声子晶体型消声阵列结构及空调系统的制作方法

本公开涉及通风消声技术领域，尤其涉及一种声子晶体型消声阵列结构及空调系统，可应用于建筑、轨道交通等领域。

背景技术：

绿色、环保和节约型建筑是国家大力提倡的方针，也是轨道交通建设不断探索和追求的方向。建筑、地铁的空调通风系统在改善空气环境的同时，也不可避免带来噪声，影响了居住和乘坐者的舒适性。

通风空调系统的噪声源主要是风机噪声，风机噪声沿风管传播并从出风口辐射出去。风机噪声呈现明显的低频宽带特性。针对空调通风系统噪声控制，除了使用低噪声风机以从源头控制噪声外，目前通常的做法是在出风口进行消声处理。传统的消声结构包括片式消声器、迷道式消声器等，普遍存在着低频消声效果不理想、阻力损失大、无法进行模块化设计等缺点。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种声子晶体型消声阵列结构及空调系统，以至少部分解决以上所存在的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种声子晶体型消声阵列结构，包括：周期性排列的多个元胞；其中，所述元胞包括：

第一面板，其具有第一开口；

第二面板，与所述第一面板相对设置，其具有第二开口，与所述第一开口的位置相对；及

芯层，位于所述第一面板和第二面板之间，其包括吸声棉，该吸声棉为具有通风流道的中空贯通结构，所述通风流道与所述第一开口及第二开口连通。

在一些实施例中，所述的声子晶体型消声阵列结构还包括：微穿孔板，位于所述通风流道中。

在一些实施例中，所述微穿孔板围成一具有通风流道的中空框架结构，所述中空框架结构的所述通风流道与所述第一开口及第二开口连通。

在一些实施例中，所述微穿孔板为变径微穿孔板，微穿孔板上的每个孔的孔径沿微穿孔板的厚度方向先减小后增大。

在一些实施例中，所述多个元胞沿多个方向周期性排列。

在一些实施例中，第一开口、第二开口为矩形开口，第一面板、第二面板为矩形面板，第一开口、第二开口的尺寸为w1×w2，第一面板、第二面板的尺寸为a×b，(w1×w2)/(a×b)＝η，η介于35～60％之间。

在一些实施例中，所述元胞厚度介于80～210mm之间，元胞长度和宽度介于110～260mm之间，第一开口及第二开口的长度和宽度介于60～220mm之间。

在一些实施例中，所述通风流道截面形状为圆形、正方形、或菱形。

根据本公开的另一个方面，提供了一种空调系统，其包括所述的消声阵列结构。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开一种基于声子晶体型消声阵列结构及空调系统至少具有以下有益效果其中之一：

(1)本公开消声阵列结构利用所述多个元胞构建消声单元，且多个元胞周期性排列，由声子晶体带隙理论，所构建的周期性排列的消声单元可形成布拉格声波带隙，由此得到一种宽频通风消声阵列结构，相较于传统的片式消声器，本公开消声量可提高5分贝。

(2)本公开消声阵列结构多个元胞在多个方向周期性排列，例如在结构平面方向和垂直于结构平面的方向周期性排列，由此可形成多个声波带隙，进一步抑制了噪声。

(3)本公开消声阵列结构通过对元胞结构的合理设置，例如面板、芯层、微穿孔板的位置及其开口与流道的结构，进一步改善了通风隔声效果。此外，本公开消声阵列结构可根据通风量要求和噪声频率，对元胞的数量、尺寸等进行适当调整。

(4)本公开在消声阵列结构的流道中采用声阻大、表面摩擦系数小的变径微穿孔板，使消声带宽更宽、阻力损失更小、可根据使用环境自由扩展。

附图说明

图1是本公开声子晶体型消声阵列结构的一结构示意图。

图2是本公开声子晶体型消声阵列结构的元胞分解结构示意图。

图3是本公开声子晶体型消声阵列结构的元胞整体结构示意图。

图4是本公开声子晶体型消声阵列结构的另一结构示意图。

图5为本公开消声阵列结构的消声量仿真计算与试验结果对比图。

图6为本公开消声阵列结构的与传统片式消声器消声曲线对比图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开提供了一种声子晶体型消声阵列结构，包括：周期性排列的多个元胞；其中，所述元胞包括：

第一面板，其具有第一开口；

第二面板，与所述第一面板相对设置，其具有第二开口，与所述第一开口的位置相对；及

芯层，位于所述第一面板和第二面板之间，其包括吸声棉，该吸声棉为具有通风流道的中空贯通结构，所述通风流道与所述第一开口及第二开口连通。

本公开消声阵列结构利用所述多个元胞构建消声单元，且多个元胞周期性排列，由声子晶体带隙理论，所构建的周期性排列的消声单元可形成布拉格声波带隙，由此得到一种宽频通风消声阵列结构，相较于传统的片式消声器，本公开消声量可提高5分贝。

进一步的，所述声子晶体型消声阵列结构还可包括微穿孔板，位于所述通风流道中。具体的，所述微穿孔板围成一具有通风流道的中空框架结构，所述中空框架结构的所述通风流道与所述第一开口及第二开口连通。

为使消声带宽更宽、阻力损失更小，所述微穿孔板优选为变径微穿孔板，微穿孔板上的每个孔的孔径沿微穿孔板的厚度方向先减小后增大。

所述多个元胞沿多个方向周期性排列，例如在结构平面方向和垂直于结构平面的方向周期性排列，由此可形成多个声波带隙，进一步抑制了噪声。

以矩形结构为例说明本发明声子晶体型消声阵列结构的整体尺寸：第一开口、第二开口的尺寸为w1×w2，第一面板、第二面板的尺寸为a×b，有效通风率η＝(w1×w2)/(a×b)，η介于35～60％之间，元胞厚度介于80～210mm之间，元胞长度和宽度介于110～260mm之间，第一开口及第二开口的长度和宽度介于60～220mm之间。

实施例一

如图1所示，本实施例消声阵列结构为单层声子晶体型消声阵列结构，具体为单层的4×4元胞排列的消声结构。当然，消声阵列结构的元胞数量及排布并不限于4×4元胞排列的消声结构，可根据实际应用场合适当调整。

如图2所示，所述元胞1包括：第一面板10，其具有第一开口101；第二面板20，与所述第一面板相对设置，其具有第二开口201，与所述第一开口的位置相对；及芯层30，位于所述第一面板和第二面板之间，其包括吸声棉301，该吸声棉为具有通风流道a的中空贯通结构，所述通风流道与所述第一开口及第二开口连通。此外，在所述通风流道a中还可进一步设置有微穿孔板40。

本实施例消声阵列结构通过对元胞结构的合理设置，保证了良好的通风隔声效果。

具体的，所述第一面板、第二面板为矩形面板，第一开口、第二开口为矩形开口，所述吸声棉围成矩形中空贯通结构，所述通风流道a的截面呈矩形。所述微穿孔板围成一具有通风流道b的矩形中空框架结构，通风流道b的截面呈矩形，所述通风流道b与所述第一开口及第二开口连通。

如图3所示，所述消声阵列结构的元胞的整体尺寸：整体厚度为h，上下面板中心开方孔(w1×w2)，元胞大小(a×b)，则消声阵列结构的有效通风率η＝(w1×w2)/(a×b)。在本实施例中，h＝132mm，a＝b＝158mm，w1＝w2＝111.8mm，有效通风率η＝50％。

此外，可根据通风量要求和噪声频率，对元胞的数量、尺寸等进行适当调整。

所述第一面板、第二面板可采用镀锌钢板制作，所述微穿孔板材质可为铝合金，所述吸声棉采用轻质、环保、防火的三聚氰胺材质。此外，与传统不同，本实施例所述微穿孔板采用变径微穿孔板，具有声阻大、吸声带宽宽和表面摩擦系数小等优点。

实施例二

如图4所示，本实施例消声阵列结构为多层声子晶体型消声阵列结构，具体为3层的4×4元胞排列的消声结构，当然，消声阵列结构的层数、元胞数量及排布并不限于3层的4×4元胞排列的消声结构，可根据实际应用场合适当调整。本实施例消声阵列结构不仅沿结构表面方向周期排列了多个元胞，而且在垂直方向结构也呈现周期性，由此可形成多个声波带隙，进一步抑制了噪声。

此外，本实施例消声阵列结构的具体组成，材质等可与前一实施例相同，此处不再赘述。

需要说明的是，所述面板、通风流道等的形状并不限于矩形，可根据实际需求设置为圆形、菱形等不同形状。

此外，本公开还提供了一种空调系统，其包括所述的消声阵列结构。

图5为本公开实施例一消声阵列结构消声量仿真计算与试验结果对比图。图6为本公开实施例一消声阵列结构与传统片式消声器消声曲线对比图。表1为本公开实施例一消声阵列结构与片式消声器消声量和压力损失对比。由图5-6及表1可见，本公开消声阵列结构提高了消声量，有效改善了效果。

表1消声阵列结构与片式消声器消声量和压力损失对比

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

所述面板、芯层、开口的形状也不限于矩形，还可以为其他形状，例如圆形、三角形、六边形等。

当然，根据实际需要，本公开方法还包含其他的步骤，由于同本公开的创新之处无关，此处不再赘述。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。