ZAŘÍZENÍ PRO SNÍŽENÍ HLUKU Z POZEMNÍ DOPRAVY ZVLÁŠTNÍ ZAMĚŘENÍ NA AKUSTICKÉ CLONY Karel Mašata
Stručný obsah diplomové práce Úvod Důsledky působení hluku Měření zvuku Přehled zařízení pro snížení hluku z pozemní dopravy Přehled platné legislativy Útlum zvuku Šíření zvuku přes překážku Výpočet hluku z pozemní dopravy Délka akustické clony Závěr
Úvod Podíl dopravy na celkovém hluku 60% 9% 5% 8% 8% 10% Silniční doprava Letecká doprava Stavební místa Železniční doprava Průmysl Ostatní
Základní pojmy Zvuk Fyzikální definice mechanické vlnění pružného prostředí Fyziologická definice tu vnímáme sluchem Hluk Hlukem můžeme označit každý nežádoucí zvuk, záleží na vztahu člověka k danému zvuku Dělení hluku podle povahy Ustálený změna hladiny < 5 db(a) Nepravidelný změna hladiny > 5 db(a) Impulsní tvořen zvukovými impulsy Přerušovaný náhlé změny hladiny (proměnlivý hluk)
Důsledky působení hluku Negativní Specifické Akutní akustické a explozní trauma Chronické akustické trauma Maskování Horšení zpracování a vštěpování poznatků Systémové Funkční poruchy v aktivaci centrálního nervového systému Funkční poruchy motorických a smyslových funkcí Funkční poruchy emocionální rovnováhy Ovlivnění kvality sociální interakce
Měření zvuku Měřicí technika Mikrofony pro akustický tlak zvuku Akcelerometry pro akustické zrychlení vibrací Měření zvuku Zvukoměr Měřicí řetězec (mikrofon, zesilovač, měřidlo) Další části, které nemusí být vždy zastoupeny (efektovací obvod, integrační obvody, váhové filtry, logaritmická stupnice) Zkalibrování měřicího řetězce před měřením Před měřením (někdy také během a po měření)
Měření zvuku Měřicí technika od firmy Brüel & Kjaer
Měření zvuku Ekvivalentní hladina akustického tlaku A L Aeq 1 n 0,1Li 10log 10 n i = 1 = db ( A) kde L i je i-tá naměřená hladina n je celkový počet naměřených údajů (hladin)
Přehled zařízení pro snížení hluku z pozemní dopravy Základní vlastnosti protihlukových zařízení Účinnost cca 6 12(15) db Malý nárok na půdorysnou plochu Vzhledem k podílu nižších frekvencí v dopravním hluku je třeba počítat s ohybem vln za clonou, zmenšujícím efekt stínění Útlum, způsobovaný clonou je tím větší, čím je větší efektivní výška clony a čím menší jsou vzdálenosti mezi zdrojem a clonou a zejména mezi clonou a příjemcem Nezbytné otvory ve cloně musí být akusticky cloněny Clona musí být nejen dostatečně vysoká, ale i dostatečně dlouhá
Přehled zařízení pro snížení hluku z pozemní dopravy Kritéria návrhu Akustická Architektonická Stavebně konstrukční Akustické kritérium Co možná největší vzdálenost mezi komunikací a obytným prostředím Volba protihlukového opatření u zdroje na komunikaci Návrh protihlukového opatření na trase ve směru šíření hluku Zvuková izolace chráněných prostorů v budově
Přehled zařízení pro snížení hluku z pozemní dopravy Architektonické kritérium Respektování prostředí, krajiny, reliéfu terénu Vhodné tvarové, barevné, řešení clony Barevná a strukturální pestrost vnitřního povrchu clony Požadavky na bezpečnost provozu
Přehled zařízení pro snížení hluku z pozemní dopravy Stavebně konstrukční kritérium Požadavky na: Stabilitu, tvarovou a rozměrovou stálost, rozměrové tolerance, limity průhybu Plošná hmotnost min. 10 kg/m 2 Odolnost proti stárnutí a korozi Stálobarevnost Odolnost proti ohni Odolnost proti vrženému kameni Nenáročnost na údržbu
Přehled zařízení pro snížení hluku z pozemní dopravy Materiálové dělení protihlukových clon Systémy s použitím plastů Systémy ze dřeva Systémy VELOX Ocelové systémy Systémy z hliníkových slitin Betonové systémy Azbestocementové systémy Systémy s průhlednou výplní Zděné systémy Montované ozeleňované clony
Přehled platné hlukové legislativy Základní legislativa Zákon 258/2000 Sb. o ochraně veřejného zdraví a o změně některých souvisejících zákonů Nařízení vlády č. 502/2000 Sb. o ochraně před nežádoucími účinky hluku a vibrací ve znění NV č. 88/2004 Sb. HEM-300-11.12.01-34065 Metodický návod pro měření a hodnocení hluku v mimopracovním prostředí
Útlum zvuku Přenosový útlum Útlum vlivem prostorové disperze Útlum vlivem absorpce ve vzduchu Útlum vlivem větru, teplotních gradientů, atmosférické turbulence, přízemního efektu Útlum vlivem deště, mlhy nebo sněhu Vložný útlum Útlum vlivem odrazu Útlum akustickou clonou
Šíření zvuku přes překážku Útlum akustickou clonou Útlum podle Z. Maekawy Teoretické zjištění útlumu pro bodový zdroj zvuku Útlum podle J. Čechury (návrh akustické clony) Další druhy překážek a útlumů v pozemní dopravě Odrazivý terén Pohltivý terén Vzrostlá zeleň Konečný úsek komunikace Nízko rozptýlená zástavba Přilehlá a protilehlá budova (zástavba)
Útlum podle Z. Maekawy Útlum zvuku akustickou clonou Hodnota Fresnelova čísla N [-] N 2δ = λ Pro rychlost zvuku c = 340 m.s -1 dostáváme závislost na kmitočtu f N = δ. 170
Útlum podle Z. Maekawy Výslednou hodnotu útlumu D [db] získáme z následujícího grafu
Teoretické zjištění útlumu pro bodový zdroj zvuku Všeobecně platný vztah 1 1 D= log x + y 2 2 2 2 kde x a y jsou hodnoty Fresnelových integrálů, které určíme pomocí parametru q ( ) f 2 a+ b q = h nebo také c ab D= 14, 22q 0,396 Pokud a λ a b λ, pak platí 2 2 2 h h D= log a 1+ 1 + b 1+ 1 + 10 λ a b
Útlum podle J. Čechury Návrh akustické clony D B [db] 40 35 30 25 20 15 10 5 0-1 -0,1-0 -0 0 0 0,01 0,1 1 10 100 N [-]
Útlum akustickou clonou v pozemní dopravě Pro výpočet útlumu clony D B [db] v okolí dopravní komunikace se používá následujícího vztahu: D B = 24 db pro δ > 60 m pro 0 m δ 60 m je D B = 13,41 + 10,47log(δ + 0,18) 2,67[log(δ + 0,18)] 2 kde δ = a + b c [m] je hodnota Fresnelova čísla pro zvukovou vlnu o kmitočtu f = 170 Hz a vyjadřuje vliv rozdílu drah mezi dráhou zvuku přes clonu a přímou dráhou zvuku
Kategorie konstrukcí akustických clon podle ČSN EN 1793-1:1998-2:1998-3:1998 (73 7060) Zařízení pro snížení hluku silničního provozu zkušební stanovení akustických vlastností Část 1: Určení zvukové pohltivosti laboratorní metodou Část 2: Určení zvukové neprůzvučnosti laboratorní metodou Část 3: Normalizované spektrum hluku silničního provozu. 1. 10. 1998 Účinnost pohltivosti = α 18 DL α 10.log 1 i= 1 L.10 i Účinnost vzduchové neprůzvučnosti DL si /10 18 Ri /10 Li /10 R = 10.log 10.10 i= 1 Kategorie A 0 A 1 A 2 A 3 A 4 DL α [db] neměřeno < 4 4 až 7 8 až 11 > 11 Kategorie B 0 B 1 B 2 B 3 DL R [db] neměřeno < 15 15 až 24 > 24
Výpočet hluku z pozemní dopravy Pozemní doprava Silniční ekvivalentní hladina akustického tlaku A za hodinu pro jednotlivý úsek L = 10log( F. F. F. n) + 40 + C D Aeq 1 2 3 i i Tramvajová ekvivalentní hladina akustického tlaku A pro jednotlivý úsek tramvajové tratě ( ) Trolejbusová ekvivalentní hladina akustického tlaku A pro jednotlivý úsek trolejbusové tratě Železniční ekvivalentní hladina akustického tlaku A pro jednotlivý úsek železniční tratě L = 10log 140. F. F. F. m + 40 + P + C D L = 10 log 44,5. F. m + 40 + C D Aeq 5 i i ( ) L = 10log F. F. p + 40 + C D Aeq 3 7 i i ( ) Aeq 4 5 6 i i i
Délka akustické clony Analogie se šířením světla 2 H l = 4 λ Bez vlivu postranní difrakce D U 180 = 10log α
Délka akustické clony bez vlivu postranní difrakce Grafická závislost
Délka akustické clony podle Z. Maekawy Schéma výpočtu Počítáme s vlivem postranní difrakce Nejobecnější metoda ( L ) [ A] /10 L[ B] /10 L[ C] /10 L = 10log 10 + 10 + 10
Závěr Složitá problematika protihlukových clon V souvislosti s nežádoucími dopady hluku se používání protihlukových clon jeví jako opodstatněné Legislativa v protihlukové ochraně se v poslední době změnila, zejména v souladu s evropskými normami Při šíření zvuku se uplatňují nejrůznější druhy útlumu, přičemž ve výpočtu můžeme nepodstatné útlumy zanedbat Navrhovaná protihluková opatření, či teoretické úvahy je nutné (vhodné) vždy ověřit přímým měřením v terénu
Přehled použitých zdrojů [1] NOVÁČEK, J.: Podíl zeleně na snižování hluku (Vegetation share in noise reduction).2004 [2] STEJSKAL, J.: Ubývání tichých míst - hluk se stal jedním z největších environmentálních problémů ČR. 1. října 2004 [3] STEINER, D.: Seminární práce na téma akustika. 2. června 1999 [4] NOVÁK, J.: Vlnění v bodové řadě. Ing. Novák Jan, Dobiášova 890/40, 460 06 Liberec [5] KAŇKA, J.: Stavební fyzika 31. Praha, Vydavatelství ČVUT 2004 [6] NOVÝ, R.: Hluk a chvění. Praha, Vydavatelství ČVUT 1995 [7] SVOBODA, V.: Sluchové ústrojí - střední ucho (1. díl). 8. března 2004 [8] SVOBODA, V.: Sluchové ústrojí akustické trauma (4. díl). 11. srpna 2004 [9] SZÚ Praha: Souhrnná zpráva, 1997 Státní zdravotní ústav (SZÚ): Systém monitorování zdravotního stavu obyvatelstva ve vztahu k životnímu prostředí. Souhrnná zpráva za rok 1998, SZÚ Praha 1998 [10] HAVRÁNEK, J., a kol.: Hluk a zdraví. Praha, Avicenum, zdravotnické nakladatelství 1990 [11] SMETANA, C., a kol.: Hluk a vibrace, měření a hodnocení. Praha, MMT 1998 [12] <http://www.recycles.org/cycle/images/noise.jpg> [13] Nařízení vlády č. 502/2000 Sb. o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací ve znění NV č. 88/2004 Sb. [14] HEM-300-11.12.01-34065: Metodický návod pro měření a hodnocení hluku v mimopracovním prostředí. Praha, Ministerstvo zdravotnictví hlavní hygienik České republiky 11. prosince 2001 [15] ČECHURA, J.: Akustika stavebních konstrukcí. Praha, Vydavatelství ČVUT 1999
Přehled použitých zdrojů [16] KAŇKA, J.: Stavební fyzika 1 Zvuk a denní světlo v architektuře. Praha, Vydavatelství ČVUT 2004 [17] VELOX: katalog LÄRMSCHUTZ. Velox-Werk GesmbH, A 9422 Maria Rojach 2004 [18] MAEKAWA, Z. LORD, P.: Environmental and Architectural Acoustics. London, E & FN Spon 1994 [19] MAEKAWA, Z.: Noise reduction by screens. Applied Acoustics, Volume 1, Issue 3, Pages 157-173, July 1968 [20] SZÚ Praha: Souhrnná zpráva, 2002 Státní zdravotní ústav (SZÚ): Systém monitorování zdravotního stavu obyvatelstva ve vztahu k životnímu prostředí. Souhrnná zpráva za rok 2002, SZÚ Praha 2003 [21] ORLÍK, A.: Diplomová práce Modelování hluku ze silniční dopravy v oblasti městské zástavby. VŠB TU Ostrava HGF (obor: Geoinformatika) 7. května 2004 [22] LIŠKA, V.: Diplomová práce (seminární, bakalářská, absolventská) zpracování a obhajoba. Praha, Ivo Ulrych Růžičkův statek 2003 [23] LIBERKO, M.: Hluk z dopravy. Brno, VÚVA 1991 [24] ŠPELDA, A.: Hudební akustika. Praha, SPN 1978 [25] <http://www.bksv.com> [26] ČSN EN 1793-1:1998-2:1998-3:1998 (73 7060) Zařízení pro snížení hluku silničního provozu zkušební stanovení akustických vlastností Část 1: Určení zvukové pohltivosti laboratorní metodou Část 2: Určení zvukové neprůzvučnosti laboratorní metodou Část 3: Normalizované spektrum hluku silničního provozu. 1. 10. 1998
Připomínky k diplomové práci V jednotlivých kapitolách je postupně rozebráno množství problematiky související s akustikou, ale některé s akustickými clonami mají vztah jen velmi malý např. některé části kapitoly Měření zvuku. Na straně 4 jsou zmíněny limity hluku pro dopravu a jsou dány do souvislosti se zdrojem literatury, který je ale převzal. Vhodnější by bylo asi ještě zmínit i původní zdroj, kterým je Nařízení vlády č. 502/2000 Sb. V ostatních případech jsou již u jiných zmiňovány i zdroje původní. Pro hodnotu 0 db je smluvně stanovena hodnota akustického tlaku 20 µpa a ne 20 Pa, jak je uvedeno na str. 9. Na straně 45 je špatně označena tabulka č. 8. Od bodového zdroje hluku se vlnění šíří na kulových vlnoplochách (str. 48). V jednotlivých kapitolách je mnoho vztahů, které jsou převzaty z odborné literatury. Pravděpodobně díky překlepům vzniklo v ojedinělých případech k některým chybám případně záměně vztahů např. str. 49 vztah 25 nebo str. 82 vztah 115. Přesto, že již v názvu je zmíněno zaměření na akustické clony, bylo by možné zmínit i jiné způsoby, než jsou výše zmíněné clony a doplnit tak kapitolu 4 a některé další uvést. Na straně 36 je zmíněno, že min. plošná hmotnost má být alespoň 10 kg/m 2. Jaký má tento požadavek opodstatnění? Má tento požadavek souvislost s podmínkami platnosti výpočtu na str. 60?