裴 娟，朱雪強，鮑文杰，王茹靜

(上海核工程研究設(shè)計院，200233，上海)

0 引言

大型雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔目前主要見于較大的火電廠，以及將來內(nèi)陸核電廠需配備自然通風(fēng)冷卻塔對循環(huán)冷卻水進行冷卻。大型雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔具備聲源強度高、噪聲發(fā)生面積大、聲音持續(xù)、傳播距離遠(yuǎn)等特性，使之成為廠內(nèi)主要的噪聲源，對周邊聲環(huán)境的影響不可忽略。商用噪聲模擬軟件Cadna/A是基于德國RLS90通用計算模型，計算原理源于ISO9613-2:1996《戶外聲傳播的衰減的計算方法》[1]。因其操作界面友好及較強的計算模擬功能，被廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、城市區(qū)域、機場、工業(yè)設(shè)施等多種噪聲源的預(yù)測，特別是交通噪聲的評價。但是，采用噪聲模擬軟件Cadna/A對大型通風(fēng)冷卻塔噪聲進行研究分析的工作目前國內(nèi)開展甚少，該軟件對大型通風(fēng)冷卻塔噪聲衰減預(yù)測效果如何有待研究。本研究利用噪聲模擬軟件Cadna/A對大型通風(fēng)冷卻塔周邊噪聲的預(yù)測值，與該冷卻塔周邊噪聲實測值進行對比，旨在分析Cadna/A軟件用于大型通風(fēng)冷卻塔噪聲預(yù)測的適用性。

1 研究思路及方法設(shè)計

選用國內(nèi)某已運行火電廠的一臺大型雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔作為研究對象，冷卻塔周圍未設(shè)置隔聲屏障，實測冷卻塔噪聲源強及外圍不同距離點的噪聲數(shù)據(jù)，同時采用Cadna/A軟件對該冷卻塔進行噪聲預(yù)測，將預(yù)測值和實測值進行對比分析。具體研究方法設(shè)計如下。

1)實測火電廠最北面的自然通風(fēng)冷卻塔(后文稱冷卻塔)運行狀態(tài)時周邊的噪聲情況，并記錄監(jiān)測時段的風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、周邊環(huán)境等情況;該火電廠共有4臺大型自然通風(fēng)冷卻塔，自南向北排列，本研究依次給其編號為 1、2、3、4。其中1、2號冷卻塔北邊緣距4號冷卻塔北邊緣距離分別為689 m和510 m。本研究各監(jiān)測點布置于4號冷卻塔NW、N、NE方位，因這3個方位遠(yuǎn)離1、2號冷卻塔，且在本研究的現(xiàn)場噪聲監(jiān)測期間，3號冷卻塔未運行，因此可排除1、2、3號冷卻塔運行噪聲對4號冷卻塔噪聲衰減規(guī)律的干擾。同時為盡可能減少冷卻塔運行以外的其他因素所導(dǎo)致的對監(jiān)測點噪聲的貢獻，本研究監(jiān)測了夜間噪聲數(shù)據(jù)。監(jiān)測數(shù)據(jù)分3類:①冷卻塔噪聲源強監(jiān)測點，在冷卻塔淋水池外1 m，高度1.2 m處，共布置5個監(jiān)測點;②冷卻塔周邊噪聲衰減點，距離冷卻塔淋水池護欄10 m、20 m、30 m、50 m、80 m、100 m、200 m、400 m 處，NW、N、NE 方位各布置8個監(jiān)測點;③ 背景噪聲點，距離冷卻塔淋水池護欄500 m，高1.2 m處，布置一個監(jiān)測點。

2)根據(jù)冷卻塔周邊環(huán)境的實際情況(包括圍墻、樹林、道路等)，采用Cadna/A噪聲預(yù)測軟件進行建模，輸入冷卻塔實測噪聲源強、預(yù)測點距離、溫度、濕度、地表類型、風(fēng)速等相關(guān)的參數(shù)，預(yù)測有實測數(shù)值的點位處的噪聲預(yù)測值。

3)將預(yù)測值和實測值進行對比分析，以判斷Cadna/A軟件是否適用于大型通風(fēng)冷卻塔噪聲的預(yù)測。

2 結(jié)果與討論

2.1 聲源類型的識別及預(yù)測模型選擇

根據(jù)現(xiàn)場觀察及國內(nèi)現(xiàn)有文獻調(diào)研，自然通風(fēng)冷卻塔噪聲的產(chǎn)生主要是由于高速下落的水滴擊打水面而引起的，其他噴嘴布水到填料上的聲音、下落水滴互相碰撞的聲音、循環(huán)水泵產(chǎn)生的噪聲、空氣對流噪聲等這些影響極小可以忽略[2]。另外，從冷卻塔的運行機理也可以看出，冷卻塔正常運轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生的噪聲包括淋水噪聲、水泵噪聲、輸水管道和閥門震動噪聲等，但淋水噪聲是主要的噪聲源[3]。冷卻塔運行機理如圖1所示。

圖1 大型自然通風(fēng)冷卻塔運行機理

熱水經(jīng)循環(huán)水泵輸送至冷卻塔中央豎井，再經(jīng)過配水系統(tǒng)和噴濺裝置均勻淋灑到填料層，熱水通過填料層后變成連續(xù)的熱水滴下落，同時外界冷空氣經(jīng)從進風(fēng)口進入冷卻塔，冷空氣與下落的水滴直接進行熱交換，熱水滴被冷卻并滴落在集水池中，同時也有部分熱蒸汽隨空氣一起從冷卻塔頂部排出[3]。

因此，冷卻塔噪聲主要是大量水滴擊打大面積水面產(chǎn)生的淋水噪聲。因此冷卻塔噪聲作為面聲源進行處理。擬采用的Cadna/A程序中，內(nèi)嵌的面聲源計算模式中有垂直面聲源和水平面聲源，根據(jù)冷卻塔的噪聲形成機理，在采用Cadna/A程序進行冷卻塔噪聲預(yù)測時，將冷卻塔作為水平面聲源是最為合適的。

2.2 Cadna/A 建模

根據(jù)火電廠4號冷卻塔噪聲監(jiān)測點站位布置，應(yīng)用Cadna/A軟件對冷卻塔噪聲進行噪聲預(yù)測模型的建立，網(wǎng)格劃分后的冷卻塔噪聲預(yù)測二維模型如圖2所示。

圖2 冷卻塔噪聲預(yù)測二維模型

針對該火電廠冷卻塔噪聲模擬，在利用Cadna/A軟件進行模擬時，其模擬的范圍約750 m×760m尺度范圍，單個網(wǎng)格尺寸為5m×5m，受聲點高度為1.2 m。

2.3 程序預(yù)測數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)對比驗證

根據(jù)實測數(shù)據(jù)，4號冷卻塔噪聲源強均值為83.5 dB(A)，火電廠周邊背景噪聲為 48.6 dB(A)。采用Cadna/A程序建模并進行噪聲預(yù)測，并對預(yù)測數(shù)據(jù)進行手動的背景噪聲疊加校正。建?？紤]了冷卻塔周邊的圍墻、樹林、道路等環(huán)境因素。預(yù)測點疊加背景值計算公式如下[4]:

式中:Leqg為聲源在預(yù)測點的等效聲級貢獻值，dB(A);Leqb為預(yù)測點的背景值，dB(A)。

實測值和預(yù)測值(已疊加背景噪聲)對比如表1所示。

表1 噪聲實測值和預(yù)測值對比表

在N方位，10 m測點位于4號冷卻塔北側(cè)第一道圍墻外約1 m處，30 m測點位于廠界北側(cè)第二道圍墻外約8 m處。在圍墻附近一定區(qū)域內(nèi)，近墻處，圍墻對聲源的隔聲效果要優(yōu)于遠(yuǎn)離圍墻處。因此10 m測點到20 m測點，30 m測點到50 m測點，未呈現(xiàn)出噪聲隨距離衰減的規(guī)律。

為判斷預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，做預(yù)測值和實測值的對比圖分析(見圖3)。

圖3 不同方位預(yù)測值準(zhǔn)確性分析

由圖3可見，以實測值為橫坐標(biāo)預(yù)測值為縱坐標(biāo)的各點，分布在預(yù)測值等于真實值的直線附近，說明NW、N、NE 3個方位的噪聲預(yù)測值均比較接近實測值。

為進一步分析軟件預(yù)測結(jié)果的好壞，先計算各個方位每個點預(yù)測值和實測值的絕對誤差和相對誤差，再計算各個方位絕對誤差的均值、相對誤差的均值和標(biāo)準(zhǔn)差來評價預(yù)測值的準(zhǔn)確性。

表2 預(yù)測值和實測值誤差

由計算結(jié)果可見，預(yù)測值和實測值差值較小，一般認(rèn)為預(yù)測值和實測值的差值低于3 dB(A)時，預(yù)測結(jié)果是可接受的。預(yù)測值與實測值的誤差波動較小，采用Cadna/A程序?qū)Υ笮妥匀煌L(fēng)冷卻塔進行噪聲預(yù)測是適宜的。

但是值得注意的是，在N方位，預(yù)測準(zhǔn)確性明顯要低于其他2個方位。結(jié)合圖2、表1、表2進行分析，這是由于N方位在第1道圍墻和第2道圍墻背后近區(qū)處的預(yù)測值準(zhǔn)確性相對較低所導(dǎo)致?？梢奀adna/A程序?qū)Υ笮妥匀煌L(fēng)冷卻塔進行噪聲預(yù)測時，如在冷卻塔近處有圍墻等建筑時，應(yīng)考慮建筑背后一定距離內(nèi)的預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，但一定距離外的預(yù)測結(jié)果仍然較好。該問題可待進一步研究。

3 結(jié)論

大型自然通風(fēng)冷卻塔是典型的面聲源，采用Cadna/A噪聲模擬軟件可以對其進行噪聲衰減趨勢及噪聲值的模擬，且模擬準(zhǔn)確度較高。今后在進行火電廠、內(nèi)陸核電廠的大型通風(fēng)冷卻塔對周邊聲環(huán)境影響評價過程中，可以采用該軟件進行預(yù)測。

[1] 劉培杰.噪聲模擬軟件Cadna/A在交通噪聲預(yù)測評價中的應(yīng)用[J].電聲技術(shù)，2008，32(7):64 －67.

[2] 李毅男.火力發(fā)電廠自然通風(fēng)冷卻塔降噪設(shè)計[J].噪聲與振動控制，2008(3):104－106.

[3] 熊宏亮.電廠冷卻塔噪聲控制及環(huán)境影響研究[D].濟南:山東大學(xué)，2012.

[4] 環(huán)境保護部.HJ2.4-2009中國人民共和國國家環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn):環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則聲環(huán)境[S].//:1.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2010.