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柴油發電機房降噪處理的方案 |
摘要：柴油發電機組正常運行時的設備噪聲將達109dB以上，若不采取有效的治理措施，機房外的噪聲將達到87--95dB按照法規要求晝間最大噪音65dB，夜間最大噪音為55dB。降噪設計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，采取有關技術措施，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要求（如對柴發機組輸出功率的影響、降噪成本等多種具體因素）綜合起來考慮。本文將從柴油機污染源分析、噪聲計算公式以及降噪措施的實施等方面進行探討，以期為發電機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范圍內的聲音是人耳最容易聽到的，所以在噪聲測量時可通過對這部份敏感的噪聲采用加權的方式（一般有A、B、C、D四種），最常用到的是A級加權計算，表示為db（A）。
1、噪聲的疊加
不同的噪聲源產生的總噪聲值可能過圖1和圖2查得。噪聲的計算公式如下：
SPL2=SPL1-20×Log10（D2-D1）.........................（公式1）
式中，SPL1——已知D1點的噪聲，dB（A）（可從技術參數表查）；
SPL2——D2點的噪聲dB（A）；
D1——D1點離噪聲源的距離m；
D2——D2點離噪聲源的距離m。
2、主要噪聲分類
（1）空氣動力性噪聲。
空氣動力性噪聲是風扇葉片與氣流摩擦產生的噪聲，其來源于發 電機組冷卻風扇葉片旋轉時撞擊周圍空氣而產生的噪聲，有一定的規 律性， 且振動強烈。
（2）燃燒過程和結構振動所產生的噪聲。
燃燒噪聲是在可燃混合氣體燃燒時，因氣缸內氣體壓力急劇上升 沖擊發動機各部件，使之振動而產生的噪聲。結構振動噪聲是通過發 動機外表面以及與發動機外表面剛性連接結構的振動向大氣輻射的 噪聲 。一般來說，低轉速時，燃燒噪聲占主導地位，高轉速時，機械噪聲占主導地位。
（3） 發電機房內產生的混響聲。
混響聲是由于發電機房機械傳動噪聲與空氣動力噪聲經過疊加 后通過空氣傳播， 由發電機房內墻壁、管道、不規則的建筑結構及設 備反射后產生的混合聲響， 頻率紊亂 ， 振動強烈。
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圖1 柴油發電機相同等級的噪聲疊加曲線圖 |
圖2 柴油發電機不同等級的噪聲疊加曲線圖 |
二、噪聲環境預測
柴油發電機房通常位于高層建筑的地面首層和地下負一層，其周邊有一般有居民區存在。由于發電機房地處地下室，且上下水及其他管道成“束”型經過發電機房上空，容易形成共振，將噪聲傳遞到樓房高層，地下室建筑結構復雜，容易形成共振及混響。舉例一臺300KW康明斯發電機組，進風量為924m³/min，排風量為462 m³/min，機房內噪音值大于105dB以上，而其室外噪聲預估為95dB左右，遠高于國家聲環境功能質量標準限值，嚴重影響了周邊居民和本樓工作人員的身心健康與工作質量，因此必須對發電機房噪聲采取治理措施。噪音預測公式如下：
1、預測公式
（1） 對單個聲源用點聲源衰減公式計算預測點聲壓級：
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） 在兩個以上的聲源同時存在時， 預測點總聲壓用下式：
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.........................（公式3） |
式中， L——總聲壓級， dB（A）；
Li——第 i 個噪聲源的聲壓級， dB（A)
n—— 噪聲源數。
計算聲源在預測點的合成聲壓級 ， 并考慮各類衰減因素的修正。
2、預測結果
根據上述聲源預測公式，以發電機房作為點聲源考慮，噪聲傳播到周邊環境的衰減量隨距離不同而變化 ， 經計算得出以下結論。
距離發電機房最近的噪聲級最多衰減 10dB 。預測發電機房外噪聲為 90dB 左右， 高于國家環境噪聲標準中《聲環境 質量標準》（GB3096-2008） 中所允許噪聲聲級的要求限值 60dB， 超標 30dB。
綜上所述，并結合相同發電機房內噪聲監測結果看，發電機房內噪聲級超過勞動衛生標準 85dB 的要求 ， 危害嚴重人體健康， 對作業人員造成永久性不可逆轉的局部頻段聽力功能損傷 —— 低頻型耳聾失聰。另根據國家有關部門大量調查資料表明：噪聲會使作業人員產生精神病 ，神經官能癥，心血管等疾病；人長期在高噪聲環境下 ， 內分泌系統受到干擾，影響免疫系統功能而被誘發消化系統癌病變；又由于噪聲有掩蔽效應，往往使人不易察覺一些危險信號，會給生產造成潛在的不安全因素 。所以對發電機房內噪聲治理是非常必要的。
三、機房設備布置
柴油發電機房的基本布局如圖圖3、圖4所示。
1、安裝基礎設計
（1）柴油發電機安裝基礎包含承重基礎、防震縫、排污油槽和擋土墻等。
（2）柴油發電機一般都很重，需要考慮地板的基礎承重設計。承重主要是柴油發電機本身（含底座）的重量和柴油發電機的運行重量之和。運行重量大概是柴油發電機機組本身重量的0.5倍，因此柴油發電機基礎的承重設計應該按照1.5倍機組重量設計。柴油發電機基礎主要由鋼筋網和砂石混凝土構成，而柴油發電機基礎基礎下面用粗砂和卵石墊厚200mm底，并夯實。現在很多柴油發電機安裝基礎都忽略了防震縫的設計，由擋土墻與基礎構成防震墻。防震縫一般取60mm，防止與房屋產生共振現象。
（3）柴油發電機基礎應采取防油浸的設施，可設置排油污溝槽，具體如圖1所示。
2、設備安裝及機房設計
（1）發電機組安裝時，散熱器距通風口1.0～1.2m，風口底部距地面0.4m，機組的其余三面距機房墻壁為2.0m。多臺機組安裝時，其間距為2.0～2.5m，機房天花板距發動機至少為1.5m，或者要求機房地板離天花板不少于4.5m，以便于對機組的檢查、保養和維修。
（2）柴油發電機運行時會散出熱量，環境溫度升高會影響柴油發電機的輸出功率，降低柴油發電機的效率。因此，必須采取措施來保正發動機及發電機冷卻。正確的空氣流動路線應為圖2所示：空氣從機尾部經過發動機，經過散熱器，導風罩排出室外。如果沒有導風罩將熱氣排除戶外，風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組排風量要求，進風口至少是散熱器芯面積的1.5一1.8倍，宜設在正對發電機端或發電機端兩側；排風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電機散熱器，不宜設在主導風向一側，若有困難時應增設擋風墻。要求進出風口不能設置在同一個方向，避免出風和進風混合。
（4）排煙宜采用架空敷設方式，排煙管應單獨引出室外。排煙管彎頭盡量少，并能自由伸縮。水平敷設的排煙管道宜設0.3%一0.5%的坡度，坡向室外，并在管道最低點裝排污閥。為防止燙傷和減少輻射熱，排煙管宜進行保溫處理。
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圖3 50-400KW發電機房隔音降噪立面圖 |
圖4 50-400KW發電機房隔音降噪平面圖 |
三、污染源控制方案
發電機房主要噪聲源為發電機組正常運行期間產生的噪聲，所以 必須對發電機房主要噪聲源采取控制措施，使發電機組產生的噪聲達到環境標準，保證周邊區域內環境質量，為周圍工作人員提供安靜的工作環境 。由于發電機房噪聲聲源比較復雜，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電機房隔音降噪處理的基礎。在選擇隔音材料時，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，需要根據發電機房噪音頻譜特點進行綜合考慮，力求達到最佳的隔音效果。
以300KW康明斯柴油發電機組標準機房為例，材料清單如表1內容。
表 1 污染治理方案主要設備及材料統計
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序號 |
設備 |
單位 |
數量 |
備注 |
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1 |
進風消聲器 |
組 |
1 |
型號：SHJ，流量為 56000m3/h， |
|
2 |
排風消聲器 |
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 |
㎡ |
約 30 |
普通地板磚 |
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6 |
阻尼減震墊 |
套 |
1 |
PB 型板式 |
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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 |
磚混結構 |
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9 |
照明電器 |
套 |
1 |
包括應急照明燈 4 組， 日常照明 3 組 |
2、隔音結構的設計
隔音結構的設計是確保發電機房隔音效果的關鍵。在設計隔音結構時，需要考慮發電機房的實際情況和噪音源的位置。一般來說，隔音結構應包括隔音墻、隔音門、隔音窗等部分。隔音墻的設計應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構。隔音門的設計應考慮門扇的隔音性能和門框的密封性能。隔音窗的設計應考慮窗框的隔音性能和玻璃的隔音性能。通過合理的隔音結構設計，可以有效地減少發電機房噪音的傳播和擴散。
3、具體施工措施
（1）減震
發電機組排氣噪聲由發電機生產廠家通過安裝排氣管消聲器解決，結構震動噪聲通過在發電機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
發電機組產生的燃燒及機械傳動噪聲與空氣動力性噪聲通過空 氣以及發電機房內墻壁、管道、不規則建筑布局反射回來產生混響聲， 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。故將發電機房改造為封閉式空間，即將發電機房自后部向前 8.4 米處隔斷，高 3.1 米處使用吸聲材料將所有管道與發電機房隔開（如圖6所示），將發電機房內所有無用空間與發電機房隔斷，發電機房內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）通風系統
將發電機房改為密閉空間時，室內空氣將不流通，導致柴柴油發電機沒 有充足的氧氣正常工作及散熱，嚴重影響設備運行 。由此可見，發電機房內的通風是非常重要的。通過現場勘察和發電機組進風量要求計算，在 8.4 米隔斷處下部安裝 SHJ 型進風消聲器，進風通過柴柴油發電機冷 卻風扇強制吸入，上部安裝 SHJ 型排風消聲器，利用熱空氣上升原理 及發電機房室內外壓差排除，保柴柴油發電機有充足空氣冷卻散熱，有充足 的氧氣良好燃燒，不影響設備運行。在不影響其安全運行的情況下可 有效降低噪聲約 20dB 以上。
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圖5 柴油發電機振動隔離器 |
圖6 柴油發電機組機房吸聲墻面 |
4、環保標準
（1）噪聲環境質量標準
工廠企業屬環境噪聲 II 類區，應執行《噪聲環境質量標準》（GB3096-2008） II 的類區標準，見表2。
表 2 聲環境質量標準 單位： dB
|
類別 |
晝間 |
夜間 |
|
II |
60 |
50 |
（2）工業企業廠環境噪聲排放標準
正常工況下發電機房廠區界外 1m 處達到《工業企業廠界環境噪聲排放標準》（GB12348-2008） 的Ⅳ類標準，見表3。
表 3 工業企業廠界環境噪聲排放標準 單位：dB
|
類別 |
晝間 |
夜間 |
|
Ⅳ |
65 |
55 |
（3）工業企業設計衛生標準
正常工況下發電機房達到《工業企業設計衛生標準》（GBZ1-2002） 的工作地點噪聲聲級的衛生限值，見表4。
表 4 工業企業設計衛生標準 單位： dB
|
日接觸噪聲的時間 （h) |
衛生限值 （dB) |
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8
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85
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通過以上噪聲控制措施，可使發電機房內正常工作時產生的噪聲 聲壓級明顯降低，再通過自然衰減，可將發電機房周邊生活及辦公區 噪聲控制在 60 dB 以下，達到《聲環境質量標準》（GB3096-2008） 的 2 類區標準規定的噪聲限制 。 由于發電機房內為密閉空間，致使發電 機房內噪聲明顯過大無法衰減，但對于發電機房內噪聲控制達到《工 業企業設計衛生標準》（GBZ1-2002） 中規定的限制 85 dB 以下。
總結：
總之，柴發機房降噪設計方案既能有效地降低發電機所產生的環境噪聲，又能滿足室內的低頻反復折射所產生的噪聲及室內空氣流通。綜合控制的核心是等隔離聲概念，即用一封閉的圍護結構將機組與外界隔離開來，減少聲源對外的聲輻射。室內墻面設計為貼吸音棉，同時用吸音扣板吊頂，經過這樣的吸聲處理后既增加了圍護結構的隔聲量，又可降低室內的混響。對于發電機噪聲中的高頻噪聲，因其波長短，采用抵擋的方式即可達到目的。由于柴油發電機所產生的噪聲單純靠阻擋不能達到滿意效果，因此需對室內墻面做消聲結構處理。經過以上這些處理，使噪聲在保證柴油發電機正常工作的同時滿足相應的環保標準要求。
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