Větrné turbíny očima fyzika: my infrazvuk z „větrníků“ neslyšíme, ale naše těla ano

Dipl.-Phys. Dieter Böhme

Infrazvuk z větrných turbín neslyšíte, ale to neznamená, že ho váš organismus nevnímá. Kdybyste jej přece jen dokázali slyšet, byl by jako kapající kohoutek, u něhož nejde usnout – na rozdíl od zvuku mořských vln, které příjemně uspávají.

Otázka zdravotních rizik infrazvuku z větrných turbín zajímá obzvlášť lidi, v jejichž sousedství se plánuje výstavba větrných elektráren. To je zdrojem znepokojení průmyslu větrné energetiky, jenž potřebuje, aby byl odpor veřejnosti vůči jeho obchodnímu modelu co nejmenší.

Politici a masmédia prohlašují, že infrazvuk je neškodný, protože není slyšet. Dále uvádějí, že infrazvuk vydávají i jiné zdroje, jako jsou technická zařízení a doprava, jejichž tlaková hladina je dokonce vyšší než u větrných elektráren.

Pokud si postižení přesto na účinky turbín stěžují, jejich pocity bývají bagatelizovány s tím, že je způsobuje negativní psychologické očekávání, tzv. nocebo efekt. Zástupci a zastánci tohoto byznysu se zaštiťují studiemi (například studií Bádensko-Württemberského zemského institutu pro životní prostředí), jejichž autoři prohlašují že „podle dostupných poznatků nelze očekávat, že infrazvuk z větrných elektráren bude mít vliv na lidské zdraví“.

Proč už se nikdo neřídí principem předběžné opatrnosti?

Všechny tyto argumenty opomíjejí zásadu předběžné opatrnosti, která je zdůrazňována zejména při zavádění drakonických předpisů nařizujících bezprecedentně nízké limity pro oxidy dusíku a CO₂ v automobilovém průmyslu. Na druhou stranu, pokud jde o infrazvuk z větrných turbín, často se uvádí, že neexistují studie, jež by prokázaly jeho nepříznivé účinky na zdraví. Takhle vypadá dvojí metr.

A je tu ještě jeden podstatný rozdíl: infrazvuk z dopravního hluku je difúzní infrazvuk. Skládá se ze stochasticky rozložených frekvencí, zvukového „koberce“ podobného zvuku moře. Naproti tomu infrazvuk z větrných turbín má periodický charakter – vzniká pokaždé, když lopatka rotoru projde kolem stožáru. Každá větrná turbína generuje velmi specifické frekvence, které závisí na velikosti turbíny.

Abychom infrazvuk pochopili, musíme si nejprve udělat krátký exkurz do fyziky. Nebojte se, budu se držet toho nejpodstatnějšího.

Když to člověk neslyší, tak to asi neexistuje!

Připomeňme si, jaký je rozdíl mezi zvukem, infrazvukem a ultrazvukem.  To, co slyšíme, se nazývá zvuk. Frekvence, které lidský sluch nedokáže vnímat, se nazývají infrazvuk v případě velmi nízkých zvuků nebo ultrazvuk v případě velmi vysokých zvuků. Slyšet je samozřejmě stále lze – to je ovšem vyhrazeno jiným živočišným druhům. Například netopýři slyší ultrazvuk a velryby infrazvuk.

Lidský sluch je přírodou „navržen“ tak, že infrazvuk neslyší, jinak by neustále vnímal tlukot srdce a další zvuky z nitra našich útrob. Nemůžeme infrazvuk považovat za neškodný jen kvůli tomu, že ho naše smysly neregistrují. To by bylo podobné jako považovat za neškodnou radioaktivitu, tu přece také neslyšíme ani nevidíme.

Zvuk, ultrazvuk a infrazvuk jsou tzv. podélné vlny, tj. změny tlaku kmitající ve směru svého šíření v médiu. Slyšitelný zvuk v rozsahu přibližně 20 hertzů (Hz) až 20 kilohertzů (kHz), infrazvuk (pod 20 Hz) a ultrazvuk (nad 20 kHz) se od sebe fyzikálně liší frekvencí, a tedy i vlnovou délkou. Vlnová délka (λ), z níž vyplývají interakce se strukturou okolní hmoty, souvisí s frekvencí (f) a rychlostí zvuku (v) v příslušném prostředí. To popisuje vzorec:

v = λ * f

V rozsahu, jenž je nejsnáze slyšitelný (kolem 1 kHz) je to 34 centimetrů, na prahu možností lidského sluchu (20 Hz) je to již 17 metrů a infrazvuk 1 Hz má ve vzduchu vlnovou délka 343 metrů.

To znamená, že ve vzdálenosti 1 000 metrů od větrné turbíny projde infrazvuková tlaková vlna v závislosti na frekvenci pouze jednou nebo několika periodami změny tlaku. Infrazvuk se tedy šíří stejně daleko jako typické basové dunění z koncertu rockové kapely, které je slyšet i ze sousední vesnice. Vedle toho se infrazvuk šíří skrz zemi jako tzv. zvuk šířený strukturou hmoty.

Technické předpisy pro nízkofrekvenční hluk najdete v normách DIN 45680 a TA Lärm. Obě normy platí pro hladinu akustického tlaku a neberou v úvahu zvukový vzor (vzor frekvencí). Hladina akustického tlaku (Lp) je definována následovně; základní měrnou jednotkou je bel, obvykle se hluk měří v decibelech (dB). Vzorec zní:

Lp = 20 lg (p/p0)

Objasníme si značky obsažené ve vzorci:

Lp = hladina akustického tlaku (Sound Pressure Level = SPL) v měrné jednotce decibel (dB); p = naměřený akustický tlak; p0 = práh slyšení. (µPa) U sinusového kmitání o frekvenci 1 kHz je to 20 mikropaskalů; lg označuje dekadický logaritmus.

Z toho vyplývá, že slyšitelný zvuk má velmi široký rozsah akustického tlaku, jenž se pohybuje od prahu slyšitelnosti (p0 = 20 µPa = 0,000020 Pa) až po 200 Pa – což odpovídá 140 dB čili zvuku startu proudového letadla z bezprostřední vzdálenosti – tam je akustický tlak přes sedm řádů (10⁷) neboli 10milionkrát vyšší. Tento velmi široký rozsah je důvodem, proč vzorec tento vztah popisuje pomocí logaritmické funkce.

Ze vzorce také vyplývá, že každých 20 dB se akustický tlak zvýší desetkrát. Hodnota 40 dB tedy znamená, že akustický tlak je 100krát vyšší než u zvuku na prahu slyšitelnosti. U hodnoty 80 dB je již 10 000krát vyšší než u zvuku na prahu slyšitelnosti. Na druhou stranu zvukový tlak dvou větrných turbín, z nichž každá vyluzuje zvuk o síle 70 dB, nelze kvůli logaritmické funkci sečíst (tak, aby bylo výsledkem 140 dB) – výsledná hodnota bude pouze o 3 decibely vyšší.

Práh slyšitelnosti (p0) byl stanoven na frekvenci 1 kHz. Protože však lidské ucho nemá ve frekvenčním rozsahu 20 Hz až 20 kHz stejnou citlivost jako při 1 kHz, provedla se úprava. Představte si to jako filtr.

Toto takzvané A-hodnocení stupnice dB pro slyšitelný zvuk dalo vzniknout stupnici dB(A). Hodnota 85 dB(A) je pro lidský sluch dlouhodobě škodlivá. Existují i další měrné koeficienty pro úpravu stupnice dB. Například nehodnocená, nefiltrovaná (nulová) stupnice se označuje jako dB(Z).

Infrazvuk se hodnotí na stupnici dB(G). Zahrnuje standardizovaný rozsah 8 až 100 Hz a informativní rozsah 1 Hz až 8 Hz.

Měření infrazvuku z větrné elektrárny

Nyní tedy víme, že zvuk souvisí se změnami tlaku – a totéž platí pro infrazvuk. Pokaždé, když lopatka rotoru projde kolem věže, se na místě změní tlak. Tím vzniká tlakový puls se strmými hranami, který se šíří ve formě infrazvuku.

Frekvenci (v Hz) lze určit tak, že spočítáme počet průletů lopatky za minutu a vydělíme ji 60. Nové, velké větrné turbíny mají nižší frekvenci – přibližně 1 Hz a méně – než starší, menší větrné turbíny. Strmé hrany tlakového impulsu mají za následek, že kromě základní frekvence vzniká i několik jejích celočíselných násobků, tzv. harmonických. Ty známe i z elektrotechniky a vyskytují se u každého průběhu, který se odchyluje od sinusového.

Ve vzdálenosti tisíce metrů od větrné turbíny vzniká následující situace:

Příklad zvukového spektra větrné turbíny: Frekvence větrné turbíny se zde pohybuje kolem 0,7 Hz (první modrý vrchol) s jasně rozpoznatelnými harmonickými frekvencemi. Měření bylo provedeno u obytné budovy vzdálené asi jeden kilometr. Foto: spol. Dr. Kühner GmbH z pověření Spolkového úřadu pro životní prostředí (UBA).

Spektrogram ukazuje strmý impuls na základní frekvenci (kolem 0,7 Hz) a několik harmonických v rozsahu do 8 Hz. Zajímavý je rozdíl mezi měřením na stativu, tj. ve vzduchu, a měřením na podlahové desce, které zaznamenává zvuk přenášený konstrukcí, jenž snadněji proniká do budov.

Zvuk šířený konstrukcí (modrá barva) také vykazuje, alespoň u prvních harmonických frekvencí, výrazně silnější tlakové impulsy a podstatně méně šumu v pozadí. Z toho vyplývá, že samotná měření ve vzduchu nezachycují celý účinek infrazvuku z větrných turbín na lidi v budovách.

Tato měření Spolkové agentury pro životní prostředí dokazují, že ačkoli to není z hlediska měřicí techniky jednoduché, je možné měřit pomalu se měnící hladinu tlaku (kolem 1 Hz) navzdory hluku pozadí.

Ukazuje však také, že jediný tlakový ráz vyvolaný lopatkami rotoru vyvolá celý „ohňostroj“ frekvencí, podobný kupříkladu vrzání dveří. To může u větrné farmy narůst až k nezaměnitelnému pocitu „neslyšného nebezpečí“.

Jaká měření nařizuje německá norma DIN 45680:

1. V rozsahu > 8 Hz se měří normativně. Kromě hluku pozadí se zde nevyskytují žádné infrazvukové frekvence z nových velkých větrných turbín.
2. V pásmu 1 – 8 Hz, kam nicméně spadá většina frekvencí infrazvuku z velkých větrných turbín, lze měření provádět pouze „nenormativně“, tj. na základě podezření. Tento rozsah však pokrývá prakticky všechny frekvence infrazvuku z velkých větrných turbín.
3. V rozsahu < 1 Hz se neprovádějí vůbec žádná měření, ačkoli se zde může vyskytovat základní frekvence infrazvuku a několik harmonických. Základní frekvence nejnovějších větrných turbín je 0,3 Hz. První a druhá harmonická frekvence jsou pak 0,6 a 0,9 Hz, což opět spadá do tohoto frekvenčního rozsahu.

Zjednodušeně řečeno to znamená, že frekvenční spektrum infrazvuku (< 8 Hz) vydávaného novými velkými větrnými turbínami se podle normy DIN 45680 ve valné většině případů oficiálně neměří. Jako fíkový list působí „klička“, že měření mezi 1 a 8 Hz jsou nenormativní, tj. mohou být prováděna pouze v případě podezření. Přitom frekvence novějších, větších větrných turbín se stále více posouvají pod 1 Hz, tedy do rozsahu, kde se neměří naprosto vůbec.

Kdo nám vlastně stanovuje normy

Německý institut pro normalizaci (DIN) je registrované sdružení (e. V.) a podporuje jej soukromý sektor. Normy jsou vypracovávány na základě konsensu. Pokud tedy průmysl, včetně větrné energetiky, nemá zájem o konkrétní normu DIN, žádná taková norma nevznikne. Z toho vyplývá potřeba jednat. Zde by měli zasáhnout zákonodárci, kteří však prohlásili, že větrná energie je ve „veřejném zájmu“, což se lidem v sousedství větrných farem může právem zdát jako výsměch.

Zvukové frekvence mohou prostřednictvím rezonance navodit velmi hmatatelné změny. Například lze zvukovými vlnami o „té pravé“ frekvenci roztříštit skleničku nebo při uspořádaném pochodu způsobit zřícení mostu (proto je v Německu zakázáno jednotně pochodovat po mostech). Říká se tomu „rezonanční katastrofa“.

Klidová frekvence lidského srdečního tepu je 35 až 45 úderů za minutu, s maximem kolem 140. Tyto frekvence mezi 0,5 a 2,3 Hz svým rozsahem odpovídají infrazvuku z velkých větrných turbín.

To znamená, že srdce, jeden z nejdůležitějších orgánů, je přímo vystaveno rezonanci infrazvuku. Je naléhavě zapotřebí prozkoumat, které orgány a buňky reagují na které frekvence infrazvuku.

Kozy „měří“ infrazvuk lépe než citlivé přístroje

Vnímavost živých organismů vůči infrazvuku dokládá chování koz, které už od nepaměti popadá před zemětřesením nervozita. Vědci dokonce pracují na jakémsi systému včasného varování založeném na chování těchto vnímavých zvířat.

Jeden z jejich postřehů zní: „Kozy byly nervózní již před […] erupcemi, dlouho předtím, než zareagovaly seismologické přístroje.“ To vyvrací často omílanou teorii, že pokud detektor podle normy DIN nic nezjistí, musí být prostředí bezpečné.

Nervozita koz před zemětřesením dokazuje opak a připomíná nám nepopulární fakt, že biologické senzory mohou být mnohem lepší než technické. Nic takového si nehodlají politici a média připustit.

Je nezodpovědné zlehčovat toto téma a odvolávat se na staré studie provedené za úplně jiných technických podmínek. Vliv infrazvuku na lidi, zvířata, rostliny a složité ekosystémy je příliš důležitou otázkou na to, aby byla odpověď ponechána v rukou lobby větrné energetiky.

Zdroj