摘要：针对前海合作区区域集中供冷系统2号供冷站的冷却塔噪声污染，从分析冷却塔的噪声特性出发，根据厂界及敏感点噪声控制标准，提出了源头控制与末端治理一体化的冷却塔降噪技术集成方案，并进行了降噪效果分析和成本效益分析。软件预测模拟结果显示，厂界外1m处的噪声均在50dB（A）以内，其他敏感点噪声均降到了40dB（A）以内；对噪声测点的实地检测显示，各测点昼间A声功率级噪声值为55.2dB（A），夜间噪声值为48.1dB（A）。本方案的降噪效果达到了目前世界领先的水平，对大型区域供冷系统的冷却塔降噪工程具有普遍的示范及借鉴意义。
关键词：冷却塔；降噪；源头控制；末端治理
0引言
前海深港合作区位于深圳南山半岛西部，伶仃洋东侧，珠江口东岸。为构建安全供给、面向未来的基础设施服务系统，探索高密度开发城区的低碳生态建设模式，前海管理局牵头实施了前海合作区的区域集中供冷项目，规划在前海合作区范围内建设10个冷站，供冷建筑面积达到1900万m2，总最大供冷能力40万RT（140.68万kW），形成全球规模最大的区域供冷系统之一[1]。
相对于分散式空调，区域集中供冷系统虽然带来了提高能源利用率、减少环境污染等诸多好处，但也将分散设置在单栋楼宇的冷却塔集中起来，由此带来的噪声污染以及对周边环境的影响不容忽视。随着城市的发展进步以及人们环境理念的提升，人们对声环境质量的要求日益提高，冷却塔噪声污染已成为投诉的主要噪声源之一，倍受公众关注[2]。尤其在高档办公楼、国际性公寓和酒店云集的前海合作区内，声环境更为敏感，冷却塔噪声影响问题所受的关注度更高。如何有效降低冷却塔噪声污染，不仅是政府环保主管部门的要求，也是符合生态文明体制改革、建设美丽中国的环保举措。本文以前海深港合作区区域集中供冷项目的2号冷站为例，从源头控制与末端治理一体化角度出发，提出一种降低冷却塔噪声的技术集成方案，并进行方案的成本及效益分析，探索一条行之有效且经济可行的冷却塔降噪途径。
1项目概况
本文的降噪方案应用于前海合作区2号冷站。该冷站位于前海桂湾片区，于2015年12月开工建设，2016年10月一期工程完成，2016年12月投入使用。该冷站总装机容量约3.12万RT（10.97万kW），总蓄冰量约14.7万RTh（51.7万kWh），尖峰供冷能力约4.9万RT（17.23万kW），供冷管网总长约7.6km，供冷范围覆盖20余栋建筑，服务建筑面积约210万m2。其中，一期工程配套安装17台冷却塔。
该冷站的冷却塔噪声排放执行《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）中的Ⅱ类标准，同时需满足以下条件：
（1）冷却塔所在建筑物厂界外1m、高于建筑物天面1.2m处任意一点，昼间不超过60dB（A），夜间不超过50dB（A）。
（2）冷却塔所在裙楼设置有装饰性幕墙，为减少对周边高层敏感建筑的影响，要求冷却塔所在建筑物厂界外1m、高于幕墙0.5m处任意一点噪声值昼间不超过60dB（A），夜间不超过50dB（A）。
2冷却塔噪声来源与降噪技术现状
2.1冷却塔的噪声来源
冷却塔是利用水和空气的接触，通过蒸发作用来散去工业上或制冷空调中产生的废热的一种设备[3]。冷却塔的噪声可视为点声源，来源主要由以下几部分组成：
1）风机的进、排风噪声，由旋转噪声和涡流噪声组成，其中进风噪声值为85～90dB（A），排风噪声值为50～100dB（A）[4]。
2）淋水噪声，是由于水在塔内循环流动的过程中撞击填料或水面形成，在冷却塔总噪声级中仅次于风机噪声。
3）电动机运转噪声，包括电磁噪声和机械噪声，对周围环境影响一般较小。
2.2冷却塔降噪技术途径
针对噪声的发生机理、传播方式，可以把冷却塔降噪技术归结为源头控制和末端治理两条基本途径。源头控制以声源的降噪治理为主，包括改进风机和采用冷却塔落水消能降噪装置等，末端治理则包括传声途径上的声波阻隔（即采用声屏障方法隔声）、声波吸收（含沿程吸收衰减）、距离衰减（声能扩散）等方式。其中，声波阻隔辅以声波吸收是目前冷却塔噪声末端治理的主要手段。
国外的冷却塔降噪措施主要属于对噪声源的控制，一般包括：1）在总图设计时合理布局，在保证机组有适量新风、不产生回流、机组维修方法方便的前提下，将冷却塔布置在远离居民住宅和需要安静的地区，减少冷却塔噪声对这类地区的影响。2）通过选用新材料、提高加工和安装精度、合理设计冷却塔结构等措施，从根源上降低冷却塔的噪声。3）发展和使用静音冷却塔或超静音冷却塔。
无论是源头控制技术还是末端治理技术，在我国的应用都还处于起步阶段。目前国内的冷却塔降噪技术主要包括：1）对于淋水噪声的治理，采取塔内消能降噪和塔外隔声的方法。2）对于冷却塔风机噪声的控制通常有两种方法，一种是从风机的结构入手，如合理选择动、静叶数和轴向间隙等降低轴流风机噪声，或者是合理选择径向间隙和叶片安装角度等优化离心风机结构，降低其噪声；另一种是在外部对风机安装隔声罩。3）对于冷却塔噪声的末端治理措施主要包括加装消声器、隔声屏障、消声垫等。
3冷却塔一体化降噪技术集成方案设计
本项目与一般项目相比具有以下特殊性：1）冷却塔型号大、数量多、布置集中；2）冷却塔紧挨项目厂界，厂界条件苛刻；3）对达标点而言，噪声的距离衰减空间有限；4）冷站采用冰蓄冷技术，蓄冰设备多在噪声执行标准相对更严格的夜间运行。
对本项目而言，目前常用的超低噪声冷却塔无法达到厂界噪声排放要求，需要在选取源强噪声最低的超静音冷却塔的同时，辅以一定的末端治理手段。因此，基于目前国内外冷却塔降噪技术的发展现状，本项目提出了将源头控制与末端治理相结合的一体化降噪技术集成方案，一方面采用噪声级更低的工艺和设备，另一方面采用隔声、消声、吸声、隔振等措施来达到降噪的目的。
3.1 冷却塔噪声源头控制技术方案设计
面对敏感的声环境以及严格的噪声排放标准，本项目经过分析研究，先从源头控制冷却塔的噪声强度。冷却塔噪声的源头控制技术方案包括冷却塔的选型、配置改进与合理布局三方面。
（1）冷却塔选型
为降低源强噪声，本项目经综合评定后，选定超静音的横流式冷却塔。横流式冷却塔的淋水填料直接与冷水盘接触，冷却水沿填料均匀流到冷水盘，相对于逆流式冷却塔中冷却水直接冲淋到冷水盘消音垫上的方式，不仅运行噪音更低，而且避免了长期运行造成的冷水盘消音垫破损与出水管堵塞问题。此外，所选用的横流式冷却塔单台处理量从171RT（601.4kW）上升到1350RT（4748kW），具有节能环保、运行可靠、维护简便等优势。
（2）冷却塔配置改进
从目前的技术发展方向来说，降低风机噪声是降低冷却塔噪声最积极的措施，如采用低转速、大直径、新叶型、阔叶片、小叶角、带传动等。本项目所用冷却塔标准配置的降噪效果在业内已经非常突出，但针对本项目极高的降噪要求，本方案对原有配置做了进一步升级，选用了针对本项目量身定做的超静音风机，将冷却塔源头噪声做到目前世界上最先进的水平。以其中某台处理水量800m3/h的冷却塔为例，其单台噪声值如表1所示。可见，进风口的标准测点噪声为53dB（A），比普通冷却塔的源强噪声（74dB（A））至少降低21dB（A），比《玻璃纤维增强塑料冷却塔 第1部分：中小型玻璃纤维增强塑料冷却塔》（GB/T 7190.1-2008）规定的超低噪声型冷却塔源强噪声（67dB（A））至少降低14dB（A）。
表1 配置改进后的超静音型冷却塔单台噪声值（单位：dB（A））
经过以上改进后，项目的后续末端降噪压力大大降低，降低了末端治理成本。此外，安装该超静音风机的冷却塔经过CTI性能认证和FM认证，保证了热力性能和降低火灾风险。该冷却塔还采用了可调扇叶角度的铝合金风扇叶片，以方便在现场安装调试。
（3）冷却塔合理布局
根据冷站的总体布局，冷却塔全部位于裙楼天面，预留空间相当狭小。本项目选用的引风横流冷却塔，面板侧的噪音比进风侧低，因此为确保厂界噪声严格达标，在布局时将每组冷却塔的面板侧朝向声环境敏感点。根据图纸管道井和幕墙位置，进行实地勘察，经过多次方案深入优化，最终设计了切实可行的冷却塔低噪音布局形式（图1）。
图1 冷却塔布局与消音器布置
3.2 冷却塔噪声末端治理技术方案设计
本项目冷却塔数量多，分布较密，且与厂界距离非常近（不足3m，甚至小于冷却塔的当量直径）。对所有6组共17台冷却塔利用相关软件建模进行的预测表明，尽管选用了噪声更低的横流式冷却塔，其叠加后的厂界噪声仍然达不到夜间50dB（A）的排放标准，因此需要进一步采用末端降噪措施。
通过广泛的实地调研和性能参数比较，本项目的末端治理设备采用两种型号（3LFL和2ML）的消声器作为主要的降噪装置。冷却塔噪声治理最大的难点是进、排风风量很大，给消声器的空气动力学性能带来很大挑战。本项目选择的消声器经过测试证明具有如下特点：
1）经济实惠，实用性强，整体结构稳固
2）消声片与消声通道等距，可堆积成大型结构
3）具备良好的空气动力性能，在一定的风速下，压损较小
4）整体安装方便快捷，不需要额外维护
本方案在冷却塔的进出口均加装消声器，其中对冷却塔群外围位置的进风口安装3LFL型消声器，靠内的进风口则安装2LFL型消声器；对冷却塔群外围位置的排风口安装3ML型消声器，靠内的排风口则安装2ML型消声器（图1）。同时，考虑到塔体侧板噪音的穿透性，在最靠近建筑百叶墙边界的冷却塔侧板内壁加装消音隔板。
根据所用横流式冷却塔的噪声源强资料以及现场建筑的布局建立模型，并在围墙外侧1m的距离上，分别于裙楼基面上方1.5m以及围墙顶部上方0.5m处设置两圈敏感点（图2）：
图2 建筑模型图
经计算，以上敏感点的噪声A声级分布在55.7dB（A）～59.9dB（A）之间，均是需要达标的点，达标标准为50dB（A）。以其中A声级为59.9dB（A）的最敏感的某点（称为“西7点”）为例，为了使其达标，参考其噪声频谱，给出各个频带的降噪量如表2所示：
表2 西7点各频带降噪量 单位：dB（A）
对于单个接受点，表2所示的降噪量是合适的。以此为目标可以指导声源的降噪设备插入损失选择。实际上，西7位置受到众多进风口、排风口噪声的影响，而不同位置的敏感点受到不同声源的影响均不相同。因此，对于不同降噪设备的降噪量，可通过整个声场的模拟仿真综合考虑，选出适合各个声源的降噪设备以使方案最优。
4方案降噪效果分析
（1）软件预测结果分析
当不采用降噪措施时，冷却塔所在裙楼屋面的百叶幕墙外1.5m高度处的等声线如图3所示。可见，不采用降噪措施时，百叶幕墙外1m处的各个预测点噪声值分布在55.0～62.0dB（A），敏感点和厂界最近点的噪声值接近62dB（A），总超标值均在12dB（A）以内。
图3 降噪前1.5m高度处等声线图
实施一体化降噪技术集成方案后，冷却塔所在裙楼屋面的百叶幕墙外1.5m高度处的等声线如图4所示。可见，实施一体化降噪技术集成方案后，厂界外1m处的噪声均在50dB（A）以内，其他敏感点如北面约60m外的公寓及西面约18m外的办公区域，噪声均降到40dB（A）以内，达到了排放标准。
图4 降噪后1.5m高度处等声线图
（2）实地检测结果分析
根据2号冷站现场实际情况进行实地检测，设置的采样点如图5所示。
实测数据显示，采取有效的降噪措施后，噪声污染情况有了明显改善。除厂界东侧的测点外，其余3个测点中噪声最大的测点（厂界西侧N3）的昼间A声功率级噪声值为55.2dB（A），夜间噪声值为48.1dB（A），低于《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）中规定的昼间不超过60dB（A），夜间不超过50dB（A）。检测结果验证了软件模拟结果的正确性，为源头控制和末端治理一体化的冷却塔降噪技术集成方案的可行性提供了可靠的依据。
图5 采样点位图
表3 降噪后冷却塔噪声实测数据
5成本与效益分析
5.1投资估算
本项目的投资估算内容包括冷却塔设备购置费（含设备费、运输费、安装费、招标服务费及其他费用等）、消声降噪装置购置费（含设备费、运输费、安装费、设计费、调试及验收费及其他费用等）、质保期内维护保养费用等。
本项目投资估算以市场调查询价情况、设备供应商报价材料、项目所在地（深圳市）近年同类设备购置或申配价格、冷却塔厂商的（带消声装置投标）中标价格为估价依据。
本项目一期工程总装机容量约1.32万RT，降噪工程的初投资包括冷却塔设备采购、消声降噪装置采购、招标代理等费用。降噪工程的估算总投资金额为1688万元，单位冷吨的噪音处理费用约为1279元/RT。
5.2环境与社会效益分析
5.2.1环境效益
噪音污染同大气污染、水污染一样，对人类健康和社会环境产生不可忽视的危害。安静的工作条件、舒适的生活环境是人们不断提高工作效率和生活质量的需要，也是文明生产的重要标志[5]。对于前海区域集中供冷项目而言，解决集中设置的冷却塔的噪声影响是最大的环保难题之一。
本项目通过源头控制和末端治理一体化，将冷却塔源头噪声做到了目前世界领先的水平。该降噪技术方案将在项目区域内有效控制冷却塔带来的噪声污染和噪声投诉，消除周边入驻企业对冷却塔噪声的顾虑，创造前海合作区良好的营商环境。
5.2.2社会效益
前海合作区区域供冷系统具备提高能源利用率、减少运行费用、美化城市环境等优点，与前海合作区“绿色低碳”定位紧密契合。前海合作区区域供冷系统从规划、设计、实施到运营管理均具有超前性、起点高、跨越大的特点，是符合前海合作区政策要求且兼具市场成效的示范性案例。该系统以高端技术应用来领航，在区域规划、低碳运营方面有示范性的突破，将成为深圳乃至全国实施以节能减排、生态环保为核心的生态优化行动计划示范性工程之一，也将为前海合作区低碳生态之城的创新示范提供重要支撑。
在前海区域集中供冷项目中示范应用先进的冷却塔降噪技术，解决冷却塔集中布置带来的噪声污染问题，改善冷却塔周边的声环境，将有效解决区域集中供冷带来的环境问题和民生问题，促进社会和谐，也是前海实施创新战略、科技促进转型、跨越式发展重要的基础性工作，对前海建立环境友好型、绿色低碳型社会具有重要的意义。
6结语
本文以前海深港合作区2号冷站为例，对冷却塔噪声污染特征进行分析，提出了源头控制与末端治理相结合的一体化降噪技术集成方案，通过软件仿真模拟和实地检测以及成本效益分析，验证了本方案的可行性。验证结果表明，本方案将冷却塔源头噪声做到了目前世界领先的水平。
实践证明，针对大型区域供冷系统冷却塔降噪技术，应从项目的具体特征出发，灵活运用各种降噪技术并将其加以集成化应用，从而确定相应的降噪方案。对所确定的方案应通过软件模拟和现场实测相结合的方法进行技术效果分析，从而为方案提供合理的理论依据，最终实现技术创新。
作为大规模区域集中供冷项目的配套降噪工程，本方案的设计理念与涵盖的技术内容对存在噪声超标问题或者声环境比较敏感的类似项目具有普遍的示范及借鉴意义，具有广阔的应用前景。
参考文献：
[1]姜媛媛.前海建世界最大区域集中供冷系统[N].深圳特区报，2018-05-11（A15）.
[2]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）：162-163.
[3]刘德涛.冷却塔介绍及选型[J].洁净与空调技术，2010（01）：80-83+87.
[4]高岚.火力发电厂冷却塔降噪措施[J].吉林电力，2016，44（04）：38-40.
[5]王太平，章有良.实施《环境噪音标准》的现状及措施[J].企业标准化，2002（05）：7-9.
论文作者:明磊凌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：冷却塔论文; 噪声论文; 降噪论文; 项目论文; 技术论文; 方案论文; 源头论文; 《基层建设》2019年第19期论文;