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深圳市林格曼環(huán)保機(jī)電技術(shù)有限公司 28年專注噪聲與振動(dòng)工程控制治理專家

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萬科深南廣場(chǎng)冷卻塔噪聲治理

2020-04-18(3385)次瀏覽

冷卻塔主要噪聲源為排風(fēng)風(fēng)扇噪聲以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的機(jī)械噪聲和淋水噪聲。風(fēng)扇噪聲是一種空氣動(dòng)力性噪聲,包括湍流噪聲和旋轉(zhuǎn)噪聲。當(dāng)氣流流經(jīng)葉片表面時(shí),會(huì)在其背部脫體,在尾部由于氣流的粘滯形成一系列渦流,從而產(chǎn)生湍流噪聲,它具有連續(xù)的頻譜特性。
一、噪聲源分析

冷卻塔主要噪聲源為排風(fēng)風(fēng)扇噪聲以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的機(jī)械噪聲和淋水噪聲。風(fēng)扇噪聲是一種空氣動(dòng)力性噪聲,包括湍流噪聲和旋轉(zhuǎn)噪聲。當(dāng)氣流流經(jīng)葉片表面時(shí),會(huì)在其背部脫體,在尾部由于氣流的粘滯形成一系列渦流,從而產(chǎn)生湍流噪聲,它具有連續(xù)的頻譜特性。旋轉(zhuǎn)噪聲是葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)形成壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的,它的頻譜呈窄帶的低中頻特性,并有明顯的峰值。風(fēng)機(jī)噪聲主要通過冷卻塔頂部排風(fēng)口向外傳播。


冷卻水從淋水裝置下落時(shí)與下塔體底盤中積水撞擊產(chǎn)生淋水噪聲,僅次于風(fēng)機(jī)噪聲。其頻譜本身呈高頻特性,主要通過冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口向外傳播。一般進(jìn)風(fēng)口的噪聲值低于排風(fēng)口的噪聲值10 dB(A) 。冷卻塔減速機(jī)和電機(jī)的噪聲對(duì)周圍環(huán)境的影響較小,一般可予忽略。


由于冷卻塔所用軸流風(fēng)機(jī)壓頭極低,其風(fēng)量和整體散熱效果對(duì)消聲系統(tǒng)的阻力損失極為敏感,故此類冷卻塔降噪治理的難點(diǎn)就在于寬頻帶、高量值的消聲要求與冷卻塔自身通風(fēng)散熱性能之間的尖銳矛盾;其噪聲治理必須兼顧熱工性能、結(jié)構(gòu)工藝、日常維修等一系列相關(guān)因素;還要妥善解決結(jié)構(gòu)承重、抗風(fēng)荷載、抗震等安全問題。因此必須面對(duì)現(xiàn)實(shí),以目前條件為基礎(chǔ),因地制宜地進(jìn)行妥善的降噪設(shè)計(jì)和必要的改造完善。要兼顧熱工性能影響、結(jié)構(gòu)工藝、日常維修、抗風(fēng)荷載強(qiáng)度以及周邊環(huán)境等一系列問題,該冷卻塔噪聲的隔聲與消聲處理是本項(xiàng)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(xié)調(diào)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(shí)有可能還要做出一定程度的妥協(xié)和讓步。


以此為前提,我們對(duì)冷卻塔噪聲治理方案進(jìn)行了初步設(shè)計(jì),并就甲方關(guān)心的熱工性能、結(jié)構(gòu)承重、抗風(fēng)荷載、降噪和外部景觀和諧等問題提同了一些分析論證,一并提交給甲方參考。


二、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及控制指標(biāo)
1、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及控制指標(biāo)
相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
參照中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局2008年10月1日發(fā)布的:中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB22337-2008《社會(huì)生活環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》;GB3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和技術(shù)規(guī)范《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ19—87》等。

GB3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》環(huán)境噪聲限值單位:dB (A)


聲環(huán)境功能區(qū)類別

時(shí)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


介于該區(qū)域的特殊性,此區(qū)域劃分為一類區(qū),一類區(qū)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(chǎn)生的噪聲對(duì)其周邊環(huán)境構(gòu)成干擾。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求,結(jié)合冷卻塔噪聲狀況,我公司技術(shù)人員對(duì)冷卻塔降噪提出具體降噪方案如下:


2、消聲設(shè)備技術(shù)指標(biāo):
本設(shè)計(jì)消聲系統(tǒng)除具備良好的聲學(xué)性能外,還將具有良好的通風(fēng)效果;外部整體結(jié)構(gòu)牢固可靠(適當(dāng)位置安裝預(yù)埋件);內(nèi)部消聲插片選材具有抗腐蝕性等特點(diǎn)。為確保冷卻塔的熱工性能的前提下,在設(shè)計(jì)降噪工程時(shí),盡量滿足降噪保險(xiǎn)系數(shù)。


(1)消聲系統(tǒng)阻力損失:≤30Pa。
(2)外部結(jié)構(gòu)風(fēng)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(jìn)行防腐處理。
(4)進(jìn)風(fēng)消聲器消聲量≥15 dB(A) 。
(5)隔聲吸聲層隔聲量≥20dB(A) 。


3、技術(shù)措施
為了有效地控制噪聲,保證設(shè)備高效運(yùn)轉(zhuǎn),冷卻塔將建立獨(dú)立的進(jìn)、排風(fēng)消聲體系。即:設(shè)備分為上、下兩部分,分別采取隔聲、吸聲、消聲處理。
為了讓用戶了解的更加詳細(xì),我們具體闡述一下隔聲吸聲原理,并針對(duì)其噪聲特性制定其結(jié)構(gòu)。


※ 隔聲機(jī)理和隔聲結(jié)構(gòu)
1、隔聲基本概念
隔絕空氣聲往往采用木板、金屬板、墻體等固體介質(zhì)以阻擋并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(zhì)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(xué)材料如吸聲材料、阻尼材料或空氣層復(fù)合在一起組成隔聲構(gòu)件。隔聲構(gòu)件可以組裝成不同形式和用途的隔聲結(jié)構(gòu),如隔聲控制室、隔聲間、隔聲墻、設(shè)備隔聲罩等。


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(shè)一層均勻各向同性的固體介質(zhì)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,傳播方向垂直于介質(zhì)層,如圖1
聲波穿透介質(zhì)層必須通過兩個(gè)界面,一個(gè)從空氣到固體的界面,另一個(gè)從固體到空氣的界面。各種參數(shù)及符號(hào)見一表:

序 號(hào)

參 數(shù) 名 稱

符  號(hào)

1

介質(zhì)厚度

D

2

介質(zhì)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(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度

Vi

7

透射聲波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度

Vt

8

固體介質(zhì)中的入射波聲壓

P2t

9

固體介質(zhì)中的反射波聲壓

P2r

10

固體介質(zhì)中的入射波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度

V2t

11

固體介質(zhì)中的透射波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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)、透射系數(shù)
透射系數(shù)是衡量介質(zhì)層隔聲特性的一個(gè)重要指標(biāo),是指透射波聲強(qiáng)入射波聲強(qiáng)之比,即固體介質(zhì)層的聲強(qiáng)透射系數(shù)。透射系數(shù)越低隔聲性能越好。
 て=(ptA2/R1)/(PiA2/R1)=4/{4COS2K2D+(R12+R21)2sin2k2D}
當(dāng)聲波以一射角θi穿透介質(zhì)層,可導(dǎo)出其透射系數(shù)為:
てθi=4/(4+ωM2COSθi/POC)
式中:M2=P2D為介質(zhì)層的面密度(Kg/m2)
從上式可以看出介質(zhì)層的面密度度越大,透聲系數(shù)越低,隔聲性能越好。


(3)隔聲量
隔聲量是衡量介質(zhì)層隔聲特性的別一個(gè)重要指標(biāo),用傳遞損失R表示。
 Rθi=10lg(1/てθi)=10lg{1+(ωM2COSθi/2POC)2}<Db
對(duì)于常用的固體隔聲材料,如鋼板、木板、磚墻等,常能滿足(ωM2COSθi/2POC)>1,因而隔聲量可以簡(jiǎn)化為:
Rθi=10lg{(ωM2COSθi)2/(2POC)2}
從上式可以看出:介質(zhì)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(zhì)量定律.
工程近似計(jì)算公式:
R實(shí)=R+10lg a


(4)隔聲頻率特性
實(shí)際上對(duì)于單層密實(shí)均勻介質(zhì)的隔聲性能主要由它的面密度、勁度和阻尼所決定。單層均質(zhì)材料的隔聲特性曲線,按頻率可以分為三個(gè)區(qū)域:勁度阻尼控制區(qū)、質(zhì)量控制區(qū)、吻合效應(yīng)和質(zhì)量延續(xù)區(qū),見圖2。
在勁度控制區(qū)的下端,存在一個(gè)共振區(qū),共振區(qū)的隔聲量下了到最小。在質(zhì)量控制區(qū),板材的面密度愈大,受聲波激發(fā)的振動(dòng)速度愈小,隔聲量愈大;頻率愈高,隔聲量也愈大。通常采用隔聲結(jié)構(gòu)降低噪聲,一般應(yīng)根據(jù)噪聲的頻率特性和降噪需要來選擇隔聲材料或結(jié)構(gòu),以發(fā)揮質(zhì)量控制作用,使其在相當(dāng)?shù)念l率范圍內(nèi)取得有效的隔聲效果。


在吻合效應(yīng)和質(zhì)量延續(xù)區(qū)出現(xiàn)第二個(gè)低谷,這是由于在這個(gè)頻率上隔聲板材與聲波產(chǎn)生吻合效應(yīng)而形成的隔聲量大幅度下陷區(qū)。這個(gè)頻率為臨界頻率fc,其計(jì)算公式如下:

fc=6×103(M/B1/2=2×104/h(p/E)1/2(HZ)


3、隔聲結(jié)構(gòu)隔聲量的近似計(jì)算和工程考慮
由隔聲質(zhì)量定律可知若想提高單層介質(zhì)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(gè)問題,當(dāng)需要大幅度提高隔聲量時(shí),就需要用大量的材料,很不經(jīng)濟(jì)。因此在噪聲控制工程中,常采用雙層或多層介質(zhì)材料或者兩層介質(zhì)材料之間設(shè)計(jì)一定厚度的空氣層等隔聲結(jié)構(gòu)來控制噪聲。雙層介質(zhì)隔聲量近似計(jì)算公式:
R=20lg{(m1+m2)ω/2poc}+ΔR
式中m1、m2為介質(zhì)的面密度,ΔR為空氣層引起的附加隔聲量。


4、隔聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1)隔聲基本結(jié)構(gòu)
隔聲結(jié)構(gòu)主要由隔聲層、阻尼層、吸聲層和護(hù)面層構(gòu)成。它的隔聲性能基本遵循“質(zhì)量定律”,要取得較高的隔聲效果,隔聲材料應(yīng)該選擇厚、重、實(shí)的材料,厚度增加1倍,隔聲量可增加4-6dB(A)。但在實(shí)際工程中,為了便于搬運(yùn)、操作、檢修和拆裝方便,并考慮經(jīng)濟(jì)方面的因素,隔聲間通常使用薄金屬板等輕質(zhì)材料做成,輕質(zhì)材料共振頻率高,隔聲性能顯著下降,必須涂覆相當(dāng)于罩板2-3倍厚度的阻尼層,以改善薄金屬板的共振區(qū)和吻和效應(yīng)。


(2)隔聲結(jié)構(gòu)的實(shí)際隔聲量
在設(shè)計(jì)隔聲結(jié)構(gòu)時(shí),對(duì)于某種材質(zhì)本身有個(gè)隔聲量,這就是隔聲結(jié)構(gòu)的理論隔聲量,但它不等于實(shí)際隔聲量。這是因?yàn)槁曉次醇痈袈暯Y(jié)構(gòu)時(shí),它輻射的噪聲是向四面八方輻射擴(kuò)散的,也正是在這種條件下,得到了理論隔聲量;當(dāng)聲源加裝封閉隔聲結(jié)構(gòu)后,聲源發(fā)出的噪聲在隔聲結(jié)構(gòu)內(nèi)多次反射,這樣就大大增加了結(jié)構(gòu)內(nèi)的聲能密度,因此,即使隔聲結(jié)構(gòu)材料的隔聲量再大,也會(huì)使隔聲結(jié)構(gòu)的實(shí)際隔聲量下降。隔聲結(jié)構(gòu)的實(shí)際隔聲量可由下式計(jì)算:
R實(shí)=R+10lg a
式中:R實(shí)—隔聲結(jié)構(gòu)的實(shí)際隔聲量dB(A);
    R-隔聲材料(結(jié)構(gòu))理論隔聲量dB(A);
   a-隔聲結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的平均吸聲系數(shù)。
降噪措施:(詳見圖紙)


本項(xiàng)工程中冷卻塔降噪設(shè)計(jì)需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及降噪要求來采取綜合性的治理措施:
(1)為了防止上半部風(fēng)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(fēng)散熱、設(shè)備檢修方便為一體的排風(fēng)消聲系統(tǒng)。其上半部排風(fēng)消聲系統(tǒng)主要包括:消聲靜壓箱、排氣消聲器、可拆卸檢修活動(dòng)板等。


(2)罩體下部進(jìn)風(fēng)消聲系統(tǒng)主要包括:進(jìn)氣消聲器、可拆卸檢修活動(dòng)版、復(fù)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(fēng)散熱、設(shè)備檢修方便的進(jìn)風(fēng)消聲系統(tǒng)。罩體下部?jī)蓚?cè)均加裝進(jìn)風(fēng)消聲器,消聲器消聲片長(zhǎng)度西側(cè)900mm,東側(cè)臨街部分消聲片長(zhǎng)500mm,消聲片統(tǒng)一厚度 100mm以降低進(jìn)風(fēng)噪聲; 消聲量因消聲片長(zhǎng)度而定。


(3)塔體周圍加裝隔聲罩體,其整體結(jié)構(gòu)為方鋼框架全焊接結(jié)構(gòu)(詳見圖)。其厚度為80mm,外層為高密度隔聲層(彩鋼夾芯板墻板),其總隔聲量≥25dB(A)。


(4)冷卻塔罩體基礎(chǔ)生根應(yīng)避免破壞屋面防水層。因此,要確保罩體整體結(jié)構(gòu)牢固及抗風(fēng)荷載性能等因素都是設(shè)計(jì)人員需要考慮面對(duì)的問題。經(jīng)慎重考慮,采用在罩體下部用10#槽鋼做一連系梁與100×100×2mm方鋼立柱焊接,然后利用塔體下部混凝土梁優(yōu)勢(shì)在其側(cè)面用脹栓固定兩塊預(yù)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。
隔聲罩體隔聲特性:

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


罩體隔聲性能

其計(jì)算式為: R=101gE—101gE

式中    R     —— 隔聲量

        E    —— 入射聲能

        E透       —— 透射聲能

        t     —— 透射系數(shù)

為便于檢修和日常維護(hù),在罩體適當(dāng)位置留一檢修門,便于日后維修保養(yǎng)。

三、治理效果

經(jīng)采取以上治理措施后,該樓屋頂上設(shè)備在整體運(yùn)行時(shí),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(qū)清水河三路中海慧智大廈1A棟709

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