ZAŘÍZENÍ PRO SNÍŽENÍ HLUKU Z POZEMNÍ DOPRAVY ZVLÁŠTNÍ ZAMĚŘENÍ NA AKUSTICKÉ CLONY. Karel Mašata

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%

Silniční doprava Letecká doprava Stavební místa

8%

10%

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 LAeq

1 n 0,1Li = 10 log ∑10 n i =1

⎡⎣ dB ( A ) ⎤⎦

kde „ Li 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/m2 „ 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 [-]

2δ N= λ „

Pro rychlost zvuku c = 340 m.s-1 dostáváme závislost na kmitočtu

δ. f N= 170

Útlum podle Z. Maekawy „

Výslednou hodnotu útlumu D [dB] získáme z následujícího grafu

Teoretické zjištění útlumu pro bodový zdroj zvuku „

Všeobecně platný vztah

2 2 ⎡⎛ 1 ⎞ ⎛1 ⎞ ⎤ D = log ⎢⎜ − x ⎟ + ⎜ − y ⎟ ⎥ ⎠ ⎝2 ⎠ ⎦⎥ ⎣⎢⎝ 2

kde x a y jsou hodnoty Fresnelových integrálů, které určíme pomocí parametru q q=h

f c

2 (a + b) 0,396 nebo také D = 14, 22q ab

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 40 35 30 25

D B [dB]

„

20 15 10 5 0 -1

-0,1

-0

-0

0

0

N [-]

0,01 0,1

1

10

100

Útlum akustickou clonou v pozemní dopravě „

Pro výpočet útlumu clony DB [dB] v okolí dopravní komunikace se používá následujícího vztahu: „

DB = 24 dB pro δ > 60 m

„

pro 0 m ≤ δ ≤ 60 m je

DB = 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 18 ⎛ ⎞ DLα = −10.log ⎜ 1 − ∑ α si .10 Li /10 ⎟ ⎝ i =1 ⎠

„

Účinnost vzduchové neprůzvučnosti

⎛ 18 − Ri /10 Li /10 ⎞ DLR = −10.log ⎜ ∑10 .10 ⎟ ⎝ i =1 ⎠

Kategorie

DLα [dB]

Kategorie

DLR [dB]

A0 A1 A2 A3 A4

neměřeno <4 4 až 7 8 až 11 > 11

B0 B1 B2 B3

neměřeno < 15 15 až 24 > 24

Výpočet hluku z pozemní dopravy „

Pozemní doprava „

Silniční – ekvivalentní hladina akustického tlaku A za hodinu pro jednotlivý úsek

LAeq = 10 log( F1.F2 .F3 .n) + 40 + ∑ Ci − ∑ Di

„

Tramvajová – ekvivalentní hladina akustického tlaku A pro jednotlivý úsek tramvajové tratě

„

LAeq = 10 log ( 44,5.F5 .m ) + 40 + ∑ Ci − ∑ Di Trolejbusová – ekvivalentní hladina akustického tlaku A pro jednotlivý úsek trolejbusové tratě

„

LAeq = 10 log ( F3 .F7 . p ) + 40 + ∑ Ci − ∑ Di Železniční – ekvivalentní hladina akustického tlaku A pro jednotlivý úsek železniční tratě

LAeq = 10 log (140.F4 .F5 .F6 .m ) + 40 + ∑ Pi + ∑ Ci − ∑ Di

Délka akustické clony „

Analogie se šířením světla H2 l= 4λ

„

Bez vlivu postranní difrakce ⎛ 180 ⎞ DU = 10 log ⎜ ⎟ ⎝ 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 = 10 log 10

L[ A] /10

+ 10

L[ B] /10

+ 10

L[C ] /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] [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 157173, 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] [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/m2. Jaký má tento požadavek opodstatnění? Má tento požadavek souvislost s podmínkami platnosti výpočtu na str. 60?