Pozasłuchowy wpływ elektrowni wiatrowych na człowieka

Transkrypt

1 DAHLKE Grzegorz 1 DRZEWIECKA Milena 2 STASIUK PIEKARSKA Anna K. 3 Pozasłuchowy wpływ elektrowni wiatrowych na człowieka WSTĘP Ze względu na politykę Unii Europejskiej, bardzo popularne w Polsce stały się siłownie wiatrowe. Podzieliły one mieszkających wśród nich ludzi na zwolenników i przeciwników. Brak szczegółowych wytycznych lokalizacyjnych [1] powoduje, że wiatraki znajdują się nawet około 200 m od domów mieszkalnych (wg badań własnych). Oddziaływanie siłowni wiatrowych w środowisku możemy podzielić na: akustyczne (poziomy dźwięku A najczęściej nie przekraczające dopuszczalnych poziomów w sprawnych urządzeniach; w widmie przeważają niskie częstotliwości infradźwięki [2]); mechaniczne ruch wirnika; spadające elementy przed którymi ostrzegają tablice ostrzegawcze; związane z ruchem łopat wiatraka (możliwość krótkotrwałego przesłaniania strumienia świetlnego z określoną częstotliwością; wpływ poprzez narząd wzroku między innymi na zmysł równowagi). Badania prowadzone w USA oraz Europie Zachodniej, wskazują na występowanie syndromów chorobowych związanych z oddziaływaniem hałasu o niskiej częstotliwości [5; 7; 8; 11]. Turbiny wiatrowe oddziałują na ludzi żyjących w pobliżu nich pod wieloma względami. Badania potwierdzają, że oddziaływanie to ma charakter zróżnicowany. Na podstawie badań prowadzonych przez Ninę Pierpont od 2004 roku na grupie 38 osób (od niemowląt do osób w wieku 75 lat) wśród objawów syndromu wskazano na [8]: zaburzenie i pogorszenie jakości snu, ból głowy, szum w uszach (określany również czasami jako dzwonienie w uszach), ciśnienie w uchu, zawroty głowy, nudności, pogorszenie ostrości widzenia, tachykardia (szybkie bicie serca), drażliwość, problemy z koncentracją i pamięcią, napady paniki, związane z uczuciem przemieszczania się lub drżenia wewnątrz ciała, które pojawia się zarówno w czasie snu, jak i na jawie. Objawy te występują, gdy badane osoby znajdują się w pobliżu turbin wiatrowych i samoistnie ustępują, gdy się od nich oddalają [8]. Dodatkowo wskazuje się również na takie skutki jak stres środowiskowy związany z pracą turbin wiatrakowych. W efekcie przyczynia się on do zmiany jakości życia, a nawet wywołuje konflikty wewnątrz społeczności mieszkających w pobliżu farm wiatrakowych [12]. Badania nad oddziaływaniem turbin wiatrowych prowadzone są z uwagi na wiele czynników. Jednym z nich jest generowany podczas ich pracy hałas. Podczas pomiarów akustycznych prowadzonych w roku 2010 [2], wartości poziomu dźwięku A po godzinie 22 osiągały wewnątrz mieszkania poziom około 33,3 db(a). Wiatraki zlokalizowane były w odległości niewiele przekraczającej 225 m od punktu pomiarowego. Według Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 1 Politechnika Poznańska, Wydział Inżynierii Zarządzania, Poznań, ul. Strzelecka 11. Tel: , grzegorz.dahlke@put.poznan.pl 2 Politechnika Poznańska, Wydział Inżynierii Zarządzania, Poznań, ul. Strzelecka 11. Tel: , milena.drzewiecka@put.poznan.pl 3 Politechnika Poznańska, Wydział Inżynierii Zarządzania, Poznań, ul. Strzelecka 11. Tel: , anna.stasiuk-piekarska@put.poznan.pl 290

2 14 czerwca 2007 r. w sprawie dopuszczalnych poziomów hałasu w środowisku [10], wartości imisji poziomu dźwięku A na granicy działki nie powinny przekraczać 50 db(a) w godzinach od 22:00 do 6:00 oraz 55 db(a) w godzinach od 6:00 do 22:00. Dopuszczalne poziomy hałasu w pomieszczeniach przeznaczonych do przebywania ludzi zaczerpnięte z normy PN-87/B-02151/02 nie powinny przekraczać 30 db(a) w godzinach od 22:00 do 6:00 oraz 40 db(a) w godzinach od 6:00 do 22:00 [9]. Wpływ hałasu infradźwiękowego o poziomach występujących podczas pracy turbin wiatrowych analizowany był również poprzez pomiary i analizę EEG [3]. Hałas generowany przez farmy wiatrowe jest oceniany jako bardziej dokuczliwy od hałasów komunikacyjnych i przemysłowych [6]. Wśród analizowanych czynników znalazło się również pola elektromagnetyczne. W Kanadzie przeprowadzono bowiem badania pod kątem ekspozycji na pola elektromagnetyczne emitowane z turbin wiatrowych i związanej z nimi transmisji elektrycznej. Uzyskane wyniki wskazały, że nie ma negatywnego wpływu pola elektromagnetycznego związanego z pracą farm wiatrowych. W rzeczywistości, poziomy pola magnetycznego w pobliżu turbin wiatrowych okazały się niższe niż te produkowane przez wiele domowych urządzeń elektrycznych i były znacznie poniżej istniejących wytycznych regulacyjnych w odniesieniu do zdrowia ludzkiego [4]. Autorzy artykułu postanowili dokonać badań wpływu ruchu łopat wirnika na pobudzanie układu równowagi. W kolejnych rozdziałach zaprezentowane zostaną wyniki badań wstępnych, które pozwolą na określenie liczności próby docelowej. 1. METODYKA BADAŃ Elementy obrotowe znajdujące się w polu widzenia, które angażują uwagę obserwatora, powodują zaburzenia równowagi. Podczas kwalifikowania pracowników do pracy, szczególnie w zawodach takich jak np. kierowca, przeprowadza się badania na równoważni z wirującą tarczą. Badany przechodzi po belce patrząc na znajdującą się przed nim tarczę z napędem elektrycznym. Wodzenie wzrokiem powoduje często utratę równowagi. Podczas badań postanowiono określić, czy podobny wpływ mogą mieć siłownie wiatrowe na osoby przemieszczające się w ich pobliżu. Do pomiarów zastosowano podometr zawierający 2304 (48 x 48) czujników tensometrycznych umożliwiających odczyt z częstotliwością 200 Hz zmiany nacisku stóp na podłoże (dane odczytywane w programie komputerowym). Umożliwia on również wyznaczanie środków ciężkości stóp i całego ciała (rysunek 1). Podometr umieszczono na platformie pozwalającej na regulację poziomu. Zestaw taki umożliwiał przenoszenie do wybranych miejsc na terenie farmy wiatrowej położonej w Północnej Wielkopolsce. W celu porównania wyników, wykonano również pomiary równowagi z zastosowaniem wirującej tarczy (Rysunek 2). Do badań wstępnych wybrano 9 osób (5 nie mieszkających w pobliżu wiatraków i 4 mieszkające wśród wiatraków) w wieku od 12 do 57 lat. 291

3 Rys. 1. Widok ekranu programu Win-pod do obsługi podometru. Barwy prezentują poziom nacisków powierzchniowych stóp na podłoże. Białe krzywe na środku rysunku i dwie blisko środka stóp, obrazują zmiany położenia środków ciężkości Dla każdego badanego, wykonano 7 pomiarów w następujących warunkach: Pomiar 1: wykonano pomiar statyczny; badany miał oczy otwarte; wzrok skierowany na obiekt położony kilka metrów przed badanym (w polu widzenia nie było wiatraków); Pomiar 2: wykonano pomiar statyczny; badany miał oczy zamknięte; Pomiar 3: wykonano pomiar statyczny; badany miał oczy otwarte; wzrok skierowany na łopaty wiatraka (najbliższy wiatrak znajdował się w odległości 150 m dla 5 badanych i 740 m dla 4 badanych) (rysunek 3a); Pomiar 4: wykonano pomiar posturograficzny (czyli pomiar w ciągu 30 s z częstotliwością 200 Hz); badany miał oczy otwarte; wzrok skierowany na obiekt położony kilka metrów przed badanym (w polu widzenia nie było wiatraków); Pomiar 5: wykonano pomiar posturograficzny (czyli pomiar w ciągu 30 s z częstotliwością 200 Hz); badany miał oczy zamknięte; Pomiar 6: wykonano pomiar posturograficzny (czyli pomiar w ciągu 30 s z częstotliwością 200 Hz); badany miał oczy otwarte; wzrok skierowany na łopaty wiatraka (najbliższy wiatrak znajdował się w odległości 150 m dla 5 badanych i 740 m dla 4 badanych); Pomiar 7: wykonano pomiar posturograficzny (czyli pomiar w ciągu 30 s z częstotliwością 200 Hz); badany miał oczy otwarte; wzrok skierowany na wirującą tarczę (w odległości kilku metrów od badanego) (rysunek 3b); Pomiary wykonywano przy słabym ruchu powietrza, a w przypadku 4 badanych, z dodatkową osłoną od wiatru (zabudowania gospodarcze). Przy prędkościach ruchu powietrza wynoszących od 1,37 do 3,2 m/s (pomiar na wysokości około 1,5 m), pełen obrót wirnika wiatraka wynosił około 4,78 s (na podstawie pomiaru czasu 10 obrotów). 292

4 Rys. 2. Wirująca tarcza wykorzystywana podczas pomiaru nr 7 a) b) Rys. 3. Przykłady warunków pomiaru równowagi: a) Pomiar nr 3 i 6, b) Pomiar nr 7 2. WYNIKI BADAŃ I ICH ANALIZA Analiza danych z badań wstępnych umożliwiła określenie różnicy zachowania osób w wybranych warunkach pomiaru. Parametry wyjściowe rozkładu nacisków stóp na podłoże zawarto w tabeli 1 i 2. Tab. 1. Podstawowe dane badanych osób z Pomiaru 1 (pomiar statyczny oczy otwarte) Powierzchnia Powierzchnia Nacisk na Nacisk na Masa na Masa na Masa Wzrost L.p. stopy lewej stopy prawej stopie lewej stopie stopie lewej stopie w kg w cm [cm 2 ] [cm 2 ] [%] prawej [%] [kg] prawej [kg]

5 Tab. 2. Podstawowe dane badanych osób z Pomiaru 2 (pomiar statyczny oczy zamknięte) Powierzchnia Powierzchnia Nacisk na Nacisk na Masa na Masa na Masa Wzrost L.p. stopy lewej stopy prawej stopie lewej stopie stopie lewej stopie w kg w cm [cm 2 ] [cm 2 ] [%] prawej [%] [kg] prawej [kg] Ponieważ wartości chwilowe (statyczne pomiary od 1 do 3) rozkładu nacisków stóp na podłoże zmieniają się w czasie, dokonano zapisu posturograficznego w czasie 30 s (Pomiary od 4 do 7). Na rysunku nr 4 zaprezentowano zmiany długości śladu (wartości średnie dla 9 badanych), jaki kreśli środek ciężkości w czasie próby badawczej. Widać różnice w kolejnych pomiarach. Kolumna 1, wyraźnie najniższa, prezentuje sytuację, gdy wzrok badanych skoncentrowany był na nieruchomym obiekcie. Druga zaś, zawiera długości śladu, gdy zmysł równowagi musiał bazować na układzie przedsionkowym, receptorach w mięśniach, stawach oraz organach wewnętrznych jamy brzusznej i klatki piersiowej. Nastąpił średni wzrost długości śladu o 33,3% (tabela 3). Wzrost w stosunku do pomiaru nr 4, zaobserwować można również podczas pomiaru 6 i 7, gdy wzrok koncentrowany był na elemencie ruchomym (kolumna 3 i 4 na rysunku 4). Krzywa kreślona przez środek ciężkości tworzy na płaszczyźnie powierzchnię, której wymiary również wzrastają, gdy wzrok koncentrowany jest na tarczy wirującej lub wirniku elektrowni wiatrowej (rysunek 5). Pobudzenie wzroku przez wirującą tarczę (rysunek 2), jest znacznie większe i u badanych powodował znaczne odchylenia zarówno w osi strzałkowej jak i czołowej. Tab. 3. Podstawowe dane badanych osób z Pomiaru 4, 5, 6, 7 (pomiary posturograficzne) Długość Średnia Prędkość Prędkość Powierzchnia Długość/Powierzchni śladu prędkość X Y śladu [mm²] [1/mm] [mm] Q [mm/s] [mm/s] [mm/s] Xśr. [mm] Wartości średnie dla wszystkich badanych Pomiar Pomiar Pomiar Pomiar Wartości średnie dla osób mieszkających z dala od farm wiatrowych Pomiar Pomiar Pomiar Pomiar Wartości średnie dla osób mieszkających wśród farm wiatrowych Pomiar Pomiar Pomiar Yśr. [mm] Pomiar

6 mm Długość śladu [mm] Rys.4. Wartości średnich arytmetycznych długości śladu środka ciężkości ciała dla 9 badanych osób, dla 4 warunków pomiaru (pomiar przez 30 s) mm Powierzchnia śladu [mm²] Rys. 5. Wartości średnich arytmetycznych powierzchni śladu środka ciężkości ciała dla 9 badanych osób, dla 4 warunków pomiaru (pomiar przez 30 s) Proporcje długości śladu kreślonego przez środki ciężkości badanych osób na płaszczyźnie, do powierzchni śladu obrazują między innymi wzrost odchyleń w osi Y (rysunek 6). Podobnym trendom jak na rysunku 4, podlegały średnie arytmetyczne prędkości zmian środków ciężkości badanych osób (rysunek 7). Brak udziału narządu wzroku w utrzymaniu równowagi, skutkuje największymi zmianami odchyleń, lecz koncentracja na ruchomych obiektach, również wzmaga zaburzenia. 295

7 mm/s 1/mm 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 Długość/Powierzchni [1/mm] Rys. 6. Wartości średnich arytmetycznych ilorazu długości do powierzchni śladu środka ciężkości ciała dla 9 badanych osób, dla 4 warunków pomiaru (pomiar przez 30 s) 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 Średnia prędkość Q [mm/s] Rys. 7. Wartości średnich arytmetycznych średnich prędkości zmiany środka ciężkości ciała dla 9 badanych osób, dla 4 warunków pomiaru (pomiar przez 30 s) Prędkości zmian oraz amplitudy wychyleń badanych osób były wyższe wzdłuż osi Y (przód tył) (rysunek 8 i 9) niż X (odchylenia w bok). Koncentracja wzroku na elementach ruchomych powodowała wzrost wartości. 296

8 mm mm/s 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 Prędkość X [mm/s] Prędkość Y [mm/s] Rys. 8. Wartości średnich arytmetycznych prędkości zmiany środka ciężkości ciała w osi czołowej X i strzałkowej Y dla 9 badanych osób, dla 4 warunków pomiaru (pomiar przez 30 s) 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 Xśr. [mm] Yśr. [mm] Rys. 9. Wartości średnich arytmetycznych średnich zmian położenia środka ciężkości ciała w osi czołowej X i strzałkowej Y dla 9 badanych osób, dla 4 warunków pomiaru (pomiar przez 30 s) Porównując wartości amplitud wychyleń dla grupy nie mieszkającej w pobliżu wiatraków i osób mieszkających wśród wiatraków, można zauważyć podobieństwo trendu zmian dla pomiaru nr 4, 6 i 7 (rysunek 10 i 11). Pomiar z zamkniętymi oczyma ujawnia drobne zaburzenia układu przedsionkowego lub proprioreceptorów. 297

9 Rys. 10. Wartości średnich arytmetycznych średnich zmian położenia środka ciężkości ciała w osi czołowej X dla 5 badanych osób nie mieszkających w pobliży farm wiatrowych, dla 4 warunków pomiaru (pomiar przez 30 s) Rys. 11. Wartości średnich arytmetycznych średnich zmian położenia środka ciężkości ciała w osi strzałkowej Y dla 4 badanych osób mieszkających wśród elektrowni wiatrowych, dla 4 warunków pomiaru (pomiar przez 30 s) U badanych osób podczas pomiarów nie wystąpiły reakcje wegetatywne. Na podstawie pomiarów i zmienności wyników określono również wymaganą liczność docelowej próby badawczej. 3. WNIOSKI Z BADAŃ Jak pokazały wyniki badań, łopaty wirnika turbiny wiatrowej podobnie jak inne poruszające się elementy w polu widzenia wpływają na pobudzenie układu równowagi. Widoczny jest zarówno wzrost amplitudy jak i prędkości wychyleń środka ciężkości (szczególnie w przód i tył). Konieczne 298

10 jest jednak dalsze pogłębianie wiedzy z zakresu wpływu elektrowni wiatrowych na człowieka. W szczególności określenie wpływu: odległości od wiatraka na obserwowane zachowanie osób badanych; ruchu powietrza na zachowanie równowagi; temperatury powietrza na zmianę wartości (wpływ wychłodzenia ciała na zmiany badanych parametrów wychyleń środka ciężkości); ruchu innych elementów pola widzenia na zachowanie równowagi. Skorelowanie tych parametrów stanowić będzie informacje wspomagające opracowanie zasad planowania przestrzennego i lokowania farm wiatrowych. Podczas badań nie badano wpływu na parametry funkcjonalne, takie jak dokładność ruchów kończyn górnych. Zachowania obserwowane podczas badań mogą mieć różne konsekwencje lecz na tym etapie nie można jednoznacznie określić poziomu wpływu np. na jakość wykonywanych prac na zewnątrz (szczególnie na wysokości), bezpieczeństwo poruszania się, wpływ na kierowców pojazdów lub operatorów maszyn pracujących się w otoczeniu farm wiatrowych. Łącząc wielokryterialne wyniki badań wspomnianych we wstępie niniejszej pracy, ważne jest monitorowanie parametrów zdrowotnych ludzi na obszarach farm wiatrowy oraz statystyk dotyczących np. wypadkowości, zarówno na drogach jak i w praca polowych (wskazane byłoby ponadto zbieranie informacji o zdarzeniach prawie wypadkowych poprzedzających wypadki ciężkie). Wyniki powinny być porównywane z danymi z obszarów nie podlegających wpływom elektrowni wiatrowych. Streszczenie W artykule zaprezentowano wyniki badań wpływu elektrowni wiatrowych na człowieka. Dynamicznie zwiększająca się popularność energetyki wiatrowej wśród inwestorów oraz brak w Polsce szczegółowych wytycznych dotyczących lokalizacji farm wiatrowych względem siedzib ludzkich powoduje, że naraża się ludzi na oddziaływanie wielu czynników mających wpływ na zdrowie i bezpieczeństwo. Powszechnie w literaturze zwraca się uwagę na aspekty słuchowe, szczególnie hałas infradźwiękowy. Badania podjęte w Katedrze Ergonomii i Inżynierii Jakości PP w roku 2010, pozwoliły na zidentyfikowanie narażeń słuchowych. Tym razem, zaprezentowane zostały wyniki badań wpływu ruchu obrotowego łopat wirnika na pobudzenie układu równowagi obserwatora. Do badań wykorzystano aparaturę pomiarową pozwalającą na zapis zmian równowagi osób badanych. Zaobserwowane zmiany wymagają dalszych analiz umożliwiających korelację z wieloma czynnikami, jak np. odległość od elektrowni wiatrowej. Non aural influence of wind power plants on the human Abstract The paper presents the results of research on the impact of wind turbines on humans. Due to dynamical rise in popularity of wind energy among investors in Poland and the lack of specific guidelines for wind farms relative to human settlements, people are exposed to the effects of many factors affecting their health and safety. Widely in the literature, the attention to aspects of hearing, especially infrasound noise, is paid. The research undertaken in Poznan University of Technology, in the Department of Ergonomics and Quality Engineering in 2010, helped to identify effects on hearing. This time, the results of the impact of the rotation of the rotor blades to stimulation of the balance system of the observer is presented. In the research, the measuring devices allowing to record changes in the balance of subjects were used. The observed changes require further analysis to enable correlation of many factors, such as distance from the wind power. BIBLIOGRAFIA 1. Banak M.J., Lokalizacja elektrowni wiatrowych uwarunkowania środowiskowe i prawne, [w] Człowiek i Środowisko, 34 (3-4), 2010, s Dahlke G., Damijan Z., Pomiary akustyczne na terenie farm wiatrowych, 2010 (materiały niepublikowane). 299

11 3. Kasprzak C., The influence of infrasound noise from wind turbines on EEG signal patterns in humans, [w]: Acta Physica Polonica A, Volume 125, Issue 4 A, 2014, s. A20-A McCallum L. C., Whitfield Aslund M. L., Knopper L. D., Ferguson G. M, Ollson Ch. A, Measuring electromagnetic fields (EMF) around wind turbines in Canada: is there a human health concern? [in:] Environmental Health: A Global Access Science Source, Volume 13, Issue 1, 15 February 2014, Article number Oerlemans S., Sijtsma P., Mendez Lopez B., Location and quantification of noise sources on a wind turbine, Journal of Sound and Vibration 299, 2007, pp Pedersen E., van den Berg F., Bakker R., Bouma J., Response to noise from modern wind farms in The Netherlands, Journal of Acoustical Society of America, 126(2), 2009, pp Pedersen E., Persson Waye K., Perception and annoyance due to wind turbine noise a dose response relationship, J. Acoust. Soc. Am., 116(6), 2004, pp Pierpont N., Wind Turbine Syndrome: A report on a natural experiment, K-Selected Book, 2009, źródło internetowe: 9. PN-87/B-02151/02 - Akustyka budowlana Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach. Dopuszczalne wartości poziomu dźwięku w pomieszczeniach. 10. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 14 czerwca 2007 r. w sprawie dopuszczalnych poziomów hałasu w środowisku (Dz.U nr 120 poz. 826) 11. Rubin G.J., Burns M., Wessely S., Possible psychological mechanisms for wind turbine syndrome. On the windmills of your mind, [w]: Noise and Health, Volume 16, Issue 69, March-April 2014, s Walker, C., Baxter, J., Ouellette, D., Adding insult to injury: The development of psychosocial stress in Ontario wind turbine communities, Social Science and Medicine,