Sự truyền âm kiểu phát xạ và tổn thất trên đường truyền
Sự phát xạ âm Tiếng ồn do sóng âm hoặc sự rối loạn của dòng không khí bên trong đường ống có thể xuyên qua thành ống làm thành ống dao động. Sự truyền âm theo cách đó gọi là sự phát xạ âm. Tiếng ồn ngược lại cũng có thể ...
Sự phát xạ âm
Tiếng ồn do sóng âm hoặc sự rối loạn của dòng không khí bên trong đường ống có thể xuyên qua thành ống làm thành ống dao động. Sự truyền âm theo cách đó gọi là sự phát xạ âm.
Tiếng ồn ngược lại cũng có thể truyền vào bên trong ống, chạy theo hệ thống đường ống và vào phòng hoặc ra ngoài.
Tổn thất âm phát xạ trên đường truyền
a. Khái niệm.
- Mức suy giảm âm thanh do truyền TL (Transmission loss) khi qua tường, vách ngăn hoặc các vật cản khác trong trường hợp tổng quát được tính theo công thức :
TL = 
TL - Tổn thất âm trên đường truyền, dB
Wvao - Năng lượng sóng âm tới, W
WCL - Năng lượng còn lại của sóng âm khi qua vách, W
Tổn thất do truyền âm phụ thuộc vào khối lượng riêng của vật liệu vách và tần số âm thanh.
Đối với tường bê tông hoặc ống kim loại khi tăng gấp đôi khối lượng vách thì trị số TL tăng từ 2 -> 3 dB cho tiếng ồn dưới 800 Hz và tăng từ 5 -> 6 dB cho tiếng ồn trên 800 Hz. Quan hệ giữa TL và khối lượng vật liệu bị ảnh hưởng của nhièu yếu tố khác như khe nứt, độ cứng, độ cộng hưởng, sự không đồng nhất của vách ngăn ...vv
- Tổn thất âm do phát xạ từ trong ống ra trong trường hợp tổng quát :
-
trong đó:
LV - Mức năng lượng âm thanh đầu vào ống, dB
LR - Mức năng lượng âm phát xạ sau khi xuyên qua ống, dB
AN, AT - Diện tích phát xạ mặt ngoài ống và diện tích tiết diện ngang bên trong ống, in2
- Tổn thất phát xạ âm vào đường ống trong trường hợp tổng quát :
dB (9-15)
WV - Cường độ âm truyền tới ống, dB
WR- Cường độ âm được truyền qua ống, dB
b. Tổn thất âm do phát xạ qua thành ống chữ nhật ra ngoài
Để tính tổn thất trên đường truyền qua ống chữ nhật người ta giới hạn tần số âm thanh sau đây để làm mốc:
(9-16)
trong đó:
fL gọi là tần số âm mốc.
a, b là hai cạnh của ống chữ nhật, in
- Khi tần số f < fL thì kiểu sóng phẳng là chủ yếu và độ giảm âm tính theo công thức :
- Khi f > fL thì sóng âm là kiểu hỗn hợp được tính theo công thức:
trong đó :
m - Khối lượng trên 1 đơn vị diện tích thành ống, lb/ft2
Theo công thức ở trên, tổn thất âm do truyền qua ống chữ nhật không phụ chiều dài ống mà phụ thuộc vào khối lượng trên 1 đơn vị diện tích thành ống m.
Dưới đây là tổn thất âm khi truyền qua đường ống ở các dải tần số khác nhau.
Bảng 9-12 : Tổn thất âm khi truyền từ ống ra ngoài TLR, dB
Bảng 9-13 : Tổn thất âm khi truyền vào đường ống TLV, dB
c. Tổn thất âm do phát xạ qua thành ống dẫn tròn ra ngoài
Tổn thất âm khi truyền qua ống dẫn tròn khác với ống dẫn chữ nhật. Khi tần số thấp các sóng phẳng ngăn cản sự truyền âm trong ống ra ngoài nên tổn thất rất lớn.
Bảng 9-14 dưới đây trình bày các tổn thất do truyền âm từ ống dẫn ra ngoài
Bảng 9-14 : Tổn thất truyền âm từ ống tròn ra ngoài TLR, dB
trong đó
D - đường kính ống, in
sichma- Chiều dày của ống, in
L - Chiều dài ống, ft
Trong trường hợp tập âm nèn che khuất tiếng ồn phát xạ, thì giới hạn thấp hơn của TL được biểu thị bằng dấu >. Các số liệu trong dấu ngoặc đơn cho biết rằng tiếng động nền sẽ sinh ra một giá trị lơn hơn số liệu thông thường.
Tổn thất âm TL của ống ôvan
Mức tổn thất âm thanh khi truyền qua thành ống ôvan được dẫn ra ở bảng
Bảng 9-15 : Tổn thất truyền âm từ ống ôvan ra ngoài TLR, dB
Tổn thất âm khi qua cấu trúc xây dựng
Khi truyền âm qua các kết cấu xây dựng , năng lượng âm thanh bị tổn thất một lượng đáng kể , qua nghiên cứu người ta đã đưa ra các kết quả xác định tổn thất âm thành.
Tổn thất qua tường, vách ngăn, cửa kính và khoảng trống trên trần được tính theo bảng 9-16 dưới đây:
Bảng 9-16 : Tổn thất âm khi đi qua kết cấu xây dựng, dB
4 Hiệu ứng làm giảm âm kết hợp giữa trần và khoảng trống trên trần
Trần và khoảng trống trên trần có tác dụng giảm âm phát xạ từ đường ống ra một cách đáng kể, đặc biệt là trần có cách âm.
Đối với trần cách âm bằng sợi vô cơ khối lượng 35 lb/ft3 thì mức độ giảm âm theo các dải tần cho ở bảng 9-17 :
Bảng 9-17 : Tổn thất âm qua trần cách âm, dB
Trường hợp có một hoặc nhiều nguồn âm trong phòng
Căn cứ vào thực nghiệm người ta đưa ra công thức tính mức áp suất trong phòng Lpr (dB) từ mức cường độ âm LWr
(9-19)
trong đó :
Lwr - Mức cường độ âm trong phòng, dB
V - Thể tích của phòng, ft3
f - Tần số trung tâm của dải ốcta, Hz
r - Khoảng cách từ nguồn âm tới nơi thu nhận, ft
Nếu trong phòng có nhiều nguồn âm thì tính Lpr riêng rẻ và cộng lại để tính tổng áp sấu âm tại nơi thu nhận.
Trường hợp có nhiều miệng thổi khuyếch tán đặt sát trần
Trong các văn phòng và phòng lớn trong toà nhà thường có nhiều miệng thổi . Nếu số lượng lớn hơn hay bằng 4 và độ độ cao lắp đặt như nhau thì mức áp suất âm trong phòng ở độ cao 5 ft cách sàn được xác định như sau :
LWS - Mức cường độ âm thanh của miệng thổi, dB
h - độ cao của trần, ft
N - Số miệng thổi
X = F/h2 : F - Diện tích sàn do 1 miệng thổi đảm nhận, ft2
Hiệu ứng không gian
Hiệu ứng không gian là sự chênh lệch giữa mức áp suất âm thanh và mức cường độ âm thanh trong phòng Lp - Lw
Trong kỹ thuật điều hoà không khí người ta thường sử dụng các thiết bị tiêu âm nhằm giảm âm thanh phát ra từ các thiết bị và dòng không khí chuyển động truyền đến khu vực xung quanh và đặc biệt là truyền vào phòng.
Đối với các thiết bị nhỏ như các quạt, FCu và AHU người ta bọc kín thiết bị bằng các hộp tiêu âm để hút hết các âm thanh phát xạ từ thiết bị không để chúng lan truyền ra chung quanh
Đối với các AHU lớn, phòng máy Chiller người ta đặt trong các phòng máy kín có bọc cách âm.
Đối với dòng không khí người ta sử dụng các hộp tiêu âm đặt trên đường đi. Các hộp tiêu âm này có nhiệm vụ hút hết âm lan truyền theo dòng không khí chuyển động. Dưới đây trình bày cấu tạo của hộp tiêu âm đặt trên đường ống.
Hình 9-2 : Cấu tạo hộp tiêu âm
Trên hình 9-2 là cấu tạo của hộp tiêu âm thường được sử dụng trong kỹ thuật điều hoà không khí.
Cấu tạo của hộp tiêu âm gồm các lớp sau đây (kể từ trong ra ngoài) :
- Lớp tôn có đực lỗ fi6, a=20mm
- Lớp vải mỏng
- Lớp bông hút âm
- Lớp tôn vỏ ngoài
Hộp tiêu âm được định hình nhờ khung gỗ bao quanh . Độ dày D của lớp bông thuỷ tinh nằm trong khoảng 100 -> 300mm. Độ dày càng lớn khả năng hút âm càng tốt. Lớp trong cùng là lớp tôn đục lỗ , các lỗ có tác dụng hút âm thanh, trong một số trường hợp người ta sử dụng lứới sắt hoặc lưới nhựa để thay thế.
Khái niệm
Bụi là một trong các chất độc hại . Tác hại của bụi phụ thuộc vào các yếu tố : Kích cỡ bụi, nồng độ bụi và nguồn gốc bụi.
- Nguồn gốc:
+ Hữu cơ : Do các sản phẩm nông nghiệp và thực phẩm như thuốc lá, bông gỗ, các sản phẩm nông sản, da, lông súc vật
+ Bụi vô cơ : Đất, đá, xi măng, amiăng, bụi kim loại
- Kích cỡ hạt: Bụi có kích cỡ càng bé tác hại càng lớn do khả năng xâm nhập sâu, tồn tại trong không khí lâu và khó xử lý.
+ Rất mịn : 0,1 - 1 μm
+ Mịn : 1 - 10 μm
+ Thô : > 10 μm
- Nồng độ :
+ Nồng độ bụi cho phép trong không khí thường cho theo nòng độ ôxit silic
Bảng 9-18
Khi lựa chọn thiết bị lọc bụi căn cứ vào các đặc tính sau:
- Hiệu quả lọc bụi b :
-
G'b, G"b - Lượng bụi vào ra thiết bị trong một đơn vị thời gian
z'b, z"b - Nồng độ bụi vào ra thiết bị trong một đơn vị thời gian
- Phụ tải không khí : L (m3/h.m2) Lưu lượng lưu thông không khí tính cho 1m2diện tích bề mặt lọc.
- Trở lực thủy lực deltap = C.p.om2/2: Trở lực thủy lực của thiết bị lọc
Các thiết bị lọc bụi và tính toán
Thiết bị lọc bụi có nhiều loại, tuỳ thuộc vào nguyên lý tách bụi, hình thức bên ngoài, chất liệu hút bụi mà người ta chia ra :
- Buồng lắng bụi
- Thiết bị lọc bụi kiểu xiclon
- Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính
- Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải, lưới lọc, thùng quay.
- Thiết bị lọc bụi kiểu tĩnh điện
Buồng lắng bụi.
Buồng lắng bụi có cấu tạo dạng hộp , không khí vào 1 đầu và ra đầu kia. Nguyên tắc tách bụi của buồng lắng bụi chủ yếu là :
- Giảm tốc độ hổn hợp không khí và bụi một cách đột ngột khi vào buồng. Các hại bụi mất động năng và rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực.
- Dùng các vách chắn, vách ngăn để khi không khí va đập vào các hạt bụi bị mất động năng và rơi xuống đáy buồng.
- Ngoặt dòng khi chuyển động trong buồng.
Trên hình 9-3 trình bày một số kiểu dạng buồng lắng bụi
Buồng lắng bụi đơn giản chỉ dựa trên nguyên tắc giảm tốc độ đột ngột có nhược điểm là hiệu quả không cao , chỉ đạt 50 -> 60% và phụ tải không lớn.
Buồng lắng bụi có nhiều ngăn và loại có tấm chắn hiệu quả cao hơn . Trong các buồng lắng bụi này không khí chuyển động dích dắc hoặc xoáy tròn nên khi va đập vào các tấm chắn và vách ngăn sẽ mất động năng và rơi xuống. Hiệu quả có thể đạt 85 -> 90%
a) Buồng lắng bụi đơn giãn
b) Buồng lắng bụi nhiều ngăn
c) buồng lắng bụi có tấm chắn
Hình 9-3 : Các loại buồng lắng bụi
* Tính toán buồng lắng bụi đơn giản:
- Chiều dài tối thiểu cần thiết của buồng lắng bụi để giữ lại hạt bụi có đường kính d:
trong đó :
μ - Độ nhớt động học của không khí, kg.s/m2
L - Lưu lượng không khí đi qua buồng lắng , m3/s
gamam - Trọng lượng đơn vị của bụi, kg/m3
d - Đường kính hạt bụi, m
B - Chiều rộng buồng lắng, m
- Ngược lại, khi kích thước buồng đã xác định, ta có thể xác định đường kính hạt bụi bé nhất mà buồng có khả năng giữ lại :
Các công thức trên đây chỉ tính trong trường hợp không khí chuyển động trong buồng là chảy tầng. Thực tế không tốc độ không khí chuyển động trong buồng thường chọn là 0,6 m/s.
Khi đó dòng không khí đang chảy tầng. Khi chuyển sang chế độ chảy rối công thức trên không còn đúng nữa.
Bộ lọc bụi kiểu xiclôn
Bộ lọc bụi xiclon là thiết bị lọc bụi được sử dụng tương đối phổ biến . Nguyên lý làm việc của thiết bị lọc bụi kiểu xiclon là lợi dụng lực ly tâm khi dòng không khí chuyển động để tách bụi ra khỏi không khí
Hình 9-4 : Cấu tạo lọc bụi kiểu xiclon
Nguyên lý làm việc của thiết bị lọc bụi xiclon như sau : Không khí có bụi lẫn đi qua ống 1 theo phương tiếp tuyến với ống trụ 2 và chuyển động xoáy tròn đi xuống dưới phía dưới, khi gặp phễu 3 dòng không khí bị đẩy ngược lên chuyển động xoáy trong ống 4 và thoát ra ngoài. Trong quá trình chuyển động xoáy ốc lên và xuống trong các ống các hạt bụi dưới tác dụng của lực ly tâm va vào thành, mất quán tính và rơi xuống dưới . Ở đáy xiclon người ta có lắp thêm van xản để xả bụi vào thùng chứa. Van xả 5 là van xả kép 2 cửa 5a và 5b không mở đồng thời nhằm đảm bảo luôn cách ly bên trong xiclon với thùng chứa bụi, không cho không khí lọt ra ngoài.
* Tính toán Xiclon :
Để tính toán người ta giả thiết
1- Các hạt bụi có kích thước hình cầu.
2- Lực ly tâm tác dụng lên hạt bụi theo hướng bán kính của xiclon và bỏ qua lực tác dụng của trọng lực.
3- Hạt bụi được tách ra khỏi không khí sau khi va chạm và thành xiclon
Dựa vào các giả thiết đó người ta đã xác định được cỡ hạt bụi nhỏ nhất có thể giữ lại được trong xiclon và thời gian chuyển động của hạt bụi từ lúc vào đến lúc lắng đọng dưới đáy xiclon :
trong đó :
v - Độ nhớt động học của không khí, m2/s
gamak, gamam - Khối lượng riêng của không khí và bụi, kg/m3
R1 - Bán kính của ống thoát khí , m
R2 - Bán kính hình trụ của xiclon, m
om - Vận tốc trung bình của hạt bụi , s-1
Bộ lọc bụi kiểu quán tính
Nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc bụi kiểu quán tính là dựa vào lực quán tính của hạt bụi khi thay đổi chiều chuyển động đột ngột.
Trên hình 9-5 trình bày cấu tạo của thiết bị lọc bụi kiểu quán tính. Cấu tạo gòm nhiều khoang ống hình chóp cụt có đường kính giảm dần xếp chồng lên nhau tạo ra các góc hợp với phương thẳng đứng khoảng 60o và khoảng cách giữa các khoang ống khoảng từ 5 -> 6mm.
Không khí có bụi được đưa qua miệng 1 vào phẩu thứ nhất, các hạt bụi có quá tính lớn đi thẳng, không khí một phần đi qua khe hở giữa các chóp và thoát ra ống 3. Các hạt bụi được dồn vào cuối thiết bị .
Thiết bị lọc bụi kiểu quá tính có cấu tạo và nguyên lý hoạt động tương đối đơn giản nhưng nhược điểm là hiệu qủa lọc bụi thấp , để tăng hiệu quả lọc bụi người ta thường kết hợp các kiểu lọc bụi với nhau, đặc biệt với kiểu lọc kiểu xclôn, hiệu quả có thể đạt 80 -> 98%. Phần không khí có nhiều bụi ở cuối thiết bị được đưa vào xiclôn để lọc tiếp.
Bộ lọc bụi kiểu túi vải.
Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải được sử dụng rất phổ biến cho các loại bụi mịn, khô khó tách khỏi không khí nhờ lực quán tính và ly tâm. Để lọc người ta cho luồng không khí có nhiễm bụi đi qua các túi vải mịn, túi vải sẽ ngăn các hạt bụi lại và để không khí đi thoát qua.
Qua một thời gian lọc, lượng bụi bám lại bên trong nhiều , khi đó hiệu quả lọc bụi cao đạt 90 -> 95% nhưng trở lực khi đó lớn deltap = 600 -> 800 Pa, nên sau một thời gian làm việc phải định kỳ rũ bụi bằng tay hoặc khí nén để tránh nghẽn dòng gió đi qua thiết bị. Đối với dòng khí ẩm cần sấy khô trước khi lọc bụi tránh hiện tượng bết dính trên bề mặt vải lọc làm tăng trở lực và năng suất lọc. Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải có năng suất lọc khoảng 150 -> 180m3/h trên 1m2 diện tích bề mặt vải lọc. Khi nồng độ bụi khoảng 30 -> 80 mg/m3 thì hiệu quả lọc bụi khá cao đạt từ 96->99%. Nếu nồng độ bụi trong không khí cao trên 5000 mg/m3 thì cần lọc sơ bộ bằng thiết bị lọc khác trước khi đưa sang bộ lọc túi vải.
Bộ lọc kiểu túi vải có nhiều kiểu dạng khác nhau, dưới đây trình bày kiểu túi vải thường được sử dụng.
Trên hình 9-5 là cấu tạo của thiết bị lọc bụi kiểu túi vải đơn giản. Hỗn hợp không khí và bụi đi vào cửa 1 và chuyển động xoáy đi xuống các túi vải 2, không khí lọt qua túi vải và đi ra cửa thoát gió 5. Bụi được các túi vải ngăn lại và rơi xuống phểu 3 và định kỳ xả nhờ van 4
Để rũ bụi người ta thường sử dụng các cánh gạt bụi hoặc khí nén chuyển động ngược chiều khi lọc bụi , các lớp bụi bám trên vải sẽ rời khỏi bề mặt bên trong túi vải.
Hình 9-5 Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải
Bộ lọc bụi kiểu lưới
Bộ lọc bụi kiểu lưới được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau nhằm làm cho dòng không khí đi qua chuyển động dích dắc nhằm loại bỏ các hạt bụi lẫn trong không khí. Loại phổ biến nhất gồm một khung làm bằng thép , hai mặt có lưới thép và ở giữa là lớp vật liệu ngăn bụi. Lớp vật liệu này có thể là các mẩu kim loại, sứ, sợi thuỷ tính, sợi nhựa, ...
Kích thước của vật liệu đệm càng bé thì khe hở giữa chúng càng bé và khả năng lọc bụi càng cao. Tuy nhiên đối với các loại lọc bụi kiểu này khi hiệu quả lọc bụi tăng đều kèm theo tăng trở lực
Trên hình 9-6 là tấm lưới lọc với vật liệu đệm là lỏi kim loại hoặc sứ. Kích thước thông thường của tấm lọc là 500 x 500 x (75 -> 80)mm, khâu kim loại có kích thước 13 x 13 x 1mm. Lưới lọc có trở lực khá bé 30 -> 40 Pa. Hiệu quả lọc bụi có thể đạt 99%, năng suất lọc đạt 4000 -> 5000 m3/h cho 1m2 diện tích bề mặt lưới lọc . Loại lọc bụi kiểu lưới này rất thích hợp cho các loại bụi là sợi bông, sợi vải .. . Hàm lượng bụi sau bộ lọc đạt 6 -> 20 mg/m3
Tuỳ theo lưu lượng không khí cần lọc các tấm được ghép với nhau trên khung phẳng hoặc ghép nhiều tầng để tăng hiệu quả lọc.
Trong một số trường hợp vật liệu đệm được tẩm dầu để nâng cao hiệu quả lọc bụi. Tuy nhiên dầu sử dụng cần lưu ý đảm bảo không mùi , lâu khô và khó ôxi hoá.
Sau một thời gian làm việc hiệu quả khử bụi kém nên định kỳ vệ sinh bộ lọc
Hình 9-6 Thiết bị lọc bụi kiểu lưới
Bộ lọc bụi kiểu tĩnh điện
Bộ lọc tĩnh điện được sử dụng lực hút giữa các hạt nhỏ nạp điện âm. Các hạt bụi bên trong thiết bị lọc bụi hút nhau và kết lại thành khối có kích thước lớn ở các tấm thu góp. Chúng rất dễ khử bỏ nhờ dòng khí.
Thiết bị lọc bụi kiểu điển hình trình bày trên hình 9-7. Thiết bị được chia thành 2 vùng: Vùng iôn hoá và vùng thu góp. Vùng iôn hoá có căng các sợi dây mang điện tích dương với điện thế 1200V. Các hạt bụi trong không khí khi đi qua vùng iôn hoá sẽ mang điện tích dương. Sau vùng iôn hoá là vùng thu góp, gồm các bản cực tích điện dương và âm xen kẻ nhau nối với nguồn điện 6000V. Các bản tích điện âm nối đất. Các hạt bụi tích điện dương khi đi qua vùng thu góp sẽ được bản cực âm hút vào. Do giữa các hạt bụi có rất nhiều điểm tiếp xúc nên liên kết giữa các hạt bụi bằng lực phân tử sẽ lớn hơn lực hút giữa các tấm cực với các hạt bụi . Do đó các hạt bụi kết lại và lớn dần lên. Khi kích thước các hạt đủ lớn sẽ bị dòng không khí thổi rời khỏi bề mặt tấm cực âm. Các hạt bụi lớn rời khỏi các tấm cực ở vùng thu góp sẽ được thu gom nhờ bộ lọc bụi thô kiểu trục quay đặt ở cuối gom lại.
Hình 9-7: Bộ lọc bụi kiểu tĩnh điện
Thiết bị lọc bụi kiểu tĩnh điện rất hiệu quả đối với các loại bụi kích cỡ từ 0,5 đếm 8μm. Khi các hạt bụi có kích cỡ khoảng 10μm và lớn hơn thì hiệu quả giảm. Tổn thất áp suất khi đi qua vùng iôn hoá và vùng thu góp thấp và nằm trong khoảng từ 0,15 đến 0,25 in . WC (từ 37 đến 62 Pa) và tốc độ khong khí từ 300 đến 500 fpm (1,5 đến 2,5m/s).
Cần lưu ý vấn đề an toàn vì điện thế sử dụng rất cao và nguy hiểm đến tính mạng con người.
