置对应，测点1位于风机侧方1 m处，测点2位于出风口前方1 m处，隔声罩声学仿真计算模型如图9所示。

图9隔声罩声学边界元计算模型图

各频带计算结果如图10所示。

从图10(a)-10(d)四个低频噪声云图来看，机组内部低频噪声主要通过消声出风罩和散热口辐射出来。从图10(e)-10(f)中高频噪声云图来看，隔声罩外低频段的噪声声压级大于中高频段，说明该隔声罩低频的隔声效果比高频差。

图10 倍频带声压云图

测点1、测点2的插入损失如图11所示。

图11插入损失计算值

在不考虑气流噪声的影响下，测点1、测点2的插入损失在15～20 dB,高频段插入损失低于理论计算值，这是因为在出风口消声插片处会存在高频失效现象。

2.3 冷却塔降噪设计

冷却塔位于5层裙房，顶部标高与7层裙房标高一致，其淋水噪声与进风口噪声被5～6层围墙所遮蔽，则其对办公楼影响最大的是顶部风机噪声。根据现场测点测得的倍频程声压级，反推风机噪声值并进行设置，采用声线法对其顶部风机噪声影响进行模拟计算。

由图12、图13可知，冷却塔顶部风机近场声压级与实测值基本一致，传播到办公楼外立面处的噪声值约为60～63 dB(A),按公式(1)计算，传递到办公室内背景噪声仍会超过40 dB(A),故需要对出风口进行消声处理。方案一在冷却塔顶部出风口安装消声器，根据以往工程实测数据消声效果约为10 dB,传播至办公室内的噪声值不超过35 dB(A);方案二在冷却塔顶部出风口处增加消声导流筒，弯头角度为45°,背向办公楼，根据以往工程实测数据消声效果约为6～8 dB,传播至办公室内的噪声值不超过40 dB(A),造价约为方案一的40%。由于冷却塔距离办公楼有30 m, 噪声大部分自然衰减，最终选择采用在出风口处增加消声导流筒的措施。

图12冷却塔顶部风机声压云图

图13冷却塔顶部风机对大楼立面影响声压云图

消声导流筒主体为玻璃钢材质，并在内表面设置吸声层，弯头内不设插片，可改变冷却塔风机噪声传播方向，并降低出风口噪声。对单台冷却塔增加消声导流筒的影响进行分析，消声导流筒内表面吸声系数NRC为0.8。在顶部风机近场区域声压云图如图14所示。

由图14可知，冷却塔顶部风机近场声压经消声导流筒阻挡和吸声作用，噪声传播方向有所改变，强度减弱。随着频率的增加，消声导流筒对风机噪声的衰减效果更好，与隔声屏的隔声原理相同，可以将波长短的高频声反射回去，使屏障后方形成“声影区”,在声影区内感受到噪声明显下降。对波长较长的低频声，容易绕射过去，因此隔声效果较差。

图1 4 倍频带声压云图

冷却塔整体改造后，对顶部风机对办公楼噪声影响进行计算，如图15、图16所示。

由图15、图16可知，冷却塔改造后顶部风机噪声传播到办公楼外立面处的噪声值约为50～55 dB(A),可以满足办公室内背景噪声要求。

2.4 整体降噪效果计算

模拟计算改造后办公楼环境噪声，将隔声房等效为长方体进行模型设置，隔声量按表4中TLZ设置。计算结果如图17所示。

模拟结果表明，办公楼外1 m处噪声值约为52～58 dB(A),与图7相比整体降噪量达到15 dB(A)。按公式(1)计算，则传到办公室内的噪声值仅为32～38 dB(A),接近室内本底环境噪声。

图15改造后冷却塔顶部风机声压云图

图16冷却塔改造后对大楼立面影响声压云图

图17声环境改造后模拟结果图

3 测试结果

改造后现场冷却塔和排油烟风机情况如图18所示。

图18改造后现场图

进行背景噪声修正后的办公室噪声测试，结果如图19-20所示。

由图19-20可知，裙楼设备治理后，低楼层办公室的噪声测量值由改造前43.0～48.6 dB(A)降到34.8～38.6 dB(A),高楼层办公室的噪声测量值由改造前40.1～44.2 dB(A)降到36.8～39.6 dB(A)。办公室内噪声达到室内噪声设计限值，测点噪声值均低于40 dB(A)。测试结果表明，治理后室内声环境满足国家规范要求，隔声降噪技术措施正确有效。

图19低层办公室测点声压频谱曲线

图20高层办公室测点声压频谱曲线

对设备层实际改造效果进行分析，声压级测试结果如图21所示。

图21设备层噪声测点实测插入损失

由图21可知，与计算结果进行对比，测试插入损失结果与仿真计算值基本一致，与理论计算值相比高频段略低，这是因为出风口消声插片存在高频失效现象，会影响隔声罩整体高频隔声降噪性能。

4 结论

本商业综合体经隔声降噪改造后，排油烟风机和冷却塔已经运行了一年，在最炎热的工况下没有出现异常情况，商场内制冷效果与排油烟效果正常。本次设计的屋面设备隔声降噪措施，解决了办公楼区域原有的噪声问题，并保证了室外设备的安全稳定运行，达到了设计目标，并得到如下结论：

(1)商业综合体内部存在多种类型和数量的声源，因此在研究其噪声时需要考虑不同类型和空间位置声源的噪声叠加效应。在平面规划时，应利用合理的场地规划避免或减少噪声对周围噪声敏感房间的影响，合理确定防噪声距离，或提前规划布置设备隔声间，同时采取隔声降噪的综合技术措施。

(2)排油烟风机采用隔声罩进行隔声降噪有良好的效果。隔声罩设计时需要同时考虑隔声板性能、出风消声器性能、通风散热性能及防油烟性能。油烟从排风口排出后附着在隔声罩内表面吸声材料的孔隙中，会降低隔声罩吸声量，从而影响隔声罩的隔声效果。排油烟风机安装油烟净化器和降低出风口风速可以有效改善这一问题。

(3)冷却塔主要噪声来自顶部风扇，当对高层建筑产生影响时，可考虑采用消声导流筒，具有一定隔声和吸声作用，可改变噪声传播方向，降低目标噪声6～8 dB。其最大的特点是对冷却塔散热性能影响小，造价低廉。