Ilmanvaihdon hybridiäänenvaimennin

Abstract

Tässä diplomityössä tutkittiin sekä reaktiivisesta että resistiivisestä osasta koostuvan hybridiäänenvaimentimen käyttökelpoisuutta suurissa ilmanvaihdon kanavako'oissa. Työssä on myös esitetty ilmanvaihdon aiheuttaman melun kannalta keskeiset melua aiheuttavat komponentit ja ilmiöt sekä näiden laskennallinen arvioiminen. Lisäksi on käsitelty vaimentimien ja kanavaosien aiheuttamaa melun vaimenemista kanavistossa.

Tutkittu vaimennin koostuu kahdesta matalien taajuuksien vaimentamiseen käytettävästä säädettävästä ja kiinteästä neljännesaaltoresonaattorista sekä keski- ja korkeiden taajuuksien vaimentamiseen käytettävästä resistiivisestä osasta. Vaimentimen aiheuttama vaimennus, painehäviö sekä äänitehotaso mitattiin eri tilanteissa vaimentimen säädettävän neljännesaaltoresonaattorin ollessa mitoitettu eri resonanssitaajuuksille. Mitattuja vaimennusarvoja verrattiin markkinoilla oleviin vastaavan kokoisiin ja vastaavaan käyttötarkoitukseen soveltuviin tuotteisiin.

Suoritettujen mittausten perusteella voidaan todeta, että hybridivaimentimella saavutetut vaimennusarvot matalilla taajuuksilla ovat selvästi parempia kuin markkinoilla olevilla tuotteilla yleensä. Säädettävä neljännesaaltoresonaattori toimi odotetusti ja sen avulla vaimentimen vaimennus voidaan mitoittaa esimerkiksi ilmanvaihtokoneen siipitaajuuden vaimentamiseen kohteessa. Mittausten perusteella voidaan myös todeta, että vaimennin ei aiheuttanut merkittävää painehäviötä tai melua kanavistossa vaimentimen normaalia käyttöaluetta vastaavilla ilman tilavuusvirroilla.

I detta arbete undersöktes avändningen av en hybridljuddämpare, som består av både en reaktiv och en resistiv del, i stora luftkonditioneringssystem. De centrala komponenterna och fenomenen för buller orsakat av luftflödet samt av de olika komponenterna i luftkonditioneringskanalerna presenteras, tilsammans med matematiska modeller för att förutspå den alstrade bullernivån. Ljuddämpningen för de olika komponenterna i luftkonditioneringssystem samt för olika typer av ljuddämpare presenteras också.

Den undersökta hybridljuddämparen består av två kvartsvågländsresonatorer, en ojusterbar och en justerbar, som används för att dämpa låga frekvenser, samt en resistiv del, som används för att dämpa mellan- och höga frekvenser. Ljuddämpningen, tryckfallet och ljudeffektnivån orsakad av ljuddämparen uppmättes i diverse mätsituationer, med den justerbara kvartsvåglängdsresonatorn inställd till olika resonansfrekvenser. De uppmätta ljuddämpningsresultaten jämfördes med konkurrerande produkters resultat.

På basen av resultaten kan det konstateras att prestandan hos hybridljuddämparen vid låga frekvenser är betydligt bättre än den hos konkurrerande produkter. Den justerbara kvartsvåglängdsresonatorn fungerade som planerat, och i praktiken kan den justeras för att dämpa t.ex. buller vid bladpassfrekvensen hos luftbehandlingsaggregatet. Det kan också konstateras, att hybridljuddämparen inte alstrade betydande buller eller orsakade betydande tryckfall i systemet, vid luftflöden som motsvarar det normala användnigsområdet för ljuddämparen.

In this thesis the suitability of using a hybrid silencer, consisting of both a dissipative and a reactive part, in large HVAC duct sizes was examined. The central components and phenomena of noise caused by the air propagating in HVAC ducts and in the different parts of the ductwork are also presented, along with computational models for predicting the noise. The attenuation caused by silencers and various pieces of the ductwork is also presented.

The examined hybrid silencer consists of two quarter wave resonators, one fixed and one adjustable, that are used to attenuate low frequencies, and a dissipative portion, that is used to attenuate medium and high frequencies. The attenuation, pressure loss and sound power level caused by the silencer were measured in different situations, with the adjustable resonator being set to various resonant frequencies. The attenuation performance was compared to similar products on the market, that could be considered as competing products for the designed hybrid silencer.

Based on the performed measurements, it can be stated that the attenuation performance for the hybrid silencer at low frequencies is considerably better than for most products available on the market. The adjustable quarter wave resonator worked as intended, and in practice it can for example be adjusted to attenuate the blade passing frequency of the air handling unit. It can also be stated that the silencer did not cause any considerable pressure loss or excessive noise in the ductwork at air flow velocities corresponding to normal use of the silencer.