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中鐵南方總部大廈冷卻塔降噪治理

2020-04-18(2404)次瀏覽

冷卻塔主要噪聲源為排風風扇噪聲以及驅動機構產生的機械噪聲和淋水噪聲✘◕│。風扇噪聲是一種空氣動力性噪聲☁↟·••,包括湍流噪聲和旋轉噪聲✘◕│。當氣流流經葉片表面時☁↟·••,會在其背部脫體☁↟·••,在尾部由於氣流的粘滯形成一系列渦流☁↟·••,從而產生湍流噪聲☁↟·••,它具有連續的頻譜特性✘◕│。
一₪•◕│✘、噪聲源分析

冷卻塔主要噪聲源為排風風扇噪聲以及驅動機構產生的機械噪聲和淋水噪聲✘◕│。風扇噪聲是一種空氣動力性噪聲☁↟·••,包括湍流噪聲和旋轉噪聲✘◕│。當氣流流經葉片表面時☁↟·••,會在其背部脫體☁↟·••,在尾部由於氣流的粘滯形成一系列渦流☁↟·••,從而產生湍流噪聲☁↟·••,它具有連續的頻譜特性✘◕│。旋轉噪聲是葉片旋轉時形成壓力脈動產生的☁↟·••,它的頻譜呈窄帶的低中頻特性☁↟·••,並有明顯的峰值✘◕│。風機噪聲主要透過冷卻塔頂部排風口向外傳播✘◕│。


冷卻水從淋水裝置下落時與下塔體底盤中積水撞擊產生淋水噪聲☁↟·••,僅次於風機噪聲✘◕│。其頻譜本身呈高頻特性☁↟·••,主要透過冷卻塔的進風口向外傳播✘◕│。一般進風口的噪聲值低於排風口的噪聲值10 dB(A) ✘◕│。冷卻塔減速機和電機的噪聲對周圍環境的影響較小☁↟·••,一般可予忽略✘◕│。


由於冷卻塔所用軸流風機壓頭極低☁↟·••,其風量和整體散熱效果對消聲系統的阻力損失極為敏感☁↟·••,故此類冷卻塔降噪治理的難點就在於寬頻帶₪•◕│✘、高量值的消聲要求與冷卻塔自身通風散熱效能之間的尖銳矛盾;其噪聲治理必須兼顧熱工效能₪•◕│✘、結構工藝₪•◕│✘、日常維修等一系列相關因素;還要妥善解決結構承重₪•◕│✘、抗風荷載₪•◕│✘、抗震等安全問題✘◕│。因此必須面對現實☁↟·••,以目前條件為基礎☁↟·••,因地制宜地進行妥善的降噪設計和必要的改造完善✘◕│。要兼顧熱工效能影響₪•◕│✘、結構工藝₪•◕│✘、日常維修₪•◕│✘、抗風荷載強度以及周邊環境等一系列問題☁↟·••,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☁↟·••,必要時有可能還要做出一定程度的妥協和讓步✘◕│。


以此為前提☁↟·••,我們對冷卻塔噪聲治理方案進行了初步設計☁↟·••,並就甲方關心的熱工效能₪•◕│✘、結構承重₪•◕│✘、抗風荷載₪•◕│✘、降噪和外部景觀和諧等問題提同了一些分析論證☁↟·••,一併提交給甲方參考✘◕│。


二₪•◕│✘、相關標準及控制指標
1₪•◕│✘、相關標準及控制指標
相關標準
參照中華人民共和國環境保護部₪•◕│✘、國家質量監督檢驗檢疫總局2008年10月1日釋出的₪◕₪:中華人民共和國國家標準GB22337-2008《社會生活環境噪聲排放標準》;GB3096-2008《聲環境質量標準》和技術規範《採暖通風與空氣調節設計規範GBJ19—87》等✘◕│。

GB3096-2008《聲環境質量標準》環境噪聲限值單位₪◕₪:dB (A)


聲環境功能區類別

時段

晝間

夜間

0類

50

40

1類

55

45

2類

60

50

3類

65

55

4類

4a類

70

55

4b類

70

60


介於該區域的特殊性☁↟·••,此區域劃分為一類區☁↟·••,一類區晝間為55 dB (A) ☁↟·••,夜間為45 dB (A)為了有效地控制噪聲☁↟·••,防止冷卻塔產生的噪聲對其周邊環境構成干擾✘◕│。根據標準要求☁↟·••,結合冷卻塔噪聲狀況,我公司技術人員對冷卻塔降噪提出具體降噪方案如下₪◕₪:


2₪•◕│✘、消聲裝置技術指標₪◕₪:
本設計消聲系統除具備良好的聲學效能外☁↟·••,還將具有良好的通風效果;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✘◕│。為確保冷卻塔的熱工效能的前提下☁↟·••,在設計降噪工程時☁↟·••,儘量滿足降噪保險係數✘◕│。


(1)消聲系統阻力損失₪◕₪:≤30Pa✘◕│。
(2)外部結構風荷載₪◕₪:≥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;框架進行防腐處理✘◕│。
(4)進風消聲器消聲量≥15 dB(A) ✘◕│。
(5)隔聲吸聲層隔聲量≥20dB(A) ✘◕│。


3₪•◕│✘、技術措施
為了有效地控制噪聲☁↟·••,保證裝置高效運轉☁↟·••,冷卻塔將建立獨立的進₪•◕│✘、排風消聲體系✘◕│。即₪◕₪:裝置分為上₪•◕│✘、下兩部分☁↟·••,分別採取隔聲₪•◕│✘、吸聲₪•◕│✘、消聲處理✘◕│。
為了讓使用者瞭解的更加詳細☁↟·••,我們具體闡述一下隔聲吸聲原理☁↟·••,並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
隔絕空氣聲往往採用木板₪•◕│✘、金屬板₪•◕│✘、牆體等固體介質以阻擋並減弱在空氣中聲波的傳播☁↟·••,這些專門用來隔絕聲波的固體介質稱為隔聲材料✘◕│。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材料如吸聲材料₪•◕│✘、阻尼材料或空氣層複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₪•◕│✘、隔聲牆₪•◕│✘、裝置隔聲罩等✘◕│。


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在空間中無限延伸☁↟·••,將大氣分成左右兩部分☁↟·••,平面聲波從左向右傳播☁↟·••,傳播方向垂直於介質層☁↟·••,如圖1
聲波穿透介質層必須透過兩個介面☁↟·••,一個從空氣到固體的介面☁↟·••,另一個從固體到空氣的介面✘◕│。各種引數及符號見一表₪◕₪:

序 號

參 數 名 稱

符  號

1

介質厚度

D

2

介質特性阻抗

R2=P2C2

3

空氣特性阻抗

R1=P1C1

4

入射聲波聲壓

Pi

5

透射聲波聲壓

Pt

6

入射聲波質點振動速度

Vi

7

透射聲波質點振動速度

Vt

8

固體介質中的入射波聲壓

P2t

9

固體介質中的反射波聲壓

P2r

10

固體介質中的入射波質點振動速度

V2t

11

固體介質中的透射波質點振動速度

V2r

12

透射聲波與入射聲波聲壓比

tp

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)₪•◕│✘、透射係數
透射係數是衡量介質層隔聲特性的一個重要指標☁↟·••,是指透射波聲強入射波聲強之比☁↟·••,即固體介質層的聲強透射係數✘◕│。透射係數越低隔聲效能越好✘◕│。
 て=(ptA2/R1)/(PiA2/R1)=4/{4COS2K2D+(R12+R21)2sin2k2D}
當聲波以一射角θi穿透介質層☁↟·••,可匯出其透射係數為₪◕₪:
てθi=4/(4+ωM2COSθi/POC)
式中₪◕₪:M2=P2D為介質層的面密度(Kg/m2)
從上式可以看出介質層的面密度度越大☁↟·••,透聲係數越低☁↟·••,隔聲效能越好✘◕│。


(3)隔聲量
隔聲量是衡量介質層隔聲特性的別一個重要指標☁↟·••,用傳遞損失R表示✘◕│。
 Rθi=10lg(1/てθi)=10lg{1+(ωM2COSθi/2POC)2}<Db
對於常用的固體隔聲材料☁↟·••,如鋼板₪•◕│✘、木板₪•◕│✘、磚牆等☁↟·••,常能滿足(ωM2COSθi/2POC)>1,因而隔聲量可以簡化為:
Rθi=10lg{(ωM2COSθi)2/(2POC)2}
從上式可以看出:介質面密度加倍,隔聲量提高6dB;頻率加倍,隔聲量提高6dB.這就是隔聲質量定律.
工程近似計算公式:
R實=R+10lg a


(4)隔聲頻率特性
實際上對於單層密實均勻介質的隔聲效能主要由它的面密度₪•◕│✘、勁度和阻尼所決定✘◕│。單層均質材料的隔聲特性曲線☁↟·••,按頻率可以分為三個區域₪◕₪:勁度阻尼控制區₪•◕│✘、質量控制區₪•◕│✘、吻合效應和質量延續區☁↟·••,見圖2✘◕│。
在勁度控制區的下端☁↟·••,存在一個共振區☁↟·••,共振區的隔聲量下了到最小✘◕│。在質量控制區☁↟·••,板材的面密度愈大☁↟·••,受聲波激發的振動速度愈小☁↟·••,隔聲量愈大;頻率愈高☁↟·••,隔聲量也愈大✘◕│。通常採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選擇隔聲材料或結構☁↟·••,以發揮質量控制作用☁↟·••,使其在相當的頻率範圍內取得有效的隔聲效果✘◕│。


在吻合效應和質量延續區出現第二個低谷☁↟·••,這是由於在這個頻率上隔聲板材與聲波產生吻合效應而形成的隔聲量大幅度下陷區✘◕│。這個頻率為臨界頻率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
由隔聲質量定律可知若想提高單層介質的隔聲量☁↟·••,唯一的辦法就是增加密度或厚度✘◕│。這樣就帶來了一個問題☁↟·••,當需要大幅度提高隔聲量時☁↟·••,就需要用大量的材料☁↟·••,很不經濟✘◕│。因此在噪聲控制工程中☁↟·••,常採用雙層或多層介質材料或者兩層介質材料之間設計一定厚度的空氣層等隔聲結構來控制噪聲✘◕│。雙層介質隔聲量近似計算公式₪◕₪:
R=20lg{(m1+m2)ω/2poc}+ΔR
式中m1₪•◕│✘、m2為介質的面密度☁↟·••,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✘◕│。它的隔聲效能基本遵循“質量定律”☁↟·••,要取得較高的隔聲效果☁↟·••,隔聲材料應該選擇厚₪•◕│✘、重₪•◕│✘、實的材料☁↟·••,厚度增加1倍☁↟·••,隔聲量可增加4-6dB(A)✘◕│。但在實際工程中☁↟·••,為了便於搬運₪•◕│✘、操作₪•◕│✘、檢修和拆裝方便☁↟·••,並考慮經濟方面的因素☁↟·••,隔聲間通常使用薄金屬板等輕質材料做成☁↟·••,輕質材料共振頻率高☁↟·••,隔聲效能顯著下降☁↟·••,必須塗覆相當於罩板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)隔聲結構的實際隔聲量
在設計隔聲結構時☁↟·••,對於某種材質本身有個隔聲量☁↟·••,這就是隔聲結構的理論隔聲量☁↟·••,但它不等於實際隔聲量✘◕│。這是因為聲源未加隔聲結構時☁↟·••,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後☁↟·••,聲源發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☁↟·••,也會使隔聲結構的實際隔聲量下降✘◕│。隔聲結構的實際隔聲量可由下式計算₪◕₪:
R實=R+10lg a
式中₪◕₪:R實—隔聲結構的實際隔聲量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係數✘◕│。
降噪措施₪◕₪:(詳見圖紙)


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


(2)罩體下部進風消聲系統主要包括₪◕₪:進氣消聲器₪•◕│✘、可拆卸檢修活動版₪•◕│✘、複合隔聲層₪•◕│✘、防雨百葉₪•◕│✘、檢修消聲通道及隔聲門等✘◕│。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₪•◕│✘、通風散熱₪•◕│✘、裝置檢修方便的進風消聲系統✘◕│。罩體下部兩側均加裝進風消聲器☁↟·••,消聲器消聲片長度西側900mm☁↟·••,東側臨街部分消聲片長500mm☁↟·••,消聲片統一厚度 100mm以降低進風噪聲; 消聲量因消聲片長度而定✘◕│。


(3)塔體周圍加裝隔聲罩體☁↟·••,其整體結構為方鋼框架全焊接結構(詳見圖)✘◕│。其厚度為80mm☁↟·••,外層為高密度隔聲層(彩鋼夾芯板牆板)☁↟·••,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荷載效能等因素都是設計人員需要考慮面對的問題✘◕│。經慎重考慮☁↟·••,採用在罩體下部用10#槽鋼做一連繫梁與100×100×2mm方鋼立柱焊接☁↟·••,然後利用塔體下部混凝土梁優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(詳見圖)✘◕│。以保證罩體結構的穩固性✘◕│。
隔聲罩體隔聲特性₪◕₪:

ƒ/HZ 63 125 250 500 1000 2000 4000
隔聲量Ln/db 25.2 28 28.2 31 32 41 43.6


罩體隔聲效能

其計算式為₪◕₪: R=101gE—101gE

式中    R     —— 隔聲量

        E    —— 入射聲能

        E透       —— 透射聲能

        t     —— 透射係數

為便於檢修和日常維護☁↟·••,在罩體適當位置留一檢修門☁↟·••,便於日後維修保養✘◕│。

三₪•◕│✘、治理效果

經採取以上治理措施後☁↟·••,該樓屋頂上裝置在整體執行時☁↟·••,噪聲可控制在夜間50分貝☁↟·••,白天60分貝(背景噪聲除外

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公司地址₪◕₪:深圳市羅湖區清水河三路中海慧智大廈1A棟709

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