CadnaA環(huán)境噪聲模擬軟件在水泥廠噪聲治理中的應(yīng)用

楊 帥（安徽海螺建材設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,安徽 蕪湖 241000）

0 引言

隨著國家對(duì)環(huán)保要求的提高，水泥廠運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲對(duì)外部環(huán)境的影響越來越受到關(guān)注。本文以水泥廠為例，利用CadnaA環(huán)境噪聲模擬軟件建立水泥廠的噪聲分布模型，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)相應(yīng)的噪聲治理方案，并對(duì)治理后廠界噪聲排放情況進(jìn)行模擬預(yù)測，為降噪方案提供理論依據(jù)，確保治理后能達(dá)到預(yù)期要求。

1 研究內(nèi)容

本次治理的水泥廠建有三套Φ4.2m×13m球磨機(jī)+輥壓機(jī)聯(lián)合水泥粉磨系統(tǒng)，年產(chǎn)高標(biāo)號(hào)水泥330萬t。水泥廠東側(cè)有規(guī)劃建設(shè)的停車場，廠區(qū)南側(cè)主要是農(nóng)田，有少量住戶距廠界約200m，西側(cè)路口鎮(zhèn)商品房住宅區(qū)為主要噪聲敏感區(qū)，距廠界圍墻約170m。由于水泥生產(chǎn)的粉磨設(shè)備、大型電機(jī)、多種類型工藝風(fēng)機(jī)和原料輸送設(shè)備均會(huì)產(chǎn)生不同頻譜的噪聲，各種噪聲相互干擾、疊加造成了廠界噪聲超標(biāo)。

1.1 水泥廠噪聲現(xiàn)狀

西側(cè)廠界圍墻處噪聲值約72.8～75.1 dB（A）,南側(cè)廠界處噪聲值約68～70.2dB（A）,西側(cè)河對(duì)岸住宅區(qū)敏感點(diǎn)處噪聲值約68 dB（A）。

水泥廠內(nèi)主要噪聲源分布見圖1和表1，包括：

（1）粉磨設(shè)備：水泥廠生產(chǎn)流程中的球磨機(jī)、立磨、輥壓機(jī)等粉磨設(shè)備，運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的機(jī)械噪聲及物料碰撞噪聲，呈低頻特性，可達(dá)到100dB以上；

（2）設(shè)備機(jī)房：主電機(jī)房、水泵房、羅茨風(fēng)機(jī)房、空壓機(jī)站等機(jī)房內(nèi)，設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲，大多是低頻噪聲；

（3）物料運(yùn)輸：動(dòng)力設(shè)備（皮帶機(jī)、風(fēng)機(jī)，斗提等）運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的機(jī)械噪聲，石灰石原料在運(yùn)輸過程中也會(huì)產(chǎn)生碰撞噪聲，整體呈低頻特性；

（4）除塵設(shè)備：收塵器主要產(chǎn)生噪聲的部位為配套風(fēng)機(jī)及風(fēng)機(jī)排風(fēng)口，以及除塵器頂部的脈沖閥。其中，配套風(fēng)機(jī)噪聲一般在85～95dB，排風(fēng)口空氣動(dòng)力性噪聲可達(dá)到90dB以上，脈沖閥排氣放空噪聲瞬時(shí)噪聲可達(dá)到100dB以上。

1.2 國家標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，該水泥廠屬于其中的2類環(huán)境功能區(qū)，即廠界噪聲排放限值為晝間60dB（A），夜間50 dB（A）。

圖1 水泥廠主要噪聲源分布圖

表1 廠區(qū)主要噪聲源噪聲實(shí)測數(shù)據(jù)表 dB（A）

2 噪聲預(yù)測及分析

工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)見表2。根據(jù)水泥廠現(xiàn)場采集的噪聲數(shù)據(jù)，對(duì)水泥廠的噪聲分布進(jìn)行模擬預(yù)測，分析研究CadnaA軟件的應(yīng)用。

2.1 CadnaA軟件

CadnaA系統(tǒng)是一套基于ISO9613標(biāo)準(zhǔn)方法、利用WINDOWS作為操作平臺(tái)的噪聲模擬和控制軟件，該系統(tǒng)適用于工業(yè)設(shè)施、公路、鐵路等多種噪聲源的影響評(píng)測、評(píng)價(jià)、工程設(shè)計(jì)與控制對(duì)策研究。

CadnaA軟件特點(diǎn)：

（1）CadnaA具有較強(qiáng)的計(jì)算模擬功能，可同時(shí)預(yù)測各種噪聲源（點(diǎn)聲源、線聲源、面聲源）的復(fù)合疊加影響。

（2）對(duì)聲源和預(yù)測點(diǎn)的數(shù)量沒有限制，噪聲源的輻射聲壓級(jí)和計(jì)算結(jié)果既可以用A計(jì)權(quán)值表示，也可以用不同頻段的聲壓值表示。

（3）從聲源定義、參數(shù)設(shè)定、模擬計(jì)算到結(jié)果表述與評(píng)價(jià)構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換并具有多種數(shù)據(jù)輸入接口和輸出方式。

（4）三維彩色圖形的輸出方式，使預(yù)測結(jié)果可視化和形象化。

表2 工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn) dB（A）

2.2 聲學(xué)理論

根據(jù)已獲得的聲源強(qiáng)度的數(shù)據(jù)和各聲源到預(yù)測點(diǎn)的聲波傳播條件資料，計(jì)算出噪聲從各聲源傳播到預(yù)測點(diǎn)的聲衰減量，由此計(jì)算出各聲源單獨(dú)作用在預(yù)測點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的A聲級(jí)。

式中：Leqg為建設(shè)項(xiàng)目聲源在預(yù)測點(diǎn)的等效聲級(jí)貢獻(xiàn)值，dB（A）；LPi為i聲源在預(yù)測點(diǎn)產(chǎn)生的A聲級(jí)，dB（A）；t為預(yù)測計(jì)算的時(shí)間段，s；ti為i聲源在t時(shí)段內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間，s。

預(yù)測計(jì)算時(shí)間段和聲源在t時(shí)段內(nèi)運(yùn)行時(shí)間相同，噪聲源疊加聲級(jí)計(jì)算公式為：

式中：LP—聲源的總A聲級(jí)，dB（A）；LP1，LP2，LPn—單個(gè)噪聲源的A聲級(jí)，dB（A）。

聲波在傳播過程中經(jīng)過一系列反射、散射等過程后，聲能量會(huì)發(fā)生衰減，根據(jù)HJ2.4—2009《環(huán)境影響評(píng)價(jià)導(dǎo)則聲環(huán)境》戶外聲傳播衰減包括幾何發(fā)散、大氣吸收、地面效應(yīng)、屏障屏蔽、其他多方面效應(yīng)引起的衰減。

點(diǎn)聲源的幾何發(fā)散衰減公式：

式中：Adiv—幾何發(fā)散引起的衰減；Aatm—大氣吸收引起的衰減；Agr—地面效應(yīng)引起的衰減；Abar—屏障引起的衰減；Amisc—其他多方面引起的衰減。

點(diǎn)聲源的幾何發(fā)散衰減公式：

線聲源的幾何發(fā)散衰減公式：

空氣吸收引起的衰減公式：

式中：r1—預(yù)測點(diǎn)距離聲源的距離；r0—聲源參考點(diǎn)距離聲源的距離；α為大氣吸收衰減系數(shù)。

2.3 模型建立

2.3.1 地形參數(shù)的選擇

水泥廠廠址地形較為平坦，為減少建模和預(yù)測時(shí)間，模擬研究中地面標(biāo)高全部按0m取值。

2.3.2 主要設(shè)施模型

根據(jù)該水泥廠總平面圖及各子項(xiàng)圖紙中的主要建筑物平面和剖面參數(shù)，建立所有可能對(duì)噪聲源分布和傳播產(chǎn)生影響的設(shè)施模型，廠界圍墻按2.5m高度建模。

2.3.3 噪聲源的篩選優(yōu)化

水泥廠屬于大型的工業(yè)項(xiàng)目，廠區(qū)內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備眾多，種類數(shù)量較多。各種設(shè)施設(shè)備在運(yùn)行過程中均會(huì)產(chǎn)生不同程度的噪聲，部分設(shè)施的噪聲較小，相對(duì)于整個(gè)廠區(qū)來說，基本可以忽略。內(nèi)部噪聲源設(shè)備很多的建筑物，可以對(duì)其進(jìn)行整合優(yōu)化，以減化廠區(qū)的建模過程，縮短每次計(jì)算所需的時(shí)間。

（1）建筑墻體本身具有一定的隔聲特性，對(duì)室內(nèi)噪聲傳播至室外起阻隔效果。當(dāng)周邊有其他高噪聲源設(shè)施存在時(shí)，建筑內(nèi)的低噪聲源設(shè)施在被墻體阻隔后，對(duì)外界基本沒有明顯影響。

模擬分析不會(huì)單獨(dú)考慮噪聲強(qiáng)度在70dB以下的室內(nèi)聲源。

（2）相對(duì)于整個(gè)廠區(qū)的大小以及距離廠界的距離，水泥廠內(nèi)類似除塵風(fēng)機(jī)、供風(fēng)風(fēng)機(jī)等設(shè)備，可按照點(diǎn)聲源計(jì)算。

對(duì)于內(nèi)部聲源眾多、分布復(fù)雜的有門窗建筑物，在建筑內(nèi)部設(shè)置相應(yīng)的垂直面聲源，等效建筑內(nèi)部各噪聲源對(duì)外界的影響。

（3）對(duì)于水泥廠內(nèi)分布較多的物料運(yùn)輸廊道，根據(jù)其與廠界的距離，等效設(shè)置成線聲源或垂直面聲源。

2.3.4 地面吸收

軟件默認(rèn)的地面吸收G值為1，相當(dāng)于柔軟的地面。水泥廠內(nèi)地面多為建筑物和硬化的地面，總體的G值可以根據(jù)廠區(qū)內(nèi)部的綠化面積，取0～1之間的值。

2.4 廠區(qū)噪聲分布模擬

通過以上步驟，將廠區(qū)內(nèi)各建筑物與噪聲源建模完成后，選定計(jì)算區(qū)域，將計(jì)算網(wǎng)格的大小選擇為3m×3m（網(wǎng)格越小，計(jì)算結(jié)果越接近實(shí)際情況，但每次計(jì)算時(shí)間越長），受聲點(diǎn)高度選3m（廠界噪聲排放國家標(biāo)準(zhǔn)中，廠界測點(diǎn)的位置比廠界圍墻高0.5m）。設(shè)置完成后利用軟件的網(wǎng)格計(jì)算功能進(jìn)行網(wǎng)格計(jì)算，得到該水泥廠的噪聲分布現(xiàn)狀模擬結(jié)果，見圖2。

圖2 廠區(qū)噪聲分布現(xiàn)狀模擬結(jié)果

根據(jù)CadnaA軟件的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測的廠界噪聲數(shù)據(jù)對(duì)比分析，模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)誤差不超過2dB，能夠較精確反應(yīng)整片廠區(qū)的噪聲分布情況。

由以上計(jì)算結(jié)果可知，西側(cè)廠界預(yù)測點(diǎn)噪聲排放超標(biāo)最為嚴(yán)重，超過GB12348—2008中2類功能區(qū)夜間標(biāo)準(zhǔn)25dB以上，南側(cè)和西側(cè)廠界預(yù)測點(diǎn)也超標(biāo)15dB以上。廠區(qū)內(nèi)對(duì)廠界噪聲排放影響最大為水泥粉磨區(qū)域產(chǎn)生的噪聲，距離廠界較近的風(fēng)機(jī)、皮帶機(jī)等設(shè)備噪聲對(duì)廠界噪聲排放也有較大的貢獻(xiàn)。

2.5 噪聲治理措施

分析CadnaA軟件的模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)針對(duì)性治理措施。優(yōu)先從源頭治理，其他途徑配合治理。

（1）水泥粉磨車間的門窗，換成隔聲性能優(yōu)良的專用隔聲門、窗；車間墻體上開孔進(jìn)行密封處理；為保證車間內(nèi)部的通風(fēng)散熱，墻體上安裝進(jìn)風(fēng)消聲器及主動(dòng)排風(fēng)消聲器；水泥粉磨車間外的主排風(fēng)機(jī)管道口安裝出風(fēng)消聲器。預(yù)計(jì)治理完成后，此區(qū)域噪聲可降低15～20dB。

（2）距離廠界較近的風(fēng)機(jī)設(shè)備安裝隔聲罩，風(fēng)機(jī)出風(fēng)口安裝消聲器；東廠界及南廠界的廊道做密封隔聲處理。預(yù)計(jì)治理完成后，各噪聲源噪聲可降低約20dB。

（3）西廠界距離水泥粉磨車間太近，噪聲超標(biāo)較嚴(yán)重。為保證西廠界噪聲排放達(dá)標(biāo)，在西廠界圍墻內(nèi)增加一段6m高聲屏障。預(yù)計(jì)聲屏障安裝后，西廠界噪聲可降低約10dB。

2.6 模擬治理后廠區(qū)噪聲分布

根據(jù)上述治理措施，調(diào)整水泥廠的CadnaA模型參數(shù)，預(yù)測廠區(qū)的噪聲分布，見圖3。

圖3 廠區(qū)降噪治理后噪聲分布模擬結(jié)果

模擬預(yù)測的結(jié)果顯示，經(jīng)降噪治理后水泥廠東、南和西廠界區(qū)域噪聲排放均達(dá)到GB12348—2008中2類功能區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語

由于水泥廠內(nèi)噪聲設(shè)備分布廣、數(shù)量多，廠界各敏感點(diǎn)噪聲疊加，很難用理論公式計(jì)算分析。借助CadnaA軟件可使噪聲分析過程精確簡捷，可直觀顯示治理效果，且通過參數(shù)調(diào)整可確保達(dá)到預(yù)期效果。