降噪减排环保工艺设计研究

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1引言

风洞是空气动力学研究和试验中最广泛使用的设施，可为航空、航天、汽车及大气环境评价等应用领域提供服务。目前，国内外均已有较为成熟的风洞试验设备，未来还有日益发展的趋势，因此，在设计该类工业厂房时，一定要采取科学合理的设计措施控制风洞试验时产生的噪声和大气污染。本文是针对风洞试验工业厂房开展的工艺设计措施的分析研究，期望为我国同类工业厂房设计提供参考。

2噪声和大气污染的来源

2.1空气动力性噪声来源。风洞设备在试验运行时，将产生噪声和大气污染。根据空气动力学原理，风洞试验运转时，高压气流将经过启动阀、节流阀，气流突然变化，局部气流将形成漩涡分离引起气体分子无规则的剧烈振荡，此时会产生强噪声；当气流遇到变径管道，气流的流速与压力发生改变，由于管道尺寸剧变（如喷管、喉道），而气流又在试验段遇到模型，噪声将进一步加强。将统计，风洞试验这种来源于高速气流沿管道内壁流动、边界层内气流黏性摩擦、速度变化会产生空气动力性噪声瞬时噪声可达到120dB以上[1]。2.2机械性噪声来源。风洞试验相关设备是一套多学科庞大复杂的试验系统，需要配套冷却水、供气和供配电等多系统共同使用运行试验，因此，风洞试验还将产生电机运转以及机件的撞击摩擦等机械性噪声。2.3大气污染来源。为模拟试验用环境条件，大气在短时间会发生不同尺度的不规则运动，与前述空气动力性噪声产生的原理类似，大气将在湍流的混合作用下随着空气动力性流动过程逐渐分散排放氮氧化合物等大气污染物。

3工艺设计原则

风洞试验厂房在满足科研试验基本需求前提下，需遵循建筑、结构、给排水、暖通、电气、消防、环保、卫生和劳动安全等各专业国家有关标准规范、法律法规，还需要考虑下列工艺设计原则。1）采用“集中型”布置原则。将风洞试验平台与其附属配套的冷却水系统、供气系统、供配电系统等尽量布置在同一个厂房中，如有不同试验平台，可以统筹共用同一套附属配套系统，通过阀门及开关设备进行运行工位的切换，同时，控制系统进行连锁保护，可以减少管线敷设长度、提高供气供电供水可靠性，节约建设成本。2）从声源角度控制噪声原则。优先选择已经过降噪隔声设计的风洞试验平台和高压水泵等机电设备，减少机械性噪声；在厂房设计中，将风洞试验平台布置在隔音罩或隔音间中，试验平台所在的主厂房与其他配套房间设置钢筋混凝土墙，工作人员在辅助房间对风洞试验进行控制，最大限度地保障人员职业健康和安全。3）从传播途径角度控制噪声[2]和大气污染原则。由空气动力学原理来看，风洞试验厂房中的噪声和大气污染是难以从根源消除的，需要从传播途径入手，采用合理的降噪减排措施，如设计隔音通道、绿化带等，延长传播路径，减弱噪声传递。4）有组织的设置噪声和废气排出路径。由于一般最强的噪声产生于排气口，大量气流突然出口，与静止的大气分子将发生剧烈碰撞，同时，试验气体在高温下反应产生的氮氧化物废气也需要从排气口导出，因此，有组织的设置噪声和废气排出路径非常必要。在与大气连接的最终排气口设置合适风洞试验类型的消音器和脱销装置，利用物理或化学方法处理后，然后再将达到当地环保标准噪音波和废气有组织地排放到大气中。5）采用先进的隔音降噪材料原则。风洞试验平台及配套高压水泵等机械性噪声源设备应设有隔音降噪措施，设备底部建议安装弹簧减振器、橡胶减振垫，在厂房试验间墙壁和顶部铺设玻璃棉、泡沫塑料、隔音棉、隔音板等防火隔音降噪材料，吸收噪声，减少噪声传递。

4可行性设计案例

4.1总平面布置。将电弧风洞主厂房、整流站、设备间、消声通道、水电气辅助用房及配套功能用房等相关设备和设施整合到一个厂房内，以减少厂房占地面积，便于集中采取环保治理措施和通排风措施；厂房东侧设有为冷却水系统提供水源的全地下封闭构筑物，通过工艺套管与主厂房地下设备间相连。4.2工艺平面布置。主厂房分为地上地下两层，地上由3个电弧风洞试验间组成，地下为设备间，布置给地上3个电弧风洞试验平台共用1套的水电气配套设施及管路；主厂房西侧布置整流站，与现有整流站并联提供大功率直流用电；辅楼为地上2层，主要布置高低压配电室、中控室及配套工艺用房。4.3降噪减排设计措施。降噪减排设计中，可采取以下措施：（1）厂房试验间外墙做法为300mm钢筋混凝土墙+100mm岩棉+200mm隔墙+20mm抹灰（由外到内），屋面做法为20mm憎水膨珠砂浆+7mm防水卷材+15mmDS砂浆+80mm保温砂浆+70mm混凝土+0.2mm聚乙烯薄膜+16mm橡胶颗粒板+150mm钢筋混凝土屋面板（由上到内下）；（2）三类电弧风洞试验均在各自设置的隔声量不低于40dB密封隔声舱中进行，各舱内设有排气口，通向厂房北侧双层消声通道（噪声传播路径延长到2倍），出口连接消声塔，双层消音通道和出口消音塔内均需安装消声材料；（3）试验高温产生的氮氧化物通过消声通道出口处布置的脱硝装置进行净化处理，并通过15m高排气筒集中排放；（4）主厂房3个风洞试验间墙面及顶层设置吸声材料，用于吸收试验间内的声能，避免噪声在房间内多次反射，每个试验间设置隔声量不低于40dB的双层隔声门，用于试验室人员和设备的进出，同时设备运行时能够隔离设备噪声；（5）地下设备间东南角高低压水泵安装时设置减振基础；（6）主厂房外墙、主厂房与整流站、主厂房与辅楼以及消声通道等穿墙管线部位属于噪声直接暴露点，管道安装后，需使管外皮与墙体之间预留至少150mm空间方形或圆形孔墙洞，待管线安装后，再对孔洞进行隔声封堵、管道隔声包扎等隔声措施处理。4.4环境保护与劳动安全卫生评价。该电弧风洞试验厂房可行性设计遵循了国家现行的法律、法规和规章及标准规范，在工艺、建筑和结构专业采用了降噪减排措施，平面布置合理，环境保护、职业安全和职业卫生评价经第三方机构评价结论均为可行。

5结论及建议

综上所述，通过风洞试验研究配套建设的风洞试验厂房需要采取科学合理的工程设计措施，控制风洞试验时产生的噪声和大气污染，期望文中总结的风洞试验厂房工艺设计原则和某电弧风洞厂房可行性设计案例能够为我国日后同类工业厂房设计提供参考。建议风洞试验厂房设置专项安全管理责任制，在厂房运行使用维护时，严格遵照各项安全生产操作规程，配置职业病防护用品，以人为本，有效落实我国劳动生产法和职业病防治法等国家相关法律法规，在满足科研生产的同时有效保障人员职业卫生和安全。

【参考文献】

【1】龚卫斌.降低跨、超声速风洞噪声的方法[J].气动实验与测量控制,1993(12):28-33.

【2】张辉.工业厂房的隔音与降噪治理研究[J].建筑工程,2019(1):193-196.

作者:蒋娜 徐杨 韩永万 单位:中国航天系统科学与工程研究院