CadnaA環境噪聲模擬軟件在水泥廠噪聲治理中的應用

楊 帥（安徽海螺建材設計研究院有限責任公司,安徽 蕪湖 241000）

0 引言

隨著國家對環保要求的提高，水泥廠運行產生的噪聲對外部環境的影響越來越受到關注。本文以水泥廠為例，利用CadnaA環境噪聲模擬軟件建立水泥廠的噪聲分布模型，以此為基礎設計相應的噪聲治理方案，并對治理后廠界噪聲排放情況進行模擬預測，為降噪方案提供理論依據，確保治理后能達到預期要求。

1 研究內容

本次治理的水泥廠建有三套Φ4.2m×13m球磨機+輥壓機聯合水泥粉磨系統，年產高標號水泥330萬t。水泥廠東側有規劃建設的停車場，廠區南側主要是農田，有少量住戶距廠界約200m，西側路口鎮商品房住宅區為主要噪聲敏感區，距廠界圍墻約170m。由于水泥生產的粉磨設備、大型電機、多種類型工藝風機和原料輸送設備均會產生不同頻譜的噪聲，各種噪聲相互干擾、疊加造成了廠界噪聲超標。

1.1 水泥廠噪聲現狀

西側廠界圍墻處噪聲值約72.8～75.1 dB（A）,南側廠界處噪聲值約68～70.2dB（A）,西側河對岸住宅區敏感點處噪聲值約68 dB（A）。

水泥廠內主要噪聲源分布見圖1和表1，包括：

（1）粉磨設備：水泥廠生產流程中的球磨機、立磨、輥壓機等粉磨設備，運行時會產生很大的機械噪聲及物料碰撞噪聲，呈低頻特性，可達到100dB以上；

（2）設備機房：主電機房、水泵房、羅茨風機房、空壓機站等機房內，設備運行時產生的噪聲，大多是低頻噪聲；

（3）物料運輸：動力設備（皮帶機、風機，斗提等）運行時會產生較大的機械噪聲，石灰石原料在運輸過程中也會產生碰撞噪聲，整體呈低頻特性；

（4）除塵設備：收塵器主要產生噪聲的部位為配套風機及風機排風口，以及除塵器頂部的脈沖閥。其中，配套風機噪聲一般在85～95dB，排風口空氣動力性噪聲可達到90dB以上，脈沖閥排氣放空噪聲瞬時噪聲可達到100dB以上。

1.2 國家標準

根據GB12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》要求，該水泥廠屬于其中的2類環境功能區，即廠界噪聲排放限值為晝間60dB（A），夜間50 dB（A）。

圖1 水泥廠主要噪聲源分布圖

表1 廠區主要噪聲源噪聲實測數據表 dB（A）

2 噪聲預測及分析

工業企業廠界環境噪聲排放標準見表2。根據水泥廠現場采集的噪聲數據，對水泥廠的噪聲分布進行模擬預測，分析研究CadnaA軟件的應用。

2.1 CadnaA軟件

CadnaA系統是一套基于ISO9613標準方法、利用WINDOWS作為操作平臺的噪聲模擬和控制軟件，該系統適用于工業設施、公路、鐵路等多種噪聲源的影響評測、評價、工程設計與控制對策研究。

CadnaA軟件特點：

（1）CadnaA具有較強的計算模擬功能，可同時預測各種噪聲源（點聲源、線聲源、面聲源）的復合疊加影響。

（2）對聲源和預測點的數量沒有限制，噪聲源的輻射聲壓級和計算結果既可以用A計權值表示，也可以用不同頻段的聲壓值表示。

（3）從聲源定義、參數設定、模擬計算到結果表述與評價構成一個完整的系統，可實現功能轉換并具有多種數據輸入接口和輸出方式。

（4）三維彩色圖形的輸出方式，使預測結果可視化和形象化。

表2 工業企業廠界環境噪聲排放標準 dB（A）

2.2 聲學理論

根據已獲得的聲源強度的數據和各聲源到預測點的聲波傳播條件資料，計算出噪聲從各聲源傳播到預測點的聲衰減量，由此計算出各聲源單獨作用在預測點時產生的A聲級。

式中：Leqg為建設項目聲源在預測點的等效聲級貢獻值，dB（A）；LPi為i聲源在預測點產生的A聲級，dB（A）；t為預測計算的時間段，s；ti為i聲源在t時段內的運行時間，s。

預測計算時間段和聲源在t時段內運行時間相同，噪聲源疊加聲級計算公式為：

式中：LP—聲源的總A聲級，dB（A）；LP1，LP2，LPn—單個噪聲源的A聲級，dB（A）。

聲波在傳播過程中經過一系列反射、散射等過程后，聲能量會發生衰減，根據HJ2.4—2009《環境影響評價導則聲環境》戶外聲傳播衰減包括幾何發散、大氣吸收、地面效應、屏障屏蔽、其他多方面效應引起的衰減。

點聲源的幾何發散衰減公式：

式中：Adiv—幾何發散引起的衰減；Aatm—大氣吸收引起的衰減；Agr—地面效應引起的衰減；Abar—屏障引起的衰減；Amisc—其他多方面引起的衰減。

點聲源的幾何發散衰減公式：

線聲源的幾何發散衰減公式：

空氣吸收引起的衰減公式：

式中：r1—預測點距離聲源的距離；r0—聲源參考點距離聲源的距離；α為大氣吸收衰減系數。

2.3 模型建立

2.3.1 地形參數的選擇

水泥廠廠址地形較為平坦，為減少建模和預測時間，模擬研究中地面標高全部按0m取值。

2.3.2 主要設施模型

根據該水泥廠總平面圖及各子項圖紙中的主要建筑物平面和剖面參數，建立所有可能對噪聲源分布和傳播產生影響的設施模型，廠界圍墻按2.5m高度建模。

2.3.3 噪聲源的篩選優化

水泥廠屬于大型的工業項目，廠區內生產設備眾多，種類數量較多。各種設施設備在運行過程中均會產生不同程度的噪聲，部分設施的噪聲較小，相對于整個廠區來說，基本可以忽略。內部噪聲源設備很多的建筑物，可以對其進行整合優化，以減化廠區的建模過程，縮短每次計算所需的時間。

（1）建筑墻體本身具有一定的隔聲特性，對室內噪聲傳播至室外起阻隔效果。當周邊有其他高噪聲源設施存在時，建筑內的低噪聲源設施在被墻體阻隔后，對外界基本沒有明顯影響。

模擬分析不會單獨考慮噪聲強度在70dB以下的室內聲源。

（2）相對于整個廠區的大小以及距離廠界的距離，水泥廠內類似除塵風機、供風風機等設備，可按照點聲源計算。

對于內部聲源眾多、分布復雜的有門窗建筑物，在建筑內部設置相應的垂直面聲源，等效建筑內部各噪聲源對外界的影響。

（3）對于水泥廠內分布較多的物料運輸廊道，根據其與廠界的距離，等效設置成線聲源或垂直面聲源。

2.3.4 地面吸收

軟件默認的地面吸收G值為1，相當于柔軟的地面。水泥廠內地面多為建筑物和硬化的地面，總體的G值可以根據廠區內部的綠化面積，取0～1之間的值。

2.4 廠區噪聲分布模擬

通過以上步驟，將廠區內各建筑物與噪聲源建模完成后，選定計算區域，將計算網格的大小選擇為3m×3m（網格越小，計算結果越接近實際情況，但每次計算時間越長），受聲點高度選3m（廠界噪聲排放國家標準中，廠界測點的位置比廠界圍墻高0.5m）。設置完成后利用軟件的網格計算功能進行網格計算，得到該水泥廠的噪聲分布現狀模擬結果，見圖2。

圖2 廠區噪聲分布現狀模擬結果

根據CadnaA軟件的計算結果，結合現場實測的廠界噪聲數據對比分析，模擬計算結果與實測數據誤差不超過2dB，能夠較精確反應整片廠區的噪聲分布情況。

由以上計算結果可知，西側廠界預測點噪聲排放超標最為嚴重，超過GB12348—2008中2類功能區夜間標準25dB以上，南側和西側廠界預測點也超標15dB以上。廠區內對廠界噪聲排放影響最大為水泥粉磨區域產生的噪聲，距離廠界較近的風機、皮帶機等設備噪聲對廠界噪聲排放也有較大的貢獻。

2.5 噪聲治理措施

分析CadnaA軟件的模擬結果，設計針對性治理措施。優先從源頭治理，其他途徑配合治理。

（1）水泥粉磨車間的門窗，換成隔聲性能優良的專用隔聲門、窗；車間墻體上開孔進行密封處理；為保證車間內部的通風散熱，墻體上安裝進風消聲器及主動排風消聲器；水泥粉磨車間外的主排風機管道口安裝出風消聲器。預計治理完成后，此區域噪聲可降低15～20dB。

（2）距離廠界較近的風機設備安裝隔聲罩，風機出風口安裝消聲器；東廠界及南廠界的廊道做密封隔聲處理。預計治理完成后，各噪聲源噪聲可降低約20dB。

（3）西廠界距離水泥粉磨車間太近，噪聲超標較嚴重。為保證西廠界噪聲排放達標，在西廠界圍墻內增加一段6m高聲屏障。預計聲屏障安裝后，西廠界噪聲可降低約10dB。

2.6 模擬治理后廠區噪聲分布

根據上述治理措施，調整水泥廠的CadnaA模型參數，預測廠區的噪聲分布，見圖3。

圖3 廠區降噪治理后噪聲分布模擬結果

模擬預測的結果顯示，經降噪治理后水泥廠東、南和西廠界區域噪聲排放均達到GB12348—2008中2類功能區的標準。

3 結語

由于水泥廠內噪聲設備分布廣、數量多，廠界各敏感點噪聲疊加，很難用理論公式計算分析。借助CadnaA軟件可使噪聲分析過程精確簡捷，可直觀顯示治理效果，且通過參數調整可確保達到預期效果。