Države EU so skupaj s predstavniki industrije 19. decembra 2023 podpisale Evropsko listino za vetrno energijo, v kateri so se zavezale podpori razvoja evropskega sektorja vetrne energije. Hkrati je 21 držav EU postavilo konkretne cilje obsega uporabe vetrne energije za obdobje 2024–2026. Prav tako je komisija 20. marca 2023 izdala poročilo, o izvajanju direktive o okoljskem hrupu END, v katerem izpostavi protislovje med področjem uporabe direktive END: zmanjšanje okoljskega hrupa, ki so mu ljudje izpostavljeni (člen 2.1), in oceno Komisije, da emisije hrupa vetrnih elektrarn niso izrecno opredeljene kot okoljski viri hrupa (člen 3(a) in zato niso zajete v direktivi END. Takšno protislovje ne izpolnjuje zahteve po visoki ravni varstva okolja, kot je določeno v členu 191(2) Pogodbe o delovanju Evropske unije. Zato je nujno potrebna nova nacionalna zakonodaja s področja hrupa vetrnih elektrarn, ki jo bo pripravilo Ministrstvo za okolje, podnebje in energijo, na osnovi rezultatov tega projekta.

 V literaturi ni mogoče spregledati protislovnih mnenj o tem, ali infrazvok vetrnih elektrarn (VE) predstavlja zdravstveno tveganje ali ne. Nekatere študije in literatura argumentirajo, da infrazvok VE ne more povzročiti zdravstvene škode, ker je  neslišen. Spet druge študije kažejo, da hrup VE nekatere ljudi moti in vznemirja, kar lahko na dolgi rok vodi do zdravstvenih težav. Povečanje vznemirjenosti zaradi hrupa VE (noise annoyance), je zato najpogostejši javni argument proti njihovi namestitvi. Kljub temu, da je hrup VE pogosto pod slišnim pragom, ga lahko posamezniki še vedno zaznavajo na osnovi drugih čutil, kar lahko  povzroča motnje spanja, to pa vodi do stresu podobnih simptomov. Ta argument se še posebej izrazito uporablja v Sloveniji, kjer je bila doslej nameščena le ena VE z inštalirano močjo  večjo od 1,5 MW. Prav tako pa številne študije niso dokazale, da bi infrazvok bistveno prispeval k fiziološkim reakcijam na VE. Številni zaključki iz objektivnih znanstvenih člankov navajajo, da so potrebne nadaljnje raziskave za razumevanje zaznavanja infrazvoka saj se je razprava o tem, ali infrazvok predstavlja resna zdravstvena tveganja za prebivalce, znašla v slepi ulici.

 Infrazvok ljudje v večji meri zaznavajo v zaprtih prostorih kot na prostem. Običajno se posamezniki infrazvoka zavedajo, v neposredni bližini delujoče VE, kar vodi do predpostavke, da je VE vir teh infrazvočnih emisij. Pogosto pa je pozabljeno dejstvo, da VE lahko deluje samo ko piha močan veter. Veter nad in med zgradbami ustvarja turbulenten tok s čimer na izbrani lokaciji v toku ustvarja oscilacije tlaka. Ta zunanja sila pod ustreznimi pogoji povzroči, da ovoj stavb začne nihati z večjo amplitudo, kar posamezniki v prostorih zaznavajo kot infrazvok. Nobena od naštetih študij ne vključuje resonanc prostorov in prisotnosti pseudozvoka med vplivne parametre zaznavanja infrazvoka VE, kar po našem mnenju vodi do nejasnih zaključkov vpliva VE na fiziološka stanja posameznikov. Ta predlog projekta torej ponuja razlago za neskladja v rezultatih protislovnih si znanstvenih študij in istočasno ponuja rešitve za obvladovanje infrazvoka v prostorih.

Cilj tega predloga projekta je identificirati primarne izvore infrazvoka, ki ga povzročajo vetrne elektrarne (VE), jih povezati z akustičnimi resonancami prostorov, in razviti metodologijo za obvladovanje infrazvoka v teh prostorih. Na ta način bomo pokazali, da stroka razume argumente javnosti proti postavitvi VE in da najnovejša spoznanja omogočajo obvladovanje infrazvoka v varovanih prostorih. S pripravljeno metodologijo protihrupnih ukrepov bomo dvignili sprejemanje javnosti za umeščanje VE v prostor.

Predlog projekta temelji na naših predhodnih raziskovalnih dosežkih s področja merilnih metod hrupa, kartiranja hrupa, prepoznavanja in razvrščanja hrupnih dogodkov ter zmanjševanja njihovega vpliva na ljudi. Z doseganjem štirih jasnih ciljev projekt podpira cilj EU za ničelno onesnaževanje zraka kot del evropskega zelenega dogovora, opisanega v ustreznih dokumentih akcijski načrt EU za vetrno energijo (COM(2023) 669)  in Evropski vetrni listini.

 CILJ 1:   DOKAZATI HIPOTEZO, da so oscilacije tlaka v turbulentnem toku vetra na prostem vsota pravega infrazvoka in pseudozvoka. Pokazati, da je pravi infrazvok in pseudozvok mogoče ločiti in oceniti njun ločeni prispevek k skupni amplitudi oscilacij tlaka. To bo omogočilo ocenjevanje splošne ravni hrupa ozadja v okolju kot funkcijo hitrosti vetra, kar je nujno potrebno za oceno mejnih vrednosti doprinosa VE k hrupu v okolju.
CILJ 2:   RAZVITI poenostavljeno metodologijo za merjenje in ocenjevanje ravni hrupa ozadja infrazvoka in vključiti ravni pravega infrazvočnega hrupa ozadja v nacionalno zakonodajo za mejne vrednosti.

CILJ 3:   DOKAZATI HIPOTEZO, da se amplitude infrazvoka v prostorih lahko zmanjša, če so primarni izvori infrazvoka in akustične resonance prostorov ustrezno identificirane, kar bo omogočilo pripraviti metodologijo zmanjševanja infrazvoka.

CILJ 4:   INFORMIRATI in IZOBRAŽEVATI javnost o infrazvoku, pseudozvoku in ponovno pridobiti zaupanje javnosti v znanstveni pristop k meritvam infrazvoka preko demonstracije metodologij zmanjševanja infrazvoka v zaprtih prostorih.

Da bi dosegli cilje, predlagamo novo metodologijo za merjenje in ločevanje infrazvoka od pseudozvoka, ki temelji na delu Wilsona [41]. Nova metodologija bo vključevala nize infrazvočnih senzorjev oz. mikrofonov, podprtih z našimi novimi algoritmi  za identifikacijo smeri prihoda zvoka. Glede na to, da so izračuni smeri omejeni na ravnino, je za vsako hitrost širjenja tlačnih valov potreben samo enodimenzionalni vektor zakasnitve. To bo omogočilo ločen izračun korelacij za pravi infrazvok (z vektorji zakasnitve za c₀=344 m/s) in za pseudozvok v območju hitrosti vetra (z vektorji zakasnitev za različne hitrosti vetra 0 m/s < v_vetra < 15 m/s). Ocena korelacij med vsemi kombinacijami parov senzorjev bo razkrila, ali so nihanja tlaka, ki jih zazna niz senzorjev, pristen infrazvok ali psevdozvok, ki ga ustvarja turbulentno gibanje zraka, kot je to prikazal že Wilson.

Vetrne Elektrarne (VE) delujejo samo ob prisotnosti močnejšega vetra. Veter ustvarja turbulentno gibanje zraka (pseudozvok) kot tudi tisti pravi infrazvok. Gibanje turbulentnega toka čez ovoj stavbe povzroča tlačne oscilacije na površini zgradb. Fasadni elementi pričnejo vibrirati in s tem povzročajo tlačne oscilacije v obliki infrazvoka na njihovi drugi strani – v prostorih. Izkaže se, da tudi veter nad strehami ustvarja dinamične sile na ostrešja, ki v frekvenčnem območju segajo od infrazvoka (pod 20 Hz) do nizkofrekvenčnega zvoka (od 20 Hz do 200 Hz). Tudi te oscilacije sil na ostrešje veljajo za vire infrazvoka v stavbah.

 Infrazvok je običajno definiran kot tlačna oscilacija na izbrani lokaciji, s frekvencami pod mejo slišnega zvoka, običajno pod 20 Hz ali 16 Hz. Ta definicija je površna in zavajajoča. Posledično mnoge študije nenamerno pripisujejo učinke pseudozvoka infrazvoku, kar zamegljuje identifikacijo pravega vzroka infrazvoka v prostorih. Flemmer in sodelavci so predlagali, da bi lahko pojasnili prekomerne ravni/amplitude infrazvoka VE v prostorih s sklapljanjem infrazvoka in lastnimi frekvencami lahkih gradbenih konstrukcij (montažne hiše). Lisboa in soavtorji so pokazali, da veter, ki piha okoli stavb, povzroča infrazvok, ki moti ljudi. Pihanje vetra okoli stavbe povzroča infrazvok s frekvenco okoli 1Hz. Veter skozi reže je v njihovem primeru generiral infrazvok s frekvenco okoli 19 Hz. Veter okoli podpornih stebrov pa je generiral nizkofrekvenčni hrup okoli 35 Hz z ocenjeno amplitudi 74 dB(Z).

 Pseudozvok se nanaša na tlačne oscilacije v turbulentnem toku, ki pa se ne izsevajo v okolico. Pri tem se frekvenčno-amplitudno območje tlačnih oscilacij znotraj turbulentnega toka i.e pseudozvoka prekriva s frekvenčno-amplitudnim območjem infrazvoka. Tlačne oscilacije pseudozvoka so inherentne zračnim vrtincem vetra, ki nastajajo ob interakciji vetra z zgradbami, ali pa za VE. Ta pojav je ključen za razlikovanje med dejanskim infrazvokom, ki ga generira VE, in tlačnimi oscilacijami, tj. pseudozvokom, ki ga povzroča turbulentno gibanje zraka. Turbulentno gibanje zraka ustvarja tlačne oscilacije na površinah zgradb, ki vplivajo na stene, okna in vrata. Dve komponenti oscilacij tlaka na steni, imenovani infrazvok in pseudozvok, nista ločljivi z enojnim mikrofonom. Pseudozvok je opredeljen kot aerodinamična komponenta tlačne motnje, ki se širi s hitrostjo toka zraka, v nasprotju s pravim infrazvokom, ki se širi s hitrostjo zvoka (c₀ = 344 m/s). Pravi infrazvok je iz vira izsevana akustična energija, pseudozvok pa lahko opišemo tudi kot ne-sevalne oscilacije tlaka v turbulentnem toku. Tako mnoge študije do danes nevede vključujejo prispevek pseudozvoka k infrazvoku, kar preprečuje ustrezno identifikacijo pravih izvorov infrazvoka in s tem razumevanje naključnega pojavljanja ekstremnih ravni/amplitud infrazvoka v prostorih. Prisotnost vetra kot aero-akustičnega vira infrazvoka zato zahteva jasno ločitev med pseudozvokom in zvokom za natančno identifikacijo izvorov infrazvoka v prostorih.

 Pojavi akustičnih resonanc v stavbah: Človeška percepcija infrazvoka je okrepljena v prostorih zaradi njihovih akustičnih resonanc in mehanskih resonanc nosilnih struktur. Literatura in kratki izračuni kažejo, da Helmholtzeve frekvence prostorov f_H ležijo med 1Hz < f_H < 20 Hz, tj. v infrazvočnem območju pod naravnimi frekvencami stoječih valov v prostorih. Osnovne naravne frekvence stoječih valov f_SW ležijo v nizkofrekvenčnem območju, kar pomeni, da deloma že ležijo v slišnem delu. Akustične Helmholtzeve resonance prostorov in lastne frekvence stoječih valovanj, so ključne pri zaznavanju infrazvoka v prostorih. Prostori, katerih okna in vrata mejijo na hodnike, se lahko obravnavajo kot sklopljeni Helmholtzevi resonatorji v območju infrazvoka. Hansen in sodelavci so pokazali, da resonance nosilnih struktur, stoječa valovanja in pojav Helmholtzeve resonance znatno zmanjšajo zvočno izolacijo in privedejo do ojačenja infrazvoka. Flemmer in sodelavci so pokazali, da se vibracije ob resonanci tal lahko prenesejo na posteljo, kar posamezniki občutijo, čeprav infrazvok ostaja neslišen. Študija še ugotavlja, da so klasične stavbe manj nagnjene k tovrstnemu sklapljanju vibracij z infrazvokom kot montažne gradnje. Vinokurjeva raziskava o prostorih s prezračevalnimi kanali in z odprtimi okni pojasnjuje ojačenja infrazvoka s Helmholtzevimi resonatorji. Ojačenje v zgornjem območju nizkofrekvenčnega zvoka pa Vinokur pripisuje resonancam stoječega valovanja. Xiaojeva študija je pokazala, da lahko pod določenimi pogoji nastane tudi pulzacijsko prezračevanje – infrazvok, zaradi Helmholtzeve resonance med notranjim in zunanjim zračnim tlakom.

 Interakcija prostorov znotraj stavb z infrazvokom in turbulentnim zračnim tokom, tj. pseudozvok:

Veter sam po sebi generira zvok ob interakciji s stavbami. Infrazvok v prostorih torej lahko povežemo z aerodinamiko turbulentnih tokov. Gibanje turbulentnih tokov okoli zgradb pa je dobro raziskana tematika. Fanghui in sodelavci so pokazali kako veter čez strehe generira dinamične sile s frekvencami, ki segajo od infrazvoka (pod 20 Hz) do nizkofrekvenčnega zvoka (od 20 Hz do 200 Hz). Tudi Spjuth in Åkesson sta pokazala, da veter povzroča dinamične sile v nizkofrekvenčnem območju, kar inherentno povzroča nizkofrekvenčni zvok znotraj prostorov. Te sile se lahko štejejo tudi kot primarni izvor infrazvoka v stavbah, kar je ravno pojav, ki ga ta raziskava želi uporabiti pri razvoju strategij za zmanjšanje infrazvoka v prostorih in njegovega vpliva na ljudi. Rychtáriková s soavtorji je pokazala, da odprtine v fasadah, kot so okna, in periodične strukture na fasadah povzročajo aero-akustični hrup ob prisotnosti vetra. Stavba ali skupina stavb povzroča spremembo smeri in hitrosti vetra, kar povzroča vibracije na stavbah, posledično nastane ambientalni hrup, ki seva s površine zgradbe v okolico in vpliva na akustično okolje v zgradbi.

 Tehnike merjenja infrazvoka in pseudozvoka:

Natančno merjenje infrazvoka se sooča z velikimi izzivi, predvsem zaradi inherentne prisotnosti pseudozvoka. Potovanje turbulentnega toka zraka z vrtinci, velikimi od nekaj centimetrov do nekaj deset metrov, preko senzorjev povzroča tlačne oscilacije. Poleg tega senzor sam po sebi povzroča turbulenco na membrani mikrofona, kar generira lastni šum vetra. Webster s sodelavci so ovrednotili različne sisteme za zmanjšanje lastnega šuma vetra, kot so kupole in mrežice za upočasnjevanje vetra. Vetrna zaščita, kot so jo demonstrirali D’Amico s sodelavci, znatno zmanjša lastni šum vetra na mikrofonu, kar omogoča zaznavanje infrazvočnih signalov tudi pri povprečnih hitrostih vetra. Dauchez s sodelavci so pokazali, da je lahko optimizirana zaščita mikrofonov proti vetru učinkovitejša od uporabe cevnih mikrobaričnih senzorjev podobnih gabaritov.

Za lokalizacijo izvorov infrazvoka in spremljanje pseudozvoka se pogosto uporabljajo nizi senzorjev. Tehnike na osnovi niza infrazvočnih senzorjev/mikrofonov so ključne pri razlikovanju med pseudozvokom in infrazvokom. Wilson z avtorji je pokazal, da imajo turbulentne tlačne motnje (pseudozvok) in pravi zvočni valovi znotraj določenega frekvenčnega območja zelo različno prostorsko strukturo. Turbulentne motnje (valovne dolžine pseudozvoka) so krajše, za približno dva reda velikosti, od zvočnih valov. Kljub temu pa izziv za natančno ločevanje med pseudozvokom in infrazvokom še vedno ostaja.

 Zaključek pregleda literature: Čeprav je literatura o infrazvoku VE obsežna, je očitno, da obstaja vrzel v študijah, saj nobena ne obravnava korelacij med infrazvokom in pseudozvokom. To nakazuje na sistematično napako pri raziskavah vpliva infrazvoka VE na ljudi in biodiverziteto. Naš predlog projekta si prizadeva nasloviti to vrzel z zagotavljanjem vpogleda v pseudozvok kot vir tlačnih oscilacij, ki se lahko zaznajo kot infrazvočne frekvence. Ta pristop bo znatno prispeval k razumevanju pravih virov infrazvoka in njihovih vplivov na ljudi.