Aneta Duda, Barbara Dziura Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji

Rok I, gr 2 Kierunek: Inżynieria Środowiska

2012/2013

ĆWICZENIE NUMER 1

Z PRZEDMIOTU INŻYNIERIA I OCHRONA POWIETRZA

TEMAT: Obliczanie odległości x_m stężenia maksymalnego zanieczyszczenia powietrza s_mm dla SO₂

Kraków 2013

Spis treści

1. Akty prawne na podstawie których dokonujemy obliczeń

2. Dane

3. Obliczenia dla wybranej prędkości i stanu równowagi atmosfery(silnie chwiejna)

4. Tabela z wynikami

5. Sprawdzenie warunku na wartość maksymalną

6. Wnioski

1. Akty prawne na podstawie których dokonujemy obliczeń

Obliczanie odległości X_m występowania stężenia maksymalnego zanieczyszczenia powietrza S_m dokonano na podstawie Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 26 stycznia 2010 roku w sprawie wartości odniesienia dla niektórych substancji w powietrzu(Dziennik Ustaw nr 16 z 2010 roku, Poz.87)

Rozporządzenie określa:

• Wartości odniesienia dla niektórych substancji w powietrzu, zróżnicowane dla:

- terenu kraju, z wyłączeniem obszarów ochrony uzdrowiskowej

- obszarów ochrony uzdrowiskowej

• Warunki, w jakich ustala się wartości odniesienia takie jak temperatura i ciśnienie

• Oznaczenie numeryczne substancji pozwalające na jednoznaczną jej identyfikację

• Okresy, dla których są uśrednione wartości odniesienia

• Warunki uznawania wartości odniesienia za dotrzymane

• Referencyjne metodyki modelowania poziomów substancji w powietrzu

1. Dane

• Geometryczna wysokość emitora – 100m

• Średnica wewnętrzna wylotu emitora – 7,5 m

• Prędkość gazów odlotowych na wylocie emitora – 15,5 m/s

• Temperatura gazów odlotowych na wylocie emitora – 370,15 K

• Maksymalna emisja uśredniona dla jednej godziny – 46000 mg/s

• Średnia temperatura powietrza dla okresu obliczeniowego – 279,65 K

• Wysokość pomiaru prędkości wiatru – 14 m

• Miasto 5 tys. - 1,0

Tabela 1. Dane

h[m]	100
d[m]	7,5
v[m/s]	15,5
T[K]	370,15
E[mg/s]	46000
T0[K]	279,65
ha[m]	14
z0	1,0

Tabela 2. Sytuacje meteorologiczne

Stan równowagi atmosfery	Zakres prędkości wiatru ua[m*s^-1]
1-silnie chwiejna	1-3
2-chwiejna	1-5
3-lekko chwiejna	1-8
4-obojętna	1-11
5-lekko stała	1-5
6-stała	1-4

Tabela 3. Stałe zależne od stanów równowagi

Stała	Stan równowagi atmosfery
	1
m	0,080
a	0,888
b	1,284
g	1,692
C1	0,213
C2	0,815

Tabela 4. Wartość współczynnika aerodynamicznej szorstkości terenu z₀

Lp	Typ pokrycia terenu	Współczynnik zo
1	Woda	0,00008
2	Łąki, pastwiska	0,2
3	Pola uprawne	0,035
4	Sady, zarośla, zagajniki	0,4
5	Lasy	2,0
6	Zwarta zabudowa miejska	0,5
7	Miasto do 10tys. Mieszkańców	1,0
8	Miasto 10-100tys. Mieszkańców
8.1	-zabudowa niska	0,5
8.2	-zabudowa średnia	2,0
9	Miasto 100-500tys. Mieszkańców
9.1	-zabudowa niska	0,5
9.2	-zabudowa średnia	2,0
9.3	-zabudowa wysoka	3,0
10	Miasto powyżej 500tys. Mieszkańców
10.1	-zabudowa niska	0,5
10.2	-zabudowa średnia	2,0
10.3	-zabudowa wysoka	5,0

1. Obliczenia dla wybranej prędkości i stanu równowagi atmosfery(silnie chwiejna)

• Efektywną wysokość emitora obliczymy ze wzoru:

H=h+ Δh

• Wysokość efektywna emitora zależy od prędkości wylotowej gazów v, emisji ciepła Q i prędkości wiatru na wysokości wylotu z emitora U_h.

• Emisję ciepła obliczymy wg wzoru:

Q=((πd²)/4) * (273,16/T) *1,3 * v *(T-T₀) [kJ/s]

Podstawiając dane:

Q=((3,14*7,5²)/4) * (273,16/370,15) * 1,3 * 15,5 *(370,15-279,65)=59423,08 [kJ/s]

• Prędkość wiatru na wysokości wylotu emitora U_h dla h≤300 m oblicza się ze wzoru:

U_h=U_a(h/14) ^m [m/s]

Podstawiając dane dla równowagi silnie chwiejnej i prędkości U_a równej 1m/s:

U_h=1*(100/14)^0,08=1,17[m/s]

• Aby obliczyć Δh użyjemy formuły CONCAWE, ponieważ Q≥24000 kJ/s:

Δh=(1,126Q^0,58)/U_h^0,7

Podstawiając dane:

Δh=(1,126*59423,08^0,58)/1,17^0,7=592,40

• Możemy więc obliczyć efektywną wysokość emitora:

H=100+592,40=692,40[m]

• Średnią prędkość wiatru w warstwie od geometrycznej wysokości emitora do efektywnej wysokości emitora dla h<300 m i H>300 m obliczymy ze wzoru:

Ū=(U_a(300^1+m-h^1+m)/(1+m) + (H-300)*300^m)/((H-h)*14^m)

Podstawiając dane:

Ū=(1*(300^1,080-100^1,080)/1,080 + (692,40-300)*300^0,080/((692,40-100)*14^0,080)= =1,26 [m/s]

• Współczynnik poziomej dyfuzji atmosfery obliczymy ze wzoru:

ϭ_y=A*x^a , gdzie A wyraża się:

A=0,088(6m^-0,3+1-ln(H/z_o))

A=0,088(6*0,080^-0,3+1 –ln(692,40/1))= 0,64

• Współczynnik pionowej dyfuzji atmosfery obliczymy ze wzoru:

ϭ_z=B*x^b , gdzie B wyraża się:

B=0,38m^-1,3(8,7-ln(H/z_o))

B=0,38*0,080^-1,3(8,7-ln(692,40/1))= 0,03

• Stężenie maksymalne substancji gazowej uśrednione dla 1 godziny S_m w określonej sytuacji meteorologicznej oblicza się ze wzoru:

S_m=C₁*(Eg/ ūAB)*(B/H)^g*1000 [μg*m^-3]

Podstawiając dane:

S_m=0,213*(46000/1,26*0,64*0,03)*(0,03/692,40)^1,692*1000=

= 17,08 [μg*m^-3]

• Stężenia S_m występują w stosunku do emitora w odległości X_m wyrażonej wzorem:

X_m=C₂(H/B)^1/b

Podstawiając dane:

X_m=0,815(692,40/0,03)1/^0,03= 1998,35 [m]

4. Tabela z wynikami

4. Sprawdzenie warunku na wartość maksymalną

Warunek: S_mm≤0,1D₁

D₁=350 [μg*m^-3] dla SO₂

S_mm= 18,79 [μg*m^-3]

0,1*350=35[ μg*m^-3]

Z obliczeń wynika, że warunek jest spełniony.

4. Wnioski

Z powyższych obliczeń wynika, że spełniony jest warunek konieczny. Dwutlenek siarki to ostry gaz o duszącym zapachu, silnie drażniący drogi oddechowe. Jest trujący dla zwierząt i szkodliwy dla roślin. Jest produktem ubocznym spalania paliw kopalnych, przez co przyczynia się do zanieczyszczenia atmosfery. Dopuszczalny poziom substancji w powietrzu uśredniony dla jednej godziny nie zostanie przekroczony.