工业厂房屋面冷却塔噪声控制研究

随着我国工业化进程的快速推进，大型工业厂房项目不断增加，工业生产设备产生的噪声干扰问题日益突出。因工业厂房冷却塔需进行冷热交换，布置在厂房边界，尽可能露天布置。由于运行过程中噪声源强度一般达80 dB(A)以上。故运行过程中产生的各种噪声，极易对设备周边的环境产生噪声干扰，影响周围生活。

对各类型冷却塔降噪问题的研究已成为工业建筑的研究热点之一。黄功俊等基于冷却塔噪声现状，针对性地设计了噪声控制综合治理方案，并定量预测评价了噪声治理效果；苑森等结合重庆某大型燃机电厂冷却塔，介绍关于降噪控制的国家标准要求，并对燃机电厂主要设备声源和噪声控制措施进行了研究；陈幸幸等在Cadna软件建立精确的三维模型，模拟预测了自然通风冷却塔在治理前后对周围声环境的影响。Wang测量工厂内部及周围敏感点的噪声值，分析各噪声源的特性，提出了噪声控制规划策略。但部分工业厂房屋面冷却塔研究缺乏噪声控制方案是完成后的声环境实测分析及声场仿真模拟结果与实测结果的比较分析。

本文以新华制药总部为工程实例开展工业厂房屋面冷却塔降噪研究。通过实地测量，分析了屋面两座冷却塔的噪声现状，总结噪声源特性，提出降噪设计方案。应用Cadna软件评估预测方案的有效性，并对方案实施后的实际治理效果进行了测量验证。

1  冷却塔噪声现状分析

1.1  噪声测量分析

新华制药厂房屋面安有2台冷却塔设备，冷却塔几何尺寸较大且噪声源强度较大，辐射面大。因此声音随距离衰减较缓慢，对周边环境也有较大的噪声干扰，受到厂房东侧香榭大厦居民投诉。

测量现场噪声，分析噪声源及各类噪声频谱分布状况。选用AWA5688多功能声级计（测量前经AWA6221A校准器校准）。测量时间段为14∶00~15∶00，该时段冷却塔处于正常运行状态。测量方法参考GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》，结合现场情况设置5个测点，如图1所示。

图1  测点分布

具体各测点的不同频率声压级的测量结果如图2所示，各测点的A声级测量结果见表1。测量结果表明，屋面冷却塔正常运行时，产生的噪声在设备区域约88 dB(A)，屋面边界噪声约62 dB(A)，敏感点噪声约57 dB(A)。

图2  各测点的不同频率噪声值

表1  各测点A声级测量值

1.2  噪声源分析

在工业建筑中，冷却塔是在循环供水系统中用于降温的机械设备，其噪声由多种噪声组合而成。根据现场测量结果，噪声主要由风机噪声、淋水噪声、减速机和电机噪声组成。

风机噪声是机械通风式冷却塔最主要的噪声源，该噪声是空气动力性噪声，包括湍流噪声和旋转噪声。淋水噪声由冷却塔的淋水装置下落水时与下塔体底盘中积水撞击产生，其噪声级与落水高度、单位时间内的水流量有关，一般仅次于风机噪声。风机噪声降低后，淋水噪声占主导地位。减速机和电机噪声主要是齿轮啮口时产生的噪声，电机噪声则是电磁声和机械噪声。

由现场噪声值实测结果可知，各测点的噪声值在中低频较突出，噪声频谱特性相似。空压机室内外测点即测点和的噪声峰值出现在中频，达到80~84 dB。冷却塔出风口即测点和屋面边界即测点、

敏感点即测点，噪声值均从高频到低频逐渐升高，声能量主要集中在中低频，以低频为主，且冷却塔出风口噪声在31.5 Hz处有一峰值，需有针对性地采取降噪措施。

2  冷却塔噪声控制设计

2.1  设计原则及目标

（1）满足声学降噪需求, 确保工业企业噪声排放需满足GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》相关要求。现根据业主要求，在不考虑其他未处理噪声源影响并进行背景噪声修正的情况下，以东侧女儿墙相对中间位置即女儿墙处的测点外1 m处噪声值不超过55 dB(A)为设计目标。临近住宅区域噪声值满足GB 3090—2008《声环境质量标准》Ⅰ类功能区的相关要求。即昼间噪声值不超过55 dB(A)，夜间噪声值不超过45 dB(A)。

（2）综合考虑设备正常运行时的通风、散热及设日常检修、维修等问题。

（3）积极选用较为成熟、并且经实践验证的的噪声治理措施，针对性地提出降噪设计方案。

（4）屋面冷却塔降噪设计还需考虑屋面承重和避雷系统等问题。

2.2  噪声控制措施

冷却塔噪声主要通过以下传播途径对周边居住楼形成干扰：包括声源处噪声直达接收点、经相邻机组壁面的多次反射后到达接收点以及经过相邻建筑表面反射后到达。

基于以上分析，对本工程实例屋面冷却塔的降设计采用传统的消声、隔声等降噪措施，减少周围敏感点直达声的接收，并改变相邻机组的壁面材料，减少反射声的接收。降噪措施见表2。

表2  降噪措施简述

2.2.1  冷却塔进出风口设置消声器

从类似降噪设计可知，在风机声源处安装消声器是最直接有效的措施。消声器的种类很多，包括抗性消声器、阻性消声器、排空放空式消声器和复合式消声器等，吸声性能也有差异。

根据噪声源特性分析，2个冷却塔顶面出风口均选择安装一个5 m×3.6 m×1.5 m的片式消声器，插片有效长度为1.5 m，插片间距为100 mm。消声器与冷却塔之间用接驳风管连接，接驳风管尺寸为5 m×3.6 m×1 m。片式消声器外壁结构为1.5 mm厚镀锌钢板、1.5 mm厚阻尼隔声涂料、50mm厚的48 K吸音棉和0.6 mm厚铝穿孔板。其插片结构为0.6 mm厚铝穿孔板，100 mm厚的48 K吸声棉和0.6 mm厚铝穿孔板。  

消声器上方还增加了一段高1.5 m的U形声屏障，声屏障材料与消声器外壁相同，即相当于消声器中三面向上延伸1.5 m高度，两套消声器上的声屏障总长度为24.4 m。

根据消声器插入损失计算公式，片式消声器消声量计算公式为：

式中：Lp为消声量（dB）；P为消声器通道断面的有效长度（m）；S为消声器通道的有效截面积（㎡）；L为消声器有效长度（m）。

经计算得出，压力损失为13.21 Pa，消声量为26.2 dB(A)（表3）。

表3  片式消声器消声量计算

冷却塔侧面进风口设置百页式消声器降噪。百叶厚300 mm，尺寸为6 m×6.6 m，采用立式安装，百叶开口背向敏感点即住宅区。百页式消声器结构为2 mm厚侧板、1.2 mm厚铝板、100 mm厚的48 K吸音棉和0.6 mm厚铝穿孔板。

2.2.2  冷却塔主体设置隔声罩

隔声罩长13.8 m，宽12.7 m，高6.6 m。外表面采用3 mm厚阻尼隔声毡和0.5 mm厚压型钢板，安装收边条增强隔声性能。

隔声罩内表面选用50 mm厚金属板穿孔岩棉夹芯板，构造层次为0.8 mm厚钢板、50 mm厚的80 K岩棉和0.5 mm厚穿孔钢板。

另针对敏感点位置，在内侧结构上增加一道100 mm×50 mm矩形管口，间距1.2 m。安装50 mm厚穿孔岩棉夹芯板，穿孔面朝内。

2.2.3  出入口安装隔声门

为方便工作人员进出冷却塔观察，保留原有门洞并安装隔声门，隔声门尺寸为1 m×2.3 m（4扇），在中间过道处安装1道2.2 m×2.3 m隔声门。

2.3  屋面荷载检验

原屋面为钢框架结构，按降噪方案进行屋面荷载增加量的计算检验。结果表明该增加量仍在原屋面结构可承受的荷载范围内，无需重新进行设计。

3.4  设计效果预测

基于屋面冷却塔实际情况建立三维几何模型导入Cadna软件，在软件中设定建筑物、声源的声功率级和声场计算范围等参数，对室外声场进行分析计算。

新华制药总部厂房屋面冷却塔噪声计算结果如图3所示。屋面边界噪声值控制在52 dB左右，敏感点噪声值控制到47 dB左右,达到了冷却塔降噪设计目标。

图3  降噪处理后室外声场模拟（计算机截图）

3  降噪效果实测

新华制药总部厂房屋面冷却塔降噪方案实施后，使用相同的测量仪器、在相同的测量时间段进行现场测量，测量范围包括冷却塔内外、屋面边界以及周围住宅楼敏感点。冷却塔降噪方案实施前后外观如图4所示。

（a）                                           （b）

图4  降噪处理前后冷却塔照片

（a）处理前；（b）处理后

实测结果显示，隔声罩内部压缩机位置噪声值控制在81 dB(A)左右。屋面边界噪声值在54 dB(A)左右，敏感点昼间噪声值在47 dB(A)。各测点声压级频率分布如图5所示。

图5  降噪处理后现场噪声实测值

该屋面冷却塔降噪方案实施后现场声环境实测表明降噪控制达到预期效果。并表明当噪声预测模型与现实状况一致时，Cadna软件的噪声模拟预测结果与实测值接近，差值小于3 dB(A)。

4  结论

（1）工业厂房屋面冷却塔正常运行时产生的噪声在设备区域约88 dB（A），屋面边界噪声约62 dB（A），敏感点噪声约57 dB(A)。

（2）经Cadna室外声场模拟和施工完成后的实测检验，采用屋面冷却塔进出风口设置消声器，冷却塔主体设置隔声罩，出入口安装隔声门的降噪方案达到了设计目标，可将敏感点昼间噪声控制在47 dB（A）左右。

（3）在Cadna软件中建立精准可靠的预测模型时，相同测点噪声模拟值与现场实测值差异较小（小于3 dB）。本文提出的屋面冷却塔降噪方案。经实测验证噪声治理效果，可为厂房屋面冷却塔噪声控制研究提供参考。