化工厂噪音隔音降噪设计厂区隔音屏障降噪原理分析

一、项目概况

1.1工程概况

某化工股份有限公司是以生产经营合成氨、尿素、甲醇等产品为主的煤化工企业。装置能力为年产总氨22万吨，主要产品的生产能力为：尿素20万吨、甲醇 6万吨、商品氨3万吨、食品二氧化碳4万吨、热电联产装机容量12MW、年发电8,000万千瓦时、供蒸汽41.6万吨。合作生产高浓度NPK复合肥20 万吨、工业结晶6.25万吨。

其厂区内多处存在大型压缩机厂房，循环冷却水塔，运行时产生的噪音均超过90dB（A）。整个厂区内多处声源聚集，形成一片密集面声源，厂区内平均噪声值不低于85 dB（A）。厂区选址比周边地势略高，其西侧50m左右为多处居民点。经现场实测，厂区西侧厂界处噪声值在58~65.5 dB（A），均超出了《工业企业厂界环境噪声排放标准》3类夜间55 dB（A）的排放限值。且因厂区内噪声源为各类压缩机及机械循环冷却水塔。各测点的32Hz~250Hz低频段声压级均高于70dB，局部区域高达77dB。

因此，根据环保法规及周边居民要求，在厂区西界由南向北沿厂界围墙位置设置整体隔声屏障，对所有辐射至北厂界的噪声进行综合性的降低，进一步改善厂外的声环境。

1.2工程内容

1.2.1厂界声屏障

屏障分上下两部分。上部为型钢结构，安装轻质吸隔声板块；下部为土建结构，包括钢筋混凝土基础、立柱、横梁、挡墙。

屏障高度定上端不定下端：

整体屏障上端高于厂区地坪8m，屏障底端随厂外地势起伏，屏障采用钢混基础+型钢作为主体框架。

其中屏障上部为固定高度5m的轻钢吸隔声板块结构；屏障下部为砖砌体结构，高度不固定。

根据现场勘测，高低路基的变化在2m~3m范围内。即屏障下部砖砌体高度为2~3m；屏障总高度高出厂区地坪8m。具体工作量以实际测勘探图纸为准。

1.2.2冷却塔排风口局部定向声屏障

循环冷却水塔排风面向南、西、北三侧面设置折板式金属声屏障，屏障高度≥3m；

屏障顶部500mm向内侧折弯，采用Hw125立柱支撑，内侧斜拉撑固定。

二、设计的主要依据及规范

1.        《中华人民共和国环境保护法》（1989）；

2.        《中华人民共和国环境噪声污染防治法》（1996）；

3.        《声环境质量标准》（GB3096-2008）；

4.        《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB 12348-2008)；

5.        《工业企业噪声控制设计规范》（GB/T50087-2013）；

6.        《声屏障声学设计和测量规范》 （HJ/T90-2004）

7.        《建设项目环境保护管理条例》（1998年11月29日令）；

8.        《隔声的检测标准》 GB/T50121-2005；

9.        《建筑工程施工质量验收统一标准》 （GB 50300-2001）

10.    《钢结构工程施工质量验收规范》 （GB 50205-2001）

11.    《工程测量规范》GB50026-93；

12.    《组合钢模板技术规范》GB50214-2001；

13.    客户施工所在地现场勘测情况及客户所提供的设备参数表；

其它相关现行国家标准、规范和规程；

本项目包括但不限于以上标准及规范，所涉及的规程、规范、标准均有可能被修订，以版本为准，并遵守现行与之相关的各种国家和现行标准、规范。

三、执行标准

3.1工厂厂界噪声排放标准限值：

《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB 12348-2008)3类；

表3-1  工业企业厂界环境噪声排放限值   单位：dB（A）

注意：具体以环评报告评价的标准为准。

四、技术要求

4.1隔声屏障的降噪要求

（1）隔声屏障板块的本体隔声量达到Rw≥30dB；屏障对厂区噪音隔音贡献量≥15dB，低频段隔音量≥20dB。

（2）隔声屏障实地降噪效果。在西侧屏障声影区内达到10~15dB的降噪量；最小降噪量要求≥10dB。

4.2隔声屏障的制作要求

（1）屏障上部钢构和板块在我公司厂内制作加工，现场拼装，原则上不在现场制作。少数特殊模块的修改及补充除外。

（2）我公司对送达现场的半成品、成品需做好保护工作。未竣工验收前产生的损坏、遗失由我公司自行负责。

（3）屏障板块部分，各部位吸声体均匀、严实，无有遗漏，综合考虑防水。屏障组装做好边、角、缝的处理。

（4）隔声屏的定位在实际施工中应在地面提前放样，获得甲方代表认可后才继续施工。

（5）钢结构施工达到GB 50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》要求；屏障供货施工达到HJ/T90-2004《声屏障声学设计和测量规范》要求。

（6）抗风能力：≥10级；

（7）抗震等级：≥8级；

（8）屏体使用年限：15年；钢构25年；

五、材质及结构要求

5.1屏障板块要求

（1）隔声屏障的结构设计按性设施考虑，采用轻钢框架结构。声屏障采用可拆卸式和可重复利用钢结构，由柱、横梁等构件组成（其材料为H型钢），梁柱之间采用螺栓连接（或焊接固定），吸隔声屏障板采用从上至下插入式安装方式。

（2）所有降噪材料采用A级防火等级的材料，应抗老化、防火、耐腐蚀，20年免维护。降噪效果不受温度、湿度、冰雪和雨等气候因素影响，且应能满足在给定环境条件下稳定运行的要求。

（3）采用吸声、隔声、阻尼等综合降噪技术，其声学性能满足整体隔声要求。

（4）外护面隔声：采用不小于1.5mm的镀锌碳钢板来实现隔声降噪作用，并进行喷塑防腐，其中镀锌层厚度不小于80μm。

（5）阻尼层：阻尼材料在钢板内侧表面，≥3mm，满粘固定。其特性指标固体含量大于45%，附着力达到1级，阻尼系数（βmax  125Hz/℃）：1.4～1.5损耗因子（β）：1.62～0.75。

（6）吸声层：采用容重不小于48kg/m3的*，*厚度不小于150mm，含杂质量不大于3%，具体参数见下表：

（7）*选用国内品牌产品。

（8）内护面穿孔板：采用不小于1mm厚镀锌钢板并喷塑防腐，穿孔率≥23%，孔径≥3mm，其中镀锌层厚度不小于80μm。

（9）隔声屏板块骨架要求≥2mm镀锌钢板制作，布置间距≤500*667mm，保障板块的平整及牢固性。

（10）包裹吸声材料的玻璃布应为平纹无碱憎水玻璃布。

（11）屏障板的结构、材料和油漆等应满足冬夏季温差较大等特点。

（12）所有屏障板表面采用均匀平整喷塑处理，结构坚固耐用。屏障板表面的喷塑层应具有自洁性和防灰尘吸附功能，耐久年限保证在20年以上，即保证在现场大气环境下30年内，喷塑层均不产生明显褪色、色差、龟裂、剥落。

（13）屏障板颜色由招标方确定，具体所选用的颜色待招标方通知。

5.2屏障板声学性能要求

（1）在125Hz～500Hz频段的1/3倍频程中心频率的隔声量均大于20dB，计权隔声量Rw大于30dB（A）

（2）500Hz～4000Hz频段的1/3倍频程中心频率的隔声量均大于10dB，计权隔声量Rw大于30dB（A）。

（3）在125Hz～2000Hz频段的1/3倍频程中心频率吸声系数均大于0.9。

5.3屏障钢构要求

（1）吸隔声屏障的支护钢结构采用可拆卸式轻钢框架结构，由H型立柱、横梁、斜撑等构件组成，梁柱之间采用不锈钢螺栓连接（或焊接），声屏障板采用从上至下插入式安装方式。

（2）H型钢的切割、组装、焊接底板、制孔、防腐/防锈处理、检验等在工厂或现场完成。

（3）H型钢立柱、斜撑的底板与基础采用预埋地脚螺栓连接，基础为钢筋混凝土独立基础，外侧两个基础立柱之间需用连续粱连接。

（4）钢结构防腐采用热镀锌处理，浸锌量不小于600g/m。热浸锌后静电喷涂，每涂层不小于40μm，涂刷环氧富锌底漆、环氧中间漆各一道，丙烯酸聚氨酯面漆两道，总涂层厚度不小于160μm。

六、屏障整体结构设计

6.1风荷载标准值计算

本工程位于福建，按照B类地区50年一遇的风压进行计算，现计算8m高的风荷载标准值。风荷载标准值应按下式计算，并且不应小于1.00KN/㎡。

风荷载标准值(KN/㎡)；

阵风系数，按GB-50009-2001规定采用；

风荷载体型系数，一般墙面区取1.2,墙角区取2.0；

风压高度变化系数，按GB-50009-2001规定采用；

基本风压(KN/m2),按GB-50009-2001规定采用。

由上式可知，，所以风荷载标准值为。

图6.1 屏障整体结构设计示意图

6.2声屏障降噪原理

声屏障治理措施是通过传声途径上的声波阻隔（隔声）、声波吸收（合沿程吸收衰减）和距离衰减来达到治理目标，声波阻隔（隔声）、声波吸收（合沿程吸收衰减）主要是通过吸隔声板，在空气中传播的声波遇到声屏障时，就会产生反射、透射和绕射现象。一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点；一部分穿透声屏障到达受声点，一部分在声屏障壁面产生反射。声屏障的插入损失主要取决于声源发出的声波沿着三条道路传播的声能分配。声屏障的作用就是阻挡直达声的传播，隔离透射声，并使绕射声有足够的衰减。当声波撞击到声屏障的壁面上时，会在声屏障边缘产生绕射现象，而在屏障背后形成“声影区”。我们所期待的声屏障的减噪效果就在“声影区”的范围内。与光影区相比较，由于声波波长比光波波长大的多，因此，这种“声影区”的边界并不明显，经过屏障边缘之外，声源发出来的声波可以直接到达的范围，叫做“亮区”。从亮区到声影区之间还有一小段“过渡区”。位于“声影区”内的噪声级低于未设置声屏障时的噪声级，这就是声屏障降噪的基本原理。

声屏障的声绕射原理图

声屏障的绕射声衰减：

    一无限长声屏障，点声源的绕射声衰减为：

从上式中可以看出，声屏障的绕射损失取决于菲涅尔指数N，即取决于声源和受声点之间的声程差，声程差A+B-d越大，λ声波波长越小（频率越高）则声屏障的绕射损失越大，也就是说声屏障的效果越好。