Съвременни решения за защита от транспортния шум
43669
В статията е предложена класификация на шумозащитните прегради. Разгледани са и екологичните ефекти от изграждането им.
1. Понятията звук и шум. Влияние върху качеството на живот.
Когато дадено тяло трепти, в заобикалящия го въздух възникват така наречените звукови вълни. Човешкото ухо е способно да възприема механичните трептения като звук, ако тяхната честота е в границите от 17 до 20 000 Hz. Такива трептения се наричат акустични или просто звук. Мярката за ниво на гръмкостта (сила на звук) e децибел dB(A). С увеличаване на звуковото налягане звукът се чува по-силно и обратно.
За всяка честота съществува една минимална стойност на интензитета на звуковата вълна, под която ухото не я възприема като звук. Тези стойности на интензитета за различните честоти на звука определят долния праг на чуване. При нарастване стойността на интензитета на звукова вълна за всяка честота съществува една горна граница, над която звукът също не се възприема от ухото и предизвиква усещане за болка. Гранични стойности, които определят прага на болката – табл.1 [19].
Вълни с честота по-голяма от горната граница на човешкия слух - над 20 000 Hz, се наричат ултразвук. Някои животни като кучета (до 45 килохерца), делфини (до 150 килохерца) и прилепи (до 110 килохерца) имат по-висока граница от тази на човешкото ухо и могат да чуват ултразвук.
Таблица 1 – Източници на шум и праг на болезнено усещане при хората
Забележка: Граничните стойности при транспортните средства се променят съобразно техническите параметри на трасето и возилото, вида на автомобилните гуми, амортизацията на МПС-то (ЖП-състава), скоростта на движение, отстоянието до източника.
Вълни с честота под 17-20 Hz се наричат инфразвук, като долната граница на инфразвуковите вълни не е категорично определена. Източници на инфразвук са турболентното движение на атмосферата и вятъра, електричните заряди в атмосферата, водопадите, морските вълни, взривовете, оръдейните изстрели, реактивните самолети. В земната кора това са сътресения и вибрации от най-разнообразни източници – вулканични явления, земетресения, взривове. Инфразвукови вълни се съдържат и в шумовете на различни машини, двигатели, транспортни средства.
Във физичен смисъл звук със сложна нехармонична вълна (хаотично събрани тонове), чиято честота и сила не са в определени и постоянни съотношения във времето, се определя като шум. От гледна точка на качеството на живот, в психофизиологичен смисъл шумът е звук, който може да бъде квалифициран като дразнещ, напрягащ, плашещ, изобщо неприятен, а в патофизиологичен това е всеки акустичен сигнал, който със силата или с продължителността си предизвиква временни или постоянни промени в организма, като смущения в съня, чувство на безпокойство, раздразнителност, депресия, влошаване на работоспособността и комуникацията, реакции на вегетативната нервна система, нарушения в хормоналните нива и др – табл.2 [18] .
Таблица 2 – Влияние на шума върху човешкото здраве
Всички изредени нарушения в една или друга степен важат и за представителите на дивата природа. Освен това шумовото въздействие предизвиква отбягване на зоните на проявление, което измества миграционните пътища и променя границите на местообитанията в територии с по-лоши параметри на хранене, размножаване, отглеждане на поколение, което в комбинация с други неблагоприятни фактори може да доведе до критично намаляване или дори до локално изчезване на видове. В наши дни основен причинител на високи нива на шум, които влошават качеството на живот в околната среда, е човешката дейност – табл. 1, фиг. 1.
Фиг. 1 – Източници на звук в бита
Значителното нарастване на антропогенното въздействие на шума довежда до създаването на редица нормативни рамки за страните членки от ЕС още в далечната 1996 година. Това са:
• «Шести екологичен план за действие» - очертава визията, как да се избегнат вредни последици от излагането на шум от всички източници и опазване на тихите зони.
• «Зелената книга на ЕС за Бъдещата политика за шума» - определя общите принципи за хармонизиране на методите за оценка и информиране на обществеността.
• Директива 2002/49/ЕО на Европейския парламент и Съвета от 25 юни 2002 г. за оценка и управление на шума в околната среда.
В Република България от 1.01.2006 г. действа „Закон за защита от шума в околната среда” със съпътсващи наредби към него, съгласувани с „Директива 2002/49/ЕО”. Няколко месеца по-късно е приета „Наредба № 6 от 26 юни 2006 г. за показателите за шум в околната среда” [12]. В нея се регламентират степента на дискомфорт през различните части на денонощието, граничните стойности на показателите за шум в околната среда (табл. 3), методите за оценка на стойностите на показателите за шум и на вредните ефекти от шума върху здравето на населението.
Таблица 3 - Гранични стойности на нивата на шума в различните територии и устройствени зони в урбанизираните територии и извън тях
Забележка: Граничната стойност на максималното ниво на шума при прелитане на летателно средство над определена територия е 85 dB(A).
«Зелената книга на ЕС за Бъдещата политика за шума» посочва, че около 20% от населението на ЕС страда от нива на шум, които здравните специалисти считат за неприемливи, т.е. което може да доведе до сериозни последици за здравето. Световната здравна организация (WHO) е изчислила, че около 40% от населението на ЕС е изложено на шум от трафик с нива, надвишаващи 55 dB, и че повече от 30% са изложени на нива, надминаващи 55 dB през нощта. Основен „виновник” за тази ситуация се оказва продължителното шумово замърсяване от транспортните средства (автомобили, влакове, самолети и др.). Най-голямо е участието на трафика по магистрални пътища, натоварени жп линии, както за неурбанизираните, така и в урбанизираните територии.
2. Начини за намаляване на нивата шумово замърсяване.
Шумът от транспортния трафик може да бъде намален посредством различни мероприятия, като ограничаване на скоростта, обходни маршрути, подновяване на състава, увеличаване на разстоянието между източника на шум и защитавания обект, изграждане на шимозащитни бариери (Фиг. 2) и др.
Фиг. 2 – Шумозащитни бариери от различни материали
Отдалечаване на източника се постига чрез реализирането на значителни отстояния, което практически е неприложимо при съвременните условия на застрояване с инфраструктурни обекти. Мерките, касаещи организацията на движение, обикновено са локално приложими и главно в населените места, а що се отнася до извънградските тихи зони, там контролът е трудно осъществим.
Подмяната на авто- и жп- паркът изисква влагането на значителни финансови средства и реализацията й е възможна само в много продължителен период от време. Що се отнася до бързи мерки, шумоизолиращите прегради са добро решение, а голямото разнообразие на материали, геометрични форми и цветове позволява естетичното им вписване в населените и извън населени места.
Бариерите могат да са от земни насипи покрай пътя, от многоетажна растителност (комбинация от дървета, храсти и треви), от изкуствени материали (дърво, метал, акрил, рециклирана пластмаса, бетон и др.). Европейската практика е наложила следните изисквания за постигане на максимална щумоизолация:
Височината трябва да е над зрителната линия. На това ниво средно шумът намалява с 5 dB, а за всеки метър над тази височина се смята, че силата пада с по 1.5 dB – Фиг. 3.
Фиг. 3 – Минимална изискуема височина на стените
За ефективно намаляване на шума, бариерата трябва да продължава успоредно на трасето след последния защитаван обект най-малко 8 пъти разстоянието между приемника и стената – Фиг. 4.
Фиг. 4 – Ефективна дължина на бариерата
Фиг. 5 – Шумови редуктори
Отворите в елементите намаляват ефективността.
Преградите реализират оптимална защита за близко разположени (под 60 м.) приематели.
Удачно е поставянето на допълнителен елемент в горния край на изкуствените прегради (шумов редуктор – Фиг. 5).
Шумовите редуктори са с разнообразни напречни сечения (Фиг. 6) и може да се изготвят от материали, подхождащи на основната конструкция. Поставянето им повишава резултатността с до няколко dB и дори дава възможност да се намали височината на стените.
Фиг. 6 – Напречни сечения на шумови редуктори
3. Класификация на шумозащитните прегради
Шумозашитните стени могат да бъдат изпълнени от един или комбинация от 2 и повече материали. Основното натоварване върху една шумозащитна стена е нейното собствено тегло и натоварването от вятър. Вариантите за конструкции на шумозащитни стени са много и разнообразни.
Видовете шумозащитните стени в зависимост от конструктивното решение се разделят по няколко признака:
3.1. В зависимост от геометрията на шумоизолационната стена:
• прави стени – вертикални или наклонени (Фиг. 7);
• черупки – отворени (Фиг. 8 а);
• черупки – почти или изцяло затворени (Фиг. 8 б, Фиг. 2).
Фиг. 7 – Вертикални и наклонени шумозащитни стени
Геометрията на черупките може да е както по крива, така и съставена от няколко плоскости.
Геометрията на стената зависи от много фактори, като основните от тях са – местоположение, максимални възможни габарити на съоръжението, вписване в околната среда.
Изследвания за намиране на оптималната форма на шумозащитните съоръчения показват, че стените с “шапка” имат значително по-добра защита от тези без. Конструктивните решения, прилагани за формите на тези “шапки”, са разнообразни. Възможно е “шапката” да е едностранна или двустранна, хоризонтална или наклонена, права или част от крива (Фиг. 5, 6 и 9).
Фиг. 8 – Отворени и почти затворени черупкови шумозащитни стени
Фиг. 9 – Вертикални шумозащитни стени, изградени от готови плътни елементи, [1]. Фиг. 10 – Вертикални тухлени шумозащитни стени, [4]
3.2. В зависимост от начина на действие:
• шумопоглъщащи;
• шумоотразяващи;
Предимството е за шумопоглъщащите. При този тип стени общото замърсяване от шум се намалява, докато при шумоотразяващите той се връща към източника и в тази зона нивото на замърсяване се повишава значително.
3.3. В зависимост от носещата конструкция:
Носещите конструкции на шумозащитните съоръжения са много разнообразни, и се различават по материал, конфигурация и други.
- Според материала на носещата конструкция:
• бетонови и стоманобетонови (Фиг. 2 a);
• тухлени, обрамчени със стоманобетонови пояси (Фиг. 10);
• стоманени (Фиг. 13, 14 );
• дървени (Фиг. 12);
• пластмасови;
В съвременното строителство предимство при избора на материали за изграждане на съоръжениата имат леките и екологични материали, незамърсяващи околната среда - т.е. отговарящи изцяло на концепцията за устойчиво развитие. Предимство имат всички естествени и рециклирани материали, които имат и възможност за последващо рециклиране.
Фиг. 11 – Био преграда – декоративна тухлена стена, [4]. Фиг. 12 – Вертикална дървена шумозащитна стена, [7]
- Според конфигурацията на носещата конструкция:
• плътни;
• решетъчни.
- Според теглото на стената има две групи: "леки” и “тежки".
Тежки са тухлените, бетоновите и стоманобетоновите стени. Леки щумозащитни стени са всички стени, изпълнени от леки материали, или от комбинацията на няколко.
- Според светлопропускливостта на шумозащитното пано:
• плътни (Фиг. 9, 10, 11, 12, 2 а, б, в, д, ж);
• полу-прозрачни;
• прозрачни (Фиг. 13, 14);
• комбинирани (Фиг. 15)
Фиг. 13 – Вертикална стена от готови прозрачни елементи - безцветни, [1]. Фиг. 14 – Наклонена стена от готови елементи, прозрачни – цветни, [1]
Изборът дали шумозашитната бариера да бъде прозрачна или не изцяло зависи от нейното местоположение. Шумозащитни бариери, изграждани в околността на производствени зони, не изискват прозрачност, докато при населени места една плътна преграда не е предпочитана. В населените места прозрачните и полу-прозрачните шумозащитни стени се вписват много добре (Фиг. 13), без да се натрапват и да притесняват населението. Съоръженията, изграждани извън населени места, могат да бъдат и от трите типа, като има възможност и за комбиниране на различни пана.
Проблем, който се наблюдава при напълно прозрачните прегради е, че летящите представители на животинския свят не ги виждат и се удрят в тях. Проблемът се решава, като върху прозрачните прегради се поставят изображения на птици.
- Според начина на изграждане:
• монолитни;
• сглобяеми.
Монолитни шумоизолиращи стени са всички, които изцяло се изграждат на място. Това са бетонните, стоманобетонните, както и тухлените защитни съоръжения. Сглобяемите се предпочитат. При тях единствено фундаментите се изграждат на място, а всичко останало е заводски произведено и се сглобява на място. Тези шумозащитни стени са много технологичи, и се предпочитат.
Други фактори, който трябва да се отчетат при избор на вида на шумозашитното съоръжение, са себестойността на съоръжението, както и разходите за подръжка във времето на експлоатация.
Фиг. 15 – Шумозащитна стена от прозрачни и плътни елементи [1]. Фиг. 16 – Шумозащитна стена – черупка по крива, от прозрачни елементи [1]
3.4. В зависимост от възможностите за акустичното редуциране:
Общоприето е, че намаляват нивото на шума с 5 до 10 dB. В последните години чрез комбиниране на разнообразни строителни материали се постига много добро съотношение между ефективност (намаляване с до 15 – 30 dB) и естетично вписване.
• Земно-насипни екрани – едновременно отразяват звука в пространството и поглъщат част от звуковата енергия, което намалява шума с около 3 dB повече от вертикалните стени със същата височина.
• Зелени зони – подходящи за градски и извънградски места. Конкретният ефект за всеки зелен пояс зависи от размерите, гъстотата и ширината му, както и от вида на растенията. Предимство се дава на иглолистните с гъста корона и газоустойчиви видове (сребрист смърч, черен и бял бор, ела, туя, лъжекипарис) от гледна точка на запазване на зеленината през цялата година. Широколистните - сребролистна липа, габър, бряст, копривка, черница, и храсти като лигуструм и спирея.
За да се реализират добри резултати, трябва ширината на поясите да не е под 10м. Оптималната ширина е 25 – 30 м. Многоредните пояси са предпочитани за изпълнение, защото при еднакви ширини с едноредните дават по-високи резултати.
Таблица 4 – Шумово гасене при многоредна растителност и различна ширина на пояса
Едноредни пояси във вид на жив плет от храсти с ширина 10м. понижават нивото на шума с 3-4 dB, двуредни с ширина 20-30м. – с 8-10 dB, а многоредно насаждение или зелен масив с ширина 10м. – с 12-15 dB.
• Бетонови шумозащитни бариери - изолационният индекс на бетоновите бариери е много висок (>45 dB в зависимост от шумопоглъщането на контактната страна и дебелината на носещия пласт).
• Стени от стоманена носеща конструкция и комбинирани акустични панели – тип сандвич. Покритието на плоскостите най-често е стомано-ламаринено или алуминиево (с или без перфорации, за постигане на максимален отразяващ ефект), а вътрешността е от минерална или стъклена вата. Масово производителите гарантират шумопоглъщане в границите на 5 – 15 dB и звукоизолиране до 34dB.
• Дървени шумозащитни прегради – средно намаляват силата на звука с повече от 10 dB. За постигане на максимален поглъщащ ефект, се правят панели с пълнеж като при стоманените стени.
• Стени от стоманена носеща конструкция и монолитни поликарбонатни плоскости. Такива пана чудесно заместват стъклото и имат добри звукоизолационни качества - плоскост с дебелина 10 мм. изолира шум до 20 dB. При използване на панели от плексиглас с дебелини над 15мм. може да се реализира намаляване на шум около 30 dB.
• Прегради от стъклени акустични панели с пълнеж от рециклирани PVC-материали – шумопонижаването достига до 30 dB.
• Зелени щумозащитни огради – представляват конструкция от кръстосани стоманени пръти върху полиетиленова предпазна мрежа, обхващащи пълнеж от каменна вата, в основата на която се засаждат пълзящи растения. Каменната вата подържа подходяш влажностен режим и бавно водоотвеждане до почвата. Звукоизолирането в зависимост от растителните видове варира от 0 dB – 24 dB, а шумопоглъщането е от 0 dB до повече от 11 dB.
4. Екологична ефективност
Шумозащитата сама по себе си е екологично мероприятие, което подсигурява нормално функциониране на жизнените цикли и пази здравето както на хората, така и в животинския свят.
Поставянето на плътни прегради, ограничава една част от вредните вещества, отделяни от транспортните средства, да не се разпространят в защитаваните зони. В последните години има предложения, плоскостите от страна на трафика да се правят от покрития, които поглъщат част от вредните съединения.
Шумозащитните бариери не позволяват на животните да достигнат до транспортните артерии, което в комбинация с изкуствени съоръжения за пресичане, осигурява безопасно мигриране на видовете.
Използването на строителни материали от рециклирани продукти като PVC, дървесина, пластмаса, стъкло, дори утайка от кафе и др. е реален резултат от изискваното в страните членки на ЕС устойчиво управление на отпадъци.
Монтиране на конвенционални фотоволтаици в шумозащитните бариери или на малки ветрогенератори дава възможност да се произвежда електрическа енергия в сферата на ВЕИ (възобновяеми енергийни източници). Такава фотоволтаична противошумна бариера е изградена в Италия на А22. Тя е с дължина 1069 м и височина 5,6 м. – (Фиг. 17). На Фиг. 18 е показано количеството произведена енергия за последните 12 месеца.
Степента на намаляването на шума е с по 10 dB и през деня и през нощта.
Фиг. 17 – Бариера А22
Фиг. 18 – Произведена енергия в периода 08.2009-07.2010 година
5. Изводи и заключения:
Законодателствата на всички страни членки на ЕС определят задължение за провеждане на мероприятия за ограничаване на високите нива на шум в градски и извънградски територии.
Транспортът е най-бързо разрастващия се шумов замърсител.
Екологични са пътища и железопътни линии, при които са изпълнени мерки и за защита от шумово натоварване.
Шумозащитните стени от различни естествени и изкуствени материали са ефективен и екологичен начин за редуциране на критичните нива на транспортен шум в урбанизирани и неурбанизирани зони.
Комбинирането на съвременни строителни материали по между си и със зелени зони повишава значително ефективността при шумоотразяване/шумопоглъщане, а също дава големи възможности за бърз монтаж и архитектурно вписване в окръжаващата среда.
Екологичното значение на всяка шумозащитна бариера може да бъде повишено при използването на материали, получени от рециклиране на отпадъци и/или чрез добавяне на елементи за производство на ток чрез ВЕИ.
ЛИТЕРАТУРА
1. www.noisebarriers.eu - Van Campen Noise Barriers
2. VIBRO AND NOISE ISOLATIONS, REGUTEC s.r.o., Czech Republic
3. Cutting Down Noise with Precast Concrete and Masonry Barriers, https://www.britishprecast.org/publications/download-publications.php, British Precast,
4. Noise Innovation Program Enhanced Noise Barriers; Lotje van Ooststroom; Rijkswaterstaat, Road and Hydraulic Engineering Institute, The Netherlands
5. Monazzam M.R., Lam Y.W. Performance of profiled single noise barriers covered with quadratic residue diffusers, Applied Acoustics 66 (2005) 709–730
6. Okubo Tomonao, Yamamoto Kohei, Procedures for determining the acoustic efficiency of edge-modified noise barriers Applied Acoustics 68 (2007) 797–819
7. Joynt Jennifer L.R., Kang Jian, The influence of preconceptions on perceived sound reduction by environmental noise barriers, Science of the Total Environment (2010), www.elsevier.com
8. https://www.barrierafotovoltaica.it/index.php/en/-barriera-a22/energy
9. Янкова А., Шумозащитни бариери по магистралите
10. Динкова В., Зелени шумозащитни пояси за по-добра акустична селищна среда
11. Николов Н., Градоустройствена акустика
12. Наредба № 6 от 26 юни 2006 г. за показателите за шум в околната среда, отчитащи степента на дискомфорт през различните части на денонощието, граничните стойности на показателите за шум в околната среда, методите за оценка на стойностите на показателите за шум и на вредните ефекти от шума върху здравето на населението
13 ЗАКОН за защита от шума в околната среда, Обн., ДВ, бр. 74 от 13.09.2005 г., в сила от 1.01.2006 г.
14. информация от фирма Rockwool
15. The concrete center, Cutting Down Noise
16. каталог на Pfi (Ireland) Ltd
17. каталожна информация Kohlhauer PLANTA – The ‘Green’ Noise Barrier
18. Минков Т., Влияние на автомобилния транспорт върху околната среда
19. https://bg.wikipedia.org
Автори: гл. ас. инж. Евелина Иванова и ас. д-р инж. Деляна Бояджиева (УАСГ)
Предишна статия по темата: Зелените шумозащитни стени.