低噪聲風(fēng)機(jī)在冷卻塔噪聲治理中的應(yīng)用

文_張友志 黃青青 韓濤 上海環(huán)境保護(hù)有限公司

冷卻塔是空調(diào)系統(tǒng)中常用的熱交換設(shè)備，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化的城市建筑中。冷卻塔運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，產(chǎn)生噪聲污染。近些年城市建筑密度加大，建筑屋頂?shù)睦鋮s塔與周邊居民樓的距離越來(lái)越近，冷卻塔的噪聲影響呈逐年上升的趨勢(shì)，已然成為城市噪聲污染的主要源頭之一，亟待解決。

1 冷卻塔的噪聲特性分析

冷卻塔按通風(fēng)方式分為自然通風(fēng)冷卻塔和機(jī)械通風(fēng)冷卻塔。冷卻塔按熱水和空氣的流動(dòng)方向分為逆流式冷卻塔和橫流（直交流）式冷卻塔。城市建筑中應(yīng)用較多的是橫流式冷卻塔。

冷卻塔噪聲包含風(fēng)機(jī)噪聲、淋水噪聲、電機(jī)及減速器噪聲、塔體振動(dòng)所輻射的二次結(jié)構(gòu)噪聲，具體分析如下。

（1）風(fēng)機(jī)噪聲：冷卻塔的風(fēng)機(jī)為軸流風(fēng)機(jī)，其噪聲包括空氣動(dòng)力噪聲和機(jī)械噪聲，其中以空氣動(dòng)力噪聲為主?？諝鈩?dòng)力噪聲包括旋轉(zhuǎn)噪聲和湍流噪聲，且主要成分是湍流噪聲。研究表明，風(fēng)機(jī)噪聲與葉片速度的6次方成正比。風(fēng)機(jī)噪聲呈中低頻特性，噪聲衰減慢。

（2）淋水噪聲：水滴直接沖擊水面發(fā)生碰撞輻射出的脈沖噪聲，其值隨水滴大小和濺落沖擊速度有關(guān)。對(duì)于橫流式冷卻塔，水沿著填料層往下流動(dòng)，下落到水面時(shí)流速小，因此淋水噪聲小。淋水噪聲一般呈中高頻特性。

（3）電機(jī)噪聲：電機(jī)噪聲與功率有關(guān)，一般民用建筑中冷卻塔電機(jī)的功率都不大，因此噪聲一般在80dB(A)左右。電機(jī)的體形小，所輻射噪聲的聲功率小，噪聲呈點(diǎn)聲源衰減，衰減快，影響相對(duì)較小。電機(jī)噪聲呈中高頻特性。

（4）塔體振動(dòng)產(chǎn)生的二次結(jié)構(gòu)噪聲：風(fēng)機(jī)及電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)引起塔體振動(dòng)并向外輻射二次結(jié)構(gòu)噪聲，不過(guò)二次結(jié)構(gòu)噪聲的噪聲級(jí)相對(duì)較小，影響也比較小。二次結(jié)構(gòu)噪聲呈低頻特性。

綜上所述，對(duì)于現(xiàn)代建筑中常用的橫流式冷卻塔，其最主要的噪聲源就是冷卻塔頂部的風(fēng)機(jī)。

冷卻塔風(fēng)機(jī)噪聲向外傳播的途徑可以分為三種。

①噪聲隨著排風(fēng)向上方空間傳播，這是最主要的途徑。

②噪聲向下傳播到塔體內(nèi)，并經(jīng)塔體和水面反射后形成混響噪聲，使塔體內(nèi)的噪聲增大，塔體內(nèi)的噪聲通過(guò)填料層從進(jìn)風(fēng)面向外傳播。因此從進(jìn)風(fēng)面?zhèn)鞒龅脑肼暟L(fēng)機(jī)噪聲和淋水噪聲，且對(duì)于橫流式冷卻塔，以風(fēng)機(jī)噪聲為主。

③除了兩個(gè)進(jìn)風(fēng)面，冷卻塔另外兩個(gè)面一般是玻璃鋼材質(zhì)，其隔聲量不高，因此塔體內(nèi)的噪聲也會(huì)透過(guò)這兩個(gè)面向外傳播，但這一途徑傳出的聲能相對(duì)上述兩種小。

2 冷卻塔噪聲治理措施綜述

噪聲控制措施分為噪聲源控制、傳播途徑控制及接受者的防護(hù)三大類(lèi)。冷卻塔的噪聲治理措施主要針對(duì)前兩類(lèi)，即噪聲源控制和傳播途徑控制，而對(duì)受冷卻塔噪聲影響的居民樓采取隔聲窗之類(lèi)的被動(dòng)防護(hù)措施是不可取的。

第一類(lèi)是噪聲源控制，包括更換低噪聲風(fēng)機(jī)和增加落水消聲裝置。風(fēng)機(jī)噪聲是冷卻塔最主要的噪聲源，將其更換為低噪聲的風(fēng)機(jī)可以獲得很好的降噪效果，一般可取得8～15dB(A)的降噪量。落水消聲裝置是用來(lái)降低淋水噪聲的，主要用在逆流式冷卻塔上，一般可取得5～10dB(A)的降噪量。

第二類(lèi)是傳播途徑控制，指在冷卻塔周邊采取隔聲措施，即在噪聲的傳播途徑中設(shè)置隔聲裝置，降低噪聲的傳播影響。此類(lèi)治理措施有全封閉式隔聲罩、半封閉式隔聲罩、出風(fēng)消聲器+聲屏障、單獨(dú)實(shí)施聲屏障或出風(fēng)消聲器等幾種類(lèi)型，大致的降噪量如表1。

表1 不同類(lèi)型降噪措施的降噪量

3 低噪聲風(fēng)機(jī)在冷卻塔噪聲治理中的應(yīng)用

3.1 案例概況

本案例的冷卻塔安裝在能源站屋頂上，能源站為2層建筑，其東側(cè)和南側(cè)是新建的小高層居民樓（7～8層），相距較近，最近距離不到20米。能源站的北側(cè)為別墅區(qū)，相距約90米。能源站屋頂?shù)睦鋮s塔對(duì)周邊住宅樓的影響較大。

屋頂共安裝了4組冷卻塔，每組冷卻塔由4個(gè)單元組成，即4臺(tái)風(fēng)機(jī)，其中有2組冷卻塔每臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為2800m3/min，另外2組冷卻塔每臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為3110m3/min。

冷卻塔安裝區(qū)域的四周均設(shè)有高度為5.5m的墻，其中東墻的北半部分和南墻的西半部分為消聲百葉墻，其余均為實(shí)心墻。冷卻塔的風(fēng)筒頂端與四周的墻基本持平。有3臺(tái)冷卻塔的一個(gè)進(jìn)風(fēng)面離墻很近，距離不到1m，據(jù)負(fù)責(zé)人介紹，墻對(duì)冷卻塔的進(jìn)風(fēng)有影響，冷卻塔的進(jìn)風(fēng)量不夠。

3.2 噪聲影響分析

（1）噪聲源強(qiáng)

實(shí)測(cè)冷卻塔風(fēng)筒45°、1m處的噪聲值為85dB(A)，進(jìn)風(fēng)面1m處的噪聲值為80dB(A)。

（2）噪聲傳播分析

冷卻塔風(fēng)機(jī)的噪聲隨排風(fēng)向上方及四周空間傳播。由于冷卻塔風(fēng)筒的出口與屋頂四周的墻基本持平，因此冷卻塔風(fēng)機(jī)的噪聲基本無(wú)遮擋地向外傳播，是最主要的噪聲影響源。而冷卻塔的進(jìn)風(fēng)面比屋頂四周的墻低，墻對(duì)進(jìn)面的噪聲起到了一定的遮擋作用，進(jìn)風(fēng)面噪聲是次要噪聲影響源。

（3）居民樓處的噪聲計(jì)算

由于噪聲設(shè)計(jì)時(shí)旁邊的居民樓還未建設(shè)，因此無(wú)法實(shí)測(cè)到居民樓處的噪聲超標(biāo)量，為此采用Cadna/A軟件進(jìn)行聲學(xué)計(jì)算，設(shè)計(jì)輸入采用實(shí)測(cè)的源強(qiáng)。

圖1和圖2分別是8樓和3樓高度的水平聲場(chǎng)分布圖。

根據(jù)環(huán)評(píng)批復(fù)文件，居民樓處執(zhí)行《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的2類(lèi)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)聲學(xué)計(jì)算可知，擬新建居民樓處晝間噪聲最大超標(biāo)約6dB(A)，夜間最大超標(biāo)達(dá)16dB(A)，超標(biāo)嚴(yán)重。能源站北側(cè)現(xiàn)有別墅區(qū)夜間超標(biāo)約5dB(A)。

3.3 噪聲治理措施

（1）噪聲治理方案的確定

根據(jù)上述計(jì)算可知，居民樓處噪聲最大超標(biāo)16dB(A)，需采用全封閉隔聲罩的降噪措施，即在冷卻塔的出風(fēng)口加裝高消聲量的出風(fēng)消聲器，并在隔聲罩的外墻上設(shè)置進(jìn)風(fēng)消聲百葉。采取全封閉隔聲罩后，冷卻塔需從消聲百葉進(jìn)風(fēng)，然后通過(guò)出風(fēng)消聲器排風(fēng)，冷卻塔通風(fēng)的阻力會(huì)增大50Pa以上。而在噪聲治理前，冷卻塔的通風(fēng)量已經(jīng)不夠，并且影響到冷卻塔的冷卻性能，因此如果再加裝隔聲罩的話，通風(fēng)阻力增大，冷卻塔的通風(fēng)量會(huì)進(jìn)一步下降，冷卻塔的性能也會(huì)下降，將會(huì)影響冷卻塔的正常使用，因此全封閉隔聲罩的方案行不通。

既要降低噪聲，不影響冷卻塔的性能甚至要提升冷卻塔的性能，冷卻塔風(fēng)機(jī)改造是一種行之有效的措施。將冷卻塔原有的風(fēng)機(jī)更換為專(zhuān)用的低噪聲風(fēng)機(jī)，這樣既可以大幅降低風(fēng)機(jī)噪聲，還可以根據(jù)需要來(lái)提高風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓，從而提升冷卻塔的性能。

根據(jù)冷卻塔的性能要求進(jìn)行計(jì)算，更換低噪聲風(fēng)機(jī)可取得10dB(A)的降噪量，但由于噪聲超標(biāo)量大，除了更換低噪聲風(fēng)機(jī)外，還需采取其它輔助的隔聲降噪措施。

（2）低噪聲風(fēng)機(jī)的選型

冷卻塔風(fēng)機(jī)噪聲與葉片速度的6次方成正比，因此為了降低風(fēng)機(jī)噪聲，需降低風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，但同時(shí)要確保風(fēng)機(jī)的風(fēng)量不降低而且能夠有所增大，從而保證冷卻塔的性能。

低噪聲風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)選型時(shí)一般需要考慮以下因素。

①風(fēng)機(jī)的風(fēng)量（不降低或者有所增大）。

②風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

③風(fēng)機(jī)的葉型及數(shù)量。

④風(fēng)機(jī)減速比的選配。

⑤風(fēng)機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)。

⑥電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率。

由于噪聲超標(biāo)量大，除了更換低噪聲風(fēng)機(jī)外，還需采取其他輔助的隔聲降噪措施，這會(huì)使風(fēng)機(jī)進(jìn)出口的靜壓增加，所以更換風(fēng)機(jī)的同時(shí)，提高軸功率至18.5kW（原來(lái)11kW），使風(fēng)量增大至3300m3/min。

根據(jù)上述的相關(guān)要求，所選型的低噪聲風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)如下。

①轉(zhuǎn)速：由250RPM降至160RPM。

②葉片寬度：370mm。

③葉片數(shù)量：6片。

④葉片材質(zhì)：FRP，輪轂采用金屬模成型，葉片用不銹鋼U型碼連接，無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)角度，高強(qiáng)度、耐腐蝕。

⑤風(fēng)量：3300m3/min。

（3）低噪聲風(fēng)機(jī)輔助系統(tǒng)改造

①更換減速機(jī)：更換低噪聲風(fēng)機(jī)后，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低了，因此減速機(jī)也需更換，使得減速比與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速相匹配。

②更換電機(jī)：風(fēng)機(jī)的軸功率從11kW提高到18.5kW，因此電機(jī)及電纜需進(jìn)行更換。同時(shí)將電機(jī)改為內(nèi)置式，有利于降低電機(jī)噪聲的影響。

③更換風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)：改造前冷卻塔的風(fēng)機(jī)是懸掛在風(fēng)筒上緣的，電機(jī)和減速機(jī)置于風(fēng)筒之上；改造后，將電機(jī)和減速機(jī)移到風(fēng)筒內(nèi)，更換風(fēng)機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)，采用下支撐的形式，支撐固定在塔體內(nèi)。

④更換風(fēng)筒：更換低噪聲風(fēng)機(jī)后，原有風(fēng)筒與風(fēng)機(jī)不匹配，尖端間隙過(guò)大，影響風(fēng)量，因此對(duì)風(fēng)筒進(jìn)行更換，確保葉片與風(fēng)筒之間保持合理的間隙。

（4）輔助降噪措施

為進(jìn)一步降低冷卻塔風(fēng)機(jī)噪聲及淋水噪聲對(duì)居民的影響，分別對(duì)風(fēng)機(jī)出風(fēng)口和冷卻塔進(jìn)風(fēng)面采取了消聲、隔聲措施。

風(fēng)機(jī)出風(fēng)口加裝排風(fēng)消聲器。每一組冷卻塔合并安裝一臺(tái)大型的排風(fēng)消聲器，排風(fēng)消聲器采用片式阻性消聲器，消聲片的厚度根據(jù)風(fēng)機(jī)噪聲的頻率特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高消聲性能。排風(fēng)消聲器的底部與塔頂之間預(yù)留了1.8m的空間，方便巡檢。排風(fēng)消聲器將電機(jī)及減速機(jī)也圍隔在內(nèi)，同時(shí)可降低電機(jī)及減速機(jī)的噪聲。

為保證冷卻塔有足夠的進(jìn)風(fēng)量，將靠近冷卻塔的實(shí)心墻更換為消聲百葉窗，其既可以降低進(jìn)風(fēng)面噪聲對(duì)居民的影響，又不影響冷卻塔進(jìn)風(fēng)。冷卻塔安裝區(qū)域的四周都有墻，為降低冷卻塔進(jìn)風(fēng)面噪聲對(duì)居民的影響，對(duì)冷卻塔進(jìn)風(fēng)面的上部進(jìn)行隔聲圍擋，隔聲圍擋和四周的實(shí)心墻相結(jié)合完全將冷卻塔的進(jìn)風(fēng)面遮擋住，達(dá)到降低進(jìn)風(fēng)面“直達(dá)聲”影響的效果。

3.4 噪聲治理效果

（1）噪聲達(dá)標(biāo)

冷卻塔更換低噪聲風(fēng)機(jī)后，風(fēng)筒45°、1m處的降噪量為8～10dB(A)，200Hz以下低頻段的降噪量為4～5dB，達(dá)到了預(yù)期的降噪效果。

低噪聲風(fēng)機(jī)改造后，又采取了出風(fēng)口加裝排風(fēng)消聲器和進(jìn)風(fēng)面增加隔聲圍擋的措施，最終經(jīng)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，居民窗外1m處的噪聲均低于49dB(A)，滿足《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的2類(lèi)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)；居民室內(nèi)在關(guān)窗情況下的噪聲均低于37dB(A)，滿足《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，噪聲全面達(dá)標(biāo)。

（2）冷卻塔性能提升

冷卻塔噪聲治理實(shí)施完成后，經(jīng)測(cè)試，冷卻塔的風(fēng)量較治理前增大了5%～10%，冷卻塔的性能不但沒(méi)受影響，反而有所提升。

4 結(jié)語(yǔ)

冷卻塔是降噪工程中經(jīng)常碰到的噪聲源，常規(guī)的降噪方法是在噪聲傳播途徑上采取被動(dòng)的隔聲措施，如隔聲罩、出風(fēng)消聲器、聲屏障等，這些降噪措施都會(huì)使冷卻塔的通風(fēng)阻力增大，影響冷卻塔的冷卻性能，還會(huì)增大用電量，使運(yùn)營(yíng)成本上升。而冷卻塔風(fēng)機(jī)的低噪聲改造是一種主動(dòng)降噪技術(shù)，從源頭降低冷卻塔的風(fēng)機(jī)噪聲，從而使冷卻塔整體噪聲能夠大幅度地降低，而且不影響冷卻塔的性能、用電量、檢修等。筆者在實(shí)際工程中成功應(yīng)用了冷卻塔風(fēng)機(jī)的低噪聲改造技術(shù)，并取得了很好的降噪效果，深刻地體會(huì)到風(fēng)機(jī)低噪聲改造技術(shù)在冷卻塔降噪工程中會(huì)有良好的應(yīng)用前景。