Ein Ansatz für die Schallimmissionsprognose tieffrequenter Geräusche

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1 Ein Ansatz für die Schallimmissionsprognose tieffrequenter Geräusche Seminar 17/2013 Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie 29. Mai 2013

2 Ein Ansatz für die Schallimmissionsprognose tieffrequenter Geräusche Inhalt: Motivation Problematik Beurteilungsgrundlagen Vorhandene Prognoseansätze Hinweise zur Genehmigung und Überwachung von Biogasanlagen in Mecklenburg- Vorpommern Leitfaden Tieffrequente Geräusche bei Biogasanlagen und Luftwärmepumpen, LfU Vorschlag für die Schallimmissionsprognose tieffrequenter Geräuschimmissionen / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 2

3 Problematik der Prognose tieffrequenter Geräuschimmissionen Schallimmissionsprognose üblicherweise nur im Freien Ortsabhängigkeit des Schalldrucks p, besonders bei tiefen Frequenzen Raumresonanzen: 2 f Eigenfrequenz der Mode (n x, n y, n z ) c Schallgeschwindigkeit (343 m/s bei 20 C) n Ordnung der Mode in Raumrichtung x, y oder z l Raumabmessung in Raumrichtung x, y oder z Rechenbeispiel: c = 340 m/s, (n x,n y,n z ) = (1, 0, 0), l x = 5 m -> f = 34 Hz / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 3

4 Problematik der Prognose tieffrequenter Geräuschimmissionen Für tiefe Frequenzen (< 100 Hz) gibt es keine Anforderungen an das Schalldämmmaß R der Außenbauteile. Das Schalldämmmaß bzw. die Schallpegeldifferenz D ist in diesem Frequenzbereich kaum bekannt. Massengesetz für das Schalldämmmaß R von Platten: (gilt im Frequenzbereich unterhalb der Koinzidenzfrequenz) + 6 db je Verdopplung der flächenbezogenen Masse m + 6 db je Verdopplung der Frequenz f / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 4

5 Problematik der Prognose tieffrequenter Geräuschimmissionen Keine Berücksichtigung von kohärenten Reflexionen bei der Schallausbreitungsrechnung schwer mit der erforderlichen Genauigkeit zu modellieren Effekt ist von der Wellenlänge abhängig und diese von der Temperatur / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 5

6 Beurteilungsgrundlagen Sechste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm - TA Lärm), 26. August 1998 DIN 45680, Messung und Bewertung tieffrequenter Geräuschimmissionen in der Nachbarschaft, März 1997 Beiblatt 1 zu DIN 45680, Messung und Bewertung tieffrequenter Geräuschimmissionen in der Nachbarschaft, Hinweise zur Beurteilung bei gewerblichen Anlagen, März 1997 Entwurf DIN 45680, Messung und Beurteilung tieffrequenter Geräuschimmissionen, August / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 6

7 Bekannte Prognoseansätze Hinweise zur Genehmigung und Überwachung von Biogasanlagen in Mecklenburg-Vorpommern Anforderungen zur Vermeidung und Verminderung von Gerüchen, Lärm und sonstigen Emissionen, Vorsorge vor sonstigen Gefahren, Zuständigkeiten Erlass des Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Vom , geändert am Tieffrequente Geräusche bei Biogasanlagen und Luftwärmepumpen - Ein Leitfaden, Bayerisches Landesamt für Umwelt, Februar 2011 Diese werden im Folgenden beschrieben: / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 7

8 Nach: Hinweise zur Genehmigung und Überwachung von Biogasanlagen in Mecklenburg-Vorpommern Anforderungen zur Vermeidung und Verminderung von Gerüchen, Lärm und sonstigen Emissionen, Vorsorge vor sonstigen Gefahren, Zuständigkeiten Erlass des Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Vom , geändert am / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 8

9 Hinweise zur Genehmigung und Überwachung von Biogasanlagen in Mecklenburg-Vorpommern Der insgesamt von der Betriebseinheit Motorhaus/Containermodul (Zu- und Abluftöffnungen, Tischkühler, Abgasaustritt, Motorhaus- bzw. Containeroberfläche) abgestrahlte immissionswirksame Schallleistungspegel L WA (vgl. Nummer A TA Lärm) soll einen Wert von 90 db(a) nicht überschreiten. Dieser Wert für den immissionswirksamen Schallleistungspegel kann standortbezogen modifiziert werden. Prognose nach Nummer A in Verbindung mit A.1.5 der TA Lärm Dimensionierung der Schalldämpfer so, dass die Hörschwellenkurve der DIN in Innenräumen sicher eingehalten wird / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 9

10 Hinweise zur Genehmigung und Überwachung von Biogasanlagen in Mecklenburg-Vorpommern Dem Stand der Technik entsprechende Lärmschutzmaßnahmen: Motoraufstellung in einem allseits geschlossenen Container mit hohem Schalldämmmaß oder in einem Massivgebäude, Schalldämpfer in den Lüftungsöffnungen des Containers oder Gebäudes, Schalldämpfer in der Abgasleitung zwischen Motor und Kamin, abgestimmt auf das Frequenzspektrum (Tonhaltigkeit), Gegebenenfalls Schallisolierung der Abgasleitungen, Geräuscharme Luftkühler mit abgeschirmter Aufstellung, Maßnahmen zur Vermeidung von Körperschallübertragung zum Beispiel am Kamin, Kühler und Motor (schwingungsentkoppelte Aufstellung des Biogasmotors), Beschränkung von Tätigkeiten, die im Regelbetrieb zu auffälligen Geräuschen führen (Transporte, Beschickung der Anlage und ähnliches) möglichst auf die Tagzeit / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 10

11 Hinweise zur Genehmigung und Überwachung von Biogasanlagen in Mecklenburg-Vorpommern Anlage 2, Überschlägige Prognose und Beurteilung der tieffrequenten Schallimmissionen des BHKW-Abgaskamins im Freien - Hinweise für die Genehmigung und Überwachung Hinweis auf tieffrequente Einzeltöne in den Terzen mit Mittenfrequenz f: 4-Zylinder-Reihenmotor 5-Zylinder-Reihenmotor 6-Zylinder-Reihen- bzw. 12-Zylinder-V-Motor 8-Zylinder-Reihen- bzw. 16-Zylinder-V-Motor f = 50 Hertz f = 63 Hertz f = 80 Hertz f = 100 Hertz erhebliche Belästigungen bereits dann möglich, wenn die Hörschwelle in Innenräumen nur geringfügig überschritten ist / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 11

12 Hinweise zur Genehmigung und Überwachung von Biogasanlagen in Mecklenburg-Vorpommern, Anlage 2 TA Lärm -> Entwurf der DIN ISO /97 Übertragung des Verfahrens auf die Terzfrequenzbänder 50 Hz,, 100 Hz: L Terz,eq,außen = L WTerz,eq - A div - A gr - A bar L Terz,eq,außen : Mittelungspegel je Terz, außerhalb des Gebäudes in Entfernung d L WTerz,eq : Schallleistungspegel je Terz des BHKW-Abgasgeräuschs im bestimmungsgemäßen Betrieb (Herstellerangabe oder Messung an vergleichbarer Anlage) A div : geometrische Ausbreitung (Abstandsmaß), A div = [ 20 lg (d/d 0 ) + 11] db mit d 0 = 1 m d: seitlicher Abstand von der Mitte der BHKW-Abgaskaminmündung zum Immissionsort A gr : Im Bodeneffekt A gr = -3 db ist das Richtwirkungsmaß DΩ für die Schallausbreitung in den Halbraum bereits enthalten. A bar : Abschirmung durch große Hindernisse/Gebäude, kann in der Berechnung erfasst werden / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 12

13 Hinweise zur Genehmigung und Überwachung von Biogasanlagen in Mecklenburg-Vorpommern, Anlage 2 Überschlägige Prognose tieffrequenter Geräusche vor der schützenswerten Bebauung durch BHKW-Abgaskamin: * In Nr. 7.3 Abs. 2 TA Lärm i.v. mit Nr. A.1.5 TA Lärm wird auf die Anwendung der DIN /03.97 "Messung und Bewertung tieffrequenter Geräuschimmissionen in der Nachbarschaft" und deren dazugehöriges Beiblatt 1 verwiesen. Nach Nr. 3.1 dieser Vorschrift kann der Messbereich auf die Terzmittenfrequenz von 100 Hertz erweitert werden, wenn dieser Bereich geräuschbestimmende Anteile enthält. Insbesondere der 8-Zylinder- Reihenmotor und der 16-Zylinder-V- Motor können einen Einzelton von 100 Hertz emittieren. ** Wegen der BHKW-Kaminhöhe von zumeist h 10 m kann dieser Term in vielen Fällen = 0 gesetzt werden / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 13

14 Hinweise zur Genehmigung und Überwachung von Biogasanlagen in Mecklenburg-Vorpommern, Anlage 2 Beurteilung / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 14

15 Hinweise zur Genehmigung und Überwachung von Biogasanlagen in Mecklenburg-Vorpommern, Anlage 2 Messung an der Abgaskaminmündung in Anlehnung an Nr. 6.2 der DIN 45635, Teil 47 : Geräuschmessung an Maschinen - Luftschallemission, Hüllflächen-Verfahren, Schornsteine, Juni / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 15

16 Nach: Tieffrequente Geräusche bei Biogasanlagen und Luftwärmepumpen - Ein Leitfaden, Bayerisches Landesamt für Umwelt, Februar / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 16

17 Tieffrequente Geräusche bei Biogasanlagen und Luftwärmepumpen Ein Leitfaden, Bayerisches Landesamt für Umwelt Schalltechnische Grundlagen, tieffrequente Geräusche, Beurteilungsgrundlagen, Biogasanlagen, Schallsdchutzmaßnahmen, Luftwärmepumpen,, Literatur Überschlägige Prognose tieffrequenter Schallimmissionen für den Innenraum (Abschnit 6.1) Abschätzung des Innenpegels in Anlehnung an Gleichung (G4) der TA Lärm: L eq,terz,innen = L Weq,Terz + K 0-20 lg (s) db - 11 db - R L eq,terz,innen L Weq,Terz K 0 s R Unbewerteter Schallimmissionspegel für die zu untersuchende Terzfrequenz im Innenraum Unbewerteter Schallleistungspegel für die zu untersuchende Terzfrequenz Raumwinkelmaß, hier 3 db Entfernung zwischen Biogasanlage und Wohngebäude in m mittleres Schalldämmmaß für die Außenbauteile des Wohngebäudes, hier 15 db Anmerkung: gemeint ist hier die Schallpegeldifferenz D zwischen außen und innen / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 17

18 Tieffrequente Geräusche bei Biogasanlagen und Luftwärmepumpen Ein Leitfaden, Bayerisches Landesamt für Umwelt Beispiel: L Weq,Terz,80Hz = 108,9 db; L HS,80Hz = 28 db s = 400 m (K 0 = 3 db; 20 lg(400) = 52; D = 15 db) L eq,terz,80hz,innen L 1 = L eq,terz,80hz,innen - L HS,80Hz = 34 db = 6 db Beurteilung nach Beiblatt 1 zu DIN 45680: : Anhaltswert für Einzelton bei 80 Hz, nachts: 5 db / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 18

19 Tieffrequente Geräusche bei Biogasanlagen und Luftwärmepumpen Ein Leitfaden, Bayerisches Landesamt für Umwelt Schallschutzmaßnahmen: Schwingungsisolierung des Gasmotors Biogasmotor in Massivgebäude oder in Container mit hoher Einfügungsdämmung Lüftungsöffnungen mit Schalldämpfern, von IO abgewandt Kapselung / Einhausung des Biogasverdichters Kapselung / Einhausung ggf. vorhandener Abgasreinigung mit Gebläse Schallisolierung der Abgasleitungen (Fugendichtung am Gebäude) Geräuscharme Luftkühler, abgeschirmte Aufstellung Körperschallentkopplung des Kamins Abschirmung, Kapselung der Rührwerke Abschirmung, Kapselung des Substratdosierers / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 19

20 Vergleich Erlass Mecklenburg-Vorpommern Überschlägige Prognose und Beurteilung der tieffrequenten Schallimmissionen im Freien Beurteilung am Immissionsort außen mit Sicherheitsreserve Berücksichtigung von nicht vorhersehbaren Pegelerhöhungen durch Raum- und Bauteilresonanzen Bayerisches Landesamt für Umwelt Überschlägige Prognose tieffrequenter Schallimmissionen für den Innenraum Beurteilung nach DIN innen Berücksichtigung einer Schallpegeldifferenz zwischen innen und außen Hohe Sicherheit der Einhaltung der Anhaltswerte Überschlägige Prognose / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 20

21 Ein Ansatz für die Schallimmissionsprognose tieffrequenter Geräusche / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 21

22 Ein Ansatz für die Schallimmissionsprognose tieffrequenter Geräusche Die vorgenannten Ansätze unterscheiden sich erheblich in der Beurteilung. Fragen: Welche Schallpegeldifferenzen außen - innen sind realistisch? Wie sollen Phänomene der Schallausbreitung berücksichtigt werden? / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 22

23 Ein Ansatz für die Schallimmissionsprognose tieffrequenter Geräusche Abschätzung für den Terz-Schalldruckpegel innen L eq,terz,innen zum Vergleich mit den Anhaltswerten gemäß Beiblatt 1 zu DIN 45680: 1997 L eq,terz,innen = L Weq,Terz - A div + K 0,mod D L Weq,Terz Terz-Schallleistungspegel A div Abstandsmaß A div = [20 lg (d/d 0 ) + 11] db K 0,mod modifiziertes Raumwinkelmaß K 0,mod = 2K 0 (Halbraum: 6 db ) D Schallpegeldifferenz außen-innen im Terzband Berücksichtigung einer Reflexion: Addition kohärenter (zusammenhängender) Signale -> Addition der resultierenden Schalldruck-Effektivwerte von Quelle und Spiegelschallquelle (nicht der Effektivwertquadrate) / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 23

24 Ein Ansatz für die Schallimmissionsprognose tieffrequenter Geräusche Schallpegeldifferenz außen-innen: Wird angelehnt an bei tiefen Frequenzen gemessene Schallpegeldifferenzen: 26 Messungen in 14 Wohnungen Representativ für dänische Landhäuser und Vororte Kurve so gewählt, dass sie durch 67% der Werte überschritten wird Quelle: Jakobsen, Jørgen. "Danish Regulation of Low Frequency Noise from Wind Turbines." Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control 31.4 (2012): / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 24

25 Ein Ansatz für die Schallimmissionsprognose tieffrequenter Geräusche Vorschlag für Schallpegeldifferenzen D: Terz-Mittenfrequenz fin Hz Schallpegeldifferenz D in db Schallpegeldifferenzen müssen verifiziert werden, sind zunächst abgeleitet aus den vorgenannten Messergebnissen (Jacobsen, 2012) Massegesetz bezüglich der Frequenzabhängigkeit erfüllt (6 db/okt.) , / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 25

26 Ein Ansatz für die Schallimmissionsprognose tieffrequenter Geräusche Beispiel: L eq,terz,innen = L Weq,Terz - A div + K 0,mod D D = 400 m f L Weq,Terz A div K 0,mod D L eq,terz,innen L HS,80Hz Hz db db db db db db ? , , , / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 26

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Christoph Fritzsche Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie Göschwitzer Straße Jena Tel.: / Prognose bei tiefen Frequenzen - Christoph Fritzsche, TLUG 27