呂　璇，　陳選文，　施　霞

(中海環(huán)境科技(上海)股份有限公司，上海 200135)

基于Cadna/A軟件的冷卻塔聲屏障設計

呂璇，陳選文，施霞

(中海環(huán)境科技(上海)股份有限公司，上海 200135)

摘要:冷卻塔因其安裝位置一般距離居民區(qū)較近，近年來成為工業(yè)噪聲擾民中被投訴最多的噪聲源之一。安裝聲屏障被認為是降低冷卻塔噪聲污染的一種最直接有效的措施。以某新建大樓樓頂冷卻塔機組為例，介紹冷卻塔的聲屏障設計。利用Cadna/A 軟件進行冷卻塔聲屏障的聲學設計研究，確定聲屏障的設置位置和高度，直觀反映聲屏障實施前后區(qū)域噪聲橫斷面和水平面分布，在滿足降噪效果要求的基礎上，進一步開展聲屏障材料選取和結構設計等，最終達到理想的降噪效果。

關鍵詞:噪聲；冷卻塔；聲屏障；聲學設計

0引言

近年來，隨著工業(yè)飛速發(fā)展，噪聲污染問題日漸凸顯，其中冷卻塔噪聲對周圍環(huán)境的影響問題逐漸引起人們的重視，開始出現(xiàn)了整治冷卻塔噪聲污染的呼聲。特別是某些樓頂?shù)拇笮屠鋮s塔機組一般距離居民區(qū)較近，其工作時產(chǎn)生的連續(xù)噪聲嚴重影響著居民的正常休息。妥善解決冷卻塔噪聲對周圍環(huán)境的影響問題，正逐步成為社會的共識。

冷卻塔是一種利用水和空氣流動接觸后進行冷熱交換產(chǎn)生的蒸汽，通過蒸發(fā)散熱、對流傳熱和輻射傳熱等過程來散去工業(yè)上或制冷空調(diào)中產(chǎn)生的余熱，進而降低水溫的蒸發(fā)散熱裝置[1]。冷卻塔噪聲主要包含冷卻塔運行時風機的進排氣和減速噪聲、淋水噪聲，以及電動機運行時水泵、配管、閥門和塔體向外輻射的噪聲。大型冷卻塔的噪聲屬于中高頻穩(wěn)態(tài)噪聲，治理目標一般是將受噪聲干擾的敏感點噪聲級控制在當?shù)氐脑肼晣覙藴室詢?nèi)，主要采用聲屏障、消聲器或隔聲窗等措施[2]。這里以某新建大樓的冷卻塔為例，對冷卻塔聲屏障措施進行設計研究。

1項目概況

項目新建大樓高23 m，大樓西側緊鄰9層高的1號居民住宅樓、7層高的3號居民住宅樓以及一棟8層高的老年活動中心，大樓北側為7層高的2號居民住宅。西側居民樓距離該大樓較近，約為31 m；北側居民樓距離該大樓較遠，約為75 m；具體敏感點位置分布見圖1(a)。

(a) 敏感點位置分布

(b) 冷卻塔實物

大樓頂層設置了5臺冷卻塔(見圖1(b))，總長12.6 m，寬3.9 m，高4.9 m。該冷卻塔機組工作負荷大，運行時間長(一般可至23：00)，因此其運行時產(chǎn)生的噪聲會對周圍居民區(qū)居民的正常生活(尤其在夜間居民休息時間)產(chǎn)生嚴重影響。

圖2　冷卻塔進風口噪聲頻譜

根據(jù)冷卻塔廠家提供參數(shù)，冷卻塔頂面排風口噪聲值一般比四面進氣口大3~5 dB(A)；根據(jù)現(xiàn)場聲環(huán)境監(jiān)測，冷卻塔水平進風口噪聲源強約為85 dB(A)，頂部排風口噪聲源強為89 dB(A)。進風口的頻譜特性見圖2，由該圖可知，進風口噪聲以中高頻為主。據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測，當設備運轉開啟時，噪聲對老年活動中心晝間的貢獻值達標，夜間超標3～5 dB(A)(老年活動中心臨路按《聲環(huán)境質量標準》(GB 3096-2008)4a類標準：晝間70 dB(A)，夜間55 dB(A))；對1~3號居民樓晝間貢獻值超標5～8 dB(A)，夜間超標8～10 dB(A)(居民樓按《聲環(huán)境質量標準》(GB 3096—2008)2類標準：晝間60 dB(A)，夜間50 dB(A))[3]。

2治理措施的選擇

噪聲治理主要從噪聲源、傳播途徑和受體(受影響對象)等三方面展開，相應的措施主要是聲源削減(如進排風口安裝消聲器)、傳播途徑阻斷(如聲屏障)、噪聲敏感建筑保護(如隔聲窗)等。分析該冷卻塔機組及周圍環(huán)境的實際狀況可知：冷卻塔所在大樓的高度與周圍居民樓的高度相差不大，安裝聲屏障可使敏感點處于聲屏障背后的聲影區(qū)內(nèi)，且該冷卻塔的噪聲以中高頻為主，采用聲屏障措施聲繞射量較小，可更有效地阻隔中高頻噪聲的傳播；而消聲器措施雖同樣具有較良好的降噪效果(20~30 dB(A))，但主要針對中低頻噪聲，且其實施面積大，需將整個機組罩住，造價較高，性價比較低，實施難度較大。因此，綜合降噪效果、可操作性和工程性價比等因素，該冷卻塔噪聲治理采用于安裝聲屏障的措施。

3聲屏障設計

3.1聲屏障設計說明

聲屏障的聲學設計采用國家環(huán)?？偩终J可的德國Cadna/A預測軟件。該軟件由DataKustic公司開發(fā)，主要依據(jù)ISO 9613，RLS-90和Schall 03等標準，并采用專業(yè)領域內(nèi)認可的方法進行修正，非常適合復雜噪聲的預測和分析[4]。

圖3　冷卻塔聲屏障平面布置圖

項目中，由于敏感點緊鄰樓頂噪聲源，因此可在該樓頂女兒墻處(見圖3)加裝聲屏障對敏感點進行保護降噪。此外，在不影響排風量的前提下，可在靠近冷卻塔聲源處的房屋結構梁上和基礎臺上加裝聲屏障，這樣能更有效地阻隔噪聲的傳播，降噪效果更好。

利用Cadna/A軟件進行三維建模計算，聲源及所處環(huán)境建模實景效果見圖4。冷卻塔聲源用體源模擬，即進風口、排風口以面聲源模擬；考慮噪聲內(nèi)部連續(xù)反射，設置混響次數(shù)為5次；聲源頻譜以實測頻譜數(shù)據(jù)輸入；聲屏障吸聲系數(shù)設置為0.7。

圖4　聲源及所處環(huán)境建模實景效果圖

3.2聲屏障設計具體內(nèi)容

在聲屏障的聲學設計中，聲屏障的高度是決定聲屏障降噪效果的最重要因素，根據(jù)“聲屏障的聲學設計原則”和 “聲屏障降噪目標”，設計的聲屏障高度應能起到顯著的降噪效果、具有良好的社會效益，同時兼顧聲屏障的性價比和工程可行性。

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測，敏感點主要受冷卻塔噪聲影響：冷卻塔關閉時受公路噪聲影響，臨路敏感點噪聲值晝間約為60 dB(A)，夜間約為56 dB(A)；冷卻塔工作時，相同位置的噪聲值晝、夜間分別增加5~10 dB(A)。因此，該噪聲治理的目標為使敏感點處冷卻塔噪聲貢獻值晝、夜間均達標。

對比預測中的結果，聲屏障的高度分別選取為4 m，5 m，6 m，7 m，8 m，以確定最佳的聲屏障高度。表1為不同聲屏障高度的噪聲預測值對比，由于冷卻塔噪聲源位于樓頂，附近居民樓低樓層的居民受噪聲影響較小，因此只考慮5層以上樓層的噪聲預測情況。

由表1可知：樓層越高，受噪聲影響越嚴重；設置的聲屏障越高，對各敏感點的降噪效果越好。其中：6 m高聲屏障降噪量為4.0～8.0 dB(A)，7 m聲屏障降噪量為5.0～10.6 dB(A)，8 m聲屏障降噪量為5.7～12.5 dB(A)?？紤]到冷卻塔機組高4.9 m，塔頂排風口以上1 m處的噪聲值為89 dB(A)，設置的聲屏障高度應高于冷卻塔排風口高度，以使敏感點處于屏障聲影區(qū)；此外，考慮結構基礎載荷和景觀因素，屏障高度不宜過高。因此，設置聲屏障的高度為7 m，總長度為43 m，實施后，綜合降噪量為5.0～10.6 dB(A)，敏感點處冷卻塔噪聲貢獻值晝、夜間均達標。圖5和圖6為實施聲屏障前后噪聲源與距離較近敏感點老年活動中心噪聲橫截面分布圖。圖7為實施聲屏障前后整個區(qū)域環(huán)境噪聲樓頂水平面分布圖。

表1　不同聲屏障高度下各敏感點噪聲預測表　dB(A)

圖5　實施聲屏障前噪聲源與老年活動中心噪聲橫截面分布

圖6　實施7 m屏障后噪聲源與老年活動中心噪聲橫截面分布

3.3聲屏障降噪材料、結構形式設計

聲屏障采用的吸聲材料為“鋁穿孔面板+內(nèi)填聚酯纖維”[5]，這種材料組合的整體平均降噪系數(shù)(Noise Reduction Coefficient, NRC)約為0.7，計權隔聲量一般可達到28 dB(A)(125~4 000 Hz，1/3倍頻程)。

結構上，聲屏障可采用直立型、弧型，倒L型、全封閉型等幾種形式。其中：直立型聲屏障的降噪效果和景觀性一般，因此不考慮采用；直弧型聲屏障頂部的弧度可相應增加聲屏障的等效高度(見圖8)，減少噪聲的繞射，吸收聲屏障頂部的噪聲，在降噪效果上有一定的增強作用，因此采用該結構。

圖7實施聲屏障前后整個區(qū)域環(huán)境噪聲樓頂水平面分布(高23 m)

圖8　直弧型聲屏障的等效高度

聲屏障采用H型鋼立柱作為支撐，型鋼底部與基礎連接，屏體置于H型鋼槽中；結構上，由上部帶弧型吸聲屏和下部吸聲屏組成，按噪聲傳播方向，上屏圓弧側向聲源；考慮屏體較高，屏體前部使用斜撐支持。聲屏障結構形式見圖9(a)，屏障安裝后效果見圖9(b)。

該聲屏障實施后，經(jīng)現(xiàn)場測試其降噪效果，敏感點處綜合降噪量為4~10 dB(A)，冷卻塔噪聲貢獻值分別達4a類和2類標準。

(a) 聲屏障結構

(b) 屏障安裝后效果

4結語

冷卻塔的噪聲污染問題正成為當今亟待解決的新問題。對此，以某大樓樓頂安裝的冷卻塔機組為例，介紹了冷卻塔聲屏障的研究設計，利用噪聲預測軟件Cadna/A設計計算了所需聲屏障的參數(shù)指標和降噪效果通過模擬實施聲屏障前后的區(qū)域聲環(huán)境，給出了合理的聲屏障措施。聲屏障措施實施后，經(jīng)現(xiàn)場測試，降噪效果與預測結果相符?？梢?，利用Cadna/A模擬可較好地指導工程實踐，工程實施后可取得良好的社會效益。

參考文獻：

[1]趙振國. 冷卻塔[M]. 北京：中國水利出版社，2001.

[2]馬大猷. 噪聲與振動控制工程手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[3]毛東興 洪宗輝. 環(huán)境噪聲控制工程[M]. 北京：高等教育出版社，2010.

[4]Datakustic Gmbh. Cadna/A Manual[M]. Germany, 2007.

[5]聲屏障信息門戶網(wǎng)專家組. 聲屏障技術與材料選用手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2011.

收稿日期：2015-06-12 2015-05-06

作者簡介：呂璇(1988—)，男，江蘇泰州人，碩士，助理工程師，主要從事環(huán)境工程、聲屏障設計。 魏欣(1978—)，女，陜西西安人，副研究員，主要從事環(huán)境影響評價工作。

文章編號：1674-5949(2015)03-006-05 1674-5949(2015)03-011-04

中圖分類號：TB535

文獻標志碼：A

Design of Noise Barrier for Cooling Tower Based on Cadna/A

LüXuan，ChenXuanwen,ShiXia

(China Shipping Environment Technology (Shanghai) Co.,Ltd, Shanghai 200135, China)

Abstract:Cooling towers have been the most complained industrial noise source, because they are often situated near to a residential area. Noise barrier is one of the most direct and effective measures to reduce the noise pollution in such cases. This paper introduces the noise barrier design for a cooling tower installed on the roof of a new building. The acoustic design of the noise barrier is performed by means of the software Cadna/A. The location and height of the noise barrier is determined and checked through mapping the sectional and horizontal distributions of noise before and after setting up of the noise barrier. The material and structure of the noise barrier are designed for best attenuation of the noise. The barrier has been installed and achieved satisfactory noise reduction effect.

Key words:noise; cooling tower; noise barrier; acoustic design