冷卻塔的噪聲控制分析

李岳劍 趙 鵬

（江西省電力設計院發電部水工組，江西 南昌 330096）

1 前言。人們長時間處于噪聲刺激中，可導致聽覺、神經系統、心肺功能等不同程度地受到損害。近年來，隨著建筑業的快速發展，各種建筑設備的噪聲擾民問題逐漸凸顯，特別是冷卻塔因其安裝位置一般距離居民區較近而成為投訴最多的噪聲源之一。遺憾的是，目前冷卻塔的降噪措施并非行之有效，如聲屏障對于低頻波的繞射無能為力，隔聲罩會阻礙氣流流動導致熱濕交換不良，對寬頻噪聲吸聲效果差等，這使得冷卻塔的噪聲控制受到人們的重視。

本文根據實際測量數據分析冷卻塔的噪聲來源、聲場分布和頻帶特性，制定相應的吸聲、隔聲和消聲的綜合降噪方案，同時考慮現場實際情況，所有降噪設施都進行了防塵、防潮處理并滿足設備相應的風量和溫度要求。

2 冷卻塔噪聲特性分析。開式冷卻塔是空調系統常用的冷卻設備。當冷卻塔循環水通過旋轉的噴淋管噴出，通過填料層自上而下滴落時，安裝在冷卻塔上部的風機將空氣由下而上逆向抽出，空氣和水直接接觸，靠水的蒸發吸熱達到降溫冷卻的目的。

冷卻塔的噪聲源主要包括風機的空氣動力噪聲、機械噪聲和落水噪聲。該工程的冷卻塔噪聲源主要有如下特點：

1 )距離軸流風機管口 (風機出口處)1m處的A聲級噪聲值達到91dB，這是由于空氣在冷卻塔頂導流管內產生湍流和摩擦，激發的壓力擾動產生噪聲，同時槳葉與空氣作用產生振動向外輻射噪聲。因此初步判定風機的空氣動力噪聲是主要聲源。

2 )風機的機械噪聲主要是由于風機旋轉部件的不平衡導致結構發生振動從而引起塔體表面輻射噪聲。由于風機支架與塔體之間安裝了減振器，機械噪聲不是主要因素。

3 )冷卻塔的循環水經填料層自由下落到落水槽所產生沖擊噪聲的強度與落水速度的平方成正比。測量的結果表明落水的A聲級噪聲達到了73dB，這屬于冷卻塔需治理的噪聲源之一。

3 降噪方案。根據噪聲來源、聲場分布和頻帶特性，提出如下降噪方案：1)在軸流風機出風口設置阻性消聲器，有效阻止噪聲能量的傳播；2)為保證冷卻塔的散熱，不能對其進行封閉式隔聲處理，為此設置組合式聲屏障來阻止下部噪聲能量的傳播；3)為有效減少噪聲聲波的繞射，在冷卻塔底部設置吸聲隔聲組合式聲屏障吸收低頻噪聲；4)在冷卻塔中部設置阻尼隔聲板和寬頻帶組合式吸聲材料，提高中低頻吸聲效果；5)落水的高頻噪聲用超細玻璃棉材料吸收。考慮到現場實際情況，方案中的所有降噪設施都進行了防塵、防潮處理，同時不影響冷卻塔的通風和散熱功能。

3.1 組合式聲屏障設計。為保證所有噪聲敏感點都在聲屏障的聲影區內，從而獲得最佳的降噪效果，根據現場情況和聲學計算，確定聲屏障有效高度為3m。聲屏障采用寬頻帶組合吸聲結構和阻尼隔聲板的組合式結構，其中寬頻帶組合式吸聲結構的吸聲特性曲線如圖1所示。

圖1 聲頻障寬頻組合式吸聲結構的吸聲特征曲線

尼隔聲板主要由3部分組成：隔聲板、阻尼涂層和約束層。采用這種結構不僅能夠有效阻斷噪聲能量的傳播，而且能夠避免罩板受噪聲聲波激勵出現共振現象。

3.2 導流消聲器設計。消聲器大致分為3類：阻性消聲器、抗性消聲器和排空消聲器。其中，阻性消聲器是利用設置在管道內的吸聲材料或吸聲結構使沿管道傳播的噪聲不斷地被吸收，從而達到消聲的目的。由于阻性消聲器的阻力較小，各類風機噪聲多以中、高頻為主，含低頻成分少，而阻性消聲器恰對中高頻噪聲具有較好的消聲效果，所以選用阻性消聲器。

現有的阻性消聲器包括直管式、復合式、片式、盤式和折板式等幾種方式，其中片式消聲器具有消聲量大，阻力較小，導流效果和安裝靈活的特點，因此選擇在風機出口處安裝片式消聲器。同時，考慮到噪聲特點，在設計時特別選用了寬頻吸聲材料。

3.2.1 消聲片半厚度D。由于冷卻塔的噪聲頻譜帶很寬，而多孔吸聲材料的特性是在中、高頻具有很高的吸聲系數，而對低頻噪聲吸聲系數相對較低，如果只用單一的多孔吸聲材料很難達到理想的降噪效果，所以在本設計中消聲片選用寬頻帶吸聲結構貼附。根據共振頻率 與消聲片半厚度D（m）相乘為常數的關系，以密度為20kg/m3的超細玻璃棉為例，計算如下：

式（1），（2）中 f2為消聲頻率下限，這里取125Hz；Ω 為 fr和f2間的倍頻程數，Ω =4/3。fr=fr×2Ω=125HZ×24/3=315HZ所以消聲片半厚度為D=40HZ·m/315HZ=0.13。

3.2.2 氣流通道寬度。氣流通道寬度a減少，可提高消聲器消聲量，縮小消聲器幾何尺寸，但通道內流速增加，導致氣流再生噪聲提高和壓力損失增大，消聲器動力性能變壞，因此，氣流通道截面面積的設計必須以實際情況來確定，在不需要減小流速的情況下，氣流通道總截面積等于與它相連接的管子截面面積。根據工程設計實踐，通道半寬度a／2與消聲片半厚度D之比宜取0.5～2，考慮到該工程的實際情況，取兩者之比為1.0。

3.2.3 消聲器長度l。片式消聲器消聲量的計算公式為

在消聲器的出口和進口，氣流再生噪聲也是個必須考慮的因素，它會使消聲量的提高收到限制，當吸聲層材料蠶蛹超細玻璃棉時，通道中氣流再生噪聲LA由下式確定；

LA=10+60lgυ （5）式中 為氣流速度，m/s。根據冷卻塔參數，取=5.43m/s，則氣流再生A聲級噪聲為54dB，滿足消聲要求。為了減小消聲器的長度，在消聲片內加入寬頻帶組合式吸聲板增強吸聲效果，這樣可以縮短消聲器的長度。

結論：

1 冷卻塔的噪聲源主要是風機產生的噪聲和落水的噪聲，表現出明顯的寬頻帶噪聲特性，因此單一的隔聲或吸聲無法得到良好的降噪效果。只有在分析了噪聲源和頻帶特性之后才能制訂相應的降噪措施。

2 消聲器設計應綜合考慮消聲量、阻力，盡量不影響冷卻塔的通風散熱功能，并能夠防塵防水。

3 片式消聲器的消聲片具有導流效果，經實際測量，風機出口消聲器的局部阻力和沿程阻力幾乎可忽略不計。

[1]李鵬飛，趙林，葛耀君.黃志龍超大型冷卻塔風荷載特性風洞試驗研究.工程力學，2008年6期.