Ljud från vindkraftverk Ljud från vindkraftverk Allmänt om ljud Alstring av vindkraftsbuller Maskering Störning från vindkraftsbuller Bedömningsgrunder Ljudutbredning i atmosfären Beräkningsmodeller Speciella förhållanden Skog Havsbaserad Mätningar Frågor och diskussion Hilda blivande akustiker Lisa Granå 7 november 2013 2013-11-05 STRUCTOR 1 2013-11-05 STRUCTOR 2 Min bakgrund Civ.Ing Väg och vatten (KTH) 1998 Examensarbete - ljud från havsbaserade vindkraftverk (Byggnadskonstruktör) 2000 2003 Licentiat t KTH, ljud från havsbaserade vindkraftverk 2003 Akustikkonsult, samhällsbuller (trafik, industrier, hamnar, skjutfält, flygbuller, vindkraft mm) Structor Akustik AB Bildades 2008/2009 11 medarbetare Kompetensområden Samhällsbuller Planer Tillståndsärenden Åtgärder Mätningar Byggnadsakustik Ny- och ombyggnad Rumsakustik Kontrollmätningar Åtgärder Vibrationer och stomljud Mätningar Åtgärder Kontor i Stockholm uppdrag i hela Sverige 2013-11-05 STRUCTOR 4 Vad är ljud? Ljud är en vågrörelse i luften (longitudinalvåg) Små tryckförändringar Likheter med andra vågrörelser (vattenvågor, ljus mm) Ljudnivåskalan Ljudstyrkan mäts och beräknas i decibel, db. Skalan är logaritmisk, 50 db + 50 db = 53 db De vanligaste förekommande ljuden ligger mellan 0 och 100 dba Amplitud = ljudstyrka Våglängd = 1/frekvensen = tonhöjd 1
Upplevelse av ljudnivå Frekvens 3 dba hörbar förändring 8-10 dba fördubbling/halvering av ljudet Frekvensen är ett mått på tonhöjd och mäts i Hertz. Mänskliga örat uppfattar ljud inom ca 20 20 000 Hz. Vi hör bäst i de frekvenser vi talar. Lågfrekvent ljud (< 200 Hz) Talområdet (500 4000 Hz) Högfrekvent ljud (> 4000 Hz) Frekvensband terser och oktaver Vägd ljudnivå dba och dbc Frekvenser delas ofta in i tersband eller oktavband För varje oktav fördubblas frekvensen Varje oktav delas in i tre terser. Tersband 25 31,5 40 50 63 80 100 125 160 Oktavband 31,5 63 125 Tersband 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 Oktavband 250 500 1000 Tersband 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 Oktavband 2000 4000 8000 Ljudnivå i db är inte alltid den bästa beskrivningen av ett ljud. Därför finns filter som sänker vissa frekvenser och höjer andra. dba anpassning till normal hörsel, dvs reduktion av låga och mycket höga frekvenser dbc om ljudet är påtagligt lågfrekvent kan dbc-skalan användas. Maximal och ekvivalent ljudnivå Ekvivalentnivå 80 75 Ekvivalent och maximal ljudnivå Maximal ljudnivå 70 65 60 55 50 45 40 Ekvivalent ljudnivå Ekvivalent ljudnivå (Leq) är ett mått på medelljudnivån över en viss tid Maximal ljudnivå (Lmax) är den högsta nivån som förekommer under en period 2
Maxnivå Buller = allt oönskat ljud Den absoluta maxnivån är omöjlig att förutsäga. Maxnivån anger därför den normalt förekommande högsta ljudnivån. Störning av maxhändelser beror på Hur ofta de inträffar Hur hög maxnivån är över bakgrundsnivån Ljudets karaktär Vissa riktvärden tillåter ett antal överskridanden av maxnivån. Samhällsbuller Vägtrafik Tågtrafik Flygtrafik Industrier Hamnar Byggarbetsplatser t Skjutfält/skjutbanor Motorsport Båttrafik Fläktar Förskolor, idrottsplatser mm mm Effekter av bullerstörning Störning av trafikbuller Sömnstörning Insomning Väckning Sinnesstämning Oro Irritation Stress Ändrad inställning Tycker ej om verksamheten Ändrat beteende Sover med stängt fönster Använder ej uteplats Hörbarhet Inlärning Koncentrationssvårigheter Psykosomatiska effekter Huvudvärk Magbesvär Fysiologiska effekter Blodtryck Hjärt-, kärlsjukdom För varje 5 db-intervall över 55 dba ökar risken för högt blodtryck med ca 40 % (gäller trafikbuller) Andel av befolkningen som upplever sig störda av olika slags buller Antal exponerade för trafikbuller (väg, spår, flyg) över: riktvärdet 55 dba dygnsekvivalent nivå 1,7 miljoner människor (2006) 1,3 miljoner människor (2000) riktvärdet 70 dba maxnivå 2,6 miljoner människor (2006) Naturvårdsverkets kartläggning Figur: Socialstyrelsen, Miljöhälsorapport 2009 Störning av trafikbuller Hur störande är vindkraftsbuller? Samband mellan störning och ljudnivå Vid riktvärdet 55 dba dygnsekvivalent nivå är drygt 10 % av populationen störda av vägtrafikbuller. Från: Inventering av kunskapsläget för störningsstudier av trafikbuller Birgitta Berglund, Thomas Lindvall och Mats E Nilsson (2002) Källa: E. Pedersen, Human response to wind turbine noise (2007) 3
Tendenser i störningsstudier Ökad störning vid ökad ljudnivå Ser man verken ökar risken för störning Låg bakgrundsnivå ökar risken för störning (landsbygd) Verken hörs även vid höga vindhastigheter Stora variationer mellan olika studier Andra aspekter Hur mycket är man hemma på dagarna Hur mycket är man ute på tomten Sover man med öppet fönster Varför är vindkraftsbuller mer störande än många andra ljudkällor? Tänkbara orsaker Människors inställning Ny teknik Svårt att se nyttan Osämja bland grannar Inte på min bakgård Ljudets karaktär Amplitudmodulation (swichande ljud 500 1000 Hz) Differenser i vind mellan mottagare och vindkraftverk Finns det hälsorisker med vindkraftsbuller? Miljömedicinska studier om vindkraftsbuller NEJ Vindkraftverk alstrar inte skadligt infraljud Stora vindkraftverk alstrar mer lågfrekvent buller men innehålls riktvärdet ute kommer inte riktvärden inomhus överskridas Närboende kan uppleva störning men inga andra ohälsoeffekter har observerats Inga bevis finns för sk vindkraftssyndrom Kunskapssammanställning om infra- och lågfrekvent ljud från vindkraftsanläggningar: Exponering och hälsoeffekter. NV Rapport, Mats Nilsson, m.fl. IMI,KI Riktvärden för buller Riktvärden för buller från vindkraft Normalfall 40 dba nivå som ej ska överskridas 35 dba gäller för Områden planlagda för friluftsliv Områden där ljudmiljön är särskilt viktig (fjäll och skärgård) Vindskyddade områden Vid rena toner 4
Påverkan på fåglar, däggdjur och fisk Ljud från vindkraftverk Fåglar kan vara känsliga när de ruvar. Om de då störs kan de lämna boet som blir kallt. Däggdjur störs i relativt liten utsträckning av kontinuerligt buller. Korta höga nivåer kan skrämma djur men får sällan konsekvenser. Byggaktiviteter, it t fordon, människor som rör sig och skuggeffekter är troligtvis mycket mer störande än ljud. Fisk kan skrämmas och även skadas av undervattensljud vid anläggning av vindkraftverk. Undervattensarbeten bör undvikas under lekperioder Hur alstras vindkraftsljud? Mekaniskt ljud Växellåda Infästningar mm Påverkas av: Rotationshastighet Typ av växellåda Slitage Aerodynamiskt ljud Rotorblad Påverkas av: Vindhastigheten Turbulens kring torn Turbulens från närliggande verk Vertikala vindar Äldre modeller (rotorn i lä från tornet) Periodiskt dunkade ljud Hur alstras vindkraftsljud? Forts. Det mekaniska ljudet byggs successivt bort Isolerat maskinhus Variabel hastighet Upphängning av växellåda Kvar är det aerodynamiska Variabel hastighet Pitch bladens vinkel Möjlighet att sänka ljudet På bekostnad av effekten På moderna verk ska toner, dunkande och slammer ej förekomma. Då är något fel på turbinen. Vindkraftverkens utveckling Nya verk är mer ljudeffektiva Källa: J.Thorén, Simulering av vindkraftljud med beräkningsmodellen Nord2000 (2009) Källa: Naturvårdsverket, Ljud från vindkraftverk, koncept 2009 5
Mekaniskt och aerodynamiskt ljud Maskering från vegetation Mekaniskt ljud är ofta mer störande än aerodynamiskt eftersom det har en onaturlig karaktär. Aerodynamiskt ljud alstras även av vind i träd och runt byggnader möjlighet till maskering + 2 MW vindkraftverk o uppmätt ljud från lövträd Källa: K. Bolin, Wind Turbine Noise and Natural Sounds- Masking, Propagation and Modeling (2009) Maskering från vattenvågor Effektiv maskering Brytande vågor Om ljudnivån från vindkraftverken är 10 db lägre än bakgrundnivån kan man anta att vindkraftverken inte hörs. Detta gäller i varje frekvensband. Större verk -> mer lågfrekvent ljud -> mindre effektiv maskering Ökad våghöjd Det naturliga ljudet varierar kraftigt Den naturliga miljön är föränderlig (årstidsvariationer, avverkning) Det är därför knappast lämpligt att godta högre ljudnivåer med hänvisning till maskering. Källa: K. Bolin, Wind Turbine Noise and Natural Sounds- Masking, Propagation and Modeling (2009) Ljudutbredning i atmosfären Ljudets spridning påverkas av Vindriktning Vindhastighet Vindgradient Temperatur Temperaturgradient Turbulens Luftfuktighet Lufttryck Ljudutbredning utomhus Påverkas av: Avstånd På 1 km avstånd kan ljudnivån variera med mer än 20 db pga väder och vind 6
Ljudutbredning forts. Absorption Absorption Ljudenergi övergår till värme Temperatur Luftfuktighet Lufttryck Refraktion Krökning av ljudstrålar Vindriktning Vindhastighet Vindgradient Temperaturgradient Turbulens Fluktuationer pga variationer i atmosfärens egenskaper Turbulens Ljudvågen sätter fart på molekylerna i luften Energi från ljudet övergår till värme i atmosfären Finns standardvärden (15 ºC, 70 % RH) och formel för beräkning Standardvärden överskattar absorptionen för normala svenska förhållanden Relativt liten effekt på avstånd under 1 km Störst effekt på höga frekvenser Refraktion Refraktion på grund av temperatur Refraktion kan beskrivas som krökning av ljudstrålar Refraktion beror på vindriktning, vindstyrka och temperaturgradient Böjs strålarna ned sprids ljudet långt Avtagande temperatur Låg ljudnivå Låg ljudnivå Hög ljudnivå Ökande temperatur (inversion) Hög ljudnivå Källa: Ljud från vindkraftverk Naturvårdsverket rapport 6241 (2001) Källa: Ljud från vindkraftverk Naturvårdsverket rapport 6241 (2001) Geometrisk spridning Sfärisk spridning Cylindrisk spridning -6 db per avståndsfördubbling -3 db per avståndsfördubbling Turbulens Bubblor av luft med annan sammansättning Turbulensen ökar med kraftiga vindar och kraftiga temperaturändringar Turbulens ger ett fluktuerande ljud Kan minska ekvivalentnivån Kan minska ekvivalentnivån Kan samtidigt öka hörbarheten Industri, flyg, enstaka fordon Vindkraft Vindstilla svag vind Trafikerade vägar, långa tåg (linjekällor) Vindkraft Liknande dämpning vid kraftig medvind 7
Markeffekt Mjuk mark dämpar ljud Nyfallen snö Mossa Sammanvägning av utbrednings- och markeffekter Korta avstånd mottagare och källa nära marken (vägtrafikbuller) Hård mark reflekterar ljud Asfalt Vattenytor Små ojämnheter gör att marken blir akustiskt mjukare råhetsklass Markeffekten består dels i interferens mellan direkt och reflekterad ljudvåg, och i att marken absorberar en viss mängd ljudenergi. Källa: C. Larsson, Bullerutbredning Sammanvägning av utbrednings- och markeffekter Sammanvägning av utbrednings- och markeffekter vindkraft? Långa avstånd högt placerad källa (flygbuller) Källa: C. Larsson, Bullerutbredning Källa: J.Thorén, Simulering av vindkraftljud med beräkningsmodellen Nord2000 (2009) Beräkningsmodeller Den svenska modellen avståndsdämpning Den svenska modellen (Ljud från vindkraftverk, Naturvårdsverket) Landbaserade verk - avstånd upp till 1000 m luftabsorption Nord2000 Industribullermodeller (General prediction method och ISO 9613) Harmonoise, Imagine (EU-modeller) L A ljudnivå hos mottagare L WA,korr ljudeffekt hos vindkraftverket, korrigerat för vindhastighet på platsen r avstånd Ingen hänsyn till refraktion, turbulens eller marktyp (= antar platt, hård mark) 8
Den svenska modellen, forts Den svenska modellen, forts L WA ljudeffekt enligt tillverkare enligt IEC-standard k ljudeffektens variation med vindhastigheten enl tillverkare (i db(a)/m/s) v h aktuell vindhastighet (normalt 8 m/s på 10 m höjd) z 0 - markråhetslängden v nav vindhastighet vid nav H - navhöjd Råhetslängd i den svenska modellen Den svenska modellen forts. Faktor som påverkar vindgradienten Antaganden Vindstyrka 8 m/s på 10 m höjd Logaritmisk vindgradient Plan, slät mark (liten råhetslängd) -> lägre vindhastighet vid navhöjd Kuperad mark (högre råhetslängd) -> högre vindhastighet vid navhöjd Vindhastighet vid navhöjd styr ljudeffekten på verket I den svenska modellen påverkar markråheten bara ljudeffekt, inte ljudets utbredning. Långa avstånd Ljudnivå i oktavband Absorption i oktavband Havsbaserade verk Mycket kraftig medvind Cylindrisk utbredning Worst-case-modell Reviderats i det nya konceptet vilket ger ca 5 db lägre ljudnivåer Nord2000 Nord2000 forts. Framtagen för trafikbuller Mer detaljerad beskrivning av ljudutbredning Meteorologiska effekter Absorption Turbulens Mer detaljerad markbeskrivning 8 marktyper Terräng Skog Tät bebyggelse L R = L W + L d + L a + L t + L s + L r L W ljudeffekt L d inverkan av avståndsspridning L a inverkan av absorption L t inverkan av terräng L s inverkan av vegetation eller tät bebyggelse L r inverkan av reflexer 9
Nord2000 terräng Modellering av terrängen Nord2000 scattering zones Skog eller tät bebyggelse beräknas med sk scattering zones 1. Skog mellan vindkraftverk och mottagare Ca 4 5 db dämpning på 500 m 2. Skog vid vindkraftverk, ej vid mottagare Ger ingen dämpning alls 3. Skog vid mottagare Ger samma dämpning som översta fallet Modellen kan ta hänsyn till skärmning av terräng. Källa: J.Thorén, Simulering av vindkraftljud med beräkningsmodellen Nord2000 (2009) Källa: J.Thorén, Simulering av vindkraftljud med beräkningsmodellen Nord2000 (2009) Råhetslängd och råhetsklass Nord2000 jämförelse med mätningar Råhetslängd Relevant för vindkraft Påverkar vindgradienten och därmed vindhastigheten vid navhöjd I Nord2000 måste ljudeffekten hos ett verk korrigeras på samma sätt som i den svenska modellen Råhetsklass Markparameter En ojämn yta sprider en del av ljudet bakåt och gör ljudfältet mindre koherent (dvs ger lägre ljudnivå). Ingen direkt koppling mellan parametrarna Rött beräkning, medvind, platt mark Svart mätning Medelnivån ligger rätt, modellen missar de stora variationerna Källa: J.Thorén, Simulering av vindkraftljud med beräkningsmodellen Nord2000 (2009) Nord2000 begränsningar och styrkor Industribullermodellen Modellen antar rak ljudhastighetsprofil Dvs logaritmisk vindgradient Kan ej beräkna kraftig refraktion t.ex. vid stark inversion, low level jets, terrängeffekter mm. Ingen hänsyn till ökad ljudnivå vid medvind och långa avstånd Missar successiv övergång från sfärisk till cylindrisk utbredning Dålig hantering av strykande infall Strykande infall =markeffekt vid låg infallsvinkel (ökad ljudnivå) Kan ge stora felaktigheter vid motvind eller vid viss terräng I medvind ger modellen god överensstämmelse med tendensen bland många mätningar men kan ej beskriva den stora variation som förekommer för vindkraftsbuller Kräver stor kunskap om ingående parametrar och modellens begränsningar Två likartade modeller (GPM och ISO 9613) Används i Sverige för industribuller (och i något modifierad version, även för skottbuller och buller från motorsportbanor). Antar svag medvind i alla riktningar Meteorologin kan ej varieras Tar hänsyn till terräng, byggnader och vegetation (förenklat) 2 marktyper (mjuk och hård) Väl verifierad för normala industribullerkällor Oklart hur väl den fungerar för en hög källa som vindkraftverk 10
Beräkning av lågfrekvent ljud Harmonoise/Imagine/Cnossos Om dbc-nivån är ca 20 db högre än dba-nivån vid mottagare bör en mer noggrann beräkning av ljud i låga frekvenser göras inkl en uppskattning av ljudnivå inomhus Riktvärden för lågfrekvent ljud inomhus finns i terserna 31,5 200 Hz Industribullermodellerna räknar oktaver från 63 Hz. Möjlighet finns i programmen CadnaA och SoundPlan att redovisa nivåer från 31,5 Hz men det är inte helt klart hur de räknar i den lägsta oktaven WindPRO kan räkna med olika modeller, viktigt att konsulten anger vilken Nord2000 kan räkna från tersen 25 Hz Ska lågfrekvent buller utredas med noggrannhet bör Nord2000 väljas. Europeiska projekt för harmionisering av beräkning av buller Harmonoise modell för utbredning och alstring av trafikbuller Utbredningsmodellen är lik Nord2000 med några mindre ändringar Imagine utveckling av Harmonoise för industri och flyg Hantering av höga källor Databas för industribullerkällor Cnossos projekt för att samordna beräkningsmodeller till kartläggning 2017. Vindkraft i skog Vindkraft i skog forts. Vindkartering har visat att vindarna i skogsområden är kraftigare än man tidigare trott. I kombination med högre vindkraftverk blir skogsområden intressanta för etablering Fördelar med relativt gles bebyggelse och minskad risk för visuella störningar. Vegetation dämpar ljud och minskar risk för störning genom visuellt hinder och maskering Men Vindprofilen för skogsområden är komplicerad och stämmer ej med den som beskrivs i beräkningsmodellerna (både den svenska och Nord2000) Vad händer där skogen tar slut (i många fall där bebyggelse tar vid) Kunskap saknas! Vindkraft till havs Kraftiga vindar kan ge höga ljudnivåer på långa avstånd Low Level Jets kraftiga vindar på ca 300 500 m höjd Uppstår under våren över Östersjön Ger cylindrisk utbredning En plan vattenyta är totalt reflekterande Vindkraft till havs forts. Ljudkänsliga miljöer kring kusten (sommarstugor, naturupplevelser) Nord2000 är inte bättre på att hantera kraftig medvind än de enklare modellerna Den Svenska modellen (reviderad 2009) baseras på långtidsmätningar i i Kalmarsund. Är fortfarande en ogynnsam modell. Kunskap saknas Källa: Källstrand B. (1998) Low level jets in a marine boundary layer during spring, Conrt. Atmos. Phys. 71, pp 359-373 11
Att mäta ljud från vindkraftverk Att mäta ljud från vindkraftverk Det finns två metoder för mätning av allt externt industribuller 1. Inmätning av källan (emissionsmätning) 1. Kontroll av ljudkällans emission 2. Beräkning av ljud hos en mottagare för kontroll av krav och riktvärden Kräver att man kommer nära källan. 2. Mätning hos mottagaren (imissionsmätning) 1. Kontroll av uppfyllelse av krav och riktvärden Kräver lagomt mycket medvind, bar mark och uppehållsväder Känsligt för störning från andra ljudkällor Generellt förespråkas emissionsmätning eftersom det är en mer tillförlitlig metod och är mindre beroende av rätt meteorologi. Emissionsmätning är att föredra vid enstaka verk. Mätmetod enl IEC-standard Mätning genomförs vid flera vindhastigheter på ett avstånd av vindkrafttornets höjd. Mätposition väljs i medvind Närliggande verk stängs av vid mätningen Antalet t mätningar bestäms utifrån syftet t med mätningen Emissionsmäting kan ej genomföras för havsbaserade verk Immissionsmätning kan vara det enda genomförbara vid vindkraftsparker Att hitta mätpositioner i medvind för flera vindhastigheter kan vara mycket tidskrävande. Kostsamt att under lång tid stänga ned närliggande verk Oövervakad långtidsmätning vid mottagare som utvärderas tillsammans med meteorologiska data kan visa om riktvärdet överskridits. Stor risk för andra störningar Exempel på bullerberäkningar Exempel på bullerberäkningar Miljöpröving/tillsyn av vindkraftverk Frågor och diskussion Vid prövning är parkerna sällan färdigprojekterade. Turbinval och exakt placering kan ändras. Vissa verk kan ställas ned för att alstra mindre buller (och därmed el). Beräkningarna innehåller begränsningar och osäkerheter. Det är svårt att kontrollmäta ljud från vindkraftverk. Praxis är att bullervillkor sätts som begränsningsvärde. Hur ska man utöva tillsyn? lisa.grana@structor.se 0706-930979 12