SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI

UTJECAJ I SMANJENJE BUKE TE MOGUĆNOST KORIŠTENJA ALTERNATIVNIH GORIVA U JGP-u

SEMINARSKI RAD

Predmet: Ekologija u prometu

Predmetni nastavik: Mr. sc. Zoran Vogrin

Studenti: Matija Kresnik

JMBAG: 0135

Nino Kink

JMBAG: 0135226429

Zagreb, studeni 2012

1. Uvod

Sa razvojem automobilske tehnologije buka je počela predstavljati sve veći problem u gradovima. U prilog tome govori činjenica da se od početka stoljeća do danas u gradskim se središtima prometna buka povećala osmerostruko. Sva vozila proizvode buku, ali ona nastaje još i prolaskom vozila kroz zrak te interakcijom vozila sa podlogom, odnosnom voznom površinom. Ima velik utjecaj na zdravlje ljudi, ali je moguće umanjiti njen iznos pomoću mjera za smanjenje buke, kao što su bukobrani.

Kao i buka, alternativna goriva postaju sve češća tema razvojem tehnologije. Zbog fosilnih goriva zrak je sve onečišćeniji te se krenulo u potragu za čišćim i jeftinijim gorivima. Neki od alternativih goriva su alkohol, vodik sunčeva energija, biodizel i plin. Nihovom upotrebom će se smanjiti zagađenje okološa, ali i sukobi koji sve češće nastaju zbog fosilnih goriva, koja su iscrpni energenat.

Izbor ovih tema nije bio težak jer su one aktualne u svijetu te veoma zanimljive. U ovom seminarskom radu definirat ćemo probleme, opisati ih te pokušati naći odgovore na sva pitanja vezena uz buku i alternativna goriva u javnom gradskom prijevozu.

2. Buka u prometu

Buka je postala predmetom raznovrsnog ispitivanja tek u novije vrijeme, kada je postalo da suviše jaka buka utječe na čovjekovo zdravlje i primjetno smanjuje proizvodnost njegovog rada[1]. Od početka stoljeća do danas u gradskim se središtima prometna buka povećala osmerostruko. Na buku uzrokovanu prometom otpada čak 80 % od svih izvora komunalne buke u većim urbanim sredinama, dok od toga 50 % otpada na cestovni promet, 18 % na promet na tračnicama, a 13 % na zračni promet (slika 1.). Buka u cestovnom prometu je najrasprostranjenija vrsta buke i urbanim sredinama predstavlja jedan od ozbiljnih problema.

Slika 1. Odnos pojedinih izvora buke

2.1. Utjecaj vozila na razinu buke

U urbanim sredinama buku koja nastaje za vrijeme vožnje motornog vozila, s obzirom na osnovni izvor, možemo podijeliti u tri skupine:

- Buka od prolaza vozila kroz zrak

- Buka rada vozila

- Buka od interakcije pneumatika i vozne površine

Buka koju stvara vozilo je emisijska buka koju generiraju komponente vozila koje djeluju pri pokretanju samog vozila, a ovisi o brzini rada motora (strukturna buka motora, usis zraka, buka ventilatora i ispušnog lonca). Jača je kod teretnih vozila nego kod osobnih, a osobito dolazi do izražaja pri nižim stupnjevima prijenosa. Na nju djeluje i geometrija ceste.

Buka od interakcije pneumatika i vozne površine je buka koja nastaje uslijed kotrljanja kotača po površini kolnika. Ona osobito dolazi do izražaja pri većim

brzinama, pri kojima se njen intenzitet povećava, a istodobno smanjuje buka motora (buka tada radi uz veći stupanj prijenosa).

Opažanja i istraživanja su pokazala da na odašiljanje zvuka utječe:

- Hrapavost - što je veća hrapavost zastora, veća je razina buke koja otprilike linearno raste s povećanjem teksture

- Brzina kretanja vozila (buka pneumatika i buka prijenosnog mehanizma) - s porastom brzine vožnje, povećava se buka i uslijed kotrljanja kotača po kolniku

- Stanje (suho – mokro) površine kolnika - kolnici su u mokrom stanju bučniji od suhih kolnika, a razlika u razini buke je posebice izražena kod manjih brzina

- Vrsta pneumatika i njegovo opterećenje - pneumatici koji su jače opterećeni proizvode veću buku koja se povećava s trošenjem nagazne površine guma uslijed koje dolazi do povećavanja vibracija

Pri malim brzinama kretanja vozila, sama konstrukcija vozila ima značajniji utjecaj na razinu buke od interakcije vozila i vozne površine. Utjecaj kotrljanja pneumatika po kolničkoj površini postaje značajan pri brzinama većim od 30 km/h za osobna vozila i 40 km/h za teretna vozila, dok je on dominantan pri brzinama većim od 50 km/h. Razina buke koju proizvede rad motora vozila pri brzinama od 30 do 50 km/h ima značajnu ulogu u urbanim sredinama dok se na autocesti taj izvor buke može zanemariti.

Izvor: www.e-student.hr, listopad 2012

Grafički prikaz 2. Odnos buke pneumatika i rada motora

Iz grafičkog prikaza 2. vidljivo je da pri brzini vozila od 20 km/h veći utjecaj na razinu buke ima rad motora, dok pri brzini većoj od 50 km/h dominaciju preuzima buka od interakcije pneumatika i vozne površine.

2.2. Utjecaj buke na zdravlje ljudi

Povišena razina buke sve više zabrinjava jer dokazano djeluje na pogoršanje ljudskog zdravlja. Obitavanje u bučnom okolišu povećava stres i tako dovodi do fizioloških promjena u organizmu[1]. Glavni auditivni simptomi su zaglušenost, šum, neugodna bol i gubitak sluha, te vrtoglavica. Subjektivni osjet pritiska i zvonjave u ušima (tinnitus) pojavljuje se najčešće pri izloženosti buci u tihom okruženju. Prekomjerna buka izaziva i neraspoloženje, razdražljivost, nemir i smetnje u ponašanju. Za dobar san bilo bi poželjno da buka ne prelazi 30 decibela, a pojedinačni zvučni podražaji 45 decibela. Neauditivni zdravstveni poremećaji izraz su fiziološke reakcije na stres. Buka od 60 do 70 decibela može neizravno utjecati na endokrinološki sustav i simpatički dio autonomnoga živčanog sustava i potiče izlučivanje stresogenih hormona. Raste razina kolesterola i triglicerida u krvi i krvni tlak te nastaje depresija. Agresivno ponašanje zbog djelovanja buke pojavljuje se tek iznad 80 decibela. Osobe koje žive ili rade u bučnom okolišu od dva do tri puta u većoj su opasnosti od srčanog infarkta.

2.3. Procjena izloženosti prekomjernoj buci

I sami možemo procijeniti nalazimo li se u preglasnom okružju koje je opasno za naš osjet sluha i ravnoteže: ako ne razumijemo govor osobe na udaljenosti od jednog metra, ako osoba uz nas čuje glazbu s našega elektroakustičkog uređaja, ako ne možemo kontrolirati jačinu glasa u buci. Možemo postati promukli zbog oštećenja glasnica, ali i umorni, razdražljivi, željni izolacije. Jaka buka može u početku izazvati zaglušenost i zvonjavu u ušima (tinnitus), a zatim i vrtoglavicu, mučninu, razdražljivost, umor i nedostatak koncentracije.

Negativno djelovanje buke motornih vozila možemo podijeliti na:

djelovanje buke prometnog toka u okolini prometnice

djelovanje buke unutar vozila na vozača i putnika

S medicinskog stajališta razlikujemo dvije vrste štetnog djelovanja buke:

- Auralno djelovanje buke je djelovanje izravno na organ sluha i poznato je odavno. Razvojem suvremenih prometnih sredstava i ostale tehnike sve je veći broj radnih mjesta s pretjeranom bukom kao i sve veći broj ljudi s oštećenjem sluha koji rade na tim mjestima (vozači, piloti, strojari itd.)

- Ekstra auralno djelovanje je djelovanje na cijeli organizam. Takvo djelovanje utječe na povećanje napetosti, krvni tlak, izaziva poremećaje rada srca, pluća, želuca, endokrilnog sustava, sužava pozornost i produktivnost rada, što je kod vozačkog osoblja vrlo kritično i opasno po sigurnost sudionika u prometu i čitave okoline.

3. Mjere za smanjenje buke

Mjere za smanjenje buke mogu biti na vozilu i mjere izvan vozila[1].

3.1. Mjere za smanjenje buke na vozilu

Provode se na tri mjesta: na izvoru buke, u prijenosu buke i na prijamniku, odnosno karoseriji. Kod motora kao izvora buke, na iznos buke se može utjecati upravljanjem procesom izgaranja, zatim smanjenjem buke konstrukcije motora, te smanjenjem buke oklopa oko motora. Na proces izgaranja treba utjecati tako da se postigne što ravnomjerniji tok porasta tlaka u cilindru. U tom se smislu izvodi nekoliko postupaka ubrizgavanja goriva, npr. dvofazno ubrizgavanje goriva. Za stišavanje buke motora uglavnom ostaje stišavanje buke same konstrukcije motora i buke oklopa motora. U vezi s tim, zidovi kućišta motora trebaju biti napravljeni od visoko prigušnih materijala te trebaju biti što krući izvedeni nekoliko puta deblji nego što je normalno, i to od lijevanog magnezija, a ne od lijevanog željeza.

3.2. Mjere za smanjenje buke izvan vozila

Prilikom projektiranja i građenja cesta treba na mjestima gdje se želi postići zaštita od buke poduzeti odgovarajuće mjere koje se sastoje od sljedećeg:

- Uzdužni nagib ne treba biti veći od 3 %, jer kod uzdužnih nagiba od 4 – 6% povećava se zvučna razina za 3 dB, a kod nagiba od 6% čak i do 6 dB. Iz tog proizlazi da se za svaki stupanj nagiba veći od 5 % povećava buke za 0,6 dB

- Odabrati odgovarajuću brzinu zbog toga jer kod brzine vožnje veće od 90 km/h dolazi do povećanja zvučne razine za 3 dB. Isto tako, smanjenjem brzine za 20 km/h (s 80 na 60 km/h) snizuje se razina buke za 2,5 dB. Regulacijom prometa semaforima povećava se razina buke za 1 do 2 dB. Učinkovitost „smirivanja“ prometa jest u tome što se može sniziti razina buke za oko 5 dB.

- Pažljivo locirati križanja i prijelaze zato što svako križanje, prijelaz preko pruge i sl. povećava zvučnu razinu za 3 dB.

- Vođenjem prometnice u tunelu smanjuje se zvučna razina za 20 dB.

4. Mjere za smanjenje buke cestovnih vozila

Pravilnim projektiranjem, uspostavom prometnog toka te tehnički ispravnim vozilom može se puno postići na smanjenje razine buke. Međutim, kako to nije slučaj u praksi, nerijetko se dešava da se s bukom suočavamo kada ona već postane problem i sve što tada možemo napraviti jest sanacija već učinjenog. Takva su rješenja naravno puno skuplja i zato je nužno povećati svijest o tom problemu i reagirati pravovremeno[2].

Mjere za smanjenje razine buke od prometa možemo podijeliti na:

- Mjere aktivne zaštite od buke – na izvoru

- Mjere za smanjenje širenje buke između izvora i objekata utjecaja

- Mjere pasivne zaštite od buke – na imisijskom mjestu

- Ekonomske i ostale mjere

Osnovni zahtjev je da barijera ima dovoljnu visinu i dužinu s kojima se postiže vertikalno i horizontalno preklapanje s cestom iz kuta gledanja zaštićenog objekta. Prema pravilima struke preporučuje se da visina zaštitnih barijera bude minimalno 1,5 m, odnosno maksimalno 5 m, te debljine 120mm.

Kako zaštitne barijere visine veće od 5 m u pravilu nije moguće ostvariti uobičajenim inžinjerskim metodama i uz razumne troškove preporučuje se visinu ograničiti na 5 m ili u slučaju da ta visina nije dovoljna razmotriti neka druga rješenja (npr. kombinacija barijera i zaštitnih prozora, otkup ili prenamjena objekata, nagodba s vlasnikom ). Izgradnja barijere se predlaže tek kod akustički potrebne visine veće od 1,5 m, zbog relativno velikog udjela troškova temeljenje kod nižih zidova.

Barijere se razlikuju prema obliku, materijalu od kojeg su izvedene te prema akustičnim svojstvima. Pri gradnji barijera koristi se široki spektar materijala kojima se postižu različiti vizualni efekti i različita učinkovitost. Najčešće korišteni materijali su beton, aluminij, drvo, čelik, polimerni materijali, zemljani nasipi, vegetacija ili razne kombinacije prije navedenih materijala.

Slika 2. Bukobran (www.prometna-zona.com, listopad 2012.)

Mnoge od navedenih barijera se na strani koja je direktno izložena buci oblažu apsorbirajućim materijalom, kojima se postiže smanjenje reflektirane buke.

U fazi prostornog planiranja dodatna zaštita od buke može se postići postavljanjem zgrada kao barijera na način da ih se smjesti između izvora buke i relevantnog mjesta imisije. Tlocrtno dugačka zgrada ili kuće u nizu koje su paralelne u odnosu na cestu, mogu poslužiti kao adekvatna zaštita udaljenijim objektima iza njih. Dvokatnica paralelna s cestom može smanjiti razinu buke na strani zgrade koja je udaljenija od prometnice za približno 13 dB. Samostojeće zgrade bi uvijek trebale biti paralelne s cestom i sa prozorima smještenim na bočnim stranama na kojima je razina buke znatnije niža u odnosu na prednju stranu. Ne preporučuje se orijentirati zgradu okomito prema cesti jer su na taj način obje bočne strane gotovo potpuno izložene buci.

Najbolji način osiguravanja tihih zona je gradnja zatvorenih redova zgrade koje ujedno štite objekte koji se nalaze iza njih. Ukoliko je moguće, trebalo bi zatvoriti sve prolaze među zgradama. Visina zgrade također određuje potencijal smanjenja razine buke. Što je zgrada viša, to je i zvučna zaštita veća

Kao zaštita od buke izvan središta naselja uglavnom se koriste nasipi[1]. Nasipi mogu poslužiti kao deponij za višak materijala koji se pojavljuje tijekom gradnje, njihova masa prilično apsorbira buku, a uz ispravno ozelenjavanje estetski se uklapaju u okoliš i povoljno djeluju u apsorpciji štetnih tvari. Nasipi zahtijevaju mnogo prostora čime im je onemogućena raširenost primjene.

U slučajevima kada je raspoloživi prostor ograničen moguće je kombinirati nasip i zaštitni zid protiv buke. Takvom kombinacijom može se postići smanjenje buke od 6 do 15 dB. Kako se zidovi za zaštitu od buke estetski teško uklapaju u krajolik, poželjno je da se sa svake strane zaštitnog zida zasadi pojas prikladne vegetacije.

5. Alternativna goriva

Energetska kriza sedamdesetih godina upozorila je na problem ograničenja zaliha nafte koja je uz ugljen najvažniji izvor energije. S obzirom da će se zalihe s vremenom potrošiti nije čudno da se provode mnoga istraživanja kako bi se pronašle zamjene za naftne derivate. Danas se intenzivno radi na novim izvorima energije koji imaju svojstva prikladan za rad motora, mogu se spremiti u relativno mali spremnik te imaju malu masu u odnosu na količinu energije koju bi pružali. Od njih se isto tako očekuje poboljšanje u smanjenju emisije različitih plinova koji onečišćuju zrak, kao što su ugljik (II) oksid (CO), ugljikovodici (CH) i dušikovi oksidi (NOX).

6. Plinovita goriva

Pri normaloj temperaturi nalaze se u plinovitom agregatnom stanju pa je njihova gustoća vrlo mala, a volumen velik što otežava njihovu pohranu i iz tog razloga često se pohranjuju u spremnike pod tlakom.

Permanentni plinovi, metan ili vodik, ne mogu se ukapljiti pri normalnoj temperaturi, pa se pohranjuju na razne načine:

- U bocama pod visokim tlakom- Pri niskim temperaturama u kriogenim spremnicima- Na neki drugi način, npr. vodik u hidridima metala- Plin se proizvodi izravno uz motor na vozilu kao generatorski plin

Vrste plinovitih goriva su :

- Zemni plin- Ukapljeni naftni plin- Vodik

6.1. Zemni plin

Pri normalon temperaturi volumen zemnog plina je velik: za metan iznosi q=0,717 kg/m3, a jedinični volumen V=1,4m3/kg. Kod vozila to zahtjeva da se pohranjuje u spremnike, npr. u čelične boce pod vrlo visokim tlakom od 15 do 20 Mpa. Oktanska vrijednost iznosi 120. U zemnom plinu nema olovnih spojeva, a sadržaj sumpora je mali. Kod Otto motora moguće ga je uporaditi bez velikih izmjena na motoru, dok se kod dizel motora najčešće mora smanjiti stupanj kompresije.

Zet je uveo autobuse na zemni plin 2009. godine u neke svoje autobuse, točnije njih 60. Moguće ih je prepoznati po natpisu CNG (Compressed natural gas). Na taj način i oni pridonose očuvanju okoliša u gradu Zagrebu. (ZET)

6.2. Ukapljeni naftni plin

Ukapljeni naftni plin je smjesa propana C3H8 i butana C4H10 u podjednakim volumenskim udjelima. Koncentracija štetnih sastojaka u ispušnom plinu manja, a ukapljeni naftni plin ne sadrži olovo i sumpor što mu daje prednost pred benzinom. Oktanski broj je velik i iznosi 112 za propan i 94 za butan. Iz tog razloga je pogodan

kao gorivo ta Otto motore. Već se dulje vrijeme upotrebljava u javnom gradskom prijevozu u vidu goriva za autobuse i taxi vozila, ponajprije jer je jeftiniji u odnosu na standardna goriva. Jedina loša strana je dva spreminka, jedan za benzin, a drugi za plin, stoga je prtljažni prostor smanjen.

6.3. Vodik

Vodik je permanentni plin koji se ukapljuje na niskoj temperaturi od -253 OC. Gustoća mu iznosi q=0,08987 kg/ m3. Vodik je gorivo s najvećim toplinskim efektom, a ujedno je i najlakše gorivo jer ima masu od 0,07 kg/dm3. Uporaba vodika je vrlo raširen te pored toga što se koristi kao pogonsko gorivo, upotrebljava se za dobivanje benzina, metanola, amonijaka i drugih goriva. Najveća prednost vodika nad ostalim vrstama goriva je to što su njegove količine neiscrpne te u čistom izgaranju bez ugljik (II) oksida. Produkte izgaranja je H2O tako da nema niti sumpora ni olova. S druge strane, nemože ga se pronaći u slobodnom stanju te ga se mora proizvoditi elektrolizom ili termokemijskim postupcima. Još nekoliko nedostataka su cijena, otežano skaldištenje, prijevoz i distribucija.

7. Alkoholi

Alkoholna goriva se dijela na metanol i etanol.

7.1. Metanol

Metanol, CH3OH, proizvodi se iz zemnog plina, primarnog benzina, teškog ulja ili ugljena. Njegova otpornost prema detonantnom izgaranju veća je od benzina, tako da je njegova uporaba kao goriva u specijlnim slučajevima poznata već dugo vremena. To se ističe kod sportskih automobila. Zbog većeg oktanskog broja, koji iznosi 106, teže ga je primjeniti kod dizel motora, ali je taj problem moguće riješiti manjim izmjenama na motoru. Zamjena benzina metanolom uspješno je izvedeno kod većine proizvođača automobila. U motorima s unutrašnjim izgaranjem bolje unutrašnje hlađenje motora omogućuje veliko povećanje stupnja kompresije na vrijednost 14:1. Ispušni plinovi motora daleko su manje štetni za zdravlje jer ne sadrže dušikove okside, aromatske ugljikovodike, koji su uzročnici raka, te manje ugljik (II) oksida.

7.2. Etanol

Kemijska formula je C2H5OH, a dobiva se iz škroba, šećera, koksnih plinova i dr. Svojstva etanola su slična svojstvima metanola, ali je udio kisika manji. Ostm toga što ispuh nije otrovan, nije korozivan te rezervoari mogu biti naprevljeni od jeftinijeg materijala. Oktanski broj mu iznosi 120 i ima vrlo dobre detonacijske karakteristike. Kada se benzinu doda 25 % etanola, snaga motora poveća se za 8 %. Motor može raditi i sa siromašnijom smjesom jer alkoholi imaju veću vrijednost isparavanj te je opasnost vrlo mala.

8. Sunčeva energija

Pod pojmom sunčeva energija u užem smislu se podrazumijeva njeno neposredno iskorištavanje u izvornom obliku, a ne kao energije vjetra ili fosilnih goriva. Prvi solarni automobili napravljeni su na sveučilištima. Na površini takvih automobila nalaze se solarni kolektori koji sakupljaju svjetlost u obliku fotona te provode električnu struju do baterija koje napajaju automobil. Baterije, kao bitan dio vozila, pohranjuju energiju te bi bez njih automobil imao problema prilikom ubrzavanja, penjanja ili prilikom vožnje hladovinom ili oblačnim vremenom. Dobro dizajnirani solarni automobil je aerodinamičan, samim tim i brži, mnogo je lakši (običan auto teži od 1,5 t do 2 t, dok solarni auto teži od 150 do 400kg) jer je napravljen od čvrstih, ali laganih materijala poput kevlara (vrsta polimera) i ugljikovih vlakana.

9. Biodizel

Biodizel se dobiva iz repičinog ulja ili drugih biljnih ulja esterifikacijom s metanolom. Koristi se kao zamjena minetalog dizela ili u određenoj smjesi. Ovakva mješavina biodizela i mineralnog dizela emisiju ispušnih plinova, a maksimalna mazivost postiže se s mješavinom otprilike 10 % biodizela u mineralom dizelu. Ne opterećuje dizel motor već njegova visoka mazivost u usporedbi s mineralnim dizelom uzrokuje manje trošenja klipova, brtvenih prstenova, stijenki cilindara i preciznih dijelova crpke za ubrizgavanje.

ZET uz autobuse na plin od 2007. koristi i većinu autobusa na biodizel. Neke ZET-ove prognoze govor da bi do 2020. godine cijeli vozni park trebao ići na ekološki prihvatljiva goriva, uglavnom baš spomenuti biodizel.

10. Hibridni automobili

Hibridni automobil je automobil koji za pokretanje koristi dva ili više izvora, umjesto jednog, poput tradicionalnih automobila. Najčešća je kombinacija benzinskog ili dizelskog motora s elektromotorom, kao što je slučaj u Toyote Prius. Ona imam benzinski motor jačine 136 KS, ali kada su baterije pune i kada nije potrebna snaga

vozi na struju. Baterije, koje se nalaze ispod zadnjih sjedala, pune se prilikom kočenja i preko benzinskog motora. Na struju može ići do 50 km/h u dužini do 2 km. Prosjećno troši oko 5 litara benzina na 100 km.

11. LiteraturaTu napisi svoje i oznaci

Moje je sve Bradavica, R.: Plinovita goriva u ekspoataciji cestovnih motornih vozila; magistarski rad; Zagreb; Fakultet prometnih znanosti; 2003; Golubić, J.

Zemni plin i biodizel, zadnji odlomak je sa http://www.zet.hr/autobus.aspx

I daj stavi nekaj za sunčevu energiju

Nemoja zaboravit na naslovnoj jmbag