通过频谱分析了解冷却塔噪声污染特性

在对冷却塔噪声污染的个案调查中,我们发现很多冷却塔的案例在噪声污染得到治理后,噪声排放符合相关排放标准要求,在受影响者的室内所得到的监测结果也符合相关质量标准的要求,但受影响者仍受到噪声污染困扰。这说明目前的冷却塔噪声的评价指标不能准确反映冷却塔噪声的污染[1]。

为了能够准确的了解冷却塔噪声的污染特性,我们应该寻找一种更为科学的分析方法。近几年,随着噪声监测技术的不断发展,使我们可以用频谱分析的办法来对冷却塔的噪声污染特征进行分析。本文试图从两个方面来探讨这个问题。一、为何A声级不能完全的反应冷却塔的噪声污染特征;二、通过频谱分析,我们可以得

1 计权网络及A声级

目前我国所采用的环境噪声有关标准中,主要评价量基本上都是等效连续A声级或称等效A声级。在了解A声级以前,我们先应该了解计权声级和计权网络。所谓计权声级,就是对不同频率的声压级经某一特定的加权修正后,再叠加计算而得到噪声的总声压级[2]。

计权网络是近似以人耳对纯音的响度级频率特性而设计的,通常采用的有四种计权网络:A、B、C、D。

A计权网络频响曲线相当于40phon等响曲线的倒置曲线,在中、低频段有较大衰减;

B计权网络频响曲线相当于70phon等响曲线的倒置曲线,在低频段有一定衰减;

C计权网络频响曲线相当于100phon等响曲线的倒置曲线,在所有频率均同等程度通过,C代表了总声压级;

D计权网络、L计权网络用于航空噪声评价。

计权网络的频率特性见图1。

图1 计权网络频率特性

时间上连续、频谱较均匀、无显着纯音成分的宽频带噪声的A声级,与人耳的主观反映有良好的相关性。A声级测值越大,听起来也会感觉越响。A声级是目前广泛应用的一个噪声评价量,已成为国际标准化组织和绝大多数国家用作评价噪声的主要指标[3]。

等效连续A声级定义:等效于在相同的时间间隔T内与不稳定噪声能量相等的连续稳定噪声的A声级。

在同样的采样时间间隔下:

通过图1计权网络特性曲线图,我们可以看出,A计权网络曲线在200Hz以下频段,其所取的衰减量逐步增大。例如,在20Hz处,衰减量取值为-50dB。

也就是说,A声级在等效计算过程中,对低频噪声的等效值有了一个较大的削减。这与A声级计权网络曲线有直接关系。A声级与人耳的主观反应有良好的相关性,这个相关性更多的与响度相关。而对于低频段的噪声,其不易引起人耳的反应,但是却容易引起人的烦躁和不安。而A声级,在等效计算过程中,所以,A声级并不能全面的反映噪声的特性,尤其对于冷却塔这种呈宽频特性的噪声。其忽略了低频噪声对人耳以外的感官的影响,而这恰恰是目前冷却塔噪声污染不能得到真实反映的问题所在。为此,我们应该引入一种新的评价机制,可以全面的反应冷却塔的噪声污染特征。在此,我们提出了频谱分析的方法。

2 用频谱分析方法监测的冷却塔噪声污染案例

所谓频谱分析,就是使用噪声频谱监测仪器,监测从16Hz~16kHz的各频段的声级值,描绘出噪声频谱曲线,并以此进行分析的方法[4]。

为了检验频谱分析在冷却塔噪声污染特征分析中的实际效用,课题组选取了一个冷却塔案例,对其进行了频谱监测。根据监测结果,从不同角度进行对比分析。

通过频谱分析,可以得出很多A声级所无法反映出的结论。

2.1 案例情况及监测结果

2.1.1 冷却塔简况

配套冷却塔为SC-500H-4-1,共4台,流量均为500m3/h,电机功率为15Kw,风扇直径为3658mm。,建设单位设置了冷却塔专用隔声房,并在四周种植了景观竹子,既减少了噪声的影响,又美化了景观。

2.1.2 现场监测情况

课题组于2012年7月10日对现场进行了监测,监测仪器为AWA6228型多功能声级计,监测点分别为1#冷却塔隔声房外3.6米处(靠东晓路处)、2#冷却塔隔声房外3.6米处(远离东晓路处)、3#距离楼顶天面4米处,监测工况分开启和关停,现场照片见图1。冷却塔所在位置主要受东晓路机动车噪声的影响,冷却塔开启和关停时各倍频带声压级见表1。

图1 冷却塔现场照片

2.2 监测结果分析

针对所得出的监测结果,我们进行了以下对比。①、3个监测点在开启和关停时频谱对比;②、1#测点冷却塔开启和关闭时频谱对比;③、2#测点冷却塔开启和关闭频谱对比;④、3#测点冷却塔开启和关闭频谱对比。

(1)开启和关停对比

冷却塔正常运行和关停时3个监测点倍频带声压级分布曲线分别见图2和图3。

图2 配套冷却塔关停时倍频带声压级分布曲线

图3 配套冷却塔开启时倍频带声压级分布曲线

图2为冷却塔关停时,所测的1#、2#和3#测点的噪声频谱图。此时的测值,可以反应出3个不同点位的噪声背景值特征。其中,红线为靠路边测点的频谱曲线,绿线为不靠路边测点的频谱曲线,紫线为出风口斜上方测点的频谱曲线。

通过图2可以看出,靠路边的1#测点的各频段的声级值普遍高于2#和3#测点,主要是受机动车噪声的影响。在低、中频段,差值较大。2#和3#测点均位于机动车噪声的声影区内,其频谱曲线较为接近。图3为冷却塔开启时,所测的1#、2#和3#测点的噪声频谱图。此时的测值,可以反应出3个不同点位的噪声叠加值特征。

通过图3可以看出,冷却塔开启后,在中低频段的声级值有了较大幅度的提高。 1#、2#和3#测点在中低频段的曲线基本相近。主要差别在于1#测点的高频部分,明显高于1#和2#测点。根据图2和图3的频谱曲线,我们可以知道。冷却塔开启后,在中低频段的能量很丰富,对测值带来了较大的变化。

(2)1#测点冷却塔开启和关闭对比

图4 1#监测点倍频带声压级分布曲线

通过图4,我们可以看出,冷却塔在开启和关停两种情况下,在1#测点(靠近路边)处,在低频段有较明显的差别,特别是16Hz处,差值达到20dB。在250Hz以上,频谱曲线基本相同。

(3)2#测点冷却塔开启和关闭对比

图5 2#监测点倍频带声压级分布曲线

从图5可以看出,冷却塔在关停和开启前后中低频段倍频带声压级增加明显,说明该冷却塔以中低频段噪声为主,声压级增量范围为0.4~12.4dB,其中2#监测点倍频带中心频率为16HZ时倍频带声压级超出背景值12.4dB。

由于2#测点位于机动车噪声声影区范围内,更能确切的反应出冷却塔噪声的频段分布。我们可以看出,在16Hz~500Hz是冷却塔噪声的主要能量区间。

3 结论

通过对上述案例进行的频谱分析,我们可以看出通过频谱分析,可以掌握冷却塔噪声的污染特征。本案例为治理过的冷却塔噪声污染案例,加装了隔音房。通过加装这种隔音房,在1kHz以上频段,几乎没有增值。而在500Hz以下频段,冷却塔开启后,其噪声增量还是比较大。这也说明了,隔音房对冷却塔的低频噪声没有起到很明显的削减作用。

而通过1#和2#测点的不同频谱特性,我们也可以了解,监测点位的选取对能否准确的了解背景噪声以及噪声污染的特征有着重要的作用。在对冷却塔噪声进行对比监测时,我们应该选取远离其他噪声污染源的点位。

通过频谱分析,我们也可以简单的看出,冷却塔开启和关闭前后的最大增值分布情况。频谱分析方法,可以有效的弥补A声级在评价噪声污染特性方面的不足,为冷却塔噪声污染的分析和治理,提供科学的指引。

参考文献

[1] 马大猷.声学手册[M].科学出版社.1987.

[2] 马大猷.噪声振动与控制工程手册.[M].机械工业出版社.2002.

[3] 谭军,黄险峰.对噪声评价数的探讨[J].声学技术.2008-04:240-243.

[4] 曾亚光,万宇鹏.住宅低频噪声分析及现 场测试方法研究. [J].声学技术.2010 29(4):395-400.