Cadna/A软件用于大型双曲线自然通风冷却塔噪声预测的适用性分析

裴 娟，朱雪强，鲍文杰，王茹静

(上海核工程研究设计院，200233，上海)

0 引言

大型双曲线自然通风冷却塔目前主要见于较大的火电厂，以及将来内陆核电厂需配备自然通风冷却塔对循环冷却水进行冷却。大型双曲线自然通风冷却塔具备声源强度高、噪声发生面积大、声音持续、传播距离远等特性，使之成为厂内主要的噪声源，对周边声环境的影响不可忽略。商用噪声模拟软件Cadna/A是基于德国RLS90通用计算模型，计算原理源于ISO9613-2:1996《户外声传播的衰减的计算方法》[1]。因其操作界面友好及较强的计算模拟功能，被广泛应用于公路、铁路、城市区域、机场、工业设施等多种噪声源的预测，特别是交通噪声的评价。但是，采用噪声模拟软件Cadna/A对大型通风冷却塔噪声进行研究分析的工作目前国内开展甚少，该软件对大型通风冷却塔噪声衰减预测效果如何有待研究。本研究利用噪声模拟软件Cadna/A对大型通风冷却塔周边噪声的预测值，与该冷却塔周边噪声实测值进行对比，旨在分析Cadna/A软件用于大型通风冷却塔噪声预测的适用性。

1 研究思路及方法设计

选用国内某已运行火电厂的一台大型双曲线自然通风冷却塔作为研究对象，冷却塔周围未设置隔声屏障，实测冷却塔噪声源强及外围不同距离点的噪声数据，同时采用Cadna/A软件对该冷却塔进行噪声预测，将预测值和实测值进行对比分析。具体研究方法设计如下。

1)实测火电厂最北面的自然通风冷却塔(后文称冷却塔)运行状态时周边的噪声情况，并记录监测时段的风向、风速、温度、湿度、周边环境等情况;该火电厂共有4台大型自然通风冷却塔，自南向北排列，本研究依次给其编号为 1、2、3、4。其中1、2号冷却塔北边缘距4号冷却塔北边缘距离分别为689 m和510 m。本研究各监测点布置于4号冷却塔NW、N、NE方位，因这3个方位远离1、2号冷却塔，且在本研究的现场噪声监测期间，3号冷却塔未运行，因此可排除1、2、3号冷却塔运行噪声对4号冷却塔噪声衰减规律的干扰。同时为尽可能减少冷却塔运行以外的其他因素所导致的对监测点噪声的贡献，本研究监测了夜间噪声数据。监测数据分3类:①冷却塔噪声源强监测点，在冷却塔淋水池外1 m，高度1.2 m处，共布置5个监测点;②冷却塔周边噪声衰减点，距离冷却塔淋水池护栏10 m、20 m、30 m、50 m、80 m、100 m、200 m、400 m 处，NW、N、NE 方位各布置8个监测点;③ 背景噪声点，距离冷却塔淋水池护栏500 m，高1.2 m处，布置一个监测点。

2)根据冷却塔周边环境的实际情况(包括围墙、树林、道路等)，采用Cadna/A噪声预测软件进行建模，输入冷却塔实测噪声源强、预测点距离、温度、湿度、地表类型、风速等相关的参数，预测有实测数值的点位处的噪声预测值。

3)将预测值和实测值进行对比分析，以判断Cadna/A软件是否适用于大型通风冷却塔噪声的预测。

2 结果与讨论

2.1 声源类型的识别及预测模型选择

根据现场观察及国内现有文献调研，自然通风冷却塔噪声的产生主要是由于高速下落的水滴击打水面而引起的，其他喷嘴布水到填料上的声音、下落水滴互相碰撞的声音、循环水泵产生的噪声、空气对流噪声等这些影响极小可以忽略[2]。另外，从冷却塔的运行机理也可以看出，冷却塔正常运转时，产生的噪声包括淋水噪声、水泵噪声、输水管道和阀门震动噪声等，但淋水噪声是主要的噪声源[3]。冷却塔运行机理如图1所示。

图1 大型自然通风冷却塔运行机理

热水经循环水泵输送至冷却塔中央竖井，再经过配水系统和喷溅装置均匀淋洒到填料层，热水通过填料层后变成连续的热水滴下落，同时外界冷空气经从进风口进入冷却塔，冷空气与下落的水滴直接进行热交换，热水滴被冷却并滴落在集水池中，同时也有部分热蒸汽随空气一起从冷却塔顶部排出[3]。

因此，冷却塔噪声主要是大量水滴击打大面积水面产生的淋水噪声。因此冷却塔噪声作为面声源进行处理。拟采用的Cadna/A程序中，内嵌的面声源计算模式中有垂直面声源和水平面声源，根据冷却塔的噪声形成机理，在采用Cadna/A程序进行冷却塔噪声预测时，将冷却塔作为水平面声源是最为合适的。

2.2 Cadna/A 建模

根据火电厂4号冷却塔噪声监测点站位布置，应用Cadna/A软件对冷却塔噪声进行噪声预测模型的建立，网格划分后的冷却塔噪声预测二维模型如图2所示。

图2 冷却塔噪声预测二维模型

针对该火电厂冷却塔噪声模拟，在利用Cadna/A软件进行模拟时，其模拟的范围约750 m×760m尺度范围，单个网格尺寸为5m×5m，受声点高度为1.2 m。

2.3 程序预测数据与实测数据对比验证

根据实测数据，4号冷却塔噪声源强均值为83.5 dB(A)，火电厂周边背景噪声为 48.6 dB(A)。采用Cadna/A程序建模并进行噪声预测，并对预测数据进行手动的背景噪声叠加校正。建模考虑了冷却塔周边的围墙、树林、道路等环境因素。预测点叠加背景值计算公式如下[4]:

式中:Leqg为声源在预测点的等效声级贡献值，dB(A);Leqb为预测点的背景值，dB(A)。

实测值和预测值(已叠加背景噪声)对比如表1所示。

表1 噪声实测值和预测值对比表

在N方位，10 m测点位于4号冷却塔北侧第一道围墙外约1 m处，30 m测点位于厂界北侧第二道围墙外约8 m处。在围墙附近一定区域内，近墙处，围墙对声源的隔声效果要优于远离围墙处。因此10 m测点到20 m测点，30 m测点到50 m测点，未呈现出噪声随距离衰减的规律。

为判断预测结果的准确性，做预测值和实测值的对比图分析(见图3)。

图3 不同方位预测值准确性分析

由图3可见，以实测值为横坐标预测值为纵坐标的各点，分布在预测值等于真实值的直线附近，说明NW、N、NE 3个方位的噪声预测值均比较接近实测值。

为进一步分析软件预测结果的好坏，先计算各个方位每个点预测值和实测值的绝对误差和相对误差，再计算各个方位绝对误差的均值、相对误差的均值和标准差来评价预测值的准确性。

表2 预测值和实测值误差

由计算结果可见，预测值和实测值差值较小，一般认为预测值和实测值的差值低于3 dB(A)时，预测结果是可接受的。预测值与实测值的误差波动较小，采用Cadna/A程序对大型自然通风冷却塔进行噪声预测是适宜的。

但是值得注意的是，在N方位，预测准确性明显要低于其他2个方位。结合图2、表1、表2进行分析，这是由于N方位在第1道围墙和第2道围墙背后近区处的预测值准确性相对较低所导致。可见Cadna/A程序对大型自然通风冷却塔进行噪声预测时，如在冷却塔近处有围墙等建筑时，应考虑建筑背后一定距离内的预测结果的准确性，但一定距离外的预测结果仍然较好。该问题可待进一步研究。

3 结论

大型自然通风冷却塔是典型的面声源，采用Cadna/A噪声模拟软件可以对其进行噪声衰减趋势及噪声值的模拟，且模拟准确度较高。今后在进行火电厂、内陆核电厂的大型通风冷却塔对周边声环境影响评价过程中，可以采用该软件进行预测。

[1] 刘培杰.噪声模拟软件Cadna/A在交通噪声预测评价中的应用[J].电声技术，2008，32(7):64 －67.

[2] 李毅男.火力发电厂自然通风冷却塔降噪设计[J].噪声与振动控制，2008(3):104－106.

[3] 熊宏亮.电厂冷却塔噪声控制及环境影响研究[D].济南:山东大学，2012.

[4] 环境保护部.HJ2.4-2009中国人民共和国国家环境保护标准:环境影响评价技术导则声环境[S].//:1.北京:中国环境科学出版社，2010.