Dokuczliwość hałasu generowanego przez turbiny wiatrowych

Transkrypt

1 Dokuczliwość hałasu generowanego przez turbiny wiatrowych Anna Preis Instytut Akustyki, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu apraton@amu.edu.pl

2 Jakie charakterystyki hałasu turbin wiatrowych decydują o jego dokuczliwości? Poziom dźwięku? Hałas o niskoczęstotliwościowych składowych? Obecność składowych tonalnych? Impulsowość? Fluktuacje hałasu w czasie? Poza akustyczne czynniki?

3 Poziom dźwięku? Dose response curve

4 Dawka-reakcja dla różnych źródeł hałasu

5 Dokuczliwość w relacji do poziomu emisji hałasu 5 badań na temat dokuczliwości turbin wiatrowych: (1) Dania, Holandia i Niemcy Wolsink et al (1993) (2) Duńskie badania Pedersen i Nieksen (1994) 16 turbin 33m wysokie (3) Badania w Szwecji Pedersen i Persson Waye (2004) (4) Szweckie badania w 7 różnych obszarach Pedersen i Persson Waye (2007) (5) Badania w Holandii Pedersen et al (2009) 100m wysokie (1), (2), (3), (4) pojedyncze turbiny (5) farmy wiatrowe (3), (4), (5) będą przedmiotem dalszych analiz, to są badania ankietowe, dawka hałasu wyliczona, prędkość wiatru 8 m/s na wysokości 10 m

6 Dokuczliwość w relacji do poziomu emisji hałasu (3) poziom hałasu 30 db(a) do 40 db(a), 150 do 650 kw, (4) poziom hałasu 30 db(a) do 40 db(a), 500 kw, (5) poziom hałasu 24 db(a) do 54 db(a), 500 do 3000 kw odległość do 2.5 km z drugą turbiną w odległości 500 m W sumie wysłano 3770 kwestionariuszy wróciło 1830 (trzy badania) podsumowane przez Janssen et al 2008, 2009

7 Dawka-odpowiedź (doseresponse curve) %A dokuczający %HA skrajnie dokuczający

8 %HA outdoors jest trochę większy w 2007, 2000 ale niższy w 2005 %HA indoors wysoki w 2007, 2000 niższy w 2005 Analiza kwestionariuszy pokazała zależność odpowiedzi od: - charakteru źródła - korzyści z turb. wiatr. - widoczności turbin

9 Dokuczliwość trubin wiatrowych innych źródeł Tylko hałas shunting yards jest bardziej dokuczliwy niż turbin wiatrowych (rys.2) Jeśli do poziomu hałasu turbin wiatrowych dodamy 5 db kary to się okaże, że krzywa przesunie się w kierunku innych źródeł hałasu (szara krzywa na rys.2)

10

11

12

13 Wnioski

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23 Wnioski

24 Hałas o niskoczęstotliwościowych składowych? Hałas tła

25 Niskoczęstotliwościowy charakter hałasu turbin Hünerbein et al 2011 lab: niskie częstotliwości są tak samo dokuczliwe jak wysokie Pedersen 2008 obliczył głośność w każdym paśmie tercjowym porównując ją z wartością progową. Dla 1.3 MW turbiny w odległości 280m LF mogą być słyszalne ale dominujące są wyższe częstotliwości.

26 Niskoczęstotliwościowy charakter hałasu turbin Jakobsen 2005 przegląd literatury: w odległości 100m wszystkie nisko częstotliwościowe składowe, ich poziomy były poniżej progu słyszalności (to dotyczy upwind turbin) Nie ma dowodów na to że niesłyszalne infradźwięki oraz niskie częstotliwości mają wpływ na reakcje ludzi w przypadku hałasu turbin wiatrowych

27 Dwa główne źródła hałasu 1.Hałas mechaniczny -dominujące składowe poniżej 1000 Hz i mogą zawierać składowe tonalne -mechaniczny hałas nie rośnie tak gwałtownie z rozmiarem turbiny jak aerodynamiczny - producenci turbin zredukowali ten mechaniczy hałas poniżej poziomu aerodynamicznego 2. Hałas aerodynamiczny -szerokopasmowy szum i pulsujący szum, 1 i 2 khz db Hz częstotliwość modulacji : 0.5Hz dla prędkości wiatru 4m/s i 1Hz dla 20m/s swishing, lapping whistling

28

29 10% ludzi w wieku może słyszeć ten hałas

30

31

32 Wszystkie możliwe kryteria przekroczone a ludzie nie narzekają na LFN!

33 Obecność składowych tonalnych 1/3 octave spectrum FFT spectrum L 5 db K 1 : 5 6 db ISO Acoustics Description and measurement of environmental tonal components high annoyance noise Part 2: Acquisition of data pertinent to land use K 1 : L Aeq correctionfor signalwithtonal components

34 Obecność składowych tonalnych? 1/3 octave spectrum tonal component found FFT spectrum L 5 db not present K 1 : 2 3 db ISO K 1 : L Aeq correction for signal with tonal components

35 Poprawka na impulsowość Niejasna definicja hałasu impulsowego 12 db duża impulsowość 5 db każdy inny impulsowy dźwięk

36 Fluktuacje hałasu w czasie?

37 Percepcja modulacji amplitudy Zmiana w poziomie hałasu ważna charakterystyka hałasu turbiny wiatrowej Swishing/lashing Rustling - szelest, szmer Hayes 2006 stwierdził, że jest słyszalna modulacja amplitudy w mieszkaniach w pobliżu farm wiatrowych Moorhouse et al 2007, dyskusyjna sprawa Van den Berg 2009 potwierdza badania, że ludzie mając dane określenia AM wybierają modulacja amplitudy w 13 z 14 analizowanych przypadków Fluktuacje poziomu są percypowane gdy częstotliwość modulacji jest mniejsza od 20 Hz. Wiadomo, że człowiek jest najbardziej czuły na fluktuacje rzędu 4Hz przy częstotliwości nośnej 1kHz. Dla turbin wiatrowych częstotliwość modulacji to 1Hz, przy sygnale nośnym typu szum o dominujących częstotliwościach w zakresie od Hz

38 Siła fluktuacji F BBN = ( m 0.25) [ 0.05( L db )]) BBN / 1 2 ( ) ( f / 5Hz) + 4Hz / f 1.5) mod mod + vacil L związana z głębokością modulacji amplitudy m (AM) wynosi: L = ((1 + ) /(1 )) 20log m m

39 AM FS jest 0 aż do L=3dB, potem wzrasta wraz z głębokością modulacji aż do 1 vacil 1 vacil to jest referencyjna FS zdefiniowana: dla L=60dB, fn =1kHz, 100% modulowany tonem o fmod=4hz

40 Przykłady sygnałów zmodulowanych amplitudowo przygotowanych przez dr Andrzeja Wichra

41 0.8 Mod_4Hz_m_ wartość chwilowa czas [s] Mod_1Hz_m_ wartość chwilowa czas [s]

42 Mod_4Hz_m_ wartość chwilowa czas [s] Mod_1Hz_m_ wartość chwilowa czas [s]

43 0.8 Mod_4Hz_m_ wartość chwilowa czas [s] Mod_1Hz_m_ wartość chwilowa czas [s]

44 Modulowany AM szerokopasmowy szum Dla L<9dB m=0.055 L Używając fmod=1hz, L=40 db (A) F = 1.31( m 0.2) vacil BBN lub F = 0.072( L 3.6) vacil BBN

45 FS Van der Berg (2005): gdy L rośnie od 3 do 6 db, głębokość modulacji, m rośnie od 17% do 33% i FS od 0 do 0.17 vacil dla L= 9dB, m=50%a FS=0.39 vacil Ludzie spostrzegają głębokość modulacji 3dB przy częstotliwości modulacyjnej 1 Hz O tym czy coś jest spostrzegane również decyduje nasze nastawienie, łatwiej nas irytuje coś czego nie chcemy

46 Dokuczliwość spowodowana AM Persson Waye i Ӧhrstrӧm 2002 lab: most annoying: swishing, lapping, whistling least annoying: grinding, low frequency Legarth 2007 lab: FS określone w paśmie Hz (największe fluktuacje), skorelowane z swishing Lee et al 2009 lab: wzrost dokuczliwości skorelowane z większą głębokością modulacji Pedersen i Person Waye 2004 field: 33% - swishing, współczynnik korelacji 26% - whistling % - pulsating/throbbing 0.45 Pedersen et al odwiedził ludzi mieszkających w pobliżu wiatraków: byli poirytowani bo turbiny weszły im do ogrodów bo swishing dźwięk mrugające cienie oraz ciągłe obroty

47 Dokuczliwość AM versus niezmodulowane Bradley 1994 lab: badał dokuczliwość zmodulowanych versus niezmodulowanych dla fm=0, 0.25, 0.5, 1, 2, 4 Hz oraz m=10db i 17dB (52% i 75%). Dla m=17 db trzeba było ściszyć zmodulowane o 4 db aby były one równodokuczliwe z niezmodulowanymi. Największe różnice w paśmie 31.5 do 250 Hz Moorhouse et al 2007, 2009 lab: gdy poziom fluktuacji wyrażony jako L10 i L90 był 3 do 5 db lub wyższy słuchacze oceniali te dźwięki jednakowo akceptowalne ze stałymi dźwiękami przy poziomie o 5 db wyższym Dittrich et al 2009 lab: badał dźwięki mające fluktuacje rzędu 2sd lub 4sd db przy stałym Leq. Oceny dokuczliwości dla 4sd db były znacząco wyższe niż dla 2sd db. Różnice w głośności nie wystąpiły. Jednakowe Leq dało taką samą głośność przy 2 i 4 ale różną dokuczliwość Vos et al 2010 lab: oceniano dokuczliwość dźwięków samochodowych ale zmodulowanych 1Hz z głębokością modulacji 0,6,12 na poziomie L- 32 db (A). Różnica w ocenach była istotna pomiędzy 0 i 6 i 0 i 12. Nie było różnicy pomiędzy 6 i 12. Różnica w ocenach zmodulowanych versus niezmodulowanych sięgała 10 db.

48 Podsumowanie AM Modulacja powoduje wzrost dokuczliwości w stosunku do dźwięku niezmodulowanego. Natomiast głośność się nie zmienia. Efekt wpływu modulacji na dokuczliwość pojawia się gdy modulacja zaczyna być spostrzegana (próg) a nie koniecznie rośnie jak wzrasta głębokość modulacji

49

50

51

52

53

54

55

56 Wnioski

57 Poza akustyczne czynniki?

58 Wpływ nieakustycznych czynników Ekonomiczny zysk ci co czerpią zysk nie narzekają. Słyszą tak samo. Wpływ wzroku ci którzy widzą turbiny bardziej narzekają niż ci którzy nie widzą. Masullo et al 2011 lab: wzrokowe parametry: rotor prędkość rotora, jego kolor, kształt, liczba turbin, wysokość. Słuchowe parametry; 3 poziomy. Stwierdził, że: percypowana głośność zależała od poziomu czego się spodziewano ale również od liczby turbin, prędkości i koloru rotora percypowana dokuczliwość zależała od poziomu, prędkości rotora i kształtu turbiny Przewidywalność i kontrola ci którzy narzekają nie maja wpływu na informacje dotyczące czasu pracy turbiny, szczególnie w nocy Stosunek i poczucie przyzwoitości nowe urządzenie, które nie jest przyjazne środowisku wywołuje reakcję negatywną. Jeśli władze dogadują się z mieszkańcami wysłuchują ich wtedy ludzie inaczej odnoszą się do tych samych turbin. Postępowanie typu montujemy tyle turbin ile tylko można zwykle kończy się fiaskiem i kłopotami z mieszkańcami.

59 Miary zakłócenia snu to: Zakłócanie snu trudności w zasypaniu przebudzenia w nocy uczucie zmęczenia rano Maksymalny poziom zewnętrzny dla pojedynczego wydarzenia akustycznego to 42 do 50 db (A), przy założeniu 10 db redukcji na fasadzie wewnątrz maksymalny hałas to db(a). Uśredniony Lnoc poziom to db(a) Dla poziomów od 40 do 55 db (A) występują negatywne reakcje na hałas Najgorszy przypadek to hałas o 5 db przewyższający dopuszczalną wartość progową. Generalnie słyszalny hałas prowadzi do dokuczliwości a dokuczliwość wiąże się z zakłóceniem snu. Niższe dopuszczalne wartości hałasu w nocy mogą pomóc

60 Zakłócanie snu Janssen 2007 opracował wyniki badań ankietowych szweckich i holenderskich pokazujących procent ludzi, których sen był zakłócany w funkcji poziomu Lnoc db(a) Ten wykres nie uwzględnia ludzi, którzy czerpią korzyści z turbin wiatrowych

61 Inne efekty zdrowotne Porozumiewanie się mową: progowy poziom hałasu 35dB(A) pozwala ludziom w odległości 1m komunikować się mową bez podniesienia głosu. Zakładając, że izolacja na fasadzie wynosi conajmniej 15 db oznacza to dopuszczalny zewnętrzny poziom hałasu 50 db (A) Zdrowie psychiczne, działanie i zachowanie Pedersen 2011 analizując ankiety badań szweckich i holenderskich stwierdził, że efekty zdrowotne i dobrego samopoczucia nie są bezpośrednio związane z poziomem hałasu. Natomiast wiele miar stresu jak: poczucie napięcia lub stresu, poczucie irytacji było związanych z dokuczliwością turbin wiatrowych. Testy dotyczące poziomu lęku gorzej wypadały w hałasie niż w ciszy. Generalnie hałas pogłębia poczucie lęku Ocena jakości życia QoL Shepherd 2011 badał HRQoL. Grupa turbinowa miała niższe oceny jakości snu i energii życiowej od grupy kontrolnej

62 Włączone i wyłączone turbiny 1. Przy prędkościach wiatru mniejszych od 12m/s różnica jest powyżej 5 db 2. Przy prędkościach wiatru większych od 12m/s hałas tła maskuje hałas turbin

63

64

65

66

67

68

69

70 Wnioski

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80 Wnioski

81 Percepcja i dokuczliwość od turbin wiatrowych 1. Parametry mające wpływ na dokuczliwość: -stress wywołany hałasem turbin -dzienny hassles -wzrokowe oddziaływanie -czas działania turbin dłuższy mniej dokuczliwy -poziom dźwięku dB 20% HA, powyżej 40 db 36% HA

82 Literatura 1. Eja Pedersen Noise annoyance from wind turbines a review Eja Pedersen and Kerstin Persson Waye Perception and annoyance due to wind turbine noise - a dose response relationship JASA, 116(6) Geoff Leventhall Infrasound and the ear Denver Alec N. Salt and James A. Kaltenbach Infrasound from wind turbines could affect humans Builletin of Science, Technology & Society 31(4), , Mike Stigwood, Sarah Large and Duncan Stigwood Audible amplitude modulation results of field measurements and investigations compared to psychoacoustical assessment and theoretical research Denver 2013

83 Literatura 5. Amelia Trematerra and Gino Iannace Noise s measure inside homes generated by the functioning of wind farm in southern Italy Dennver Sakae Yokoyama, Shinichi Sakamoto, Hideki Tachibana Perception of low frequency components contained in wind turbi ne noise Denver 2013