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燃气壁挂炉噪声分析方法探讨

2016-04-08

摘  要:本文提出一种壁挂炉噪声计算方法,通过对壁挂炉噪声进行叠加和分解,将壁挂炉噪声声压级分解成若干个部件的噪声声压级,为解决噪声问题提供正确的方向。

关键词:壁挂炉;噪声;声压级;A计权

 

1 引言

噪声污染与水污染、大气污染、固体废弃物污染被看成是世界范围内四个主要环境问题。噪声,就是人们不需要的声音,它包括杂乱无章的、影响人们工作、休息、睡眠的各种不协调声音。社会噪声包括人们的社会活动和家用电器、音响设备发出的噪声。这些设备的噪声级虽然不高,但由于和人们的日常生活联系密切,使人们在休息时得不到安静,尤为让人烦恼,极易引起邻里纠纷。

随着消费者环保理念和健康意识的提高,环保节能逐渐成为家电发展的新趋势。因工作时间与人们休息时间出现交叉,燃气壁挂炉的工作噪声对人们的影响更加大。降低壁挂炉的工作噪声是创造舒适生活和保护人居环境的一个重要课题。噪声分析,是解决噪声问题的第一步,本文拟对壁挂炉的噪声进行分析,提供一种计算方法。

 

2 噪声的主观评价

对噪声进行评价,是一个比较复杂的过程。噪声具有许多不同的声学特性,不同的声学特性对噪声有不同的评价方式,本文从声压级与A计权声级两个特性出发,评价壁挂炉的噪声。

2.1 声压级

当没有声波存在、大气处于静止状态时,其压强为大气压强P0。当有声波存在时,局部空气产生压缩或膨胀,在压缩的地方压强增加,在膨胀的地方压强减少,这样就在原来的大气压上又叠加了一个压强变化。这个叠加上去的压强变化是由于声波而引起的,称为声压。声压的大小用声压级进行标度, 声压级的定义如下:

LP=201g(p/p0)                              (1)

式中:LP—声压级,dB;p—声压,Pa;p0—基准声压,空气中p0=2×10-5 Pa。

2.2 噪声叠加的分贝计算

如果有两个互相独立且具有不同频率的声源,在离两声源相同距离的某一点上所产生的振动时而互相加强,时而互相减弱,随时间平均后的结果与相互间没有发生作用时的情况一样,这样的声波叫不相干波。人们日常遇到的噪声一般是不相干波。根据能量叠加的法则,总声压为两个不相干波的平方和,即:

              (2)

式中:p—两个声源叠加的声压;p1、p2—为两个声源的声压。

将式(2)代入式(1)可得知离声源相同距离的两个声音叠加后的总声压级为:

    (3)

式中:L1、L2—两个声源的声压级。

设 L1>L2,δ=L1-L2,代入式(3)可得:

  (4)

根据式(4),当δ大于6时,分贝增值小于1,则当两个噪声声压级差值较大时,声压级较小的噪声对总声压级影响很小。由此可见,为了显著地降低机组总噪声级,首先必须对最强烈的噪声源进行处理。

当有N个噪声源时,总声压为:

      (5)

2.3 计权声级

人耳对于高频声音,特别是频率在1000~5000Hz之间的声音比较敏感;而对于低频声音,特别是对100Hz以下的声音不敏感。即声压级相同的声音会因为频率的不同而产生不一样的主观感觉。为了使声音的客观量度和人耳的听觉主观感受近似取得一致,通常对不同频率声音的声压级经某一特定的加权修正后,再叠加计算可得到噪声总的声压级,此声压级称为计权声级。

计权网络是近似以人耳对纯音的频率特性而设计的,通常采用的有A、B、C、D四种计权网络,图1所示的是国际电工委员会(IEC)规定的四种计权万罗的频率响应的相对声压级曲线。其中,A计权的频率响应与人耳对声音的灵敏度相当,A声级是目前广泛应用的一个噪声评价量。

 

3 实验及结果分析

3.1 实验样品

本实验样品来自我司生产的24kW常规壁挂炉。根据经验,壁挂炉噪声主要分为三大部分:风机噪声、水路噪声和燃烧噪声。因壁挂炉燃烧噪声不能直接测量,本实验分五种工况进行测试:工况1:风机单独运转,燃烧器和水泵均不运行;工况2:水泵单独运转,燃烧器和风机均不运行;工况3:燃烧器不运行,风机和水泵运转;工况4:样品额定负荷运行,使用国产燃烧器(下文称燃烧器A);工况5:样品额定负荷运行,使用进口燃烧器(下文称燃烧器B)。

3.2 实验方法和实验环境

        图2 实验环境

本实验根据GB 25034-2010《燃气采暖热水炉》中规范的方法进行测试,使用仪器为声级计,实验时,声级计与样品距离为1m。实验环境采用GB/T 6882-2008《声学噪声源声功率级的测定消声室和半消声室精密法》所规定的半消音室(见图2)。

3.3 实验数据

根据以上方法测出的噪声数值如表1。

根据表1,可得出各工况下噪声频谱(见表3)。

               图3 各工况下噪声频谱

 

4 数据分析

4.1 A计权声压级修正

根据JJG 188—2002《声级计检定规程》所提供的修正系数,对表1数值进行修正,可以得到A计权声压级(见表2和表3)。

4.2 各工况声音叠加计算

(1) 各工况噪声总声压级计算

将表2、表3中的A计权声压级代入公式(5),可以算出各工况下样品所发出的噪声,计算值见表4。

(2) 风机水泵噪声验证

将风机单独运转总声压级41.33dB(A)和水泵单独运转总声压级38.67dB(A)代入式(3),计算可得风机水泵总声压级叠加值为43.21dB(A),该数值与两者同时运转值43.73dB(A)相符,说明该计算方案具有一定参考价值。

(3) 燃烧器噪声计算

将表4中整机运行总声压级和风机水泵运转总声压级参数代入公式(5),可反向计算出燃烧器A工作噪声为38.52dB(A),燃烧器B工作噪声为35.14dB(A)。

4.3 小结
从计算值可以看出,本次实验的样品各部分噪声的声压级与声音叠加计算相符。该样品各部件中,主要噪声源为风机、水路系统和燃烧器。针对于该机型的噪声改良,应优先考虑风机。

 

5 结语

从实验数据分析可以得出,该分析方案可以将壁挂炉整机噪声声压级分解成几个部件的噪声声压级。根据噪声叠加原理,可界定壁挂炉的主要噪声源,为解决噪声提供正确的改进方案。

摘  要:本文提出一种壁挂炉噪声计算方法,通过对壁挂炉噪声进行叠加和分解,将壁挂炉噪声声压级分解成若干个部件的噪声声压级,为解决噪声问题提供正确的方向。

关键词:壁挂炉;噪声;声压级;A计权

 

1 引言

噪声污染与水污染、大气污染、固体废弃物污染被看成是世界范围内四个主要环境问题。噪声,就是人们不需要的声音,它包括杂乱无章的、影响人们工作、休息、睡眠的各种不协调声音。社会噪声包括人们的社会活动和家用电器、音响设备发出的噪声。这些设备的噪声级虽然不高,但由于和人们的日常生活联系密切,使人们在休息时得不到安静,尤为让人烦恼,极易引起邻里纠纷。

随着消费者环保理念和健康意识的提高,环保节能逐渐成为家电发展的新趋势。因工作时间与人们休息时间出现交叉,燃气壁挂炉的工作噪声对人们的影响更加大。降低壁挂炉的工作噪声是创造舒适生活和保护人居环境的一个重要课题。噪声分析,是解决噪声问题的第一步,本文拟对壁挂炉的噪声进行分析,提供一种计算方法。

 

2 噪声的主观评价

对噪声进行评价,是一个比较复杂的过程。噪声具有许多不同的声学特性,不同的声学特性对噪声有不同的评价方式,本文从声压级与A计权声级两个特性出发,评价壁挂炉的噪声。

2.1 声压级

当没有声波存在、大气处于静止状态时,其压强为大气压强P0。当有声波存在时,局部空气产生压缩或膨胀,在压缩的地方压强增加,在膨胀的地方压强减少,这样就在原来的大气压上又叠加了一个压强变化。这个叠加上去的压强变化是由于声波而引起的,称为声压。声压的大小用声压级进行标度, 声压级的定义如下:

LP=201g(p/p0)                              (1)

式中:LP—声压级,dB;p—声压,Pa;p0—基准声压,空气中p0=2×10-5 Pa。

2.2 噪声叠加的分贝计算

如果有两个互相独立且具有不同频率的声源,在离两声源相同距离的某一点上所产生的振动时而互相加强,时而互相减弱,随时间平均后的结果与相互间没有发生作用时的情况一样,这样的声波叫不相干波。人们日常遇到的噪声一般是不相干波。根据能量叠加的法则,总声压为两个不相干波的平方和,即:

              (2)

式中:p—两个声源叠加的声压;p1、p2—为两个声源的声压。

将式(2)代入式(1)可得知离声源相同距离的两个声音叠加后的总声压级为:

    (3)

式中:L1、L2—两个声源的声压级。

设 L1>L2,δ=L1-L2,代入式(3)可得:

  (4)

根据式(4),当δ大于6时,分贝增值小于1,则当两个噪声声压级差值较大时,声压级较小的噪声对总声压级影响很小。由此可见,为了显著地降低机组总噪声级,首先必须对最强烈的噪声源进行处理。

当有N个噪声源时,总声压为:

      (5)

2.3 计权声级

人耳对于高频声音,特别是频率在1000~5000Hz之间的声音比较敏感;而对于低频声音,特别是对100Hz以下的声音不敏感。即声压级相同的声音会因为频率的不同而产生不一样的主观感觉。为了使声音的客观量度和人耳的听觉主观感受近似取得一致,通常对不同频率声音的声压级经某一特定的加权修正后,再叠加计算可得到噪声总的声压级,此声压级称为计权声级。

计权网络是近似以人耳对纯音的频率特性而设计的,通常采用的有A、B、C、D四种计权网络,图1所示的是国际电工委员会(IEC)规定的四种计权万罗的频率响应的相对声压级曲线。其中,A计权的频率响应与人耳对声音的灵敏度相当,A声级是目前广泛应用的一个噪声评价量。

 

3 实验及结果分析

3.1 实验样品

本实验样品来自我司生产的24kW常规壁挂炉。根据经验,壁挂炉噪声主要分为三大部分:风机噪声、水路噪声和燃烧噪声。因壁挂炉燃烧噪声不能直接测量,本实验分五种工况进行测试:工况1:风机单独运转,燃烧器和水泵均不运行;工况2:水泵单独运转,燃烧器和风机均不运行;工况3:燃烧器不运行,风机和水泵运转;工况4:样品额定负荷运行,使用国产燃烧器(下文称燃烧器A);工况5:样品额定负荷运行,使用进口燃烧器(下文称燃烧器B)。

3.2 实验方法和实验环境

        图2 实验环境

本实验根据GB 25034-2010《燃气采暖热水炉》中规范的方法进行测试,使用仪器为声级计,实验时,声级计与样品距离为1m。实验环境采用GB/T 6882-2008《声学噪声源声功率级的测定消声室和半消声室精密法》所规定的半消音室(见图2)。

3.3 实验数据

根据以上方法测出的噪声数值如表1。

根据表1,可得出各工况下噪声频谱(见表3)。

               图3 各工况下噪声频谱

 

4 数据分析

4.1 A计权声压级修正

根据JJG 188—2002《声级计检定规程》所提供的修正系数,对表1数值进行修正,可以得到A计权声压级(见表2和表3)。

4.2 各工况声音叠加计算

(1) 各工况噪声总声压级计算

将表2、表3中的A计权声压级代入公式(5),可以算出各工况下样品所发出的噪声,计算值见表4。

(2) 风机水泵噪声验证

将风机单独运转总声压级41.33dB(A)和水泵单独运转总声压级38.67dB(A)代入式(3),计算可得风机水泵总声压级叠加值为43.21dB(A),该数值与两者同时运转值43.73dB(A)相符,说明该计算方案具有一定参考价值。

(3) 燃烧器噪声计算

将表4中整机运行总声压级和风机水泵运转总声压级参数代入公式(5),可反向计算出燃烧器A工作噪声为38.52dB(A),燃烧器B工作噪声为35.14dB(A)。

4.3 小结
从计算值可以看出,本次实验的样品各部分噪声的声压级与声音叠加计算相符。该样品各部件中,主要噪声源为风机、水路系统和燃烧器。针对于该机型的噪声改良,应优先考虑风机。

 

5 结语

从实验数据分析可以得出,该分析方案可以将壁挂炉整机噪声声压级分解成几个部件的噪声声压级。根据噪声叠加原理,可界定壁挂炉的主要噪声源,为解决噪声提供正确的改进方案。