冷却塔机房噪声测量及物理封堵降噪效果评估★

郭彦玲，田沛灵，唐川宇，聂志琪，廖云丹，3

(1.广东省电信规划设计院有限公司，广东 广州 510000； 2.广州大学建筑节能研究院土木工程学院，广东 广州 510000；3.广东省建筑节能与应用技术重点实验室，广东 广州 510006)

1 概述

噪声是声源进行无规则震动发出的声音，会对人们的生产生活产生不良影响。人长期暴露在85 dB(A)的噪声环境下可以造成轻微的听力损失[1]。建筑设备的噪声治理在大型公共建筑中是一个重点关注问题。在大型公共建筑中，冷却塔是营造室内环境的空调系统必不可少的组成部分，一般置于建筑的裙楼楼顶或屋顶，近些年也有置于地下室的下沉式设计。冷却塔的运行不但会形成噪声，而且会引起周围设备或建筑构件的共振。王少云认为，冷却塔设备是制冷系统中噪声和振动的主要贡献者[2]。当冷却塔、热泵机组的噪声在周围环境超过现行国家标准《声环境质量标准》的规定时，应对冷却塔、热泵机组采取有效的降低或隔离噪声措施。

目前，冷却塔机组的噪声控制的主要思路是对冷却塔机组的设计进行改良或对噪声传播路径进行阻挡。如赵传辉的《阵列式消声器对自然通风逆流湿式冷却塔性能的影响》提出使用阵列式消声器对冷却塔的外部结构进行改良，以阻断噪声的传播路径，分析了该方法对冷却塔性能的影响[3]。舒永先的《火电厂冷却塔噪声原因分析及降噪改造》提出在冷却塔内部加装降噪网，以降低淋水噪声[4]。

对冷却塔噪声的治理必须考虑到冷却塔噪声具有的“宽频带、多来源”的特点。在设计降噪方案时，必须对冷却塔机组进行个案分析，确认其最主要的噪声源。为了找出其最主要的噪声源，需要对冷却塔噪声进行分频率的测量与分析，而后才能出具符合需求的降噪方案。得出降噪方案后，在评估降噪效果时，也需要注意每个频率的降噪效果。

本文以深圳某高新科技公司在建总部大楼为例。首先对其噪声分频率进行测量，并分析冷却塔机组的主要噪声来源。而后进行降噪改造，对冷却塔机组周边进行物理封堵，并对进、出风口加装消声器的效果，根据各噪声频率的声压级降低幅度评估降噪效果。

2 冷却塔机组原理及案例分析

2.1 冷却塔机组工作原理

冷却塔是利用水和空气的接触，通过蒸发作用排除工业过程或制冷空调中所产生废热的一种机械设备。基本原理是：干燥(低焓值)的空气经过风机的抽动后，自进风网处进入冷却塔内；饱和蒸汽分压力大的高温水分子向压力较低的空气侧流动，湿热(高焓值)的水由播水系统洒入塔内。当水滴和空气接触时，一方面是由空气与水的直接传热，另一方面由于水蒸气表面和空气之间存在压力差，在压差作用下产生传质现象，利用潜热换热，将水中的热量带走即蒸发传热，进而达到降温目的。

经过换热设备后的高温回水被送到冷却塔顶部的布水系统，由喷嘴喷淋至填料；同时，空气由冷却塔底部的进风口进入，逆水流方向通过填料。在空气-水换热的过程中，部分水被蒸发带走热量，降低冷却塔出水温度。热湿空气由顶部的通风机排至周围环境，被冷却的水则滴落水盘后重新回到冷却水循环系统中。

冷却塔机房的主要噪声来源有：1)风机进排气噪声；2)淋水噪声；3)风机减速器和电动机噪声；4)冷却塔水泵、配管和阀门噪声[5]。对噪声进行测量时，主要关注的三个特性是：波长、频率与声速[6]。频率在20 Hz～500 Hz之间的声音是低频噪声，在2 000 Hz～20 000 Hz之间的是高频噪声。落水噪声与风机噪声的频率都很宽，其中，风机噪声主要以中低频噪声为主[7]。

2.2 案例实际情况

案例项目大楼属双塔式结构，冷却塔机房处于两幢大楼的3层～5层位置，如图1所示。在冷却塔机组运行过程中，存在较大噪声，相关人员在噪声敏感点A检测到了超过87 dB(A)的噪声。超过了设计要求中指定环境下噪声强度上限要求的日间65 dB(A)、夜间55 dB(A)。考虑到冷却塔机房邻近研发部门的办公室，有必要对超过设计标准要求的噪声进行处理。项目中的冷却塔采用离心式通风机，属强风逆流式湿式冷却塔。该型号冷却塔的额定设计工况见表1。

表1 冷却塔额定设计工况

冷却塔机组排布方式为每幢大楼3台，分别置于两幢大楼三楼通风侧面，距地面高度13.5 m。冷却塔布置的位置属于该建筑的3层～4层，通过风管将出风引到第5层，再由第6层的西面排出，出风口处做消声处理。为了保证冷却塔的出风不回流，错开了进出风口的位置，未将其布置在同一层楼：如果在同一层设置进出风口，可能导致风量增加，以致冷却塔的进风风速及风管阻力均增大。因此为了保证冷却塔的性能和回风，进出风口采用两层错开的布置方式。在噪声处理方面，该型号冷却塔属于带离心式通风机的低噪型冷却塔机组，进行型号再升级的经济性和可行性不高，对冷却塔机房进行降噪处理是经济合理的选择。

3 噪声测试与分析

3.1 噪声敏感点的选取

为分析出机房噪声对其临近的办公室所造成的噪声影响，首先选取噪声敏感点。选取距离冷却塔机房百叶口外3 m处的两块区域为最不利噪声敏感点，将其作为分析基准点。在本案例中，噪声敏感点设计在冷却塔机房外，同时，噪声敏感点距任意反射面至少0.5 m以上，距地面1.2 m，距外窗1 m以上，如图2所示。

考虑到两幢大楼在3层、6层处均有与冷却塔机房相邻的办公室等人员活动区域，因此，选取4个最不利噪声敏感点(NSR)：即3层A处的最不利噪声敏感点(NSRA3F)，3层B处的最不利噪声敏感点(NSRB3F)，6层A处 的最不利噪声敏感点(NSRA6F)，6层B处的最不利噪声敏感点(NSRB6F)。A处与B处与冷却塔机房的相对位置如图2所示。

3.2 噪声测量分析

测量噪声时，冷却塔机组需处于正常工作状态。且环境的A声级噪声需比冷却塔正常工作时的A声级噪声低10 dB(A)[8]。噪声测量分为昼间与夜间两个时段，分别在14:00与20:00进行。每次均对各测点进行20 s的连续测量，测量3次，结果取平均值。而后对测量结果进行合并计算得出某一噪声敏感点NSR的合并声压级值。测点高度距地面1.2 m。测量仪器为某品牌声级计LA-1440，量程为26 dB～130 dB。

测量过程中分别对三个噪声源进行了噪声测量：机壳漏声、T1-3进风口噪声与T1-3出风口噪声。由于声压级无法直接进行合并计算，对声压级与声压进行了如下转化计算：

Lp=20lg(P/P0)

(1)

其中,Lp为声压级，dB;P为声压,Pa；P0为基准声压，在空气中一般取P0=2×10-5Pa。

算出声压后，通过式(2)算其叠加声压：

(2)

最后再利用式(1)进行合并声压级计算。

由此，根据测量得到的数据，可以计算出各噪声敏感点NSR的合并计算声压级，如表2所示。

表2 各噪声敏感点NSR的合并计算声压级

将各个敏感点的合并声压级与《声环境质量标准》[9]的最不利噪声敏感点标准声压级进行比较。从表3可以看出，降噪前的噪声声压级均超出2类标准18 dB以上。需要对冷却塔机组采取消声措施。

如表3所示，四个噪声敏感点NSR实际所受的噪声值均超过概述中提到的标准值。如表3冷却塔的噪声分为低频噪声和高频噪声，这两类噪声会对办公环境产生合并影响，因此，在噪声测量和计算的过程中，需要对各频率的噪声分别测量。图3～图5分别展示了T1-3进风口、T1-3出风口与机壳漏声分别对四个噪声敏感点产生的影响。横轴为从63 Hz～8 000 Hz的8个倍频带中心频率，纵轴为噪声的声压级，合并声压级在折线末尾用加粗数字标出。标准规定的声压级限值55 dB也在折线图中标出。

表3 NSR所受噪声与噪声标准比较

从图3～图5中，我们可以看出，进风口在每一个噪声敏感点造成的噪声声压级都超过了标准限值。而出风口在6层A，B两处噪声敏感点造成的噪声声压级超过了标准限值，机壳漏声在3层A，B两处噪声敏感点造成的噪声声压级超过了标准限值。

3.3 噪声源分析及降噪措施

在本案例中，噪声源主要是风机运行进排气噪声和淋水噪声。风机通过进排气口和塔体向外辐射噪声。排气口噪声频谱特性为低频为主的连续谱，属低频噪声。是冷却塔噪声的一个主要噪声源。循环热水从淋水装置落下时，与塔底接水盘中的积水撞击产生的淋水声属高频噪声，淋水声的大小与淋水高度和单位时间的水流量有关，高频声会从进风口传出，是冷却塔噪声的另一个主要噪声源。冷却塔的噪声源表现出明显的宽频带噪声特性,因此单一的隔声或吸声无法得到良好的降噪效果[10-11]。设计冷却塔降噪方案时，应该考虑吸声与隔声措施综合运用。

针对噪声源分析及噪声数据评估，为降低冷却塔噪声对敏感区造成的噪声干扰，需要对冷却塔机房进行降噪处理。考虑到冷却塔机组需要良好的通风性和散热性,不对其进行封闭隔声[12]。因此，采取的降噪措施是对机房的进出风口进行消声，并对已有的墙体进行隔声处理，即：在冷却塔设备的出风口处加装SNAPAcoustics出风消声器；在冷却塔机房的两个进风面处加装SNAPAcoustics进风消声器。同时选择在第四层与第五层的桁架之间的位置用S100隔声板进行封堵；在第五层与第六层的墙体中加装吸声衬里处理，降低出风区域的混响，见图6。

本改造案例中采用的出风消声器外壳为不小于1.0 mm厚的镀锌铁板制造，填充吸声棉为惰性，其密度不低于40 kg/m3，能够满足设备所需消音性能。隔声罩采用100 mm厚度的隔声板进行构建，吸声物料为密度80 kg/m3的岩棉。隔声墙采用1.0 mm厚的镀锌钢龙骨，龙骨框架内填充90 mm厚的岩棉板(密度60 kg/m3)。消声器在不影响使用的条件下采取适当的防雨淋装置,以延长消声器的使用寿命[13]。根据国际标准ISO 354[14]，隔声板与吸声棉的吸声系数必须满足以下标准(见表4)。

表4 国际标准隔声罩与吸声棉吸声系数

经过降噪处理措施后，预期噪声值如表5所示。

表5 降噪处理后的预期噪声值

对于每个噪声敏感点所受不同倍频带中心频率的噪声的降噪效果，如图7所示。可见，上述降噪措施虽然在声频较低时效果不明显，降噪效果最显著的噪声敏感点(如NSRB-6F)，声压级也仅降低了10%左右，对于NSRB-3F等噪声敏感点，声压级减少未超过5%。随着倍频带中心频率的增加，降噪前的声压级也逐渐增加，最高超过70 dB。在经过降噪处理后，当噪声的倍频带中心频率值处于500 Hz～2 000 Hz之间时，可以取得非常显著的降噪效果。如NSRA-3点位的噪声敏感点在倍频带中心频率为100 Hz时，声压级降幅超过50%。而且，在经过降噪处理前，除倍频带中心频率为63 Hz的声压级为50 dB左右外，各噪声敏感点合并声压级均超过《声环境质量标准》要求的55 dB。但在经过处理后，各噪声敏感点在各倍频带中心频率的合并声压级均低于50 dB，降噪效果十分显著。

4 结语

在日常的生产生活中，冷却塔机组是空调系统的重要组成部分，普遍存在噪声过大的问题。本论文采用分频率测量的方式，得出进风口在每一个噪声敏感点造成的噪声声压级都超过了标准限值。而出风口在6层A，B两处噪声敏感点造成的噪声声压级超过了标准限值，机壳漏声在3层A，B两处噪声敏感点造成的噪声声压级超过了标准限值。经分析，本案例中噪声的主要来源是风机运行进排气噪声和淋水噪声。

根据噪声的来源特征和噪声产生因素，提出了物理封堵的处理方法阻断冷却塔噪声的传播路径，并根据计算，得出降噪处理后各噪声敏感点噪声强度均降低到符合《声环境质量标准》2类标准。本论文说明，对于冷却塔机组的噪声处理应针对冷却塔机组的噪声特性出具个性化的降噪方案，才能取得良好的降噪效果。