下沉式冷卻塔的噪聲綜合治理

王少云，黃勇，張云，嚴加真，高宏俊

(深圳市科德聲學技術有限公司，廣東 深圳 518000)

高層建筑和商住綜合體中，暖通空調制冷系統是建筑機電系統的重要組成部分，冷卻塔在制冷系統中有著重要作用，其本身的噪聲和振動也是建筑機電系統必須解決的問題。

冷卻塔的運行時間一般是在晝間，目前由于很多商場、餐廳和電影院等的營業時間越來越晚，甚至通宵，這就需要冷卻塔24h 工作，由于晝夜電價的原因，一些續冰冷卻塔也是在夜間運行。在商住綜合體內，商業和住宅基本沒有太多的界限，通常商業旁邊就是住宅，冷卻塔這種大型機電設備，本身噪聲較大，且距離住宅的位置越來越近。國家標準規定的噪聲排放標準在晝間時段和夜間時段是不同的，夜間時段通常比晝間時段的噪聲要求嚴苛10dB(A)，這就提高了冷卻塔在夜間運行的噪聲治理要求[1～4]。

建筑中的冷卻塔一般安置在裙樓、設備層或樓頂，但一些建筑為了達到空間利用的最大化，冷卻塔只能安置在地下室，這種下沉式的安裝方式，給冷卻塔的進排氣帶來一些特殊要求，同時也給降噪帶來很大的難度，不但要滿足降噪要求，還要滿足其正常運行所需要的通風條件。本文通過具體案例，分析和探討了下沉式安裝的冷卻塔的噪聲治理問題[4～6]。

1 項目概況

項目位于深圳市龍崗區，整個綜合體的建筑體量接近68 萬m2，購物中心部分總建筑面積14 萬m2，地上約10 萬m2，地下約4 萬m2，南北地面標高不一致。

商業中心有2 個冷卻塔機房，分別為南機房和北機房，位于地下室2 層，冷卻塔采用下沉式安裝方式，地庫進風，側面外部排風，排風口距離住宅較近。2 個冷卻塔機房共有13 臺冷卻塔，南機房7 臺，北機房6 臺，設備運行時段見表1；南、北機房排氣口的外界情況及冷卻塔機房情況見圖1、圖2、圖3。

表1 設備運行時段

2 設備介紹

冷卻塔品牌：BAC；冷卻塔數量：6 組12 臺和1 組單臺，冷卻塔參數見表2；冷卻塔噪聲見表3、表4。

圖1 南機房排氣口外界情況

圖2 北機房排氣口外界情況

圖3 冷卻塔機房

表2 冷卻塔參數

表3 VT1-M455-O 聲功率

表4 VT1-N348-P 聲功率

機房內冷卻塔正常運行時，機房外排氣口處噪聲在84～87dB(A)，地下室進氣口處在83～86dB(A)（地下室有混響現象）。

3 治理標準

根據《聲環境質量標準》（GB 3096—2008），《社會生活環境噪聲排放標準》（GB 22337—2008）[7]以及《深圳經濟特區環境噪聲污染防治條例》要求，執行標準住宅敏感區滿足晝間55dB(A)、夜間45dB(A)，地下室區域進風口滿足晝間60dB(A)。

4 噪聲處理和分析

冷卻塔頂部排風和側面進風，主要噪聲源是風扇噪聲和驅動機構產生的機械噪聲。

冷卻塔排風口距離住宅約10m，對住宅的噪聲貢獻為75～78dB(A)，要求降噪量約25dB(A)，但受機房空間局限影響，降噪難度較大。同時由于冷卻塔排風的風量大，要考慮排風阻力、再生噪聲的影響，還要考慮冷卻塔填料腐蝕性對降噪設施的影響[1,2,5～9]。

冷卻塔機房覆蓋地下室2 層，冷卻塔從地下室負一樓、負二樓進風，地下室內部存在較大混響，機房空間較小，對降噪設施要求較高，降噪措施需采用通風消聲器。

排風噪聲通過排風導風筒至排風出口位置，在出口位置安置排風消聲器，消聲器有效長度為2100mm，材質鋁制，消聲片前后端帶低阻力圓弧導流頭，降低阻力損失，排風導風筒考慮阻力影響，采用擴大導風方式[10]。

進風噪聲通過在機房負一樓和負二樓進風口安裝進風消聲器，消聲器有效消聲長度1800mm，材質鋁制，消聲片前后端帶低阻力圓弧導流頭，可降低阻力損失[10]。

考慮冷卻塔的振動會產生低頻影響，對冷卻塔和管道做相應減震處理。

冷卻塔降噪立面圖見圖4。

消聲器選用專利產品“一種框架式消聲單元及垛疊式消聲器”（ZL201520481176.3），該項目選用SFS-H-18 和SFS-H-21 系列，專門應用于大型設備和通風通道，安裝進排風消聲器后的風速情況理論核算結果見表5。

5 噪聲模擬分析

表5 理論核算結果

該項目采用Soundplan 噪聲地圖軟件對冷卻塔排風噪聲擴散情況進行評估，結果見圖5、圖6。Soundplan是進行外部噪聲計算、建筑物透聲計算、環境聲傳播計算、互動噪聲控制優化設計的集成軟件。可通過噪聲地圖對冷卻塔排風降噪情況做理論分析，對降噪工程的聲學效果做提前預估，提高項目的成功性。

圖5 機房排風經過排氣降噪后的擴散影響情況-平面

圖6 機房排風經過排氣降噪后的擴散影響情況-立面

6 通風模擬分析

一般冷卻塔的降噪措施都不能影響其正常的熱工性能，消聲器的降噪量越大，其通風比率就越小或者消聲長度越長，同時通風阻力也就越大。為了不影響冷卻塔的正常使用，阻力損失不得超過設備靜壓。常規設計的消聲器阻力損失不超過50Pa，考慮到下沉式機房的特殊性和空間的局限性，需要對冷卻塔的內部通風效果做模擬分析，以確保工程實施后不影響設備的正常運行。

該項目采用Fluent 氣流組織模擬對冷卻塔的氣流運行情況做分析（Fluent 是目前國際上比較流行的商用CFD 軟件包，在美國的市場占有率為60%，應用于流體、熱傳遞和化學反應等有關的工業領域）。建立機房內場CAD 模型（見圖7）、機房風筒CAD 模型（見圖8）；繪制壓力圖（見圖9）、速度圖（見圖10）、排風最不利布局模擬壓力圖（見圖11）、排風最不利布局模擬速度圖（見圖12）。

圖7 機房內場CAD 模型

圖8 機房風筒CAD 模型

圖9 壓力

圖10 速度

圖11 排風最不利布局模擬壓力

圖12 排風最不利布局模擬速度

經過通風模擬分析得出結論：1）北面機房的阻力—風速有所降低，北面機房的最不利阻力55Pa，塔最大進風速度5.5m/s，相比之前有所降低；2）南面機房的最不利阻力45Pa，風速4m/s，相比之前變化不大；3）南部塔的出風風筒最不利阻力60Pa，最大出風4.2m/s；4）北部塔的出風風筒最不利阻力60Pa，最大出風4.5m/s；5）總進出風阻力最大130Pa，所選型的鼓風式冷卻塔外余壓150Pa，滿足設計要求。

7 降噪措施

經過噪聲模擬分析和CFD 氣流組織模擬分析，冷卻塔的降噪措施根據既定方案實施，滿足設計要求。目前該項目已完工，后期現場測試符合設計要求，商業中心已運行兩年，現場見圖13～圖16。

圖13 地下室進風消聲器

圖14 冷卻塔排氣風筒

圖15 南機房排風消聲器

圖16 南機房排風消聲器

8 結語

冷卻塔作為戶外大型設備，噪聲問題需要特別注意，在高層建筑內，冷卻塔通常放置在裙樓或樓頂，但由于空間或其他規范要求，一部分冷卻塔會被安裝在設備層或者地下室，這就需要對冷卻塔的降噪措施、降噪空間及通風情況做綜合考慮。在滿足聲學要求的同時滿足其通風性能，做到低碳、環保。聲學專業前期介入并做全面的考慮，有利于規避機電系統在后期使用過程中產生的問題，有利于建設方和業主，有利于提升建筑的品質。