Zastosowania modeli pól akustycznych Opracowanie zarówno programu, jak i koncepcji

ograniczenia emisji hałasu powinno być poparte wielo- wariantowymi badaniami modelowymi. Modele oblicze- niowe, mogą dotyczyć nie tylko wybranego rodzaju hałasu, lub połączenia kilku ich rodzajów. Zakres ba- dań modelowych moŜe obejmować niejednokrotnie całe miasta, a nawet aglomeracje i województwa.

ZłoŜone modele akustyczne jak to pokazano na ry- sunku 4, powinny uwzględniać wszelkie źródła emisji dźwięku, a więc: źródła przemysłowe, źródła hałasu komunikacyjnego, w tym: drogowego, kolejowego, tramwajowego, a takŜe hałas lotniczy. KOMAG realizu- je modele, obejmujące nie tylko aglomeracje, ale rów- nieŜ województwa.

Problemem w opracowywaniu tak złoŜonych modeli jest zachowanie jego spójności (gdyŜ łączy on wiele źródeł i ich rodzajów oddziaływań), poprzez zagwaran- towanie moŜliwie najniŜszego błędu przybliŜenia badań modelowych. Często, przy złoŜonych modelach, poja- wia się takŜe problem definicji błędu, który jest nieod- zownym elementem kaŜdych badań. RaŜącym zanied- baniem jest nieświadomość występowania przedmioto- wego błędu, jak równieŜ jego ukrywanie przed klien- tem. Niejednokrotnie nieuwzględnienie tego błędu stwarza wraŜenie spełnienia wymogów akustycznych, takich jak: dopuszczalnych poziomów dźwięku, zacho- wanie wymaganej transmisji lub absorpcji.

Opracowując programy i koncepcje ograniczenia emisji hałasu niezwykle istotne jest takŜe przyjęcie wskaźników, na podstawie których moŜliwe będzie określenie kolejności prowadzenia działań napraw- czych. Kolejność prowadzenia tych działań powinna odnosić się zarówno do skali przekroczeń dopusz- czalnego poziomu dźwięku, jak równieŜ do liczby osób naraŜonych na ponadnormatywną emisję hałasu.

Często stosowany jest wskaźnik M [4]:

M = 0,1 · m (10^0,1·∆L – 1) gdzie:

∆L – wielkość przekroczenia dopuszczalnego poziomu dźwięku [dB],

m – liczba osób na terenie o przekroczonym poziomie dopuszczalnym.

Dotyczy on zasadniczo badań prowadzonych w środowisku, jednakŜe moŜe być stosowany takŜe i dla stanowisk pracy. Na podstawie wskaźnika M mo- Ŝliwe jest dokładne określenie planu badań modelo- wych, a takŜe ustalenie kolejności stosowania w mo- delu obliczeniowym środków redukcji hałasu.

Osiągnięcie wysokiej skuteczności redukcji ponad- normatywnej emisji hałasu, wymaga zatem pewnych i sprawdzonych modeli obliczeniowych, a opracowanie środka redukcji dźwięku, o Ŝądanej skuteczności, wymaga Ŝmudnych i często długotrwałych obliczeń, w trakcie których zmieniając geometrię środka tech- nicznego, czy teŜ jego materiałowe cechy konstruk- cyjne, określa się poziom dźwięku w newralgicznych obszarach, dąŜąc do jego minimalizacji. Przykładem takich badań jest rysunek 5, a takŜe rysunek 6.

Podczas badań, których wyniki w postaci rozkładu pola akustycznego przedstawiono na rysunku 5, we- ryfikowano cechy konstrukcyjne ekranu akustycznego.

Rys.1. Model rzeźby terenu w rejonie projektowanego szybu górniczego [5]

Rys.2. Rozkład pola akustycznego wyznaczony w rejonie projektowanego szybu górniczego z uwzględnieniem hałasu drogowego i kolejo-

wego [5]

Rys.3. Rozkład pola akustycznego w rejonie jednej z projektowanych autostrad [6]

Rys.4. Numeryczny model rzeźby terenu miasta o powyŜej 200 tyś. mieszkańców

[7]

bez zabezpieczeń przeciwhałasowych

z zabezpieczeniami przeciwhałasowymi

Rys.5. Rozkład pola na terenie hali konstrukcji, bez oraz z ekranami akustycznymi wyznaczony na potrzeby

określenia skuteczności zabezpieczeń [8]

Rys.6. Porównanie rozkładów pola akustycznego dla róŜnych wariantów zabudowy kasetami dźwiękochłonnymi tłumika przepływowego (rys. lewy - tłumik bez dodatkowych przegród, rys. prawy - tłumik dwustopniowy) [9]

Przedmiotowy ekran przeznaczony jest do ochrony stanowisk pracy przed ponadnormatywnym hałasem emitowanym przez stanowiska szlifowania. Porówna- nie rozkładów pola akustycznego, przed i po instalacji zabezpieczeń przeciwhałasowych, pozwala na określe- nie wpływu zabudowy zabezpieczeń przeciwhałaso- wych na poziom dźwięku w analizowanej przestrzeni badawczej.

Rysunek 6 przedstawia natomiast badania wpływu zabudowy elementów akustycznych, takich jak m.in.

kasety dźwiękochłonne (ich liczby i połoŜenia w prze- strzenni) na skuteczność projektowanego środka re- dukcji. Przykład ten jest interesujący, ze względu na to, iŜ przedstawia połączony model wewnętrzno-ze- wnętrzny rozkładu pola akustycznego, obrazując nie tylko rozkład pola akustycznego we wnętrzu tłumika, ale określa takŜe poziom dźwięku dla wybranych punk- tów w środowisku, w którym planuje się zabudowę środka redukcji.

Modelowanie akustyczne pozwala takŜe na weryfi- kacje organizacyjnych metod redukcji hałasu. MoŜliwe są m.in. badania wpływu zmian układu pracy źródeł, zmian ich parametrów, w tym przede wszystkim mocy (obciąŜenia), z jaką pracują poszczególne urządzenia i maszyny.

W obszarze modelowania akustycznego, oraz w zakresie analiz środowiskowych nastąpiła istotna po- prawa. Istnieje jednak ciągle niewielkie zapotrzebo- wanie na analizy akustyczne w przestrzeniach zam- kniętych. Tymczasem to właśnie w przestrzeniach zamkniętych jest największe zapotrzebowanie na sto- sowanie środków redukcji hałasu (m.in. do ochrony pracowników przed ponadnormatywną emisją dźwię-

ku), a tym samym moŜna by się spodziewać zapo- trzebowania na badania modelowe.

KOMAG prowadzi badania i analizy dla modeli wewnętrznych, z uwzględnieniem wpływu czynników takich jak: zmiany obciąŜenia i stanu technicznego na rozkład pola akustycznego. Analizy takie prowadzono dla obiektów górniczych, a takŜe energetycznych.

Przykład zrealizowanego modelu pokazano na rysunku 7, gdzie zobrazowano rozkład pola w rejonie poszcze- gólnych źródeł emisji dźwięku klasycznej elektrowni cieplnej.

4. Wnioski

Modelowanie akustyczne jest istotnym elementem badań i analiz akustycznych. Zgromadzona wiedza i narzędzia inŜynierskie pozwalają na opracowanie za- równo środowiskowych, jak i przestrzennych modeli zamkniętych, na podstawie których moŜliwe jest wy- znaczanie rozkładu pola akustycznego. Rozwój badań modelowych zmierza w kierunku stosowania połączo- nych modeli wewnętrzno-zewnętrznych.

Istotnym elementem kaŜdego modelu akustyczne- go jest poprawnie sporządzony numeryczny model terenu, który powinien mieć formę przestrzenną, zaś podstawą do jego opracowania winna być, co najmniej inwentaryzacja terenu, w połączeniu z digitalizacją map zasadniczych. Błędy popełnione na tym etapie, a w szczególności badania w modelach płaskich, mogą dać rozkład pola akustycznego odbiegający od rzeczy- wistego o poziom przekraczający 2,0 dB. KaŜdy model akustyczny powinien odnosić się do zatwierdzonego planu zagospodarowania przestrzennego, przedsta-

Rys.7. Rozkład pola akustycznego bez osłony rejonu wzbudzenia dla złoŜonych źródeł emisji dźwięku [4]

wiając faktyczną klasyfikację terenu. Istotne jest, rów- nieŜ, aby wyniki badań modelowych miały określony błąd przybliŜenia, który powinien być przyjmowany w wartości maksymalnej, gdyŜ tylko wtedy moŜna określić rzeczywisty poziom przekroczeń dopuszczal- nego poziomu dźwięku. Nie uwzględnianie przedmioto- wego przybliŜenia prowadzi niejednokrotnie do błędów w projektowaniu środków ograniczających ponadnor- matywną emisję dźwięku, przez co w konsekwencji powoduje niską skuteczność redukcji dźwięku.

KOMAG opracowuje modele akustyczne przestrze- ni zamkniętych, modele połączone wewnętrzno-ze- wnętrzne i prowadzi analizy środowiskowe. Znaczącym osiągnięciem są zaprojektowane, na podstawie autor- skich badań modelowych, bierne środki redukcji hała- su, w postaci tłumików, osłon i obudów, a takŜe ekra- nów akustycznych, które spotkały się ze znacznym uznaniem w środowisku naukowo-badawczym, prze- mysłowym oraz na targach i konferencjach zagranicz- nych.

WdroŜenie zaawansowanych modeli obliczenio- wych pozwoliło na zaprojektowanie przez KOMAG tłumika charakteryzującego się wysoką skutecznością, przekraczającą 36 dB, a takŜe wdroŜenie do praktyki przemysłowej wiele innowacyjnych rozwiązań, które przedstawiono w artykule pt.: „Innowacyjne środki redukcji ponadnormatywnej emisji dźwięku”, zawartym w niniejszym wydaniu „Maszyn Górniczych”.

KOMAG opracował takŜe wiele programów i kon-cepcji ograniczenia ponadnormatywnej emisji hałasu, budując niejednokrotnie modele całych województw dla Komisji Europejskiej i przedstawiając je na sesjach plenarnych Sejmików Wojewódzkich. Na podstawie tych modeli, opracowano projekty środków ogranicza- jących emisję dźwięku, które następnie wdroŜono.

Weryfikacja skuteczności tych środków poprzez ba- dania doświadczalne na obiekcie rzeczywistym, jedno- znacznie potwierdziła poprawność uŜytych modeli aku- stycznych.

Dotychczas opracowano łącznie ponad dwadzie- ścia modeli akustycznych przestrzeni zamkniętych, kilka modeli połączonych, wewnętrzno-zewnętrznych i kilkaset modeli środowiska.

Literatura

1. Engel Z., Czerwiński J.: Mapy akustyczne i moni- toring w świetle obowiązujących przepisów. Proc.

of Noise Control'01. Kielce 24-26.09.2001.

2. Kompała J.: Mapy akustyczne jako narzędzia za- rządzania klimatem akustycznym na terenach zurbanizowanych. WyŜsza Szkoła Zarządzania Ochroną Pracy w Katowicach, II Konferencja Nau- kowa Hałas w środowisku, Katowice 21.04.2005.

3. Lipowczan A., Kompała J.: The Utilisation of GIS and GPS Systems in Creating Acoustical Data- bases in Outer Environment, Proc. of Noise Control '01, Kielce 24-26.09.2001.

4. Pierchała M.: Methodology of testing of acoustic field distribution in power plants of complex structure. Proc. of Noise Control'10. 6-9.06.2010, KsiąŜ.

5. Analiza akustyczna rozkładu pola W53.025PY.

KOMAG, 2007 (nie publikowana).

6. Raport o oddziaływaniu na środowisko projektowa- nego odcinka autostrady A-1. KOMAG, 2007 (praca nie publikowana).

7. Metody identyfikacji i ograniczania emisji hałasu podstawowych źródeł zlokalizowanych w obiek- tach energetycznych. KOMAG, 2007 (praca nie publikowana).

8. Analiza skuteczności ekranów akustycznych w zakresie ograniczania ponadnormatywnej emisji hałasu w typowych halach produkcyjnych oraz w środowisku. KOMAG, 2006 (praca nie publi- kowana).

9. Koncepcyjny projekt szeregu tłumików reflek- syjnych i absorpcyjnych. KOMAG, 2008 (praca nie publikowana).

10. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 14 października 2002 r. w sprawie szczegółowych wymagań, jakim powinien odpowiadać program ochrony środowiska przed hałasem (Dz.U. z 2002 r. nr 179, poz. 1498).

Artykuł wpłynął do redakcji we wrześniu 2010 r Recenzent: prof.dr hab.inŜ. Teodor Winkler

Mgr inŜ. Marek PIERCHAŁA Mgr inŜ. Aneta AUGUSTYN

Instytut Techniki Górniczej KOMAG Mgr inŜ. Zbigniew MARZEC

Mgr inŜ. Mieczysław RACHWALSKI GRAMA sp. z o.o.