化工廠噪音隔音降噪設計廠區隔音屏障降噪原理分析
一、項目概況
1.1工程概況
某化工股份有限公司是以生產經營合成氨、尿素、甲醇等產品為主的煤化工企業。裝置能力為年產總氨22萬噸，主要產品的生產能力為：尿素20萬噸、甲醇 6萬噸、商品氨3萬噸、食品二氧化碳4萬噸、熱電聯產裝機容量12MW、年發電8,000萬千瓦時、供蒸汽41.6萬噸。合作生產高濃度NPK復合肥20 萬噸、工業結晶6.25萬噸。
其廠區內多處存在大型壓縮機廠房，循環冷卻水塔，運行時產生的噪音均超過90dB（A）。整個廠區內多處聲源聚集，形成一片密集面聲源，廠區內平均噪聲值不低于85 dB（A）。廠區選址比周邊地勢略高，其西側50m左右為多處居民點。經現場實測，廠區西側廠界處噪聲值在58~65.5 dB（A），均超出了《工業企業廠界環境噪聲排放標準》3類夜間55 dB（A）的排放限值。且因廠區內噪聲源為各類壓縮機及機械循環冷卻水塔。各測點的32Hz~250Hz低頻段聲壓級均高于70dB，局部區域高達77dB。
因此，根據環保法規及周邊居民要求，在廠區西界由南向北沿廠界圍墻位置設置整體隔聲屏障，對所有輻射至北廠界的噪聲進行綜合性的降低，進一步改善廠外的聲環境。
1.2工程內容
1.2.1廠界聲屏障
屏障分上下兩部分。上部為型鋼結構，安裝輕質吸隔聲板塊；下部為土建結構，包括鋼筋混凝土基礎、立柱、橫梁、擋墻。
屏障高度定上端不定下端：
整體屏障上端高于廠區地坪8m，屏障底端隨廠外地勢起伏，屏障采用鋼混基礎+型鋼作為主體框架。
其中屏障上部為固定高度5m的輕鋼吸隔聲板塊結構；屏障下部為磚砌體結構，高度不固定。
根據現場勘測，高低路基的變化在2m~3m范圍內。即屏障下部磚砌體高度為2~3m；屏障總高度高出廠區地坪8m。具體工作量以實際測勘探圖紙為準。
1.2.2冷卻塔排風口局部定向聲屏障
循環冷卻水塔排風面向南、西、北三側面設置折板式金屬聲屏障，屏障高度≥3m；
屏障頂部500mm向內側折彎，采用Hw125立柱支撐，內側斜拉撐固定。
二、設計的主要依據及規范
1. 《中華人民共和國環境保護法》（1989）；
2. 《中華人民共和國環境噪聲污染防治法》（1996）；
3. 《聲環境質量標準》（GB3096-2008）；
4. 《工業企業廠界環境噪聲排放標準》(GB 12348-2008)；
5. 《工業企業噪聲控制設計規范》（GB/T50087-2013）；
6. 《聲屏障聲學設計和測量規范》 （HJ/T90-2004）
7. 《建設項目環境保護管理條例》（1998年11月29日令）；
8. 《隔聲的檢測標準》 GB/T50121-2005；
9. 《建筑工程施工質量驗收統一標準》 （GB 50300-2001）
10. 《鋼結構工程施工質量驗收規范》 （GB 50205-2001）
11. 《工程測量規范》GB50026-93；
12. 《組合鋼模板技術規范》GB50214-2001；
13. 客戶施工所在地現場勘測情況及客戶所提供的設備參數表；
其它相關現行國家標準、規范和規程；
本項目包括但不限于以上標準及規范，所涉及的規程、規范、標準均有可能被修訂，以版本為準，并遵守現行與之相關的各種國家和現行標準、規范。
三、執行標準
3.1工廠廠界噪聲排放標準限值：
《工業企業廠界環境噪聲排放標準》(GB 12348-2008)3類；
表3-1 工業企業廠界環境噪聲排放限值 單位：dB（A）
廠界外聲環境功能區類別 | 時 段 | 備注 | |
晝 間 | 晝 間 | ||
0 | 50 | 40 | 夜間頻發噪聲的聲級超過限值的幅度不得高于10dB（A）； 夜間偶發噪聲的聲級超過限值的幅度不得高于15dB（A）。 |
1 | 55 | 45 | |
2 | 60 | 50 | |
3 | 65 | 55 | |
4 | 70 | 55 | |
注意：具體以環評報告評價的標準為準。
四、技術要求
4.1隔聲屏障的降噪要求
（1）隔聲屏障板塊的本體隔聲量達到Rw≥30dB；屏障對廠區噪音隔音貢獻量≥15dB，低頻段隔音量≥20dB。
（2）隔聲屏障實地降噪效果。在西側屏障聲影區內達到10~15dB的降噪量；最小降噪量要求≥10dB。
4.2隔聲屏障的制作要求
（1）屏障上部鋼構和板塊在我公司廠內制作加工，現場拼裝，原則上不在現場制作。少數特殊模塊的修改及補充除外。
（2）我公司對送達現場的半成品、成品需做好保護工作。未竣工驗收前產生的損壞、遺失由我公司自行負責。
（3）屏障板塊部分，各部位吸聲體均勻、嚴實，無有遺漏，綜合考慮防水。屏障組裝做好邊、角、縫的處理。
（4）隔聲屏的定位在實際施工中應在地面提前放樣，獲得甲方代表認可后才繼續施工。
（5）鋼結構施工達到GB 50205-2001《鋼結構工程施工質量驗收規范》要求；屏障供貨施工達到HJ/T90-2004《聲屏障聲學設計和測量規范》要求。
（6）抗風能力：≥10級；
（7）抗震等級：≥8級；
（8）屏體使用年限：15年；鋼構25年；
五、材質及結構要求
5.1屏障板塊要求
（1）隔聲屏障的結構設計按性設施考慮，采用輕鋼框架結構。聲屏障采用可拆卸式和可重復利用鋼結構，由柱、橫梁等構件組成（其材料為H型鋼），梁柱之間采用螺栓連接（或焊接固定），吸隔聲屏障板采用從上至下插入式安裝方式。
（2）所有降噪材料采用A級防火等級的材料，應抗老化、防火、耐腐蝕，20年免維護。降噪效果不受溫度、濕度、冰雪和雨等氣候因素影響，且應能滿足在給定環境條件下穩定運行的要求。
（3）采用吸聲、隔聲、阻尼等綜合降噪技術，其聲學性能滿足整體隔聲要求。
（4）外護面隔聲：采用不小于1.5mm的鍍鋅碳鋼板來實現隔聲降噪作用，并進行噴塑防腐，其中鍍鋅層厚度不小于80μm。
（5）阻尼層：阻尼材料在鋼板內側表面，≥3mm，滿粘固定。其特性指標固體含量大于45%，附著力達到1級，阻尼系數（βmax 125Hz/℃）：1.4～1.5損耗因子（β）：1.62～0.75。
（6）吸聲層：采用容重不小于48kg/m3的*，*厚度不小于150mm，含雜質量不大于3%，具體參數見下表：
燃燒性能 | 含水率 | 導熱系數W/（m·K） | 降噪系數NRC |
不燃 | ≤1% | ≤0.038 | ≥0.95 |
（7）*選用國內品牌產品。
（8）內護面穿孔板：采用不小于1mm厚鍍鋅鋼板并噴塑防腐，穿孔率≥23%，孔徑≥3mm，其中鍍鋅層厚度不小于80μm。
（9）隔聲屏板塊骨架要求≥2mm鍍鋅鋼板制作，布置間距≤500*667mm，保障板塊的平整及牢固性。
（10）包裹吸聲材料的玻璃布應為平紋無堿憎水玻璃布。
（11）屏障板的結構、材料和油漆等應滿足冬夏季溫差較大等特點。
（12）所有屏障板表面采用均勻平整噴塑處理，結構堅固耐用。屏障板表面的噴塑層應具有自潔性和防灰塵吸附功能，耐久年限保證在20年以上，即保證在現場大氣環境下30年內，噴塑層均不產生明顯褪色、色差、龜裂、剝落。
（13）屏障板顏色由招標方確定，具體所選用的顏色待招標方通知。
5.2屏障板聲學性能要求
（1）在125Hz～500Hz頻段的1/3倍頻程中心頻率的隔聲量均大于20dB，計權隔聲量Rw大于30dB（A）
（2）500Hz～4000Hz頻段的1/3倍頻程中心頻率的隔聲量均大于10dB，計權隔聲量Rw大于30dB（A）。
（3）在125Hz～2000Hz頻段的1/3倍頻程中心頻率吸聲系數均大于0.9。
5.3屏障鋼構要求
（1）吸隔聲屏障的支護鋼結構采用可拆卸式輕鋼框架結構，由H型立柱、橫梁、斜撐等構件組成，梁柱之間采用不銹鋼螺栓連接（或焊接），聲屏障板采用從上至下插入式安裝方式。
（2）H型鋼的切割、組裝、焊接底板、制孔、防腐/防銹處理、檢驗等在工廠或現場完成。
（3）H型鋼立柱、斜撐的底板與基礎采用預埋地腳螺栓連接，基礎為鋼筋混凝土獨立基礎，外側兩個基礎立柱之間需用連續粱連接。
（4）鋼結構防腐采用熱鍍鋅處理，浸鋅量不小于600g/m。熱浸鋅后靜電噴涂，每涂層不小于40μm，涂刷環氧富鋅底漆、環氧中間漆各一道，丙烯酸聚氨酯面漆兩道，總涂層厚度不小于160μm。
六、屏障整體結構設計
6.1風荷載標準值計算
對于平坦或稍有起伏的地形，風壓高度變化系數應根據地面粗糙類別按下表采用 地面粗糙度可分為A、B、C、D四類; | |
A | 指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區 |
B | 指田野、鄉村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉鎮和城市郊區 |
C | 指有密集建筑群的城市市區 |
D | 指有密集建筑群且房屋較高的城市市區 |
本工程位于福建，按照B類地區50年一遇的風壓進行計算，現計算8m高的風荷載標準值。風荷載標準值應按下式計算，并且不應小于1.00KN/㎡。
風荷載標準值(KN/㎡)；
陣風系數，按GB-50009-2001規定采用；
風荷載體型系數，一般墻面區取1.2,墻角區取2.0；
風壓高度變化系數，按GB-50009-2001規定采用；
基本風壓(KN/m2),按GB-50009-2001規定采用。
由上式可知，，所以風荷載標準值為。
圖6.1 屏障整體結構設計示意圖
6.2聲屏障降噪原理
聲屏障治理措施是通過傳聲途徑上的聲波阻隔（隔聲）、聲波吸收（合沿程吸收衰減）和距離衰減來達到治理目標，聲波阻隔（隔聲）、聲波吸收（合沿程吸收衰減）主要是通過吸隔聲板，在空氣中傳播的聲波遇到聲屏障時，就會產生反射、透射和繞射現象。一部分越過聲屏障頂端繞射到達受聲點；一部分穿透聲屏障到達受聲點，一部分在聲屏障壁面產生反射。聲屏障的插入損失主要取決于聲源發出的聲波沿著三條道路傳播的聲能分配。聲屏障的作用就是阻擋直達聲的傳播，隔離透射聲，并使繞射聲有足夠的衰減。當聲波撞擊到聲屏障的壁面上時，會在聲屏障邊緣產生繞射現象，而在屏障背后形成“聲影區”。我們所期待的聲屏障的減噪效果就在“聲影區”的范圍內。與光影區相比較，由于聲波波長比光波波長大的多，因此，這種“聲影區”的邊界并不明顯，經過屏障邊緣之外，聲源發出來的聲波可以直接到達的范圍，叫做“亮區”。從亮區到聲影區之間還有一小段“過渡區”。位于“聲影區”內的噪聲級低于未設置聲屏障時的噪聲級，這就是聲屏障降噪的基本原理。
聲屏障的聲繞射原理圖
聲屏障的繞射聲衰減：
一無限長聲屏障，點聲源的繞射聲衰減為：
從上式中可以看出，聲屏障的繞射損失取決于菲涅爾指數N，即取決于聲源和受聲點之間的聲程差，聲程差A+B-d越大，λ聲波波長越?。l率越高）則聲屏障的繞射損失越大，也就是說聲屏障的效果越好。
