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摘要：基于对冷却塔的调查与研究，我们可以发现，民用建筑中央空调设计中的冷却塔会带来较大的噪声，这不仅影响着人们的生活质量，也影响着人们的身心健康，为此本文在分析民用建筑中央空调设计中冷却塔的工作原理、其对环境产生的负面影响，以及噪声控制标准的基础上，提出几点冷却塔的噪音防治对策，期望可以为民用建筑中央空调设计人员提供参考。
关键词：民用建筑；中央空调；冷却塔；选址；噪音防治
前言
随着国民经济的不断发展，当前我国民用建筑中大部分公共建筑均安装了中央空调系统，冷却塔作为中央空调系统中的重要组成部分，在民用建筑领域得到了广泛应用。冷却塔的应用为节水事业作出了重要贡献，但是冷却塔的风机噪声和淋水噪声，容易对环境造成噪声污染。冷却塔的噪声问题已被国家和社会重点关注，如何妥善处理好冷却冷噪声对周围环境的影响问题已成为环保综合治理的焦点。因此，在民用建筑中央空调系统设计中，应通过合理选择冷却塔的安装位置，针对冷却塔的噪声特性、噪声源以及传播途径，从多角度分析，采取适当措施防治环境噪声污染。
1 民用建筑中央空调系统中冷却塔的工作原理
民用建筑中为了充分利用地下空间和有效控制噪声污染，中央空调系统的制冷主机房通常设置在地下室，受地下室散热条件差的限制，最常用的系统形式为水冷式制冷系统，这个时候，就需要用到冷却塔，利用冷却塔将空调冷凝热排入大气。冷却水在冷却塔中与空气进行充分接触，一方面，在温差作用下，水与空气直接进行温差传热，另一方面，由于水蒸汽表面和空气之间存在压力差，在压力差的作用下会产生蒸发现象，使得水由液态转化为气态，发生了相变，需要吸收气化潜热，带走冷却水中的热量，进而使得冷却塔能够达到降温目的[2]。近年来，由于自然通风式冷却塔占地大、体积大、换热效率低等原因，在制冷系统中已很少使用，普遍采用的是机械通风型冷却塔，机械通风型冷却塔使用了风机设备，将其作为动力装置，通过带动冷却塔中气流运动，促使水在冷却塔内的填料层中与进入冷却塔中的气体进行有效热量交换。
2冷却塔对周围环境产生的负面影响及噪声源分析
从冷却塔工作原理可以发现，由于风机的存在，在其运行过程中难免会产生振动，有振动就会产生噪声。同时，冷却水从淋水装置下落时，与塔体底盘中的积水撞击会产生淋水噪声。此外，在冷却塔运行过程中，还会存在飘水现象，如果冷却塔离建筑外墙太近，时间长了建筑外墙存在长霉菌的隐患。噪声及飘水等均会对周围环境产生负面影响。
冷却塔的噪声源主要由以下几个方面形成：一是风机在进、排气过程中所产生的噪声；二是电动机噪声和风机减速器噪声；三是淋水时所产生的噪声。其中，风机噪声是一种空气动力性噪声，包括湍流噪声和旋转噪声，当气流流经叶片表面时会在其背部脱体，在尾部由于气流的粘滞形成一系列涡流，从而产生湍流噪声，旋转噪声是叶片旋转时形成压力脉动产生的，属于低频噪声，风机噪声主要通过冷却塔顶部排风口向外传播。淋水噪声则是指冷却塔底部集水盘中积水所产生的撞击声，该声音属于高频噪声。根据调查研究统计，发现冷却塔所产生的噪声以低频为主，噪声等级约在55dB~85dB之间。
3冷却塔噪声控制标准
从环境保护角度而言，妨碍到人们正常休息、学习、工作的声音都可以统称为噪声，它是一类会引起人烦躁或音量过大而危害人体健康的声音。为了保障人体健康，保护环境，冷却塔的噪声应控制在合理的范围，包括冷却塔自身的噪声和冷却塔的噪声对环境的影响两方面，均应满足相关国家标准要求。其中，冷却塔自身的噪声应满足下表要求：
其中，0类声环境功能区：指康复疗养区等特别需要安静的区域；1类声环境功能区：指以居民住宅、医疗卫生、文化教育、科研设计、行政办公为主要功能，需要保持安静的区域；2类声环境功能区：指以商业金融、集市贸易为主要功能或居住、商业、工业混杂，需要维护住宅安静的区域；3类声环境功能区：指以工业生产、仓储物流为主要功能，需要防止工业噪声对周围环境产生重要影响的区域；4类声环境功能区：指交通干线两侧一定距离之内，需要防止交通噪声对周围环境产生严重影响的区域。
4 民用建筑空调系统中冷却塔的选址及布设
由于冷却塔的噪声、飘水等问题会对周围环境产生负面影响，同时，民用建筑中央空调系统中用到的冷却塔体积较大，存在遮挡景观或影响建筑视觉美观等问题，因此，合理的选择冷却塔的安装位置具有重大意义。从冷却塔有效散热和安全运行角度，《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736－2012要求冷却塔的安装位置应保证通风良好、远离高温或有害气体、并避免漂水对周围环境的影响。从减轻冷却塔噪声对环境影响的角度，冷却塔安装位置应与其它建（构）筑物保持一定的距离，使其噪声符合国家现行《声环境质量标准》GB3096规定的城市各类区域或环境噪声标准值的要求。冷却塔的空间衰减，可按距离每增大1倍噪声值衰减5dB计算，多台冷却塔声源的合成声压级，应按对数法进行计算。《工业循环水冷却设计规范》GB50102-2014关于冷却塔与其它建（构）筑物的距离，在其它设计规范尚无明确规定，设计中可参考下表：
依据笔者的经验，在民用建筑中央空调设计中，冷却塔与建筑物保持30m以上的距离，基本能满足噪声要求。
当前民用建筑中央空调设计中，冷却塔主要采取以下几种布设方式：一是地面布设冷却塔，这种布设方式冷却塔位于地面之上，其周边空气相对畅通，在一定程度上，可以保证冷却塔体与室外空气可以进行热交换，保证冷却塔的冷却性能，具有维护检修方便、运营费用低、换热效率高等优点，但是，冷却塔位于地面之上，其噪声会对周围建（构）筑物的影响较大；二是下沉式布设冷却塔，这种布设方式冷却塔部分或整体位于地下基坑内，对周围建筑、行人、地面景观影响较小[1]，但是这种布设方式散热条件相对地面布设差，换热效率相对也较低；三是屋面布设冷却塔，这种布设方式冷却塔位于对流条件好的屋面之上，换热条件好，换热效率高，是民用建筑中央空调设计中最常用的布设方式。需要特别说明的是，民用建筑中央空调的冷却水系统为开式系统，若采用上述第一、第二种布设方式时，应注意核算从冷却塔集水盘至冷却水泵吸入口之间的吸入管段的水力损失，避免冷却水泵灌注水头不足的问题。
由此可见，在民用建筑中央空调设计时，应重视冷却塔的选址，确保冷却塔和冷却水泵的安全运行，减轻对周边环境的影响。
5 民用建筑空调设计中冷却塔的噪音防治对策
基于前文对民用建筑中央空调设计中冷却塔噪声产生原理的分析，对冷却塔噪声的预防和治理大致可分为主动性降低噪声和被动性降低噪声两种处理对策。主动性降低噪声是指充分考虑到冷却塔噪声产生的原因，找出根源后对症下药作出有效的处理方案。被动性降低噪声是指噪声产生后通过采取适当的措施来阻隔或减少噪声往外传播的处理方案。前者重点在“防”，后者重点在“治”，从效果上看，主动性降低噪声效果要明显优于被动性降低噪声。
5.1 主动性降低噪声
通过前文对民用建筑中央空调设计中冷却塔噪音产生原理的分析可知，冷却塔噪音的来源主要为风机以及淋水产生。在保证冷却塔所需技术参数的前提下，有针对性的想办法降低风机及进、排风时引起的噪声，主动从源头上去“堵”，可以起到很好的预防噪声效果。一方面可通过选用超静音风机来替代普通标准风机，有关研究表明，用超静音风机替代普通标准风机可降低9~15dB（A）的噪声水平，而且可以有效改善噪声的质量。另一方面可选择变频调速风机替代定频定速风机，通过调整风机转速降低噪声，以满足夜间环境的低噪声要求。另外，可以通过改进塔体结构设计，抑制和降低冷却塔风机运转时产生的震动通过结构传递，减轻其噪声对周围环境的影响。此外，可通过改变水池结构形式或水面材料，如在集水盘安装滴水消声毯，以减轻落水噪声。同时，可以在冷却塔的进、排风口外设消声装置来降低风机和落水噪声。采取以上措施来达到降低噪声的目的，我们称之为主动性降低噪声。
5.2被动性降低噪声
上述主动性降低噪声，其重点在于“防”，要想取得更好的降噪效果，我们需要“防”、“治”结合。这里的“治”，即是在噪声产生以后，我们设法去消除它，主要通过控制塔体外部与周围环境的接触，控制噪音传输效果，使得噪音可以留于塔体附近，避免扩散到塔外居住区以及其他区域中，我们称之为被动性降低噪声。被动性降低噪声最简单的手段是设置导风罩，通过导风置使气流和噪声往影响最小的方向传递，这种方法可以收到一定的效果，但是效果有限。另一种最常用的手段是设置隔音屏障，通过在冷却塔附近周边设置隔音屏障，可以在一定程度上阻止噪声向外传播。隔音屏障一般通过在冷却塔附近加装相应设备来实现，在条件允许时，也可以通过在冷却塔周边种绿植来隔声、吸声。值得注意的是，采用种绿植来隔声、吸声时，需要采取措施防止树叶掉进或吸进冷却塔。在笔者的实践经历中曾遇到过这种情况，冷却水管路的水处理器和过滤器位置容易被树叶堵塞，从而影响整个制冷系统的制冷效果。虽然设置隔音屏障能在一定程度上实现降低噪声，但是，隔音屏障很多时候也会影响冷却塔的进风效果，从而影响冷却塔的散热效果。
总结
综上所述，在保证民用建筑中央空调系统安全运行和使用效果的前提下，我们一方面通过合理选择冷却塔的安装位置和布设方式；另一方面通过主动降低冷却塔噪声和被动性降低冷却塔噪声双管齐下，防治结合。通过以上措施，全面做好民用建筑中央空调设计中冷却塔的噪声控制工作，妥善处理好冷却冷噪声对周围环境的影响问题，为人们营造健康、安静的生活氛围。
参考文献
[1]李凌，赵丽娜.冷却塔的噪声特点和噪声措施研究[J].中国新技术新产品.2015（03）
[2]刘欢，王健，李金凤，郭烁，张琳琳，王庆辉，李金娜.冷却塔的噪声特性分析与噪声治理[J].工业安全与环保.2014（06）
[3]胡署根，张茜，易超.兼顾改善侧风不利影响的冷却塔噪声治理方案[J].电力科技与环保.2013（05）
[4]王如洁，刘坤，吴耀光.冷却塔噪声污染防治对策探讨[J].科技创新导报.2013（05）
[5]孔祥军，陈长征，王仲，费朝阳.冷却塔的噪声特性与控制[J].工业安全与环保.2012（09）
论文作者:刘泽明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/26
标签：冷却塔论文; 噪声论文; 民用建筑论文; 风机论文; 中央空调论文; 被动性论文; 环境论文; 《建筑学研究前沿》2017年第33期论文;