染織廠大型設(shè)備噪聲預測模型與實踐探討

黃瑩

（福建省金皇環(huán)保科技有限公司，福建 福州 350004）

在工業(yè)噪聲預測過程中，大部分人習慣性把所有聲源等效成點聲源進行預測，但是由于噪聲源的形狀在實際中復雜多樣，因此要嚴格按照數(shù)學方法求解噪聲聲場分布是相當困難的[1]，這使得此種噪聲預測方法存在一定的局限性。以致預測結(jié)果與實際情況存在一定的差異，特別是大型設(shè)備如何選用聲源模型，將在很大程度上影響預測結(jié)果。

定型機是一種廣泛應(yīng)用于紡織印染工業(yè)中的機器設(shè)備，染整定型機由于體積較大，實際預測工作時，選用點聲源還是面聲源進行預測，是評價工作者常常遇見的問題。本文以染織廠中大型設(shè)備定型機為例，討論在噪聲預測過程中模型選擇對預測結(jié)果的影響，根據(jù)HJ 2.4—2021《環(huán)境影響評價技術(shù)導則 聲環(huán)境》推薦的聲源等效計算方法，通過環(huán)安科技噪聲環(huán)境影響評價系統(tǒng)NoiseSystem 2015軟件，對染織廠工業(yè)噪聲影響預測模型進行分析、驗證。

1 幾何發(fā)散衰減模型

在環(huán)境影響評價工作中，通常根據(jù)聲源的形狀、預測點與聲源的距離和參考點的位置將噪聲源進行簡化后采用相應(yīng)的幾何發(fā)散預測模式進行預測，雖然這樣簡化了線源和面源，無形中避開了理論上繁瑣的數(shù)學推導使噪聲幾何衰減變得簡單易行，但是這種簡化也產(chǎn)生了一定的模擬誤差，有的甚至是方法存在理論上的錯誤，這將直接影響到噪聲預測結(jié)果和結(jié)論的可靠性[2,3]。根據(jù)以上考慮，本文根據(jù)聲源的幾何發(fā)散模式和條件，通過聲源不同的簡化進行影響預測，并對簡化條件進行合理的修正，為噪聲預測方法提供理論依據(jù)。

1.1 點聲源

無指向性點聲源幾何發(fā)散衰減的基本公式是[4]：

1.2 面聲源

大型機器設(shè)備的振動表面，車間透聲的墻壁，均可以認為是面聲源。圖1給出了長方形面聲源中心軸線上的聲衰減曲線。

圖1 長方形面聲源中心軸線上的衰減特性

當預測點和面聲源中心距離r處于以下條件時，可按下述方法近似計算：

r＜a/π時，幾乎不衰減（Adiv≈0）；

當a/π＜r＜b/π，距離加倍衰減3 dB左右，類似線聲源衰減特性Adiv≈10lg(r/r0)；

當r＞b/π時，距離加倍衰減趨近于6 dB，類似點聲源衰減特性Adiv≈20lg(r/r0)。

其中面聲源的b＞a，衰減特性見圖1。

2 噪聲預測軟件

本次預測采用環(huán)安科技噪聲環(huán)境影響評價系統(tǒng)NoiseSystem 2015軟件進行。該軟件是根據(jù)HJ2.4—2021《環(huán)境影響評價技術(shù)導則 聲環(huán)境》構(gòu)建，為適應(yīng)國內(nèi)環(huán)境管理部門對城市噪聲管理而開發(fā)的管理系統(tǒng)軟件，基于GIS的三維噪聲影響評價系統(tǒng)構(gòu)建，是集噪聲建模、噪聲衰減計算和噪聲數(shù)據(jù)發(fā)布的系統(tǒng)。

針對工業(yè)噪聲源系統(tǒng)可以支持室外點聲源、室內(nèi)點聲源、線聲源、水平面聲源、垂向面聲源衰減計算。聲源的源強類型主要有頻帶聲功率級、參考點頻帶聲壓級及A聲功率級、參考點A聲功率級4種類型。

點聲源是以球面波形式輻射聲波的聲源，輻射聲波的聲壓幅值與聲波傳播距離（r）成反比。在該軟件中點聲源在軟件繪圖區(qū)表現(xiàn)為一個點，面聲源是以平面波形式輻射聲波的聲源，其輻射聲波的聲壓幅值不隨傳播距離改變（不考慮大氣吸收），面聲源在軟件繪圖區(qū)表現(xiàn)為一個閉合的圖形。

軟件最后通過表格、折線圖、噪聲等聲級圖形結(jié)合的方式來表達噪聲預測的結(jié)果，軟件中的離散點、線接收點通過表格來表達預測結(jié)果。

3 案例基本情況

3.1 染織廠基本概況

某染織廠年織造1萬t針織坯布生產(chǎn)線（錦綸長絲、氨綸長線、滌綸長絲原料均外購），年染整2萬t光坯布生產(chǎn)線（其中1萬t為本項目織造的坯布，其余1萬t為來料加工），生產(chǎn)線及產(chǎn)能見表1。

表1 本項目主要生產(chǎn)線及產(chǎn)能

3.2 主要噪聲源強分析

染織廠內(nèi)的噪聲主要來自染整車間、織造車間和公用工程。染整車間內(nèi)產(chǎn)生噪聲源強較大的設(shè)備有染色機、定型機、水洗機、脫水機、打卷機和理布機等各類設(shè)備，織造車間內(nèi)產(chǎn)生噪聲源強較大的設(shè)備有經(jīng)編機、緯編機和整經(jīng)機。定型機屬于較大體積設(shè)備，該廠定型機尺寸為50 m×5 m×2.5 m。主要噪聲源情況見表2，設(shè)備分布見圖2。

表2 染整車間主要設(shè)備噪聲源情況一覽表

圖2 設(shè)備分布總平圖

3.3 預測參數(shù)設(shè)置

以該染織廠總平面布置圖為基礎(chǔ)，本次噪聲評價采用環(huán)安科技噪聲環(huán)境影響評價系統(tǒng)NoiseSystem 2015軟件進行建模，以晝間噪聲進行預測，噪聲預測模式采用HJ 2.4—2021《環(huán)境影響評價技術(shù)導則聲環(huán)境》具體參數(shù)設(shè)置如下：

⑴ 氣象條件：該染織廠所在區(qū)域年平均氣溫19.1 ℃，年平均相對濕度82%，項目所在縣全年風向多為東北和東北東。

⑵ 廠界按非實體圍墻設(shè)置，廠區(qū)周邊夯實地面，可以認為是堅實的，堅實地面G=0。

⑶ 車間內(nèi)墻面的吸聲系數(shù)設(shè)置為0.02，建筑物整體噪聲削減量約為20 dB(A)。

⑷ 評價范圍：廠界外圍1 m，受聲點高度設(shè)置為1.2 m。

⑸ 由于項目周邊200 m范圍內(nèi)沒有敏感點，因而本次預測評價不考慮噪聲源對敏感點的影響。

⑹ 考慮到噪聲源尺寸及廠區(qū)范圍，設(shè)置2種情形進行預測比較分析：

模型一：將染整車間內(nèi)所有噪聲源均按點源進行預測。

模型二：將染整車間內(nèi)的定型機作為面聲源，其他設(shè)備仍為點聲源進行預測。

根據(jù)噪聲預測模型，結(jié)合各種參數(shù)，根據(jù)網(wǎng)格計算得到以下的預測結(jié)果，該染織廠晝間廠界噪聲的貢獻值如表3所示。

表3 廠界噪聲預測結(jié)果單位：dB

4 實測數(shù)據(jù)對比分析

該染織廠已開始正常運行，沿廠界周圍東南西北四個方向設(shè)置噪聲監(jiān)測點位，采用HS5660C噪聲儀統(tǒng)計分析，采用1 min的等效聲級測定晝間噪聲值。測定結(jié)果和軟件預測結(jié)果見表4。實測數(shù)據(jù)和軟件進行結(jié)果進行對比分析。不同預測模型下噪聲預測與實際監(jiān)測對比圖見圖3。

表4 不同預測模型下廠界預測值與實測值對比單位：dB

5 討論與分析

本文根據(jù)對大型設(shè)備選用不同類型的聲源模型進行預測，并與實測結(jié)果對比分析可以看出，以大型設(shè)備作為面聲源的模型結(jié)果與實測值較為接近，因此，筆者認為大型設(shè)備噪聲選用點聲源預測存在一定的局限性，原因可能有以下幾點：

⑴ 大型發(fā)聲設(shè)備作為點聲源簡化時，點聲源位置確定可能存在不合理。點聲源與面聲源由于形狀、體積等方面的差異，實際的幾何發(fā)散、衰減情況與實際必然也存在差異，所以導致預測結(jié)果存在較大偏差。

在現(xiàn)實情況下，大型設(shè)備的噪聲源通常不是理想的點源，而是具有一定面積和形狀的表面源。當使用點聲源模型進行預測時，可能會高估或低估實際的噪聲水平，特別是在距離較遠或環(huán)境較復雜的情況下，這種誤差可能更加顯著。

⑵ 在噪聲預測軟件中，對于點聲源的噪聲預測通常會選距離衰減模型，這個模型基于聲波在傳播過程中隨著距離的增加而逐漸衰減的原理，它通常用于預測點聲源與接收點之間的距離對噪聲水平的影響。

面聲源的衰減與預測點和面聲源中心距離r和面聲源的尺寸有關(guān)，只有當r＞b/π時才會產(chǎn)生類似點聲源衰減特性，但是當大型設(shè)備當預測點和面聲源中心距離r處于其他條件時，作為點聲源衰減就不符合實際情況，點聲源模型忽略了環(huán)境介質(zhì)（如空氣、地面、障礙物等）對聲波傳播的影響，最后預測結(jié)果就會存在誤差。

⑶ 聲波入射到屏障表面時可能會發(fā)生反射，這可能會使位于屏障反射面同側(cè)附近的受聲點的噪聲值增高。聲波的是否在屏障表面發(fā)生反射，取決于屏障表面的聲學性質(zhì)、反射面的大小以及噪聲源、反射面、受聲點的位置關(guān)系。若選用點聲源模型只能考慮聲源的直接輻射，無法充分模擬聲波散射和反射效應(yīng)。

⑷ 點聲源模型無法考慮多個聲源之間的相互干擾和疊加衰減，當存在多個大型設(shè)備同時運行時，預測結(jié)果可能失真。

6 結(jié)論

綜上所述，大型設(shè)備噪聲選用點聲源預測無法考慮更多的因素，如面聲源模型、環(huán)境介質(zhì)影響、多聲源干擾等，因此在實際噪聲預測中，為了更準確地表達大型設(shè)備的噪聲，建議可以根據(jù)實際情況，適當考慮使用面聲源模型進行預測。面聲源模型可以更好地考慮實際設(shè)備的形狀和尺寸對噪聲傳播的影響，從而提供更準確的預測結(jié)果。后期一些具體細節(jié)上還可進行進一步研究，以期能提出更為精確、更加合理工業(yè)企業(yè)噪聲預測方法，為其他項目的聲環(huán)境影響評價提供參考。