Вибрация оборудования инженерных систем и способы защиты от нее
В. П. Гусев, зав. лабораторией защиты от шума вентиляционного и инженерно-технологического оборудования НИИСФ РААСН
Растущие требования к комфорту со стороны владельцев и арендаторов зданий делают вопросы виброизоляции и борьбы с сопровождающим ее шумом все более актуальными. В статье рассматриваются вопросы, касающиеся вибрации как источника структурного шума, создаваемого оборудованием инженерных систем (систем вентиляции, кондиционирования воздуха, охлаждения и воздушного отопления) в зданиях, приводятся практические рекомендации по осуществлению виброизоляции, основанные на теоретических выкладках и практическом опыте.
Современные общественные и жилые здания трудно представить без инженерных систем (ИС). Эти системы, участвуя в жизнеобеспечении человека, негативно воздействуют на него, создавая вибрацию и шум. Основными источниками негативного воздействия являются такие их элементы, как вентиляторы, вентиляционные установки, внутренние и наружные блоки кондиционеров, насосы, холодильные машины, различные охладители (градирни, конденсаторы), а также трубы и воздуховоды, соединяющие перечисленные элементы. Эти источники могут размещаться как внутри (в технических помещениях), так и снаружи зданий (на фасадах, кровле, на открытых площадках, примыкающих к зданиям).
Источниками вибрации оборудования ИС являются вращающиеся механизмы, пульсации потока в элементах воздушных каналов (в поворотах, в запорной, регулирующей и распределительной арматуре) и жидкости в трубах. При наличии жестких связей эти источники возбуждают вибрацию соединенных с ними конструкций. Так, под воздействием вибрации работающей холодильной машины, установленной на кровле здания (на опорах на перекрытии), или вентилятора на полу в венткамере, возбуждаются колебания перекрытия, которые затем передаются на другие строительные конструкции. Кроме того, вибрация машин и вентиляторов при жестком соединении неизбежно распространяется на соединительные трубы и воздуховоды, а по ним также на строительные конструкции.
Существование в строительной практике проблем с негативным вибрационным и шумовым воздействием на человека элементов ИС обусловлено несколькими факторами. К их числу, прежде всего, следует отнести отсутствие должного внимания к закону «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» и к действующему в стране нормативному документу – СНиП 23-03-2003 «Защита от шума» [1], предписывающему сопровождать проекты ИС акустическими расчетами, служащими основанием для разработки при необходимости защитных мер, включающих виброизоляцию и шумоглушение оборудования. Кроме того, повышаются требования к индивидуальной производительности, к качеству труда, условиям учебы, проживания, отдыха, которые не могут быть выполнены без создания нормативных или комфортных акустических условий в местах обитания человека. Стоимость площадей в зданиях повышается, оборудование систем располагается на все меньших площадях, а это не способствует успешной защите от вибрации и шума. На смену тяжелым строительным конструкциям пришли экономичные, легкие, а также конструкции из монолитного железобетона, по которым вибрация не только передается, но и может усиливаться.
Вообще говоря, наличие вибрации оборудования ИС – еще не факт возникновения связанной с ней проблемы, например, угрозы разрушений строительных конструкций или негативного воздействия вибрации на человека. Нужно понимать, что воздействие вибрации как негативное воспринимается только при ее повышенных уровнях (выше нормативных значений), а такие ситуации возникают далеко не всегда. Во-первых, рядом с местами установки элементов ИС, как правило, отсутствуют зоны обитания человека (постоянные рабочие места, жилые помещения, зоны отдыха). Во-вторых, допустимые уровни виброскорости и виброускорения, например, на рабочих местах и даже в жилых помещениях имеют весьма высокие значения [2] и измеренные в них при натурном обследовании уровни этих нормируемых параметров часто соответствуют нормам. В-третьих, снижению вибрации вынуждены уделять внимание в условиях конкуренции производители оборудования ИС.
Наряду с этим, любая по величине вибрация, передаваемая на строительные конструкции, если она достигает ограждений помещений с весьма ограниченными уровнями шума, таких как палаты больниц, жилье, создает в них под воздействием вибрационных колебаний ограждений (стен, потолка, пола) так называемый структурный шум. Именно он в большинстве случаев нарушает нормативные акустические условия и создает негативные условия для реципиента.
Расчет виброизоляции
Необходимое снижение структурного шума достигается виброизоляцией – снижением колебаний, передаваемых от источников на строительные конструкции здания посредством разнообразных упругих систем, размещаемых между строительными конструкциями и оборудованием (машинами). Конструкции этих систем зависят от сложности решаемых задач. Поскольку машины и оборудование ИС – источники широкополосной вибрации, виброизоляция рассчитывается и проектируется для широкого диапазона частот. Применяются в основном одно-, двухзвенные (рис. 1), а в некоторых случаях и трехзвенные системы (схемы) виброизоляции.