雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔降噪

摘要：雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔絕大部分緊鄰廠界布置，其噪聲嚴(yán)重影響周邊的聲環(huán)境，導(dǎo)致廠界噪聲排放超標(biāo)，甚至干擾周邊居民的正常生活。針對(duì)這一問(wèn)題，深入研究雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔噪聲產(chǎn)生的機(jī)理、噪聲水平、頻譜特性及傳播途徑，結(jié)合工程實(shí)例，評(píng)述多年來(lái)噪聲治理措施的研究進(jìn)展，對(duì)各中措施的優(yōu)劣進(jìn)行比較詳細(xì)的對(duì)比，論述多種降噪措施結(jié)合的必要性。為了更好的探討冷卻塔噪聲治理的措施，建議從結(jié)構(gòu)力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、傳熱學(xué)與聲學(xué)多學(xué)科交差的角度進(jìn)行研究和分析。

關(guān)鍵詞：冷卻塔;淋水噪聲;噪聲治理;效果

中圖分類號(hào)：X593 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）09-00-04

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.09.059

Noise reduction of hyperbola natural ventilation cooling tower

Zhao Wenhua

（Beijing Lucency Enviro-Tech Co.，Ltd， Beijing 100039，China）

Abstract： Most of the hyperbolic natural ventilation cooling towers are arranged next to the factory boundary， and the noise affects the surrounding acoustic environment seriously， resulting in excessive noise emission at the boundary of the plant and even disturbing the normal life of the surrounding residents. In response to solve the problem， we should study the mechanism， noise level， spectrum characteristics and propagation path of the hyperbolic natural ventilation cooling tower noise depthly，and review the research progress of noise control measures over the years combined with engineering examples， and compare the advantages and disadvantages of each measure，and? discusses the need for a combination of various noise reduction measures. In order to explore the measures of control the cooling tower noise better， it is recommended to conduct research and analysis from the perspective of structural mechanics， dynamics， heat transfer and acoustic multidisciplinary intersection.

Key words： Cooling tower; Water spray noise;Noise control;Effect

雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔一般應(yīng)用于大規(guī)模循環(huán)水系統(tǒng)中，因其運(yùn)行安全可靠、冷卻效果穩(wěn)定、能耗低、故障少、易維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。但其噪聲水平較高，影響周邊的聲環(huán)境，導(dǎo)致廠界噪聲超標(biāo)，甚至干擾周邊居民的正常生活。

目前，隔聲屏障和通風(fēng)消聲裝置是兩種主流降噪措施;落水消聲也有報(bào)道，但因其影響水質(zhì)等因素尚未大量推廣應(yīng)用;上述措施均為從傳播途徑上降噪。隨著技術(shù)發(fā)展，近年來(lái)出現(xiàn)從源頭解決噪聲問(wèn)題的措施，間接空冷技術(shù)應(yīng)用于雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔，冷卻塔的噪聲水平明顯降低，同時(shí)也涌現(xiàn)出一些新的降噪理念。

針對(duì)雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔噪聲產(chǎn)生的機(jī)理、治理措施及發(fā)展的趨勢(shì)展開(kāi)討論，為合理選擇降噪措施提供參考。

1 雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔簡(jiǎn)介

1.1 結(jié)構(gòu)組成

傳統(tǒng)雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔由塔筒、人字柱、擋風(fēng)板、豎井、填料、淋水構(gòu)架、配水系統(tǒng)及集水池等組成[1]。

1.2 工藝流程

冷卻塔是將高溫水通過(guò)與大氣接觸進(jìn)行熱交換，達(dá)到降低水溫的目的，其工藝流程如下：

進(jìn)水→水泵→配水系統(tǒng)→淋水填料→集水池→出水。

1.3 噪聲產(chǎn)生機(jī)理

雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的噪聲包括淋水噪聲[2]、水泵噪聲和閥門噪聲等，其中淋水噪聲是主要噪聲源[3]。

淋水噪聲是下落的水滴沖擊水面、擋風(fēng)板、水泥柱所產(chǎn)生，通過(guò)冷卻塔下部的進(jìn)風(fēng)口向外輻射。在整個(gè)過(guò)程中，高處的冷卻水在重力作用下將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，當(dāng)下落到與集水池里的水面、擋風(fēng)板、水泥柱撞擊時(shí)，其中一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為聲能。聲能的大小與水落高度、淋水密度及塔內(nèi)的通風(fēng)速度有關(guān)，水落高度、淋水密度增加，噪聲增大，通風(fēng)速度增大，淋水噪聲降低。

1.4 噪聲水平及特性

由于冷卻塔進(jìn)風(fēng)口高、冷卻水量大，導(dǎo)致淋水噪聲水平較高，大量測(cè)試數(shù)據(jù)表明，冷卻塔水池邊緣噪聲水平在80-86dB（A）之間，呈現(xiàn)出中高頻特性。

由于淋水、進(jìn)風(fēng)口面積大，噪聲源呈面聲源特性。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，絕大部分冷卻塔緊鄰廠界布置，距離在15～20m，在這段距離之內(nèi)，噪聲的衰減值僅有6～8dB（A）;如下為冷卻塔噪聲衰減實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

2 噪聲治理措施

根據(jù)雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔的特點(diǎn)、噪聲水平及其特性;常見(jiàn)的措施有隔聲屏障和通風(fēng)消聲裝置;落水消聲使用較少;還有一部分措施更多的是見(jiàn)諸于報(bào)道，如擋土坡加綠化帶、輔助廠房;近幾年出現(xiàn)間接空冷技術(shù)的應(yīng)用，另外還有一些聲學(xué)工作者呼吁一種理念叫虛擬圍墻。各種措施有不同的特點(diǎn)，如下逐一介紹。

2.1 隔聲屏障

2.1.1 隔聲屏障降噪原理

隔聲屏障是一種在給定位置上降低聲源直達(dá)聲的噪聲控制技術(shù)。在正對(duì)噪聲源傳來(lái)的途徑上，設(shè)置一道隔聲性能較好而面對(duì)聲源一面又常具有吸聲作用的屏障，屏障后面某一距離內(nèi)，形成低聲級(jí)的聲影區(qū)。如下圖所示：

聲屏障對(duì)聲影區(qū)的降噪效果是最顯著的;聲屏障對(duì)繞射區(qū)有降噪作用，但不明顯;在聲亮區(qū)，聲屏障基本沒(méi)有作用。因此，為了更好的控制噪聲對(duì)敏感點(diǎn)的影響，應(yīng)盡量調(diào)整聲屏障的高度，將敏感點(diǎn)納入聲影區(qū)或繞射區(qū)內(nèi)[4]。

2.1.2 聲屏障組成

雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔降噪中常用直立式聲屏障，一般由基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)框架、屏障板、固定件、密封件等組成。

2.1.3 隔聲屏障應(yīng)用注意事項(xiàng)

（1）要有密實(shí)材料構(gòu)成的隔聲層，保證投射聲壓級(jí)比繞射聲壓級(jí)低10dB以上[1]、[5];（2）隔聲屏障與冷卻塔的凈距不小于2倍冷卻塔進(jìn)風(fēng)口高度;（3）根據(jù)廠界及敏感點(diǎn)要求，確定隔聲屏障高度和長(zhǎng)度;（4）區(qū)域濕度大，選材應(yīng)充分考慮防腐;（5）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度考慮隔聲屏障自重產(chǎn)生的豎直向下的永久荷載和作用在隔聲屏障上的水平風(fēng)荷載;（6）做好屏障板與立柱、屏障板之間、屏障板與底部基礎(chǔ)之間縫隙的密封[6];（7）屏障板應(yīng)設(shè)置泄水孔，防止板內(nèi)雨水累積，影響隔聲屏障的使用壽命。

2.2 通風(fēng)消聲裝置

2.2.1 通風(fēng)消聲裝置降噪原理

通風(fēng)消聲裝置是一種允許氣流通過(guò)同時(shí)又能降低噪聲的設(shè)備，利用吸聲材料的吸聲作用，使沿通道傳播的噪聲不斷被吸收轉(zhuǎn)化成熱能而被逐漸衰減的裝置[6]。

其中阻性消聲器的消聲量參照以下公式[7]計(jì)算：

其中

雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔本身無(wú)動(dòng)力設(shè)備，而氣流通過(guò)消聲導(dǎo)流裝置時(shí)會(huì)有一定的壓力損失，如果壓力損失偏大，勢(shì)必影響冷卻塔效率，所以應(yīng)將消聲導(dǎo)流裝置的壓力損失控制在比較合理的范圍。

消聲導(dǎo)流裝置的壓力損失包括摩擦壓力損失和局部壓力損[8]失兩部分，計(jì)算公式如下。

摩擦壓力損失[7]：

局部壓力損失[8]：

2.2.2 通風(fēng)消聲裝置組成

通風(fēng)消聲裝置以鋼筋混凝土為基礎(chǔ)、鋼框架為支撐結(jié)構(gòu)、消聲導(dǎo)流片為主體消聲單元、吸隔聲板為頂部蓋板的消聲導(dǎo)流裝置，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于雙曲線冷卻塔降噪中。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

2.2.3 消聲導(dǎo)流裝置應(yīng)用注意事項(xiàng)

（1）根據(jù)冷卻塔噪聲頻譜特性，選擇合適容重的優(yōu)質(zhì)吸聲棉板;（2）消聲導(dǎo)流裝置距冷卻塔水池邊緣保持一定距離，一般1m為宜;（3）選擇合適的有效長(zhǎng)度和片間距;（4）區(qū)域濕度大，選材應(yīng)充分考慮防腐;（5）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度考慮通風(fēng)消聲裝置自重產(chǎn)生的豎直向下的永久荷載和作用在消聲導(dǎo)流裝置上的水平風(fēng)荷載;（6）實(shí)踐證明，通風(fēng)消聲裝置安裝180°圓弧是可行的，對(duì)冷卻塔冷卻效果的影響不大;當(dāng)安裝弧度大于180°時(shí)則需要慎重。

2.3 落水消能

2.3.1 落水消能降噪原理

淋水聲是水滴撞擊水面產(chǎn)生，要降低淋水聲則應(yīng)在水滴落在水面之前有效削弱其能量，即減小單個(gè)水滴質(zhì)量或縮短水滴降落高程。在水滴落入集水池前先通過(guò)某個(gè)裝置，將水滴打散，減小水滴質(zhì)量、縮短降落高差，進(jìn)而降低淋水聲[9]。

2.3.2 落水消能組成

目前冷卻塔降噪中用的最多的是PVC填料蜂窩式落水消聲裝置，其由PVC填料、六角形斜管及支撐結(jié)構(gòu)組成。

2.3.3 落水消聲裝置應(yīng)用注意事項(xiàng)

（1）嚴(yán)格選材，避免污染水質(zhì);（2）降噪量有限，約在6～8dB;（3）定期清理、維護(hù)，使用壽命6～8年;（4）易結(jié)冰，北方地區(qū)慎用。

2.4 擋土坡加綠化帶

在冷卻塔靠廠界側(cè)修建擋土坡和綠化帶，種植四季常青的高達(dá)灌木，即可美化環(huán)境又可以達(dá)到降噪的效果。但是擋土坡加綠化帶需要開(kāi)闊的場(chǎng)地，種植足夠數(shù)量的樹(shù)木才，樹(shù)木與冷卻塔進(jìn)風(fēng)口保持一定的距離。而在國(guó)內(nèi)大部分雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔緊鄰廠界布置，不具備實(shí)施該措施的條件。

2.5 建輔助廠房

在冷卻塔受影響的一側(cè)，離進(jìn)風(fēng)口一定距離處建廠房，并在廠房靠近冷卻塔的一側(cè)墻面外側(cè)安裝吸聲材料。

建輔助廠房一般冷卻塔建設(shè)初期考慮，在冷卻塔與廠界之間預(yù)留足夠的空間，保證廠房與冷卻塔的凈距是冷卻塔進(jìn)風(fēng)口高度的2倍。已投運(yùn)的項(xiàng)目，一般無(wú)足夠空間，不具備實(shí)施條件。

2.6 間接空冷

間接空冷技術(shù)應(yīng)用于自然通風(fēng)冷卻塔，系從源頭上降低了冷卻塔噪聲。自然通風(fēng)間接空冷塔散熱片的布置有兩種方式，一種是水平傾斜的布置在塔內(nèi)，取代原配水系統(tǒng)和淋水填料;另一種是垂直布置在冷卻塔進(jìn)風(fēng)口四周。

自然通風(fēng)間接空冷塔是傳熱學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、聲學(xué)等多學(xué)科配合的產(chǎn)物，確保滿足工藝要求的前提下，節(jié)省了空間、降低了噪聲，噪聲水平在65～70dB（A），若所在區(qū)域要求不高，則已經(jīng)可以滿足要求。

2.7 虛擬圍墻

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，很多工廠企業(yè)特別是欠發(fā)展地區(qū)，周圍很大范圍內(nèi)沒(méi)有噪聲敏感區(qū)，因此聲學(xué)工作者就提出了虛擬圍墻的概念，即與環(huán)保、規(guī)劃等有關(guān)部門協(xié)商，標(biāo)示出冷卻塔的影響范圍，在該范圍未規(guī)劃噪聲敏感功能區(qū)前暫不采取降噪措施，待將來(lái)根據(jù)發(fā)展情況再采取措施[2]。

該措施可節(jié)省幾百甚至上千萬(wàn)的初期建設(shè)投資，但建設(shè)初期應(yīng)充分考慮降噪措施的影響及空間需求，并預(yù)留接口。

3 綜合對(duì)比分析

冷卻塔降噪措施可以獨(dú)立使用，但在一些復(fù)雜的環(huán)境中需將兩個(gè)甚至多個(gè)措施相結(jié)合，達(dá)到效果好、影響小、投資少的目的，以下對(duì)各措施進(jìn)行分析對(duì)比，供降噪方案設(shè)計(jì)時(shí)參考。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔能采取的降噪措施進(jìn)行了梳理、分析，供讀者參考。另外，對(duì)雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔的降噪提出如下幾條建議。

已投運(yùn)項(xiàng)目，建議采用聲屏障、通風(fēng)消聲裝置降噪技術(shù);

多種降噪措施結(jié)合，獲得最佳噪聲控制方案;

多學(xué)科交叉研究分析，從源頭解決噪聲問(wèn)題;

降噪項(xiàng)目不僅需要技術(shù)，還需要一些理念，如虛擬圍墻、光伏聲屏障等，讓降噪項(xiàng)目的投資恰到好處。

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收稿日期：2019-07-18

作者簡(jiǎn)介：趙文華（1985-），男，漢族，中級(jí)工程師，研究方向?yàn)樵肼曃廴究刂啤?/p>