CadnaA环境噪声模拟软件在水泥厂噪声治理中的应用

杨 帅（安徽海螺建材设计研究院有限责任公司,安徽 芜湖 241000）

0 引言

随着国家对环保要求的提高，水泥厂运行产生的噪声对外部环境的影响越来越受到关注。本文以水泥厂为例，利用CadnaA环境噪声模拟软件建立水泥厂的噪声分布模型，以此为基础设计相应的噪声治理方案，并对治理后厂界噪声排放情况进行模拟预测，为降噪方案提供理论依据，确保治理后能达到预期要求。

1 研究内容

本次治理的水泥厂建有三套Φ4.2m×13m球磨机+辊压机联合水泥粉磨系统，年产高标号水泥330万t。水泥厂东侧有规划建设的停车场，厂区南侧主要是农田，有少量住户距厂界约200m，西侧路口镇商品房住宅区为主要噪声敏感区，距厂界围墙约170m。由于水泥生产的粉磨设备、大型电机、多种类型工艺风机和原料输送设备均会产生不同频谱的噪声，各种噪声相互干扰、叠加造成了厂界噪声超标。

1.1 水泥厂噪声现状

西侧厂界围墙处噪声值约72.8～75.1 dB（A）,南侧厂界处噪声值约68～70.2dB（A）,西侧河对岸住宅区敏感点处噪声值约68 dB（A）。

水泥厂内主要噪声源分布见图1和表1，包括：

（1）粉磨设备：水泥厂生产流程中的球磨机、立磨、辊压机等粉磨设备，运行时会产生很大的机械噪声及物料碰撞噪声，呈低频特性，可达到100dB以上；

（2）设备机房：主电机房、水泵房、罗茨风机房、空压机站等机房内，设备运行时产生的噪声，大多是低频噪声；

（3）物料运输：动力设备（皮带机、风机，斗提等）运行时会产生较大的机械噪声，石灰石原料在运输过程中也会产生碰撞噪声，整体呈低频特性；

（4）除尘设备：收尘器主要产生噪声的部位为配套风机及风机排风口，以及除尘器顶部的脉冲阀。其中，配套风机噪声一般在85～95dB，排风口空气动力性噪声可达到90dB以上，脉冲阀排气放空噪声瞬时噪声可达到100dB以上。

1.2 国家标准

根据GB12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》要求，该水泥厂属于其中的2类环境功能区，即厂界噪声排放限值为昼间60dB（A），夜间50 dB（A）。

图1 水泥厂主要噪声源分布图

表1 厂区主要噪声源噪声实测数据表 dB（A）

2 噪声预测及分析

工业企业厂界环境噪声排放标准见表2。根据水泥厂现场采集的噪声数据，对水泥厂的噪声分布进行模拟预测，分析研究CadnaA软件的应用。

2.1 CadnaA软件

CadnaA系统是一套基于ISO9613标准方法、利用WINDOWS作为操作平台的噪声模拟和控制软件，该系统适用于工业设施、公路、铁路等多种噪声源的影响评测、评价、工程设计与控制对策研究。

CadnaA软件特点：

（1）CadnaA具有较强的计算模拟功能，可同时预测各种噪声源（点声源、线声源、面声源）的复合叠加影响。

（2）对声源和预测点的数量没有限制，噪声源的辐射声压级和计算结果既可以用A计权值表示，也可以用不同频段的声压值表示。

（3）从声源定义、参数设定、模拟计算到结果表述与评价构成一个完整的系统，可实现功能转换并具有多种数据输入接口和输出方式。

（4）三维彩色图形的输出方式，使预测结果可视化和形象化。

表2 工业企业厂界环境噪声排放标准 dB（A）

2.2 声学理论

根据已获得的声源强度的数据和各声源到预测点的声波传播条件资料，计算出噪声从各声源传播到预测点的声衰减量，由此计算出各声源单独作用在预测点时产生的A声级。

式中：Leqg为建设项目声源在预测点的等效声级贡献值，dB（A）；LPi为i声源在预测点产生的A声级，dB（A）；t为预测计算的时间段，s；ti为i声源在t时段内的运行时间，s。

预测计算时间段和声源在t时段内运行时间相同，噪声源叠加声级计算公式为：

式中：LP—声源的总A声级，dB（A）；LP1，LP2，LPn—单个噪声源的A声级，dB（A）。

声波在传播过程中经过一系列反射、散射等过程后，声能量会发生衰减，根据HJ2.4—2009《环境影响评价导则声环境》户外声传播衰减包括几何发散、大气吸收、地面效应、屏障屏蔽、其他多方面效应引起的衰减。

点声源的几何发散衰减公式：

式中：Adiv—几何发散引起的衰减；Aatm—大气吸收引起的衰减；Agr—地面效应引起的衰减；Abar—屏障引起的衰减；Amisc—其他多方面引起的衰减。

点声源的几何发散衰减公式：

线声源的几何发散衰减公式：

空气吸收引起的衰减公式：

式中：r1—预测点距离声源的距离；r0—声源参考点距离声源的距离；α为大气吸收衰减系数。

2.3 模型建立

2.3.1 地形参数的选择

水泥厂厂址地形较为平坦，为减少建模和预测时间，模拟研究中地面标高全部按0m取值。

2.3.2 主要设施模型

根据该水泥厂总平面图及各子项图纸中的主要建筑物平面和剖面参数，建立所有可能对噪声源分布和传播产生影响的设施模型，厂界围墙按2.5m高度建模。

2.3.3 噪声源的筛选优化

水泥厂属于大型的工业项目，厂区内生产设备众多，种类数量较多。各种设施设备在运行过程中均会产生不同程度的噪声，部分设施的噪声较小，相对于整个厂区来说，基本可以忽略。内部噪声源设备很多的建筑物，可以对其进行整合优化，以减化厂区的建模过程，缩短每次计算所需的时间。

（1）建筑墙体本身具有一定的隔声特性，对室内噪声传播至室外起阻隔效果。当周边有其他高噪声源设施存在时，建筑内的低噪声源设施在被墙体阻隔后，对外界基本没有明显影响。

模拟分析不会单独考虑噪声强度在70dB以下的室内声源。

（2）相对于整个厂区的大小以及距离厂界的距离，水泥厂内类似除尘风机、供风风机等设备，可按照点声源计算。

对于内部声源众多、分布复杂的有门窗建筑物，在建筑内部设置相应的垂直面声源，等效建筑内部各噪声源对外界的影响。

（3）对于水泥厂内分布较多的物料运输廊道，根据其与厂界的距离，等效设置成线声源或垂直面声源。

2.3.4 地面吸收

软件默认的地面吸收G值为1，相当于柔软的地面。水泥厂内地面多为建筑物和硬化的地面，总体的G值可以根据厂区内部的绿化面积，取0～1之间的值。

2.4 厂区噪声分布模拟

通过以上步骤，将厂区内各建筑物与噪声源建模完成后，选定计算区域，将计算网格的大小选择为3m×3m（网格越小，计算结果越接近实际情况，但每次计算时间越长），受声点高度选3m（厂界噪声排放国家标准中，厂界测点的位置比厂界围墙高0.5m）。设置完成后利用软件的网格计算功能进行网格计算，得到该水泥厂的噪声分布现状模拟结果，见图2。

图2 厂区噪声分布现状模拟结果

根据CadnaA软件的计算结果，结合现场实测的厂界噪声数据对比分析，模拟计算结果与实测数据误差不超过2dB，能够较精确反应整片厂区的噪声分布情况。

由以上计算结果可知，西侧厂界预测点噪声排放超标最为严重，超过GB12348—2008中2类功能区夜间标准25dB以上，南侧和西侧厂界预测点也超标15dB以上。厂区内对厂界噪声排放影响最大为水泥粉磨区域产生的噪声，距离厂界较近的风机、皮带机等设备噪声对厂界噪声排放也有较大的贡献。

2.5 噪声治理措施

分析CadnaA软件的模拟结果，设计针对性治理措施。优先从源头治理，其他途径配合治理。

（1）水泥粉磨车间的门窗，换成隔声性能优良的专用隔声门、窗；车间墙体上开孔进行密封处理；为保证车间内部的通风散热，墙体上安装进风消声器及主动排风消声器；水泥粉磨车间外的主排风机管道口安装出风消声器。预计治理完成后，此区域噪声可降低15～20dB。

（2）距离厂界较近的风机设备安装隔声罩，风机出风口安装消声器；东厂界及南厂界的廊道做密封隔声处理。预计治理完成后，各噪声源噪声可降低约20dB。

（3）西厂界距离水泥粉磨车间太近，噪声超标较严重。为保证西厂界噪声排放达标，在西厂界围墙内增加一段6m高声屏障。预计声屏障安装后，西厂界噪声可降低约10dB。

2.6 模拟治理后厂区噪声分布

根据上述治理措施，调整水泥厂的CadnaA模型参数，预测厂区的噪声分布，见图3。

图3 厂区降噪治理后噪声分布模拟结果

模拟预测的结果显示，经降噪治理后水泥厂东、南和西厂界区域噪声排放均达到GB12348—2008中2类功能区的标准。

3 结语

由于水泥厂内噪声设备分布广、数量多，厂界各敏感点噪声叠加，很难用理论公式计算分析。借助CadnaA软件可使噪声分析过程精确简捷，可直观显示治理效果，且通过参数调整可确保达到预期效果。