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建筑给水排水系统噪声分析及控制措施

北极星环境监测网  来源:《建筑学研究前沿》  作者:李妙华  2019/9/11 16:26:18  我要投稿  

北极星环境监测网讯:摘要:噪声污染是继大气污染和水污染后的第三大污染。建筑给水排水系统发出的噪声,影响到人们的正常生活,引起了人们的广泛关注。本文结合笔者多年实践经验,对建筑给水排水系统噪声的主要声源进行分析,详细介绍了建筑给水排水系统噪声的控制方法。

1 前言

随着我国社会经济建设的快速发展,人们的生活质量不断提高,对居住区周边的环境也越来越重视,噪声污染就是影响环境的重要来源之一。噪声污染是继大气污染和水污染之后的第三大污染来源,其中建筑内部的噪声最为严重。建筑内部噪声来源分为两种,一种是常用的家用电器,比如电视、空调等,另外一种来自建筑给水排水系统产生的噪声。由于建筑施工、给水管道、排水管道和水泵自身的机械振动等原因,室内的噪声环境愈加严重。根据《民用建筑隔声设计规范》(GBJ118-88)规定:夜间卧室噪声不得超过30db,最高不得超过40db。但给水排水系统所产生的噪声远远超过规范标准,严重影响到建筑内部和周边居民的休息质量,严重情况下可能导致人们产生神经衰弱症。因此,如何控制建筑给水排水系统噪声成为了技术人员急需解决的问题。

2 建筑给水排水系统噪声分析

2.1 泵房噪声

(1)水泵运转过程中机械振动产生的噪声

由于水泵自身的结构、加工精度、比重、转速、流量和扬程及安装等因素,水泵在运行中会发生激烈的机械振动,产生金属撞击的噪声。噪声通过出水管、基座向室内传播。在实际操作中发现,转速越大,机械振动产生的噪声越大。

(2)水锤产生的噪声

水锤是指水泵突然启动或停止时,以及阀门的突然开启与关闭过程中,管道内的水流流速发生剧烈变化从产生一些列的压力交替变化的一种水击现象。其中危害及噪声最大的是停泵水锤,因为在水泵突然停机时,出水管处的水流由于惯性的作用会通过止回阀继续向上运动一段距离,使水泵出水口处产生一定的真空度,压力急剧下降。而由于惯性作用提升那段水柱在重力及压力两种力共同作用下加速反向运动。但是水泵出水口处设有止回阀,阻止了水流的倒流。此时反向运动的高速水流剧烈地冲击阀门,产生巨大的水锤噪声。

水锤的危害巨大,不仅会引起水泵及管道的振动,产生巨大的水锤噪声,而且会使机械设备受损,管道爆裂,供水中断等严重事故。

2.2 给水管道及相关附件噪声

(1)给水管道产生的噪声

给水管道中是有压流,而且通常情况下流速较大,因此水流在流动过程中会与管壁和空气发生摩擦。另外,水流在经过90°弯头、十字形管、T字形管等管道配件时,水流的流向会发生改变。根据动量定理,水流会对管壁冲击而引起管道的振动。并且压力越大,流速越大,产生的动量越大,管道振动也越激烈。这些因素都会产生噪声,并会通过管道及其支架不断传播。

另外水流在管网压力及重力作用下流向洗涤盆等受水器时,水流会撞击洗涤盆的盆底和边壁,也会产生一定的噪声。

(2)水龙头等给水附件的水锤噪声

人们在日常生活中,当开启水龙头或者电控阀时都会听见啸叫声,甚至会有“咔、咔、咔”的声音。这是由于阀门在突然开启时的瞬间,水流速度发生极大变化,使得阀门前后的压力变化而造成的水锤现象,也叫水击。水击使得管道发生振动,产生噪声,让人们感到极不舒服。

(3)气蚀噪声

在给水管网中,特别是热水管道系统,溶解在水流中的空气会在压力下降和温度升高时逐渐释放出来,并在管道中及顶部不断积聚,最后会形成气团。气团危害极大,它的形成不仅会降低管道的输水能力,还会造成局部压力的冲击,引起强烈的振动。

(4)液压进水阀关闭引起的噪声

在水箱或者水池中,当液压进水阀关闭时,过水断面会越来越小,而在进水压力不变的情况下,流速会越来越大。高速的水流会冲击水阀的阀芯,容易使阀门发生水击而震动,产生的噪声也较为严重。

2.3 卫生器具及排水管道的噪声

(1)卫生器具排水噪声

当卫生器具在开始排水时,水流与管道摩擦,以及水流撞击S型、P型存水弯而产生噪声;当器具内的水快排尽时,水流会呈漩涡状,容易形成负压,形成抽吸现象,并使得污废水在流动中掺入空气,形成气塞,引起管道振动。气塞还会使管道内压力变化起伏,造成水封被周期性破坏而发出噪声。

(2)排水管道噪声声源

污废水在排水管道中排放时是非满流。由于水质较为复杂,常常会有固、液、气三相流动,相比给水而言,排水的流动更为复杂。

污废水在排水横管中的流态可分为:急流段、水跃及跃后段、逐渐衰减段。其中急流段水流速度大,水深较浅,冲刷管壁较严重。由于水跃的形成,骤然使横支管内某处的水位升高,甚至会充满整个管道断面,造成水流中的气体不能自由流动,使横管中的压力突然增加,进而引起水封高度的变化,发出噪声。

不仅如此,当排水横支管中的水流纳入排水立管时,由于水流的突然转弯,会撞击十字管或者三通、T字型管等配件。水流的在撞击流状态下,由横支管进入排水立管中,在横支管和立管连接处在短时间会形成水舌。这种特殊的水力现象会造成水流能量的损失,而使得立管内造成一定的负压,导致水封极容易破坏,并产生噪声。

排水立管中水流形态较为复杂,常见的排水流态有:附壁螺旋流、水膜流、气塞流三种。当排水立管中水量较小时,水流经管壁摩擦,使得水流沿着管壁周边做螺旋运动,产生较小的噪声;而随着流量的增加,螺旋运动开始破坏,当水流覆盖管壁时,水流附着于管壁面呈水片下落的状态。这是因为管壁的吸附能力大于表面张力,当水量继续增加时,水流由于管道中空气的阻力和管壁的摩擦作用而形成水膜流,水膜厚度在下落时不断变化,引起管道内空气压力剧烈变化;当水量再增加时会产生稳定的气塞流,引起立管内的压力发生变化,会发生气体的撞击,摩擦,甚至会破坏水封而产生巨大的噪声。

3 建筑给水排水噪声的控制

结合建筑给水排水设计及实践中针对噪声控制的方法和效果,详细介绍建筑给水排水噪声的控制技术。

3.1 泵房的噪声控制

目前建筑小区的泵房大多都设在地下一层,有的甚至地下两层,对除底层住户之外影响不大,但是也要采取相关的噪声控制。

(1)在水泵的出水口设置缓闭止回阀或者消声止回阀代替普通的止回阀。缓闭止回阀可以减缓管道中水流的变化,从而降低停泵时水锤压力来降低噪声。经实测使用普通止回阀,水泵停泵后约0.8s会突发一脉冲音,音值为95db,以后噪声逐渐衰弱。而使用消声止回阀,水泵停泵后噪声从稳态的82db逐渐衰减。

另外可以选用振动惯量大的水泵,以减小水泵的减速过程,减缓水锤压力的形成。或者在水泵的出水口设置气压水罐,当水锤压力形成时,气压水罐中的气体被压缩,管道中的水进入气压水罐中,可以有效的降低水锤压力从而降低水锤噪声。

(2)根据水泵的型号、荷载等资料,在水泵的基座出设置橡胶隔振垫,并在水泵的吸水管和出水管上设置可曲挠橡胶接头。不仅可以减小水泵的机械振动,还能减少噪声的传播。

也可以通过转换橡胶接头的位置来降低噪声:如下图

图一中,水锤的作用直接在止回阀的阀板上,从而引起伸缩节的压缩,然后再反弹产生激烈震动。而图二中,将止回阀放在橡胶柔性接头后面,即使停泵时产生水锤,震动强度也会远远小于图一。

(3)地下室生活加压泵房宜避开住宅卧室正下方地下室,屋顶消防稳压设备不宜布置在需要安静的房间(如住宅的卧室等)的上下及毗邻的位置。

此外管道的支架宜采用弹性吊架或者弹性托架,并且在水泵出水管穿墙和楼板处及洞口与管外壁间填充弹性减震材料。

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3.2 给水噪声控制

因为给水水质及水压较稳定,所以要从控制水压、流量、管道的安装等方面来减小噪声。

(1)做好建筑竖向分区,合理分配水压,控制水流流速,确保入户前水流的最大净水压力不超过0.3MPa,以防止超压出流。在设计中,确定流速和管径一般按表一选取

表一 生活给水管中各种管径对应的合理流速

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(2)合理布置给水管道,将管径不超过25mm的管道全部沿楼板找平层或者沿墙暗敷,有条件的地方将给水立管全部设置于管道井中,并远离休息室。

管道的支架或者吊环内设置绝缘弹性材料,此外当给排水管道穿越楼板和墙体时,应有隔声措施,其孔口与管道间应采用玻璃纤维、岩棉等材料填充。以减小噪声沿管道传播。

另外严格按规定设置管道支架间距,特别是塑料给水管,要尽量缩小间距,以减少管道的振动,在施工中按照下表确定管道支架的间距。

表二 水平塑料管支架的最大间距

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(3)在加压给水立管的顶部设置自动排气阀,以减少管道中积聚的气团,使管内压力平衡。在热水管网系统中,上行下给式在系统配水干管最高点设排气装置,而下行上式可以利用最高配水点排气。

(4)选用充气型水嘴。不仅可以节水,还可以控制水嘴出流的流量,降低流速,从而减小水嘴开启时的哨叫声。并且在满足最大空气间隙时,应尽量减少水嘴至受水器的距离,以及选用弧形器壁的受水器等。笔者在背景噪声为62.4db时,测得四方形受水器和弧形收水器的噪声,结果如下表:

表三 不同形状受水器的噪声比较

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通过实验数据可知,在相同的背景下,弧形受水器比四方形受水器产生的噪声要低3.4db。

(5)生活水箱(池)进水管浮球阀噪声应采用如下措施进行控制:一、进水压力不宜大于0.15MPa;二、出水口加装短管使之淹没在开阀水位下500mm或在出水口处安装消能筒;三、浮球阀与进水管保持一定的距离减少液面波动对浮球阀的影响。尽量选用双隔膜式浮球控制阀代替传统的进水控制阀,该阀流阻小,无震动,噪声小。

3.3 排水噪声控制

由于排水管道中的流态较为复杂,笔者主要从排水管道的管材,管道的布置及相关配件等方面讲述控制噪声的方法

(1)排水管材尽量选用比重大的铸铁管或者UPVC螺旋管。关于各种管材的消声效果,美国Polysonics Acostical的工程师们做了测试。

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英国的工程师在环境温度20℃,背景噪声<30db;测试参数为平均A计权噪声级,测试结果如下表。

表四 各式排水管载流噪声比较

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由上表可知内壁光滑的UPVC管比壁螺旋管的噪声高约10db左右。这是由于螺旋管中螺旋突起的导流作用,使得水流在立管内形成水膜紧贴在立管壁做螺旋下降运动,不仅可以减小水流在立管内的流速,而且又使立管内气流通畅,压力较为问题,产生的噪声较小。所以在无条件限制的地方优先使用UPVC螺旋管。

(2)排水立管布置要远离卧室,书房等,并且推广运用同层排水体制。该体制不仅维护方便,而且有很好的隔声效果,使得下层用户很好的避免因为上层用户给水排水卫生器具的使用噪声带来的困扰。

(3)保证地漏等存水弯里的水封高度大于50mm,以抵抗管道压力波动引起的噪声。在排水立管上,每隔5~6层设置乙字弯管,能不断改变立管内的水流方向,增加向下流的阻力,可使水流速度下降50%。

(4)在横支管和立管连接部,设置偏心三通等,改变连接处的构造形式,使得横支管的水流沿着偏心三通的切线方向进入立管,避免了水舌的形成或者减小了水舌的形成面积,从而减少了水流冲击现象的发生,降低噪声。

(5)在经济条件允许的情况下,尽量选用坐式大便器。笔者在背景噪声为65db下,分别对脚踏蹲式大便器、冲落式座便器及虹吸式座便器的排水噪声进行了测量,结果如下:

表五 各式大便器的排水噪声对比

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由上述测量数据可知,虹吸式座便器的噪声最小,所以在经济允许的情况下优先选取虹吸式座便器。

4 结语

从给排水系统的噪声分析来看,要完全消除噪声是不太可能的,但可以通过一些有效的措施还是能控制噪声,减少影响。主要措施有:水泵选用缓止回阀及安装相关橡胶隔振垫,做好给水系统的竖向分区,避免超压出流,根据业主要求,尽量选用带有柔性接口机制的排水铸铁管及UPVC螺旋管,同时合理安装给水排水管道,最大限度降低噪声,为居民提供一个舒适的环境。


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