朱自淙，韓雨桐

（中廣電廣播電影電視設(shè)計研究院，北京 100045）

0 引言

伴隨著近年來的經(jīng)濟發(fā)展，眾多高層建筑不斷崛起。作為空調(diào)系統(tǒng)的主要設(shè)備，冷卻塔一般會安裝在高層樓宇的附近、房頂或者樓層低的附屬裙樓的露天平臺上。由于建筑密度不斷增大，建筑單體之間的距離趨近，冷卻塔的噪聲往往會對周圍的環(huán)境造成影響，因此冷卻塔的噪聲控制勢在必行。

1 冷卻塔噪聲控制的常用措施

建筑工程中，冷卻塔的噪聲控制通常采用如下方式：

（1）在冷卻塔周圍一定距離設(shè)置“隔聲屏障”；

（2）半封閉方式，在冷卻塔的進、出風(fēng)口加裝阻性消聲器；

（3）將冷卻塔整體做“全封隔聲罩”，即將整個冷卻塔用隔聲材料包圍，再在進、出口處加裝消聲器。

在工程實踐中，上述方法都有一定的效果。但是，由于冷卻塔處于半/全封閉狀態(tài)，進風(fēng)和出風(fēng)處的氣流阻力損失增大，易導(dǎo)致冷卻塔的效率降低，最終影響整個空調(diào)系統(tǒng)的制冷效果。

本文探討冷卻塔的噪聲控制，首先從降低冷卻塔自身的噪聲做起，如采用超低噪聲風(fēng)機代替現(xiàn)有普通風(fēng)機，在此基礎(chǔ)上，再輔以其他措施，綜合解決冷卻塔的噪聲問題。

2 環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)與冷卻塔的噪聲

2.1 環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《聲學(xué)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3096—2008）對于環(huán)境噪聲的限值如表1 所示。按照區(qū)域的使用功能特點和環(huán)境質(zhì)量要求，聲環(huán)境功能區(qū)分為5 種類型，即0～4 類。在工程中，經(jīng)常處理的對象是1 類或2 類區(qū)域。其中，1 類區(qū)域是指以居民住宅、醫(yī)療衛(wèi)生、文化教育、科研設(shè)計、行政辦公為主要功能，需要保持安靜的區(qū)域，2 類區(qū)域是指以商業(yè)金融、集市貿(mào)易為主要功能，或者居住、商業(yè)、工業(yè)混雜，需要維護住宅安靜的區(qū)域[1]。

表1 環(huán)境噪聲限值

2.2 冷卻塔的噪聲

冷卻塔風(fēng)機的噪聲與電機功率或風(fēng)量和風(fēng)機全壓有關(guān)。以某普通型開放式冷卻塔為例，在噪聲測量的標(biāo)準(zhǔn)點，其噪聲測量值如表2 所示。該冷卻塔的制冷能力為400 冷噸×5，風(fēng)扇直徑為 3 200 mm，位于二層平臺。

表2 某冷卻塔噪聲實測值

可以看出，冷卻塔的噪聲是以低頻為主的寬頻帶噪聲，沒有明顯的峰值。

2.3 冷卻塔噪聲的環(huán)境影響

在實際工程中，某冷卻塔噪聲對環(huán)境的影響如表3 所示。該冷卻塔制冷能力為350 冷噸×2，冷卻塔距離居民樓窗前約25 m。

表3 某冷卻塔噪聲對居民樓的影響

本例冷卻塔安裝在某寫字樓二層平臺，影響到對面的居民樓。從測量數(shù)據(jù)可知，冷卻塔的噪聲隨距離衰減小，對環(huán)境的影響范圍較大，以4—10 層影響最大，而且有居民投訴的情況。

根據(jù)以上的分析不難發(fā)現(xiàn)，一般情況下，冷卻塔的噪聲對周圍環(huán)境的影響是比較大的。

2.4 冷卻塔的噪聲來源

冷卻塔的工作原理是將熱水噴撒至散熱材表面，與通過的移動空氣逆向或橫向接觸，此時熱水與冷空氣之間產(chǎn)生熱交換作用，同時部分熱水被蒸發(fā)。蒸發(fā)的潛熱被風(fēng)機抽出塔外排放至空氣中，最后經(jīng)冷卻的水又落入水槽內(nèi)，利用水泵將其傳送至熱交器中，再吸收熱量。冷卻塔的制冷量大、風(fēng)量大，發(fā)出的噪音也大。但即使是同樣的制冷容量，電機的額定功率相同，其噪聲有10 dB 以上的離散性。冷卻塔的噪聲源主要包括如下方面。

（1）軸流風(fēng)機噪聲。包括風(fēng)機的運行機械噪聲和空氣動力噪聲?？諝鈩恿υ肼曋饕捎谕牧饕?。這種空氣動力噪聲的大小與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和葉片構(gòu)造密切相關(guān)，通常是以低頻噪聲為主，沒有明確的峰值。另外，風(fēng)機噪聲頻譜也同時含有頁扇的轉(zhuǎn)動噪聲及其諧波的干擾。

（2）動力系統(tǒng)的噪聲。電機、減速器及傳動機構(gòu)的不平衡引起的機械噪聲和電磁噪聲。

（3）淋水裝置的噪聲，主要是散水和濺水聲以及冷卻塔落水產(chǎn)生的噪音。冷卻塔的循環(huán)水從上部噴淋管流下，經(jīng)過自由落體會產(chǎn)生沖擊噪聲，與落水速度的平方成正比，與撞擊水面的碰撞時間的四次方成反比。頻率特征為中高頻特性，波長短、源強衰減較快。

（4）塔體的噪聲。由于塔體板面振動或共振引起的噪聲以及內(nèi)部部件的相互碰撞聲。

以上噪聲中，風(fēng)機的噪聲為主要噪聲，其次是淋水裝置的噪聲。因此，冷卻塔噪聲控制的思路是：首先控制軸流風(fēng)機的空氣動力噪聲，其次控制淋水裝置的噪聲，在此基礎(chǔ)上，進一步考慮其他噪聲控制措施，如消聲風(fēng)筒、隔聲屏障以及加強塔體的隔聲等，從而進一步控制冷卻塔的噪聲。

3 噪聲控制

3.1 超低噪聲軸流風(fēng)機

在頻譜分析中，軸流風(fēng)機的噪聲由兩部分構(gòu)成：一是有離散分量的旋轉(zhuǎn)噪聲（由葉片枚數(shù)×轉(zhuǎn)速決定）及其諧波，二是冷卻塔風(fēng)扇受到的壓力隨機變動，由湍流引起的連續(xù)寬帶噪聲。前者由于旋轉(zhuǎn)噪聲的頻率比較低，對于A 聲級的貢獻不大；而風(fēng)扇翼面因壓力隨機變動引起的連續(xù)寬帶噪聲為主要噪聲，是降低噪聲需要重點研究的對象。

風(fēng)扇翼面上壓力的隨機變動主要有以下原因：由于流入葉片的流動混亂成分引起升力變動；風(fēng)扇翼面上湍流邊界層產(chǎn)生的壓力變動；風(fēng)扇翼面后緣引起渦流或湍流引起升力變動。

根據(jù)研究，軸流風(fēng)機的噪聲[2]為：

式中：SL為風(fēng)機的聲級，dBS為比聲級，Q為風(fēng)量，PS為全壓。

進一步，根據(jù)風(fēng)機的相似原理，可以得到風(fēng)機噪聲基本由風(fēng)機的轉(zhuǎn)速決定：

式中：dBf為基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速時的噪聲級，N1，N2為風(fēng)機轉(zhuǎn)動速度。

關(guān)于這方面的基礎(chǔ)研究應(yīng)參考專業(yè)實驗研究[4]，以下僅羅列結(jié)果，供了解。

（1）增大葉輪直徑，減低出口動壓、降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速，減小圓周速度；

（2）采用大圓弧過渡的闊葉片，其形狀近似于帶圓角的長方形，適于配合低速驅(qū)動，達到高效及降噪要求。

（3）機翼形葉片的優(yōu)化，有利于減少周期擾動和尾跡渦流，可實現(xiàn)較大的降噪量，并具有良好的氣動性能。

（4）最大限度地實現(xiàn)均勻的氣流速度場，使風(fēng)機進口處的渦流減為最小，確保軸流風(fēng)機的正常工作條件。

（5）風(fēng)葉外緣與機殼的間隙應(yīng)該是常數(shù)，否則將產(chǎn)生不均勻擾動，出現(xiàn)周期性的脈動噪聲，因此要控制外緣徑向跳動量。

（6）風(fēng)葉端面應(yīng)在同一平面內(nèi)，否則將形成湍流噪聲等。

3.2 淋水噪聲降低措施

冷卻塔的淋水噪聲僅次于風(fēng)機的噪聲，治理此類噪聲的途徑主要是降低冷卻塔內(nèi)循環(huán)水的下落高度和延長循環(huán)水撞擊水面的持續(xù)時間Δt。為了降低淋水噪聲，可以采取如下措施。

（1）增加填料厚度，改進填料布置形式。

（2）在填料與受水盤水面間懸吊“雪花片”（因其形狀如雪花而得名，用高壓聚乙烯徑橫壓成型），可減小落水差，使水滴細化，降低淋水噪聲。

（3）在受水面上鋪設(shè)聚胺脂多孔泡沫塑料。這是一種專門用于冷卻塔降噪的新型材料。它既有一般泡沫塑料的柔軟性，又有多孔漏水的通水性，可減小落水撞擊噪聲。

（4）在進風(fēng)口增設(shè)拋物線形狀的放射式擋聲板，進風(fēng)不受影響，而淋水噪聲則不會直接向外輻射。

3.3 機械噪聲控制

對于馬達等機械運行噪聲，應(yīng)提高整機部件的加工和安裝精度，也可降低風(fēng)機噪聲。特別是應(yīng)加強馬達等轉(zhuǎn)子平衡精度。根據(jù)ISO 的有關(guān)規(guī)定，對冷卻塔風(fēng)機來說，平衡精度等級應(yīng)達到G6.3 等級[5]。

3.4 綜合控制效果

綜合運用以上措施，冷卻塔的噪聲可以大大降低，從而達到冷卻塔低噪聲化的目的。

以500 冷噸的開放式冷卻塔為例，在進風(fēng)面標(biāo)準(zhǔn)點處，測量噪聲為57 dBA；斜上方45°標(biāo)準(zhǔn)點處，測量噪聲為60 dBA。

可見，安裝超低噪聲的風(fēng)機，采取降低淋水設(shè)備噪聲的措施，再根據(jù)環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)的要求，采取其他輔助措施如安裝聲屏障、消聲風(fēng)筒等，在大多數(shù)情況下，不做“封閉式隔聲罩”也可能達到降噪的目的。

4 實例分析

筆者經(jīng)歷多個EPC 建設(shè)項目的聲學(xué)顧問實踐，冷卻塔的噪聲控制在整個工程建設(shè)過程中都是一個難題。例如，在設(shè)計冷卻塔設(shè)備時，設(shè)備專業(yè)工程師通常以冷卻塔的制冷量和效率為基準(zhǔn)進行設(shè)備選型（包括電機功率、風(fēng)機參數(shù)等），普通型的軸流風(fēng)機并不能滿足環(huán)境聲學(xué)的要求；再如，在設(shè)備供應(yīng)商提供的產(chǎn)品指標(biāo)中，并沒有“噪聲”的選項。因此，如果設(shè)計初期沒有聲學(xué)的介入，則在工程后期，冷卻塔的“噪聲治理”反而是“合理的存在”。

而冷卻塔的噪聲治理，如果按傳統(tǒng)的一般做法，也面臨一定的困難：冷卻塔的噪聲治理發(fā)生在工程施工的后期，此時冷卻塔設(shè)備早已安裝完成。重新安裝“全封閉隔聲罩”的效果固然好，但現(xiàn)場安裝條件難以容許；一般“全封閉隔聲罩”有數(shù)十噸以上的集中荷載，對于建筑結(jié)構(gòu)要重新核算；“全封閉隔聲罩”的消聲器是敞開式的，消聲器有被雨水侵漬的風(fēng)險，可能影響消聲器的效果，長期運行又會增加冷卻塔的維護成本。

目前，“全封閉隔聲罩”的進、排風(fēng)消聲器采用片式消聲器，壓力損失在30 Pa 以上。根據(jù)一般工程經(jīng)驗，為了不影響冷卻塔的制冷效果，冷卻塔的進風(fēng)消聲器的壓力損失應(yīng)低于3 Pa，排放口消聲器的壓力損失應(yīng)低于15 Pa，否則會或多或少影響到冷卻塔的運行效率。工程中有這樣的例子，為了解決冷卻塔的噪聲而追加電機功率，甚至為了維持制冷量，特意增設(shè)一臺冷卻塔。

另外還要考慮到建筑景觀問題，“全封閉隔聲罩”不一定能得以實施。

因此，在工程后期冷卻塔的噪聲治理中，采取上述降低噪聲的措施，非常不經(jīng)濟。

在項目實施過程中，在參建單位積極配合、設(shè)備供應(yīng)商共同協(xié)助下，筆者積累了一些冷卻塔降噪經(jīng)驗，可供讀者參考。

4.1 某會議中心工程冷卻塔降噪實例

該會議中心有26 臺冷卻塔（600 冷噸），置于17 m 高處平臺，緊鄰多會議廳（有通風(fēng)窗），平臺下地面為主入口。根據(jù)同類型工程調(diào)查研究后，評估冷卻塔周圍標(biāo)準(zhǔn)測量點噪聲為75 dBA（要求 65 dBA），地面預(yù)測為60 dBA（要求50 dBA）。

圖1 某會議中心工程示意圖

為了防止冷卻塔噪聲對多功能廳和地面入口主通道的影響，采用低噪聲風(fēng)機，輔以消聲百葉等技術(shù)措施，測量結(jié)果均達到設(shè)計要求。經(jīng)測算，采用上述降噪做法的費用比采用全封閉隔聲罩的費用降低25%。該會議中心冷卻塔工程現(xiàn)場如圖1所示。

4.2 某綜合體大樓冷卻塔降噪實例

某綜合體大樓有6 臺冷卻塔置于配樓4 層平臺，離主樓直線距離約18 m。冷卻塔周圍標(biāo)準(zhǔn)點現(xiàn)場測量值為80～89 dBA，居民樓外現(xiàn)場測量值為66～78 dBA。

按2 類區(qū)域環(huán)境要求，采用低噪聲風(fēng)機后，居民樓窗外1 m 處平均測量值為56 dBA，達到規(guī)范要求。經(jīng)測算，與全封閉隔聲罩做法相比，該方法的費用可以降低20%。該綜合體大樓冷卻塔工程現(xiàn)場如圖2 所示。

圖2 某綜合體大樓冷卻塔工程示意圖

5 結(jié)語

本文分析了冷卻塔的噪聲源性質(zhì)以及采用低噪聲風(fēng)機進行冷卻塔噪聲控制的方式，并在工程中予以實踐。在建設(shè)工程的噪聲控制中，采用超低噪聲的軸流風(fēng)機，輔以其他聲學(xué)措施，綜合解決冷卻塔的噪聲問題，從技術(shù)上是合理、可行的，并有一定的社會經(jīng)濟效益。