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 xm stężenia maksymalnego zanieczyszczenia powietrza smm dla SO2
Kraków 2013
Spis treści
Akty prawne na podstawie których dokonujemy obliczeń
Dane
Obliczenia dla wybranej prędkości i stanu równowagi atmosfery(silnie chwiejna)
Tabela z wynikami
Sprawdzenie warunku na wartość maksymalną
Wnioski
Akty prawne na podstawie których dokonujemy obliczeń
Obliczanie odległości Xm występowania stężenia maksymalnego zanieczyszczenia powietrza Sm 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
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 |
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 Uh.
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 Uh dla h≤300 m oblicza się ze wzoru:
Uh=Ua(h/14) m [m/s]
Podstawiając dane dla równowagi silnie chwiejnej i prędkości Ua równej 1m/s:
Uh=1*(100/14)0,08=1,17[m/s]
Aby obliczyć Δh użyjemy formuły CONCAWE, ponieważ Q≥24000 kJ/s:
Δh=(1,126Q0,58)/Uh0,7
Podstawiając dane:
Δh=(1,126*59423,080,58)/1,170,7=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=(Ua(3001+m-h1+m)/(1+m) + (H-300)*300m)/((H-h)*14m)
Podstawiając dane:
Ū=(1*(3001,080-1001,080)/1,080 + (692,40-300)*3000,080/((692,40-100)*140,080)= =1,26 [m/s]
Współczynnik poziomej dyfuzji atmosfery obliczymy ze wzoru:
ϭy=A*xa , gdzie A wyraża się:
A=0,088(6m-0,3+1-ln(H/zo))
A=0,088(6*0,080-0,3+1 –ln(692,40/1))= 0,64
Współczynnik pionowej dyfuzji atmosfery obliczymy ze wzoru:
ϭz=B*xb , gdzie B wyraża się:
B=0,38m-1,3(8,7-ln(H/zo))
B=0,38*0,080-1,3(8,7-ln(692,40/1))= 0,03
Stężenie maksymalne substancji gazowej uśrednione dla 1 godziny Sm w określonej sytuacji meteorologicznej oblicza się ze wzoru:
Sm=C1*(Eg/ ūAB)*(B/H)g*1000 [μg*m-3]
Podstawiając dane:
Sm=0,213*(46000/1,26*0,64*0,03)*(0,03/692,40)1,692*1000=
= 17,08 [μg*m-3]
Stężenia Sm występują w stosunku do emitora w odległości Xm wyrażonej wzorem:
Xm=C2(H/B)1/b
Podstawiając dane:
Xm=0,815(692,40/0,03)1/0,03= 1998,35 [m]
Tabela z wynikami
Sprawdzenie warunku na wartość maksymalną
Warunek: Smm≤0,1D1
D1=350 [μg*m-3] dla SO2
Smm= 18,79 [μg*m-3]
0,1*350=35[ μg*m-3]
Z obliczeń wynika, że warunek jest spełniony.
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.