廣州地鐵某車站風(fēng)亭冷卻塔噪聲治理

鄭 聰

（廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣東廣州 510030）

1 工程概況

本工程位于廣州地鐵二號線，車站于2010年建成投入使用。車站南端設(shè)置了6個低矮敞口風(fēng)亭，包括兩組新排風(fēng)亭、一組活塞風(fēng)亭；車站南端另設(shè)置3臺下沉式布置的冷卻塔。風(fēng)亭、冷卻塔均布置在綠化帶內(nèi)。

車站東側(cè)某小區(qū)于2012～2017年建成，距冷卻塔基坑邊界最近距離為22 m，距活塞風(fēng)亭最近距離為21 m，距車站新風(fēng)亭最近距離為20 m。

車站與敏感建筑位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 車站與敏感建筑位置關(guān)系

近年來隨著小區(qū)居民陸續(xù)入住，運(yùn)營部門收到了多起關(guān)于車站風(fēng)亭、冷卻塔噪聲擾民的投訴，有必要對車站噪聲進(jìn)行評估和治理。

2 聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)狀

根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3096—2008）及《廣州市聲環(huán)境功能區(qū)區(qū)劃》，敏感建筑聲環(huán)境功能區(qū)為2類，即連續(xù)等效A聲級晝間（6：00～22：00）60 dB，夜間（22：00～次日6：00）50 dB。

根據(jù)《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 12348—2008），車站廠界噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)按照2類區(qū)執(zhí)行。

第三方檢測單位車站正常運(yùn)營時對車站風(fēng)亭、冷卻塔的廠界噪聲進(jìn)行了監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果表明，風(fēng)亭、冷卻塔的廠界噪聲值均不滿足2類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。

新排風(fēng)亭晝間超標(biāo)量為2.5～7.7 dB；活塞風(fēng)亭列車經(jīng)過時晝間噪聲超標(biāo)6 dB，無列車經(jīng)過時晝間達(dá)標(biāo)，夜間超標(biāo)3～6 dB；冷卻塔晝間超標(biāo)約15 dB。

3 風(fēng)亭噪聲治理

3.1 治理方案

地下車站新排風(fēng)亭噪聲主要來源為環(huán)控機(jī)房內(nèi)的風(fēng)機(jī)運(yùn)行噪聲；活塞風(fēng)亭噪聲主要來源為車輛運(yùn)行產(chǎn)生的輪軌噪聲和氣動噪聲。為不影響車站正常運(yùn)營，本次改造從噪聲傳播途徑入手，采取增設(shè)消聲器的治理方案。

車站現(xiàn)有風(fēng)亭均位于車站主體結(jié)構(gòu)正上方，橫向風(fēng)道較短，新排風(fēng)亭的出口均未設(shè)置集中的消聲器，僅在風(fēng)機(jī)出入口處設(shè)置了金屬管殼式消聲器，且受限于土建條件，風(fēng)機(jī)消聲器普遍較短，部分風(fēng)機(jī)甚至無條件設(shè)置消聲器。

針對風(fēng)亭噪聲，考慮在風(fēng)亭口部集中設(shè)置片式消聲器。片式消聲器設(shè)置在風(fēng)亭頂部防護(hù)網(wǎng)的下方，尺寸按充滿整個風(fēng)井設(shè)置，高度1.5 m，與風(fēng)井內(nèi)水管等設(shè)施沖突部位做特殊處理。經(jīng)聲學(xué)計算，增加消聲器后的消聲量可達(dá)17 dB，所有風(fēng)亭均可滿足2類聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

消聲器采用防水型，框架、葉片材質(zhì)、消聲填料均需滿足廣州市的氣候條件。排風(fēng)亭消聲器滿足280 ℃的條件下連續(xù)有效工作1 h的條件；靠近壁面一側(cè)設(shè)置活動葉片滿足人員空間；在底部和風(fēng)井四周布置鋼支架固定消聲器。

3.2 車站通風(fēng)影響評估

新排風(fēng)亭出口集中設(shè)置消聲器后會增加進(jìn)排風(fēng)阻力，造成風(fēng)機(jī)及空調(diào)器風(fēng)量減小，可能影響系統(tǒng)正常功能，應(yīng)對其影響進(jìn)行評估。在平時通風(fēng)設(shè)備全開時對4個新排風(fēng)亭的風(fēng)量進(jìn)行了現(xiàn)場實測，消聲器的阻力系數(shù)按較大值取1[1]，計算增加消聲器后的壓力損失，如表1所示。

表1 新排風(fēng)亭增加消聲器的壓力損失

由表1可知，由于車站新風(fēng)亭1和新排風(fēng)亭2的斷面風(fēng)速較小，增加消聲器后阻力損失不大，均小于2 Pa。車站排風(fēng)亭1增加的阻力稍大，達(dá)到7.1 Pa，主要是因為排風(fēng)中包含了兩臺車站隧道風(fēng)機(jī)（單臺風(fēng)量20 m3/s）和一臺存車線隧道風(fēng)機(jī)（12 m3/s），三臺風(fēng)機(jī)平時基本處于關(guān)閉狀態(tài)，若不考慮三臺風(fēng)機(jī)，排風(fēng)亭增加的壓力損失小于1 Pa。

現(xiàn)場對活塞風(fēng)亭的風(fēng)量也進(jìn)行了實測，列車經(jīng)過時活塞風(fēng)亭1的最大平均斷面風(fēng)速為2 m/s，增加消聲器后阻力損失最大增加2.4 Pa；活塞風(fēng)亭2的最大平均斷面風(fēng)速為4.36 m/s，增加消聲器后阻力損失最大增加11.4 Pa?；钊L(fēng)亭加裝消聲器后會減少活塞風(fēng)量，本站本身為雙活塞系統(tǒng)，前后站間距較小，一組活塞風(fēng)量的略微減小對區(qū)間隧道環(huán)境影響有限。

綜上，風(fēng)亭口部增加消聲器引起的壓力損失較小，基本不會影響車站的正常通風(fēng)。

4 冷卻塔噪聲治理

4.1 方案對比

車站現(xiàn)有三臺橫流式冷卻塔，單臺水量600 m3/h，采用下沉式布置。由于冷卻塔已運(yùn)行10年，各部件老化嚴(yán)重，因此優(yōu)先考慮主動降噪措施，即對塔體本身進(jìn)行改造。

冷卻塔噪聲包括風(fēng)機(jī)噪聲、電機(jī)噪聲和淋水噪聲，其中風(fēng)機(jī)和電機(jī)的噪聲為主要噪聲。

針對冷卻塔本體噪聲，可采取改造冷卻塔動力系統(tǒng)或?qū)⒗鋮s塔整體更換為靜音型（Ⅰ級）冷卻塔兩種方案。

兩種方案對比如表2所示。

表2 冷卻塔噪聲治理方案對比

由表2比較可知，兩種方案預(yù)估降噪效果均滿足廠界2類聲功能區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。動力系統(tǒng)改造內(nèi)容較少，幾乎不需要改動原有管線，可采取逐臺改造的施工方式，不影響現(xiàn)有車站供冷、施工靈活、工期短、費(fèi)用低。更換冷卻塔方案改造內(nèi)容多，需要整體統(tǒng)一更換，影響車站供冷、工期長、費(fèi)用高。因此本工程采取改造冷卻塔動力系統(tǒng)的方案。

4.2 治理方案

對冷卻塔動力系統(tǒng)的改造在保證冷卻塔所需風(fēng)量的前提下，通過將風(fēng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速降低的方式將設(shè)備噪聲降低。由于風(fēng)機(jī)線速度降低，在同葉輪質(zhì)心的前提下，不平衡力矩減少，振動能量減少，設(shè)備運(yùn)行更平穩(wěn)，低頻傳播的概率也大幅下降。考慮將原冷卻塔單葉風(fēng)機(jī)設(shè)計改造為同軸雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。同軸雙風(fēng)機(jī)由上層葉片、下層葉片、導(dǎo)流葉片、電機(jī)及減速器等構(gòu)成，在保持冷卻塔風(fēng)量的同時降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)降噪的目的。

冷卻塔動力系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 冷卻塔風(fēng)機(jī)構(gòu)造

原冷卻塔采用3 440 mm-5p（5葉片）單葉風(fēng)機(jī)，需要在378 r/min的轉(zhuǎn)速下才可滿足冷卻塔所需要的風(fēng)量。改造為同軸雙風(fēng)機(jī)后，采用3 440 mm-7p×2（7葉片雙風(fēng)葉）雙葉片風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為145 r/min時即可滿足冷卻塔所需風(fēng)量，風(fēng)機(jī)的理論降噪量可達(dá)23.5 dB。

現(xiàn)有冷卻塔有高速和低速兩檔風(fēng)速，分別滿足白天和夜間運(yùn)行條件，更換冷卻塔動力系統(tǒng)的同時需要配備變頻器，晝間按工頻運(yùn)行，夜間按低頻運(yùn)行，以滿足現(xiàn)有運(yùn)營需求。

更換風(fēng)機(jī)后配電功率不變，無須對配電系統(tǒng)進(jìn)行改造。改造后冷卻塔運(yùn)行風(fēng)量不少于原塔風(fēng)量，其散熱能力不受影響，改造不改變塔體大小，不影響冷卻塔的檢修空間。

5 治理效果評價

風(fēng)亭冷卻塔噪聲治理完成后，第三方檢測單位在實際運(yùn)營工況條件下對廠界噪聲進(jìn)行了監(jiān)測。

監(jiān)測結(jié)果如表3所示。

表3 治理后風(fēng)亭冷卻塔廠界噪聲 單位：dB

由表3可知，正常運(yùn)營工況下，風(fēng)亭冷卻塔廠界噪聲滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 12348—2008）的2類標(biāo)準(zhǔn)的限值要求，達(dá)到治理目標(biāo)。

6 結(jié)語

既有車站進(jìn)行風(fēng)亭噪聲治理時采取加裝消聲器的方案可取得較好效果，需要注意對消聲器的壓力損失進(jìn)行評估，以免影響車站正常通風(fēng)。結(jié)合車站具體情況，可考慮更換或調(diào)節(jié)部分運(yùn)行狀態(tài)較差、噪聲突出的風(fēng)機(jī)，從聲源上降低風(fēng)亭噪聲。既有車站進(jìn)行冷卻塔噪聲治理時，采用更換動力系統(tǒng)的方案可取得較好降噪效果，需要注意合理匹配風(fēng)機(jī)，在降低噪聲的同時不影響冷卻塔的散熱能力?？刹扇≡O(shè)置消聲圍蔽，改造配水系統(tǒng)等措施進(jìn)一步降低冷卻塔噪聲。