低噪声风机在冷却塔噪声治理中的应用

文_张友志 黄青青 韩涛 上海环境保护有限公司

冷却塔是空调系统中常用的热交换设备，广泛应用于现代化的城市建筑中。冷却塔运行会产生较大的噪声，产生噪声污染。近些年城市建筑密度加大，建筑屋顶的冷却塔与周边居民楼的距离越来越近，冷却塔的噪声影响呈逐年上升的趋势，已然成为城市噪声污染的主要源头之一，亟待解决。

1 冷却塔的噪声特性分析

冷却塔按通风方式分为自然通风冷却塔和机械通风冷却塔。冷却塔按热水和空气的流动方向分为逆流式冷却塔和横流（直交流）式冷却塔。城市建筑中应用较多的是横流式冷却塔。

冷却塔噪声包含风机噪声、淋水噪声、电机及减速器噪声、塔体振动所辐射的二次结构噪声，具体分析如下。

（1）风机噪声：冷却塔的风机为轴流风机，其噪声包括空气动力噪声和机械噪声，其中以空气动力噪声为主。空气动力噪声包括旋转噪声和湍流噪声，且主要成分是湍流噪声。研究表明，风机噪声与叶片速度的6次方成正比。风机噪声呈中低频特性，噪声衰减慢。

（2）淋水噪声：水滴直接冲击水面发生碰撞辐射出的脉冲噪声，其值随水滴大小和溅落冲击速度有关。对于横流式冷却塔，水沿着填料层往下流动，下落到水面时流速小，因此淋水噪声小。淋水噪声一般呈中高频特性。

（3）电机噪声：电机噪声与功率有关，一般民用建筑中冷却塔电机的功率都不大，因此噪声一般在80dB(A)左右。电机的体形小，所辐射噪声的声功率小，噪声呈点声源衰减，衰减快，影响相对较小。电机噪声呈中高频特性。

（4）塔体振动产生的二次结构噪声：风机及电机运行产生的振动会引起塔体振动并向外辐射二次结构噪声，不过二次结构噪声的噪声级相对较小，影响也比较小。二次结构噪声呈低频特性。

综上所述，对于现代建筑中常用的横流式冷却塔，其最主要的噪声源就是冷却塔顶部的风机。

冷却塔风机噪声向外传播的途径可以分为三种。

①噪声随着排风向上方空间传播，这是最主要的途径。

②噪声向下传播到塔体内，并经塔体和水面反射后形成混响噪声，使塔体内的噪声增大，塔体内的噪声通过填料层从进风面向外传播。因此从进风面传出的噪声包括风机噪声和淋水噪声，且对于横流式冷却塔，以风机噪声为主。

③除了两个进风面，冷却塔另外两个面一般是玻璃钢材质，其隔声量不高，因此塔体内的噪声也会透过这两个面向外传播，但这一途径传出的声能相对上述两种小。

2 冷却塔噪声治理措施综述

噪声控制措施分为噪声源控制、传播途径控制及接受者的防护三大类。冷却塔的噪声治理措施主要针对前两类，即噪声源控制和传播途径控制，而对受冷却塔噪声影响的居民楼采取隔声窗之类的被动防护措施是不可取的。

第一类是噪声源控制，包括更换低噪声风机和增加落水消声装置。风机噪声是冷却塔最主要的噪声源，将其更换为低噪声的风机可以获得很好的降噪效果，一般可取得8～15dB(A)的降噪量。落水消声装置是用来降低淋水噪声的，主要用在逆流式冷却塔上，一般可取得5～10dB(A)的降噪量。

第二类是传播途径控制，指在冷却塔周边采取隔声措施，即在噪声的传播途径中设置隔声装置，降低噪声的传播影响。此类治理措施有全封闭式隔声罩、半封闭式隔声罩、出风消声器+声屏障、单独实施声屏障或出风消声器等几种类型，大致的降噪量如表1。

表1 不同类型降噪措施的降噪量

3 低噪声风机在冷却塔噪声治理中的应用

3.1 案例概况

本案例的冷却塔安装在能源站屋顶上，能源站为2层建筑，其东侧和南侧是新建的小高层居民楼（7～8层），相距较近，最近距离不到20米。能源站的北侧为别墅区，相距约90米。能源站屋顶的冷却塔对周边住宅楼的影响较大。

屋顶共安装了4组冷却塔，每组冷却塔由4个单元组成，即4台风机，其中有2组冷却塔每台风机的风量为2800m3/min，另外2组冷却塔每台风机的风量为3110m3/min。

冷却塔安装区域的四周均设有高度为5.5m的墙，其中东墙的北半部分和南墙的西半部分为消声百叶墙，其余均为实心墙。冷却塔的风筒顶端与四周的墙基本持平。有3台冷却塔的一个进风面离墙很近，距离不到1m，据负责人介绍，墙对冷却塔的进风有影响，冷却塔的进风量不够。

3.2 噪声影响分析

（1）噪声源强

实测冷却塔风筒45°、1m处的噪声值为85dB(A)，进风面1m处的噪声值为80dB(A)。

（2）噪声传播分析

冷却塔风机的噪声随排风向上方及四周空间传播。由于冷却塔风筒的出口与屋顶四周的墙基本持平，因此冷却塔风机的噪声基本无遮挡地向外传播，是最主要的噪声影响源。而冷却塔的进风面比屋顶四周的墙低，墙对进面的噪声起到了一定的遮挡作用，进风面噪声是次要噪声影响源。

（3）居民楼处的噪声计算

由于噪声设计时旁边的居民楼还未建设，因此无法实测到居民楼处的噪声超标量，为此采用Cadna/A软件进行声学计算，设计输入采用实测的源强。

图1和图2分别是8楼和3楼高度的水平声场分布图。

根据环评批复文件，居民楼处执行《声环境质量标准》中的2类区标准。通过声学计算可知，拟新建居民楼处昼间噪声最大超标约6dB(A)，夜间最大超标达16dB(A)，超标严重。能源站北侧现有别墅区夜间超标约5dB(A)。

3.3 噪声治理措施

（1）噪声治理方案的确定

根据上述计算可知，居民楼处噪声最大超标16dB(A)，需采用全封闭隔声罩的降噪措施，即在冷却塔的出风口加装高消声量的出风消声器，并在隔声罩的外墙上设置进风消声百叶。采取全封闭隔声罩后，冷却塔需从消声百叶进风，然后通过出风消声器排风，冷却塔通风的阻力会增大50Pa以上。而在噪声治理前，冷却塔的通风量已经不够，并且影响到冷却塔的冷却性能，因此如果再加装隔声罩的话，通风阻力增大，冷却塔的通风量会进一步下降，冷却塔的性能也会下降，将会影响冷却塔的正常使用，因此全封闭隔声罩的方案行不通。

既要降低噪声，不影响冷却塔的性能甚至要提升冷却塔的性能，冷却塔风机改造是一种行之有效的措施。将冷却塔原有的风机更换为专用的低噪声风机，这样既可以大幅降低风机噪声，还可以根据需要来提高风机的风量和风压，从而提升冷却塔的性能。

根据冷却塔的性能要求进行计算，更换低噪声风机可取得10dB(A)的降噪量，但由于噪声超标量大，除了更换低噪声风机外，还需采取其它辅助的隔声降噪措施。

（2）低噪声风机的选型

冷却塔风机噪声与叶片速度的6次方成正比，因此为了降低风机噪声，需降低风机的转速，但同时要确保风机的风量不降低而且能够有所增大，从而保证冷却塔的性能。

低噪声风机的设计选型时一般需要考虑以下因素。

①风机的风量（不降低或者有所增大）。

②风机的转速。

③风机的叶型及数量。

④风机减速比的选配。

⑤风机的支撑结构。

⑥电机的驱动功率。

由于噪声超标量大，除了更换低噪声风机外，还需采取其他辅助的隔声降噪措施，这会使风机进出口的静压增加，所以更换风机的同时，提高轴功率至18.5kW（原来11kW），使风量增大至3300m3/min。

根据上述的相关要求，所选型的低噪声风机的主要参数如下。

①转速：由250RPM降至160RPM。

②叶片宽度：370mm。

③叶片数量：6片。

④叶片材质：FRP，轮毂采用金属模成型，叶片用不锈钢U型码连接，无级调节风机角度，高强度、耐腐蚀。

⑤风量：3300m3/min。

（3）低噪声风机辅助系统改造

①更换减速机：更换低噪声风机后，风机的转速降低了，因此减速机也需更换，使得减速比与风机转速相匹配。

②更换电机：风机的轴功率从11kW提高到18.5kW，因此电机及电缆需进行更换。同时将电机改为内置式，有利于降低电机噪声的影响。

③更换风机支撑结构：改造前冷却塔的风机是悬挂在风筒上缘的，电机和减速机置于风筒之上；改造后，将电机和减速机移到风筒内，更换风机的支撑结构，采用下支撑的形式，支撑固定在塔体内。

④更换风筒：更换低噪声风机后，原有风筒与风机不匹配，尖端间隙过大，影响风量，因此对风筒进行更换，确保叶片与风筒之间保持合理的间隙。

（4）辅助降噪措施

为进一步降低冷却塔风机噪声及淋水噪声对居民的影响，分别对风机出风口和冷却塔进风面采取了消声、隔声措施。

风机出风口加装排风消声器。每一组冷却塔合并安装一台大型的排风消声器，排风消声器采用片式阻性消声器，消声片的厚度根据风机噪声的频率特性进行设计，提高消声性能。排风消声器的底部与塔顶之间预留了1.8m的空间，方便巡检。排风消声器将电机及减速机也围隔在内，同时可降低电机及减速机的噪声。

为保证冷却塔有足够的进风量，将靠近冷却塔的实心墙更换为消声百叶窗，其既可以降低进风面噪声对居民的影响，又不影响冷却塔进风。冷却塔安装区域的四周都有墙，为降低冷却塔进风面噪声对居民的影响，对冷却塔进风面的上部进行隔声围挡，隔声围挡和四周的实心墙相结合完全将冷却塔的进风面遮挡住，达到降低进风面“直达声”影响的效果。

3.4 噪声治理效果

（1）噪声达标

冷却塔更换低噪声风机后，风筒45°、1m处的降噪量为8～10dB(A)，200Hz以下低频段的降噪量为4～5dB，达到了预期的降噪效果。

低噪声风机改造后，又采取了出风口加装排风消声器和进风面增加隔声围挡的措施，最终经第三方检测机构检测，居民窗外1m处的噪声均低于49dB(A)，满足《声环境质量标准》中的2类区标准；居民室内在关窗情况下的噪声均低于37dB(A)，满足《民用建筑隔声设计规范》的要求，噪声全面达标。

（2）冷却塔性能提升

冷却塔噪声治理实施完成后，经测试，冷却塔的风量较治理前增大了5%～10%，冷却塔的性能不但没受影响，反而有所提升。

4 结语

冷却塔是降噪工程中经常碰到的噪声源，常规的降噪方法是在噪声传播途径上采取被动的隔声措施，如隔声罩、出风消声器、声屏障等，这些降噪措施都会使冷却塔的通风阻力增大，影响冷却塔的冷却性能，还会增大用电量，使运营成本上升。而冷却塔风机的低噪声改造是一种主动降噪技术，从源头降低冷却塔的风机噪声，从而使冷却塔整体噪声能够大幅度地降低，而且不影响冷却塔的性能、用电量、检修等。笔者在实际工程中成功应用了冷却塔风机的低噪声改造技术，并取得了很好的降噪效果，深刻地体会到风机低噪声改造技术在冷却塔降噪工程中会有良好的应用前景。