羅定鑫

( 廣州地鐵集團有限公司，廣州 51000 )

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地鐵冷卻塔消聲降噪分析及應(yīng)用探討

羅定鑫

( 廣州地鐵集團有限公司，廣州 51000 )

[摘要]由于部分敏感區(qū)域的聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準與冷卻塔產(chǎn)品的國家標(biāo)準存在差異性，容易引起二類聲環(huán)境區(qū)噪聲超標(biāo)，本文以廣佛地鐵某站點冷卻塔降噪方案及廣州地鐵六號線某站點冷卻塔降噪方案為實例，從冷卻塔設(shè)計及設(shè)置、冷卻塔增設(shè)消聲圍蔽、冷卻塔噪聲源消聲治理等方面進行研究，并結(jié)合治理效果對城市冷卻塔消聲治理提出建議。

[關(guān)鍵詞]冷卻塔；性能；消聲降噪

冷卻塔是空調(diào)制冷系統(tǒng)的重要組成部分之一,地鐵空調(diào)系統(tǒng)冷卻塔通常安裝于鬧市區(qū),由于城市規(guī)劃及征地拆遷等原因，部分冷卻塔的設(shè)置區(qū)域靠近敏感點，其噪聲污染容易影響人們的日常生活，有必要予以高度關(guān)注。

目前對冷卻塔的噪聲有兩種不同的評價指標(biāo)，其一是針對冷卻塔設(shè)計和生產(chǎn)廠家的國家產(chǎn)品標(biāo)準【1】，其二是區(qū)域聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準【2】，即使?jié)M足國家產(chǎn)品標(biāo)準的冷卻塔，其實際運行時的噪聲污染依然存在，鑒次，本文以此標(biāo)準對廣佛地鐵某站冷卻塔消聲降噪方案及廣州地鐵六號線某站冷卻塔噪聲源降噪方案進行分析總結(jié)，尋找出一種解決冷卻塔擾民的思路，為新線工程冷卻塔設(shè)計提供參考。

1冷卻塔噪聲源

圖1　消聲方案立面圖

冷卻塔主要噪聲源有風(fēng)機噪聲、水滴聲和電機噪聲等。風(fēng)機噪聲包括空氣動力性噪聲、電磁噪聲和機械噪聲等，屬低中頻，據(jù)調(diào)查實測,風(fēng)機的空氣動力性噪聲比風(fēng)機其他部分輻射的噪聲要高0～10 dB(A)。水滴聲是下淋水由分布器噴出直接撞擊到塔內(nèi)部四周的彩鋼板和水池所形成的,其噪聲級與水滴細化程度、水滴勢能和水流量有關(guān),呈高頻特性。

2工程實例

2.1廣佛線某站點冷卻塔消聲圍蔽降噪方案

2.1.1設(shè)置情況

該站點冷卻塔采用橫流式低噪音冷卻塔，冷卻水流量150m3/h，位于8m高的風(fēng)亭天面上，冷卻塔距北面13m處為馬路，距南面7m處及西面11m處為居民樓建筑，該居民區(qū)屬于二類聲環(huán)境區(qū)，其噪聲標(biāo)準需滿足二類區(qū)“晝間不大于60dB,夜間不大于50dB”要求。

按照冷卻塔設(shè)計和生產(chǎn)的國家產(chǎn)品標(biāo)準要求【1】，單臺冷卻水流量150m3/h的低噪音冷卻塔進風(fēng)面標(biāo)準點(3.8m處)噪聲≤63dB，從自測結(jié)果看，冷卻塔噪聲滿足產(chǎn)品標(biāo)準要求，但是未作降噪治理前冷卻塔對7m處敏感點的綜合影響(主要指出風(fēng)口噪聲和進風(fēng)口噪聲的疊加效果)約為66dB,不滿足敏感點夜間≤50dB的聲環(huán)境要求，為潛在擾民高風(fēng)險點，必須進行降噪處理方可滿足要求。

圖2　消聲方案縱面圖

2.1.2噪聲控制方案

本方案為通過增加消聲圍蔽降低噪聲影響，首先保證兩臺冷卻塔之間進風(fēng)面距離不小于2.5m，兩側(cè)進風(fēng)面1m內(nèi)無明顯阻擋,其次分別從增加消聲管道，消聲百葉，吸聲板三方面入手(見圖1、圖2)：

(1)在冷卻塔排風(fēng)口上加裝一段長度為2m消聲管道，消聲管道內(nèi)尺寸為1750mm×1750mm、壁厚100mm，消聲管道制作成正方形，與夾膠玻璃百葉共用鋼架支撐，齊平冷卻塔的排風(fēng)口；

(2)在冷卻塔左右兩側(cè)進風(fēng)面及背面豎立高5.5m的吸聲板，在進風(fēng)面的吸聲板下端安裝3m高的消聲百葉，一種允許氣流通過，消除噪聲的窗式結(jié)構(gòu)，采用鍍鋅鋼板制作，厚度為150mm，百葉間距375mm，安裝角度45度，百葉總體通風(fēng)率達60%～70%；消聲百葉內(nèi)填充容重為40kg/m3憎水率高的離心玻璃棉，同時在玻璃棉等材料外包覆一層帶有防水性的玻璃布或者聚酯薄膜，以達到良好的防水效果；

(3)在冷卻塔消聲罩外立面進行裝修美化遮擋，進一步減少對周邊居民影響。

整個消聲方案考慮的關(guān)鍵點：在滿足消減分貝的前提下，盡量控制好冷卻塔的壓損和進風(fēng)風(fēng)速，以減少對冷卻塔熱力性能的影響。以該站點為例：設(shè)計要求進風(fēng)口和出風(fēng)口總壓損應(yīng)<30Pa,消聲百葉與進風(fēng)面間距應(yīng)>1m。

2.1.3預(yù)期效果

本方案采用阻性消聲器，消聲器的動態(tài)插入損失計算公式為：

(1)

式中：

Ds—消聲器入/出口或斷面突變引起的不連續(xù)衰減；

P —消聲器通道截面周長，m；

S —消聲器通道截面積，m2；

L —消聲器的有效長度，m；

(2)

根據(jù)上述方案，敏感區(qū)域噪聲值計算見表1。

表1降噪治理后敏感區(qū)域噪聲值計算表

聲功率級(dB)中心頻率(Hz)631252505001K2K4K8KA-wgtd冷卻塔聲功率級(dB)9292938781767367—頂部出風(fēng)口聲功率級(dB)8687888478747266—進風(fēng)口聲功率級(dB)8888888174696458—進風(fēng)口聲功率級(dB)8888888174696458—背側(cè)聲功率級(dB)8080817569646155—背側(cè)聲功率級(dB)8080817569646155—7米距離聲衰退2828282828282828—出風(fēng)口消聲器傳聲損失710172744421811—消聲百葉(300型)傳聲損失5711121314129—衰減后頂部風(fēng)口影響(dB)514944311113282539衰減后進風(fēng)口影響(dB)575551433529262343衰減后進風(fēng)口影響(dB)575551433529262343距冷卻塔8米處噪聲值(dBA)46.8兩臺冷卻塔同時運行時距冷卻塔7米處噪聲值(dBA)49.8

從表1可看出：距塔7m處噪聲敏感區(qū)域噪聲值可降至49.8dB，滿足城市噪聲二類區(qū)夜間不大于50dB噪聲標(biāo)準。

2.1.4工程實施效果

工程實施后，經(jīng)現(xiàn)場復(fù)測結(jié)果如下：敏感點處測得噪聲為56dB,敏感點處背景噪聲為56dB，即該處背景噪聲大于冷卻塔噪聲，即冷卻塔經(jīng)過消聲圍蔽治理后對敏感點無噪聲貢獻，滿足設(shè)計要求，同時增加消聲圍蔽后對冷卻塔熱力性能有衰減，由于選型冷卻塔富余量足夠，故不影響系統(tǒng)的正常運行。

2.2六號線某站點冷卻塔本體噪聲源降噪方案

2.2.1設(shè)置情況

該站點冷卻塔采用橫流式超低噪音冷卻塔，冷卻水流量190m3/h，用戶要求其進風(fēng)面標(biāo)準測點(4.7m)噪聲不大于51.2dB，出風(fēng)口測點(出風(fēng)口45度方向，離風(fēng)筒一倍出風(fēng)口直徑)噪聲不大于54dB,16m處住宅區(qū)滿足二類區(qū)“夜間不大于50dB”要求，同時要求降噪后的冷卻塔性能滿足設(shè)計要求。

2.2.2噪聲控制方案

本次降噪方案從解決冷卻塔噪聲源入手，對風(fēng)機選型、電機選型、進風(fēng)面百葉、集水池、塔型號進行改造，同時對改造后的冷卻塔整塔進行CTI測試(指要求其實際出力與標(biāo)定出力100%符合)。

(1)風(fēng)機選型：根據(jù)風(fēng)機空調(diào)動力學(xué)理論，風(fēng)機噪聲的聲功率與風(fēng)機葉片葉梢的圓周速度值的6次方成正比，與風(fēng)機葉輪外徑尺寸的2次方成反比【3】。因此，通過加大風(fēng)機直徑，減小轉(zhuǎn)速，改進葉片葉型、結(jié)構(gòu)和材料，如玻璃鋼等，以降低風(fēng)機的噪聲。目前市面上風(fēng)機質(zhì)量參差不齊，有普通鋁合金風(fēng)機、低噪音鋁合金風(fēng)機及超低噪音玻璃鋼風(fēng)機等(如圖3～圖5)，根據(jù)有關(guān)資料介紹，風(fēng)機轉(zhuǎn)速由n1降低為n2時，降噪量L可按下式估算：L=50 lg(n2/n1)【3】，本方案選擇了超低噪音玻璃鋼風(fēng)機，風(fēng)機的轉(zhuǎn)速為210 r/min，與轉(zhuǎn)速600 r/min的普通風(fēng)機進行比較,按上式計算風(fēng)機噪聲將降低20dB以上。

圖3　普通風(fēng)機

圖4　低噪音風(fēng)機

圖5　超低噪音風(fēng)機

(2)電機選型：電機采用低噪音、振動小的電動機，同時其傳動部分倒置于氣室內(nèi)部，解決了風(fēng)筒受重壓變形的問題，提高了塔的整體穩(wěn)定性，最大限度的避免了塔體振動帶來的不利影響，使塔噪音影響降至最低；

(3)進風(fēng)面百葉：將進風(fēng)面普通百葉更換為消聲百葉，消聲百葉內(nèi)填充容重為40kg/m3離心玻璃棉，百葉通透率70%；

(4)集水池：在集水池布置落水撞擊材料，如消聲墊、泡沫塑料等，本方案采用消聲墊；

(5)選大容量冷卻塔：本項目冷卻水流量需求190m3/h，在選型時考慮適當(dāng)放大10%余量，實現(xiàn)小流量大塔型，冷卻塔采用在低氣水比工作點運行的方式，同時對其進行了CTI認證，保證其降噪后冷卻塔標(biāo)定的熱力性能滿足設(shè)計需求的熱力性能。

2.2.3預(yù)期效果

改造的冷卻塔噪聲滿足要求，熱力性能滿足要求。

2.2.4工程效果

改造后的冷卻塔聘請第三方進行了現(xiàn)場噪聲測試，進風(fēng)面標(biāo)準測點(4.7m)噪聲51dB，出風(fēng)口測點噪聲52.2dB，16m處住宅區(qū)測點噪聲44.1dB，同時降噪后的冷卻塔進行了CTI測試，降噪后熱力性能仍然滿足設(shè)計要求。

3方案比較與建議

(1)不論采用消聲圍蔽降噪還是塔體噪聲源降噪，均可不同程度降低其噪聲影響，且均對冷卻塔熱力性能有影響，因為進風(fēng)阻力會增加以致進塔空氣流量減少，在相同的風(fēng)機轉(zhuǎn)速和相同的冷卻水流量下，冷卻塔的換熱量將減少，出水溫度增加。

(2)消聲圍蔽降噪與塔體噪聲源降噪最大的區(qū)別在處理思路不同，如果說消聲圍蔽是“外”處理，則塔體噪聲源降噪是“內(nèi)”處理，若采用“外”處理出現(xiàn)冷卻性能不足問題，現(xiàn)場對冷卻塔二次改造難度極大。為避免后期降噪后出現(xiàn)的冷卻性能不足問題，建議優(yōu)先采用塔體噪聲源降噪的“內(nèi)”處理方案，提前考慮并驗證降噪后引起的熱力性能衰減，減少接口管理，降低改造難度。

(3)風(fēng)機選型是冷卻塔噪音水平差異化的關(guān)鍵因素。如190m3/h處理水量的采用超低噪音風(fēng)機的冷卻塔出風(fēng)口噪聲低至52.2dB,比低噪音風(fēng)機約低10dB,比普通型風(fēng)機約低20dB。

4結(jié)語

由于冷卻塔產(chǎn)品的國家標(biāo)準與居民住宅區(qū)的聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準存在差異，隨著城市居民對生活品質(zhì)要求的提高，冷卻塔的噪聲污染已日益成為城市建設(shè)中的突出矛盾。在新形勢下的今天，已經(jīng)不能只考慮冷卻塔自身投資，應(yīng)綜合考慮社會影響及總投資，按照常規(guī)冷卻塔設(shè)計肯定存在很多擾民風(fēng)險點，通過對冷卻塔進行消聲降噪圍蔽或噪聲源本體噪聲治理，是可供選擇的出路之一。

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Analysis and Application of Noise Reduction in Metro Cooling Tower

LUO Dingxin

(Guangzhou metro,guangzhou 51000)

Abstract：Because of the diversity between environmental quality standard for noise and cooling tower′s national standard in some susceptible area,the second category of acoustic environment noise will be over standard easily.This paper,taking cooling tower noise reduction scheme in a metro station of GuangZhou Metro Line 6 and Guangfo Line as an example,studies the design and placement of cooling tower,the addition of noise reduction enclosure,noise silencing governance,etc.Furthermore,combined with the treatment effect,it put forward suggestions for the control of the cooling tower noise elimination.

Key words：Cooling tower；Performance；Noise elimination and reduction

收稿日期：2016-1-7

作者簡介：羅定鑫(1985-)，男，工程師，主要從事暖通空調(diào)建設(shè)工程管理、設(shè)計管理相關(guān)工作。Email:dxluo21@126.com

文章編號：ISSN1005-9180(2016)01-041-05

中圖分類號：TU991.42；TQ051.5

文獻標(biāo)識碼:B

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2016.01.008