吕　璇，　陈选文，　施　霞

(中海环境科技(上海)股份有限公司，上海 200135)

基于Cadna/A软件的冷却塔声屏障设计

吕璇，陈选文，施霞

(中海环境科技(上海)股份有限公司，上海 200135)

摘要:冷却塔因其安装位置一般距离居民区较近，近年来成为工业噪声扰民中被投诉最多的噪声源之一。安装声屏障被认为是降低冷却塔噪声污染的一种最直接有效的措施。以某新建大楼楼顶冷却塔机组为例，介绍冷却塔的声屏障设计。利用Cadna/A 软件进行冷却塔声屏障的声学设计研究，确定声屏障的设置位置和高度，直观反映声屏障实施前后区域噪声横断面和水平面分布，在满足降噪效果要求的基础上，进一步开展声屏障材料选取和结构设计等，最终达到理想的降噪效果。

关键词:噪声；冷却塔；声屏障；声学设计

0引言

近年来，随着工业飞速发展，噪声污染问题日渐凸显，其中冷却塔噪声对周围环境的影响问题逐渐引起人们的重视，开始出现了整治冷却塔噪声污染的呼声。特别是某些楼顶的大型冷却塔机组一般距离居民区较近，其工作时产生的连续噪声严重影响着居民的正常休息。妥善解决冷却塔噪声对周围环境的影响问题，正逐步成为社会的共识。

冷却塔是一种利用水和空气流动接触后进行冷热交换产生的蒸汽，通过蒸发散热、对流传热和辐射传热等过程来散去工业上或制冷空调中产生的余热，进而降低水温的蒸发散热装置[1]。冷却塔噪声主要包含冷却塔运行时风机的进排气和减速噪声、淋水噪声，以及电动机运行时水泵、配管、阀门和塔体向外辐射的噪声。大型冷却塔的噪声属于中高频稳态噪声，治理目标一般是将受噪声干扰的敏感点噪声级控制在当地的噪声国家标准以内，主要采用声屏障、消声器或隔声窗等措施[2]。这里以某新建大楼的冷却塔为例，对冷却塔声屏障措施进行设计研究。

1项目概况

项目新建大楼高23 m，大楼西侧紧邻9层高的1号居民住宅楼、7层高的3号居民住宅楼以及一栋8层高的老年活动中心，大楼北侧为7层高的2号居民住宅。西侧居民楼距离该大楼较近，约为31 m；北侧居民楼距离该大楼较远，约为75 m；具体敏感点位置分布见图1(a)。

(a) 敏感点位置分布

(b) 冷却塔实物

大楼顶层设置了5台冷却塔(见图1(b))，总长12.6 m，宽3.9 m，高4.9 m。该冷却塔机组工作负荷大，运行时间长(一般可至23：00)，因此其运行时产生的噪声会对周围居民区居民的正常生活(尤其在夜间居民休息时间)产生严重影响。

图2　冷却塔进风口噪声频谱

根据冷却塔厂家提供参数，冷却塔顶面排风口噪声值一般比四面进气口大3~5 dB(A)；根据现场声环境监测，冷却塔水平进风口噪声源强约为85 dB(A)，顶部排风口噪声源强为89 dB(A)。进风口的频谱特性见图2，由该图可知，进风口噪声以中高频为主。据现场监测，当设备运转开启时，噪声对老年活动中心昼间的贡献值达标，夜间超标3～5 dB(A)(老年活动中心临路按《声环境质量标准》(GB 3096-2008)4a类标准：昼间70 dB(A)，夜间55 dB(A))；对1~3号居民楼昼间贡献值超标5～8 dB(A)，夜间超标8～10 dB(A)(居民楼按《声环境质量标准》(GB 3096—2008)2类标准：昼间60 dB(A)，夜间50 dB(A))[3]。

2治理措施的选择

噪声治理主要从噪声源、传播途径和受体(受影响对象)等三方面展开，相应的措施主要是声源削减(如进排风口安装消声器)、传播途径阻断(如声屏障)、噪声敏感建筑保护(如隔声窗)等。分析该冷却塔机组及周围环境的实际状况可知：冷却塔所在大楼的高度与周围居民楼的高度相差不大，安装声屏障可使敏感点处于声屏障背后的声影区内，且该冷却塔的噪声以中高频为主，采用声屏障措施声绕射量较小，可更有效地阻隔中高频噪声的传播；而消声器措施虽同样具有较良好的降噪效果(20~30 dB(A))，但主要针对中低频噪声，且其实施面积大，需将整个机组罩住，造价较高，性价比较低，实施难度较大。因此，综合降噪效果、可操作性和工程性价比等因素，该冷却塔噪声治理采用于安装声屏障的措施。

3声屏障设计

3.1声屏障设计说明

声屏障的声学设计采用国家环保总局认可的德国Cadna/A预测软件。该软件由DataKustic公司开发，主要依据ISO 9613，RLS-90和Schall 03等标准，并采用专业领域内认可的方法进行修正，非常适合复杂噪声的预测和分析[4]。

图3　冷却塔声屏障平面布置图

项目中，由于敏感点紧邻楼顶噪声源，因此可在该楼顶女儿墙处(见图3)加装声屏障对敏感点进行保护降噪。此外，在不影响排风量的前提下，可在靠近冷却塔声源处的房屋结构梁上和基础台上加装声屏障，这样能更有效地阻隔噪声的传播，降噪效果更好。

利用Cadna/A软件进行三维建模计算，声源及所处环境建模实景效果见图4。冷却塔声源用体源模拟，即进风口、排风口以面声源模拟；考虑噪声内部连续反射，设置混响次数为5次；声源频谱以实测频谱数据输入；声屏障吸声系数设置为0.7。

图4　声源及所处环境建模实景效果图

3.2声屏障设计具体内容

在声屏障的声学设计中，声屏障的高度是决定声屏障降噪效果的最重要因素，根据“声屏障的声学设计原则”和 “声屏障降噪目标”，设计的声屏障高度应能起到显著的降噪效果、具有良好的社会效益，同时兼顾声屏障的性价比和工程可行性。

根据现场监测，敏感点主要受冷却塔噪声影响：冷却塔关闭时受公路噪声影响，临路敏感点噪声值昼间约为60 dB(A)，夜间约为56 dB(A)；冷却塔工作时，相同位置的噪声值昼、夜间分别增加5~10 dB(A)。因此，该噪声治理的目标为使敏感点处冷却塔噪声贡献值昼、夜间均达标。

对比预测中的结果，声屏障的高度分别选取为4 m，5 m，6 m，7 m，8 m，以确定最佳的声屏障高度。表1为不同声屏障高度的噪声预测值对比，由于冷却塔噪声源位于楼顶，附近居民楼低楼层的居民受噪声影响较小，因此只考虑5层以上楼层的噪声预测情况。

由表1可知：楼层越高，受噪声影响越严重；设置的声屏障越高，对各敏感点的降噪效果越好。其中：6 m高声屏障降噪量为4.0～8.0 dB(A)，7 m声屏障降噪量为5.0～10.6 dB(A)，8 m声屏障降噪量为5.7～12.5 dB(A)。考虑到冷却塔机组高4.9 m，塔顶排风口以上1 m处的噪声值为89 dB(A)，设置的声屏障高度应高于冷却塔排风口高度，以使敏感点处于屏障声影区；此外，考虑结构基础载荷和景观因素，屏障高度不宜过高。因此，设置声屏障的高度为7 m，总长度为43 m，实施后，综合降噪量为5.0～10.6 dB(A)，敏感点处冷却塔噪声贡献值昼、夜间均达标。图5和图6为实施声屏障前后噪声源与距离较近敏感点老年活动中心噪声横截面分布图。图7为实施声屏障前后整个区域环境噪声楼顶水平面分布图。

表1　不同声屏障高度下各敏感点噪声预测表　dB(A)

图5　实施声屏障前噪声源与老年活动中心噪声横截面分布

图6　实施7 m屏障后噪声源与老年活动中心噪声横截面分布

3.3声屏障降噪材料、结构形式设计

声屏障采用的吸声材料为“铝穿孔面板+内填聚酯纤维”[5]，这种材料组合的整体平均降噪系数(Noise Reduction Coefficient, NRC)约为0.7，计权隔声量一般可达到28 dB(A)(125~4 000 Hz，1/3倍频程)。

结构上，声屏障可采用直立型、弧型，倒L型、全封闭型等几种形式。其中：直立型声屏障的降噪效果和景观性一般，因此不考虑采用；直弧型声屏障顶部的弧度可相应增加声屏障的等效高度(见图8)，减少噪声的绕射，吸收声屏障顶部的噪声，在降噪效果上有一定的增强作用，因此采用该结构。

图7实施声屏障前后整个区域环境噪声楼顶水平面分布(高23 m)

图8　直弧型声屏障的等效高度

声屏障采用H型钢立柱作为支撑，型钢底部与基础连接，屏体置于H型钢槽中；结构上，由上部带弧型吸声屏和下部吸声屏组成，按噪声传播方向，上屏圆弧侧向声源；考虑屏体较高，屏体前部使用斜撑支持。声屏障结构形式见图9(a)，屏障安装后效果见图9(b)。

该声屏障实施后，经现场测试其降噪效果，敏感点处综合降噪量为4~10 dB(A)，冷却塔噪声贡献值分别达4a类和2类标准。

(a) 声屏障结构

(b) 屏障安装后效果

4结语

冷却塔的噪声污染问题正成为当今亟待解决的新问题。对此，以某大楼楼顶安装的冷却塔机组为例，介绍了冷却塔声屏障的研究设计，利用噪声预测软件Cadna/A设计计算了所需声屏障的参数指标和降噪效果通过模拟实施声屏障前后的区域声环境，给出了合理的声屏障措施。声屏障措施实施后，经现场测试，降噪效果与预测结果相符。可见，利用Cadna/A模拟可较好地指导工程实践，工程实施后可取得良好的社会效益。

参考文献：

[1]赵振国. 冷却塔[M]. 北京：中国水利出版社，2001.

[2]马大猷. 噪声与振动控制工程手册[M]. 北京：机械工业出版社，2002.

[3]毛东兴 洪宗辉. 环境噪声控制工程[M]. 北京：高等教育出版社，2010.

[4]Datakustic Gmbh. Cadna/A Manual[M]. Germany, 2007.

[5]声屏障信息门户网专家组. 声屏障技术与材料选用手册[M]. 北京：机械工业出版社，2011.

收稿日期：2015-06-12 2015-05-06

作者简介：吕璇(1988—)，男，江苏泰州人，硕士，助理工程师，主要从事环境工程、声屏障设计。 魏欣(1978—)，女，陕西西安人，副研究员，主要从事环境影响评价工作。

文章编号：1674-5949(2015)03-006-05 1674-5949(2015)03-011-04

中图分类号：TB535

文献标志码：A

Design of Noise Barrier for Cooling Tower Based on Cadna/A

LüXuan，ChenXuanwen,ShiXia

(China Shipping Environment Technology (Shanghai) Co.,Ltd, Shanghai 200135, China)

Abstract:Cooling towers have been the most complained industrial noise source, because they are often situated near to a residential area. Noise barrier is one of the most direct and effective measures to reduce the noise pollution in such cases. This paper introduces the noise barrier design for a cooling tower installed on the roof of a new building. The acoustic design of the noise barrier is performed by means of the software Cadna/A. The location and height of the noise barrier is determined and checked through mapping the sectional and horizontal distributions of noise before and after setting up of the noise barrier. The material and structure of the noise barrier are designed for best attenuation of the noise. The barrier has been installed and achieved satisfactory noise reduction effect.

Key words:noise; cooling tower; noise barrier; acoustic design