DE19730355C1

DE19730355C1 - Noise absorber for air duct in building glazing

Info

Publication number: DE19730355C1
Application number: DE1997130355
Authority: DE
Inventors: Helmut Prof Fuchs; Philip Dr Leistner; Jan Krueger
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1997-07-15
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2017-07-16

Abstract

The sound absorber has a micro-perforated plate (2) defining part of the air duct. The plate can form one or more side walls of the air duct (1) which has a rectangular section. An integral wall of the duct can be perforated. The plate can alternatively be mounted inside the air duct.

Description

Die Erfindung betrifft Schallabsorber in Lüftungskanälen.The invention relates to sound absorbers in ventilation ducts.

State of the art

Aus der DE 43 15 759 C1 ist ein mikroperforiertes schallabsorbierendes Glas- oder transparentes Kunstglasbauteil bekannt, das als Zwischenglas vor Glaswänden, Fenster, Türen oder allgemein vor Wände gestellt, aufgehängt oder an gebracht werden kann. In der Druckschrift sind auch bereits mikroperforierte Kassetten oder Kulissen als Voll- oder Halbkörper beschrie ben.From DE 43 15 759 C1 is a micro-perforated sound absorbing Glass or transparent art glass component known as an intermediate glass Glass walls, windows, doors or generally placed in front of walls, hung up or can be brought to. In the publication are also already micro-perforated cassettes or backdrops described as full or half body ben.

Aus der EP 0 697 051 C1 ist ein schallabsorbierendes Bauteil aus Metall oder Kunststoff bekannt, das z. B. als Unterdecke vor Betondecken abgehängt werden kann.EP 0 697 051 C1 describes a sound-absorbing component made of metal or Plastic known that z. B. suspended as a false ceiling in front of concrete ceilings can be.

In diesen mikroperforierten Bauteilen wird die Luftmasse in der Perforation durch den Luftschall zu Schwingungen angeregt, wobei die Luftschicht zwischen dem perforierten Bauteil und dem Glasfenster oder der Decke oder der Wand usw. als Feder wirkt. The air mass in the perforation is in these micro-perforated components excited by the airborne sound to vibrate, the air layer between the perforated component and the glass window or the ceiling or the wall etc. acts as a spring.

Auf die ersten beiden Druckschriften der Anmeldung wird ausdrücklich Bezug genommen, besonders hinsichtlich der Art der Mikroperforation. Die mikroperforierten Bohrungen haben beispielsweise einen Durchmesser von 0,1-3 mm und der Anteil der mikroperforierten Fläche zur Gesamtfläche des Bauteils beträgt weniger als 4%, vorzugsweise 2-1%.Reference is expressly made to the first two publications of the application taken, especially with regard to the type of microperforation. The microperforated holes have a diameter of, for example 0.1-3 mm and the proportion of the microperforated area to the total area of the Component is less than 4%, preferably 2-1%.

Aufgabe der Erfindung ist es, in Lüftungskanälen bzw. Strömungskanälen in Klimaanlagen faserfreie Schallabsorber zu integrieren, wodurch insbesondere die schall- und strömungstechnischen Eigenschaften verbessert werden sollen.The object of the invention is in ventilation channels or flow channels in Air conditioning systems to integrate fiber-free sound absorbers, which in particular the sound and flow properties improved should be.

Diese Aufgabe wird durch den Schallabsorber nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by the sound absorber according to claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous refinements are characterized in the subclaims.

1. Back-flowed micro-perforated plates in channels

Die hinterströmten mikroperforierten Platten (2) sind in Kanallängsrichtung aufgestellt und ohne abgeschlossenes Rückvolumen in einem Abstand vor mindestens einer Kanalwand befestigt (Bild 1). Trotz fehlender rückseitiger Kassettierung und trotz rückseitiger Hinterströmung im Kanal (1) bewirken sie eine effektive Dämpfung von Querresonanzen (transversale Moden) im Kanal. Im Vergleich zu dickeren Schichten aus porösem Absorbermaterial stellen die mikroperforierten Platten kein Hindernis für die Strömung im Kanal dar. Sie verhindern so die ansonsten auftretenden Druckverluste und sind faserfrei. Die Absorptionswirkung ohne Druckverlust ist z. B. beim Einsatz aktiver Schalldämpfer (3) erforderlich, da unbedämpfte Querresonanzen die Funktion aktiver Schalldämpfer bis zur Wirkungslosigkeit beeinträchtigen können. Die hinterströmten mikroperforierten Platten befinden sich hierbei in einem Abstand vor der harten Kanalwand gegenüber den aktiven Schalldämpfern (Bild 2). The back-flowed micro-perforated plates ( 2 ) are set up in the longitudinal direction of the canal and attached at a distance in front of at least one canal wall without a closed back volume ( Figure 1). Despite the lack of a cassette on the back and despite the backflow in the channel ( 1 ), they effectively dampen transverse resonances (transverse modes) in the channel. Compared to thicker layers made of porous absorber material, the micro-perforated plates do not pose an obstacle to the flow in the channel. They prevent the pressure losses that otherwise occur and are fiber-free. The absorption effect without pressure loss is e.g. B. required when using active silencers ( 3 ), since undamped cross-resonances can impair the function of active silencers to ineffectiveness. The back-flowed micro-perforated plates are located at a distance in front of the hard duct wall from the active silencers ( Fig. 2).

2. Flow through micro-perforated silencer backdrops

Die durchströmte mikroperforierte Schalldämpferkulisse besteht aus min destens einer mikroperforierten Frontplatte (2) und einem rückseitigen Kulis sengehäuse (4) mit einer definierten Lufteintrittsöffnung (5) (Bild 3). Diese Öffnung befindet sich im Bereich erhöhten dynamischen Druckes, so daß ein Teil der Strömung im Kanal in die Kulisse eindringt und zu einer Durchströ mung der mikroperforierten Frontplatte führt. Die Strömungsgeschwindigkeit u in den Mikrolöchern ergibt sich im wesentlichen aus dem Staudruck der Strömung an der Anströmseite der Kulisse sowie dem Flächenverhältnis von Eintrittsöffnung der Kulisse und Lochfläche der mikroperforierten Frontplatte. Die Höhe der Strömungsgeschwindigkeit U bestimmt ein Optimum (1 bis 10 m/s) bezüglich der breitbandigen Schallabsorption einer gegebenen mikroperforierten Frontplatte. Die akustischen Eigenschaften einer solchen Frontplatte vor einem geschlossenen Gehäuse resultieren aus ihrem Material, ihrer Geometrie, ihrer seitlichen Befestigung am Gehäuse sowie aus dem Volumen des Gehäuses. Zum Vergleich der Absorption bei senkrechtem Schalleinfall einer mikroperforierten Frontplatte mit und ohne Durchströmung bzw. bei unterschiedlich starker Durchströmung dient die Messung im Kundt schen Rohr (6) (Bild 4). Das Kundtsche Rohr verfügt zu diesem Zweck über eine Einström-Öffnung (7) hinter und eine Ausström-Öffnung (8) vor der Frontplatte. Die Ergebnisse (Bild 5) zeigen eine Erweiterung der Absorptions bandbreite insbesondere zu tiefen Frequenzen bei einer bestimmten Strö mungsgeschwindigkeit in den Löchern. Sowohl im Fall ohne Durchströmung als auch bei noch stärkerer Durchströmung fällt die Bandbreite geringer aus. In Analogie zum senkrechten Schalleinfall läßt sich der Zusammenhang von Absorption und Durchströmung mikroperforierter Frontplatten auch bei strei fendem Schalleinfall im Kanal (Bild 6) meßtechnisch nachweisen. Die gemes sene Einfügungsdämpfung (Bild 7) unterstreicht anschaulich die breitbandi gere Dämpfungswirkung der durchströmten mikroperforierten Frontplatte.The flow through the micro-perforated silencer backdrop consists of at least one micro-perforated front panel ( 2 ) and a rear-facing cooler housing ( 4 ) with a defined air inlet opening ( 5 ) ( Figure 3). This opening is in the area of increased dynamic pressure, so that part of the flow in the channel penetrates into the backdrop and leads to a flow through the micro-perforated front panel. The flow velocity u in the microholes essentially results from the dynamic pressure of the flow on the upstream side of the backdrop and the area ratio of the inlet opening of the backdrop and the perforated surface of the microperforated front plate. The height of the flow velocity U determines an optimum (1 to 10 m / s) with regard to the broadband sound absorption of a given microperforated front panel. The acoustic properties of such a front panel in front of a closed housing result from its material, its geometry, its lateral attachment to the housing and from the volume of the housing. The measurement in Kundt's tube ( 6 ) ( Fig. 4) is used to compare the absorption when a microperforated front panel is subjected to vertical sound with or without a flow or with a flow of different strength. For this purpose, Kundt's pipe has an inflow opening ( 7 ) behind and an outflow opening ( 8 ) in front of the front panel. The results ( Figure 5) show an expansion of the absorption bandwidth, especially at low frequencies at a certain flow velocity in the holes. The bandwidth is smaller both in the case without a flow and in the case of an even stronger flow. In analogy to the vertical incidence of sound, the relationship between absorption and flow through micro-perforated front panels can also be verified using measurement technology, even if the sound of the channel hits ( Figure 6). The measured insertion loss ( Figure 7) clearly underlines the broadband damping effect of the micro-perforated front panel through which the air flows.

Durch die direkte Ausnutzung der Luftströmung in Lüftungskanälen zur Durchströmung der mikroperforierten Schalldämpferkulisse ist keine zusätz liche Hilfsenergie in Form einer zusätzlichen Gasfördereinrichtung notwendig. Eine Regelungsvorrichtung nach Art einer Drosselklappe an der Lufteintritts öffnung der Kulisse zur Einhaltung einer optimalen Durchströmung der mikroperforierten Frontplatte gewährleistet eine gleichbleibende Schall dämpfung auch bei veränderter Luftfördermenge im Kanal. Ein wechsel- bzw. reinigbarer Staubfilter am Lufteintritt kann den Verschluß der Mikrolöcher verhindern, falls keine konditionierte Luft im Kanal (wie z. B. in Klimaanlagen) vorliegt. Zur Erhöhung der Dämpferlänge und damit der Schalldämpfung ist eine mehrfache Kassettierung (9) des Kulissengehäuses mit definierter Durchströmung jedes Plattensegmentes vorgesehen (Bild 8).Due to the direct utilization of the air flow in ventilation ducts to flow through the microperforated silencer backdrop, no additional auxiliary energy in the form of an additional gas delivery device is necessary. A control device in the manner of a throttle valve at the air inlet opening of the backdrop to maintain an optimal flow through the microperforated front panel ensures a constant sound attenuation even when the air flow in the duct changes. A replaceable or cleanable dust filter at the air inlet can prevent the micro holes from being closed if there is no conditioned air in the duct (e.g. in air conditioning systems). In order to increase the damper length and thus the sound absorption, a multiple cassette ( 9 ) of the link housing with a defined flow through each plate segment is provided ( Figure 8).

3. Micro-perforated channels flow through

Durchströmte mikroperforierte Kanäle (10) stellen rechteckförmige (Bild 9) oder zylindrische (Bild 10) Strömungsführungen dar, die den sich ausbreiten den Schall im Kanal nach Art eines Rohrschalldämpfers ohne faserige oder poröse Materialien bedämpfen. Gleichzeitig kann die im Strömungskanal geförderte Luft durch die Mikroperforation in die zu belüftenden Räume nach Art eines über die gesamte mikroperforierte Berandung gleichmäßig verteilten Luftauslasses für die Raumlüftung entweichen. Dadurch wird die Außenfläche der Berandung entsprechend der eingestellten Luftströmung von jedweden Ablagerungen aus der Raumluft dauerhaft freigehalten. Eine weitere Funktion durchströmter mikroperforierter Kanäle ist die breitbandige Absorption (Bild 5) des von außen auf die Strömungsführung auftreffenden Luftschalls nach Art einer schalldämpfenden Auskleidung des Raumes (11) (Bild 11). Hierbei wird eine klinisch reine, zugluftfreie Raumbelüftung möglich, die zugleich eine Schallpegelminderung für Geräuschquellen im Raum bewirkt. Wenn die mikroperforierten Strömungskanäle vor bereits schallabsorbierenden Wänden oder Decken verlegt werden, dann können sie bei entsprechender Auslegung die vorhandene Absorptionsfläche noch vergrößern oder den Frequenzbereich der vorhandenen Absorption erweitern. Durch die Führung der Kanäle vor Raumbegrenzungsflächen und Raumeinbauten oder frei im Raum verlegt las sen sich verschiedene Raumbereiche, Begrenzungsflächen und Einbauten gezielt und unterschiedlich stark belüften oder klimatisieren. Mittels einer nachträglichen Abdeckung der Perforation (teilweise oder vollständig) kann ein zunächst ganzflächig perforierter Kanal hinsichtlich seiner lüftungs- und schalltechnischen Eigenschaften in weiten Grenzen variiert werden. Zur Ver besserung der Absorptionseigenschaften sind sowohl zusätzliche äußere durchströmte mikroperforierte Kanäle (12) (Bild 12) als auch die Kassettierung (9) (Bild 13) der so entstehenden Zwischenräume vorgesehen.Micro-perforated channels ( 10 ) with flow through represent rectangular ( Fig. 9) or cylindrical ( Fig. 10) flow guides which dampen the sound in the duct in the manner of a pipe silencer without fibrous or porous materials. At the same time, the air conveyed in the flow channel can escape through the microperforation into the rooms to be ventilated in the manner of an air outlet for room ventilation that is evenly distributed over the entire microperforated edge. As a result, the outer surface of the border is kept permanently free of any deposits from the room air in accordance with the set air flow. Another function of micro-perforated channels with flow is the broadband absorption ( Fig. 5) of the airborne sound that strikes the flow from the outside in the manner of a sound-absorbing lining for the room ( 11 ) ( Fig. 11). Here, a clinically pure, draft-free room ventilation is possible, which at the same time reduces the noise level for noise sources in the room. If the micro-perforated flow channels are installed in front of walls or ceilings that are already sound-absorbing, then with the appropriate design, they can enlarge the existing absorption area or expand the frequency range of the existing absorption. By routing the ducts in front of room boundary surfaces and built-in units or laid freely in the room, different room areas, boundary surfaces and built-in units can be ventilated or air-conditioned to different degrees. By means of a subsequent covering of the perforation (partially or completely), a channel which is initially perforated over the entire surface can be varied within wide limits with regard to its ventilation and sound properties. To improve the absorption properties, additional external micro-perforated channels ( 12 ) ( Figure 12) as well as the cassette ( 9 ) ( Figure 13) of the resulting gaps are provided.

Descriptions of the pictures

Bild 1: Kanal (1) mit hinterströmter mikroperforierter Platte (2) vor einer Wand. Image 1: Channel ( 1 ) with a micro-perforated plate ( 2 ) behind it in front of a wall.

Bild 2: Kanal (1) mit hinterströmter mikroperforierter Platte (2) vor einer Wand gegenüber einem aktiven Schalldämpfer (3). Figure 2: Channel ( 1 ) with a micro-perforated plate ( 2 ) in front of a wall opposite an active silencer ( 3 ).

Bild 3: Kanal (1) mit durchströmter mikroperforierter Platte (2) als Frontplatte eines Kulissengehäuses (4) mit Lufteintrittsöffnung (5). Figure 3: Channel ( 1 ) with micro-perforated plate ( 2 ) as the front plate of a link housing ( 4 ) with air inlet opening ( 5 ).

Bild 4: Durchströmte mikroperforierte Platte (2) in einem Impedanz-Rohr (6) mit Einström-Öffnung (7) und Ausström-Öffnung (8). Fig. 4: Micro-perforated plate ( 2 ) in an impedance tube ( 6 ) with inflow opening ( 7 ) and outflow opening ( 8 ).

Bild 5: Im Impedanz-Rohr (6) gemessener Absorptionsgrad einer durchströmten mikroperforierten Stahlplatte (2) bei unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit U in den Löchern im Vergleich zum Fall ohne Durchströmung
Lochdurchmesser: 0,5 mm
Lochabstand: 5 mm
Plattendicke: 0,5 mm
Seitenlänge: 200 mm×200 mm
Wandabstand der Platte: 100 mm. Figure 5: The degree of absorption of a micro-perforated steel plate ( 2 ) through which the air flows and measured in the impedance tube ( 6 ) at different flow velocities U in the holes compared to the case without a throughflow
Hole diameter: 0.5 mm
Hole spacing: 5 mm
Board thickness: 0.5 mm
Side length: 200 mm × 200 mm
Wall distance of the plate: 100 mm.

Bild 6: Kanal (1) mit Ausström-Öffnung (8) und mit durchströmter mikroperforierter Platte (2) als Frontplatte eines Gehäuses (4) mit Einström-Öffnung (7). Figure 6: Channel ( 1 ) with outflow opening ( 8 ) and with micro-perforated plate ( 2 ) as the front plate of a housing ( 4 ) with inflow opening ( 7 ).

Bild 7: Im Kanal (1) gemessene Einfügungsdämpfung einer durchströmten mikroperforierten Stahlplatte (2) bei unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit U in den Löchern im Vergleich zum Fall ohne Durchströmung:
Lochdurchmesser: 0,5 mm
Lochabstand: 5 mm
Plattendicke: 0,5 mm
Seitenlänge: 200 mm×200 mm
Wandabstand der Platte: 100 mm. Figure 7: Insertion loss measured in channel ( 1 ) of a micro-perforated steel plate ( 2 ) with flow at different flow velocities U in the holes compared to the case without flow:
Hole diameter: 0.5 mm
Hole spacing: 5 mm
Board thickness: 0.5 mm
Side length: 200 mm × 200 mm
Wall distance of the plate: 100 mm.

Bild 8: Anordnung mehrerer durchströmter mikroperforierter Platten (2) als Frontplatten eines durch Kassettierungen (9) unterteilten Kulissengehäuses (4) mit Lufteintrittsöffnungen (5). Figure 8: Arrangement of several micro-perforated plates ( 2 ) through which flow as the front plates of a link housing ( 4 ) with air inlet openings ( 5 ) divided by cassettes ( 9 ).

Bild 9: Durchströmter mikroperforierter Kanal (10) mit rechteckigem Querschnitt. Fig. 9: Micro-perforated channel ( 10 ) with a rectangular cross-section.

Bild 10: Durchströmter mikroperforierter Kanal (10) mit rundem Querschnitt. Fig. 10: Micro-perforated channel ( 10 ) with a round cross-section.

Bild 11: Durchströmter mikroperforierter Kanal (10) mit rechteckigem Querschnitt in einem Raum (11). Figure 11: Micro-perforated channel ( 10 ) with a rectangular cross-section in a room ( 11 ).

Bild 12: Durchströmter mikroperforierter Kanal (10) mit einem umgebenden äußeren mikroperforierten Kanal (12). Fig. 12: Micro-perforated channel ( 10 ) with a surrounding outer micro-perforated channel ( 12 ).

Bild 13: Durchströmter mikroperforierter Kanal (10) mit einem umgebenden äußeren mikroperforierten Kanal (12) und einer Kassettierung (9) des Zwischenraumes. Fig. 13: Micro-perforated channel ( 10 ) with a surrounding outer micro-perforated channel ( 12 ) and a cassette ( 9 ) of the intermediate space.

Claims

1. Sound absorber in ventilation ducts, characterized in that a micro-perforated plate ( 2 ) is part of the ventilation duct

2. Sound absorber according to claim 1, characterized in that the microperforated plate ( 2 ) forms one or more side walls of a ventilation duct ( 1 ) with a rectangular or square cross section.

3. Sound absorber according to claim 1 or 2, characterized in that the entire wall of the ventilation duct ( 1 ) is micro-perforated.

4. Sound absorber according to one of claims 1-3, characterized in that the microperforated plate ( 2 ) is arranged in the interior of the ventilation duct ( 1 ).

5. Sound absorber according to claim 4, characterized in that the microperforated plate ( 2 ) is part of a flow-through backdrop ( 4 ) which is arranged in the interior of the ventilation duct ( 1 ).

6. Sound absorber according to one of claims 1-5, characterized in that the backdrop ( 4 ) is cassette-shaped and the cassettes ( 9 ) have a common air supply ( 5 ).

7. Sound absorber according to claim 6, characterized in that the cassettes ( 9 ) have their own air supply ( 5 ).

8. Sound absorber according to claim 1, characterized in that the ventilation duct ( 1 , 10 ) is surrounded by a further outer, micro-perforated part having channel ( 12 ).

9. Sound absorber according to claim 8, characterized in that the entire walls of both channels ( 1 , 10 , 12 ) are microperforated.

10. Sound absorber according to claim 8 or 9, characterized in that either the inner channel ( 1 , 10 ) or the outer channel ( 12 ) or both are designed cassette.

11. Sound absorber according to claim 1, characterized in that the air flowing through in the channels ( 1 , 10 , 12 ) is conditioned.