Inżynieria Środowiska
Politechnika Wrocławska
Tłumiki akustyczne w instalacjach wentylacyjnych
Na coraz powszechniejsze stosowanie wentylacji mechanicznej wpływa poprawianie się szczelności budynków, spowodowane działaniami energooszczędnościowymi, takimi jak wymiana stolarki okiennej i drzwiowej na bardziej szczelną, wykonanie termoizolacji budynku itp. jednak instalacja wentylacyjna może stać się przyczyną zwiększonego poziomu hałasu w pomieszczeniu. Aby temu zapobiec, wszędzie tam, gdzie tłumienie dźwięków okazuje się niewystarczające, należy wprowadzić dodatkowy element konstrukcyjny nazywany tłumikiem akustycznym, tłumikiem hałasu lub tłumikiem dźwięków.
Dzięki zastosowaniu tłumików działanie instalacji wentylacji mechanicznej stało się mniej uciążliwe i umożliwiło jej zastosowanie w pomieszczeniach, w których wymagana jest odpowiednia akustyka lub niski poziom hałasu, np. w sypialniach, kinach, teatrach, salach koncertowych czy salach operacyjnych w szpitalach. Dobierając tłumik do instalacji wentylacyjnej, należy zwrócić uwagę na:
- odpowiedni wybór lokalizacji tłumika w instalacji,
- widmo hałasu generowane przez instalację,
- zdolność tłumienną w zakresie widma przenoszonego i hałasu generowanego w danym odcinku przez instalację,
- możliwość zapewnienia odpowiedniego stanu higienicznego tłumika,
- wymiary tłumika i kształt jego przekroju poprzecznego,
- opory przepływu powietrza przez tłumik,
- szumy przepływowe generowane przez tłumik.
Tłumiki w instalacjach klimatyzacji i wentylacji instaluje się w pobliżu źródeł znacznego hałasu, do których zalicza się wentylatory. Mogą być również instalowane na głównym odcinku przewodu wentylacyjnego. Należy pamiętać, że poza wentylatorem są jeszcze inne źródła potencjalnego hałasu w instalacji, do których można zaliczyć np. regulatory przepływu, przepustnice, klapy pożarowe. Jeżeli tłumienie jest niewystarczające, stosuje się tłumiki wtórne umieszczane np. w rozgałęzieniach przewodów, bezpośrednio przed nawiewnikiem (wywiewnikiem) powietrza.
Tłumiki akustyczne można ogólnie podzielić na:
tłumiki pasywne (bierne),
tłumiki aktywne.
Tłumiki pasywne
Tłumiki pasywne ze względu na konstrukcję i sposób działania dzieli się na:
tłumiki absorpcyjne, których działanie polega na tym, że energia dźwięku wnika do wnętrza materiału dźwiękochłonnego i wskutek tarcia zamienia się w ciepło. Charakteryzują się one małymi stratami ciśnienia. Wadą tych tłumików jest to, że mogą one w pewnych warunkach stwarzać dogodne warunki dla rozwoju mikroorganizmów, a tym samym być źródłem emisji zanieczyszczeń powietrza;
tłumiki dławiące, których działanie również polega na zamianie energii dźwięku na ciepło, lecz zachodzi to podczas przepływu powietrza przez materiał porowaty o dużym oporze przepływu. Ze względu na duże opory przepływu i możliwość zatykania zanieczyszczeniami są one bardzo rzadko stosowane w technice wentylacyjnej, ale za to można je spotkać np. w instalacjach sprężonego powietrza lub w instalacjach parowych;
tłumiki odbiciowe, stosowane np. w maszynach spalinowych.
Tłumiki pasywne nie wprowadzają dodatkowej energii akustycznej powodującej tłumienie dźwięków generowanych przez instalację. Istnieją rozwiązania konstrukcyjne tłumików przeznaczonych do przewodów o przekroju prostokątnym i okrągłym. Należy do nich zaliczyć tłumiki absorpcyjne, wykonane w postaci prostych lub zagiętych rur – przewodów tłumiących, bądź też w postaci płyt – ekranów (kulis) dźwiękochłonnych umieszczonych w blaszanym kanale, nazywanych tłumikami kulisowymi .
Dostępne na rynku tłumiki na ogół skutecznie likwidują fale w zakresie częstotliwości, dla których zostały zaprojektowane. Należy je dobierać tak, aby skutecznie obniżały hałas generowany przez instalację. Zakres eliminacji fal akustycznych zależy od ich cech konstrukcyjnych, w tym m.in. od wymiarów, wielkości powierzchni pochłaniającej dźwięk i zastosowanych materiałów pochłaniających. Pochłanianie dźwięków w tłumikach rośnie wraz ze wzrostem częstotliwości drgań i grubości materiału pochłaniającego.
Stosowane materiały pochłaniające dźwięki mają na ogół strukturę porowatą, co niewątpliwie sprzyja ich zanieczyszczaniu i zawilgoceniu. Dlatego tłumiki mogą stwarzać na swoich powierzchniach dogodne warunki do rozwoju mikroorganizmów, co w konsekwencji może wpłynąć na pogarszanie się jakości powietrza dostarczanego do pomieszczeń.
Niestety, starzejący się z upływem lat materiał dość często ulega rozwłóknianiu i wykruszaniu, a tym samym wprowadzany jest do powietrza wentylacyjnego. Aby zapobiec tym niepożądanym zjawiskom, materiały pochłaniające pokrywane są bardzo często powłokami ochronnymi, utrudniającymi przenikanie zanieczyszczeń i wilgoci do wnętrza materiału tłumiącego, a ponadto mogą być powlekane środkami utrudniającymi np. wzrost grzybów pleśniowych. Zawilgocenie tłumika powoduje również zmianę jego tłumienności.
Dlatego w tłumikach ulegających opisanym zjawiskom wskazana jest okresowa wymiana materiału pochłaniającego lub nawet całego tłumika. Uwzględniając powyższe fakty, w praktyce eksploatacyjnej uzasadnione jest poddawanie tłumików okresowym przeglądom. Wśród absorpcyjnych tłumików hałasu na uwagę zasługują tłumiki kulisowe. Składają się z ułożonych równolegle obok siebie kulis (płyt – ekranów) z materiałem pochłaniającym i temu zawdzięczają swą nazwę. Całość złożona jest w jeden moduł, umożliwiający połączenie dwóch stron tłumika
z instalacją wentylacyjną. Bardzo często tłumiki kulisowe zblokowane są w tzw. sekcje tłumiące wchodzące w skład centrali wentylacyjnej, które instaluje się bezpośrednio za wentylatorami.
Istotną funkcję w tłumieniu dźwięków przez tłumik kulisowy spełniają m.in.:
rodzaj materiału tłumiącego, a tym samym jego zdolność do tłumienia dźwięków,
grubość izolacji akustycznej, liczba kulis,
odległość między kulisami,
wymiary tłumika, w tym jego długość i szerokość.
Zwiększenie powierzchni tłumiącej zwiększa zdolność tłumienia dźwięków. Można stwierdzić, że zdolność tłumienia dźwięków przez tłumik poprawia się, gdy: zwiększa się grubość
i powierzchnia izolacji akustycznej, liczba kulis oraz długość tłumika.
Tłumiki aktywne
Poza tłumikami pasywnymi istnieją jeszcze tzw. tłumiki aktywne. Działanie tych tłumików polega na aktywnej redukcji hałasu. Jest to, inaczej mówiąc, zwalczanie hałasu „antyhałasem”. Tłumiki te nie są szeroko rozpowszechnione w technice wentylacji, jednak ten sposób tłumienia dźwięków jest coraz częściej przytaczany w literaturze tematu. Ma on niewątpliwe zalety, a mianowicie nie wpływa na zwiększenie oporów przepływu i nie zajmuje dodatkowej znacznej przestrzeni w układzie wentylacyjnym.
Niestety, dla zapewnienia działania tych tłumików niezbędne jest dostarczanie energii do ich elementów detekcji, przetwarzania i generacji drgań. Skuteczność działania tłumika zależy od zdolności wygenerowania takich fal akustycznych, które umożliwiają wytłumienie fal powstających w instalacji w rzeczywistych warunkach pracy. Ze względu na złożoność akustyczną powstających w instalacjach fal dźwiękowych powstają techniczne problemy redukcji hałasu. Należy jednak spodziewać się, że w miarę postępu technicznego aktywne metody redukcji hałasu będą coraz częściej przedstawiane jako alternatywa dla metod pasywnych, szczególnie w zakresie niskich częstotliwości.
Tłumiki w instalacjach spalinowych
Tłumiki absorpcyjne zainstalowane na czopuchu kotła. Tłumią one hałas efektywniej dla częstotliwości powyżej 500 Hz, a robią to tym skuteczniej, im są dłuższe (jest to często cecha uniemożliwiająca instalację z uwagi na brak miejsca na czopuchach). W przypadku, gdy jest mało miejsca na instalację tłumików oraz duży udział w widmie hałasu stanowią częstotliwości poniżej 500 Hz, zaleca się zastosowanie tłumików aktywnych.
Aktywny tłumik, np. Aktiv+ jest doskonałą kombinacją tłumika pasywnego i tłumika aktywnego. Nowoczesne, szczególnie energooszczędne kotły grzewcze pokazują wysoki udział niskich częstotliwości, które przez tłumik pasywny mogą być tłumione w niewystarczający sposób. Dlatego wspólnie z Instytutem Fraunhofera opracowano nowy rodzaj tłumika, który uzyskał aprobatę Federalnej Federacji Ochrony Środowiska.
Jego działanie polega na wysyłaniu odpowiednio wygenerowanych dźwięków do przewodu spalinowego przez umieszczony w aktywnym rezonatorze głośnik. Uruchomienie tłumika następuje automatycznie wraz z uruchomieniem palnika kotła.
Zalety:
- wysoka skuteczność tłumienia poniżej 500 Hz;
- przeznaczony dla kotłów olejowych i gazowych oraz instalacji kondensacyjnych;
- wykonanie ze stali nierdzewnej V4A;
- do pracy w pod- i nadciśnieniu;
- szczelny na kondensat, wyposażony w odpływ;
- budowa modułowa, dostosowany do pracy w układach z tłumikami tradycyjnymi;
- prosty i wygodny montaż z uwzględnieniem małego zapotrzebowania na miejsce;
- dostępne średnice 80 - 350 mm;
- wysoka skuteczność tłumienia.
Analizując charakterystyki (tłumienie w funkcji częstotliwości) okazuje się, iż dla tłumików standardowych ich skuteczność zaczyna się od 500 Hz, zaś dla tłumików aktywnych skuteczność jest stała i wynosi min. 15 - 20 dB w całym zakresie częstotliwości
Literatura
Recknagel H., Sprenger E., Hönmann W., Schramek E. R., Ogrzewanie i klimatyzacja. Poradnik, Wydawnictwo EWFE, Gdańsk 1994.
Magazyn Instalatora