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公開番号2024169389
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-05
出願番号2024083987
出願日2024-05-23
発明の名称物理モデルに基づく冷却塔の騒音低減最適化方法
出願人中建安装集団有限公司
代理人個人
主分類F24F 5/00 20060101AFI20241128BHJP(加熱;レンジ;換気)
要約【課題】本発明は物理モデルに基づく冷却塔の騒音低減最適化方法を提供し、本発明は騒音低減設計の技術分野に属する。
【解決手段】本発明はBIM技術を利用してグラフィカルモデルを構築し、グラフィカルモデルの物理シミュレーションに基づいて、直感的且つ立体的にリアルタイムに騒音低減設計スキームを提供し、本発明はさらに関数モデルのデータシミュレーションを構築することで、騒音低減構造の改善を簡便かつ正確に実現でき、経済的費用の目標最適化モデルを確立することで、最適な施工コストで騒音低減構造設計プランを取得する。本発明は、冷却塔騒音低減設計効率を効果的に向上させ、冷却塔騒音低減対策効果と建設実施コストとを自動的にバランスさせ、騒音低減構造設計の信頼性と経済性を高めることができる。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
冷却塔（１）が設置されている音響環境の機能領域及び騒音影響範囲内の騒音低減目標を決定するステップ１と、
冷却塔（１）本体の高精度モデル、システム配管の高精度モデル、付属コンポーネントの高精度モデルを構築するステップ２と、
ステップ２で構築したモデルに基づいて、冷却塔（１）配置領域の地形、建物（５）、支持構造（６）、車道（２）、立坑（４）、通路（３）を含むエンジニアリングモデルの構築を続けて、制限モデルを形成するステップ３と、
制限モデルに基づいて冷却塔（１）設備、システム配管（７）、パイプ部品（８）、バルブ（９）、ショックアブソーバー及び配電箱（１０）を含むエンジニアリングモデルを引き続き構築し、機能モデルを形成するステップ４と、
機能モデルに基づいて、周囲の建物（１１）のモデルを構築し、建物の敏感領域に騒音低減目標の位置をマークして目標モデルを構築するステップ５と、
目標モデルに基づき、冷却塔設備をモジュール化の形式でレイアウトし、同時に点検扉を設置するステップ６と、
ステップ６のモジュール化した組合せ処理後の全ての冷却塔（１）モジュールグループの重畳騒音量を計算するステップ７と、
冷却塔（１）の入気側、側板側及び排気側の重畳騒音が各敏感ポイントに伝わる処理対象騒音量を計算するステップ８と、
処理対象騒音量に基づいて、ステップ６のモジュール化した組合せ処理後の目標モデルの各冷却塔（１）に消音構造を設定するステップ９と、
ステップ９で設計した騒音構造を最適化するために、関数モデルを構築して、データシミュレーションを行うステップ１０と、
冷却塔（１）騒音低減設備建設の経済的費用を最小化することを目的とした冷却塔騒音低減設備経済的費用最適化モデルを構築し、このモデルを解いて、消音設備の経済性を最適化した冷却塔（１）騒音低減構造設計スキームを得るステップ１０を含むことを特徴とする物理モデルに基づく冷却塔の騒音低減最適化方法。
続きを表示（約 4,100 文字）【請求項２】
前記ステップ９では、消音構造を次のように設定する、
冷却塔（１）の入気側には、消音インサートを内蔵した消音ルーバが設置され、消音ルーバの長さは冷却塔（１）の入気口の長さをカバーできる長さであり、高さは冷却塔（１）の入気口の高さをカバーできる高さであり、総面積は冷却塔（１）の入気要件を満たし、残りの部分は遮音バリアとなり、冷却塔（１）の側板側には完全に密閉された遮音バリアが使用され、遮音バリアは冷却塔（１）配置領域を覆い、頂部は冷却塔（１）の排気口と面一になり、開閉可能な点検扉を予め確保し、制限モデルに従って点検梯子を設置し、冷却塔（１）の排気側には消音インサートを内蔵した消音器が設置され、消音器と冷却塔（１）の排気口の間に空気の緩流領域を確保し、導流板を設置することを特徴とする請求項１に記載の物理モデルに基づく冷却塔の騒音低減最適化方法。
【請求項３】
前記ステップ１０の具体的なプロセスは次のとおりであり、
ステップ１０．１、式（１）から（４）を利用して、消音ルーバの処理対象騒音量Ｌ
Ａ
Ｔ
、消音器の処理対象騒音量Ｌ
Ｅ
Ｔ
、消音ルーバの入気係数Ｉ
Ａ
、排気係数Ｉ
Ｅ
をそれぞれ算出し、
TIFF
2024169389000041.tif
36
170
TIFF
2024169389000042.tif
36
170
TIFF
2024169389000043.tif
36
170
TIFF
2024169389000044.tif
46
170
式（１）において、ａ
０
は吸音材の正入射吸音係数であり、Φ（ａ
０
）は吸音材の正入射吸音係数に関連する消音係数であり、Ｌ
Ａ
は消音ルーバの消音インサートの有効消音長であり、Ｌ
ｄ
は消音ルーバの消音インサート間の間隔であり、式（２）において、Ｌ
Ｅ
は消音器の消音インサートの有効消音長であり、Ｍ
ｄ
は消音器の消音インサート間の間隔であり、式（３）において、Ｌ
１
は消音ルーバの長さであり、Ｌ
ｉ
は消音ルーバの消音インサートの枚数であり、Ａ
１
は冷却塔（１）の入気口の長さであり、Ａ
ｄ
は冷却塔（１）の入気口の幅であり、Ａ
ｉ
は各冷却塔（１）の入気口の数であり、Ｗは冷却塔（１）の数であり、Ｋは冷却塔（１）の入気係数であり、式（４）において、Ｍ
１
は消音器の長さであり、Ｍ
ｉ
は消音器消音インサートの枚数であり、Ｅ
ｄ
は冷却塔（１）排気口の直径であり、Ｅ
ｉ
は各冷却塔（１）の排気口の数であり、
式（５）と式（６）を使用して、平均入気風速Ｖ
Ａ
と平均排気風速Ｖ
Ｅ
をそれぞれ計算し、
TIFF
2024169389000045.tif
36
170
TIFF
2024169389000046.tif
33
170
式（５）と（６）において、Ｑは冷却塔（１）一台の風量であり、式（７）と式（８）を使用して、消音ルーバの圧力損失Ｈ
Ａ
と消音器の圧力損失Ｈ
Ｅ
をそれぞれ計算し、
TIFF
2024169389000047.tif
36
170
TIFF
2024169389000048.tif
36
170
式（７）と式（８）において、ξ
１
及びξ
２
は何れも局所抵抗係数であり、ρは空気密度であり、式（９）と式（１０）を使用して、冷却塔（１）排気口に考慮する必要がある再生騒音Ｌ
Ｗ
、排気空気流路面積Ｓ
Ｅ
計算し、
TIFF
2024169389000049.tif
28
170
TIFF
2024169389000050.tif
30
170
式（９）において、ａは再生係数であり、
ステップ１０．２、以下に示す騒音目標制限値を満たす消音ルーバの消音インサートの有効消音長と間隔の間の相互制御関係を確立し、
TIFF
2024169389000051.tif
76
170
以下に示す騒音目標制限値を満たす消音器の消音インサートの有効消音長と間隔の間の相互制御関係を確立し、
TIFF
2024169389000052.tif
94
170
ステップ１０．３、相互制御関係式を数学モデルとし、騒音低減目標制限値を満たすことを前提として、最適化のニーズに応じて、Ｌ
Ａ
とＬ
ｄ
及びＬ
Ｅ
とＭ
ｄ
の値傾向のバランスを取って、調整して、騒音低減構造の最適化を実現することを特徴とする請求項２に記載の物理モデルに基づく冷却塔の騒音低減最適化方法。
【請求項４】
前記ステップ１１の具体的なプロセスは以下の通りであり、
以下の式（１１）、（１２）及び（１３）を利用して、入気側の消音ルーバ建設による経済的費用、排気側の消音器建設による経済的費用、冷却塔（１）の騒音低減設備建設による経済的費用をそれぞれ計算し、
TIFF
2024169389000053.tif
27
170
TIFF
2024169389000054.tif
50
170
TIFF
2024169389000055.tif
24
170
式（１１）において、Ｌ
Ａ
Ｐｉ
は消音ルーバのｉ番目の騒音量であり、式（１２）において、Ｌ
Ｅ
Ｐ
は消音器の重畳騒音であり、Ｌ
Ｅ
Ｐｉ
は消音器のｉ番目の騒音量であり、Ｎは冷却塔モジュールの各グループに含まれる音源の数であり、Ｄは複数の冷却塔モジュールグループが同時に動作する時に騒音エネルギーが増加するレベルの数であり、式（１３）において、Ｍは建設による経済的費用であり、Ｘは建設による経済的費用係数であり、ｄ
Ａ
は消音ルーバの消音インサートの厚さであり、ｄ
Ｅ
消音ルーバの消音インサートの厚さであり、
したがって、冷却塔（１）騒音低減設備の建設による経済的費用の最小化を目指して構築された冷却塔騒音低減設備の経済的費用最適化モデルは次の式（１４）に示すとおりであり、
TIFF
2024169389000056.tif
124
170
冷却塔騒音低減設備の経済的費用最適化モデルの決定変数には、消音ルーバの有効消音長、消音ルーバの消音インサート間の間隔、消音器の有効消音長および消音器の消音インサート間の間隔が含まれ、
次に、Ｐｙｔｈｏｎプラットフォーム下のＧｕｒｏｂｉ最適化ソルバーに基づいて、冷却塔騒音低減設備の経済的費用最適化モデルを解き、最も経済的最適な騒音低減設備を備えた冷却塔騒音低減構造設計スキームを出力することを特徴とする請求項３に記載の物理モデルに基づく冷却塔の騒音低減最適化方法。
【請求項５】
前記ステップ７の重畳騒音量Ｌ
Ｐ‘
は次の式で算出され、
TIFF
2024169389000057.tif
25
170
ここで、Ｎは冷却塔モジュールの各グループに含まれる音源の数であり、Ｄは複数の冷却塔モジュールグループが同時に動作した場合に増加する騒音エネルギーのレベル数であり、Ｌ
Ｐｉ
はｉ番目の騒音量であることを特徴とする請求項１に記載の物理モデルに基づく冷却塔の騒音低減最適化方法。
【請求項６】
前記ステップ８における処理対象騒音量は次の式で計算され、
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2024169389000058.tif
23
170
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2024169389000059.tif
30
170
ここで、Ｌ
Ｐ‘
は全て冷却塔モジュールグループの重畳騒音量であり、Ｌ
ｅｑ
は規定の騒音制限値であり、ΔＬは騒音減衰量であり、ｒ
１
は受音点１から音源までの距離であり、ｒ
２
は受音点２から音源までの距離であることを特徴とする請求項１に記載の物理モデルに基づく冷却塔の騒音低減最適化方法。
【請求項７】
前記遮音バリアは遮音量が２４ｄＢ以上の厚さ１００ｍｍのモジュール化されたサウンドスクリーンパネルを採用し、穿孔板には０．８ｍｍの穿孔アルミニウム板を採用し、吸音材は厚さ１００ｍｍの吸音係数の高い防食、疎水性、不燃性の吸音綿を採用し、サウンドスクリーンパネルと外側層の亜鉛メッキ鋼板の間には、厚さ２ｍｍの減衰層を採用し、消音ルーバの内部フレームには溶融亜鉛メッキ構造を採用し、消音器両端には三角形の導流板を採用することを特徴とする請求項２に記載の物理モデルに基づく冷却塔の騒音低減最適化方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は騒音低減設計の技術分野に属し、特に物理モデルに基づく冷却塔騒音低減最適化方法に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
人々の生活の質に対する要求が向上するにつれて、建築物の騒音制御に対する要求もますます厳しくなっている。電気機械システムの騒音は、建物の騒音制御に影響を与える重要な側面であり、電気機械システムの主な騒音源の１つである屋外冷却塔は、その作業によって発生した騒音が空気中に拡散するため、周辺環境に音響汚染を引き起こしやすい。
【０００３】
現在、冷却塔メーカーの騒音制御能力は弱く、多数製品には追加の騒音低減対策が施されておらず、実際の運用ではＧＢ５５０１６－２０２１とＧＢ３０９６－２００８である中国環境保護二次基準を満さず、即ち、夜間騒音≦４５～５０ｄＢ（Ａ）の要件を満たしておらず、少数の低トン超低騒音モデルの冷却塔だけが、少数の地域の夜間騒音基準の要求を満たすことができる。
【０００４】
従来の冷却塔騒音低減設計方式は、二次元レイアウトによって設計機関から提供される地形図、冷却塔及び配管の配置詳細図、設計説明及び冷却塔メーカーから提供される設備詳細図を総合的に考慮し、レイアウトプロセスでは、経験式を使用して理論的な騒音低減計算及び構造設計を行い、当該方式は、直感的ではなく、漏れが発生しやすく、時間と労力がかかり、リアルタイムで調整できず、ニーズに応じて騒音低減構造を自動的に最適化するという目的を達成できない。
【０００５】
近年、ＢＩＭ技術と目標最適化アルゴリズムがアップグレードされ、騒音管理の分野に徐々に適用されている。ＢＩＭ技術は、グラフィカルモデルに基づく物理シミュレーションを通じて、騒音影響範囲に対する消音対策の必要性を判断でき、目標アルゴリズムは、関数モデルのデータシミュレーションを構築することで消音構造を改善し、建設費用を最適化でき、両者を組み合わせることで、既存の問題を解決するための冷却塔騒音低減方法を形成できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
既存の技術の欠陥を考慮して、本発明は物理モデルに基づく冷却塔の騒音低減最適化方法を提供し、ＢＩＭ技術を利用してグラフィカルモデルを構築し、グラフィカルモデルの物理シミュレーションに基づいて、冷却塔の騒音源及び伝播経路の影響範囲に対して消音付加対策をシミュレーションし、関数モデルのデータシミュレーションを構築することにより、騒音低減構造設計を改善し、経済的費用の目標最適化を実施し、最も経済的な消音設備を備えた冷却塔騒音低減構造設計スキームを得た。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下の技術的手段により上記技術的目的を達成したものである。
物理モデルに基づく冷却塔の騒音低減最適化方法であって、以下のステップを含む、
ステップ１、冷却塔が設置されている音響環境の機能領域及び騒音影響範囲内の騒音低減目標を決定する。
ステップ２、冷却塔本体の高精度モデル、システム配管の高精度モデル、付属コンポーネントの高精度モデルを構築する。
ステップ３、ステップ２で構築したモデルに基づいて、冷却塔配置領域の地形、建物、支持構造、車道、立坑、通路を含むエンジニアリングモデルの構築を続けて、制限モデルを形成する。
ステップ４、制限モデルに基づいて冷却塔設備、システム配管、パイプ部品、バルブ、ショックアブソーバー、配電箱を含むエンジニアリングモデルを引き続き構築し、機能モデルを形成する。
ステップ５、機能モデルに基づいて、周囲の建物のモデルを構築し、建物の敏感領域に騒音低減目標の位置をマークして目標モデルを構築する。
ステップ６、目標モデルに基づき、冷却塔設備をモジュール化の形式でレイアウトし、同時に点検扉を設置する。
ステップ７、ステップ６のモジュール化した組合せ処理後の全ての冷却塔モジュールグループの重畳騒音量を計算する。
ステップ８、冷却塔の入気側、側板側及び排気側の重畳騒音が各敏感ポイントに伝わる処理対象騒音量を計算する。
ステップ９、処理対象騒音量に基づいて、ステップ６のモジュール化した組合せ処理後の目標モデルの各冷却塔に消音構造を設定する。
ステップ１０、ステップ９で設計した騒音構造を最適化するために、関数モデルを構築して、データシミュレーションを行う。
ステップ１１、冷却塔騒音低減設備建設の経済的費用を最小化することを目的とした冷却塔騒音低減設備経済的費用最適化モデルを構築し、このモデルを解いて、消音設備の経済性を最適化した冷却塔騒音低減構造設計スキームを得る。
【０００８】
さらに、上記ステップ９では、消音構造を次のように設定する、
冷却塔の入気側には、消音インサートを内蔵した消音ルーバが設置され、消音ルーバの長さは冷却塔の入気口の長さをカバーできる長さであり、高さは冷却塔の入気口の高さをカバーできる高さであり、総面積は冷却塔の入気要件を満たし、残りの部分は遮音バリアとなる。冷却塔の側板側には完全に密閉された遮音バリアが使用され、遮音バリアは冷却塔配置領域を覆い、頂部は冷却塔の排気口と面一になり、開閉可能な点検扉を予め確保し、制限モデルに従って点検梯子を設置する。冷却塔の排気側には消音インサートを内蔵した消音器が設置され、消音器と冷却塔の排気口の間に空気の緩流領域を確保し、導流板を設置する。
【０００９】
さらに、上記ステップ１０の具体的なプロセスは次のとおりである。
ステップ１０．１、式（１）から（４）を利用して、消音ルーバの処理対象騒音量Ｌ
Ａ
Ｔ
、消音器の処理対象騒音量Ｌ
Ｅ
Ｔ
、消音ルーバの入気係数Ｉ
Ａ
、排気係数Ｉ
Ｅ
をそれぞれ算出する。
【００１０】
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36
170
（【００１１】以降は省略されています）

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