陈雁涛

中国铁路设计集团有限公司 广东 深圳 518000

对环境产生的环境污染影响表现为以能量损耗型(噪声、振动)为主，以物质消耗型(污水、废气、固体废物)为辅；对生态影响表现为以城市景观的影响为主，以城市自然生态环境影响(城市绿地等)为辅。长期在噪声环境中生活和工作，尤其是在强噪声环境中, 会影响人体健康, 直接导致劳动生产率下降。由于强烈的噪声危害严重、污染范围广, 因此降低排气噪声是一个迫切的任务。

1 城市轨道交通通风空调系统噪声源种类

典型车站通风空调系统由公共区通风、空调和防排烟系统，车站设备管理用房通风、空调和防排烟系统，区间隧道正常活塞通风系统、事故(阻塞、火灾)通风系统、车站全封闭站台门外车行道顶部排热系统系统以及车站空调水系统组成[1]。

列车正常运行时，此时开启车站公共区及设备区与通风空调系统设备，排除余热和余湿，为乘客在地下车站内创造一个往返于地面至地下列车内的过渡性舒适环境，通风空调设备运转过程中产生噪声；列车在区间及车站连续运行，会对区间空气进行挤压，当区间或车站范围内压力高于室外压力时，空气向车站外产生流动，产生噪声。列车阻塞或火灾在区间隧道内时，启动区间隧道通风系统，向阻塞区间提供一定的送、排风量，籍以保证列车空调冷凝器的继续运作，从而维持列车内部乘客能接受的热环境条件[2]，区间隧道通风系统启动通风模式，此种工况下也会产生噪声。

地铁列车运行产生的噪声是一种非稳态噪声，包含列车高速运行拖拽和推动隧道内空气而产生的气流噪声；因车轮略微偏心、轨行区存在坡度等原因会引起列车车厢振动，列车加速、减速及直行段的滑行，均会与轨面摩擦产生噪声。列车进出站时，隧道内噪声以上述为主。列车停靠站台时，车站的噪声主要为通风空调系统的设备噪声，其中包括公共区通风空调系统(大系统)及设备区通风空调系统(小系统)及空调季的水系统噪声。典型站均设置有4个活塞风亭、2个排风亭、2个新风亭，车站范围内的噪声通过这些风井会传至地面风亭，对风亭周边会形成噪声影响。

2 城市轨道交通噪声要求

《声环境质量标准》(GB3096-2008)对车站噪声要求如下[3]：环控设备正常运作时，环控机房内噪声值≤90dB(A)；传至站厅、站台公共区噪声≤70dB(A)；环控设备传至工作、休息室噪声≤60dB(A)；环控设备传至区间噪声≤88dB(A)。

3 城市轨道交通消声措施

3.1 消声器常规类型

消声器是指在空气动力管道系统中，控制气流沿管道传播噪声或从开口向外部辐射噪声，同时不影响或很少影响气流通过的装置。按照消声器声学性质的不同，具体可分为阻性消声器，抗性消声器，阻抗复合式消声器，微穿孔板消声器，小孔扩散消声器及干涉消声器。其中阻性消声器是利用敷设在气流管道内的吸声材料吸收声能而起到消声作用，对消除中高频噪声比较有效。

对于典型车站风机噪声目前多采用阻性消声器(如玻璃棉为声阻材料)、阻抗复合消声器及折板式抗性消声器。本文结合深圳地铁工程典型车站的特点，在一般正常工作条件下，设置在室内的消声器能在环境温度≤45℃范围内、相对湿度≤95%条件下正常工作。设置在交通干道附近风井内的消声器以及敞口风井内安装的消声器，亦应在深圳市的气候条件下，承受日晒雨淋及交通干道附近恶劣空气污染，保证使用寿命期内能长期正常工作。

目前深圳地铁工程普遍采用阻性消声器，阻性消声器的构造为金属外壳内填玻璃棉的形式。目前普遍应用在地铁工程中的阻性消声器常见的为片式消声器及阵列式消声器。

图1 片式消声器

图2 阵列式消声器

在典型车站工程中，结构式消声器放置于车站两端的活塞机械风道、车站排风道、新风道的风井内，有立式垂直安装和水平卧式安装两种方式。在地铁线路正常运行工况下，结构式消声器用以消除区间活塞风泄压过程中对周边风亭的噪声影响；结构式消声器设置在排风亭及新风亭中，用以消除车站通风空调设备正常运行工况下对外界造成的噪声影响；金属外壳式消声器用于大型隧道风机前后，与风管连接，就是在结构式消声器的基础上增加一圈钢板包覆，一般为水平卧式安装，用于降低区间隧道风机早晚通风换气开启时对风亭外所产生的噪声；管道式消声器与风管连接，一般为吊式安装，用以消除设备在运转状态下所产生的噪声。各种消声器承担不同工况时系统的降噪功能，能够满足规范对于不同类别环境区域的噪声控制要求。

3.2 消声器技术要求

3.2.1 耐温要求

结合规范要求，设置在隧道通风系统和地铁车站防排烟系统的消声器，因需要满足防排烟功能，应能满足耐温250℃，持续有效工作1h的要求。设置在高架站及车辆段防排烟系统的消声器，应能满足耐温280℃，持续有效工作0.5h的要求。

3.2.2 消声性能要求

在车站的两端设有与外界空气相连通的风道、风井，为了降低地铁车站内风机运行噪声传至地面噪声值，故在风道内设置结构式消声器或在风机前后设置金属外壳式消声器，使风机运转噪声通过消声器后，对内符合(车站公共区和车站设备管理用房)噪声要求，对外界符合《声环境质量标准》(GB3096-2008)[3]及《工业企业厂界环境噪声排放标准》GB 12348-2008的噪声要求[4]。

4 片式及阵列式消声器性能对比分析

由图3 不同消声器设备类型可以看出，多个消声器管道并联后，可以组合为片式消声器和阵列式消声器，由于出入口断面变化，组合并联后的消声量计算公式如下：

图3 片式消声器及阵列式消声器组成

其中：TL-消声量；

P-红色虚线总长度；

S-无填充空白区域面积之和；

DS-消声器入/出口或断面突变引起的不连续衰减。频率越高，其衰减越明显。

由计算公式可以得出结论：

1.周长(P)越大、吸声长度(L)越长、吸声系数Φ(a)越高，消声效果越好。

2.流通面积(S)越大，消声效果越低。

3.在同样安装条件下，当DS及Φ(a)相等前提下，当流通面积(S)相同，阵列结构的P(红色虚线总长度)大于片式的，因此得出矩阵式消声器的消声量大于片式消声器的消声量，消声量比对结果详见图4:

图4 流通面积相等时，片式和阵列式消声器消声量与压力损失对比图

在轨道交通工程通风空调系统中设置消声器，会增加通风阻力，这会引起通风或制冷效果降低，通常采用提升通风设备的压头来稳定通风效果，但这会引起用电负荷的增加。因此在保证设备消声量的前提下，消声器的通风阻力越小，通风效果的下降率越低，同时增加的耗电量也越低。

通过对比得出，与片式消声器相比，阵列式消声器的吸声体宽度增加，低频吸声系数提高，低频消声效果也相应增加，总吸声面积增加，整体消声量提高；阵列式消声器流通面积更大，风速、压力损失都更低，同时由于阵列式消声器的排列方式，气流通过阵列式消声器时气流分布均匀。由于阵列式消声器整体消声效果优于片式消声器，在轨道交通工程中逐渐成为主流。

5 新型材质消声器与常规材质消声器性能分析

目前轨道交通工程常用的阻性消声器为金属外壳内填玻璃棉的形式，具体要求为：保温材料具有耐腐蚀性、无化学反应、具抗霉性；保温材料吸湿性在环境条件 t＝45℃ ψ＝98%条件下24小时吸水率低于其重量5%，保温材料含水率≤1.0%。

结合轨道交通工程运营案例发现玻璃棉在风压较大环境下，玻璃棉由于自身特性，较易被吹散；因玻璃棉具有一定的吸湿性，若果常年工作环境含湿量较大时，玻璃棉吸湿后容易板结，会影响消声器的工作效率；因玻璃棉消声器无法用水进行冲洗，消声器设备覆尘后也会在一定程度上影响消声效果。

在上述背景下，陶瓷结构消声器成为消声材料的新方向。

5.1 多孔陶瓷结构分析

多孔陶瓷是一种经高温烧成，体内具有大量彼此相通或闭合气孔的陶瓷材料。多孔陶瓷材料具有相对密度小、比表面积大、热导率低、比强度高Ë及吸附性能好等特点，陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀、透水性好，多孔陶瓷这一绿色材料可以用于气体和液体中过滤、净化分离、化工催化载体，吸化学稳定性和结构尺寸稳定性声减震材料、高级保温材料、生物植入材料、特种墙体材料和传感器材料[5]。

5.2 多孔陶瓷消声器与玻璃棉消声器性能对比

天津碱厂与中国科学院声学所合作，针对上述问题，对两种消声器性能进行了研究分析：用多孔陶瓷管消声器(见图5)代替原来的阻抗复合消声用在鼓风机上试验，结果显示陶瓷消声器材质比离心玻璃棉材质具有更好的消声效果。其中A 声级减噪量为24分贝, 低频段(63~500赫) 减噪量为15~25分贝。

1.微孔陶瓷管 2.扩张室 3.壳体图5 风机消声器

综上所述，多孔陶瓷瓷为多孔性吸声材料与微穿界板吸声结构两种吸声特性的结合, 吸声材料具有宽频带的吸声效果。

6 结束语

(1) 地铁通风空调系统消声设计通用方案对各类噪声源进行了有针对性的治理，噪音降低效果显著，满足规范要求，但细节设计仍存在优化的可能。在工程建造过程中，产生噪声和振动的通风空调设备有风机、冷水机组、空调设备、水泵等，可在前期设计选型过程中应优先考虑噪声小，运转平稳的设备，从源头降低设备噪声。

(2) 在设计中对产生噪声和振动的设备考虑消声与减振措施。风机前后设置消声器；隧道排热通风系统通风机前后设消声器，车站空调通风系统送、排风管上根据噪声情况设置消声器；空调设备与其基础之间设减振垫或减振器；风管和水管设减振支、吊架；设备与管道连结处采用软管；空调通风机房设置隔声密闭门等。以上措施均能降低设备因震动产生的噪声。

(3) 在地铁工程中阵列式消声器比片式消声器具有更好的消声量、压力损失小、运输安装灵活方便，逐渐被轨道交通工程大范围推广使用。

(4) 通过上文论述，阵列式消声器中离心玻璃棉若替换为多孔陶瓷消声器，整体消声效果会更好，陶瓷颗粒消声器材质具有广阔的市场前景。