28年專(zhuān)注噪聲與振動(dòng)工程控制治理專(zhuān)家

冷卻塔主要噪聲源為排風(fēng)風(fēng)扇噪聲以及驅動(dòng)機構產(chǎn)生的機械噪聲和淋水噪聲。風(fēng)扇噪聲是一種空氣動(dòng)力性噪聲，包括湍流噪聲和旋轉噪聲。當氣流流經(jīng)葉片表面時(shí)，會(huì )在其背部脫體，在尾部由于氣流的粘滯形成一系列渦流，從而產(chǎn)生湍流噪聲，它具有連續的頻譜特性。旋轉噪聲是葉片旋轉時(shí)形成壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的，它的頻譜呈窄帶的低中頻特性，并有明顯的峰值。風(fēng)機噪聲主要通過(guò)冷卻塔頂部排風(fēng)口向外傳播。

冷卻水從淋水裝置下落時(shí)與下塔體底盤(pán)中積水撞擊產(chǎn)生淋水噪聲，僅次于風(fēng)機噪聲。其頻譜本身呈高頻特性，主要通過(guò)冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口向外傳播。一般進(jìn)風(fēng)口的噪聲值低于排風(fēng)口的噪聲值10 dB(A) 。冷卻塔減速機和電機的噪聲對周?chē)h(huán)境的影響較小，一般可予忽略。

由于冷卻塔所用軸流風(fēng)機壓頭極低，其風(fēng)量和整體散熱效果對消聲系統的阻力損失極為敏感，故此類(lèi)冷卻塔降噪治理的難點(diǎn)就在于寬頻帶、高量值的消聲要求與冷卻塔自身通風(fēng)散熱性能之間的尖銳矛盾；其噪聲治理必須兼顧熱工性能、結構工藝、日常維修等一系列相關(guān)因素；還要妥善解決結構承重、抗風(fēng)荷載、抗震等安全問(wèn)題。因此必須面對現實(shí)，以目前條件為基礎，因地制宜地進(jìn)行妥善的降噪設計和必要的改造完善。要兼顧熱工性能影響、結構工藝、日常維修、抗風(fēng)荷載強度以及周邊環(huán)境等一系列問(wèn)題，該冷卻塔噪聲的隔聲與消聲處理是本項噪聲治理工程中最具難度和不確定性的部分。要求我們最大限度地協(xié)調處理好上述因素與噪聲治理需求之間的一系列相互矛盾、相互制約的因素，必要時(shí)有可能還要做出一定程度的妥協(xié)和讓步。

以此為前提，我們對冷卻塔噪聲治理方案進(jìn)行了初步設計，并就甲方關(guān)心的熱工性能、結構承重、抗風(fēng)荷載、降噪和外部景觀(guān)和諧等問(wèn)題提同了一些分析論證，一并提交給甲方參考。

GB3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標準》環(huán)境噪聲限值單位：dB (A)

介于該區域的特殊性，此區域劃分為一類(lèi)區，一類(lèi)區晝間為55 dB (A) ，夜間為45 dB (A)為了有效地控制噪聲，防止冷卻塔產(chǎn)生的噪聲對其周邊環(huán)境構成干擾。根據標準要求，結合冷卻塔噪聲狀況,我公司技術(shù)人員對冷卻塔降噪提出具體降噪方案如下：

2、消聲設備技術(shù)指標：
本設計消聲系統除具備良好的聲學(xué)性能外，還將具有良好的通風(fēng)效果；外部整體結構牢固可靠（適當位置安裝預埋件）；內部消聲插片選材具有抗腐蝕性等特點(diǎn)。為確保冷卻塔的熱工性能的前提下，在設計降噪工程時(shí)，盡量滿(mǎn)足降噪保險系數。

（1）消聲系統阻力損失：≤30Pa。
（2）外部結構風(fēng)荷載：≥0.45 kN / m2;雪荷載：≥0.45 kN / m2。
（3）消聲插片穿孔板材料選擇為鍍鋅穿孔板；框架進(jìn)行防腐處理。
（4）進(jìn)風(fēng)消聲器消聲量≥15 dB(A) 。
（5）隔聲吸聲層隔聲量≥20dB(A) 。

3、技術(shù)措施
為了有效地控制噪聲，保證設備高效運轉，冷卻塔將建立獨立的進(jìn)、排風(fēng)消聲體系。即：設備分為上、下兩部分，分別采取隔聲、吸聲、消聲處理。
為了讓用戶(hù)了解的更加詳細，我們具體闡述一下隔聲吸聲原理，并針對其噪聲特性制定其結構。

※　隔聲機理和隔聲結構
1、隔聲基本概念
隔絕空氣聲往往采用木板、金屬板、墻體等固體介質(zhì)以阻擋并減弱在空氣中聲波的傳播，這些專(zhuān)門(mén)用來(lái)隔絕聲波的固體介質(zhì)稱(chēng)為隔聲材料。在噪聲治理工程中，為了提高隔聲效果，常將隔聲材料與其它聲學(xué)材料如吸聲材料、阻尼材料或空氣層復合在一起組成隔聲構件。隔聲構件可以組裝成不同形式和用途的隔聲結構，如隔聲控制室、隔聲間、隔聲墻、設備隔聲罩等。

2、隔聲基本原理
（1）、邊界條件
透射聲波與入射聲波聲壓比假設一層均勻各向同性的固體介質(zhì)在空間中無(wú)限延伸，將大氣分成左右兩部分，平面聲波從左向右傳播，傳播方向垂直于介質(zhì)層，如圖1
聲波穿透介質(zhì)層必須通過(guò)兩個(gè)界面，一個(gè)從空氣到固體的界面，另一個(gè)從固體到空氣的界面。各種參數及符號見(jiàn)一表：

透射聲波與入射聲波聲壓比tp：
tp＝PtA/PIa
式中：R12=R2/R1     R21=R1/R2

(2)、透射系數
透射系數是衡量介質(zhì)層隔聲特性的一個(gè)重要指標，是指透射波聲強入射波聲強之比，即固體介質(zhì)層的聲強透射系數。透射系數越低隔聲性能越好。
 て=(ptA2/R1)/(PiA2/R1)=4/{4COS2K2D+(R12+R21)2sin2k2D}
當聲波以一射角θi穿透介質(zhì)層，可導出其透射系數為：
てθi＝4/(4+ωM2COSθi/POC)
式中：M2=P2D為介質(zhì)層的面密度（Kg/m2）
從上式可以看出介質(zhì)層的面密度度越大，透聲系數越低，隔聲性能越好。

（3）隔聲量
隔聲量是衡量介質(zhì)層隔聲特性的別一個(gè)重要指標，用傳遞損失R表示。
 Rθi=10lg(1/てθi)=10lg{1+(ωM2COSθi/2POC)2}<Db
對于常用的固體隔聲材料，如鋼板、木板、磚墻等，常能滿(mǎn)足（ωM2COSθi/2POC）>1,因而隔聲量可以簡(jiǎn)化為:
Rθi=10lg{(ωM2COSθi)2/(2POC)2}
從上式可以看出:介質(zhì)面密度加倍,隔聲量提高6dB;頻率加倍,隔聲量提高6dB.這就是隔聲質(zhì)量定律.
工程近似計算公式:
R實(shí)=R+10lg a

（4）隔聲頻率特性
實(shí)際上對于單層密實(shí)均勻介質(zhì)的隔聲性能主要由它的面密度、勁度和阻尼所決定。單層均質(zhì)材料的隔聲特性曲線(xiàn)，按頻率可以分為三個(gè)區域：勁度阻尼控制區、質(zhì)量控制區、吻合效應和質(zhì)量延續區，見(jiàn)圖2。
在勁度控制區的下端，存在一個(gè)共振區，共振區的隔聲量下了到最小。在質(zhì)量控制區，板材的面密度愈大，受聲波激發(fā)的振動(dòng)速度愈小，隔聲量愈大；頻率愈高，隔聲量也愈大。通常采用隔聲結構降低噪聲，一般應根據噪聲的頻率特性和降噪需要來(lái)選擇隔聲材料或結構，以發(fā)揮質(zhì)量控制作用，使其在相當的頻率范圍內取得有效的隔聲效果。

在吻合效應和質(zhì)量延續區出現第二個(gè)低谷，這是由于在這個(gè)頻率上隔聲板材與聲波產(chǎn)生吻合效應而形成的隔聲量大幅度下陷區。這個(gè)頻率為臨界頻率fc,其計算公式如下：

fc=6×103（M/B1/2=2×104/h(p/E)1/2(HZ)

3、隔聲結構隔聲量的近似計算和工程考慮
由隔聲質(zhì)量定律可知若想提高單層介質(zhì)的隔聲量，唯一的辦法就是增加密度或厚度。這樣就帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題，當需要大幅度提高隔聲量時(shí)，就需要用大量的材料，很不經(jīng)濟。因此在噪聲控制工程中，常采用雙層或多層介質(zhì)材料或者兩層介質(zhì)材料之間設計一定厚度的空氣層等隔聲結構來(lái)控制噪聲。雙層介質(zhì)隔聲量近似計算公式：
R=20lg{(m1+m2)ω/2poc}+ΔR
式中m1、m2為介質(zhì)的面密度，ΔR為空氣層引起的附加隔聲量。

4、隔聲結構設計
（1）隔聲基本結構
隔聲結構主要由隔聲層、阻尼層、吸聲層和護面層構成。它的隔聲性能基本遵循“質(zhì)量定律”，要取得較高的隔聲效果，隔聲材料應該選擇厚、重、實(shí)的材料，厚度增加1倍，隔聲量可增加4－6dB(A)。但在實(shí)際工程中，為了便于搬運、操作、檢修和拆裝方便，并考慮經(jīng)濟方面的因素，隔聲間通常使用薄金屬板等輕質(zhì)材料做成，輕質(zhì)材料共振頻率高，隔聲性能顯著(zhù)下降，必須涂覆相當于罩板2－3倍厚度的阻尼層，以改善薄金屬板的共振區和吻和效應。

（2）隔聲結構的實(shí)際隔聲量
在設計隔聲結構時(shí)，對于某種材質(zhì)本身有個(gè)隔聲量，這就是隔聲結構的理論隔聲量，但它不等于實(shí)際隔聲量。這是因為聲源未加隔聲結構時(shí)，它輻射的噪聲是向四面八方輻射擴散的，也正是在這種條件下，得到了理論隔聲量；當聲源加裝封閉隔聲結構后，聲源發(fā)出的噪聲在隔聲結構內多次反射，這樣就大大增加了結構內的聲能密度，因此，即使隔聲結構材料的隔聲量再大，也會(huì )使隔聲結構的實(shí)際隔聲量下降。隔聲結構的實(shí)際隔聲量可由下式計算：
R實(shí)＝R+10lg a
式中：R實(shí)—隔聲結構的實(shí)際隔聲量dB(A)；
　　  R－隔聲材料（結構）理論隔聲量dB(A)；
　　　a－隔聲結構內表面的平均吸聲系數。
降噪措施：（詳見(jiàn)圖紙）

本項工程中冷卻塔降噪設計需根據現場(chǎng)情況及降噪要求來(lái)采取綜合性的治理措施：
（1）為了防止上半部風(fēng)扇噪聲向高層周邊傳播。冷卻塔需安裝具有隔聲、消聲、吸聲、通風(fēng)散熱、設備檢修方便為一體的排風(fēng)消聲系統。其上半部排風(fēng)消聲系統主要包括：消聲靜壓箱、排氣消聲器、可拆卸檢修活動(dòng)板等。

（2）罩體下部進(jìn)風(fēng)消聲系統主要包括：進(jìn)氣消聲器、可拆卸檢修活動(dòng)版、復合隔聲層、防雨百葉、檢修消聲通道及隔聲門(mén)等。為了防止下半部落水噪聲向低層居民住宅傳播。冷卻塔下半部分安裝具有隔聲、消聲、吸聲、通風(fēng)散熱、設備檢修方便的進(jìn)風(fēng)消聲系統。罩體下部?jì)蓚染友b進(jìn)風(fēng)消聲器，消聲器消聲片長(cháng)度西側900mm，東側臨街部分消聲片長(cháng)500mm，消聲片統一厚度 100mm以降低進(jìn)風(fēng)噪聲; 消聲量因消聲片長(cháng)度而定。

（3）塔體周?chē)友b隔聲罩體，其整體結構為方鋼框架全焊接結構（詳見(jiàn)圖）。其厚度為80mm，外層為高密度隔聲層（彩鋼夾芯板墻板），其總隔聲量≥25dB(A)。

（4）冷卻塔罩體基礎生根應避免破壞屋面防水層。因此，要確保罩體整體結構牢固及抗風(fēng)荷載性能等因素都是設計人員需要考慮面對的問(wèn)題。經(jīng)慎重考慮，采用在罩體下部用10#槽鋼做一連系梁與100×100×2mm方鋼立柱焊接，然后利用塔體下部混凝土梁優(yōu)勢在其側面用脹栓固定兩塊預埋鐵件用50×100×2mm方鋼做斜拉支撐與100×100×2mm方鋼立柱焊接（詳見(jiàn)圖）。以保證罩體結構的穩固性。
隔聲罩體隔聲特性：

罩體隔聲性能

其計算式為： R=101gE_入—101gE_透

式中    R     —— 隔聲量

        E_入    —— 入射聲能

        E_透       —— 透射聲能

        t     —— 透射系數

為便于檢修和日常維護，在罩體適當位置留一檢修門(mén)，便于日后維修保養。

三、治理效果

經(jīng)采取以上治理措施后，該樓屋頂上設備在整體運行時(shí)，噪聲可控制在夜間50分貝，白天60分貝（背景噪聲除外