数据中心冷却系统降噪工程分析

2023-01-31张雪

通信电源技术 2022年20期

张雪

（中国移动通信集团北京有限公司，北京 100000）

0 引言

国家战略对噪声污染防治的要求已纳入年度目标及规定中，环境噪声问题治理尤为重要[1]。生态文明建设已成为一项重要工作，对促进经济社会绿色发展有着重要意义[2]。中国移动通信集团北京有限公司（以下简称北京移动）菜市口数据中心承载着大量移动业务，随着业务不断发展，为满足不同机房温湿度要求，菜市口楼体南侧及西侧平台均布置多台空调室外机。此外为实现节能降耗要求，在楼体顶层布置有13台闭式冷却塔。在设备运行时，空调室外机及冷塔产生的不同程度噪声对周围居民区产生干扰。针对上述影响，北京移动积极发挥前向主动性，充分调研勘测并精准研判制定优化策略方案，快速落地实施，通过一系列举措将噪声值大大降低至标准指标值以下，为附近居民提供了良好的居住环境。

1 空调室外机组降噪方案

空调室外机产生的噪声主要是空气动力性噪声，空调室外机叶轮造成了周围气体的紊流，在紊流的影响下会产生气体与气体及气体与物体相互作用产生的噪声。从噪声产生的机理来看，它主要由两部分组成，即旋转噪声和涡流噪声。旋转噪声主要是室外机启动时叶轮与周围气体进行接触，对周围气体起到扰动作用，在连续性扰动过程中周围气体不断与叶轮接触，接触过程中对叶轮产生压力从而引起震动，旋转过程导致气流分布不均，产生一定的噪声影响。涡流噪声又称为紊流噪声。涡流噪声主要是气流流经叶轮表面时，在叶片尾部产生尾涡，从而引起叶片震动，产生一定的噪声影响[3]。

消声处理是控制空气动力性噪声最有效的措施之一，对于空调室外机的空气动力设备采取的措施是加装隔吸声板和消声装置，可以有效降低噪声。钢结构框架为镀锌方管结构，采用现场栓接的方式与原结构进行连接，安装时需拆除原有外墙装饰板，待方管安装完毕后予以恢复。

隔吸声板采用模块式结构，易于安装更换、检修维护，不影响设备运行性能和检修维护等。消声器的安装位置根据设计图纸已安装型钢框架后，方可进行施工。消声器在工厂内生产完毕，现场组装，采用穿孔吸音板+吸音棉+金属隔声板的阻性消声结构。隔声罩如图1所示。

图1 隔声罩示意图

2 顶部冷却塔降噪方案

菜市口冷却塔为13台风冷冷却塔，原有冷却塔降噪屏障已经上锈腐烂，多处已经损坏。经现场分析发现，冷却塔噪声主要由冷却塔下部的水喷淋装置产生的噪声、侧板辐射的噪声、冷却塔电动机和水泵产生的噪声、每台冷却塔上部的8台通风机产生的噪声以及冷却塔在运行过程中塔体与地面接触产生的震动噪声。水喷淋及冷却塔的壳体辐射噪声主要由电机叶轮叶片引起，电机运转过程中，每当叶片的后边缘经过涡壳的舌部或导向器导叶的前边缘时压力就会发生变动，而且一直传到排出管中，并辐射出空气噪声。冷却塔顶部的8台通风机噪声主要是风机转动时产生了气体紊流，风机转动使得周围气体受到扰动产生空气动力性噪声。此外，风机本身的轴承等部件在转动过程中会产生机械噪声[4]。减速机噪声主要是齿轮啮合所发生的噪声和机器的底座与基础振动冲击产生的噪声。电动机噪声主要是电动机运转过程中发出的机械及电磁噪声。塔体及管道振动向外辐射出的噪声以及通过刚性连接形成“声桥”向建筑物下方传递的振动噪声也是冷却塔噪声的重要组成部分。

根据实际环境与噪声敏感点的相对位置关系和降噪指标，需因地制宜地采取全面隔声+消声的降噪设计方案，尽可能兼顾热工性能、结构工艺、日常维修等一系列相关因素，在尽可能保障其通风散热效果、操作维修便利以及外部景观协调的同时，实现环境噪声达标。

2.1 屋面钢结构安装

钢结构运至施工现场后，由施工人员多人配合逐个将钢结构搬运至运输货梯，在屋面寻合适位置按尺寸和种类整齐码放。使用时，由人工二次倒运至施工点位，借助滑轮装置进行钢柱、檩条、系杆的安装。各类型钢结构安装过程中，需按照设计图纸进行安装位置的确认，从而保证屋面钢结构整体的稳定与刚度满足要求。钢柱借助滑轮初步安装到位后，再调整构件之间的垂直度与水平度。在钢柱满足垂直度要求后，将钢柱与现有结构之间焊接牢固，焊缝满足相应国家标准要求。

檩托板应按设计要求的位置进行固定，若现场存在障碍无法按原设计位置固定，需要对檩托板位置进行调整，应征求设计单位及建设单位负责人同意后实施。在整个檩条安装过程中，安装工人首先根据图纸进行支撑点的定位，定位完成后需要对位置点进行整平操作，以保证其坚固性。整平操作完成后，需要将檩条与固定点进行焊接，焊接过程要进行间距于位置点的确认。钢结构焊接完成后，所有焊点、焊缝均需在打磨后补刷防锈漆。冷却塔降噪工程现场施工实例如图2所示。

图2 冷却塔降噪工程现场施工实例

2.2 顶部倒L型声屏障板安装

钢结构安装完成后，需经过多部门协同验证，满足条件后可进行顶部倒L型声屏障板的安装。将隔声屏障安放在已固定好的H型钢内，然后用弹簧卡子将屏体卡紧在H钢的槽中。安装隔声屏障螺栓及固定件，调整隔声屏障的水平和垂直角度，确保上、下屏体之间无明显的缝隙，顶部屏体的高度基本一致。倒L型声屏障板安装实例如图3所示。

图3 倒L型声屏障板安装实例

2.3 消声导流片安装

根据现场实际情况，屋顶冷却塔部分原有检修平台已破损，并妨碍声屏障结构及消声片安装，需将部分破损原有结构予以拆除外运。本体隔声板采用现场安装的方式，在结构框架内安装玻璃棉，并使用压型钢板封闭。将消声片安放在要固定的位置，消声片需满足无油污和浮尘的条件方可进行安装。严格对照图纸位置及方位进行安装，消声器的螺栓及固定件要保持好角度后，单片叠加进行安装。

消声片的安装过程中要保持均匀间距进行单片安装，消声器的水平、竖直方向要保持好角度，固定件以及螺栓要安装牢固，同时对消声片的固定装置要做好除锈措施，保证施工质量符合要求。消声片之间的距离要相等且平行，安装完毕后要检查消声片间是否有异物。

3 方案效果与推广分析

通过对数据中心楼宇进行夜间自测，室外机开启状态下的噪声值为52 dB，室外机关闭状态下的噪声值为52 dB，符合相关要求[5]。菜市口通信楼在业务承担上扮演重要角色，其面临的噪声问题也更加棘手。菜市口空调室外机采用平铺式摆放，在众多机楼中十分具有代表性。此次噪声改造项目针对主要噪声源室外机和顶层冷却塔增设了通风隔声罩、消声导流片、本体隔声加强板等装置，可以达到有效降低噪声的目的。此次改造项目可以为大多数机房解决噪声问题提供参考，具有较好的推广价值。