1 引言

　　現(xiàn)代化潔凈手術(shù)室的概念，不僅僅是由潔凈的建筑環(huán)境與凈化空調(diào)系統(tǒng)兩部分所組成的潔凈空間，還必須是一個低噪聲、無振動的安靜工作環(huán)境。隨著物質(zhì)文化生活水平的提高，人們越來越追求安靜、舒適、文明、溫馨的工作與生活環(huán)境。尤其是醫(yī)院的潔凈手術(shù)室，連續(xù)不斷空氣噪聲，嚴重干擾著高度緊張工作的醫(yī)護人員的情緒，嚴重影響著他們工作的狀態(tài)，同時也會造成病人情緒的波動和心情的煩躁，這些都會對手術(shù)的過程乃至成功率等造成不可忽視的影響。另外噪聲也會干擾一些精密醫(yī)療設(shè)備和手術(shù)器械的正常使用。所以噪聲控制在這些場合就顯得尤為重要。

　　2 凈化空調(diào)系統(tǒng)噪聲產(chǎn)生的環(huán)節(jié)及原因

　　2.1 凈化空調(diào)系統(tǒng)噪聲的組成

　　空調(diào)系統(tǒng)的噪聲主要是由空氣處理系統(tǒng)的噪聲(噪聲源)和空氣在輸送過程中流經(jīng)風(fēng)管各個環(huán)節(jié)時所產(chǎn)生的氣流噪聲和鋼板振動所組成。由于手術(shù)室對空氣潔凈指標的要求都比較高，所以在醫(yī)用凈化空調(diào)機組的選用和系統(tǒng)設(shè)計時，都必須保證其足夠大的送、回風(fēng)量較高的風(fēng)壓等,見表 2-1。

　　于是，潔凈空氣在傳輸過程中的風(fēng)速就相當(dāng)高，因此手術(shù)室凈化空調(diào)系統(tǒng)的這兩部分噪聲都遠遠高于普通的凈化空調(diào)系統(tǒng)。另外，在手術(shù)室內(nèi)還必須配有足夠大的送風(fēng)層流罩、回風(fēng)百葉;為了保證足夠的換氣次數(shù)，還必須配有可聯(lián)動的排風(fēng)機組等等，這些都是增大凈化空調(diào)系統(tǒng)氣流噪聲和手術(shù)室環(huán)境噪聲的重要因素。再者，為方便清潔、消毒，凈化手術(shù)室的內(nèi)壁都必須平整、光滑，但由此而產(chǎn)生的回音、混響、聲音的疊加等也給這些房間的噪聲控制帶來了較大的困難。這也就給凈化空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計者、制造者和施工者提出了一個艱巨的課題——即在潔凈氣流進入手術(shù)室前就必須將系統(tǒng)的噪聲控制在盡可能低的水平。

　　為了探討醫(yī)院凈化空調(diào)系統(tǒng)的消聲問題，下面以我們?yōu)槟翅t(yī)院設(shè)計、安裝的 II級手術(shù)室凈化空調(diào)系統(tǒng)為例，從能量轉(zhuǎn)換的角度加以說明(見圖2-1)。為了更好地進行噪聲控制，我們對該凈化空調(diào)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的空氣噪聲機理進行了分析和研究，從而尋求更科學(xué)、更有效的消聲方法和途徑。

　　2.2 風(fēng)機的噪聲分析及選擇

　　凈化空調(diào)系統(tǒng)中的主要噪聲源是通風(fēng)機。風(fēng)機噪聲主要是由葉片驅(qū)動空氣產(chǎn)生的紊流所引起的寬頻帶氣流噪聲以及相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)噪聲所組成。其大小又與其葉片的形式、個數(shù)及其轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)風(fēng)壓等因素有關(guān)。

　　2.2.1 離心風(fēng)機的性能參數(shù)與噪聲的關(guān)系

　　凈化空氣處理系統(tǒng)一般選用離心風(fēng)機作為空氣驅(qū)動設(shè)備，其噪聲大小用聲功率級Lw(dB)表示。系統(tǒng)風(fēng)量、風(fēng)壓或風(fēng)機功率不同時，其聲功率級用下面兩式估算：

　　Lw=5+10lgQ+20lgP(2-1);

　　Lw=67+10lgN+10lgP(2-2)。

　　由式(2-1)、(2-2)可知，風(fēng)機的風(fēng)量每增加1000m3/h，則其聲功率級將增大0.5dB，風(fēng)壓每增大100Pa則其聲功率級將增大1dB，風(fēng)機的電機功率每提高一個功率級，其聲功率級將增大1.2～1.4dB。

　　當(dāng)轉(zhuǎn)速不同(即變頻器的調(diào)節(jié)頻率不同)時，其聲功率級可按下式換算：

　　(Lw)2=(Lw)1+50lg (2-3);

　　當(dāng)風(fēng)機葉輪直徑不同時其聲功率級可按下式換算：

　　(Lw)2=(Lw)1+20lg (2-4);

　　Q-風(fēng)機出口風(fēng)量(m3/h)(Q=9000m3/h);

　　P-風(fēng)機出口風(fēng)壓(Pa)(P=1020 Pa);

　　N-風(fēng)機的電機功率(KW);

　　n1、n2—風(fēng)機葉輪轉(zhuǎn)速(rpm);

　　D1、D2—風(fēng)機葉輪直徑(mm)。

　　可見風(fēng)機的聲功率級(噪聲)隨其轉(zhuǎn)速的變化值遠比隨葉輪直徑的變化值大得多。

　　2.2.2 風(fēng)機結(jié)構(gòu)與噪聲的關(guān)系

　　由表2-2可知，隨著風(fēng)機噪聲頻率的增高葉片后彎式離心風(fēng)機噪聲的負向修正值越大，即相應(yīng)的噪聲越小。

　　在查閱了大量的理論依據(jù)和實測對比之后，根據(jù)空間尺寸，本著葉輪直徑盡量大、風(fēng)機轉(zhuǎn)速盡量低的原則，我們選定了新加坡Kruger(克魯格)公司生產(chǎn)的BDB450/C(CLI)型葉片后彎式離心風(fēng)機。這樣在保證風(fēng)量不變的情況下最大限度地從源頭上降低風(fēng)機的噪聲。風(fēng)機在各倍頻程的聲學(xué)測試結(jié)果見表2-3。

　　2.3 風(fēng)管系統(tǒng)的噪聲分析

　　在凈化空調(diào)系統(tǒng)中，經(jīng)中效過濾后的潔凈空氣，再經(jīng)風(fēng)機增壓后，除了被賦予了其足夠的能量(流速和壓力)以外，同時也作為載體把風(fēng)機所產(chǎn)生的噪聲傳遞到了管道系統(tǒng)中，特別在高速、高壓系統(tǒng)中，從空調(diào)機組送出的這股冷(熱)氣流流經(jīng)風(fēng)管、風(fēng)閥、風(fēng)口等環(huán)節(jié)時，因其流速、壓力和流動方向的變化，將產(chǎn)生沿程摩擦和局部渦流，于是它在風(fēng)管中流動時就必須克服兩種阻力，即氣流與風(fēng)管壁之間的摩擦阻力和流過障礙物時的局部阻力，這兩部分阻力都會使氣流的能量發(fā)生轉(zhuǎn)換，其中相當(dāng)大的一部分則轉(zhuǎn)換成了相應(yīng)部位的紊流噪聲和再生噪聲。最后氣流經(jīng)過高效過濾器后再以層流的方式送入手術(shù)室的過程中，再次產(chǎn)生噪聲。所以風(fēng)管系統(tǒng)的噪聲也就包括了風(fēng)管噪聲、風(fēng)閥噪聲、風(fēng)口噪聲等幾個部分的噪聲。下面就從空氣動力學(xué)的角度入手對氣流在管道內(nèi)流動時產(chǎn)生噪聲的機理和原因，以及各個環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)換過程進行分析和研究。

　　2.3.1風(fēng)管的阻力及噪聲

　　根據(jù)柏努里方程空氣在管道內(nèi)流動時，不同斷面間的能量守恒定律(見圖2-1)：

　　PJ1+ +Z1 g=PJ2+

　　+Z2 g+△P(2-5)。

　　因從截面1(空調(diào)機組出風(fēng)口)到截面2之間為水平直管段，故可近似為：

　　(Z2-Z1)(p1-p2)≈0，則式(2-4)可簡化為PJ1+ =PJ2+

　　+△P(2-6);風(fēng)管面積S=0.8×05=0.4m2;PJ1、2……N——第n個截面上的局部氣流的靜壓(Pa);Z1、2……N——第n個截面上的局部阻力(Pa); 、

　　、 ……——截面1、2 ……n處的動壓(Pa)。

　　氣流在同徑直通風(fēng)管中流動時所產(chǎn)生摩擦阻力是由降低空氣的靜壓來克服的，用下式表示：

　　ΔPm1= · ·L1(2-7)。

　　λ1——直管1-2處的摩擦阻力系數(shù);其大小與風(fēng)管內(nèi)空氣流動的狀態(tài)和管壁的粗糙度有關(guān)。

　　經(jīng)推算在管1-2段當(dāng)υ1=11m/s時λ=0.0161(在管4-5段當(dāng)υ2=9.5 m/s時λ=0.0136)。

　　RS= =0.0154(m)(a,b—風(fēng)管的邊長;此處a=0.8m,b=0.5m);ρ—空氣密度(1.2㎏/m3); —風(fēng)管1-2段的氣流速度(m/s);Rs—水力半徑。

　　氣流在同徑直通風(fēng)管局部阻力用下式表示：

　　Z1=ξ1· 　(Pa)(2-8)。

　　ξ1——局部阻力系數(shù);此處ξ1=1.05。

　　氣流在風(fēng)管中流動是所產(chǎn)生的全壓可表示為：

　　Pq1=ΔPm1-2+Z1= ·

　　L1-2+ξ1· = ( +ξ1);

　　即Pq1= ( +ξ1)(2-9)。

　　兩邊取對數(shù)得Lg(Pq2)=Lg + Lg( +ξ1)=2Lg +Lgρ- Lg2+ Lgλ1-Lg(4Rs+ξ)。

　　代入相關(guān)數(shù)字：

　　Lg(Pq2)=2Lgυ-2.236;

　　Lgυ1= (LgPq2+2.236)(2-10);

　　而氣流在風(fēng)管中流動時所產(chǎn)生的噪聲可用下式表示：

　　LW1=10+50Lgυ+10LgS(2-11)。

　　由式(2-10)可知，在風(fēng)管面積一定時，氣流在風(fēng)管內(nèi)的聲功率級隨氣流的速度的變化而變化。