香港華藝設(shè)計(jì)顧問(wèn)(深圳)有限公司 文雪新 陳 倩 駱婉婧深圳前海巽陣聲學(xué)科技有限公司 孫 昊

0 引言

區(qū)域供冷系統(tǒng)是指對(duì)一定區(qū)域內(nèi)的建筑物群，由一個(gè)或多個(gè)能源站集中制取冷媒，通過(guò)區(qū)域管網(wǎng)提供給最終用戶，實(shí)現(xiàn)用戶制冷要求的系統(tǒng)。區(qū)域供冷在節(jié)能、環(huán)保及運(yùn)行管理等方面都具有優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在歐美、日本等國(guó)家和地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

冷卻塔作為制冷系統(tǒng)中的重要設(shè)備，在其設(shè)計(jì)布置時(shí)，不僅要考慮建筑功能、平面布局、場(chǎng)地限制等因素，還要考慮其噪聲對(duì)周圍環(huán)境的影響。冷卻塔噪聲主要包括風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力噪聲、電動(dòng)機(jī)噪聲、落水噪聲及管道振動(dòng)輻射噪聲等。其中冷卻塔的進(jìn)、排風(fēng)噪聲(排風(fēng)噪聲最顯著)、淋水噪聲是主要的噪聲源，也是噪聲控制的重點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)噪聲對(duì)周圍環(huán)境影響較小。冷卻塔的噪聲控制主要從控制聲源、傳播途徑、收受點(diǎn)采取防護(hù)3個(gè)方面采取技術(shù)措施。常見的降噪方法有：選擇靜音型風(fēng)機(jī)，采用隔振基礎(chǔ)削弱電動(dòng)機(jī)和管道的噪聲傳播，安裝消聲器、隔聲罩等。

以深圳某區(qū)域供冷項(xiàng)目為例，通過(guò)對(duì)冷卻塔進(jìn)、排風(fēng)側(cè)采用消聲器，冷卻塔整體采用消聲器+吸聲隔聲板這2種方案進(jìn)行對(duì)比，選出最優(yōu)方案，再利用Cadna/A軟件進(jìn)行仿真模擬，驗(yàn)證噪聲治理方案的可行性。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

該項(xiàng)目為獨(dú)立制冷站，總建筑面積約9 600 m2，裝機(jī)容量約84.8 MW(2.41萬(wàn)rt)，尖峰供冷能力約123 MW(3.5萬(wàn)rt)，服務(wù)區(qū)域約107萬(wàn)m2。如圖1所示，該項(xiàng)目高約19 m，北側(cè)為商業(yè)場(chǎng)所，南側(cè)為變電站，東西側(cè)為超高層辦公建筑，A為該項(xiàng)目西側(cè)廠界外1 m處噪聲最不利點(diǎn)，B為西側(cè)辦公樓廠界外1 m處噪聲最不利點(diǎn)。冷卻塔布置在建筑物屋頂，平臺(tái)面積約2 000 m2，如圖2所示。該項(xiàng)目冷卻塔分為10個(gè)單元，每個(gè)單元由3個(gè)冷卻塔組成，其中CT(S)-1和CT(J)-1單元中的冷卻塔因空間受限，采用圖2中虛線所示布置方式。根據(jù)某品牌冷卻塔選型手冊(cè)，冷卻塔噪聲參數(shù)如表1所示，性能參數(shù)如表2所示。

表1 冷卻塔噪聲參數(shù) dB

表2 冷卻塔性能參數(shù)

注：H為高度。圖1 項(xiàng)目周邊建筑物分布

2 降噪目標(biāo)聲源分析

2.1 周邊建筑物分析

從圖1可知，該項(xiàng)目南側(cè)為變電站，距離制冷站最近，其自身作為一個(gè)噪聲源，噪聲治理方案主要從變電站內(nèi)部分析、解決，本文不再贅述。項(xiàng)目東、西側(cè)為辦公樓，屬噪聲敏感建筑物，且西側(cè)辦公樓與冷卻塔的水平距離較近，為15 m，相較于冷卻塔周邊其他建筑物，受冷卻塔噪聲影響最大，故本文對(duì)項(xiàng)目西側(cè)建筑物從不同維度、不同高度全面分析其噪聲分布。

該項(xiàng)目處于交通要道，噪聲測(cè)量中的本底噪聲主要來(lái)自交通噪聲。根據(jù)《深圳市環(huán)境狀況公報(bào)》(2011—2015年)，2011—2015年全市區(qū)域環(huán)境噪聲等效聲級(jí)平均值為56.7～56.9 dB，道路交通干線噪聲等效聲級(jí)加權(quán)平均值為68.8～69.3 dB[2]。由此可推斷，本底噪聲已接近冷卻塔噪聲，而本項(xiàng)目著重于從仿真模擬和理論計(jì)算對(duì)比、研究冷卻塔的最優(yōu)降噪方案，因此在仿真模擬計(jì)算中不再考慮本底噪聲。

根據(jù)GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[3]，該項(xiàng)目執(zhí)行2類聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，降噪目標(biāo)為“廠界排放噪聲和噪聲敏感建筑物受到的噪聲同時(shí)達(dá)標(biāo)”，即冷卻塔降噪后：設(shè)備所在建筑物邊界外1 m的A聲級(jí)噪聲滿足晝間≤60 dB，夜間≤50 dB；東、西側(cè)辦公樓和北側(cè)商業(yè)樓的建筑外1 m處的設(shè)備噪聲滿足晝間≤60 dB，夜間≤50 dB。

2.2 降噪技術(shù)重點(diǎn)與難點(diǎn)分析

1) 由于冷卻塔在屋面布置較為緊湊，外圍設(shè)備距離幕墻僅2.5 m，不利于噪聲的衰減，因此要在廠界外1 m處達(dá)到降噪目標(biāo)，對(duì)降噪設(shè)備的消聲量和流阻特性有很高的要求。

2) 為確保冷卻塔的良好性能，各塔體間距必須滿足通風(fēng)散熱最小距離要求，因此降噪設(shè)備所占空間要盡可能少，且阻力損失小，通風(fēng)效果良好。

3) 冷卻塔排風(fēng)口的空氣濕度大，對(duì)采用吸聲材料的防水性能有較高的要求。

4) 受限于屋面空間，冷卻塔安裝降噪設(shè)備后，應(yīng)預(yù)留檢修口，結(jié)構(gòu)形式便于拆卸，供日常維護(hù)和設(shè)備檢修。

3 降噪方案探討

3.1 方案1

分別在冷卻塔進(jìn)風(fēng)側(cè)、排風(fēng)側(cè)安裝消聲器，消聲器與冷卻塔之間通過(guò)消聲箱連接，具體措施如下。

1) 進(jìn)風(fēng)側(cè)：采用“0.5 m長(zhǎng)消聲箱+1.2 m長(zhǎng)消聲器”。

2) 排風(fēng)側(cè)：頂側(cè)排風(fēng)口采用“1 m長(zhǎng)消聲箱+0.9 m長(zhǎng)消聲器”。

3) 消聲器通風(fēng)率≥50%，進(jìn)、排風(fēng)側(cè)安裝的消聲器壓力損失之和≤30 Pa。消聲器采用鋁合金板制作，表面噴塑處理，外殼板厚度不小于1.5 mm，芯片的護(hù)面板厚度不小于1.2 mm，穿孔率20%～25%，孔徑3 mm。消聲芯片內(nèi)填充惰性、防蟲、憎水玻璃纖維，密度不小于48 kg/m3，防火等級(jí)為A級(jí)不燃材料，壓縮梯級(jí)不應(yīng)小于5%，玻璃棉和護(hù)面板間設(shè)置平紋、無(wú)堿、憎水玻璃纖維布。

4) 根據(jù)上文冷卻塔噪聲性能參數(shù)及式(1)計(jì)算出冷卻塔所需的消聲量[4]，同時(shí)結(jié)合市場(chǎng)上常用消聲器型號(hào)，得出消聲量應(yīng)不低于表3中數(shù)值。

表3 消聲器性能參數(shù)

式中 ?(α0)為與α0有關(guān)的消聲系數(shù)；α0為正入射吸聲系數(shù)；P為消聲器通道截面周長(zhǎng),m；S為消聲器通道截面積，m2；l為消聲器的有效長(zhǎng)度，m。

5) 消聲箱用于平緩進(jìn)、排風(fēng)氣流的同時(shí)，增加消聲量，采用100mm厚吸聲隔聲板拼接，采用鋁合金板材質(zhì)，表面噴塑處理。

方案1冷卻塔降噪措施平面示意圖見圖3，冷卻塔降噪措施大樣圖見圖4。

圖3 冷卻塔降噪措施平面示意圖(方案1)

3.2 方案2

消聲器分別安裝在冷卻塔進(jìn)風(fēng)側(cè)和排風(fēng)側(cè)，吸聲隔聲板布置在冷卻塔之間的空隙中，與方案1不同的是，進(jìn)風(fēng)側(cè)消聲器沒有直接安裝在冷卻塔上，而是與吸聲隔聲板一起固定于屋面外圍，具體降噪措施如下。

1) 冷卻塔側(cè)面：屋面外圍的進(jìn)風(fēng)側(cè)安裝1.2 m長(zhǎng)消聲器，冷卻塔之間的非進(jìn)風(fēng)面安裝0.1 m厚吸聲隔聲板。

2) 冷卻塔頂面：排風(fēng)側(cè)安裝0.9 m長(zhǎng)消聲器，冷卻塔之間的非排風(fēng)面安裝0.1 m厚吸聲隔聲板。

3) 消聲器通風(fēng)率≥50%，進(jìn)、排風(fēng)側(cè)安裝的消聲器壓力損失之和≤30 Pa，消聲器消聲量不低于表3中的數(shù)值。

4) 消聲器采用鋁合金板材質(zhì)，表面噴塑處理。

方案2冷卻塔降噪措施平面示意圖如圖5所示，冷卻塔降噪措施剖面示意圖如圖6、7所示。

圖5 冷卻塔降噪措施平面示意圖(方案2)

圖6 冷卻塔降噪措施剖面示意圖1-1(方案2)

圖7 冷卻塔降噪措施剖面示意圖2-2(方案2)

3.3 方案對(duì)比

1) 方案1和方案2中冷卻塔排風(fēng)側(cè)安裝消聲裝置，勢(shì)必會(huì)增大風(fēng)機(jī)的阻力，導(dǎo)致風(fēng)量降低、水溫上升，從而影響系統(tǒng)的熱工性能，因此需在冷卻塔選型時(shí)考慮此損失，具體分析可參考相關(guān)工程案例[5]。

2) 研究表明，冷卻塔場(chǎng)地布置不受限時(shí)，采用方案1可以取得良好的降噪效果[6]。但該項(xiàng)目冷卻塔布置面積受限，采用方案1中的降噪措施會(huì)使內(nèi)側(cè)冷卻塔進(jìn)風(fēng)面之間的距離僅有2.6 m，不能滿足多個(gè)單元排列且進(jìn)氣口相對(duì)時(shí)的最小距離6 m，致使冷卻塔進(jìn)風(fēng)量減小，水氣換熱性能相應(yīng)降低，冷卻塔效率也隨之降低。

3) 根據(jù)表4，可得方案2采用消聲器和吸聲隔聲板相結(jié)合的形式，不僅可以降低冷卻塔的噪聲，還可以滿足冷卻塔的有效進(jìn)風(fēng)面積?？紤]到該項(xiàng)目冷卻塔平臺(tái)面積受限，因此采用方案2進(jìn)行噪聲治理。

表4 方案1和方案2對(duì)比

4) 方案2中采用吸聲隔聲板后會(huì)對(duì)部分冷卻塔進(jìn)風(fēng)側(cè)周圍的氣流產(chǎn)生影響，因項(xiàng)目組后續(xù)會(huì)研究降噪后冷卻塔周圍流場(chǎng)的變化，因此本文僅分析冷卻塔噪聲治理方案的可行性。

4 噪聲理論計(jì)算

在環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，應(yīng)根據(jù)聲源、聲功率級(jí)或靠近聲源某一參考位置處的已知聲級(jí)(如實(shí)測(cè)得到的)、戶外聲傳播衰減，計(jì)算距離聲源較遠(yuǎn)處的預(yù)測(cè)點(diǎn)的聲級(jí)[7]。

已知距離無(wú)指向性點(diǎn)聲源參考點(diǎn)r0處的倍頻帶(用63～8 000 Hz的8個(gè)標(biāo)稱倍頻帶中心頻率)聲壓級(jí)Lp(r0)，計(jì)算出參考點(diǎn)(r0)和預(yù)測(cè)點(diǎn)(距聲源r處)之間的戶外聲傳播衰減后，預(yù)測(cè)點(diǎn)8個(gè)倍頻帶聲壓級(jí)可分別用式(2)計(jì)算[7]。

Lp(r)=Lp(r0)-

(Adiv+Aatm+Abar+Agr+Amisc)

(2)

式中 Lp(r)為距聲源r處的倍頻帶聲壓級(jí)，dB；Lp(r0)為參考位置r0處的倍頻帶聲壓級(jí)，dB；Adiv為聲波幾何發(fā)散引起的倍頻帶衰減，dB；Aatm為空氣吸收引起的倍頻帶衰減，dB；Abar為聲屏障引起的倍頻帶衰減，dB；Agr為地面效應(yīng)引起的倍頻帶衰減，dB；Amisc為其他多方面效應(yīng)引起的倍頻帶衰減，dB。

預(yù)測(cè)點(diǎn)的A聲級(jí)LA(r)可按式(3)計(jì)算，即將8個(gè)倍頻帶聲壓級(jí)合成，計(jì)算出預(yù)測(cè)點(diǎn)的A聲級(jí)LA(r)[7]：

式中 Lpi(r)為預(yù)測(cè)點(diǎn)處，第i倍頻帶聲壓級(jí)，dB；ΔLi為第i倍頻帶的A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)修正值，dB。

根據(jù)式(2)、(3)，計(jì)算該項(xiàng)目西側(cè)廠界外1m處噪聲最不利點(diǎn)A與西側(cè)辦公樓廠界外1m處噪聲最不利點(diǎn)B處的噪聲值，計(jì)算結(jié)果見表5、6。通過(guò)分析表5中的數(shù)據(jù)，可知該項(xiàng)目西側(cè)廠界外1m處降噪前噪聲值為67.46dB，降噪后噪聲值為49.77dB；通過(guò)分析表6中的數(shù)據(jù)，可知西側(cè)辦公樓廠界外1m處降噪前的冷卻塔噪聲值為66.25dB，降噪后噪聲值為48.47dB。由此可得，采用方案2對(duì)冷卻塔進(jìn)行降噪后，可滿足規(guī)范要求。

表5 項(xiàng)目西側(cè)廠界外1 m處噪聲最不利點(diǎn)A處的噪聲匯總

表6 西側(cè)辦公樓廠界外1 m處噪聲最不利點(diǎn)B處的噪聲匯總 dB

5 噪聲仿真模擬

Cadna/A是基于德國(guó)RLS90通用計(jì)算模型的噪聲模擬軟件，其計(jì)算原理源于ISO 9613-2：1996《聲學(xué) 戶外聲傳播的衰減 第2部分：一般計(jì)算方法》，適用于環(huán)境評(píng)價(jià)、建筑設(shè)計(jì)、交通管理、城市規(guī)劃等眾多領(lǐng)域。經(jīng)國(guó)家環(huán)?？偩汁h(huán)境工程評(píng)估中心認(rèn)證，該軟件理論基礎(chǔ)與HJ 2.4—2009《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 聲環(huán)境》要求一致，預(yù)測(cè)結(jié)果直觀可靠，可以作為我國(guó)聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)的工具軟件[8]。

近年來(lái)，Cadna/A軟件廣泛應(yīng)用于冷卻塔降噪分析和聲屏障優(yōu)化設(shè)計(jì)中[9-10]。本文利用Cadna/A軟件，對(duì)該項(xiàng)目及周邊建筑物接收到的噪聲進(jìn)行了模擬與對(duì)比。

5.1 建模條件

利用Cadna/A軟件進(jìn)行三維建模計(jì)算，聲源及所處環(huán)境建模實(shí)景效果如圖8所示，冷卻塔聲源用體源模擬，進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口以面聲源模擬，消聲器的插入損失噪聲見表3。

圖8 聲源及所處環(huán)境建模實(shí)景效果圖(西南視角)

5.2 降噪前噪聲分布

如圖9、10所示，該項(xiàng)目及周邊建筑物廠界外1 m處接收到的A聲級(jí)噪聲為61～69 dB，超出夜間小于等于50 dB的要求。圖9、10中噪聲分布數(shù)據(jù)接收面高度為屋面上方1.5 m，測(cè)點(diǎn)分布間距為1 m。

圖9 降噪前該項(xiàng)目及周邊建筑物噪聲分布

圖10 降噪前廠界外1 m處噪聲分布

如圖11所示，西側(cè)辦公樓建筑外1 m處的A聲級(jí)噪聲最高值為66 dB(朝冷卻塔方向)，超出夜間小于等于50 dB的要求，超出部分主要分布在該樓層豎直高度6～87 m之間。

圖11 降噪前西側(cè)辦公樓噪聲分布(東北視角)

綜上分析，該項(xiàng)目冷卻塔所需降噪的最大值為19 dB，且該項(xiàng)目西側(cè)廠界外1 m處噪聲超標(biāo)值最高。

5.3 降噪后噪聲分布情況

降噪后，該項(xiàng)目及周邊建筑物廠界外1 m處接收到的A聲級(jí)噪聲為38～50 dB，西側(cè)辦公樓建筑外1 m處接收到的A聲級(jí)噪聲最高值為44 dB(朝冷卻塔方向)，均滿足夜間小于等于50 dB的要求。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)降噪目標(biāo)的聲源分析，提出了2種方案：冷卻塔進(jìn)、排風(fēng)側(cè)分別安裝消聲器；冷卻塔整體采用消聲器與吸聲隔聲板相結(jié)合的方式。由于該項(xiàng)目冷卻塔場(chǎng)地布置受限，因此在保證冷卻塔有效進(jìn)風(fēng)面積的前提下，選取了方案2，即采用消聲器與吸聲隔聲板相結(jié)合的方式。

為驗(yàn)證方案2的可行性，通過(guò)理論計(jì)算和仿真模擬對(duì)冷卻塔降噪前后，該項(xiàng)目周邊建筑物敏感點(diǎn)接收到的噪聲進(jìn)行了對(duì)比分析。通過(guò)理論計(jì)算和模擬結(jié)果可知，此方案可使廠界外1 m處及周圍噪聲敏感建筑物的噪聲達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，滿足噪聲治理要求。