Wydział Rolniczo - Ekonomiczny

Kierunek: Ochrona Środowiska

Urszula Święch

Paulina Szymoniak

Rok studiów: III

Grupa: III

Rok akademicki: 2012/2013

ĆWICZENIE NUMER 1

z przedmiotu Ochrona Powietrza

Tytuł: Obliczenie odległości x_m od miejsca emisji maksymalnego zanieczyszczenia powietrza S_mm dla węglowodorów aromatycznych WWA.

Kraków 2013

Podstawa obliczeń:

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 26 I 2010 roku w sprawie wartości odniesienia dla niektórych substancji w powietrzu. Dziennik Ustaw nr 16 z 2010 roku, Poz. 87.

Dane do obliczeń poziomów substancji w powietrzu:

• Parametry emitora:

• Geometryczna wysokość emitora liczona od poziomu terenu – h=80m

• Średnica wewnętrzna wylotu emitora – d=5m

• Prędkość gazów odlotowych na wylocie emitora – v=6,8 m/s

• Temperatura gazów odlotowych na wylocie emitora– T=360,15K

• Emisja:

• Maksymalną emisję uśrednioną dla jednej godziny - E_g=12000mg/s

• Dane meteorologiczne:

• Statystyka stanów równowagi atmosfery, prędkości i kierunków wiatru (róża wiatru)

• Wartość współczynnika aerodynamicznej szorstkości terenu z₀=5,0

• Średnia temperatura powietrza dla okresu obliczeniowego - T₀= 279,55K

Wyróżnionych jest 36 różnych sytuacji meteorologicznych wynikających z sześciu stanów równowagi atmosfery, którym odpowiadają zakresy prędkości wiatru na wysokości h_a = 14m, ze skokiem co 1 m/s.

Tabela 1. Sytuacje meteorologiczne

Stan równowagi atmosfery	Zakres prędkości wiatru ua[m/s]
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 2. Stałe zależne od stanów równowagi atmosfery

Stała	1	2	3	4	5	6
m	0,080	0,143	0,196	0,270	0,363	0,440
a	0,888	0,865	0,845	0,818	0,784	0,756
b	1,284	1,108	0,978	0,822	0,660	0,551
g	1,692	1,781	1,864	1,995	2,188	2,372
C1	0,213	0,218	0,224	0,234	0,251	0,271
C2	0,815	0,771	0,727	0,657	0,553	0,745

Obliczenia:

Efektywna wysokość emitora (wysokość pozornego punktu emisji):

H= h+∆h

H= 80 + 134,22 = 214,17

Wyniesienie gazów ∆h zależy od prędkości wylotowej gazów v [m/s], emisji ciepła Q i prędkości wiatru na wysokości wylotu z emitora u_h [m/s].

• Obliczamy emisję ciepła wg wzoru:

Q=$\frac{\mathbf{\text{Πd}}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{4}}\mathbf{*}\frac{\mathbf{273}\mathbf{,}\mathbf{16}}{\mathbf{T}}\mathbf{*}\mathbf{1}\mathbf{,}\mathbf{3}\mathbf{*}\mathbf{v}\mathbf{*}\mathbf{(}\mathbf{T}\mathbf{-}\mathbf{T}_{\mathbf{0}}\mathbf{)}$ [kJ/s]

Q= $\frac{{3,14*5}^{2}}{4}*\frac{273,16}{360,15}*1,3*6,8*(360,15 - 279,55)$ = 10605,49

• Wyniesienie gazów odlotowych ∆h oblicza się na podstawie następujących formuł:

1. Formuły Hollanda, gdy0≤Q≤16 000 kJ/s, przy czym wyróżnia się następujące przypadki tej formuły:

1. ∆h=∆h_H=0 dla v≤0,5u_h

2. ∆h=∆h_H=$\frac{\mathbf{1,5}\mathbf{*v*d}\mathbf{+ 0,00974}\mathbf{*Q}}{\mathbf{u}_{\mathbf{h}}}$ dla v≥u_h

∆h=∆h_H=$\frac{\mathbf{1,5}\mathbf{*6,8*5}\mathbf{+ 0,00974}\mathbf{*10605,49}}{\mathbf{1,15}}$ = 134,17

-

1. ∆h=∆h_H=$\frac{\mathbf{1,5}\mathbf{*v*d}\mathbf{+ 0,00974}\mathbf{*Q}}{\mathbf{u}_{\mathbf{h}}}$*$\frac{\mathbf{v - 0,5}\mathbf{u}_{\mathbf{h}}}{\mathbf{0,5}\mathbf{u}_{\mathbf{h}}}$ dla 0,5u_h<v<u_h

∆h=∆h_H=$\frac{\mathbf{1,5}\mathbf{*6,8*5}\mathbf{+ 0,00974}\mathbf{*10605,49}}{\mathbf{7,04}}$*$\frac{\mathbf{6,8 - 3,52}}{\mathbf{3,52}}$ = 20,42

1. Formuły CONCAWE, gdy Q>24 000 kJ/s

∆h=∆h_c=$\frac{\mathbf{1,126}\mathbf{*}\mathbf{Q}^{\mathbf{0,58}}}{{\mathbf{u}_{\mathbf{h}}}^{\mathbf{0,7}}}$

1. Kombinacji formuły Hollanda i CONCAWE, gdy 16 000 < Q < 24 000 kJ/s

∆h=∆h_H*$\frac{\mathbf{24000 - Q}}{\mathbf{8000}}\mathbf{+}\mathbf{h}_{\mathbf{c}}\mathbf{*}\frac{\mathbf{(Q - 16000)}}{\mathbf{8000}}$

Parametry meteorologiczne:

• Prędkość wiatru na wysokości wylotu emitora u_h dla h ≤ 300m :

$\mathbf{u}_{\mathbf{h}}\mathbf{=}\mathbf{u}_{\mathbf{a}}\mathbf{*}{\mathbf{(}\frac{\mathbf{h}}{\mathbf{14}}\mathbf{)}}^{\mathbf{m}}$ [m/s]

$\mathbf{u}_{\mathbf{h}}\mathbf{=}\mathbf{1}\mathbf{*}{\mathbf{(}\frac{\mathbf{80}}{\mathbf{14}}\mathbf{)}}^{\mathbf{0,08}}$ = 1,15

gdzie:

u_a - prędkość wiatru na wysokości anemometru [m/s] (jedna z 36),

m - stała zależna od stanu równowagi atmosfery, tabela 2.

• Średnią prędkość wiatru w warstwie od poziomu terenu do efektywnej wysokości emitora dla H≤300m:

$\mathbf{u}_{\mathbf{s}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{u}_{\mathbf{a}}}{\mathbf{1 + m}}\mathbf{*}{\mathbf{(}\frac{\mathbf{H}}{\mathbf{14}}\mathbf{)}}^{\mathbf{m}}$ [m/s]

• Średnią prędkość wiatru w warstwie od geometrycznej wysokości emitora do efektywnej wysokości emitora dla H≤300m i H≠h obliczamy wg wzoru:

Ū$\mathbf{=}\frac{\mathbf{u}_{\mathbf{a}}}{\left( \mathbf{H - h} \right)\mathbf{*}\left( \mathbf{1}\mathbf{+}\mathbf{m} \right)\mathbf{*}\mathbf{14}^{\mathbf{m}}}$*[H^1+m−h^1+m] [m/s]

Ū$\mathbf{=}\frac{\mathbf{1}}{\left( \mathbf{214,}\mathbf{17}\mathbf{- h} \right)\mathbf{*}\left( \mathbf{1}\mathbf{+}\mathbf{0,08} \right)\mathbf{*}\mathbf{14}^{\mathbf{0,08}}}$*[214,17^1+0, 08−h^1+0, 08] = 1,21

• Współczynnik poziomej dyfuzji atmosferycznej:

δ_y=A*x^a

gdzie, A=0,088*(6m^−0, 3+1-ln$\frac{\mathbf{H}}{\mathbf{z}_{\mathbf{o}}}$)

A=0,088*(6*0, 08^−0, 3+1-ln$\frac{\mathbf{214,}\mathbf{17}}{\mathbf{2}}$)= 0,80

• współczynnik pionowej dyfuzji atmosferycznej:

δ_z=B*x^b

gdzie,B=0,38m^1, 3*(8, 7-ln$\frac{\mathbf{H}}{\mathbf{z}_{\mathbf{o}}}$)

B=0,38*0, 08^1, 3*(8, 7-ln$\frac{\mathbf{214,17}}{\mathbf{2}}$)= 0,06

3. Najwyższe ze stężeń maksymalnych substancji w powietrzu Smm dla pojedynczego emitora

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

s_m=$\mathbf{C}_{\mathbf{1}}\frac{\mathbf{E}_{\mathbf{g}}}{\mathbf{u}\mathbf{\text{AB}}}\mathbf{(}{\frac{\mathbf{B}}{\mathbf{H}}\mathbf{)}}^{\mathbf{g}}\mathbf{*}\mathbf{1000}$ [μg/m³]

s_m=$\mathbf{0}\mathbf{,213}\frac{\mathbf{12000}}{\mathbf{1,21*}\mathbf{0}\mathbf{,}\mathbf{80}\mathbf{*}\mathbf{0}\mathbf{,}\mathbf{06}}\mathbf{(}{\frac{\mathbf{0}\mathbf{,}\mathbf{06}}{\mathbf{214}\mathbf{,}\mathbf{17}}\mathbf{)}}^{\mathbf{1}\mathbf{,}\mathbf{692}}\mathbf{*}\mathbf{1000}$ = 2432,46

• Stężenia Sm występują w stosunku do emitora w odległości x_mwyrażonej wzorem:

$\mathbf{x}_{\mathbf{m}}\mathbf{=}\mathbf{C}_{\mathbf{2}}\mathbf{(}{\frac{\mathbf{H}}{\mathbf{B}}\mathbf{)}}^{\mathbf{1}\mathbf{/}\mathbf{b}}$ [m]

$\mathbf{x}_{\mathbf{m}}\mathbf{=}\mathbf{0}\mathbf{,}\mathbf{815}\mathbf{(}{\frac{\mathbf{214}\mathbf{,}\mathbf{17}}{\mathbf{0}\mathbf{,}\mathbf{06}}\mathbf{)}}^{\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{1}\mathbf{,}\mathbf{284}}}$ = 476,42

TABELA

s_m = 2432,46 μg/m³

x_m= m ( sredia nasza

• Sprawdzenie czy spełniony jest warunek

S_mm ≤ 0,1 D₁