Faktan tarkistuksia tuulivoiman häiriöetäisyyksistä infraäänitaajuuksilla (0 – 20Hz) vs. ihmiskehon resonassitaajuuksilla

Edellisissä blogeissani olen käsitellyt tuulivoimaan liittyvää yleistä problematiikkaa (modulaatio, interferenssi, resonanssit jne) suhteessa kuuloalueen dynamiikkaan ja resoluutioon. Tässä blogissa pyrin selvittämään tuulivoimaloiden häiriöetäisyyksiä ideaali- että muuttuvissa olosuhteissa, paineen muutoksen etäisyyden neliössä. Käsittelen myös ihmiskehon resonanssitaajuuksia.

(ks. linkki)

https://physics.stackexchange.com/questions/37543/does-the-human-body-have-a-resonant-frequency-if-so-how-strong-is-it

Infraäänitaajuuksien intensiteetti vaimenee etäisyyden neliössä

W = S ∫ I⃗ x dS⃗

W (Watts)

I1 = W / 4πr2

I2 = W / 16πr2

jne..

(ks. kuva 1)

 

Ideaaliolosuhteet etäisyyden neliössä

Ideaaliolosuhteilla etäisyyden neliössä tarkoitan tilannetta, missä tuulen suunta ja sen voimakkuus on vakio, jolloin ilmamassan liike kohdistuu kohtisuoraan tuulivoimalan lapoihin ja poistuu menosuuntaan. Ymmärrykseni mukaan, tällöin voimala toimii optimaalisesti ja paineen amplitudeja voidaan käsitellä muuttumattomina.

Suomessa tuulivoimaloiden tehot ovat luokkaa 3 – 4.2MW, äänenpaineen tasoilla 102 – 106dB(A).

Kuvan 1 graafi osoittaa, että äänenpaineen taso vaimenee -6dB/oktaavi. 

Jos nyt lasketaan, kuinka suuri vaimennus on suurempi tehoisilla 4.2MW:n voimaloiden tuottamasta 106:sta dB(A):stä etäisyydelle 256m:

2x = 256m => ln (2x) = ln (256) => x ln (2) = ln (256) ⎮: ln (2)

x = ln (256) / ln (2) = 8

28 = 256m, jolloin vaimennuskertoimeksi saadaan tuo 8 x -6dB(A) = -48dB(A).

Etäisyydellä 256m äänenpaineen taso on siis 106dB(A) – 48dB(A) = 58dB(A).

Jos häiriöetäisyyttä halutaan kasvattaa kaksinkertaiseksi eli 512m:iin:

29 = 512m, jolloin 9 x -6dB(A) = -54dB(A).

Etäisyydellä 512m äänenpaineen taso on siis 106dB(A) – 54dB(A) = 52dB(A)

Joissakin tutkimuksissa on arvioitu, että häiriöetäisyyden tulisi olla jopa 2000m, joka vastaisi vaimennusta:

n. 211 = 2048m, jolloin 11 x -6dB(A) = -66dB(A).

Etäisyydellä 2048m äänenpaineen taso on siis 106dB(A) – 66dB(A) = 40dB(A).

Muuttuvat olosuhteet etäisyyden neliössä

Muuttuvilla olosuhteilla etäisyyden neliössä tarkoitan tilannetta, missä tuulen suunta ja sen voimakkuus on vakio, jolloin ilmamassan liike kohdistuu kohtisuoraan tuulivoimalan lapoihin ja poistuu menosuuntaan. 

Häiriöetäisyyksien välille voi kuitenkin muodostua muita ilmamassaa liikuttavia energialähteitä, silloin tuulivoimalasta lähtevän ilmamassan vaimeneminen, ei ole enää suoraan verrannollinen etäisyyden neliöön. 

Ilmamassojen liikesuunta tällä välillä voi siis muuttua ja ääritapauksessa vaimeneminen voi olla jopa täydet 106dB(A), tai sitten toisessa ääritapauksessa voi käydä niin, että tuulivoimalan aiheuttama ilmamassa lisää häiriöetäisyyden välillä olevaa ilmamassaa ja painetaso voi nousta > 106dB(A) (voimakas tuuli / ilmamassojen pakkautuminen / lämpötila- ja kosteusmuutokset jne). 

Toisin sanoen, ilmamassat siis muuttuvat häiriöetäisyyksien välillä, eli tapahtuu ajoittaista äänenpaineen totaalista häipymistä ja toisaalta sen vahvistumista.

Kuinka sitten ottaa huomioon ilmamassojen virtausten oikullisuus? 

Siihen voimme jossain määrin vaikuttaa tuulivoimaloiden sijoittelulla, mutta luonnollisesti sellaisille alueille, missä tuulen voimakkuus on riittävä, jotta tuulivoimasta saatu hyöty olisi optimaalinen ja ylipäätään tarpeellinen. Muilla keinoin (tässä kontekstissa) emme kykene ilmamassojen virtauksiin vaikuttamaan. Periaatteessa tuulivoimala vain kierrättää ja jarruttaa siihen kohdistuvaa ilma-massaa ja siirtää sen eteenpäin. Liikkuvan ilmamassan paine riippuu sen massakiihtyvyydestä, ei niinkään tuulivoimalan aiheuttamasta paineesta. Tuulivoimalan lapoihin kohdistuvan ilmamassan paine ei ylity siihen kohdistuvan ylipaineen ja alipaineen välillä.

Lyhyt yhteenveto ihmiskehon resonanssitaajuuksista

  • Pää 20 – 30Hz
  • Silmämuna 20 – 90Hz
  • Hartiat 4 – 5Hz
  • Alempi käsivarsi 16 – 30Hz
  • Selkäranka 10 – 12Hz
  • Vatsan massa 4 – 8Hz
  • Käsi 30 – 50Hz
  • Käsivarsi 5 – 10Hz
  • Rintakehä 50 – 100Hz

(ks. linkki)

https://physics.stackexchange.com/questions/37543/does-the-human-body-have-a-resonant-frequency-if-so-how-strong-is-it

Suomessa tuulivoimaloiden lapojen akselin pyörimisnopeus on siis luokkaa ~1Hz, joka tuottaa sykkivän infraäänen paine-eron ~ 104dB(A) / 4.2MW.

Jos mitattuihin dB(A) -lukemiin on luottaminen (ja miksi ei olisi), ja jos tuuliolosuhteet ovat suhteellisen normaalit (> 3m/s < 25m/s / ~106dB(A), ohessa häiriöetäisyyksien ja painetasojen vastaavuus:

  1. 256m     56dB(A)
  2. 512m     50dB(A)
  3. 2048m ∝   38dB(A)

Nämä dB(A) -lukemat vastaavat ihmisen puheäänen paineen tasoa, joka on välillä n. 50 – 60dB(A). Toisaalta ihmisen kuiskaavan puheäänen paine on luokkaa n. 30 – 40dB(A).

Käsitykseni mukaan, näillä tuulivoimalan tuottamilla painetasoilla / häiriöetäisyyksillä ja osin infraäänitaajuuksilla, ihmiskeho ei kykene resonoimaan niin, että se olisi selkeästi ja johdonmukaisesti aistein havaittavissa.

+1
HannuSinivirta
Sitoutumaton Helsinki

(el. vanh. tut. / FMI)

Työkokemusta (tietoliikenne, -atomivoima, -lääketiede, -avaruus) tutkimus- ja tuotekehitystehtävissä.

Kantavia voimia mm. Albert Einstein.

(𝝏fA / 𝝏xA, 𝝏fA / 𝝏yA) / (𝝏fL / 𝝏xL, 𝝏fL / 𝝏yL) = ∇fA / ∇fL = paljon suurempi kuin 1 ts. antroposeeni dominoi

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu