染織廠大型設備噪聲預測模型與實踐探討

黃瑩

（福建省金皇環保科技有限公司，福建 福州 350004）

在工業噪聲預測過程中，大部分人習慣性把所有聲源等效成點聲源進行預測，但是由于噪聲源的形狀在實際中復雜多樣，因此要嚴格按照數學方法求解噪聲聲場分布是相當困難的[1]，這使得此種噪聲預測方法存在一定的局限性。以致預測結果與實際情況存在一定的差異，特別是大型設備如何選用聲源模型，將在很大程度上影響預測結果。

定型機是一種廣泛應用于紡織印染工業中的機器設備，染整定型機由于體積較大，實際預測工作時，選用點聲源還是面聲源進行預測，是評價工作者常常遇見的問題。本文以染織廠中大型設備定型機為例，討論在噪聲預測過程中模型選擇對預測結果的影響，根據HJ 2.4—2021《環境影響評價技術導則 聲環境》推薦的聲源等效計算方法，通過環安科技噪聲環境影響評價系統NoiseSystem 2015軟件，對染織廠工業噪聲影響預測模型進行分析、驗證。

1 幾何發散衰減模型

在環境影響評價工作中，通常根據聲源的形狀、預測點與聲源的距離和參考點的位置將噪聲源進行簡化后采用相應的幾何發散預測模式進行預測，雖然這樣簡化了線源和面源，無形中避開了理論上繁瑣的數學推導使噪聲幾何衰減變得簡單易行，但是這種簡化也產生了一定的模擬誤差，有的甚至是方法存在理論上的錯誤，這將直接影響到噪聲預測結果和結論的可靠性[2,3]。根據以上考慮，本文根據聲源的幾何發散模式和條件，通過聲源不同的簡化進行影響預測，并對簡化條件進行合理的修正，為噪聲預測方法提供理論依據。

1.1 點聲源

無指向性點聲源幾何發散衰減的基本公式是[4]：

1.2 面聲源

大型機器設備的振動表面，車間透聲的墻壁，均可以認為是面聲源。圖1給出了長方形面聲源中心軸線上的聲衰減曲線。

圖1 長方形面聲源中心軸線上的衰減特性

當預測點和面聲源中心距離r處于以下條件時，可按下述方法近似計算：

r＜a/π時，幾乎不衰減（Adiv≈0）；

當a/π＜r＜b/π，距離加倍衰減3 dB左右，類似線聲源衰減特性Adiv≈10lg(r/r0)；

當r＞b/π時，距離加倍衰減趨近于6 dB，類似點聲源衰減特性Adiv≈20lg(r/r0)。

其中面聲源的b＞a，衰減特性見圖1。

2 噪聲預測軟件

本次預測采用環安科技噪聲環境影響評價系統NoiseSystem 2015軟件進行。該軟件是根據HJ2.4—2021《環境影響評價技術導則 聲環境》構建，為適應國內環境管理部門對城市噪聲管理而開發的管理系統軟件，基于GIS的三維噪聲影響評價系統構建，是集噪聲建模、噪聲衰減計算和噪聲數據發布的系統。

針對工業噪聲源系統可以支持室外點聲源、室內點聲源、線聲源、水平面聲源、垂向面聲源衰減計算。聲源的源強類型主要有頻帶聲功率級、參考點頻帶聲壓級及A聲功率級、參考點A聲功率級4種類型。

點聲源是以球面波形式輻射聲波的聲源，輻射聲波的聲壓幅值與聲波傳播距離（r）成反比。在該軟件中點聲源在軟件繪圖區表現為一個點，面聲源是以平面波形式輻射聲波的聲源，其輻射聲波的聲壓幅值不隨傳播距離改變（不考慮大氣吸收），面聲源在軟件繪圖區表現為一個閉合的圖形。

軟件最后通過表格、折線圖、噪聲等聲級圖形結合的方式來表達噪聲預測的結果，軟件中的離散點、線接收點通過表格來表達預測結果。

3 案例基本情況

3.1 染織廠基本概況

某染織廠年織造1萬t針織坯布生產線（錦綸長絲、氨綸長線、滌綸長絲原料均外購），年染整2萬t光坯布生產線（其中1萬t為本項目織造的坯布，其余1萬t為來料加工），生產線及產能見表1。

表1 本項目主要生產線及產能

3.2 主要噪聲源強分析

染織廠內的噪聲主要來自染整車間、織造車間和公用工程。染整車間內產生噪聲源強較大的設備有染色機、定型機、水洗機、脫水機、打卷機和理布機等各類設備，織造車間內產生噪聲源強較大的設備有經編機、緯編機和整經機。定型機屬于較大體積設備，該廠定型機尺寸為50 m×5 m×2.5 m。主要噪聲源情況見表2，設備分布見圖2。

表2 染整車間主要設備噪聲源情況一覽表

圖2 設備分布總平圖

3.3 預測參數設置

以該染織廠總平面布置圖為基礎，本次噪聲評價采用環安科技噪聲環境影響評價系統NoiseSystem 2015軟件進行建模，以晝間噪聲進行預測，噪聲預測模式采用HJ 2.4—2021《環境影響評價技術導則聲環境》具體參數設置如下：

⑴ 氣象條件：該染織廠所在區域年平均氣溫19.1 ℃，年平均相對濕度82%，項目所在縣全年風向多為東北和東北東。

⑵ 廠界按非實體圍墻設置，廠區周邊夯實地面，可以認為是堅實的，堅實地面G=0。

⑶ 車間內墻面的吸聲系數設置為0.02，建筑物整體噪聲削減量約為20 dB(A)。

⑷ 評價范圍：廠界外圍1 m，受聲點高度設置為1.2 m。

⑸ 由于項目周邊200 m范圍內沒有敏感點，因而本次預測評價不考慮噪聲源對敏感點的影響。

⑹ 考慮到噪聲源尺寸及廠區范圍，設置2種情形進行預測比較分析：

模型一：將染整車間內所有噪聲源均按點源進行預測。

模型二：將染整車間內的定型機作為面聲源，其他設備仍為點聲源進行預測。

根據噪聲預測模型，結合各種參數，根據網格計算得到以下的預測結果，該染織廠晝間廠界噪聲的貢獻值如表3所示。

表3 廠界噪聲預測結果單位：dB

4 實測數據對比分析

該染織廠已開始正常運行，沿廠界周圍東南西北四個方向設置噪聲監測點位，采用HS5660C噪聲儀統計分析，采用1 min的等效聲級測定晝間噪聲值。測定結果和軟件預測結果見表4。實測數據和軟件進行結果進行對比分析。不同預測模型下噪聲預測與實際監測對比圖見圖3。

表4 不同預測模型下廠界預測值與實測值對比單位：dB

5 討論與分析

本文根據對大型設備選用不同類型的聲源模型進行預測，并與實測結果對比分析可以看出，以大型設備作為面聲源的模型結果與實測值較為接近，因此，筆者認為大型設備噪聲選用點聲源預測存在一定的局限性，原因可能有以下幾點：

⑴ 大型發聲設備作為點聲源簡化時，點聲源位置確定可能存在不合理。點聲源與面聲源由于形狀、體積等方面的差異，實際的幾何發散、衰減情況與實際必然也存在差異，所以導致預測結果存在較大偏差。

在現實情況下，大型設備的噪聲源通常不是理想的點源，而是具有一定面積和形狀的表面源。當使用點聲源模型進行預測時，可能會高估或低估實際的噪聲水平，特別是在距離較遠或環境較復雜的情況下，這種誤差可能更加顯著。

⑵ 在噪聲預測軟件中，對于點聲源的噪聲預測通常會選距離衰減模型，這個模型基于聲波在傳播過程中隨著距離的增加而逐漸衰減的原理，它通常用于預測點聲源與接收點之間的距離對噪聲水平的影響。

面聲源的衰減與預測點和面聲源中心距離r和面聲源的尺寸有關，只有當r＞b/π時才會產生類似點聲源衰減特性，但是當大型設備當預測點和面聲源中心距離r處于其他條件時，作為點聲源衰減就不符合實際情況，點聲源模型忽略了環境介質（如空氣、地面、障礙物等）對聲波傳播的影響，最后預測結果就會存在誤差。

⑶ 聲波入射到屏障表面時可能會發生反射，這可能會使位于屏障反射面同側附近的受聲點的噪聲值增高。聲波的是否在屏障表面發生反射，取決于屏障表面的聲學性質、反射面的大小以及噪聲源、反射面、受聲點的位置關系。若選用點聲源模型只能考慮聲源的直接輻射，無法充分模擬聲波散射和反射效應。

⑷ 點聲源模型無法考慮多個聲源之間的相互干擾和疊加衰減，當存在多個大型設備同時運行時，預測結果可能失真。

6 結論

綜上所述，大型設備噪聲選用點聲源預測無法考慮更多的因素，如面聲源模型、環境介質影響、多聲源干擾等，因此在實際噪聲預測中，為了更準確地表達大型設備的噪聲，建議可以根據實際情況，適當考慮使用面聲源模型進行預測。面聲源模型可以更好地考慮實際設備的形狀和尺寸對噪聲傳播的影響，從而提供更準確的預測結果。后期一些具體細節上還可進行進一步研究，以期能提出更為精確、更加合理工業企業噪聲預測方法，為其他項目的聲環境影響評價提供參考。