核電廠主控制室聲環(huán)境法規(guī)標準應(yīng)用探討

張 剛 程 波 梅世柏 張建波 王 巖

(深圳中廣核工程設(shè)計有限公司，廣東 深圳 518172)

0 引言

主控制室是核電廠的控制中樞，為確保核電廠在所有工況下安全有效地運行，必須為主控制室工作人員提供一個有利于其執(zhí)行核電廠運行任務(wù)的工作環(huán)境。

室內(nèi)工作環(huán)境由熱環(huán)境(即室內(nèi)溫度、濕度、風速等)、光環(huán)境(即室內(nèi)的采光和照明)、氣環(huán)境(室內(nèi)空氣質(zhì)量)以及聲環(huán)境等多方面因素決定。根據(jù)相關(guān)學者對室內(nèi)工作環(huán)境的“溫度”、“濕度”、“通風”、“光線”以及“聲環(huán)境”這五種環(huán)境因素的重要程度進行調(diào)查［1］，結(jié)果表明，“聲環(huán)境”是僅次于“光線”的第二重要環(huán)境影響因素。2009 年，研究人員對某核電廠主控室操縱員進行了主控室環(huán)境相關(guān)問題問卷調(diào)查，結(jié)果顯示“室內(nèi)噪聲控制”已成為操縱員最希望改進的問題［2］。

本文將通過國內(nèi)外核電廠控制室聲環(huán)境標準對比分析，結(jié)合核電廠的運行實際，對國內(nèi)法規(guī)標準要求的合理性進行分析，供業(yè)內(nèi)討論參考。

1 主控制室聲環(huán)境標準要求

核電廠主控制室聲環(huán)境指標在國內(nèi)外標準要求中均有不同，特別是環(huán)境噪聲的要求，差異較大。

1.1 國內(nèi)核電廠主控制室聲環(huán)境標準要求

在HAF-J 0055《核電廠控制室設(shè)計的人因工程原則》中2.3 章節(jié)要求，控制室的聲學設(shè)計應(yīng)保證不妨礙操縱員之間的口頭通信，聽覺信號必須可用，并且能減輕操縱員的聽力分散、煩躁和疲勞。為此要求:①環(huán)境噪聲應(yīng)不大于45 dB (A);②回聲應(yīng)限制在1 s以下。

根據(jù)GB/T 13630 -92《核電廠控制室的設(shè)計》中附錄A6.2.2.3 要求，控制室的本底噪聲應(yīng)降至最低，應(yīng)不超過45 dB(A)。

在EJ/T 638 -92《核電廠控制室綜合體的設(shè)計準則》中4.1.5 章節(jié)要求，控制室的聲學設(shè)計應(yīng)保證控制室內(nèi)具有許可的安靜環(huán)境，使操縱員受噪聲的干擾最小，使他們之間的語言聯(lián)絡(luò)不受干擾，音響信號容易辨別。為保證主要操作區(qū)域任意兩操作員之間的口頭聯(lián)絡(luò)，使用正常的或稍高的說話聲能清晰易辨，控制室內(nèi)的本地噪聲不應(yīng)超過45 dB(A)。控制室內(nèi)的聲學處理應(yīng)注意吸音效果，使聲音的回響時間不大于1 s。國內(nèi)的法規(guī)標準對主控制室聲環(huán)境的要求比較一致，即環(huán)境噪聲不超過45 dB(A)，回聲(回響時間)限制在1 s 以下。

1.2 歐美核電廠主控制室聲環(huán)境標準要求

根據(jù)URD(美國核電用戶要求文件)中4.7.6 章節(jié)要求，所有需連續(xù)進行日常工作的控制站，諸如主控制室、技術(shù)支持中心和應(yīng)急操作設(shè)施，其環(huán)境噪聲水平不能大于60 dB(A)。噪聲是由在控制站安裝設(shè)備的鄰近處和電廠設(shè)備長期運行處發(fā)出。

根據(jù)NUREG -0700(《美國核管理委員會的技術(shù)文件》中12.1.2.5 章節(jié)要求，聲環(huán)境設(shè)計應(yīng)保證控制室內(nèi)的人員交流不受影響，聲音信號易于識別，盡量降低噪聲引起的聽力分散、煩躁或疲勞。背景噪聲不應(yīng)高于65 dB(A)，主控室的混響時間應(yīng)限制在1s 以下。

根據(jù)EUR(歐洲核電用戶要求)中2.10 章節(jié)要求，在主控室和技術(shù)支持中心，來自緊鄰區(qū)域的安裝設(shè)備以及長期運行的工廠設(shè)備的環(huán)境噪聲不應(yīng)超過50 dB(A)。在14 章節(jié)要求，辦公室噪聲不超過45 dB (A)，生產(chǎn)工地不超過60 dB(A)，現(xiàn)場整體噪聲水平不超過55 dB(A)。

歐美的法規(guī)標準要求對主控制室聲環(huán)境的要求不一致，以上標準的環(huán)境噪聲要求分別為不大于60 dB(A)、65dB(A)、50 dB(A)，混響時間應(yīng)限制在1 s 以下。

1.3 國內(nèi)其他行業(yè)主控制室聲環(huán)境標準要求

除了核電行業(yè)，其他諸如火電、化工等行業(yè)，均有對主控制室聲環(huán)境的標準要求，各行業(yè)間的橫向?qū)Ρ龋梢詫穗姀S的工程設(shè)計起到一定的借鑒意義。

根據(jù)DL/T 5094 -2012《火力發(fā)電廠建筑設(shè)計規(guī)程》中3.3 章節(jié)要求，集中控制室、主控制室、通信室、計算機室、其他控制室的室內(nèi)背景噪聲限制值為60 dB(A)。

根據(jù)HG/T 20508 -2014《控制室設(shè)計規(guī)定》中2.3章節(jié)要求，中央控制室內(nèi)噪聲不應(yīng)大于55 dB(A)。

在火電及化工行業(yè)，主控制室的環(huán)境噪聲要求分別為不大于60 dB(A)、55 dB(A)。

2 國內(nèi)外核電廠主控制室環(huán)境噪聲

2.1 在運核電廠主控室噪聲值

經(jīng)調(diào)研，法國較新的已投入商運的N4 核電廠以及國內(nèi)具有代表性的商運核電廠主控制室的平均噪聲值均大于45 dB(A)，如表1 所示。

表1 在運核電廠主控制室噪聲值Tab.1 Noise values in main control rooms of the nuclear power plants in service

其中，CPR1000 項目工程設(shè)計人員在核電廠主控制室設(shè)計中，投入大量人力物力，吸取國內(nèi)在運核電機組經(jīng)驗反饋，不斷優(yōu)化各個項目，通過增加多項主動、被動降噪手段，使環(huán)境噪聲降到50 dB(A)以內(nèi)。

2.2 國際三代核電項目主控至室噪聲設(shè)計值

目前，國際三代核電AP1000 及EPR 技術(shù)均未商運。查閱工程設(shè)計文件，可以了解其設(shè)計目標值。

表2 三代核電主控制室噪聲設(shè)計值Tab.2 Designed noise values of main control rooms for the third generation nuclear power plants

3 主控制室環(huán)境噪聲標準要求的探討

3.1 環(huán)境噪聲標準要求

我國著名聲學家馬大猷教授曾總結(jié)和研究了國內(nèi)外現(xiàn)有的各類噪聲的危害和標準，提出了三條建議:①為了保護人們的聽力和身體健康，噪聲的允許值為75 ～90 dB(A);②保障交談和通信聯(lián)絡(luò)，環(huán)境噪音的允許值為45 ～60 dB(A);③對于睡眠時間，建議為35 ～50 dB(A)［3］。

3.2 環(huán)境噪聲標準要求探討

目前，國內(nèi)已經(jīng)商運的核電廠控制室噪聲水平均未滿足國內(nèi)法規(guī)標準(環(huán)境噪聲不超過45 dB(A))的要求。

查閱國內(nèi)在運的核電廠相關(guān)資料，主控制室內(nèi)噪聲的來源主要為空調(diào)系統(tǒng)［2］。主控制室內(nèi)的計算機、電子儀表等，對噪聲的貢獻都不明顯。由于核電廠輻射防護的要求，主控制室要維持室內(nèi)壓力高于出入口房間的壓力，故送風量相對較大，風壓及風速較高，造成主控制室內(nèi)環(huán)境噪聲較大。相比于火電及化工行業(yè)，核電廠主控制室空調(diào)系統(tǒng)噪聲更大，但火電及化工行業(yè)的主控室環(huán)境噪聲要求不大于55 dB(A)。

歐美核電標準中，主控制室環(huán)境噪聲最嚴格的要求為不大于50 dB(A)，且三代核電的設(shè)計目標值最低也為50 dB(A)。

室內(nèi)人員交流的指定距離與背景噪聲的關(guān)系［4］，如圖1 所示。

圖1 語言溝通距離與背景噪聲的關(guān)系Fig.1 Relationship between verbal communication distance and background noise

根據(jù)圖1 可知，在50 dB(A)的背景噪聲環(huán)境下，滿足正常溝通要求的對話距離最大約為5.5 m，如果對話者聲音稍大，則對話距離可以達到9 m 左右。根據(jù)各在運電廠調(diào)研以及對三代核電項目設(shè)計方案的了解，核電廠正常運行時主控制室內(nèi)操縱員之間的距離不會超過5 m，故只要核電廠主控制室內(nèi)的背景噪聲控制在50 dB(A)以下，就不會影響操縱員的正常交流。

在CPR1000 批量化建設(shè)中，經(jīng)過國內(nèi)工程設(shè)計的不斷優(yōu)化及驗證，主控制室內(nèi)的環(huán)境噪聲可以控制在50 dB(A)以內(nèi)。

經(jīng)過國內(nèi)外法規(guī)標準對比，并參考三代核電主控室的設(shè)計目標值和在運核電廠的經(jīng)驗反饋，筆者認為國內(nèi)法規(guī)標準中，要求主控制室環(huán)境噪聲不超過45 dB(A)的要求，對于實際工程設(shè)計難度過高。

3.3 部分標準描述正誤探討

在HAF-J 0055 及EJ/T 638 -92 中，要求主控制室內(nèi)聲音的回聲(回響時間)在1 s 以下。在NUREG-0700 中，要求主控制室的混響時間應(yīng)限制在1 s 以內(nèi)。在標準使用過程中，“聲音的回聲(回響時間)在1 s 以下”這個要求一直讓設(shè)計人員非常困惑。

回聲是一種單一固定的反射聲，它的強度和時差都大到足以和直達聲區(qū)別開，并能分辨出音節(jié)。混響是指聲音經(jīng)過多次往復(fù)漫反射，包含多個不同角度、不同時間到達的混合反射聲逐漸衰減形成，聽者分辨不出其中的任何音節(jié)。回聲是一種不連續(xù)的聲音的重復(fù)，而混響則是一種連續(xù)淡出的聲音［5］。混響時間是指混響衰減60 dB(A)后所需的時間，一定的混響對音質(zhì)有利，混響時間過長，會使聲音含混不清。回聲則只能破壞音質(zhì)，應(yīng)絕對避免。

同時，查閱NUREG - 0700 的標準原文，“The acoustical treatment of the control room should limit reverberation time to 1 second or less ” ，其 中reverberation 在物理學中的解釋為“混響”，但同時有“回聲”的意思。

筆者推斷，在HAF-J 0055 及EJ/T 638 -92 編寫過程中，編者參考了NUREG - 0700，但是誤將“reverberation”翻譯為回聲，從而導(dǎo)致了標準描述錯誤。此處正確的說法，應(yīng)該是“聲音的混響時間在1 s以下”。

4 結(jié)束語

良好的主控制室聲環(huán)境有利于提高工作人員的舒適性，但國內(nèi)法規(guī)標準中主控制室環(huán)境噪聲不大于45 dB(A)的標準要求因工程實際的限制，難以實現(xiàn)。筆者建議將此標準要求修改為不超過50 dB(A)。對于標準中混淆“混響”與“回聲”的錯誤，筆者建議盡快修改相應(yīng)標準。

［1］ 楊志華.大型辦公室的聲環(huán)境與改善措施研究［J］.四川建筑科學研究，2014，40(4):357 -360.

［2］ 張剛.CPR1000 核電廠主控室噪聲分析與控制［J］.核科學與工程，2011，31(2):97 -100.

［3］ 牛鳳岐.噪聲污染與計量檢測［J］.中國計量，2010(3):39 -40.

［4］ NUREG - 0700. Rev. 2 Human - system interface design review guidelines［S］.

［5］ 朱慰中. 室內(nèi)錄音中回聲和混響的處理［J］. 演藝科技，2011(8):24 -27.