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柴油發(fā)電機(jī)房降噪處理的方案 |
摘要：柴油發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的設(shè)備噪聲將達(dá)109dB以上，若不采取有效的治理措施，機(jī)房外的噪聲將達(dá)到87--95dB按照法規(guī)要求晝間最大噪音65dB，夜間最大噪音為55dB。降噪設(shè)計(jì)的基本思路是查明各種聲源中的最大噪聲成分及其頻率特性，采取有關(guān)技術(shù)措施，將各聲源的噪聲級盡量降低到大致相同的水平，其中容易降低的噪聲源可以降低的多一些，降噪還要和其他技術(shù)要求（如對柴發(fā)機(jī)組輸出功率的影響、降噪成本等多種具體因素）綜合起來考慮。本文將從柴油機(jī)污染源分析、噪聲計(jì)算公式以及降噪措施的實(shí)施等方面進(jìn)行探討，以期為發(fā)電機(jī)房噪音治理提供一些有益的參考。
一、噪聲源分析
通常，頻率在5，000-10，000 Hz范圍內(nèi)的聲音是人耳最容易聽到的，所以在噪聲測量時(shí)可通過對這部份敏感的噪聲采用加權(quán)的方式（一般有A、B、C、D四種），最常用到的是A級加權(quán)計(jì)算，表示為db（A）。
1、噪聲的疊加
不同的噪聲源產(chǎn)生的總噪聲值可能過圖1和圖2查得。噪聲的計(jì)算公式如下：
SPL2=SPL1-20×Log10（D2-D1）.........................（公式1）
式中，SPL1——已知D1點(diǎn)的噪聲，dB（A）（可從技術(shù)參數(shù)表查）；
SPL2——D2點(diǎn)的噪聲dB（A）；
D1——D1點(diǎn)離噪聲源的距離m；
D2——D2點(diǎn)離噪聲源的距離m。
2、主要噪聲分類
（1）空氣動(dòng)力性噪聲。
空氣動(dòng)力性噪聲是風(fēng)扇葉片與氣流摩擦產(chǎn)生的噪聲，其來源于發(fā) 電機(jī)組冷卻風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)撞擊周圍空氣而產(chǎn)生的噪聲，有一定的規(guī) 律性， 且振動(dòng)強(qiáng)烈。
（2）燃燒過程和結(jié)構(gòu)振動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲。
燃燒噪聲是在可燃混合氣體燃燒時(shí)，因氣缸內(nèi)氣體壓力急劇上升 沖擊發(fā)動(dòng)機(jī)各部件，使之振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲。結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲是通過發(fā) 動(dòng)機(jī)外表面以及與發(fā)動(dòng)機(jī)外表面剛性連接結(jié)構(gòu)的振動(dòng)向大氣輻射的 噪聲 。一般來說，低轉(zhuǎn)速時(shí)，燃燒噪聲占主導(dǎo)地位，高轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)械噪聲占主導(dǎo)地位。
（3） 發(fā)電機(jī)房內(nèi)產(chǎn)生的混響聲。
混響聲是由于發(fā)電機(jī)房機(jī)械傳動(dòng)噪聲與空氣動(dòng)力噪聲經(jīng)過疊加 后通過空氣傳播， 由發(fā)電機(jī)房內(nèi)墻壁、管道、不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)及設(shè) 備反射后產(chǎn)生的混合聲響， 頻率紊亂 ， 振動(dòng)強(qiáng)烈。
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圖1 柴油發(fā)電機(jī)相同等級的噪聲疊加曲線圖 |
圖2 柴油發(fā)電機(jī)不同等級的噪聲疊加曲線圖 |
二、噪聲環(huán)境預(yù)測
柴油發(fā)電機(jī)房通常位于高層建筑的地面首層和地下負(fù)一層，其周邊有一般有居民區(qū)存在。由于發(fā)電機(jī)房地處地下室，且上下水及其他管道成“束”型經(jīng)過發(fā)電機(jī)房上空，容易形成共振，將噪聲傳遞到樓房高層，地下室建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易形成共振及混響。舉例一臺300KW康明斯發(fā)電機(jī)組，進(jìn)風(fēng)量為924m³/min，排風(fēng)量為462 m³/min，機(jī)房內(nèi)噪音值大于105dB以上，而其室外噪聲預(yù)估為95dB左右，遠(yuǎn)高于國家聲環(huán)境功能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值，嚴(yán)重影響了周邊居民和本樓工作人員的身心健康與工作質(zhì)量，因此必須對發(fā)電機(jī)房噪聲采取治理措施。噪音預(yù)測公式如下：
1、預(yù)測公式
（1） 對單個(gè)聲源用點(diǎn)聲源衰減公式計(jì)算預(yù)測點(diǎn)聲壓級：
LA（r） = LA（ro）- 201 g（r/ro）.........................（公式2）
式中， r、ro——距離噪聲源的距離，m；
LA（r）、LA（ro）——距離噪聲源 r、ro 處的 A 聲級， dB；
（2） 在兩個(gè)以上的聲源同時(shí)存在時(shí)， 預(yù)測點(diǎn)總聲壓用下式：
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|
.........................（公式3） |
式中， L——總聲壓級， dB（A）；
Li——第 i 個(gè)噪聲源的聲壓級， dB（A)
n—— 噪聲源數(shù)。
計(jì)算聲源在預(yù)測點(diǎn)的合成聲壓級 ， 并考慮各類衰減因素的修正。
2、預(yù)測結(jié)果
根據(jù)上述聲源預(yù)測公式，以發(fā)電機(jī)房作為點(diǎn)聲源考慮，噪聲傳播到周邊環(huán)境的衰減量隨距離不同而變化 ， 經(jīng)計(jì)算得出以下結(jié)論。
距離發(fā)電機(jī)房最近的噪聲級最多衰減 10dB 。預(yù)測發(fā)電機(jī)房外噪聲為 90dB 左右， 高于國家環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)中《聲環(huán)境 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096-2008） 中所允許噪聲聲級的要求限值 60dB， 超標(biāo) 30dB。
綜上所述，并結(jié)合相同發(fā)電機(jī)房內(nèi)噪聲監(jiān)測結(jié)果看，發(fā)電機(jī)房內(nèi)噪聲級超過勞動(dòng)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) 85dB 的要求 ， 危害嚴(yán)重人體健康， 對作業(yè)人員造成永久性不可逆轉(zhuǎn)的局部頻段聽力功能損傷 —— 低頻型耳聾失聰。另根據(jù)國家有關(guān)部門大量調(diào)查資料表明：噪聲會(huì)使作業(yè)人員產(chǎn)生精神病 ，神經(jīng)官能癥，心血管等疾??；人長期在高噪聲環(huán)境下 ， 內(nèi)分泌系統(tǒng)受到干擾，影響免疫系統(tǒng)功能而被誘發(fā)消化系統(tǒng)癌病變；又由于噪聲有掩蔽效應(yīng)，往往使人不易察覺一些危險(xiǎn)信號，會(huì)給生產(chǎn)造成潛在的不安全因素 。所以對發(fā)電機(jī)房內(nèi)噪聲治理是非常必要的。
三、機(jī)房設(shè)備布置
柴油發(fā)電機(jī)房的基本布局如圖圖3、圖4所示。
1、安裝基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
（1）柴油發(fā)電機(jī)安裝基礎(chǔ)包含承重基礎(chǔ)、防震縫、排污油槽和擋土墻等。
（2）柴油發(fā)電機(jī)一般都很重，需要考慮地板的基礎(chǔ)承重設(shè)計(jì)。承重主要是柴油發(fā)電機(jī)本身（含底座）的重量和柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行重量之和。運(yùn)行重量大概是柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組本身重量的0.5倍，因此柴油發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)的承重設(shè)計(jì)應(yīng)該按照1.5倍機(jī)組重量設(shè)計(jì)。柴油發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)主要由鋼筋網(wǎng)和砂石混凝土構(gòu)成，而柴油發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)基礎(chǔ)下面用粗砂和卵石墊厚200mm底，并夯實(shí)。現(xiàn)在很多柴油發(fā)電機(jī)安裝基礎(chǔ)都忽略了防震縫的設(shè)計(jì)，由擋土墻與基礎(chǔ)構(gòu)成防震墻。防震縫一般取60mm，防止與房屋產(chǎn)生共振現(xiàn)象。
（3）柴油發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)采取防油浸的設(shè)施，可設(shè)置排油污溝槽，具體如圖1所示。
2、設(shè)備安裝及機(jī)房設(shè)計(jì)
（1）發(fā)電機(jī)組安裝時(shí)，散熱器距通風(fēng)口1.0～1.2m，風(fēng)口底部距地面0.4m，機(jī)組的其余三面距機(jī)房墻壁為2.0m。多臺機(jī)組安裝時(shí)，其間距為2.0～2.5m，機(jī)房天花板距發(fā)動(dòng)機(jī)至少為1.5m，或者要求機(jī)房地板離天花板不少于4.5m，以便于對機(jī)組的檢查、保養(yǎng)和維修。
（2）柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)散出熱量，環(huán)境溫度升高會(huì)影響柴油發(fā)電機(jī)的輸出功率，降低柴油發(fā)電機(jī)的效率。因此，必須采取措施來保正發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)冷卻。正確的空氣流動(dòng)路線應(yīng)為圖2所示：空氣從機(jī)尾部經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)，經(jīng)過散熱器，導(dǎo)風(fēng)罩排出室外。如果沒有導(dǎo)風(fēng)罩將熱氣排除戶外，風(fēng)扇將把熱空氣抽散在四周，熱空氣將回散熱器，降低了冷卻效果。
（3）空氣的入口和出口都要滿足機(jī)組排風(fēng)量要求，進(jìn)風(fēng)口至少是散熱器芯面積的1.5一1.8倍，宜設(shè)在正對發(fā)電機(jī)端或發(fā)電機(jī)端兩側(cè)；排風(fēng)口凈流通面積大于散熱器芯面積的1.25一1.5倍，宜靠近且正對柴柴油發(fā)電機(jī)散熱器，不宜設(shè)在主導(dǎo)風(fēng)向一側(cè)，若有困難時(shí)應(yīng)增設(shè)擋風(fēng)墻。要求進(jìn)出風(fēng)口不能設(shè)置在同一個(gè)方向，避免出風(fēng)和進(jìn)風(fēng)混合。
（4）排煙宜采用架空敷設(shè)方式，排煙管應(yīng)單獨(dú)引出室外。排煙管彎頭盡量少，并能自由伸縮。水平敷設(shè)的排煙管道宜設(shè)0.3%一0.5%的坡度，坡向室外，并在管道最低點(diǎn)裝排污閥。為防止?fàn)C傷和減少輻射熱，排煙管宜進(jìn)行保溫處理。
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圖3 50-400KW發(fā)電機(jī)房隔音降噪立面圖 |
圖4 50-400KW發(fā)電機(jī)房隔音降噪平面圖 |
三、污染源控制方案
發(fā)電機(jī)房主要噪聲源為發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行期間產(chǎn)生的噪聲，所以 必須對發(fā)電機(jī)房主要噪聲源采取控制措施，使發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的噪聲達(dá)到環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，保證周邊區(qū)域內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，為周圍工作人員提供安靜的工作環(huán)境 。由于發(fā)電機(jī)房噪聲聲源比較復(fù)雜，僅采取單一的降噪措施 難以滿足要求，必須采取綜合治理控制工程。
1、隔音材料的選擇
隔音材料的選擇是發(fā)電機(jī)房隔音降噪處理的基礎(chǔ)。在選擇隔音材料時(shí)，需要考慮材料的吸聲性能、耐火性能、耐久性以及施工方便等因素。常用的隔音材料包括吸音棉、玻璃纖維棉、巖棉板等。吸音棉適用于高頻噪音的吸聲，玻璃纖維棉和巖棉板則適用于低頻噪音的隔離。在選擇隔音材料時(shí)，需要根據(jù)發(fā)電機(jī)房噪音頻譜特點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮，力求達(dá)到最佳的隔音效果。
以300KW康明斯柴油發(fā)電機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)機(jī)房為例，材料清單如表1內(nèi)容。
表 1 污染治理方案主要設(shè)備及材料統(tǒng)計(jì)
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序號 |
設(shè)備 |
單位 |
數(shù)量 |
備注 |
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1 |
進(jìn)風(fēng)消聲器 |
組 |
1 |
型號：SHJ，流量為 56000m3/h， |
|
2 |
排風(fēng)消聲器 |
組 |
1 |
型號：SHJ，流量為 56000m3/h， |
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3 |
隔聲門 |
樘 |
3 |
型號：LM |
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4 |
墻體吸聲材料 |
㎡ |
約 65 |
JZT 型阻燃吸聲海綿 |
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5 |
地面鋪設(shè) |
㎡ |
約 30 |
普通地板磚 |
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6 |
阻尼減震墊 |
套 |
1 |
PB 型板式 |
|
7 |
吸聲材料吊頂 |
㎡ |
約 30 |
JZT 型阻燃吸聲海綿 |
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8 |
封閉及隔斷 |
㎡ |
約 4 |
磚混結(jié)構(gòu) |
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9 |
照明電器 |
套 |
1 |
包括應(yīng)急照明燈 4 組， 日常照明 3 組 |
2、隔音結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
隔音結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是確保發(fā)電機(jī)房隔音效果的關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)隔音結(jié)構(gòu)時(shí)，需要考慮發(fā)電機(jī)房的實(shí)際情況和噪音源的位置。一般來說，隔音結(jié)構(gòu)應(yīng)包括隔音墻、隔音門、隔音窗等部分。隔音墻的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮墻體的隔音性能，可以采用雙層隔音墻或者具有吸聲層的隔音墻結(jié)構(gòu)。隔音門的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮門扇的隔音性能和門框的密封性能。隔音窗的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮窗框的隔音性能和玻璃的隔音性能。通過合理的隔音結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效地減少發(fā)電機(jī)房噪音的傳播和擴(kuò)散。
3、具體施工措施
（1）減震
發(fā)電機(jī)組排氣噪聲由發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠家通過安裝排氣管消聲器解決，結(jié)構(gòu)震動(dòng)噪聲通過在發(fā)電機(jī)組地腳與地面之間安裝阻尼減震墊，如圖5所示。
（2）吸聲墻面
發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的燃燒及機(jī)械傳動(dòng)噪聲與空氣動(dòng)力性噪聲通過空 氣以及發(fā)電機(jī)房內(nèi)墻壁、管道、不規(guī)則建筑布局反射回來產(chǎn)生混響聲， 該混響聲直接傳出室外，對周圍工作人員的身心具有很大的傷害，必 須通過隔聲處理措施控制聲音向外輻射。故將發(fā)電機(jī)房改造為封閉式空間，即將發(fā)電機(jī)房自后部向前 8.4 米處隔斷，高 3.1 米處使用吸聲材料將所有管道與發(fā)電機(jī)房隔開（如圖6所示），將發(fā)電機(jī)房內(nèi)所有無用空間與發(fā)電機(jī)房隔斷，發(fā)電機(jī)房內(nèi)兩處套間門安裝隔聲門，所有墻體安裝吸聲材料。通過上述措施可防止噪聲通過鍋爐間向外傳播噪聲，有效降低噪聲約 20dB 左右。
（3）通風(fēng)系統(tǒng)
將發(fā)電機(jī)房改為密閉空間時(shí)，室內(nèi)空氣將不流通，導(dǎo)致柴柴油發(fā)電機(jī)沒 有充足的氧氣正常工作及散熱，嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行 。由此可見，發(fā)電機(jī)房內(nèi)的通風(fēng)是非常重要的。通過現(xiàn)場勘察和發(fā)電機(jī)組進(jìn)風(fēng)量要求計(jì)算，在 8.4 米隔斷處下部安裝 SHJ 型進(jìn)風(fēng)消聲器，進(jìn)風(fēng)通過柴柴油發(fā)電機(jī)冷 卻風(fēng)扇強(qiáng)制吸入，上部安裝 SHJ 型排風(fēng)消聲器，利用熱空氣上升原理 及發(fā)電機(jī)房室內(nèi)外壓差排除，保柴柴油發(fā)電機(jī)有充足空氣冷卻散熱，有充足 的氧氣良好燃燒，不影響設(shè)備運(yùn)行。在不影響其安全運(yùn)行的情況下可 有效降低噪聲約 20dB 以上。
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圖5 柴油發(fā)電機(jī)振動(dòng)隔離器 |
圖6 柴油發(fā)電機(jī)組機(jī)房吸聲墻面 |
4、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)
（1）噪聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
工廠企業(yè)屬環(huán)境噪聲 II 類區(qū)，應(yīng)執(zhí)行《噪聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096-2008） II 的類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，見表2。
表 2 聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 單位： dB
|
類別 |
晝間 |
夜間 |
|
II |
60 |
50 |
（2）工業(yè)企業(yè)廠環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)
正常工況下發(fā)電機(jī)房廠區(qū)界外 1m 處達(dá)到《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB12348-2008） 的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，見表3。
表 3 工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn) 單位：dB
|
類別 |
晝間 |
夜間 |
|
Ⅳ |
65 |
55 |
（3）工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)
正常工況下發(fā)電機(jī)房達(dá)到《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GBZ1-2002） 的工作地點(diǎn)噪聲聲級的衛(wèi)生限值，見表4。
表 4 工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) 單位： dB
|
日接觸噪聲的時(shí)間 （h) |
衛(wèi)生限值 （dB) |
|
8
|
85
|
通過以上噪聲控制措施，可使發(fā)電機(jī)房內(nèi)正常工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲 聲壓級明顯降低，再通過自然衰減，可將發(fā)電機(jī)房周邊生活及辦公區(qū) 噪聲控制在 60 dB 以下，達(dá)到《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096-2008） 的 2 類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的噪聲限制 。 由于發(fā)電機(jī)房內(nèi)為密閉空間，致使發(fā)電 機(jī)房內(nèi)噪聲明顯過大無法衰減，但對于發(fā)電機(jī)房內(nèi)噪聲控制達(dá)到《工 業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GBZ1-2002） 中規(guī)定的限制 85 dB 以下。
總結(jié)：
總之，柴發(fā)機(jī)房降噪設(shè)計(jì)方案既能有效地降低發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的環(huán)境噪聲，又能滿足室內(nèi)的低頻反復(fù)折射所產(chǎn)生的噪聲及室內(nèi)空氣流通。綜合控制的核心是等隔離聲概念，即用一封閉的圍護(hù)結(jié)構(gòu)將機(jī)組與外界隔離開來，減少聲源對外的聲輻射。室內(nèi)墻面設(shè)計(jì)為貼吸音棉，同時(shí)用吸音扣板吊頂，經(jīng)過這樣的吸聲處理后既增加了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量，又可降低室內(nèi)的混響。對于發(fā)電機(jī)噪聲中的高頻噪聲，因其波長短，采用抵擋的方式即可達(dá)到目的。由于柴油發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的噪聲單純靠阻擋不能達(dá)到滿意效果，因此需對室內(nèi)墻面做消聲結(jié)構(gòu)處理。經(jīng)過以上這些處理，使噪聲在保證柴油發(fā)電機(jī)正常工作的同時(shí)滿足相應(yīng)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。
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