Cadna/A軟件用于大型雙曲線自然通風冷卻塔噪聲預測的適用性分析

裴 娟，朱雪強，鮑文杰，王茹靜

(上海核工程研究設計院，200233，上海)

0 引言

大型雙曲線自然通風冷卻塔目前主要見于較大的火電廠，以及將來內陸核電廠需配備自然通風冷卻塔對循環冷卻水進行冷卻。大型雙曲線自然通風冷卻塔具備聲源強度高、噪聲發生面積大、聲音持續、傳播距離遠等特性，使之成為廠內主要的噪聲源，對周邊聲環境的影響不可忽略。商用噪聲模擬軟件Cadna/A是基于德國RLS90通用計算模型，計算原理源于ISO9613-2:1996《戶外聲傳播的衰減的計算方法》[1]。因其操作界面友好及較強的計算模擬功能，被廣泛應用于公路、鐵路、城市區域、機場、工業設施等多種噪聲源的預測，特別是交通噪聲的評價。但是，采用噪聲模擬軟件Cadna/A對大型通風冷卻塔噪聲進行研究分析的工作目前國內開展甚少，該軟件對大型通風冷卻塔噪聲衰減預測效果如何有待研究。本研究利用噪聲模擬軟件Cadna/A對大型通風冷卻塔周邊噪聲的預測值，與該冷卻塔周邊噪聲實測值進行對比，旨在分析Cadna/A軟件用于大型通風冷卻塔噪聲預測的適用性。

1 研究思路及方法設計

選用國內某已運行火電廠的一臺大型雙曲線自然通風冷卻塔作為研究對象，冷卻塔周圍未設置隔聲屏障，實測冷卻塔噪聲源強及外圍不同距離點的噪聲數據，同時采用Cadna/A軟件對該冷卻塔進行噪聲預測，將預測值和實測值進行對比分析。具體研究方法設計如下。

1)實測火電廠最北面的自然通風冷卻塔(后文稱冷卻塔)運行狀態時周邊的噪聲情況，并記錄監測時段的風向、風速、溫度、濕度、周邊環境等情況;該火電廠共有4臺大型自然通風冷卻塔，自南向北排列，本研究依次給其編號為 1、2、3、4。其中1、2號冷卻塔北邊緣距4號冷卻塔北邊緣距離分別為689 m和510 m。本研究各監測點布置于4號冷卻塔NW、N、NE方位，因這3個方位遠離1、2號冷卻塔，且在本研究的現場噪聲監測期間，3號冷卻塔未運行，因此可排除1、2、3號冷卻塔運行噪聲對4號冷卻塔噪聲衰減規律的干擾。同時為盡可能減少冷卻塔運行以外的其他因素所導致的對監測點噪聲的貢獻，本研究監測了夜間噪聲數據。監測數據分3類:①冷卻塔噪聲源強監測點，在冷卻塔淋水池外1 m，高度1.2 m處，共布置5個監測點;②冷卻塔周邊噪聲衰減點，距離冷卻塔淋水池護欄10 m、20 m、30 m、50 m、80 m、100 m、200 m、400 m 處，NW、N、NE 方位各布置8個監測點;③ 背景噪聲點，距離冷卻塔淋水池護欄500 m，高1.2 m處，布置一個監測點。

2)根據冷卻塔周邊環境的實際情況(包括圍墻、樹林、道路等)，采用Cadna/A噪聲預測軟件進行建模，輸入冷卻塔實測噪聲源強、預測點距離、溫度、濕度、地表類型、風速等相關的參數，預測有實測數值的點位處的噪聲預測值。

3)將預測值和實測值進行對比分析，以判斷Cadna/A軟件是否適用于大型通風冷卻塔噪聲的預測。

2 結果與討論

2.1 聲源類型的識別及預測模型選擇

根據現場觀察及國內現有文獻調研，自然通風冷卻塔噪聲的產生主要是由于高速下落的水滴擊打水面而引起的，其他噴嘴布水到填料上的聲音、下落水滴互相碰撞的聲音、循環水泵產生的噪聲、空氣對流噪聲等這些影響極小可以忽略[2]。另外，從冷卻塔的運行機理也可以看出，冷卻塔正常運轉時，產生的噪聲包括淋水噪聲、水泵噪聲、輸水管道和閥門震動噪聲等，但淋水噪聲是主要的噪聲源[3]。冷卻塔運行機理如圖1所示。

圖1 大型自然通風冷卻塔運行機理

熱水經循環水泵輸送至冷卻塔中央豎井，再經過配水系統和噴濺裝置均勻淋灑到填料層，熱水通過填料層后變成連續的熱水滴下落，同時外界冷空氣經從進風口進入冷卻塔，冷空氣與下落的水滴直接進行熱交換，熱水滴被冷卻并滴落在集水池中，同時也有部分熱蒸汽隨空氣一起從冷卻塔頂部排出[3]。

因此，冷卻塔噪聲主要是大量水滴擊打大面積水面產生的淋水噪聲。因此冷卻塔噪聲作為面聲源進行處理。擬采用的Cadna/A程序中，內嵌的面聲源計算模式中有垂直面聲源和水平面聲源，根據冷卻塔的噪聲形成機理，在采用Cadna/A程序進行冷卻塔噪聲預測時，將冷卻塔作為水平面聲源是最為合適的。

2.2 Cadna/A 建模

根據火電廠4號冷卻塔噪聲監測點站位布置，應用Cadna/A軟件對冷卻塔噪聲進行噪聲預測模型的建立，網格劃分后的冷卻塔噪聲預測二維模型如圖2所示。

圖2 冷卻塔噪聲預測二維模型

針對該火電廠冷卻塔噪聲模擬，在利用Cadna/A軟件進行模擬時，其模擬的范圍約750 m×760m尺度范圍，單個網格尺寸為5m×5m，受聲點高度為1.2 m。

2.3 程序預測數據與實測數據對比驗證

根據實測數據，4號冷卻塔噪聲源強均值為83.5 dB(A)，火電廠周邊背景噪聲為 48.6 dB(A)。采用Cadna/A程序建模并進行噪聲預測，并對預測數據進行手動的背景噪聲疊加校正。建模考慮了冷卻塔周邊的圍墻、樹林、道路等環境因素。預測點疊加背景值計算公式如下[4]:

式中:Leqg為聲源在預測點的等效聲級貢獻值，dB(A);Leqb為預測點的背景值，dB(A)。

實測值和預測值(已疊加背景噪聲)對比如表1所示。

表1 噪聲實測值和預測值對比表

在N方位，10 m測點位于4號冷卻塔北側第一道圍墻外約1 m處，30 m測點位于廠界北側第二道圍墻外約8 m處。在圍墻附近一定區域內，近墻處，圍墻對聲源的隔聲效果要優于遠離圍墻處。因此10 m測點到20 m測點，30 m測點到50 m測點，未呈現出噪聲隨距離衰減的規律。

為判斷預測結果的準確性，做預測值和實測值的對比圖分析(見圖3)。

圖3 不同方位預測值準確性分析

由圖3可見，以實測值為橫坐標預測值為縱坐標的各點，分布在預測值等于真實值的直線附近，說明NW、N、NE 3個方位的噪聲預測值均比較接近實測值。

為進一步分析軟件預測結果的好壞，先計算各個方位每個點預測值和實測值的絕對誤差和相對誤差，再計算各個方位絕對誤差的均值、相對誤差的均值和標準差來評價預測值的準確性。

表2 預測值和實測值誤差

由計算結果可見，預測值和實測值差值較小，一般認為預測值和實測值的差值低于3 dB(A)時，預測結果是可接受的。預測值與實測值的誤差波動較小，采用Cadna/A程序對大型自然通風冷卻塔進行噪聲預測是適宜的。

但是值得注意的是，在N方位，預測準確性明顯要低于其他2個方位。結合圖2、表1、表2進行分析，這是由于N方位在第1道圍墻和第2道圍墻背后近區處的預測值準確性相對較低所導致。可見Cadna/A程序對大型自然通風冷卻塔進行噪聲預測時，如在冷卻塔近處有圍墻等建筑時，應考慮建筑背后一定距離內的預測結果的準確性，但一定距離外的預測結果仍然較好。該問題可待進一步研究。

3 結論

大型自然通風冷卻塔是典型的面聲源，采用Cadna/A噪聲模擬軟件可以對其進行噪聲衰減趨勢及噪聲值的模擬，且模擬準確度較高。今后在進行火電廠、內陸核電廠的大型通風冷卻塔對周邊聲環境影響評價過程中，可以采用該軟件進行預測。

[1] 劉培杰.噪聲模擬軟件Cadna/A在交通噪聲預測評價中的應用[J].電聲技術，2008，32(7):64 －67.

[2] 李毅男.火力發電廠自然通風冷卻塔降噪設計[J].噪聲與振動控制，2008(3):104－106.

[3] 熊宏亮.電廠冷卻塔噪聲控制及環境影響研究[D].濟南:山東大學，2012.

[4] 環境保護部.HJ2.4-2009中國人民共和國國家環境保護標準:環境影響評價技術導則聲環境[S].//:1.北京:中國環境科學出版社，2010.