郭彥玲，田沛靈，唐川宇，聶志琪，廖云丹，3

(1.廣東省電信規(guī)劃設計院有限公司，廣東 廣州 510000； 2.廣州大學建筑節(jié)能研究院土木工程學院，廣東 廣州 510000；3.廣東省建筑節(jié)能與應用技術(shù)重點實驗室，廣東 廣州 510006)

1 概述

噪聲是聲源進行無規(guī)則震動發(fā)出的聲音，會對人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生不良影響。人長期暴露在85 dB(A)的噪聲環(huán)境下可以造成輕微的聽力損失[1]。建筑設備的噪聲治理在大型公共建筑中是一個重點關注問題。在大型公共建筑中，冷卻塔是營造室內(nèi)環(huán)境的空調(diào)系統(tǒng)必不可少的組成部分，一般置于建筑的裙樓樓頂或屋頂，近些年也有置于地下室的下沉式設計。冷卻塔的運行不但會形成噪聲，而且會引起周圍設備或建筑構(gòu)件的共振。王少云認為，冷卻塔設備是制冷系統(tǒng)中噪聲和振動的主要貢獻者[2]。當冷卻塔、熱泵機組的噪聲在周圍環(huán)境超過現(xiàn)行國家標準《聲環(huán)境質(zhì)量標準》的規(guī)定時，應對冷卻塔、熱泵機組采取有效的降低或隔離噪聲措施。

目前，冷卻塔機組的噪聲控制的主要思路是對冷卻塔機組的設計進行改良或?qū)υ肼晜鞑ヂ窂竭M行阻擋。如趙傳輝的《陣列式消聲器對自然通風逆流濕式冷卻塔性能的影響》提出使用陣列式消聲器對冷卻塔的外部結(jié)構(gòu)進行改良，以阻斷噪聲的傳播路徑，分析了該方法對冷卻塔性能的影響[3]。舒永先的《火電廠冷卻塔噪聲原因分析及降噪改造》提出在冷卻塔內(nèi)部加裝降噪網(wǎng)，以降低淋水噪聲[4]。

對冷卻塔噪聲的治理必須考慮到冷卻塔噪聲具有的“寬頻帶、多來源”的特點。在設計降噪方案時，必須對冷卻塔機組進行個案分析，確認其最主要的噪聲源。為了找出其最主要的噪聲源，需要對冷卻塔噪聲進行分頻率的測量與分析，而后才能出具符合需求的降噪方案。得出降噪方案后，在評估降噪效果時，也需要注意每個頻率的降噪效果。

本文以深圳某高新科技公司在建總部大樓為例。首先對其噪聲分頻率進行測量，并分析冷卻塔機組的主要噪聲來源。而后進行降噪改造，對冷卻塔機組周邊進行物理封堵，并對進、出風口加裝消聲器的效果，根據(jù)各噪聲頻率的聲壓級降低幅度評估降噪效果。

2 冷卻塔機組原理及案例分析

2.1 冷卻塔機組工作原理

冷卻塔是利用水和空氣的接觸，通過蒸發(fā)作用排除工業(yè)過程或制冷空調(diào)中所產(chǎn)生廢熱的一種機械設備?；驹硎牵焊稍?低焓值)的空氣經(jīng)過風機的抽動后，自進風網(wǎng)處進入冷卻塔內(nèi)；飽和蒸汽分壓力大的高溫水分子向壓力較低的空氣側(cè)流動，濕熱(高焓值)的水由播水系統(tǒng)灑入塔內(nèi)。當水滴和空氣接觸時，一方面是由空氣與水的直接傳熱，另一方面由于水蒸氣表面和空氣之間存在壓力差，在壓差作用下產(chǎn)生傳質(zhì)現(xiàn)象，利用潛熱換熱，將水中的熱量帶走即蒸發(fā)傳熱，進而達到降溫目的。

經(jīng)過換熱設備后的高溫回水被送到冷卻塔頂部的布水系統(tǒng)，由噴嘴噴淋至填料；同時，空氣由冷卻塔底部的進風口進入，逆水流方向通過填料。在空氣-水換熱的過程中，部分水被蒸發(fā)帶走熱量，降低冷卻塔出水溫度。熱濕空氣由頂部的通風機排至周圍環(huán)境，被冷卻的水則滴落水盤后重新回到冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中。

冷卻塔機房的主要噪聲來源有：1)風機進排氣噪聲；2)淋水噪聲；3)風機減速器和電動機噪聲；4)冷卻塔水泵、配管和閥門噪聲[5]。對噪聲進行測量時，主要關注的三個特性是：波長、頻率與聲速[6]。頻率在20 Hz～500 Hz之間的聲音是低頻噪聲，在2 000 Hz～20 000 Hz之間的是高頻噪聲。落水噪聲與風機噪聲的頻率都很寬，其中，風機噪聲主要以中低頻噪聲為主[7]。

2.2 案例實際情況

案例項目大樓屬雙塔式結(jié)構(gòu)，冷卻塔機房處于兩幢大樓的3層～5層位置，如圖1所示。在冷卻塔機組運行過程中，存在較大噪聲，相關人員在噪聲敏感點A檢測到了超過87 dB(A)的噪聲。超過了設計要求中指定環(huán)境下噪聲強度上限要求的日間65 dB(A)、夜間55 dB(A)?？紤]到冷卻塔機房鄰近研發(fā)部門的辦公室，有必要對超過設計標準要求的噪聲進行處理。項目中的冷卻塔采用離心式通風機，屬強風逆流式濕式冷卻塔。該型號冷卻塔的額定設計工況見表1。

表1 冷卻塔額定設計工況

冷卻塔機組排布方式為每幢大樓3臺，分別置于兩幢大樓三樓通風側(cè)面，距地面高度13.5 m。冷卻塔布置的位置屬于該建筑的3層～4層，通過風管將出風引到第5層，再由第6層的西面排出，出風口處做消聲處理。為了保證冷卻塔的出風不回流，錯開了進出風口的位置，未將其布置在同一層樓：如果在同一層設置進出風口，可能導致風量增加，以致冷卻塔的進風風速及風管阻力均增大。因此為了保證冷卻塔的性能和回風，進出風口采用兩層錯開的布置方式。在噪聲處理方面，該型號冷卻塔屬于帶離心式通風機的低噪型冷卻塔機組，進行型號再升級的經(jīng)濟性和可行性不高，對冷卻塔機房進行降噪處理是經(jīng)濟合理的選擇。

3 噪聲測試與分析

3.1 噪聲敏感點的選取

為分析出機房噪聲對其臨近的辦公室所造成的噪聲影響，首先選取噪聲敏感點。選取距離冷卻塔機房百葉口外3 m處的兩塊區(qū)域為最不利噪聲敏感點，將其作為分析基準點。在本案例中，噪聲敏感點設計在冷卻塔機房外，同時，噪聲敏感點距任意反射面至少0.5 m以上，距地面1.2 m，距外窗1 m以上，如圖2所示。

考慮到兩幢大樓在3層、6層處均有與冷卻塔機房相鄰的辦公室等人員活動區(qū)域，因此，選取4個最不利噪聲敏感點(NSR)：即3層A處的最不利噪聲敏感點(NSRA3F)，3層B處的最不利噪聲敏感點(NSRB3F)，6層A處 的最不利噪聲敏感點(NSRA6F)，6層B處的最不利噪聲敏感點(NSRB6F)。A處與B處與冷卻塔機房的相對位置如圖2所示。

3.2 噪聲測量分析

測量噪聲時，冷卻塔機組需處于正常工作狀態(tài)。且環(huán)境的A聲級噪聲需比冷卻塔正常工作時的A聲級噪聲低10 dB(A)[8]。噪聲測量分為晝間與夜間兩個時段，分別在14:00與20:00進行。每次均對各測點進行20 s的連續(xù)測量，測量3次，結(jié)果取平均值。而后對測量結(jié)果進行合并計算得出某一噪聲敏感點NSR的合并聲壓級值。測點高度距地面1.2 m。測量儀器為某品牌聲級計LA-1440，量程為26 dB～130 dB。

測量過程中分別對三個噪聲源進行了噪聲測量：機殼漏聲、T1-3進風口噪聲與T1-3出風口噪聲。由于聲壓級無法直接進行合并計算，對聲壓級與聲壓進行了如下轉(zhuǎn)化計算：

Lp=20lg(P/P0)

(1)

其中,Lp為聲壓級，dB;P為聲壓,Pa；P0為基準聲壓，在空氣中一般取P0=2×10-5Pa。

算出聲壓后，通過式(2)算其疊加聲壓：

(2)

最后再利用式(1)進行合并聲壓級計算。

由此，根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)，可以計算出各噪聲敏感點NSR的合并計算聲壓級，如表2所示。

表2 各噪聲敏感點NSR的合并計算聲壓級

將各個敏感點的合并聲壓級與《聲環(huán)境質(zhì)量標準》[9]的最不利噪聲敏感點標準聲壓級進行比較。從表3可以看出，降噪前的噪聲聲壓級均超出2類標準18 dB以上。需要對冷卻塔機組采取消聲措施。

如表3所示，四個噪聲敏感點NSR實際所受的噪聲值均超過概述中提到的標準值。如表3冷卻塔的噪聲分為低頻噪聲和高頻噪聲，這兩類噪聲會對辦公環(huán)境產(chǎn)生合并影響，因此，在噪聲測量和計算的過程中，需要對各頻率的噪聲分別測量。圖3～圖5分別展示了T1-3進風口、T1-3出風口與機殼漏聲分別對四個噪聲敏感點產(chǎn)生的影響。橫軸為從63 Hz～8 000 Hz的8個倍頻帶中心頻率，縱軸為噪聲的聲壓級，合并聲壓級在折線末尾用加粗數(shù)字標出。標準規(guī)定的聲壓級限值55 dB也在折線圖中標出。

表3 NSR所受噪聲與噪聲標準比較

從圖3～圖5中，我們可以看出，進風口在每一個噪聲敏感點造成的噪聲聲壓級都超過了標準限值。而出風口在6層A，B兩處噪聲敏感點造成的噪聲聲壓級超過了標準限值，機殼漏聲在3層A，B兩處噪聲敏感點造成的噪聲聲壓級超過了標準限值。

3.3 噪聲源分析及降噪措施

在本案例中，噪聲源主要是風機運行進排氣噪聲和淋水噪聲。風機通過進排氣口和塔體向外輻射噪聲。排氣口噪聲頻譜特性為低頻為主的連續(xù)譜，屬低頻噪聲。是冷卻塔噪聲的一個主要噪聲源。循環(huán)熱水從淋水裝置落下時，與塔底接水盤中的積水撞擊產(chǎn)生的淋水聲屬高頻噪聲，淋水聲的大小與淋水高度和單位時間的水流量有關，高頻聲會從進風口傳出，是冷卻塔噪聲的另一個主要噪聲源。冷卻塔的噪聲源表現(xiàn)出明顯的寬頻帶噪聲特性,因此單一的隔聲或吸聲無法得到良好的降噪效果[10-11]。設計冷卻塔降噪方案時，應該考慮吸聲與隔聲措施綜合運用。

針對噪聲源分析及噪聲數(shù)據(jù)評估，為降低冷卻塔噪聲對敏感區(qū)造成的噪聲干擾，需要對冷卻塔機房進行降噪處理?？紤]到冷卻塔機組需要良好的通風性和散熱性,不對其進行封閉隔聲[12]。因此，采取的降噪措施是對機房的進出風口進行消聲，并對已有的墻體進行隔聲處理，即：在冷卻塔設備的出風口處加裝SNAPAcoustics出風消聲器；在冷卻塔機房的兩個進風面處加裝SNAPAcoustics進風消聲器。同時選擇在第四層與第五層的桁架之間的位置用S100隔聲板進行封堵；在第五層與第六層的墻體中加裝吸聲襯里處理，降低出風區(qū)域的混響，見圖6。

本改造案例中采用的出風消聲器外殼為不小于1.0 mm厚的鍍鋅鐵板制造，填充吸聲棉為惰性，其密度不低于40 kg/m3，能夠滿足設備所需消音性能。隔聲罩采用100 mm厚度的隔聲板進行構(gòu)建，吸聲物料為密度80 kg/m3的巖棉。隔聲墻采用1.0 mm厚的鍍鋅鋼龍骨，龍骨框架內(nèi)填充90 mm厚的巖棉板(密度60 kg/m3)。消聲器在不影響使用的條件下采取適當?shù)姆烙炅苎b置,以延長消聲器的使用壽命[13]。根據(jù)國際標準ISO 354[14]，隔聲板與吸聲棉的吸聲系數(shù)必須滿足以下標準(見表4)。

表4 國際標準隔聲罩與吸聲棉吸聲系數(shù)

經(jīng)過降噪處理措施后，預期噪聲值如表5所示。

表5 降噪處理后的預期噪聲值

對于每個噪聲敏感點所受不同倍頻帶中心頻率的噪聲的降噪效果，如圖7所示?？梢?，上述降噪措施雖然在聲頻較低時效果不明顯，降噪效果最顯著的噪聲敏感點(如NSRB-6F)，聲壓級也僅降低了10%左右，對于NSRB-3F等噪聲敏感點，聲壓級減少未超過5%。隨著倍頻帶中心頻率的增加，降噪前的聲壓級也逐漸增加，最高超過70 dB。在經(jīng)過降噪處理后，當噪聲的倍頻帶中心頻率值處于500 Hz～2 000 Hz之間時，可以取得非常顯著的降噪效果。如NSRA-3點位的噪聲敏感點在倍頻帶中心頻率為100 Hz時，聲壓級降幅超過50%。而且，在經(jīng)過降噪處理前，除倍頻帶中心頻率為63 Hz的聲壓級為50 dB左右外，各噪聲敏感點合并聲壓級均超過《聲環(huán)境質(zhì)量標準》要求的55 dB。但在經(jīng)過處理后，各噪聲敏感點在各倍頻帶中心頻率的合并聲壓級均低于50 dB，降噪效果十分顯著。

4 結(jié)語

在日常的生產(chǎn)生活中，冷卻塔機組是空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，普遍存在噪聲過大的問題。本論文采用分頻率測量的方式，得出進風口在每一個噪聲敏感點造成的噪聲聲壓級都超過了標準限值。而出風口在6層A，B兩處噪聲敏感點造成的噪聲聲壓級超過了標準限值，機殼漏聲在3層A，B兩處噪聲敏感點造成的噪聲聲壓級超過了標準限值。經(jīng)分析，本案例中噪聲的主要來源是風機運行進排氣噪聲和淋水噪聲。

根據(jù)噪聲的來源特征和噪聲產(chǎn)生因素，提出了物理封堵的處理方法阻斷冷卻塔噪聲的傳播路徑，并根據(jù)計算，得出降噪處理后各噪聲敏感點噪聲強度均降低到符合《聲環(huán)境質(zhì)量標準》2類標準。本論文說明，對于冷卻塔機組的噪聲處理應針對冷卻塔機組的噪聲特性出具個性化的降噪方案，才能取得良好的降噪效果。