CadnaA在自然通風冷卻塔降噪中的應用

陳幸幸，張曉杰

（四川正升聲學科技有限公司，成都 611130）

CadnaA在自然通風冷卻塔降噪中的應用

陳幸幸，張曉杰

（四川正升聲學科技有限公司，成都 611130）

基于德國DataK ustik公司開發的CadnaA計算機輔助軟件，通過兩座自然通風冷卻塔降噪項目，簡要介紹了該軟件的應用，包括數據準備、建筑物的建模及反射損失的設置、地勢信息的導入、降噪措施的設置等，預測了自然通風冷卻塔在治理前后對周圍聲環境的影響，并與現場實測值進行比較，結果表明預測值與實測值相差較小。

聲學；CadnaA；自然通風冷卻塔；預測

Cadna A系統是一套基于ISO 9613標準方法、利用WINDOWS作為操作平臺的聲學模擬軟件，廣泛適用于多種噪聲源的預測、評價、工程設計和研究，以及城市噪聲規劃等工作，其中包括工業設施、公路和鐵路、機場及其它噪聲設備。

Cadna A軟件計算原理源于國際標準化組織規定的ISO 9613—2：1996《戶外聲傳播的衰減的計算方法》。我國公布的GB/T17247.2—1998《聲學戶外聲傳播的衰減第2部分：一般計算方法》，等效采用了國際標準化組織規定的ISO9613—2：1996標準。本文利用Canda A軟件建立了貴州盤縣電廠“上大壓小”改建工程#1機組（1×660 MW）#1、#2自通風冷卻塔的聲學模型，簡要介紹了軟件的應用，預測了噪聲治理前后周邊環境聲場分布狀況，并與降噪后的現場實測聲壓級進行對比，結果表明預測值和實測值的差值較小。

1 項目資料

貴州盤縣電廠“上大壓小”改建工程#1機組（1× 660 MW）#1、#2自通風冷卻塔塔高90 m，水池外徑為73.546 m，進風口高5.8 m，淋水面積為3 500 m2，布置圖如下圖所示。

圖1 自然通風冷卻塔布置圖

根據環評要求，貴州盤縣電廠廠界噪聲值需達到《工業企業廠界環境噪聲排放標準》GB12348—2008的3類標準，即晝間≤65 dB(A)，夜間≤55 dB (A)[1]。

2 數據準備及參數設置

Cadna A軟件在工業污染源噪聲控制中的應用主要通過以下幾個步驟來實現：

（1）建立工業污染源實際的三維幾何模型，將建筑物的幾何參數、聲源的聲功率級和指向性、地形參數、其它障礙物參數、氣象條件、聲場的計算范圍、環境噪聲敏感點的空間位置等輸入模型中；

（2）對室外聲場進行分析計算，給出計算結果和室外聲場模擬圖形；

（3）利用軟件中專家系統對每一個噪聲源在各環境噪聲敏感點的噪聲貢獻值進行分析，確定導致該環境噪聲敏感點噪聲超標的聲源個數，并且確定這些聲源的噪聲控制目標值[2]。

2.1 噪聲數據

自然通風冷卻塔的噪聲源為落水區下的巨大圓形水面，為塔內冷卻落水對池水的大面積連續的液體間撞擊產生的穩態水噪聲[3]。采用自然通風冷卻塔落水噪聲的實測數據，進行噪聲分布的預測，見表1。

表1 自然通風冷卻塔落水噪聲頻譜

在Candna A軟件應用中，利用表中頻譜數據作為單位面積聲功率，并進行加權，通過建模計算，使得距離雙曲線冷卻塔水池壁外1 m處的聲壓級與實測聲壓級一致。

2.2 平面布置圖

平面布置圖決定了自然通風冷卻塔及其他建筑物的分布，對預測結果具有十分重要的影響，自然通風冷卻塔平面布置圖見圖1。

2.3 建筑物高度及反射損失

建筑物在聲學建模中起到聲屏障的作用，其高度直接影響聲學計算的結果。此外，建筑物的表面對聲波有反射作用，表面越堅硬，對聲音的反射能力越強。在室外，建筑物之間的多次反射亦會造成廠區內部及廠界的噪聲值增大。因此，根據建筑物的結構設置其反射損失的大小，是聲學預測中十分重要的部分，自然通風冷卻塔及周邊民房的聲學參數見表2。

表2 建筑物高度、結構及反射損失

在Cadna A軟件中，可根據建筑物外表面的材質設置相應的反射損失，如一般建筑物表面可設置為2 dB(A)。

2.4 高程值

地勢的變化對聲學計算有很大的影響，地勢高的部分相當于聲屏障的作用，本項目地勢局部有坡地，高度約為2.5 m。

2.5 模型的建立

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

圖2 自然通風冷卻塔三維模型

2.6 測點布置

測點位于靠近冷卻塔一側的廠界處，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進行測點的設置，且可看到每個聲源對某一特定測點的聲壓級貢獻值。

圖3 測點分布圖

3 計算結果

自然通風冷卻塔龐大特殊的弧面出聲口使“附近區域”內的聲波并不立即按“點聲源”的距離衰減規律衰減，在這個由近及遠的“附近區域”內存在著一個按“面聲源”（幾乎不衰減）及至“線聲源”（距離每增加一倍聲能衰減3 dB）的距離衰減規律的過渡區域，只有當受聲點（測點）外移至可將冷卻塔的環形進風口視為一個“點”以外的后方，聲波才開始按“點聲源”（距離每增加一倍聲能衰減6 dB）的距離衰減規律衰減[4]。

根據前述設計輸入和聲學計算方法，計算了廠界接收點的聲壓級以及離地面高度1.2 m所在平面的網格聲地圖。廠界接收點高度為1.2 m，網格大小為1 m×1 m，計算結果如圖4所示。

圖4 冷卻塔周邊區域聲地圖（治理前）

由圖4可以看到，廠界接收點的噪聲值最高達77.9 dB(A)，遠遠超過了《工業企業廠界環境噪聲排放標準》GB12348-2008的3類標準，即夜間≤55 dB (A)的限值。

4 治理措施

貴州盤縣電廠廠區內噪聲源眾多，由于目前只針對#1、#2自通風冷卻塔塔進行噪聲治理，因此本文只關注靠近冷卻塔一側的廠界噪聲值達標問題。按照《工業循環水冷卻設計規范》（GB/T 50102—2003）的規定：“根據冷卻塔的通風要求，塔與其他建筑物的凈距不應小于塔的進風口高的2倍”[5]。本工程中冷卻塔進風口高度為5.8 m，理論上要求冷卻塔進風口外11.6 m以內區域不得有遮擋物。因此，本工程在設計降噪方案時參考該設計規范及現場踏勘資料，對#1號塔采用消聲導流片和聲屏障相結合的措施，#2號塔采用消聲導流片的措施。

根據各個測點的噪聲值現狀，可以通過CadnaA計算機輔助軟件，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小聲源，分別計算每個聲源對各個測點的噪聲貢獻值，然后結合降噪目標，確定消聲導流片所需降噪量，以及消聲導流片所占圓弧的長度，使得各個測點處的噪聲值滿足降噪要求，保留一定余量的同時，盡量減少消聲導流片的長度，避免設計過量。針對聲屏障高度的設計問題，可利用Cadna A計算機輔助軟件，計算聲屏障不同高度對測點處聲壓級的影響，經過多次嘗試，尋求最佳的聲屏障高度，使得測點處的聲壓級滿足降噪目標。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（弧長約66 m）消聲導流片長2 500 mm，片厚120 mm，通流面積為50%，降噪前距離冷卻塔進風口1 m處聲壓級為86.8 dB(A)，降噪后為64.6 dB(A)，降噪量為22.2 dB(A)。

（2）第2段（弧長約45 m）消聲導流片長1 500 mm，片厚120 mm，通流面積為50%，降噪前距離冷卻塔進風口1 m處聲壓級為86.5 dB(A)，降噪后為70.9 dB(A)，降噪量為15.6 dB(A)。

（3）第3段（弧長約26 m）消聲導流片長1 200 mm，片厚120 mm，通流面積為50%，降噪前距離冷卻塔進風口1 m處聲壓級為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，與消聲導流片連接，高度11 m。

圖5 1#自然通風冷卻塔降噪措施示意圖

4.2 2#冷卻塔降噪措施

2#冷卻塔設計約180°消聲導流片（弧長約125 m）長1 200 mm，片厚120 mm，通流面積為50%，降噪前距離冷卻塔進風口1 m處聲壓級為87.4 dB(A)，降噪后為74.0 dB(A)，降噪量為13.4 dB(A)。

圖6 2#自然通風冷卻塔降噪措施示意圖

5 降噪效果

根據上述降噪措施，在Cadna A軟件中輸入各段消聲導流片的插入損失，見圖7。

圖7 消聲導流片插入損失

聲屏障的設置如圖8所示，反射損失根據聲屏障表面的材質進行設置，可在下圖界面中選擇反射類型，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)，強吸聲表面則為8 dB(A)，由軟件自動生成。

圖8 聲屏障反射損失的設置

根據上述設置，計算得到降噪后的聲地圖，見圖9。

圖9 冷卻塔周邊區域聲地圖（治理后）

由于兩臺自然通風冷卻塔周圍有電廠內部的其他噪聲源，因此，本文選擇受背景噪聲影響較小的西側接收點用于預測值和實測值的比較。由圖9可以看到，接受點的聲壓級均小于《工業企業環境噪聲排放標準》GB 12348—2008的3類標準，即晝間≤65 dB(A)，夜間≤55 dB(A)的限值。由于自然通風冷卻塔晝夜運行工況相同，因此以夜間55 dB(A)作為降噪設計的目標值。

在貴州盤縣電廠“上大壓小”改建工程#1機組（1×660 MW）#1、#2自通風冷卻塔噪聲治理項目完工后，對上述接收點進行聲壓級的測量，測量方法按照GB 12348-2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》中“5測量方法”執行。同時，在Cadna A軟件中的接收布置和現場測點布置一致。軟件預測結果和現場實測結果比較如表3所示。

表3 預測值和實測值的比較

利用Cadna A軟件計算選定豎直面，計算得到的數豎直面上的聲壓級分布如圖10所示，可以看到，安裝消聲導流片一側，聲壓級明顯降低。

圖10 豎直面聲壓級分布圖

6 結語

基于貴州盤縣電廠“上大壓小”改建工程#1機組（1×660 MW）#1、#2自通風冷卻塔噪聲治理項目，利用聲學預測軟件Cadna A進行自然通風冷卻塔周邊地區聲地圖的模擬，并利用軟件確定性價比最優的噪聲治理方案，得到治理后的聲能量分布狀況，計算了單個接收點以及區域網格聲地圖，并將計算結果與噪聲治理工程完工后的現場實測值進行比較，結果表明兩者的差別較小。

[1]GB 12348-2008.工業企業廠界環境噪聲排放標準[S].

[2]仇豐.風電場噪聲預測模型[J].噪聲與振動控制，2012 (05).

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

[4]HJ2.4—2009.環境影響評價技術導則聲環境[S].

[5]GB/T 50102—2003.工業循環水冷卻設計規范[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：噪聲與振動控制工程。E-mail:chinazisencxx@163.com