一:前言
通風系統為建築物維持室內空氣品質的必要系統,然而通風系統可能延伸的噪音情形亦衍生出許多的問題。一般而言主要的通風噪音問題發生在停車場、廁所、廚房等場所,其中又以停車場通風為經常性的困擾,本文擬就停車場的通風噪音問題與解決方案與大家做一些分享。
二:說明
停車場的通風系統主要由進氣風機吸進空氣後,經擾流風機送到排氣風機側,由排氣風機送出空氣到戶外。地下各樓層皆為類似的做法以達通風的要求,在通風系統的正常運作下,常有噪音的問題需要解決。由於防音設備有消音箱、消音百葉、隔音門、吸音壁面等設備,如何妥善利用這些設備以達到最經濟可行的防音做法,本公司整理相關經驗與大家做一些探討:
1. 風機設備:停車場所用的風機主要為軸流與離心風機:在同樣的靜壓與風量之下,軸流風機較離心風機多 7~15 分貝。由於軸流風機佔地較小,部分停車場的機房亦小,僅能放置軸流風機,若是如此,整個機房的隔音需更小心,此時很可能還需要考慮到風機噪音從帆布接頭穿透(Breate out)並從機房門逸出的路徑。
2. 防音設備:主要可分為以下三大類:吸音設備、隔音設備、消音設備,今分述如下:
(1) 吸音設備:用於吸收音源的聲音,避免反射音的產生。如吸音壁板、吸音天花板等,降低聲音約 5~8 分貝。
(2) 隔音設備:用於阻隔聲音的進出,如隔音門、隔音窗、隔音牆。可以隔音約 30~50 分貝。
(3) 消音設備:用於在不影響通風狀態下,降低通風時噪音的逸出,如消音箱、消音百葉等。消音百葉可以消音約 12~20 分貝,消音箱可以消音 10~40 分貝。
一般消音箱的閘板主要為 20cm,部分消音箱設計為消除低頻噪音而採 30cm的消音閘板,消音閘板分佈愈密其開口率(Open area rate)愈小,其消音量效果變好,但壓損增加且再生噪音變大。主要消音箱的開口率從 20%~50%,壓損後數 K 值約為 0.6~5,消音箱的壓:Pd = kv2,Pd:pa , V:面速度(m/s)
若消音箱的安裝非標準方式而有如下的情形發生,壓損係數會增加,增加的幅度如下:
另消音箱的測試方法一般採取 ASTM E477,BS4718 與 ISO 7235,主要的測試項目有三:
- 插入損失:靜態/動態(插入損失)。
- 壓損:在某特定風速(m/s)下的壓損(pa)
- 再生噪音:在某特定風速下的再生噪音,此再生噪音係由於風快速吹過消音箱受到阻擋在發出的聲音能量(Sound Power)。
目前 AMCA 協會亦製定 AMCA 1011 草案以爭取未來消音箱可以到 AMCA 實驗室進行測試並給與認證標纖。
3.。通風設備的防音作法:風機依是否有設置通風機房改善方式可分為以下二總:
(1)設有通風機房
因風機放置於機房,且機房本身為 RC 建材,有充足的隔音量,所以會影響聲音進出的地方僅為門、風管、通風豎井及百葉開口的地方,需針對此部分加強噪音改善。
- 機房門:可考慮改成隔音門。有較佳的隔音功效,其平均隔音量約為 30-50分貝,較一般防火門隔音量 15~20 分貝高出甚多。
- 對外風管及通風豎井:加裝通風消音箱,消音箱內有吸音閘板可消檢噪音,其面速度需控制在 5~7.5m/s 以下。但 1f 排氣蹲座的百葉需控制面速度 2.5m/s 以避免風切聲。消音箱可以降低噪音 20~40 分貝。此部分防音措施在降低 1F 附近的噪音,以符合環保法規的要求。
- 對停車場內的百葉:改成通風消音箱加線型出風口或消音百葉方式處理。消音百葉與一般百葉常見的差別為:消音百葉較厚約 30-60 公分,內含吸音棉可消音 12~20 分貝。若用消音百葉,需維持百葉的面速度 2.5m/s;若採消音箱可使用 7.5m/s 的面速度。但消音箱一般搭配線型出風口與大開口率百葉(>50%),由於擔心百葉與線型出風口的再生噪音太大,所以消音箱的面速度與在停車場部分可控制為 5m/s。可以不用擔心出風口的再生噪音。此部分防音措施在降低停車場噪音。
- 吸音壁面及天花:做於機房牆面及天花,用以吸收機房內噪音源反射音,以降低機房噪音。此部份可以消音約為 5~8 分貝。
(2)未有通風機防,設備懸吊於樓板上
因風機直接懸吊於停車場樓板上,屬於開放空間,噪音會直接傳至停車空間,因此在防音措施上需注意風機外覆隔音罩之隔音量,及風機二側加裝通風消音箱,以降低室內與戶外的噪音。需特別注意的是,
- 風機若加消音箱,消音箱的面速度需控制在 7.5m/s 以下
- 風機先裝消音箱再裝帆布接頭可以避免聲音從帆布接頭穿透(break out)出來。
消音箱的選取常常需要在壓損(Pressure drop)與消音量(Insertion Loss)之間作一個平衡。妥善的考量二者的平衡,不僅不會增加設備太多的馬力數,也可以使噪音獲得妥善的處理。
4.系統操作曲線:
目前地下停車場風機的設計主要遵循建築技術規則 139 條,採取 25cmh/m2 的風量設計,技師或風機廠商會估算整個系統的壓損而訂出風機的條件:(例如 Q:300cmh,Pt:30mm H2O)由於此估算為求高的安全係數經常高估消音箱的壓損,但真實系統沒有那麼高的壓損。導致風機操作點離開原設計操作點,經常發生風量 Q變大的情形,如此消音箱設備的消音量會降低(當風速 V > 10m/s 以上時,消音箱的消音量會減低),且風量 Q 變大,速度 V 變大後消音設備的再生噪音會急遽上升,導致整個系統噪音超出原來的估算。。由於整個系統一開始的設計無法盡善盡美(風機的靜壓與風量,常常會反覆異動:系統壓損的回饋,更新選機系統)所以筆者建議:除非很確定風機相關條件的正確性(風量、靜壓),否則盡量不要採用直結式軸流風機,否則未來的風量平衡較不易控制(雖然有風門可以調整,但衍生出來的再生噪音議題亦有責任釐清不易的困擾。)或採直結風機但需要有變頻器以行風量的平衡。
5.噪音標準:
目前的停車場噪音標準有二:
對內:停車場的內部,法令沒有強制要求,一般採 NC 60~NC 70 之間。以為一般民眾可以接受的範圍,亦為 SMACNA 的建議標準。
對外:戶外周界為環保署要求的噪音標準量測點,部分設計單位把出口外 1m處當成環保標準驗收點,不僅耗費巨資,有時也不易達成。環保署噪音管制法的要求如下:
6.操作模式:
由於地下停車場的操作可分為依照時間、依照氣體濃度(CO/CO2)來啟動風機,有時設計單位要求各樓層同時啟動,但出氣/進氣百葉沒有依照 SMACNA 的要求風速來設計(排氣 2.5m/s~進氣 3m/s),或此部分開口已為建築師指定面積與高度等(考慮建築物的遮蔽率與容積率),此亦增加噪音控制的變數(風切聲太大)。
7.一般通風設備防音設計的缺失:
今整理本公司經歷與看過得相關通風噪音問題與大家分享,其中包含停車場側與戶外側的防音處理常見做法之優缺點與可能衍生的問題,並做出建議,期望我們的設計可以愈來愈進步。主要的問題如下:
- 沒有考慮消音設備的面速度限制
- 擴管限於現況沒有做好妥善規劃
- 風切聲沒有注意考慮
建議地下停車場的防音作法
8.相關通風噪音計算:
有關風機對室內側與戶外側的噪音影響是可以計算預估的,筆者最常遇到的問題為噪音的計算準確度為何?茲說明如下:噪音的計算可分為室內側與戶外側,室內側為一個封閉空間,聲學上屬混響音場,影響該空間的因素如下:
(1) 設備的聲功率:依 AMCA300 測試的聲功率,AMCA 的測試方法又分成suction、dischange 等的位置。
(2) 消音箱的消音量:實驗室的測試資料。依照 astm e477。
(3) 停車場的平均吸音係數:不好掌握(4) 量測距離:離百葉 1.5m 左右
(5) 百葉的再生噪音:不同風速下打到百葉產生的噪音,百葉廠商無法提供。
(6) 防火門的隔音量:一般約 15-20 分貝,部分風機的噪音設計會使防火門有噪音逸出。(採軸流風機沒有考慮聲音從帆布接頭穿透 break out,再從防火門跑出去。)
若考慮戶外噪音,戶外噪音屬於開放空間,聲學上為自由音場,影響該空間的因素如下:與前(1) (2) (4) (5)同。
雖然計算上會有些未知參數需要假設,會影響其準確度,但這樣的誤差可在安全係數的控制下得到修正,唯筆者這些年來從事地下停車場最大的變數有以下5 點:
(1)風機沒有 AMCA 300 的測試數據。風機廠商提供不明確的噪音值(聲壓/聲功率,dB/dBA,總量/分頻噪音等等的不明確數值)
(2)完工後沒有進行風量平衡,經常會發現實際風量會超出設計風量許多。
(3)百葉選用防颱百葉或百葉的面積明顯不足:防颱百葉由於開口率低,再生噪音較高,若再不遵循 SMACNA 建議的百葉面速度 2.5~3m/s 的要求,會使風切聲變大。筆者經常發現有百葉面速度>10m/s 的不合理設計。最近捷運的豎井設計都採開口率大的百葉或格柵,若雨水落到排氣井內,設排水溝處
理這些雨水,可避免風切聲的產生。
(4)沒有合適的擴管:礙於機房空間不足,導致沒有空間做妥善的擴管,使擴管角度太大產生氣流不均勻的情形,造成壓損過大(因風集中於小面積百葉)與再生噪音過大。
(5)設計軸流風扇沒有妥善考慮基地防音設備的配置:由於軸流風扇 20hp的聲功率即可能超過 100 分貝,整個機房會充斥噪音,噪音可能來自於這些噪音可能從門縫竄出,但門為建築所設計,無法掌握其隔音效果,變成門外噪音甚大的困擾。
今整理相關室內/戶外側的噪音計算資料給大家參考。
三:結論:
由於通風系統是一個環環相扣的系統,風機、風門、風管、消音箱、百葉各個風管系統的組件都影響氣流的流通與聲音的傳遞,妥善考慮整個系統是做好消音工程的必要條件,裝一個消音箱(或消音百葉)不是就沒有噪音的困擾了,不妥善考慮整個系統,可能消音箱與消音百葉會得到反效果。
目前環保意識高漲,戶外噪音符合環保法令噪音管制標準的要求,亦是通風業者需注意的事情,否則設備啟動超出噪音管制標準導致的相關問題:管委會扣業者保留款,或衍生的法令問題,會使問題更加複雜。
參考文獻
1.噪音管制標準:環保署 2008
2. AMCA 300: Reverberant room method for sound testing of fan
3. ASTM E477: standard test method for measuring acoustical and airflow performance of duct liner material and prefabricated silencers
4.BS 4718: Methods of test for silencers for air distribution systems
5. SMACNA: Hvac systems duct design,1990 3rd. P9.14