陳幸幸，張曉杰

（四川正升聲學(xué)科技有限公司，成都 611130）

CadnaA在自然通風(fēng)冷卻塔降噪中的應(yīng)用

陳幸幸，張曉杰

（四川正升聲學(xué)科技有限公司，成都 611130）

基于德國(guó)DataK ustik公司開(kāi)發(fā)的CadnaA計(jì)算機(jī)輔助軟件，通過(guò)兩座自然通風(fēng)冷卻塔降噪項(xiàng)目，簡(jiǎn)要介紹了該軟件的應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、建筑物的建模及反射損失的設(shè)置、地勢(shì)信息的導(dǎo)入、降噪措施的設(shè)置等，預(yù)測(cè)了自然通風(fēng)冷卻塔在治理前后對(duì)周?chē)暛h(huán)境的影響，并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，結(jié)果表明預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值相差較小。

聲學(xué)；CadnaA；自然通風(fēng)冷卻塔；預(yù)測(cè)

Cadna A系統(tǒng)是一套基于ISO 9613標(biāo)準(zhǔn)方法、利用WINDOWS作為操作平臺(tái)的聲學(xué)模擬軟件，廣泛適用于多種噪聲源的預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)、工程設(shè)計(jì)和研究，以及城市噪聲規(guī)劃等工作，其中包括工業(yè)設(shè)施、公路和鐵路、機(jī)場(chǎng)及其它噪聲設(shè)備。

Cadna A軟件計(jì)算原理源于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定的ISO 9613—2：1996《戶(hù)外聲傳播的衰減的計(jì)算方法》。我國(guó)公布的GB/T17247.2—1998《聲學(xué)戶(hù)外聲傳播的衰減第2部分：一般計(jì)算方法》，等效采用了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定的ISO9613—2：1996標(biāo)準(zhǔn)。本文利用Canda A軟件建立了貴州盤(pán)縣電廠(chǎng)“上大壓小”改建工程#1機(jī)組（1×660 MW）#1、#2自通風(fēng)冷卻塔的聲學(xué)模型，簡(jiǎn)要介紹了軟件的應(yīng)用，預(yù)測(cè)了噪聲治理前后周邊環(huán)境聲場(chǎng)分布狀況，并與降噪后的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)聲壓級(jí)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值的差值較小。

1 項(xiàng)目資料

貴州盤(pán)縣電廠(chǎng)“上大壓小”改建工程#1機(jī)組（1× 660 MW）#1、#2自通風(fēng)冷卻塔塔高90 m，水池外徑為73.546 m，進(jìn)風(fēng)口高5.8 m，淋水面積為3 500 m2，布置圖如下圖所示。

圖1 自然通風(fēng)冷卻塔布置圖

根據(jù)環(huán)評(píng)要求，貴州盤(pán)縣電廠(chǎng)廠(chǎng)界噪聲值需達(dá)到《工業(yè)企業(yè)廠(chǎng)界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》GB12348—2008的3類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，即晝間≤65 dB(A)，夜間≤55 dB (A)[1]。

2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及參數(shù)設(shè)置

Cadna A軟件在工業(yè)污染源噪聲控制中的應(yīng)用主要通過(guò)以下幾個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)：

（1）建立工業(yè)污染源實(shí)際的三維幾何模型，將建筑物的幾何參數(shù)、聲源的聲功率級(jí)和指向性、地形參數(shù)、其它障礙物參數(shù)、氣象條件、聲場(chǎng)的計(jì)算范圍、環(huán)境噪聲敏感點(diǎn)的空間位置等輸入模型中；

（2）對(duì)室外聲場(chǎng)進(jìn)行分析計(jì)算，給出計(jì)算結(jié)果和室外聲場(chǎng)模擬圖形；

（3）利用軟件中專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)每一個(gè)噪聲源在各環(huán)境噪聲敏感點(diǎn)的噪聲貢獻(xiàn)值進(jìn)行分析，確定導(dǎo)致該環(huán)境噪聲敏感點(diǎn)噪聲超標(biāo)的聲源個(gè)數(shù)，并且確定這些聲源的噪聲控制目標(biāo)值[2]。

2.1 噪聲數(shù)據(jù)

自然通風(fēng)冷卻塔的噪聲源為落水區(qū)下的巨大圓形水面，為塔內(nèi)冷卻落水對(duì)池水的大面積連續(xù)的液體間撞擊產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)水噪聲[3]。采用自然通風(fēng)冷卻塔落水噪聲的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行噪聲分布的預(yù)測(cè)，見(jiàn)表1。

表1 自然通風(fēng)冷卻塔落水噪聲頻譜

在Candna A軟件應(yīng)用中，利用表中頻譜數(shù)據(jù)作為單位面積聲功率，并進(jìn)行加權(quán)，通過(guò)建模計(jì)算，使得距離雙曲線(xiàn)冷卻塔水池壁外1 m處的聲壓級(jí)與實(shí)測(cè)聲壓級(jí)一致。

2.2 平面布置圖

平面布置圖決定了自然通風(fēng)冷卻塔及其他建筑物的分布，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果具有十分重要的影響，自然通風(fēng)冷卻塔平面布置圖見(jiàn)圖1。

2.3 建筑物高度及反射損失

建筑物在聲學(xué)建模中起到聲屏障的作用，其高度直接影響聲學(xué)計(jì)算的結(jié)果。此外，建筑物的表面對(duì)聲波有反射作用，表面越堅(jiān)硬，對(duì)聲音的反射能力越強(qiáng)。在室外，建筑物之間的多次反射亦會(huì)造成廠(chǎng)區(qū)內(nèi)部及廠(chǎng)界的噪聲值增大。因此，根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)置其反射損失的大小，是聲學(xué)預(yù)測(cè)中十分重要的部分，自然通風(fēng)冷卻塔及周邊民房的聲學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 建筑物高度、結(jié)構(gòu)及反射損失

在Cadna A軟件中，可根據(jù)建筑物外表面的材質(zhì)設(shè)置相應(yīng)的反射損失，如一般建筑物表面可設(shè)置為2 dB(A)。

2.4 高程值

地勢(shì)的變化對(duì)聲學(xué)計(jì)算有很大的影響，地勢(shì)高的部分相當(dāng)于聲屏障的作用，本項(xiàng)目地勢(shì)局部有坡地，高度約為2.5 m。

2.5 模型的建立

自然通風(fēng)冷卻塔落水噪聲的聲源為內(nèi)置的一片圓形水面，聲波通過(guò)進(jìn)風(fēng)口向外傳播，所以可將進(jìn)風(fēng)口視為聲源邊緣。本文采用Cylinder模擬自然通風(fēng)冷卻塔塔體，利用vert.Area Source在緊貼塔體外側(cè)設(shè)置一高為5.8 m的豎直面聲源來(lái)模擬冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口，輸入自然通風(fēng)冷卻塔落水噪聲頻譜，使得離進(jìn)風(fēng)口1 m，離地面高度1.2 m處的聲壓級(jí)為86.8 dB (A)。自然通風(fēng)冷卻塔三維模型如圖2所示。

圖2 自然通風(fēng)冷卻塔三維模型

2.6 測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)點(diǎn)位于靠近冷卻塔一側(cè)的廠(chǎng)界處，離地面的高度為1.2 m，布置如圖3所示。在Candna A軟件中，可利用Receiver進(jìn)行測(cè)點(diǎn)的設(shè)置，且可看到每個(gè)聲源對(duì)某一特定測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)貢獻(xiàn)值。

圖3 測(cè)點(diǎn)分布圖

3 計(jì)算結(jié)果

自然通風(fēng)冷卻塔龐大特殊的弧面出聲口使“附近區(qū)域”內(nèi)的聲波并不立即按“點(diǎn)聲源”的距離衰減規(guī)律衰減，在這個(gè)由近及遠(yuǎn)的“附近區(qū)域”內(nèi)存在著一個(gè)按“面聲源”（幾乎不衰減）及至“線(xiàn)聲源”（距離每增加一倍聲能衰減3 dB）的距離衰減規(guī)律的過(guò)渡區(qū)域，只有當(dāng)受聲點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)）外移至可將冷卻塔的環(huán)形進(jìn)風(fēng)口視為一個(gè)“點(diǎn)”以外的后方，聲波才開(kāi)始按“點(diǎn)聲源”（距離每增加一倍聲能衰減6 dB）的距離衰減規(guī)律衰減[4]。

根據(jù)前述設(shè)計(jì)輸入和聲學(xué)計(jì)算方法，計(jì)算了廠(chǎng)界接收點(diǎn)的聲壓級(jí)以及離地面高度1.2 m所在平面的網(wǎng)格聲地圖。廠(chǎng)界接收點(diǎn)高度為1.2 m，網(wǎng)格大小為1 m×1 m，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

圖4 冷卻塔周邊區(qū)域聲地圖（治理前）

由圖4可以看到，廠(chǎng)界接收點(diǎn)的噪聲值最高達(dá)77.9 dB(A)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了《工業(yè)企業(yè)廠(chǎng)界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》GB12348-2008的3類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，即夜間≤55 dB (A)的限值。

4 治理措施

貴州盤(pán)縣電廠(chǎng)廠(chǎng)區(qū)內(nèi)噪聲源眾多，由于目前只針對(duì)#1、#2自通風(fēng)冷卻塔塔進(jìn)行噪聲治理，因此本文只關(guān)注靠近冷卻塔一側(cè)的廠(chǎng)界噪聲值達(dá)標(biāo)問(wèn)題。按照《工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50102—2003）的規(guī)定：“根據(jù)冷卻塔的通風(fēng)要求，塔與其他建筑物的凈距不應(yīng)小于塔的進(jìn)風(fēng)口高的2倍”[5]。本工程中冷卻塔進(jìn)風(fēng)口高度為5.8 m，理論上要求冷卻塔進(jìn)風(fēng)口外11.6 m以?xún)?nèi)區(qū)域不得有遮擋物。因此，本工程在設(shè)計(jì)降噪方案時(shí)參考該設(shè)計(jì)規(guī)范及現(xiàn)場(chǎng)踏勘資料，對(duì)#1號(hào)塔采用消聲導(dǎo)流片和聲屏障相結(jié)合的措施，#2號(hào)塔采用消聲導(dǎo)流片的措施。

根據(jù)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的噪聲值現(xiàn)狀，可以通過(guò)CadnaA計(jì)算機(jī)輔助軟件，尋求最佳的降噪方案。在CadnaA中，將模擬冷卻塔淋水噪聲的豎直面聲源分解為若干個(gè)小聲源，分別計(jì)算每個(gè)聲源對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的噪聲貢獻(xiàn)值，然后結(jié)合降噪目標(biāo)，確定消聲導(dǎo)流片所需降噪量，以及消聲導(dǎo)流片所占圓弧的長(zhǎng)度，使得各個(gè)測(cè)點(diǎn)處的噪聲值滿(mǎn)足降噪要求，保留一定余量的同時(shí)，盡量減少消聲導(dǎo)流片的長(zhǎng)度，避免設(shè)計(jì)過(guò)量。針對(duì)聲屏障高度的設(shè)計(jì)問(wèn)題，可利用Cadna A計(jì)算機(jī)輔助軟件，計(jì)算聲屏障不同高度對(duì)測(cè)點(diǎn)處聲壓級(jí)的影響，經(jīng)過(guò)多次嘗試，尋求最佳的聲屏障高度，使得測(cè)點(diǎn)處的聲壓級(jí)滿(mǎn)足降噪目標(biāo)。按照上述方法確定如下降噪措施。

4.1 1#冷卻塔降噪措施

（1）第1段（弧長(zhǎng)約66 m）消聲導(dǎo)流片長(zhǎng)2 500 mm，片厚120 mm，通流面積為50%，降噪前距離冷卻塔進(jìn)風(fēng)口1 m處聲壓級(jí)為86.8 dB(A)，降噪后為64.6 dB(A)，降噪量為22.2 dB(A)。

（2）第2段（弧長(zhǎng)約45 m）消聲導(dǎo)流片長(zhǎng)1 500 mm，片厚120 mm，通流面積為50%，降噪前距離冷卻塔進(jìn)風(fēng)口1 m處聲壓級(jí)為86.5 dB(A)，降噪后為70.9 dB(A)，降噪量為15.6 dB(A)。

（3）第3段（弧長(zhǎng)約26 m）消聲導(dǎo)流片長(zhǎng)1 200 mm，片厚120 mm，通流面積為50%，降噪前距離冷卻塔進(jìn)風(fēng)口1 m處聲壓級(jí)為86.2 dB(A)，降噪后為74.5 dB(A)，降噪量為11.7 dB(A)。

（4）L型聲屏障，與消聲導(dǎo)流片連接，高度11 m。

圖5 1#自然通風(fēng)冷卻塔降噪措施示意圖

4.2 2#冷卻塔降噪措施

2#冷卻塔設(shè)計(jì)約180°消聲導(dǎo)流片（弧長(zhǎng)約125 m）長(zhǎng)1 200 mm，片厚120 mm，通流面積為50%，降噪前距離冷卻塔進(jìn)風(fēng)口1 m處聲壓級(jí)為87.4 dB(A)，降噪后為74.0 dB(A)，降噪量為13.4 dB(A)。

圖6 2#自然通風(fēng)冷卻塔降噪措施示意圖

5 降噪效果

根據(jù)上述降噪措施，在Cadna A軟件中輸入各段消聲導(dǎo)流片的插入損失，見(jiàn)圖7。

圖7 消聲導(dǎo)流片插入損失

聲屏障的設(shè)置如圖8所示，反射損失根據(jù)聲屏障表面的材質(zhì)進(jìn)行設(shè)置，可在下圖界面中選擇反射類(lèi)型，如光滑表面的反射損失為1，一般建筑物表面的反射損失為2 dB(A)，強(qiáng)吸聲表面則為8 dB(A)，由軟件自動(dòng)生成。

圖8 聲屏障反射損失的設(shè)置

根據(jù)上述設(shè)置，計(jì)算得到降噪后的聲地圖，見(jiàn)圖9。

圖9 冷卻塔周邊區(qū)域聲地圖（治理后）

由于兩臺(tái)自然通風(fēng)冷卻塔周?chē)须姀S(chǎng)內(nèi)部的其他噪聲源，因此，本文選擇受背景噪聲影響較小的西側(cè)接收點(diǎn)用于預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值的比較。由圖9可以看到，接受點(diǎn)的聲壓級(jí)均小于《工業(yè)企業(yè)環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 12348—2008的3類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，即晝間≤65 dB(A)，夜間≤55 dB(A)的限值。由于自然通風(fēng)冷卻塔晝夜運(yùn)行工況相同，因此以夜間55 dB(A)作為降噪設(shè)計(jì)的目標(biāo)值。

在貴州盤(pán)縣電廠(chǎng)“上大壓小”改建工程#1機(jī)組（1×660 MW）#1、#2自通風(fēng)冷卻塔噪聲治理項(xiàng)目完工后，對(duì)上述接收點(diǎn)進(jìn)行聲壓級(jí)的測(cè)量，測(cè)量方法按照GB 12348-2008《工業(yè)企業(yè)廠(chǎng)界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》中“5測(cè)量方法”執(zhí)行。同時(shí)，在Cadna A軟件中的接收布置和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)布置一致。軟件預(yù)測(cè)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果比較如表3所示。

表3 預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值的比較

利用Cadna A軟件計(jì)算選定豎直面，計(jì)算得到的數(shù)豎直面上的聲壓級(jí)分布如圖10所示，可以看到，安裝消聲導(dǎo)流片一側(cè)，聲壓級(jí)明顯降低。

圖10 豎直面聲壓級(jí)分布圖

6 結(jié)語(yǔ)

基于貴州盤(pán)縣電廠(chǎng)“上大壓小”改建工程#1機(jī)組（1×660 MW）#1、#2自通風(fēng)冷卻塔噪聲治理項(xiàng)目，利用聲學(xué)預(yù)測(cè)軟件Cadna A進(jìn)行自然通風(fēng)冷卻塔周邊地區(qū)聲地圖的模擬，并利用軟件確定性?xún)r(jià)比最優(yōu)的噪聲治理方案，得到治理后的聲能量分布狀況，計(jì)算了單個(gè)接收點(diǎn)以及區(qū)域網(wǎng)格聲地圖，并將計(jì)算結(jié)果與噪聲治理工程完工后的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，結(jié)果表明兩者的差別較小。

[1]GB 12348-2008.工業(yè)企業(yè)廠(chǎng)界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]仇豐.風(fēng)電場(chǎng)噪聲預(yù)測(cè)模型[J].噪聲與振動(dòng)控制，2012 (05).

[3]張懷軍.自然通風(fēng)冷卻塔噪聲源控制研究[J].噪聲與振動(dòng)控制，2009(01).

[4]HJ2.4—2009.環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則聲環(huán)境[S].

[5]GB/T 50102—2003.工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Application of CadnaAto Noise Reduction Prediction of Natural Ventilation Cooling Towers

CHEN Xing-xing,ZHANG Xiao-jie
(Sichuan ZisenAcoustics Technology Co.Ltd.,Chengdu 611130,China)

Two natural ventilation cooling towers were modeled and analyzed by Cadna A code developed by DataKustik Company in Germany.Application method of the code was introduced,including data preparation,modeling of structures,determination of reflection loss,input of terrain information,and the consideration of the noise reduction measures. Noise influence of the natural ventilation cooling towers on the ambient acoustic environment was predicted.The predicted sound pressure levels were compared with the measurement data.The difference between them was found to be small.

acoustics;CadnaA;natural ventilation cooling tower;prediction

TU112.3

A

10.3969/j.issn.1006-1335.2015.02.033

1006-1355(2015)02-0146-04

2014－20－25

陳幸幸（1986－），女，浙江金華人，工程師，主要研究方向：噪聲與振動(dòng)控制工程。E-mail:chinazisencxx@163.com