tieffrequenter laerm von grossen windkraftanlagen

8/9/2019 Tieffrequenter Laerm von grossen Windkraftanlagen

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Henrik Mller und Christian Sejer Pedersen

Tieffrequenter Lrmvon groen Windkraftanlagen

AALBORG UNIVERSITET


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Tieffrequenter Lrm von groen Winkraftanlagen

bersetzung der dnischen Studie

Lavfrekvent stj fra store vindmller

Von Henrik Mller und Christian Sejer Pedersen

Abteilung fr AkustikAalborg Universitet 2010


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Tieffrequenter Lrm von groen WindkraftanlagenISBN 978-87-92328-30-4 Copyright 2010 Henrik Mller und Christian Sejer Pedersen

Herausgegeben von:Abteilung fr AkustikInstitut fr Elektronische Systeme

Aalborg UniversitetFredrik Bajers Vej 7, B5DK-9220 Aalborg , DanmarkTelefon (+45) 9940 8710, telefax (+45) 9815 2144E-mail [email protected]

Anmerkung des bersetzersIn dem nachfolgenden Bericht werden die Begriffe Schalldruckund Schallleistungverwendet.Der Schalldruck wird in Pa (Pascal) gemessen = LP (beschreibt die Strke des Schalls, abhngigvom Abstand zur Schallquelle).Die Schalleistung wird in W (Watt) gemessen = LW (beschreibt die Schallquelle, nicht abhngigvom Abstand).Zur besseren Darstellung werden beide in der logarithmischen Gre dB (Dezibel) dargestellt.

DerSchalldruckpegel(dB) [Schallfeldgre] ist daher nicht mit dem Schallleistungspegel (dB)[Schallenergiegre] zu verwechseln.
mailto:[email protected]:[email protected]


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INHALT

VORWORT . . . . . . . 5

ZUSAMMENFASSUNG. . . . . . 6

1 EINLEITUNG . . . . . . . 71.1 Tieffrequenter Schall und Infraschall . . . . 71.2 Frhere Studien . . . . . . . 7

1.2.1 Schlussbetrachtung der Resultate der frheren Studien . 111.3 Kurzbeschreibung der Studien. . . . . . 11

2. METHODEN . . . . . . . 122.1 Windkraftanlagen . . . . . . . 12

2.2 Emittierte Schallleistung . . . . . . 122.3 Outdoor-Schalldruckpegel bei WKA-Nachbarn . . . 132.4 Schalldmmung . . . . . . . 132.5 Indoor-Schalldruckpegel bei WKA-Nachbarn . . . 142.6 Statistische Methoden . . . . . . 14

3. Ergebnisse und Schlussfolgerungen. . . . 143.1 Emittierte Schallleistung . . . . . . 15

3.1.1 LWA undLWALF . . . . . . . 153.1.2 Schallleistungspegel in den 1/3-Oktavbndern. . . 163.1.3 Toninhalt . . . . . . . 193.1.4 Direktivitt . . . . . . . 203.1.5 Bedeutung der Windgeschwindigkeit . . . 22

3.2 Outdoor-Schalldruckpegel bei WKA-Nachbarn . . . 223.3 Schalldmmung . . . . . . . 24

3.3.1 Unzulnglichkeiten der Schalldmmungsmessmethode. . 253.4 Indoor-Schalldruckpegel bei WKA-Nachbarn . . . 26

3.4.1 Der dnische Lrmrichtwert fr Huser . . . 28

4. Generelle Betrachtungen . . . . 284.1 Lrm als Funktion der WKA-Gre . . . . . 28

4.2 Variationen der WKA . . . . . . 294.3 Daten des Projektes WINDFARMperception . . . 304.4 Tonkomponenten . . . . . . . 324.5 Erdreflexion . . . . . . . . 344.6 Fenster . . . . . . . . 344.7 Geschtzte Schallleistungen noch grerer WKA . . . 344.8 Atmosphrische Verhltnisse . . . . . . 38

5. Schlussfolgerungen . . . . . . 40

Referenzen . . . . . . . . 42


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VORWORT

Windkraftanlagen werden immer grer, und es entstehen Bedenken, dass der Lrm von den WKAsich auf der Frequenzskala nach unten bewegt und der Anteil am tieffrequenten Lrm undInfraschall steigen wird und ein Niveau erreicht, wo es die Anwohner stren kann. Die Tagespresse

berichtet regelmig ber Rumpeln und lstigen Lrm von groen Windkraftanlagen und es wirdoft behauptet, dass der Lrm sich sehr weit verbreitet. Die wissenschaftliche Literatur berInfraschall und tieffrequente Gerusche von groen Windkraftanlagen ist dagegen eher begrenzt.

Dies war der Hintergrund fr ein dnisches Projekt, in dem Delta, eine Beratungsgesellschaft undoffizielles Akustiklabor der dnischen Umweltagentur, zur Messung und Aufzeichnung des Lrmsgroer WKA vorgesehen war. Aalborg Universitt sollte dann Hrexperimente in deren Labordurchfhren zur Beurteilung der Belstigung durch die WKA und mit anderen verwandten Belsti-gungen durch Lrmquellen, wie z.B. Verkehrslrm, vergleichen. Die Studie sollte das gesamteSpektrum des Lrms umfassen, aber besondere Aufmerksamkeit sollte dem tieffrequenten Lrm undInfraschall gewidmet werden. Die Studie sollte auerdem ein Speziallabor fr niederfrequentenSchall an der Universitt Aalborg [1,2] nutzen und im brigen das Engagement und die Erfahrungder Universitt, die sie ber Jahrzehnte in der Erforschung niederfrequenten Schalls und Infra-schalls gewonnen hat, ausnutzen.

Leider musste Aalborg Universitt das Projekt beenden, bevor die Hrversuche durchgefhrtwerden konnten, weil Delta nicht in der Lage oder nicht bereit war, etliche Fragen, die vonBedeutung fr die Auswahl und Dokumentation von Tonaufnahmen fr die Hrexperimentegewesen wren, zu klren. Es wurde der Universitt auch nicht ermglicht, Zugriff auf alleAufnahmen zu bekommen, was nach Auffassung der Autoren des vorliegenden Berichts, absolutnotwendig fr eine begrndete Auswahl der Aufnahmen fr diese Versuche gewesen wre. Die

Hrtests sind daher nicht durchgefhrt worden, weshalb dieser Bericht auf die Analyse undDiskussion ber die physikalischen Messungen begrenzt ist.

Die Studie erhielt eine finanzielle Untersttzung aus dem Energie-Forschungs-Programm der dni-schen Energieagentur und von der Universitt Aalborg.

Aalborg, 11.Juni 2010

Henrik Mller und Christian Sejer Pedersen


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ZUSAMMENFASSUNG

Die Studie analysierte Daten aus 48 groen und kleinen Windkraftanlagen. Die Ergebnisse zeigen,dass groe Windkraftanlagen (2,3 bis 3,6 MW) relativ mehr niederfrequentes Rauschen(1) alskleine Windkraftanlagen (bis zu 2 MW) emittieren. Entfernt sich das Rauschen von der WKA

erhht sich der niederfrequente Anteil, weil die Luft-Absorption die hohen Frequenzen mehrreduziert als die tiefen.

Schaut man auf den A-bewerteten Schalldruck im Bereich der betroffenen Anwohner-Distanzen,belegen die tiefen Frequenzen einen wesentlichen Teil des Lrms. Es besteht daher kein Zweifel,dass der niederfrequente Anteil des Lrmspektrums relevant ist fr die Lrmbelstigung derAnwohner in der Nhe von groen Windkraftanlagen.

Der tieffrequente Lrm kann auch drinnen stren, natrlich abhngig von der Geruschdmmung.Wenn der maximale Lrmpegel im Freien in der Nhe des maximal zulssigen in Dnemark(2)liegt, ist das Risiko gro, dass ein erheblicher Teil der Nachbarn vom tieffrequenten Lrm gestrt

wird, auch im Innenbereich.

Der Unterschied der tieffrequenten Gerusche von kleinen zu groen Anlagen kann als eineFrequenz-Verschiebung nach unten in dem relativen Frequenzspektrum von etwa 1/3 Oktavausgedrckt werden. Eine weitere Verschiebung von hnlicher Gre ist wahrscheinlich fr 10MW-Turbinen mit einem entsprechenden Anstieg der Lrmbelstigung.

Windkraftanlagen emittieren auch Infraschall(3), aber in Anbetracht der Empfindlichkeit desMenschen gegenber solchen Frequenzen, ist hier die Rede von sehr niedrigen Niveaus. Selbst sehrnahe an den WKA liegt der Schalldruck weit unter dem normalen Hrempfinden. Infraschall wirddaher nicht als ein Problem der WKA, deren Konstruktion und Gre den untersuchtenentsprachen, betrachtet.

Die emittierte A-bewertete Schallleistung steigt proportional mit der Leistung der WKA oder wahr-scheinlich noch mehr. Deshalb kontaminieren groe Windkraftanlagen das gleiche - oder nochgreres Gebiet mit Lrm, verglichen mit kleinen Turbinen mit der gleichen elektrischenGesamtleistung.

Es gibt Unterschiede von mehreren Dezibel Lrm von verschiedenen WKA der gleichen Gre,selbst wenn diese vom gleichen Typ und Modell sind. Whrend der Planungsphase muss deshalbeine Sicherheitsmarge kalkuliert werden um sicherzustellen, dass die gebauten WKA die

Lrmgrenzwerte einhalten. Es gibt hierfr eine internationale technische Spezifikation, aber diesewird oft nicht angewendet.

Unter bestimmten atmosphrischen Bedingungen kann der Lrm von Windkraftanlagen nochlstiger sein, und - vor allem der tieffrequente Anteil sich viel weiter ausbreiten als bisherangenommen. Es ist notwendig, hierber mehr Wissen von diesen Phnomen und derenAuswirkung zu erwerben.

1 Lrm im Frequenzbereich 20-200 Hz2 Ein A-bewerteter Schalldruckpegel von 44 dB3 Schall mit Frequenzen unter 20 Hz


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1 EINLEITUNG1.1 Tieffrequenter Schall und InfraschallEin paar einleitende Bemerkungen ber tieffrequenten Schall und Infraschall sind sicherzweckmig. Fr eine umfassende Beschreibung des menschlichen Gehrs bei niedrigenFrequenzen und Infraschall, siehe z.B. Mller og Pedersen [3].

Es wird allgemein davon ausgegangen, dass die untere Grenze des menschlichen Gehrs bei etwa20 Hertz (abgekrzt Hz, gleich Schwingungen pro Sekunde) liegt, und bei Frequenzen unterhalb 20Hz werden die Begriffe Infraschall und infrasonisch verwendet. Der Frequenzbereich 20-200 Hzwird als tieffrequenter Bereich beschrieben (manchmal mit einer etwas anderen Obergrenze).

Fr viele Menschen ist es aber berraschend, dass das Gehr nicht bei 20 Hz aufhrt. Ist derSchalldruck gro genug, knnen Menschen sogar bis 1 oder 2 Hertz Infraschall hren. Der Tonwird durch die Ohren wahrgenommen, aber die subjektive Qualitt ist anders als der Klang beihheren Frequenzen. Unterhalb 20 Hz verschwindet die tonale Bewertung, der Ton bekommt einendiskontinuierlichen Charakter, und es entsteht ein Druckempfinden auf dem Trommelfell. Beiwenigen Hertz verndert sich die Wahrnehmung hin zu diskontinuierlichen separaten Druckspitzen,

und es ist sogar mglich, die einzelnen Schwingungen zu erkennen und zu zhlen.

Bei niedrigen Frequenzen und vor allem Infraschall berschreitet das Hrempfinden (die subjektiveSchallgre) die Hrschwelle steiler als bei hheren Frequenzen (Whittle et al. [4], Mller undAndresen [5], Bellmann et al. [6], ISO 226 [7]), und Schall, der die Hrschwelle nur geringfgigberschreitet, kann nicht nur als krftig sondern auch als belstigend empfunden werden (Andresenund Mller [8], Mller [9], Inukai et al. [10], Subedi et al. [11]). Weil die Hrschwelle fr jedenMenschen unterschiedlich ist, kann ein Ton, der fr manche Menschen unhrbar oder nur sehrschwach erfasst wird, von anderen krftig und belstigend empfunden werden. Tieffrequenter Lrm,der ber der Hrschwelle liegt, kann auch die Arbeitsleistung beeintrchtigen (Waye et al. [12])und Schlafstrungen verursachen (Waye et al. [13]). Es gibt keine glaubwrdige Dokumentationber physiologische und psychologische Wirkungen des Infraschalls oder tieffrequenten Schallsunterhalb der Hrschwelle (siehe z.B. Berglund und Lindvall [14]).

Infraschall wird mit der G-Bewertungsskurve [15] gemessen, welcher den Frequenzbereich 1-20Hz deckt. Bei der normalen Hrschwelle (Whittle et al. [4], Yeowart und Evans [16], Yamada et al.[17], Landstrm et al. [18], Watanabe und Mller [19] und Inukai et al. [10]) liegt der G-gewichteteSchalldruckpegel bei 95-100 dB. Normalerweise rechnet man nicht damit, dass Menschen G-gewichtete Schalldruckpegel unterhalb 90 dB [15] eller 85 dB [20] registrieren knnen.

1.2 Frhere Studien

Es gibt viele Studien, die sich theoretisch mit den Mechanismen beschftigen, die tieffrequentenLrm und Infraschall von Windenergieanlagen verursachen, whrend es sehr begrenzt ist, was es anOriginal-Studien ber Lrm von kompletten WKA gibt. Nachfolgend werden nur WKA mit einerhorizontalen Achse besprochen.

Hubbard und Shepherd [21] und Shepherd und Hubbard [22] berprften die Litteratur ber WKA-Lrm, besonders mit Schwerpunkt auf Studien der NASA, ber mehr als 2 Jahrzehnte, und die sichmit WKA bis zu einer Gre von 4,2 MW befassten. Es wurde festgestellt und anhand vonnummerischen Modellen beschrieben, dass die harmonischen Schwingungen der Rotoren durch dieUnterschiede der Windgeschwindigkeiten ber die Rotorflche entsteht und, bezogen auf WKA mitdem Rotor auf der Leeseite (Hinterlufer), durch die Impulse verursacht durch die Flgel, wenn

diese den Windschatten durchqueren. Besonders der letzte Mechanismus ist verantwortlich fr einhohes Ma an diskreten Frequenzen von Infraschall und niedrigen Frequenzen vonWindenergieanlagen mit dem Rotor im Windschatten. Es entsteht auch das "Breitband"-Rauschen(stochastisches, kontinuierliches Spektrum) bei schwachen und infrasonischen Frequenzen aufgrund


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der Turbulenzen in der zustrmenden Luft. Turbulenz in Zustrom ist die Hauptursache fr dasBreitband-Rauschen unterhalb einiger hundert Hertz. Die Schallausbreitung von Windkraftanlagenwurde ebenfalls untersucht, dabei wurde beobachtet und durch die atmosphrische Refraktionerlutert , dass die Ausbreitung der tiefen Frequenzen in Leerichtung (Darstellung am Beispieleiner Schwingung mit 16.8 Hz) ab einer gewissen Distanz zylindrisch geschah und nicht, wie

gewhnlich bei Berechnungen angenommen, sphrisch. Dies bedeutet, dass der Schalldruck 3 dBabnimmt bei einer Verdoppelung der Distanz, und nicht 6 dB. Dass WKA-Lrm innerhalb Rumenmanchmal eher empfunden wird als auerhalb, wird mit den in den Rumen entstehenden Reso-nanzen und der unzulnglichen Isolierung der Huser gegen tiefe Frequenzen erklrt. Der Infra-schallanteil des Spektrums lag unterhalb der Hrschwelle in allen gemeldeten und untersuchtenBeschwerden ber WKA-Lrm, aber es wurde behauptet, dass Infraschall die Ursache der fhlbarenVibrationen und des Klirrens und Klapperns der Fenster und der lose an den Wnden hngendenGegenstnden war, welches zu den negativen Reaktion gegenber WKA-Lrm beitrug. Miteinigen der gleichen Mhlen als Beispiele zeigte Guidati et al. [23], dass die Interaktion zwischenFlgeln und Turm auch bei Turbinen mit dem Rotor in Windrichtung (Luvlufer) ein infratonalesund niederfrequentes Rauschen erzeugt, aber deutlich weniger als bei Windenergieanlagen mit dem

Rotor auf Leeseite (Leelufer).

Legerton et al. [24] ma den Lrm von zwei 450 kW Windkraftanlagen in einer Entfernung von 100m. Die gemeldeten Schallpegel fr 1/3-Oktavbnder bis zu 20 Hz lagen weit unter der normalenHrschwelle fr reine Tne, whrend die Schallpegel im 31,5 Hz-Band knapp unterhalb derSchwelle lagen.

Betke et al. [25] und Betke und Remmers [26] prsentierten eine Technik zur Reduzierung derWindgerusche bei der Messung des tieffrequenten Lrms der WKA. Sie benutzten zweiMikrofone, die in einem Abstand von 10 m zueinander in den Boden platziert wurden und einerKreuzkorrelationstechnik. In einem Abstand von 200 m zu einer 500 kW Anlage schien dasFrequenzspektrum kontinuierlich zu sein, wenn mit einer sehr feinen Auflsung der Frequenzanalysiert wurde, jedoch mit Spitzen in den Flgel-Durchgangs-Frequenzen und derenHarmonischen. Der G-bewertete Schalldruckpegel war bei dem Abstand 63,9 dB.

Jakobsen [27] berprfte Daten aus den drei erwhnten Studien in den vorangegangenen Texten,suchte weitere Informationen in den ursprnglichen Messungen und nahm Kontakt auf mit denAutoren. Er schtzte die G-gewichteten Schallpegel fr 10 WKA (50 kW bis 4,2 MW) und stelltefest, dass diese bei WKA mit dem Rotor in Windrichtung 70 dB niedriger oder weniger sind in einerEntfernung von 100 m, whrend sie bei WKA mit dem Rotor im Lee 10-30 dB hher sind. Hierauslie sich schlussfolgern, dass selbst dicht an den Turbinen mit Rotor in Windrichtung wird der G-

bewertete Pegel sowohl auerhalb als auch innerhalb eines Gebudes unterhalb der in Dnemarkmaximal zulssigen Schwelle von 85 dB fr tieffrequenten Lrm und Infraschall liegen [20]. BeiWKA mit Rotor auf der Leeseite kann diese Grenze bei Abstnden bis zu mehreren 100 Meterberschritten werden. Aber auch bei WKA mit Rotor im Windschatten war der Infraschallpegel zuniedrig, um die Beschwerden, die in den ursprnglichen Studien bei bis zu 2 Km Abstndengemeldet wurden, zu erklren. In einem Versuch, eine alternative Erklrung zu finden, schtzteJakobsen den Indoor-A-bewerteten Pegel des 10-160 Hz Frequenzbereiches, eine Messung, die inden dnischen Leitlinien fr niedrige Frequenzen verwendet wird. Der empfohlene Abend- bzw.

Nachthchstwert von 20 dB fr Immobilien wurde in allen Fllen berschritten bis auf eine. Auf deranderen Seite waren die blichen Outdoor-A-bewerteten Pegel in diesen Fllen auch hoch genug,um die Beschwerden zu erklren (47-61 dB), daher ist es nicht mglich zu sagen, ob die

Beschwerden aufgrund des normalen oder tieffrequenten Lrms erfolgten. (Jakobsen bezog sichirrtmlicherweise auf 25 dB als Nachthchstwert).

Van den Berg [28] hatte darauf hingewiesen, dass die Flgel beim Vorbeiflug am Turm Lrm im


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Infraschallbereich erzeugen, aber auch zu einer Modulation der hheren Frequenzen fhren, sodassein 'swish-swish' Gerusch entsteht. In einer stabilen Atmosphre, wie sie oft nachts vorkommt, istder Unterschied der Windgeschwindigkeiten an Flgelspitze und -basis viel grer als zu anderenZeiten, und das verstrkt die Modulation und verndert das Swish-Gerusch zu einem "Klappern,Klopfen und Stampfen". Bei einem Windpark mit 17 2 MW-WKA war dies sehr deutlich in einer

Mindestentfernung von 1 Km zu hren. Es wurden Messungen vorgenommen, 100 m von jeweils 2WKA und 750 m von der nchsten Reihe von 10 Anlagen entfernt. Sogar die gemessenenSchallpegel im krzesten Abstand zu den WKA lagen weit unterhalb der Hrschwelle fr die 1/3-Oktavbnder bis 20 Hz. Die Pegel fr 1/3-Oktavbnder zwischen 31,5 und 40 Hz und hher lageroberhalb der Hrschwelle, sogar bis 750 m.

Pedersen und Mller [30] analysierten den Indoor-niederfreguenten-Lrm und Infraschall in vierHusern in der Nachbarschaft von einer oder mehreren WKA (0,6-2,75 MW) in einem Abstand zurnchsten WKA zwischen 90-525 m. Es wurden keine hrbaren Harmonische gemessen auer imniederfrequenten Bereich, in mehreren Fllen sogar mit einem Ton-Charakter. Die G-bewertetenPegel lagen bei 65 dB und niedriger, also weit unter der Hrschwelle. Die Schlussfolgerung war

daher, Infraschall wird nicht die Ursache fr Beschwerden sein. A-bewertete Pegel fr Frequenzen10-160 Hz lagen unterhalb der dnischen Vorgabe fr Abend/Nachtwerte fr Immobilien (20 dB)[20]. Die hchsten Werte wurden bei einer niedrigen Windgeschwindigkeit (6,6 m/s) gemessen ineinem Abstand von nur 90 m, oder etwas weiter entfernt (325 m) bei der einzigen Messung miteiner hheren Windgeschwindigkeit (9,4 m/s). Die Messungen wurden nach der dnischenRichtlinie vorgenommen, allerdings fehlte ein Klger, um die Stellen mit dem hchsten Lrmauszuweisen, welches nach der Methode [20] wichtig ist. Die Ergebnisse wurden nicht hinsichtlichHintergrundgeruschen bereinigt, aber es wurde sehr darauf geachtet, die Messungen ohneFremdstrungen durchfhren zu knnen. Zustzliche Messungen in zwei Husern deuten an, dassMenschen hheren Werten ausgesetzt werden knnen an anderen Messpunkten im Raum, als mitder offiziellen Methode. Die Ergebnisse waren nicht eindeutig aussagekrftig in Bezug auftieffrequenten Lrm, und die Untersuchung war daher ein Teil des Motivs fr das aktuelle Projekt.

Die Beratungsfirma Hayes McKenzie Partnership Ltd. [31] ma in einem Abstand von 360 m inLee eines Windparks mit zwlf 1,65 MW WKA Infraschall. Bei Windgeschwindigkeiten bis 20m/s betrugen die G-bewerteten Pegel bis zu 80 dB. In einem anderen Abschnitt der Untersuchungwurden in drei Husern tieffrequenter Lrm gemessen, deren Bewohner sich ber den Lrm vonWindparks mit 3-16 WKA beschwert hatten. WKA-Gre und Abstand zu den Windparks wurde nurin einem Fall angegeben (drei 1,3 MW, Abstand 1030 m). Hieraus wurde geschlossen, dass imBereich 10-160 Hz die Pegel niedriger waren als die von Moorhouse et al. [32, 33] dem britischenInnen-, Lebensmittel- und Landwirtschaftsministerium vorgeschlagen waren, und niedriger als die

dnische Richtlinie 20 dB [20]. Nichtsdestotrotz zeigen die Messergebnisse, dass beide Grenzwertein zwei von drei Husern berschritten wurden. In dem einen Haus oft, bis das Mikrofon woandersim Raum platziert wurde. Es wurde damit begrndet, dass das Mikrofon in der ersten Position eherLrm von einem naheliegenden Wasserlauf als von den WKA aufnahm. Die Verfasser dieser Studiezweifeln sehr daran, dass die Umsetzung des Mikrofons die tieffrequenten Gerusche und denInfraschall des Wasserlaufes und nicht der WKA ausschlieen sollte. Sowohl die britischen wieauch die dnischen Richtlinien schreiben vor, den Lrm dort zu messen, wo er am strksten ist.Auerdem ist es nicht mglich anhand der Messergebnisse zu beurteilen, ob der Lrm am erstenMesspunkt (oder beide) berwiegend von dem Lrm des Wasserlaufes dominiert war. In demanderen Haus lagen nur zwei Beschwerden vor whrend der Messperiode, bei einer wurden die

britischen und dnischen Richtwerte berschritten. Ein Fenster war geffnet, und es daher wurde

behauptet, dass beide Richtlinien geschlossene Fenster whrend der Messungen verlangen. Das istjedoch nicht korrekt. Die britischen Dokumente beinhalten keine Instruktionen ber die Stellung derFenster whrend der Messungen, sondern verlangen eine ausfhrliche Befragung der belstigten


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Person ber die ueren Umstnde whrend der Belstigung, und es ist logisch anzunehmen, dassdiese Umstnde dann auch whrend der Messungen vorherrschen. Die dnischen Richtlinienschreiben explizit vor, die Messungen bei geffneten Fenstern durchzufhren, falls derBeschwerdefhrer der Meinung sein sollte, der Lrm wre dann krftiger.

Jacobsen [34] benutzte die emittierte Schallleistung (primr bei 8 m/s Windgeschwindigkeit) von 10verschiedenen WKA in den Gren 850 kW bis 3 MW, um den Schalldruckpegel in Abstnden 200 800 m zu berechnen. Die A-bewerteten Pegel fr auen und innen wurden fr denFrequenzbereich 10 160 Hz berechnet, die Werte im Haus mit Hilfe von Schallkonstanten, die inder dnischen Anweisung vorgeschrieben sind bei der Bestimmung von Infraschall, der vonSchnellfhren ausgeht. Es wurde angenommen, dass die A-bewerteten Pegel im Hause nicht denWert 20 dB fr Abend/Nacht berschreiten, es sei denn die A-bewerteten Pegel im Freienberschreiten im kompletten Frequenzbereich den Wert 45 dB. Bei einem Auenwert knapp unter45 dB liegt der Innenwert ber 20 dB bei ca. der Hlfte der Messungen. Es wurde behauptet, dassdie Schallisolierung der Stadthuser [nicht publiziert) wohl besser sei als die angenommenenBauten, die als Hintergrundmaterial fr die Regulierung des Fhrenlrms.

Lee at al. [37] und Jung et al. [38] maen den Lrm von zwei WKA, Rotor in Windrichtung, mitjeweils 660 kW und 1,5 MW. Der A-bewertete Lrm stieg mit der Windgeschwindigkeit an bei der1,5 MW WKA, whrend fr die 660 kW WKA der Lrm einigermaen konstant blieb. Die WKAhatten eine Stall- bzw. Pitchregelung, die nicht vorhandene Steigerung des A-bewerteten Lrms sollein Merkmal, so wird behauptet, der Pitchregelung sein. Es wird weiter behauptet, dass diese Formder Regelung vorzugsweise bei groen WKA angewendet wird. Der Infraschallbereich wurde vonden Flgel-Durchgangs-Frequenzen und ihren Harmonischen dominiert, der Lrmpegel stieg mitder steigenden Windgeschwindigkeit bei beiden WKA. Sorgen wurde hinsichtlich des Infraschallsund des tieffrequenten Schalls geuert, weil diese bei groen WKA mit einer Pitchregelung zumProblem werden knnten, da diese Regelung zwar den A-bewerteten Lrm reduziert aber nicht dentieffrequenten Lrm und Infraschall. Es wurde daraus geschlossen, dass der tieffrequente Anteil desLrms fr eine durchschnittliche Person hrbar ist und wahrscheinlich zu Klagen fhren wird, unddass der Infraschall ebenso Anlass zu Klagen wegen Klirrens u.a. von Fenstern geben wird. Beidieser Schlussfolgerung wurde der Abstand zu den WKA nicht mitgeteilt, aber aus den Daten desBerichtes kann hergeleitet werden, dass der Abstand sehr klein gewesen sein muss, etwa in derGrenordnung 70 100 m.

Gastmeier und Howe [39) maen den Lrm in einem Haus, das 325 m entfernt von der am nchstenliegenden WKA einer Gruppe von mehreren Anlagen. Die Windgeschwindigkeit betrug 5 m/s. Eswurde behauptet, dass der Schallpegel mindestens 30 dB unterhalb der normalen Hrschwelle

(nach Watanabe und Mller [19]) bei allen Frequenzen unterhalb 20 Hz lag. Die Skizze imentsprechenden Aufsatz verglich flschlicherweise die Schmalbandpegel mit den Hrschwellen frreine Tne, aber die Verfasser des Aufsatzes behaupten, dass trotzdem reichlich Spielraum bis zurHrschwelle vorhanden ist.

Ramakrishnan [40] ma den Lrm dicht an einer einzelnen WKA mit 660 kW und dicht an einereinzelnen WKA eines Windparks mit mehr als 50 Anlagen mit je 1,5 MW. Die G-bewerteten Pegellagen bei beiden Messungen um die 70 dB.

Harrison [41] machte aufmerksam auf die Turbulenzen in der zustrmenden Luft, dass, weil dieseentscheidend fr den emittierten tieffrequenten Lrm sind, mehr Gewicht auf die Bercksichtigung

dieser Turbulenzen whrend der Messungen und Berechnungen gelegt werden muss. Einbesonderes Problem ist auerdem, dass die Turbulenzen im Strmungsabriss der WKA verstrktwerden und dass diese Tatsache bei den Schall-Messungen nicht bercksichtigt werden. Barthelmieet al. [42] zeigte, dass die Turbulenzen extrem verstrkt werden mindestens bis zu Abstnden, die


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das 4-fache des Rotorflchendurchmessers betragen. Strmungsabriss-Turbulenz kann somitbedeutsam fr den emittierten tieffrequenten Schall der Windparks sein.

1.2.1 Schlussbetrachtung der Resultate der frheren StudienDie vorstehenden Studien haben eine Reihe unterschiedlicher Methoden benutzt, und die meisten

der gewonnenen Daten knnen daher nicht direkt miteinander verglichen werden. Keine der Studienhaben systematisch die Entwicklung des tieffrequenten Schalls und des Infraschalls mit denLeistungsgren der WKA. In manchen der Studien fehlen grundlegende Informationen, wieInformationen ber die WKA(s), Abstand zu denen bei der Messung, Richtung und Hhe,Windgeschwindigkeit, Bandbreite der Messungen, Hintergrundlrm, Schallisolierung der Huser

bei Messungen in den Rumen, usw. usw..Nichtsdestotrotz scheint es mglich zu, einigeSchlussfolgerungen zu gewinnen.

Der Durchgang der Flgel in Gebieten mit variierender Windgeschwindigkeit und -strke moduliertdas Gerusch bei hheren Frequenzen mit der Flgel-Durchgangs-Frequenz, aber schafft auchinfrasonische und tieffrequente Elemente. Die Unterschiede in der Windgeschwindigkeit und

-strke liegt an der variierenden Hhe ber den Boden, atmosphrische Turbulenzen und dasVorhandensein des WKA-Turmes. Der Lrm von den mechanischen Teile kann auch eine Rollespielen. Die Modulation des Schalls bei hheren Frequenzen kann aufgrund der niedrigenModulationsfrequenz flschlicherweise als Infraschall ausgelegt werden.

Fr WKA mit dem Rotor in Windrichtung vor dem Turm ('Luvlufer') liegt der Infraschall weitunterhalb der Hrschwelle, sogar dicht an der WKA. Fr WKA mit dem Rotor im Windschatten('Leelufer') produziert der Flgel beim Durchgang des Windschattengebietes Infraschall, der dienormale Hrschwelle direkt an der WKA berschreiten kann und mglicherweise auch ein Klirrender Fenster in greren Entfernungen verursachen kann. Die meisten modernen WKA, aber nichtalle, haben ihren Rotor in Windrichtung.

Fr die tieffrequenten Bereiche sind die Ergebnisse weniger sicher. Die Indikationen der Unter-suchungen weichen voneinander ab, und es ist nicht mglich Schlussfolgerungen aus demVorstehenden zu ziehen, in welchem Umfang tieffrequenter Lrm der WKA Belstigungen hervor-ruft. Die Antwort hngt vermutlich ab von WKA-Typ, Abstand, atmosphrische Verhltnisse, obman sich inner- oder auerhalb eines Hauses aufhlt usw..

An dieser Stelle sollte erwhnt werden, dass ber die Originalstudien hinaus Unmengen Zusam-menfassungen, Wiederaufbereitungen, Weibcher, Informationsmappen, Websites usw. ber tief-frequenten Lrm und Infraschall existieren. Viele dieser Arbeiten sind von Organisationen publi-

ziert worden, die oft eifrig fr oder gegen WKA agieren, und daher leider oft mit zweifelhaftemInhalt sind. Eine Reihe Symptome und Effekte werden manchmal durch das Vorhandensein vontieffrequentem- oder Infraschall begrndet, ohne irgendeine Beweisfhrung. Oft werden dieUnterschiede der Begriffe tieffrequenter Schall und Infraschall nicht aufgezeigt, und als Ergebnishiervon werden Belstigungen durch tieffrequenten Schall oft abgewiesen, nur weil Infraschallnicht vorhanden ist (zum Teil mit Recht, wie man aus dem Vorgenannten entnehmen kann). Es wird(immer noch) oft behauptet, dass Infraschall nicht hrbar ist und manchmal sogar tieffrequenterSchall auch nicht, oder es wird erzhlt, dass beides nur von besonders empfindlichen Menschengehrt werden kann was alles falsch ist. Bewertungskurven werden missverstanden oder miss-

braucht um den Eindruck zu erwecken, es werden dramatisch hohe oder unbedeutend niedrigeSchallpegel dargestellt. Manchmal werden sogar politische Statements als wissenschaftliche

Beitrge deklariert.

1.3 Kurzbeschreibung der StudieIm Laufe des Projektes wurde der Lrm von vier groen Windkraftanlagen gemessen, Lrmdaten


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von 44 anderen kleinen und groen WKA eingeholt, und die Isolierung gegen tieffrequenten Lrmin 10 Rumen in normalen Wohnhusern gemessen. In dieser Niederschrift werden Daten aus demProjekt verwendet, um die Abhngigkeit der emittierten Schallleistung von der AKW-Leistungs-gre zu untersuchen. Die Frequenz-Spektren der Quellen werden analysiert und diskutiert, und

besonders die Hypothese, dass das Spektrum Richtung tiefere Frequenzen tendiert bei groen

WKA, wird untersucht. Auen- und Innenspektren i bestimmten Abstnden zu den WKA werdenanalysiert und diskutiert. Die Messungen und das Einholen der Daten lag in der Hand der FirmaDelta, viele Details knnen in den Originalberichten eingesehen werden [43, 44, 45, 46].

2 Methoden

2.1 WindkraftanlagenInsgesamt 48 WKA waren Gegenstand der Studie. Vier Prototypen mit einer elektrischen Bruttoleis-tung von 2 MW wurden von Delta als ein Teil des Projektes gemessen (WKA 1-4), whrend dieDaten von sieben anderen 2 MW WKA von Delta auerhalb der Studie durch Messungen eingeholtwurden (WKA 5-11) [43, 44]. Die Daten von 37 WKA mit einer Bruttoleistung von 2 MW oderweniger wurden frherer Delta-Messungen entnommen [45]. Von den kleineren WKA werdeneinige mehrmals erwhnt, diese werden daher als fr diesen Typ mehrfach gemessen gewertet. AlleWKA hatten Dreiblattflgel mit dem Rotor in Windrichtung (Luvlufer).

2.2 Emittierte SchallleistungDie Schallleistung, die von WKA emittiert wird, wurde in bereinstimmung mit dem IEC 61400-11[47] gemessen. Das Prinzip dieser Richtlinie besteht aus dem Messen des, von einer reflektierendenhorizontalen Metallplatte die auf dem Boden in einem Abstand gleich der WKA-Hhe platziert ist,reflektierten Schalls. Der gemessene Schalldruckpegel wird dann zum Schallleistungspegel eines

imaginren Punktes im Zentrum des Rotors konvertiert, aus welchem derselbe Schall in die Aufnah-merichtung emittiert werden wrde. Das Ergebnis wird als ein apparenter Schallleistungspegelbezeichnet, wobei das Wort apparenter den Umstand unterstreicht, dass es sich nicht um denwahren Schall handelt sondern um die Schallleistung, die in der Messrichtung 'gesehen' wird.[Apparent, (aus dem lateinischen apparens, apparentis, von apparere 'erscheinen') scheinbar, wie

beobachtet. ( Die Groe Dnische offene Enzyklopdie, Herausgeber Gyldendal)].

Der apparente A-bewertete Schallleistungspegel, LWA, wurde fr die 1/3-Oktavbnder bestimmt.Auerdem wurde eine besondere Tieffrequenzmaeinheit, LWALF, der A-bewertete Schallleistungs-

pegel, fr die 1/3-Oktavbnder im Bereich 10-160 Hz, berechnet. Der A-bewertete Schalldruck-pegel fr diesen Frequenzbereich, LpALF, wird in den dnischen Richtlinien fr tieffrequenten Lrm

eingesetzt.[20].

Das Wort apparent ist wenig mundgerecht und selten benutzt im Dnischen, aber leider gibt es kein

anderes Wort fr den englischen Begriff 'apparent sound power level'. Der einzige Schallleistungs-pegel in dieser Studie welcher nicht ein apparenter Schallleistungspegel ist, tritt in dem folgenden

Abschnitt 2.3 auf, daher wird das Wort apparent in dem folgenden Teil des Berichtes weggelassen,inkl. Ergebnisabschnitt und Schlussfolgerungen.

Fr alle WKA wurden die Gegenwinddaten gesammelt (Lee), die Richtung wurde Referenzrichtunggenannt, bei einer Windgeschwindigkeit von 8 m/s (10 m ber Grund). Die Windgeschwindigkeitwird oft bevorzugt bei solchen Messungen, und die meisten Auswertungen in dieser Studie sind beidieser Geschwindigkeit erstellt. Die WKA 1-4 wurden auch bei anderen Geschwindigkeitengemessen. Fr die Einschtzung der Menge der reinen Tne wurde der tonale hrbare Inhalt (tonalaudibility), Lta, der WKA 1-4 bestimmt, und um Einblick in die Abhngigkeit derSchallimmission bei einer mglichen Windrichtungsnderung zu bekommen, wurden die WKA 1-3


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auch bei einer Richtungsabweichung von + - 60 zu den Seiten im Verhltnis

zur Wind-Referenzrichtung ber Grund gemessen. Alle WKA wurden in dem Standard-frequenzbereich 50 bis 10 kHz gemessen, die meisten bis zu 31,5 oder 25 Hz gemessen, die WKA

1-4 sogar bis 4 Hz.

2.3 Outdoor-Schalldruckpegel bei WKA-NachbarnDer Schalldruckpegel im Freien, Lp, bei WKA-Nachbarn wurde nach der Richtlinie ISO 9613-2[48] gemessen mit der Abweichung, dass statt ganze Oktavbnder 1/3 Oktavbnder angewendetwurden.

Die Richtung zu den WKA-Nachbarn ist waagerechter als die Richtung, in der der apparenteSchallleistungspegel gemessen wurde, aber in Ermangelung prziserer Daten wurden der Schallleis-tungspegel plus Richtungsfaktor, Lw + Dc, durch den apparenten Schallleistungspegel (LWA) ersetztfr die Referenzrichtung. Die Dmpfung als Ursache der atmosphrischen Absorption, Aatm, wurdemit Hilfe der Daten aus ISO 9613-1 [49] fr 10 C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 80 %

berechnet. Fr die 'Dmpfung' durch die Erdoberflche, Lgr, wurden -1,5 dB angesetzt, was bedeutet, dass die Messungen ein Aufschlag von 1,5 dB bekommen. Die beiden brigenBestimmungen bez. der Dmpfung in ISO 9613-2 (Dmpfungen durch Barrieren Abar und andereAmisc) wurden auf Null gesetzt.

Wird der schrge Abstand vom Rotorzentrum bis Messpunkt mit d bezeichnet, und die Dmp-fungskonstante , wird

Diese Berechnung entsprecht der dnischen Richtlinie zur Regulierung des Lrms von WKA [50].

2.4 SchalldmmungUm den tieffrequenten Lrm in Husern messen zu knnen, wurde die Schalldmmung bei tiefenFrequenzen in 10 Rumen gemessen, in 5 normalen Husern je 2 Rume [46].

Aus einem Lautsprecher, der auf der Erde platziert war und in einem Einfallswinkel von 45 zurHausfassade stand, wurde Schall emittiert. Der rechtwinklige Abstand zum Haus betrug mindestens5 m. Der Lautsprecher wurde mit Breitbandlrm gespeist, der Tiefpassfilter im Einklang mit demEqualizer auf 250 Hz eingestellt um die Lautsprechercharakteristik auszugleichen. DerSchalldruckpegel im Freien wurde an der Auenfassade in 1,5 m Hhe ber dem Dielenniveau desEmpfngerraumes gemessen. Der Wert Outdoor-Schalldruckpegel wurde bestimmt indem dengemessenen Pegeln 6 dB abgezogen wurden. Das aufgestellte Arrangement im Freien enthlt etlicheElemente der Methoden nach ISO 140-5 [51], aber eine einzelne Methode wurde nicht eingehalten.

Bei niedrigen Frequenzen kann der Indoor-Schallpegel im selben Raum sehr variieren, und es wirdallgemein vorausgesetzt, dass fr die Bestimmung des Lrmniveaus der gemessene Pegel eher denhchsten Durchschnittspegel darstellen sollte als den allgemeinen Durchschnittspegel (s. z.B.Jakobsen [52], Simmons [53] und Pedersen et al. [54]. Um dies zu erfllen, wurde der Mittelwertder Messungen in vier willkrlichen dreidimensionalen Ecken, d.h. wo Diele oder Decke auf zwei

Wnde treffen, genommen um den Wert Indoor-Schalldruckpegel zu bestimmen. Ecken, bei denenkonzentrierte Transmissionswege auftreten knnten (z.B. Ventilationsschchte, Fenster oder Tren)wurden jedoch gemieden, und die gewhlten Ecken reprsentierten zusammen alle Oberflchen.Pedersen et al. [54] hat gezeigt, dass diese Methode einen guten Schtzwert fr den Schallpegelliefert, welcher mit 10 % im Raum berschritten wird d.h. fast den Maximumpegel im Raum


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darstellt, aber ohne die Schallpegel die nur zu einem geringen Teil im Raum vorhanden sind. Dassdie 3D-Eckenmethode geeignet ist, den maximale Schallpegel zu schtzen, dem Menschen norma-lerweise in einem Raum ausgesetzt werden knnen, wird besttigt durch die Daten von Brunskogund Jacobsen [55], die 100 verschiedene Frequenz/Raum-Kombinationen simulierten, jede mit zweiverschiedenen Nachhallzeiten. Sie fanden, dass die 3D-Eckenmethode recht zentral das Ziel trifft,

welches als das maximale Niveaus im Raum bezeichnet wird, ausgenommen sind die Positionennher als 1 m zur Wand (durchschnittliche Fehlerquote unter 1 dB, Standardabweichung der Fehler3-4 dB abhngig von der Nachhallzeit).

Die Schalldmmung in den 1/3-Oktav-Bndern wurde im Bereich 8-200 Hz gemessen, und siewurde berechnet als Unterschied zwischen Outdoor-Schalldruckpegel und Indoor-Schalldruck-

pegel.

Es wurden auch zustzliche Indoor-Messungen unternommen nach den dnischen Richtlinien zurMessung von tieffrequentem Lrm [20]. Diese Methode verlangt zwei Messungen an Punkten imRaum, an denen, bei normalem Gebrauch des Raumes (mit bestimmten geometrischen Begren-

zungen), Personen Schall ausgesetzt sind, und eine Messung in der Nhe einer Ecke des Raumes(0,5-1,0 m von der Wand, 1,0-1,5 m ber dem Boden). Die Messungen wurden in bereinstimmungmit diesen Vorgaben gemacht. Mittlerweile wird diese Methode eingesetzt bei Lrmbeschwerden,und es ist vorgegeben, dass die beiden Nicht-Eck-Positionen Stellen sein sollen, an denen derBeschwerdefhrer den Lrm am krftigsten empfindet. Ohne einen Klger und ohne den belsti-genden Lrm wre es nicht mglich gewesen, die Forderungen zu erfllen. Obwohl diegeometrischen Bedingungen der Messmethode erfllt waren, waren die Messungen nicht imEinklang mit der Methode an sich, und die Resultate sind daher nicht dokumentiert. Es mussangenommen werden, dass die Methode fr die Messung der Schalldmmung ungeeignet ist, es seidenn dem Prozedere wird die Vorgabe hinzugefgt, eine Art Suche nach den Maximumpegeln zuunternehmen.

2.5 Indoor-Schalldruckpegel bei WKA-NachbarnDie Schalldruckpegel in einem Haus wurden bestimmt, indem der Wert der Schalldmmung vondem Outdoor-Schalldruckpegel subtrahiert wurde, wobei beide Werte in den 1/3-Oktavbndernangegeben waren.

2.6 Statistische MethodenDie Unterschiede sind mit Student's t-tests getestet worden, und der hchste p-Wert, der als signi-fikant angesehen und auch berichtet wird, ist 0,05. Im Zwei-Sample-Tests sind nicht die selbenVarianten vorausgesetzt wie fr zwei Samples, deshalb wird die Welch's Anpassung des t-tests und

die Welch-Satterthwaite 'Freiheitsgrade' (degrees of freedom). Einseitige Tests werden verwendet,wenn die Hypothese eine bestimmte Richtung der Unterschiede umfasst, whrend zweiseitige Testsan den brigen Stellen verwendet wird. Als Beispiel beinhaltet die Hypothese, dass dasFrequenzspektrum sich nach unten (tiefer) bewegt bei greren WKA, dass die relativen Schall-

pegel der groen WKA grer bei niedrigen Frequenzen sein werden und kleiner bei hherenFrequenzen. Daher werden bei niedrigen und hohen Frequenzen einseitige Test verwendet, whrend

bei Frequenzen im mittleren Bereich (315-1600 Hz) zweiseitige Tests verwendet werden.

3. Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Drei WKA, eine mit 1650 kW und zwei mit je 2,3 MW, wurden dem Material zu einem spten Zeit-punkt hinzugefgt, und es sind keine Daten ber die 1/3-Bnder dieser Anlagen vorhanden, daherknnen nur ber die Ergebnisse frLWA undLWALF berichtet werden. Unglcklicherweise wurden 20Hz Hochpassfilter eingesetzt bei einigen der Messungen (Richtungen Referenz, linke und rechte fr


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WKA 1, Refenrenrichtung fr WKA 3), daher wurde vor dem Auswerten der Messdaten derEinfluss der Filter kompensiert, indem die Filtercharakteristik von den Messergebnissen subtrahiertwurden. Hochfrequenzlrm der Frequenzwandler beeinflussten einige der Messungen bei Frequen-zen oberhalb 5 kHz, daher werden die Ergebnisse bei diesen Frequenzen fr die WKA 1-4 nicht

bercksichtigt. Es sind einige Unstimmigkeiten bei den Daten vorhanden, die Delta in verschie-

denen Ergebnissen, Tabellen und Figuren angegeben hat. Die Ergebnisse dieser Studie beruhen aufden am wenigsten behandelten Daten, welche mit wenigen Ausnahmen die absoluten Schallleis-tungspegel in den 1/3-Oktavbndern sind.

3.1 Emittierte Schallleistung

3.1.1 LWA und LWALF

Abbildung 1 zeigtLWA undLWALF aller WKA in Bezug zur WKA-Leistung. Die waagerechte Achseist logarithmisch dargestellt wegen der bereinstimmung mit der senkrechten Dezibel-Achse, die inihrer Natur logarithmisch ist. Die einfachen Zusammenhnge zwischen emittierter akustischer Leis-tung und nomineller elektrischer Leistung der WKA werden daher durch gerade Linien dargestellt,die Regressionslinien sind zustzlich eingefgt.

WKA-Leistung

Abb 1. Schallleistungspegel (LWA und LWALF) in Abhngigkeit der Leistung fr 48WKA. Referenzrichtung, Windgeschwindigkeit 8 m/s. Regressionslinien: AlleWKA enthalten (dnne Linien), vier WKA unter 450 kW nicht mitgerechnet(dicke Linien). Schwarze Symbole zeigen WKA 1-4.

Man sieht, wenig berraschend, dassLWA undLWALF beide ansteigen mit der ansteigenden Leistungder WKA. Es wird auch erkannt, dassLWALF strker steigt alsLWA, welches bedeutet, dass derrelative Anteil an tieffrequentem mit der WKA-Leistung ansteigt. Der Unterschied der Neigung derRegressionslinien (dnne Linien) fr alle Daten ist statistisch signifikant (t=3,94; d.f.=90,0;einseitig p


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(t=5,42; d.f.=46; einseitig p=0,001) als auch ohne die vier kleinsten WKA (t=2,54; d.f.=42; einseitigp=0,007).

In Abb. 1 lsst sich auch erkennen, dass einige Variationen innerhalb der leistungsgleichen WKAvorhanden sind. Wie in Abschnitt 2.1 erwhnt knnen WKA mit der selben Leistungsgre gleiche

oder auch unterschiedliche Modelle sein oder, bei einigen WKA unterhalb 2 MW, die selbe Anlagebei mehreren Messungen sein.

3.1.2 Schallleistungspegel in den 1/3-Oktavbndern

Die Schallleistungpegel in den 1/3-Oktavbndern werden in Abbildung 2 dargestellt.

Frequenz [Hz]

Abb. 2. A-bewertete Schallleistungspegel in den 1/3-Oktavbndern. 45 WKA mit

nomineller Leistung zwischen 75 kW und 3,6 MW.


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Bezglich des Infraschallanteils des Spektrums ist der G-bewertete [15] Schallleistungspegel, deraus den Pegeln der 1/3-Oktavbnder bis 20 Hz berechnet wurde, 122-128 dB fr die vier WKA, vondenen Messergebnisse im entsprechenden Frequenzbereich vorliegen. Selbst dicht an der WKA,z.B. in einem Abstand von 150 m zum Rotorzentrum, wrde dies nur einen G-bewerteten Schall-druckpegel von 69-75 dB ergeben, welches weit unterhalb der normalen Hrschwelle [3] liegt.

Diese Berechnung bercksichtigt nicht evtl. Nahgebietphnomene, z.B. von einem Flgel, der sehrnahe vorbeifliegt.

Bei den Frequenzen mit Daten von allen WKA variiert der Schallpegel zwischen den WKA um 20dB oder mehr. Dieses ist zu erwarten, da die WKA einen groen Bereich mit nominellen Leistungs-daten abdeckt. Um deutlicher mgliche spektrale Unterschiede zwischen den WKA zu zeigen sinddie Schallpegel normiert worden, um den gesammelten A-bewerteten Schallleistungspegel LWA aneiner einzigen WKA zu zeigen. Das Ergebnis in in Abbildung 3 dargestellt.

Frequenz [Hz]

Abb. 3. Normierte A-bewertete Schallleistungspegel in 1/3-Okravbndern. 45WKA mit einer nominellen Leistung zwischen 75 kW und 3,6 MW. (Normiert

bedeutet, dass derLWA fr die einzelne WKA von allen Niveaus iin den 1/3-Oktavbndern subtrahiert sind.

Ein eventueller Unterschied im Spektrum zwischen kleinen und groen WKA ist untersucht wordendurch eine Aufteilung in zwei Gruppen: WKA bis einschlielich 2 MW und WKA darber. Abbil-dung 4 zeigt den Mittelwert und die Standardabweichung vom Mittelwert (standard error of mean,

s.e.m.) fr jede der beiden Gruppen.


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Frequenz [Hz]

Abb. 4. Normierte A-bewertete Schallleistungspegel in 1/3-Oktavbndern.

Mittelwerte fr zwei WKA-Gruppen: 2 MW. Die senkrechtenStriche geben + - 1 Standardabweichung vom Mittelwert an (s.e.m.).

Das Spektrum liegt fr die greren WKA deutlich niedriger in der Frequenz als fr die kleineren.Der Unterschied der Schallpegel ist signifikant fr alle 1/3-Oktovbnder im Frequenzbereich 63-250 Hz und bei 4 kHz (t=[3,49; 4,52; 2,81; 3,27; 3,49; 2,63; 2,52; -2,10], d.f.=[14,3; 23,1; 17,0;13,5; 13,6; 23,8; 22,6; 12,5], einseitig p= [0,002;


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Frequenz [Hz]

Abb. 5. Normierte A-bewertete Schallleistungspegel in 1/3-Oktavbndern.

Mittelwert von 36 WKA 2 MW.

Die groen WKA liegen ber dem Wert der kleinen WKA in fast jedem 1/3-Oktavband unterhalb315 Hz. Einige haben eine Spitze in einer oder mehreren 1/3-Oktavbnder, welches tonalenKomponenten geschuldet sein knnte. Tne knnen von den mechanischen Teilen der WKAkommen, z.B. Getriebekasten oder Hilfsmechanismen wie Generatoren-Khlung (siehe z.B.Wagner et al. [56]).

Bei den hohen Frequenzen wird das Bild durch ein atypisches Muster der WKA 6 ab der Frequenzber 2 kHz unterbrochen. Es gibt keine anderen Daten fr diese WKA, z.B. bei einer anderen Wind-geschwindigkeit oder anderen Richtung, die zur Kontrolle htten herhalten knnen, ob dieserAusriss wirklich vom Flgellrm stammt und nicht etwa von elektrischen Komponenten wie beieinigen der anderen WKA (siehe einleitende Anmerkungen zum Abschnitt 3). Wenn die WKA 6 beidiesen Frequenzen herausgenommen wird, liegen die groen WKA auf oder unter dem Mittelwertder kleine WKA in fast jedem 1/3-Oktavband ber 2 kHz. Der Unterschied der Mittelwerte der zweiGruppen ist in diesem Fall signifikant fr alle 1/3-Oktavbnder im Frequenzbereich 2,5-10 kHz(t=[-1,83; -2,49; -3,47; -3,18; -2,42; -2,76; -2,64], d.f.=[15,2; 15,6; 14,5; 14,8; 4,1; 4,6; 6,3],einseitig p=[0,044; 0,012; 0,002; 0,003; 0,036; 0,022; 0,018]).

3.1.3 Toninhalt

Tonanalysen zeigen, das die Tne generell in Schallpegel und Frequenz variieren abhngig von derWindgeschwindigkeit. Abbildung 6 zeigt die krftigsten hrbaren Tne der WKA 1-4.


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Windgeschwindigkeit [m/s]

Abb. 6. Hrbare Tne,Lta, als Funktion der Windgeschwindigkeit fr WKA 1-4, Referenzrichtung. Farbcode wie in Abb. 5.

Die Werte liegen unter 3-4 dB, mit Ausnahme der WKA 3, bei hheren Windgeschwindigkeiten.Fr die WKA 1 und 3 gelten die Werte eines Tones, der mit der Windgeschwindigkeit variiert imBereich 110-145 Hz, ungefhr im selben Frequenzbereich beider WKA. Fr WKA 2 gelten dieWerte eines Tones mit fast konstanter Frequenz um die 40 Hz. WKA 4 hat mehrere Tne mithheren Frequenzen, und verschiedene Frequenzen im Bereich 800-1400 Hz dominieren wechsel-seitig abhngig von der Windgeschwindigkeit. Es knnen Spitzen in den entsprechenden 1/3-Oktavbndern in Abbildung 5 fr die beiden WKA mit Toninhalt ber 0 dB bei 8 m/s (WKA 2, 40Hz; WKA 3, 160 Hz).

ISO 1996-2 [57] beschreibt ein Tonzuschlag, der verwendet werden soll, wenn die hrbaren Tne 4dB bersteigen. Nationale Grenzen fr den Tonzuschlag knnen variieren, z.B. fordern diednischen Regeln hrbare Tne ber 6,5 dB, bevor der Zuschlag gegeben wird [58].

Nur eine WKA bertrifft die 4 dB Grenze und das nur bei hheren Windgeschwindigkeiten, beidenen oft keine Regeln bez. WKA-Lrm existieren. Es ist ziemlich berraschend, dass nicht mal deram deutlichsten hrbare Ton im Bereich der 1/3-Oktavbndern, 40 Hz Ton der WKA 4, einenTonzuschlag bekommt. Wahrscheinlich liegt es daran, dass die kritischen Bnder, die bei derToneinschtzung benutzt werden, bei tiefen Frequenzen sehr breit sind. Es liegt auerhalb desRahmens dieser Studie einzuschtzen, ob diese Tne als gut hrbar empfunden werden knntentrotz fehlendem Zuschlag.

3.1.4 Direktivitt

Abbildung 7 zeigt die Direktivitt der drei WKA, fr die diese gemessen wurde.


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Frequenz [Hz]Venstre=Links; Hjre=Rechts

Abb. 7. Direktivitt fr WKA 1-3. Windgeschwindigkeit 8 m/s ausgenommen WKA2, Frontrichtung, die bei 10 m/s gemessen wurde (und verglichen mit derReferenzrichtung bei 10 m/s). Wegen Lrm von den elektrischen Komponentenwhrend der Messung fehlen die Daten fr WKA 2, Frontrichtung bei 5 kHz.Farbcodes der WKA wie in Abb. 5.

Die Daten variieren etwas zwischen den WKA, und es ist schwer ein generelles Muster zu finden.Man sieht sowohl hhere als auch niedrigere Pegel in anderen Richtungen als die Referenzrichtung.Bei den tiefsten Frequenzen wrde man eine niedrige Direktivitt erwarten, aber dies ist nicht zuerkennen. Eine gemessene Richtwirkung kann die wahre Richtwirkung spiegeln, aber wenn diewichtigste Lrmquelle sich auf der einen Seite der Rotorflche befindet, z.B. auf einem abwrts

bewegenden Flgel wie von Oerlemans und Schepers [59] und Oerlemans et al. [60] gezeigt, sinddie Messungen an der Seite dichter an der Quelle, welches eine falsche Indizierung derRichtwirkung geben knnte.

Eine mgliche Fehlerquelle fr die Direktivitt ist, dass die Messungen in den verschiedenen Rich-

tungen nicht immer in der selben Periode gemacht wurden. Jede der anderen Richtungen wurdenganz sicher immer gleichzeitig mit der Referenzrichtung gemessen, aber alle zusammen wurdennicht gleichzeitig gemessen. Es gibt nur einen Satz Daten fr die Referenzrichtung, und dieser kann


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somit nicht fr alle Richtungen gelten. Bei niedrigen Frequenzen kann ein schlechtes Signal/Lrm-Verhltnis Ursache groer Unsicherheit sein.

Die Richtung von einer WKA zu einer Wohnbebauung ist typischerweise waagerechter als dieRichtung zu den Messpunkten. Besonders wenn Schall von den synchronen Vibrationen der Flgel

und/oder Turm emittiert wird, ist es wahrscheinlich, dass die Emission mehr rechtwinklig zurRotorflche und/oder zum Turm, d.h. sehr nah an einer waagerechten Ebene, sein wird. ber diesesThema ist mehr Wissen erwnscht.

3.1.5 Bedeutung der Windgeschwindigkeit

Abbildung 8 zeigt LWA als Funktion der Windgeschwindigkeit fr die vier WKA, fr die Datenvorhanden sind.

Windgeschwindigkeit [m/s]

Abb. 8. A-bewerteter Schallleistungspegel, LWA, als Funktion der Wind-

geschwindigkeit fr die WKA 1-4. Farbcodes wie in Abb. 5.

Der Lrm steigt mit der Windgeschwindigkeit, aber die Kurve wird flacher ab 7-8 m/s. Die vierWKA sind alle mit einer Pitch-Regulierung versehen, und die Abflachung der Kurven stimmtberein mit den Beobachtungen von z.B. Lee et al. [37] und Jung et al. [38] bezogen auf pitch-regulierte WKA.

3.2 Outdoor-Schalldruckpegel bei WKA-NachbarnFr jede der groen WKA ist der Abstand berechnet, bei der der A-bewertete Schalldruckpegel auf

35 dB gefallen ist. Pedersen und Waye [61] haben gezeigt, dass der Anteil der stark belstigtenPersonen bei diesem Schalldruckpegel bis ber 5 % reicht (Pedersen et al. [62]). Pedersen undNielsen [63] haben einen Mindestabstand zu Wohnbebauungen empfohlen, der einen WKA-Lrmunterhalb 33-38 dB sicherstellt. Die Begrenzung auf 35 dB fr WKA wird z.B. in Schweden und in


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ruhigen Gebieten [64] vorgeschrieben. Dies ist auch die Richtlinie in Dnemark fr Gebiete mitoffener und niedriger Bebauung (Nacht) und fr Erholungsgebiete (Abend, Nacht und Wochenende)

bei Gewerbelrm [65] (aber nicht fr WKA-Lrm [50]). 35 dB scheint daher eine ganz vernnftigeBegrenzung fr WKA-Lrm zu sein.

Tabelle 1 zeigt Abstnde zu den einzelnen WKA mitsamt verschiedenen Schlsselzahlen an der 35dB Grenze.

Mlle=Mhle; Middel sm=Mittelwert kleine WKA ; Afstand=Abstand

Tabelle 1. Schlsselzahlen bei dem Abstand einer WKA, wo der A-bewerteteSchalldruckpegel 35 dB ist. Der Abstand ist die Schrge zum Rotorzentrum, welcher frdie aktuellen WKA fast einer waagerechten Linie gleichkommt.

Der kleinste Abstand, bei der die 35 dB eingehalten werden, variiert deutlich bei den groen WKA,obwohl diese in etwa gleich gro sind (2,3-3,6 MW). Der Abstand variiert von etwas ber 600 m bismehr als 1200 m.

Die Bereiche der 1/3-Oktavbnder bei diesen Abstnden sind in Abbildung 9 gezeigt.

Frequenz [Hz]

Abb. 9. A-bewertete Schalldruckpegel in 1/3-Oktavbndern bei dem Abstandeiner einzelnen WKA, wo der gesamte A-bewertete Schalldruckpegel 35 dB ist(siehe Tabelle 1). Farbcodes wie in Abb. 5.


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Bei diesen Abstnden ist die Absorptionsfhigkeit der Luft von Bedeutung. Dieser wirkt besondersim Bereich der hohen Frequenzen, und das Resultat ist, dass die Verschiebung des Bereiches inRichtung niedrigere Frequenzen deutlicher ist als bei den Schallleistungspegeln (vergleiche Abb. 5).

Es ist wichtig anzumerken, das fr mehrere WKA der grte Pegel der 1/3-Oktavbnder bei 250 Hz

oder niedriger liegt, sogar wenn die A-bewerteten Pegel ausgewertet werden (Abb. 9). Es stehtsomit zweifellos fest, dass der tieffrequente Teil des Bereiches eine wichtige Rolle in denLrmbelstigungen der Anwohner spielt, und dass tieffrequenter Schall bei der Einschtzung derLrmbelstigung von groen WKA ernst genommen werden muss.

In vielen Fllen werden hhere A-bewertete Pegel als 35 dB im Freien zugelassen. Zum Beispielerlauben die dnischen Richtlinien 44 dB bei Husern auerhalb der Wohn- oder Erholungsgebiete[50]. Aus visuellen Grnden erlauben die dnischen Richtlinien keine Wohnhuser nher an WKAals die vierfache WKA-Hhe, und bei dieser Entfernung ist der Schalldruckpegel oft unter 44 dB,wenn von einer einzelnen WKA die Rede ist. Es knnen aber ohne weiteres Pegel von 44 dB beiAbstnden auftreten, die mehr als die vierfache Hhe der WKA betragen, wenn mehrere WKA in

einem Windpark stehen. Tabelle 2 zeigt den Abstand zu kleinen Windparks, bei der der A-bewerteteSchalldruckpegel 44 dB betrgt, sowie verschiedene Schlsselzahlen fr diesen Abstand.

Tabelle 2. Schlsselzahlen bei dem Abstand, wo der A-bewertete Gesamtschall-druckpegel 44 dB ist. Die Windparks bestehen aus 2 Reihen mit je 6 identischenWKA., 300 m interner Abstand in beiden Richtungen (200 m bei kleinen WKA). DerMesspunkt liegt zentral vor der langen Seite. Der Abstand ist die Schrge zurnchsten WKA.

3.3 SchalldmmungWhrend der Messungen gab es ernste Probleme mit Hintergrundgeruschen bei den dreiniedrigsten Frequenzen. 18 Messungen mit einem Signal/Lrm-Verhltnis unter 1,3 dB wurdenkassiert. Sieben Raum/Frequenz-Kombinationen mussten daher aus den Messungen in nur zweioder drei 3D-Ecken berechnet werden. Zwei Raum/Frequenz-Kombinationen, bei denen nur eineMessung aus einer 3D-Ecke vorlagen, wurden nicht berechnet. Abbildung 10 zeigt dieSchalldmmung fr die 10 Rume.


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Frequenz [Hz]

Abb. 10. Gemessene Schalldmmung fr 10 Rume.

Bei den Frequenzen 63-200 Hz haben die Rume mit wenigen Ausnahmen eine Schalldmmungvon 10-20 dB. Richtung tieferer Frequenzen fllt die Dmmung, und die Unterschiede zwischenden Rumen werden grer. Einige Rume zeigen eine sehr kleine oder sogar negative Dmmung

bei bestimmten Frequenzen. Ein einzelner Raum hat eine ungewhnlich hohe Dmmung im Bereich16-31,5 Hz. Dieser war ein kleines Zimmer, der fr die Aufbewahrung von Mbel und anderes

benutzt wurde. Der Raum kann daher nicht als ein typischer Aufenthaltsraum gesehen werden, unddessen Daten werden nicht in den weiteren Berechnungen benutzt.

Bitte beachten, dass bei jedem 1/3-Oktavband bezieht sich der Pegel auf den Maximumpegel, demman in dem Raum normalerweise ausgesetzt werden knnte (Abschnitt 4). Die Dmmwerte sinddaher, besonders im oberen Teil des Frequenzbereiches, niedriger als die traditionellen Dmmwertefr technische Zwecke, bei denen man typischerweise den durchschnittlichen Pegel im Raum

benutzt.

3.3.1 Unzulnglichkeiten der SchalldmmungsmessmethodeEin Mangel der angewandten Messmethode ist, dass die Beschallung auf die Fassade des Hauses

fokussiert ist. In einer Situation, in der das Haus mit WKA-Lrm beschallt wird, ist das ganze Hausinkl. Dach, bei niedrigen Frequenzen auch die Rckseite des Hauses, fast der gleichen Schallstrkeausgesetzt. Whrend der Messung waren die anderen Flchen weniger betroffen auf Grund derRichtungswirkung des Lautsprechers, hheren Abstandes zum Lautsprecher, Schattenwirkung usw..

Ein weiteres Problem ist, dass der Outdoor-Schalldruckpegel einfach durch die Subtraktion von 6dB vom gemessenen Schallpegel an der Fassade berechnet wird. Dies setzt voraus, dass die Fassadegro genug ist, um alle Frequenzen zu reflektieren, eine Vermutung, die sicher nicht fr dieniedrigsten Frequenzen zutrifft. Eine bessere Lsung htte sein knnen, den Schalldruckpegel desLautsprechers im Freien ohne reflektierende Flchen zu bestimmen (Erdboden ausgenommen), unddiesen Wert dann fr die Berechnung einsetzen.

Die Probleme mit den Hintergrundgeruschen htten vermutlich gelst werden knnen mit Hilfemoderner Technik, die die Zusammenhnge zwischen Auen- und Innensignalen bercksichtigt,z.B. die maximum-length-sequence (MLS) Technik. Eine Alternative wre auch gewesen, den


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Schalldruckpegel anzuheben, indem jedes 1/3-Oktavband einzeln gemessen wird statt den kom-pletten Frequenzbereich gleichzeitig.

3.4 Indoor-Schalldruckpegel bei WKA-NachbarnAbbildung 11 zeigt die Indoor-Schalldruckpegel der 1/3-Oktavbnder fr alle 81 Kombinationen

der 9 WKA und 9 Rume im Abstand mit einem gesamten A-bewerteten Outdoor-Schalldruckpegelvon 35 dB. Bitte beachten, dass die Pegel in den Rumen den geschtzten maximalen Schalldruckdarstellen, dem man normalerweise ausgesetzt werden wrde, und nicht den durchschnittlichenSchalldruckpegel (siehe Abschnitt 2.4).

Frequenz [Hz]

Abb. 11. Indoor A-bewertete Schalldruckpegel fr 1/3-Oktavbnder in einemAbstand zu einer WKA, bei dem der totale A-bewertete Schalldruckpegel imFreien 35 dB ist (s. Tabelle 1). 81 WKA/Raum-Kombinationen. Die gestrichelteLinie ist die Hrschwelle gem ISO 389-7 [29]. Die farbigen Linien sind dieWKA, Farbcode wie in Abb. 5.

Es werden groe Unterschiede zwischen den WKA/Raum-Kombinationen erkannt. Die meisten

Variationen haben ihre Ursache in den unterschiedlichen Raumdmpfungen, ausgenommen bei 63und 80 Hz, wo sowohl Raum als auch WKA an den Variationen zu gleichen Teilen beteiligt sind.Die Werte bei 4o Hz im oberen Teil der Intervalle haben ihre Ursache in dem hohen Schall-leistungspegel einer einzelnen WKA, whrend die hohen Werte bei 200 Hz an der niedrigen Schall-


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dmmung eines einzelnen Raumes liegt.

Man erkennt an der eingefgten Hrschwelle (gestrichelte Linie), dass der tieffrequente Schall invielen WKA/Raum-Kombinationen zu hren ist, besonders bei den hchsten der tiefen Frequenzen.Der Schall wird nicht besonders stark sein, aber wie schon in der Einleitung erwhnt, kann

tieffrequenter Schall belstigend sein, obwohl er nicht besonders weit ber der Hrschwelle liegt(Abschnitt 1.1), und manche Personen knnen die Gerusche in Abb. 11 als belstigend empfinden.

Abbildung 12 zeigen Indoor-Schalldruckpegel fr die Situation in Tabelle 2, in der der A-bewerteteSchalldruckpegel eines Windparks 44 dB im Freien ist.

Frequenz [Hz]

Abb. 12. Indoor A-bewertete Schalldruckpegel fr 1/3-Oktavbnder in einemAbstand zu einem Windpark, bei dem der totale A-bewertete Schalldruckpegelim Freien 44 dB ist (siehe Tabelle 2). 81 WKA/Raum-Kombinationen. Diegestrichelte Linie ist die Hrschwelle gem ISO 389-7 [29]. Die farbigenLinien sind die WKA, Farbcode wie in Abb. 5.

Hier gibt es hrbaren Schall an manchen Stellen in allen Rumen und von allen WKA. In mehr alsder Hlfte aller Flle (48 von 81) wird die normale Hrschwelle mit mehr als 15 dB in einem odermehreren 1/3-Oktavbndern berschritten, und es besteht das Risiko, dass ein bedeutsamer Teil derAnwohner von dem Schall belstigt wird.


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Mit Hinblick auf die Vermeidung von Schlafstrungen empfiehlt das WHO bei kontinuierlichemLrm eine Hchstgrenze von 30 dB fr den A-bewerteten Schalldruckpegel in Rumen [66], abermit der Bemerkung, fr den Fall eines groen Anteils von tieffrequentem Lrm, wird eine nochniedrigere Schwelle empfohlen, weil ....... tieffrequenter Lrm kann das Entspannen und den Schlaf

selbst bei niedrigem Schalldruck stren. Wie viel niedriger die Schwelle sein sollte wird nicht

angegeben, aber der totale A-bewertete Schalldruckpegel wird deutlich die (z.B.) 25 dB Schwelle anetlichen Stellen in Abb. 12 bersteigen, es sei denn der Schalldruckpegel ber 200 Hz istungewhnlich niedrig.

3.4.1 Der dnische Lrmrichtwert fr HuserDer dnische Abend/Nacht-Lrmrichtwert fr Huser (LpALF ) liegt bei 20 dB, er gilt aber nicht frMessungen an einzelnen Positionen sondern fr Schalldruckpegel gemessen mit der Methode, wiein Abschnitt 2.4 beschrieben. Diese nutzt den Energiemittelwert von drei Messungen an dreiPositionen: Eine Position in der Nhe einer Ecke im Raum und zwei Positionen, an denen derKlger den Lrm am strksten empfindet. Geht man davon aus, dass der Klger solche Positionenkorrekt ausweist, wird das Resultat der Methode - Energiemittelwert mit einer Eckenmessung -

immer noch dicht am Maximumpegel liegen.

Es ist nicht mglich unmittelbar den Maximumpegel aus LpALF nur durch Addition der Werte der1/3-Oktavbnder aus Abb. 11 und Abb. 12 zu finden, da die verschiedenen 1/3-Oktavbnder ihrMaximum an verschiedenen Positionen im Raum haben knnen. Aber 40 der 81 WKA/Raum-Kombinationen in Abb. 12 berschreiten einen A-bewerteten Schalldruckpegel von 20 dB inmindesten einem 1/3-Oktavband im 10-60 Hz Frequenzbereich, und es ist durchaus legitim damitzu rechnen, dass der gesamte Schalldruckpegel fr diesen Frequenzbereich (LpALF) 20 dB ber-steigen wird fr noch mehr WKA/Raum-Kombinationen.

Es soll erwhnt werden, dass WKA von den generellen dnischen Richtlinien fr tieffrequentenLrm ausgenommen sind seit 2006 [20], als die Bekanntmachung ber Lrm der WKA aktualisiertwurde [50]. Das Argument war, dass LpALF in Husern nicht 20 dB bersteigen wird, wenn dienormalen Grenzwerte fr den Auenbereich eingehalten werden [67]. Dies trifft mglicherweise aufkleine WKA zu, aber wie zu sehen ist, liegt der Schalldruckpegel in den Husern oft ber 20 dB frgroe WKA ber 2 MW.

4. Generelle Betrachtungen

4.1 Lrm als Funktion der WKA-GreDas Datenmaterial ergibt einen ntzlichen berblick, welche Schallleistung von den WKAverschiedener Gren emittiert wird, und mit Vorsicht knnen die Ergebnisse benutzt werden, dieSchallleistungspegel der greren WKA der Zukunft zu veranschlagen. Abbildung 13 wiederholtdie Daten aus Abbildung 1, jetzt mit einer Extrapolation fr hhere nominelle elektrischeLeistungen mitsamt Daten fr die eingesetzte Regressionslinie.


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Nominelle elektrische Leistung

Abb. 13. Schallleistungspegel (LWA) als Funktion der WKA-Gre. Windge-schwindigkeit 8 m/s, vier WKA unter 450 kW nicht mitgerechnet. LineareRegressionslinie, standard error of estimates (s.e.e)=1,64 dB. Ekstrapolation(gestrichelte Linie), 90 % Vertrauensintervall basierend auf s.e.e. (gepunkteteLinie).

Die Regressionslinie in Abb. 13 entspricht dem folgenden Zusammenhang zwischen derSchallleistungPA und der nominellen elektrischen Leistung,PE: (hldning= Neigung)

Neigung ist die Neigung der Regressionslinie, und konstant1 kann aus dem letzten Glied derGleichung fr die Regressionslinie berechnet werden. Da die Neigung 11 dB ist, ist der Exponent1,1, was bedeutet, dass die Schallleistung berproportional mit der nominellen elektrischen

Leistung steigt. Dem Verlauf der Linie folgend, emittiert eine WKA doppelter Gre mehr als diedoppelte Schallleistung.

Die Flche eines Kreises, in der eine gegebene Lrmschwelle berschritten wird, ist besondersinteressant. Der Radius des Kreises lsst sich aus Gleichung (1) entnehmen (Diameter= d), undwenn die atmosphrische Absorption, die hauptschlich bei hohen Frequenzen und groenAbstnden von Bedeutung ist, weggelassen wird, findet man, dass die Flche proportional mit derSchallleistung wchst. Durch Einsatz der Gleichung (2) folgt, dass

konstant2 ist abhngig von der Lrmschwelle.


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Mit der Neigung der Regressionslinie steigt das Gebiet mit Lrm also mehr als proportional zurnominellen elektrischen Leistung. Dies ist ein bemerkenswertes Ergebnis, wenn man bedenkt, dassdie Entwicklung dahin tendiert, immer grere WKA einzusetzen, und sogar, auf jeden Fall inDnemark, die Strategie umsetzt, viele kleine WKA mit wenigen groen zu ersetzen. VomStandpunkt der Lrmverunreinigung aus ist dies, so kommt es einem vor, ein Schritt zurck. Wenn

der installierte Effekt derselbe ist, werden groe WKA ein greres Gebiet mit Lrm treffen, alskleine WKA es wrden.

Es soll hinzugefgt werden, dass die Neigung der Regressionslinie nicht signifikant hher ist als 10dB (90 % Vertrauenintervall [9,53 dB; 12,40 dB], p(Neigung= 2 MW.


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Frequenz [Hz]

Abb. 14. Normierter A-bewerteter Schallleistungspegel in 1/3-Oktavbndern,Mittelwert fr zwei Gruppen WKA: < 2 MW und >= 2 MW. Daten aus van denBerg et al. [70, Appendix D]. Senkrechte Striche stehen fr +-1 standard error

of mean. (Keine der groen WKA wurde im 31.5-Hz Oktavband gemessen).

Auch mit diesen Daten liegt der tieffrequente Anteil klar hher fr groe WKA als fr kleine. DiePegelunterschiede bei 63 und 125 Hz sind statistisch signifikant (t=[2,70; 2,39], d.f.= [12,8; 16,9],einseitig p=[0,009; 0,015].

Die Unterschiede (3,6 und 2,2 dB) sind in der selben Grenordnung wie die Unterschiede in dieserStudie (vergleiche mit Abb. 4).

Ein Vergleich mit den Daten aus dieser Studie, umgerechnet nach 1/3-Oktavbnder, zeigt darberhinaus fast gleiche Werte in beiden Studien, siehe Abb. 15. Die Daten derselben WKA-Gruppe aus

beiden Studien sind nicht signifikant verschieden bei irgendeiner Frequenz. (Es gibt keine ber-lappung in den originalen Daten).


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Frequenz [Hz]

Abb. 15. Normierter A-bewerteter Schallleistungspegel in 1/3-Oktavbndern,Mittelwert fr zwei Gruppen WKA: < 2 MW und >= 2 MW und von zwei Studien:

van den Berg et al. [70, Appendix D] und dieser Studie.denne undersgelse=diese Untersuchung

4.4 TonkomponentenSndergaard und Madsen [71] schlussfolgern 1) dass die Frequenzspektren des aerodynamischen

Lrms der groen WKA nicht wesentlich abweichen von denen der kleineren WKA. Das bedeutet,dass der tieffrequente Lrm der groen WKA nicht gewichtiger ist als der von den kleineren , 2)dass eine festgestellte schwache Steigerung des relativen Anteils an tieffrequentem Lrm ......hauptschlich den Getriebetnen bei Frequenzen unter 200 Hz geschuldet sind, und 3) dass diesnicht ungewhnlich ist fr Prototypen, und normalerweise sind die produktionsreifen WKA

verbessert worden in Bezug auf Lrmemission und speziell in Bezug auf hrbare Tne des Lrms .

Diese Schlussfolgerungen sind mittlerweile nicht durch passende Statistiken oder andere Analysenuntermauert worden. Die erwhnte Trennung des aerodynamischen Lrms und des Getriebelrms istnicht erklrt, und keine Daten hierber sind angegeben. Mit Blick auf die Entwicklung des Lrmsvon Prototypen bis kommerzielle WKA sind keine Daten oder Referenzen angegeben. Schaut manauf die WKA in dem Projekt, ist es unklar, inwieweit die WKA 5-11 Prototypen sind oder nicht,weil WKA anonym sind, und die Informationen von Bericht zu Bericht variieren. In demursprnglichen Bericht [44] sind nur die WKA 1-4 als Prototypen benannt, aber der komplettezusammengefasste Bericht verweist auf alle WKA ber 2 MW als Prototypen. Wenn die WKA 5-11faktisch Prototypen sind, bedeutet dies, dass die Schlussfolgerung 3) gefasst wurde ohne die Daten

fr fertig entwickelte groe WKA. Wenn die WKA 5-11 aber fertig entwickelte WKA sind, ist eswert zu bemerken, dass auch mehrere von diesen deutliche Spitzen in den 1/3-Oktavbndern haben(Abb. 5), und dass deren Lrmemission (LWA und LWALF) nicht niedriger ist als die der WKA 1-4,vielleicht ganz im Gegenteil (Abb. 1).


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In Bezug auf die Reduzierung des tonalen Lrms, beziehen sich Sndergaard und Madsen mehrmalsauf den Tonzuschlag als ein Mittel um sicherzustellen, dass die Tne faktisch reduziert werden, ehedie WKA auf den Markt kommen, und sie benutzen Ausdrcke wie die notwendige Reduzierungder Tne [71] und ...reduced to a level where there is no penalty, according to the danishrules... [44, 71], (...reduziert zu einem Niveau, bei dem keine Zuschlge geben muss nach

dnischem Recht..., bersetzung des Verfassers). Sndergaard und Madsen haben offensichtlichdas Faktum ignoriert, dass die Ergebnisse ihrer Tonanalysen keine Tonzuschlge auslsen beikeinem der WKA (Abschnitt 3.1.3).

Ein genauerer Blick auf die Daten ergibt, dass obwohl einige der Spitzen in den 1/3-Oktavbndernbei niedrigen Frequenzen sehr deutlich sind, die Spitzen nicht generell verantwortlich sind fr denUnterschied zwischen kleinen und groen WKA. Abbildung 16 zeigt eine gedachte Situation, in deralle Spitzen unter 200 Hz von den groen WKA entfernt sind, indem die Pegel in den Spitzen durchPegel ersetzt werden, die durch lineare Interpolation zwischen den Niveaus in den beiden

benachbarten 1/3-Oktavbndern entstehen. 1-3 Spitzen der einzelnen WKA sind entfernt worden,mit Ausnahme der WKA 4, die nicht Spitzen in diesem Frequenzbereich hat. Nur das Entfernen der

40 Hz-Spitze der WKA 2 bewirkt eine Vernderung des Mittelwertes der groen WKA mit mehr als1,0 dB.

Frequenz [Hz]

Abb. 16. Normierte A-bewertete Schallleistungspegel im 1/3-Oktavband. Mittel-wert von 36 WKA 2MW. Die Spitzen in den 1/3-Oktavbndern sind entfernt worden, indem die Pegelin den Spitzen durch Pegel ersetzt werden, die durch lineare Interpolationzwischen den Pegeln in den beiden benachbarten 1/3-Oktavbndern entstehen.Farbcode der WKA wie in Abb. 5.


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Generell liegen die Mittelwerte der groen WKA im tieffrequenten Bereich immer noch ber denender kleinen WKA. Der Unterschied zwischen den Mittelwerten der groen (>2 MW) und derkleinen WKA (


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Frequenz [Hz]

Abb. 17. Normierte A-bewertete Schallleistungspegel fr 1/3-Oktavbnder.Mittelwerte fr zwei Gruppen WKA: 2 MW, Die Gruppe derkleinen WKA um 1/3-Oktav nach unten in der Frequenz verschoben. (WKA 6 istber 2 kHz nicht mitgerechnet, siehe Abschnitt 3.1.2).

Gennemsnit sm forskudt=Durchschnitt kleine verschoben; Gennemsnit store=Durchschnittgroe

Die beiden Kurven liegen sehr dicht aneinander im grten Teil des Frequenzbereiches, welches bedeutet, dass das Spektrum an seiner Form festgehalten hat, aber um ein 1/3-Oktav in derFrequenz nach unten verschoben fr kleine bis groe WKA (vergleiche mit Abb. 4). Die Unter-schiede bei den tiefsten Frequenzen knnen reell sein oder Unsicherheiten in den Messungen beidiesen Frequenzen wegen des Hintergrundlrms, eine Frage, die nicht vollstndig mit demvorhandenen Datenmaterial beantwortet werden konnte.

Fr den Leser, der meinen mchte, dass eine Verschiebung von 1/3-Oktav bescheiden ist, ist es wertzu bemerken, dies entspricht einem musikalischen Intervall von einem groen Terz, also fast wieder Unterschied zwischen zwei Saiten einer Gitarre.

Die logarithmischen Mittelwerte der nominellen elektrischen Leistungen der kleinen und groenWKA liegen bei jeweils 650 kW und 2,6 MW, und die spektrale Verschiebung um 1/3-Oktav nachunten entspricht daher einer Verschiebung nach oben in der nominellen elektrischen Leistung miteinem Faktor der Grenordnung 4. Es wird daher relevant sein vorzuschlagen, dass dasLrmspektrum ca. um einen weiteren 1/3-Oktav nach unten verschoben wird fr zuknftige WKAder 10 MW-Klasse.

Als Supplement zur linearen Regression und Extrapolation von LWA in Abb. 13 ist ein Angebot zuden typischen Spektren der WKA im Bereich 2,5, 5 und 10 MW konstruiert worden zum mglichen(vorsichtigen) Gebrauch in zuknftigen Studien. Abbildung 18 zeigt ein Sechste-Ordnungs-Polynom Regression des Mittelwertes des relativen Spektrums fr WKA ber 2MW.


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Frequenz [Hz]

Abb. 18. Sechste-Ordnung-Polynom Regression (blaue Linie) des Mittelwertesder normierten A-bewerteten Schallleistungspegel (rote Linie mit runden Markie-

rungen) fr WKA mit nomineller Leistung > 2 MW. (WKA 6 nicht mitgerechnetber 2 kHz, siehe Abschnitt 3.1.2).

Tabelle 3 zeigt die relativen Schallleistungspegel in den 1/3- und 1/1- Oktavbndern fr 2,5 MWWKA aus der Regression in Abb. 18 und, fr 5 und 10 MW WKA, mit den entsprechenden Daten

jeweils um 1/6 und 1/3 Oktav nach unten in der Frequenz verschoben. Auerdem zeigt die Tabelledie absoluten Pegel basierend auf der linearen Regression von LWA in Abb. 13. Beachte, dass dieSchtzungen auf den Mittelwerten der WKA basieren, und dass sie keinen Sicherheitszuschlag

beinhalten wie im Abschnitt 4.2 erwhnt.

Die Tabellenwerte fr das absolute Niveau in den 1/3.Oktaven sind auerdem in Abb. 19 gezeigt.


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Tabelle 3. Die geschtzten relativen und absoluten A-bewerteten Schallleistungspegel frWKA um die 2,5, 5 und 10 MW basierend auf dem Sechste-Ordnungs-Polynom Approxi-

mation des mittleren relativen Niveaus fr WKA > 2 MW aus Abb. 18 und LWA aus der line-aren Regression in Abb. 13. Relative Niveaus um 1/6 und 1/3 Oktav nach untenverschoben fr jeweils 5 und 10 MW. Approximation justiert mit +0,38 dB um ein totalesrelatives Niveau von 0 dB zu erreichen, welches der Mittelwert der relativen Daten (undderen Approximation) nicht notwendigerweise beinhaltet. Beachte, dass die Schtzungen

auf den Mittelwerten der WKA basieren, und dass sie keinen Sicherheitszuschlagbeinhalten wie im Abschnitt 4.2 erwhnt.


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Frequenz [Hz]

Abb. 19. geschtzte A-bewertete Schallleistungspegel in den 1/3-Oktavbndernfr WKA um die 2,5, 5 und 10 MW. Werte und Bedingungen wie in Tabelle 3.

4.8 Atmosphrische VerhltnisseAlle bisherigen Berechnungen setzen eine sphrische Schallausbreitung voraus, d.h. eine Reduktiondes Schalldruckpegels um 6 dB bei einer Verdopplung des Abstandes. Unter bestimmten atmo-sphrischen Bedingungen, z.B. mit einer Temperaturinversion oder 'low-level-jets', kann in einer

bestimmten Hhe eine reflektierende Luftschicht vorhanden sein, und damit hnelt dieSchallausbreitung ber eine gewisse Distanz einer zylindrischen Ausbreitung, die nur eineReduzierung um 3 dB bei einer Verdopplung des Abstandes ergibt. Bei niedrigen Frequenzen wurde

dies von Hubbard und Shepherd [21] beobachtet und z.B von Zorumski und Willshire [74] undJohansson [75] erklrt. ber Wasser rechnen die schwedischen Richtlinien generell mit einerzylindrischen Ausbreitung bei einem Abstand ber 200 m, ein Abstand der fein bereinstimmt mitden Daten von Bolin et al. [76], die Reflexionen nachwiesen in einer Hhe mit der Grenordnung100-200 m.

Mit einer zylindrischen Ausbreitung ab 200 m gilt folgende Gleichung (fr Abstnde ber 200 m)


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Tabelle 4 und Abbildung 20 zeigen jeweils Schlsselzahlen und Schalldruckpegel in den 1/3-Oktav-bndern in dem Abstand, an dem der A-bewertete Schalldruckpegel auf 35 dB gefallen ist unter derVoraussetzung einer zylindrischen Ausbreitung ab 200 m.

Tabelle 4. Schlsselzahlen bei dem Abstand, wo der totale A-bewertete Schalldruckpegel35 dB ist. Zylindrische Ausbreitung wird ab 200 m angenommen. Der Abstand ist als eineSchrge zum Rotorzentrum angegeben, welcher bei den aktuellen WKA-Hhen dicht an

dem waagerechten Abstand liegt. (Middel sm=Mittelwert kleiner WKA)

Frequenz [Hz]

Abb. 20. A-bewertete Schalldruckpegel in 1/3-Oktavbndern an dem Abstand,bei dem der totale A-bewertete Schalldruckpegel 35 dB ist (siehe Tabelle 4).Zylindrische Ausbreitung wird angenommen ab 200 m. Farbcodes der WKA wiein Abb. 5.

Weitaus grere Abstnde sind ntig (1414-3482 m) um auf 35 dB zu kommen, als bei einer reinsphrischen Ausbreitung, und die tieffrequente Charakteristik des Spektrums ist noch markantergeworden (vergleiche mit Tabelle 1 und Abb. 9). Zylindrische Ausbreitung kann die Zuflle erkl-ren in denen behauptet wird, dass das Grummeln der WKA kilometerweit hrbar sind. Ein 'worst-

case' Szenarium, das die Temperaturinversion mit einem WKA-Park kombiniert, welcher sich wieeine Linienquelle in einem bestimmten Abstandsbereich verhlt, kann theoretisch gesehen diegeometrische Dmpfung in diesem Gebiet auf 0 dB bringen. Es ist mittlerweile notwendig, mehrWissen ber die atmosphrischen Verhltnisse und die verschiedenen Abhngigkeiten zu erlangen.


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Es gibt auch andere Phnomene in Relation zu den atmosphrischen Verhltnissen, welche einegewisse Aufmerksam verdienen. Es wird normalerweise angenommen, dass die Windgeschwin-digkeit mit steigender Hhe ber der Erde logarithmisch ansteigt, angefangen mit einer Geschwin-digkeit von Null in einer Hhe entsprechend der sogenannten Rauhigkeitslnge der Erdoberflche.Wenn man die Rauhigkeitslnge kennt, kann die Windgeschwindigkeit in allen Hhen aus einer

Messung in einer einzelnen Hhe bestimmt werden. Die Windgeschwindigkeit in einer Hhe von 10m wird als Referenzwert fr Messungen des WKA-Lrms genommen [47].

Mittlerweile haben mehrere Studien gezeigt, dass die realen Windgeschwindigkeitsprofile sehrvariieren und oft vom angenommenen logarithmischen Profil erheblich abweichen (van den Berg[77], Botha [78], Palmer [79], Bowdler [80]). In einer stabilen Atmosphre, wie sie oft nachtsvorkommt, knnen die Varianten mit der Hhe viel grer sein als angenommen, z.B. mit einerhohen Windgeschwindigkeit in Rotorhhe und nur wenig Wind am Boden. Eine groe Variation derWindgeschwindigkeit quer ber dem Rotorareal erhht die Modulation des WKA-Lrms, und dasnormale Wischgerusch der Flgel ndert sich in ein belstigendes, impulsartig wummerndesGerusch wie z.B. von van den Berg [28, 81, 82] und Palmer [83] beschrieben. Der Effekt ist

deutlicher bei den groen WKA, wo der Unterschied der Windgeschwindigkeit an der Rotor-oberkante und -unterkante bedeutend sein kann. Dieser Effekt wird in der Regel nicht bei denLrmmessungen erfasst, da diese hauptschlich whrend der Tageszeiten ausgefhrt werden, andenen das logarithmische Profil aber eher gewhnlich ist.

Eine andere Konsequenz groer Varianten der Windgeschwindigkeit mit der Hhe ist, dass dieWKA Lrm emittieren kann, der einer hohen Windgeschwindigkeit entspricht und viel strker alsangenommen bei einer gemessenen Windgeschwindigkeit in 10 m Hhe whrend es auf demBoden still ist. Es ist daher mehr WKA-Lrm vorhanden als erwartet, bei weniger Wind, und derWKA-Lrm wird daher nicht mit natrlichem windverursachten Schall maskiert worden sein, wieer vielleicht geworden wre mit dem logarithmischem Profil.

Etliche Verfasser haben angefhrt, dass das logarithmische Profil und eine Referenzhhe von 10 mnicht zweckmig ist bei modernen, hohen WKA (z.B. van den Berg [81], Botha [78], Palmer [79],Almgren et al. [84]), und eine revidierte IEC 61400-11 will die reale Windgeschwindigkeit in

Nabenhhe als Referenz einsetzten [85]. Windprofile und -statistik fr das faktische Aufstellungs-gebiet kann danach zur Berechnung des Lrms und Regulierung verwendet werden.

5. SchlussfolgerungenDie Resultate bekrftigen die Hypothese, dass das WKA-Lrmspektrum mit steigender WKA-

Gre sich nach unten in der Frequenz bewegt. Der tieffrequente Anteil des emittierten Schalls vongroen WKA (2,3-3,6 MW) ist hher als der von den kleineren WKA (


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Der tieffrequente Lrm in den Husern variiert mit WKA, Schalldmpfung des Raumes undPosition im Raum. Wenn der Lrm der groen untersuchten WKA einen A-bewerteten Outdoor-Schalldruckpegel von 44 dB hat, das maximal erlaubte in der dnischen Regulierung des Lrms vonWKA, ist das Risiko gegeben, dass ein betrchtlicher Anteil der Bewohner von dem tieffrequentenLrm belstigt werden, selbst im Haus. Die dnische Abend/Nacht-Schwelle von 20 DB bei A-

bewertetem Schall im Frequenzbereich 10-160 Hz, die fr industriellen Lrm gilt (aber nicht frWKA), wird berschritten werden in vielen Aufenthaltsrumen der anliegenden Wohnhusern, diedicht an der Grenze von 44 dB liegen. Die Probleme werden deutlich reduziert mit einerGrenzschwelle im Freien von 35 dB.

Die WKA emittieren ganz gewiss Infraschall (Schall unter 20 Hz), aber die Pegel sind niedrig,wenn man die Empfindlichkeit des Menschen fr solche Frequenzen in Betracht zieht. Selbst dichtan den WKA liegt der Schalldruckpegel weit unter der normalen Hrschwelle, und der Infraschallwird daher nicht als ein Problem angesehen fr WKA der selben Konstruktion und Gre wie dieuntersuchten.

Der tieffrequente Lrm von mehreren der untersuchten WKA beinhalten Tne, vermutlich vomGetriebekasten, die als Spitzen in den entsprechen 1/3-Oktavbndern auftauchen. Der Tonzuschlaghilft nicht abzusichern, dass die Tne entfernt oder reduziert werden, da die Tne nicht ausreichendausgeprgt sind, berhaupt einen Tonzuschlag auszulsen. Der spektrale Unterschied zwischengroen und kleinen WKA ist brigens immer noch statistisch signifikant, selbst wenn die Spitzen inden 1/3-Oktavbndern entfernt werden.

Die vorstehenden Schlussfolgerungen basieren auf Daten von WKA im Grenbereich 2,3-3,6 MWnomineller elektrischer Leistung. Probleme mit tieffrequentem Lrm werden erwartungsgemgrer mit noch greren WKA.

Die emittierte A-bewertete Schallleistung steigt proportional mit der elektrischen Leistung oderwahrscheinlich noch mehr. Deswegen verunreinigen groe WKA dasselbe oder ein noch greres- Gebiet, verglichen mit kleinen WKA mit derselben gesamten elektrischen Leistung.

Der Lrm von verschiedenen WKA der selben Gre variiert mit mehreren Dezibel, selbst vonWKA des selben Typs und Model. Daher ist es nicht relevant, Berechnungen bis zu den Bruchteileneines Dezibels vorzunehmen und daran zu glauben, dass diese fr die aktuellen WKA zutreffendsind, die zur Zeit aufgestellt werden. Es muss in der Planungsphase ein gewisser Sicherheits-spielraum eingerechnet werden um sicherzustellen, dass die praktisch errichteten WKA dieLrmgrenzen einhalten. Es gibt eine internationale technische Spezifikation hierber, aber diese

wird oft nicht angewendet.Unter bestimmten atmosphrischen Bedingungen, z.B. Temperaturinversion, kann der Lrm mehr

belstigend sein und besonders im tieffrequenten Teil sich viel weiter verbreiten als normalangenommen. Die Notwendigkeit besteht, ber diese Phnomene und deren Erscheinen mehrWissen anzueignen.


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tieffrequenter laerm von grossen windkraftanlagen

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