Акустическое развязывание гула компрессора: поглощение низкочастотной вибрации

Стойкий низкочастотный гул от наружного блока портативной сплит-системы имеет иной характер, чем широкополосный шум вентилятора, доминирующий в спецификациях dB(A). Шум вентилятора на частотах 300–3 000 Hz легко поглощается стенами, дверями и плитами перекрытий; вибрация компрессора на частотах 10–100 Hz проходит сквозь твёрдые конструкции почти беспрепятственно, резонируя с балками перекрытий, оконными рамами и внутренними перегородками и порождая структурный гул, который доводит чутко спящих людей и соседей снизу до отчаяния. Акустическое развязывание гула компрессора начинается с понимания того, что вы не ослабляете воздушный звук, а прерываете путь передачи механической вибрации.

Что вызывает низкочастотный акустический гул от наружного блока портативной сплит-системы?

Наружный блок портативной сплит-системы порождает низкочастотный акустический гул в основном за счёт механической вибрации компрессора на частотах 10–75 Hz — диапазон частот вала для спирального или ротационного компрессора с переменной скоростью, — передаваемой как структурный звук через опорные лапы к кронштейну, подоконнику, стене и системе перекрытий. Этот частотный диапазон сильно занижается шкалой A-взвешивания, используемой в спецификациях dB(A), поэтому гул редко фигурирует в паспортных цифрах, но остро воспринимается как физическое ощущение теми, кто контактирует с полом или мебелью.

Частота вала спирального компрессора равна оборотам в минуту, делённым на 60. При 1 800 об/мин — типичная рабочая точка средней нагрузки для инвертора с переменной скоростью, охлаждающего комнату 20 м² при 28°C снаружи, — основная частота вибрации составляет 30 Hz. Вторая гармоника — 60 Hz, совпадающая с европейской частотой сети, что затрудняет акустическую изоляцию от электромагнитного гула, создаваемого обмотками трансформатора или катушками двигателя вентилятора в том же корпусе. На минимальной скорости инвертора (600–800 об/мин) основная частота падает до 10–13 Hz, переходя от слышимого гула к тактильной вибрации, ощущаемой через полы и мебель.

Поправка A-взвешивания на 30–60 Hz составляет от -19 до -26 dB относительно среднечастотных компонентов. Компрессор, создающий 70 dB SPL на 40 Hz, регистрируется как всего 48 dB(A) на приборе — выглядя тихим на бумаге, — но те, кто в прямом контакте с полом или стеной, сквозь которую проходит вибрация, воспринимают его как отчётливо слышимый периодический гул. Структурная вибрация ниже 200 Hz воспринимается телом не меньше, чем ушами, поэтому спецификация dB(A) принципиально не способна предсказать, будет ли конкретная установка производить заметный гул.

Как антивибрационные подкладки снижают структурный гул компрессора?

Антивибрационные подкладки снижают гул компрессора, вставляя упругий изолятор между опорными лапами наружного блока и жёсткой поверхностью снизу. Подкладка создаёт систему «масса–пружина» с собственной частотой fn, определяемой жёсткостью подкладки и опираемой массой. Для вибрации на частотах выше 1,41 × fn коэффициент передачи T быстро падает ниже 1,0, снижая долю энергии вибрации, проходящую на монтажную поверхность. Для наружного блока массой 15 кг на неопреновых подкладках с fn = 10 Hz при частоте компрессора 50 Hz: T = 1/(25-1) = 0,042 — проходит лишь 4,2% вибрации, что эквивалентно снижению на 27 dB.

Критический конструктивный параметр — обеспечить, чтобы fn была значительно ниже наименьшей рабочей частоты компрессора. Инверторные компрессоры с переменной скоростью работают на частотах вплоть до 10–13 Hz на минимальной скорости, а значит любой изолятор с fn выше 7–8 Hz обеспечивает сниженную изоляцию — или даже усиление — на минимальной скорости компрессора. Пружинные изоляторы с fn 2–5 Hz обеспечивают эффективную изоляцию во всём инверторном диапазоне; премиальные неопреновые изоляторы с fn ниже 8 Hz покрывают большинство практических условий эксплуатации.

Пружинные изоляторы достигают наименьшей fn и наибольшей полосы эффективной изоляции, но допускают боковое раскачивание под ветровой нагрузкой или пусковым крутящим моментом компрессора. Удерживающий трос или цепь предотвращает смещение наружного блока с кронштейна под динамическими нагрузками при использовании пружинных изоляторов. Неопреновые подкладки обеспечивают и виброизоляцию, и присущую боковую устойчивость в одном компоненте — предпочтительное решение для применений с подоконным кронштейном, где боковое ограничение важно не меньше эффективности изоляции.

Какое снижение dB(A) реалистично могут обеспечить антивибрационные меры?

Установка антивибрационных подкладок под наружным блоком портативной сплит-системы обычно снижает структурную вибрацию, передаваемую зданию, на 12–25 dB в зависимости от типа подкладки и частоты компрессора. Воспринимаемый в помещении уровень гула падает на 6–15 dB(A) — разница между отчётливо слышимым периодическим гулом и едва заметной фоновой вибрацией — когда высококачественные неопреновые или пружинные изоляторы заменяют прямой жёсткий контакт между лапами блока и платформой кронштейна.

Важно быть точным в том, что именно измеряется. Цифра dB(A) в спецификации представляет уровень звукового давления воздушного звука в 1 метре от блока в условиях испытаний ISO 5151; она не учитывает структурную вибрацию, передаваемую зданию. Портативная сплит-система с рейтингом 38 dB(A) может всё же производить слышимый гул в комнате ниже, если она вибрирует на 30–50 Hz через жёсткую систему «кронштейн–балка перекрытия». Антивибрационные подкладки воздействуют на структурный путь; спецификация воздушного звука dB(A) их установкой практически не меняется.

Пограничный случай: усиление резонанса, когда fn близка к частоте компрессора

При частотах компрессора в диапазоне соотношений 0,7 < f/fn < 1,3 коэффициент передачи подкладки T превышает 1,0 — подкладка усиливает, а не ослабляет вибрацию. Пробково-резиновая композитная подкладка с fn = 15 Hz будет усиливать вибрацию компрессора на частотах вала между 10 Hz и 21 Hz, что в точности совпадает с диапазоном минимальной скорости инверторного компрессора с переменной скоростью (600–1 260 об/мин). Решение — всегда выбирать изоляторы с fn как минимум в 2,5 раза ниже минимальной рабочей частоты или смириться с тем, что изоляция эффективна лишь выше зоны риска резонанса, — выбирая изоляторы с пониманием того, что работа на низкой скорости (ночной тихий режим) находится в полосе усиления, а не изоляции.

Как установить антивибрационные подкладки под наружным блоком, монтируемым на подоконнике?

Разместите по одной подкладке под каждой из четырёх резиновых лап наружного блока, убедившись, что подкладки рассчитаны на массу блока, делённую на число точек контакта. Для блока массой 15 кг на четырёх подкладках каждая несёт 3,75 кг; стандартные неопреновые подкладки 100 × 100 мм с рейтингом 5–10 кг на подкладку обеспечивают достаточный запас. Перед установкой подкладок очистите поверхность платформы кронштейна от песка, который мог бы уменьшить площадь контакта и вызвать неравномерную нагрузку.

Проверьте, что блок стоит ровно на подкладках — асимметричная нагрузка приводит к тому, что одна подкладка несёт непропорциональный вес, снижая эффективность её изоляции и потенциально сжимая её сверх номинального рабочего прогиба. На платформах кронштейнов, слегка наклонённых для стока воды, вставьте тонкую стальную прокладку под нижнюю по склону пару подкладок, чтобы выровнять блок перед установкой изоляторов. После установки запустите компрессор на нескольких скоростных режимах и мягко положите руку на платформу кронштейна; передаваемая вибрация должна быть заметно ниже, чем до установки подкладок, на средних и высоких скоростях компрессора.

Какие ещё пути передачи вибрации обходят опорные лапы блока?

Антивибрационные подкладки под наружным блоком воздействуют только на прямой путь передачи через опорные лапы. Два дополнительных пути могут оставаться значимыми после установки подкладок: линии хладагента и точки контакта самого кронштейна с оконной рамой.

Линии хладагента вибрируют на частоте компрессора и передают эту вибрацию внутреннему блоку и конструкции здания везде, где они жёстко контактируют — с краями подоконника, поверхностями стен или крепёжными хомутами. Обёртывание участка линии хладагента длиной 200 мм 10-мм закрытопористой трубной изоляцией в каждой потенциальной точке контакта со стеной или рамой развязывает путь вибрации в этих местах. Избегайте чрезмерной затяжки кабельных стяжек на трубопроводе: плотный, но податливый контакт, едва сжимающий изоляционную оболочку, акустически гораздо менее проводящий, чем тугой захват металла по металлу.

• Проверьте, контактируют ли монтажные болты наружного блока с металлом кронштейна напрямую или через резиновые втулки, поставляемые производителем — отсутствующие или затвердевшие втулки являются частым обходным путём вибрации, который подкладки под лапами не могут компенсировать.
• Разместите неопреновую полосу 5–10 мм между внутренней лапой натяжного подоконного кронштейна и внутренней поверхностью подоконника в качестве вторичного слоя изоляции в точке контакта кронштейна со зданием.
• Там, где линии хладагента проходят через оконное пеноуплотнение, убедитесь, что пена сжимается вокруг оболочки линии без зазора, но без контакта металлического зажима — сжатие пены обеспечивает и герметизацию воздуха, и виброизоляцию в точке прохода.
• Ежегодно осматривайте все хомуты и стяжки линий: хомуты с резиновой прокладкой твердеют за две–три сезона УФ-воздействия и могут перейти от упругих виброгасящих контактов к почти жёстким металлическим мостикам.
• Рассмотрите специальные демпферы вибрации линий — короткие резиновые трубчатые сегменты, надеваемые на линии хладагента между быстроразъёмным фитингом и первой точкой опоры, — продаваемые специально для установок мини-сплит и портативных сплит-систем, чтобы перехватывать вибрацию линий до её попадания в конструкцию здания.

Портативные сплит-системы с малошумными ротационными инверторными компрессорами и хорошо спроектированными резиновыми изоляторами опорных лап позволяют антивибрационным подкладкам достигать полного теоретического снижения, а не компенсировать недостаточную заводскую изоляцию.