冷却塔的噪声控制分析

李岳剑 赵 鹏

（江西省电力设计院发电部水工组，江西 南昌 330096）

1 前言。人们长时间处于噪声刺激中，可导致听觉、神经系统、心肺功能等不同程度地受到损害。近年来，随着建筑业的快速发展，各种建筑设备的噪声扰民问题逐渐凸显，特别是冷却塔因其安装位置一般距离居民区较近而成为投诉最多的噪声源之一。遗憾的是，目前冷却塔的降噪措施并非行之有效，如声屏障对于低频波的绕射无能为力，隔声罩会阻碍气流流动导致热湿交换不良，对宽频噪声吸声效果差等，这使得冷却塔的噪声控制受到人们的重视。

本文根据实际测量数据分析冷却塔的噪声来源、声场分布和频带特性，制定相应的吸声、隔声和消声的综合降噪方案，同时考虑现场实际情况，所有降噪设施都进行了防尘、防潮处理并满足设备相应的风量和温度要求。

2 冷却塔噪声特性分析。开式冷却塔是空调系统常用的冷却设备。当冷却塔循环水通过旋转的喷淋管喷出，通过填料层自上而下滴落时，安装在冷却塔上部的风机将空气由下而上逆向抽出，空气和水直接接触，靠水的蒸发吸热达到降温冷却的目的。

冷却塔的噪声源主要包括风机的空气动力噪声、机械噪声和落水噪声。该工程的冷却塔噪声源主要有如下特点：

1 )距离轴流风机管口 (风机出口处)1m处的A声级噪声值达到91dB，这是由于空气在冷却塔顶导流管内产生湍流和摩擦，激发的压力扰动产生噪声，同时桨叶与空气作用产生振动向外辐射噪声。因此初步判定风机的空气动力噪声是主要声源。

2 )风机的机械噪声主要是由于风机旋转部件的不平衡导致结构发生振动从而引起塔体表面辐射噪声。由于风机支架与塔体之间安装了减振器，机械噪声不是主要因素。

3 )冷却塔的循环水经填料层自由下落到落水槽所产生冲击噪声的强度与落水速度的平方成正比。测量的结果表明落水的A声级噪声达到了73dB，这属于冷却塔需治理的噪声源之一。

3 降噪方案。根据噪声来源、声场分布和频带特性，提出如下降噪方案：1)在轴流风机出风口设置阻性消声器，有效阻止噪声能量的传播；2)为保证冷却塔的散热，不能对其进行封闭式隔声处理，为此设置组合式声屏障来阻止下部噪声能量的传播；3)为有效减少噪声声波的绕射，在冷却塔底部设置吸声隔声组合式声屏障吸收低频噪声；4)在冷却塔中部设置阻尼隔声板和宽频带组合式吸声材料，提高中低频吸声效果；5)落水的高频噪声用超细玻璃棉材料吸收。考虑到现场实际情况，方案中的所有降噪设施都进行了防尘、防潮处理，同时不影响冷却塔的通风和散热功能。

3.1 组合式声屏障设计。为保证所有噪声敏感点都在声屏障的声影区内，从而获得最佳的降噪效果，根据现场情况和声学计算，确定声屏障有效高度为3m。声屏障采用宽频带组合吸声结构和阻尼隔声板的组合式结构，其中宽频带组合式吸声结构的吸声特性曲线如图1所示。

图1 声频障宽频组合式吸声结构的吸声特征曲线

尼隔声板主要由3部分组成：隔声板、阻尼涂层和约束层。采用这种结构不仅能够有效阻断噪声能量的传播，而且能够避免罩板受噪声声波激励出现共振现象。

3.2 导流消声器设计。消声器大致分为3类：阻性消声器、抗性消声器和排空消声器。其中，阻性消声器是利用设置在管道内的吸声材料或吸声结构使沿管道传播的噪声不断地被吸收，从而达到消声的目的。由于阻性消声器的阻力较小，各类风机噪声多以中、高频为主，含低频成分少，而阻性消声器恰对中高频噪声具有较好的消声效果，所以选用阻性消声器。

现有的阻性消声器包括直管式、复合式、片式、盘式和折板式等几种方式，其中片式消声器具有消声量大，阻力较小，导流效果和安装灵活的特点，因此选择在风机出口处安装片式消声器。同时，考虑到噪声特点，在设计时特别选用了宽频吸声材料。

3.2.1 消声片半厚度D。由于冷却塔的噪声频谱带很宽，而多孔吸声材料的特性是在中、高频具有很高的吸声系数，而对低频噪声吸声系数相对较低，如果只用单一的多孔吸声材料很难达到理想的降噪效果，所以在本设计中消声片选用宽频带吸声结构贴附。根据共振频率 与消声片半厚度D（m）相乘为常数的关系，以密度为20kg/m3的超细玻璃棉为例，计算如下：

式（1），（2）中 f2为消声频率下限，这里取125Hz；Ω 为 fr和f2间的倍频程数，Ω =4/3。fr=fr×2Ω=125HZ×24/3=315HZ所以消声片半厚度为D=40HZ·m/315HZ=0.13。

3.2.2 气流通道宽度。气流通道宽度a减少，可提高消声器消声量，缩小消声器几何尺寸，但通道内流速增加，导致气流再生噪声提高和压力损失增大，消声器动力性能变坏，因此，气流通道截面面积的设计必须以实际情况来确定，在不需要减小流速的情况下，气流通道总截面积等于与它相连接的管子截面面积。根据工程设计实践，通道半宽度a／2与消声片半厚度D之比宜取0.5～2，考虑到该工程的实际情况，取两者之比为1.0。

3.2.3 消声器长度l。片式消声器消声量的计算公式为

在消声器的出口和进口，气流再生噪声也是个必须考虑的因素，它会使消声量的提高收到限制，当吸声层材料蚕蛹超细玻璃棉时，通道中气流再生噪声LA由下式确定；

LA=10+60lgυ （5）式中 为气流速度，m/s。根据冷却塔参数，取=5.43m/s，则气流再生A声级噪声为54dB，满足消声要求。为了减小消声器的长度，在消声片内加入宽频带组合式吸声板增强吸声效果，这样可以缩短消声器的长度。

结论：

1 冷却塔的噪声源主要是风机产生的噪声和落水的噪声，表现出明显的宽频带噪声特性，因此单一的隔声或吸声无法得到良好的降噪效果。只有在分析了噪声源和频带特性之后才能制订相应的降噪措施。

2 消声器设计应综合考虑消声量、阻力，尽量不影响冷却塔的通风散热功能，并能够防尘防水。

3 片式消声器的消声片具有导流效果，经实际测量，风机出口消声器的局部阻力和沿程阻力几乎可忽略不计。

[1]李鹏飞，赵林，葛耀君.黄志龙超大型冷却塔风荷载特性风洞试验研究.工程力学，2008年6期.