18. Emitory niskie, warunki emisji i dyspersji zanieczyszczeń powietrza z emitorów niskich, szacowanie chwilowych wartości stężeń zanieczyszczeń

O zakwalifikowaniu emitora do wysokich lub niskich przy ocenie warunków technicznych emisji decyduje jego wysokość względem otaczających (położonych w pobliżu) budynków. Pojęcie „otaczających budynków" nie jest ścisłe; obszar zabu­rzeń przepływu zależy od struktury architektonicznej budynków w skali makro i mikro, zmienia się również zależnie od kierunku i prędkości wiatru.

Według Eltermana emitory wysokie powinny spełniać warunek: h_k ≥3,5 H_b. Częściej przyjmuje się formułę Warren Spring Laboratory [6], wg której minimal­na wysokość komina, przy której można pominąć wpływ zaburzeń przepływu po­wietrza na krawędziach budynku, wynosi:

h_k ≥ 2,5 H_b

Dla takich emitorów, jako emitorów wysokich, czynnikiem określającym dysper­sję jest wyłącznie burzliwość atmosfery, nawet gdy wyniesienie gazów Δh => 0.

Zaburzenia przepływu powietrza skutkują zaburzeniami intensywności i sku­teczności rozcieńczania zanieczyszczeń emitowanych z niskich emitorów. Prze­prowadzono [6.2] analizę wpływu warunków technicznych emisji na skuteczność dyspersji. Jako miernik skuteczności dyspersji χ emitowanych zanieczyszczeń przyjęto odwrotność maksymalnego stężenia jednostkowego zanieczyszczeń, zdefiniowanego jako stosunek maksymalnego stężenia na powierzchni ziemi S_m [mg/m³] do wartości emisji tego zanieczyszczenia E [mg/s].

Dyspersję zanieczyszczeń dla emitorów wysokich opisuje z wystarczającą do­kładnością gaussowska formuła Suttona-Pasquille'a.

W przypadku emitorów niskich, czyli o h_k <2,5 H_b, na dyspersję zanieczysz­czeń mają wpływ: warunki burzliwości atmosfery, charakter opływu budynku oraz techniczne warunki emisji. W zależności od technicznych warunków emisji dzieli się emitory niskie na dwie klasy:

Emitory niskie klasy I, spełniające następujące warunki:

składowa pionowa prędkości gazów w_z > 0 czyli wyniesienie gazów Ah > 0

oraz: 1,1 H_b < h_k < 2,5 H_b.

Emitory takie w pewnych warunkach meteorologicznych mogą zachowywać się jak emitory wysokie. Dzieje się tak w przyp występującej równocześnie podwyższonej temperaturze emitowanych gazów lub istotnej wartości iloczynu w_g • d_k (wartość pędu emitowanych gazów). Wtedy suma wysokości h_k + Δh może przewyższać strefę cienia aerodynamicznego nad i za budynkiem. Mała wartość w_g • d_k przy zwiększonej prędkości wiatru czyni z nich emitory niskie, a emitowane zanieczyszczenia rozprzestrzeniają się jedynie w ob­szarze cienia aerodynamicznego.

Stężenie maksymalne na powierzchni ziemi dla emitorów niskich klasy I opisu­je formuła zaproponowana przez Eltermana:

gdzie wartości K_h, K_L wyznacza się dla konkretnej sytuacji.

Emitory niskie klasy II, spełniające następujące warunki:

Ah=>0

oraz h_k => H_b.

Takimi emitorami są: kominy zadaszone, wentylatory dachowe o poziomym wyrzucie gazów, wyciągi grawitacyjne przy Δt => 0, wypływy niezorganizowane przez świetliki i okna itp. Zanieczyszczenia emitowane w strefie cienia aerodyna­micznego przedostają się bezpośrednio do warstwy przyziemnej, powodując w niej wysoką koncentrację. Największe wartości stężeń występują przy prędkości wiatru u < 1 m/s. Stężenie na powierzchni ziemi dla emitorów klasy II opisuje formuła:

gdzie: A - współczynnik burzliwości atmosfery; dla strefy cienia aerodynamicz­nego przyjmuje się A = 0,05 m²/s, H = H_b = h_k,

x - odległość od emitora; wzór jest słuszny dla x > 2,5 h.

Na podstawie zależności powyższych dla konkretnego obiektu przeprowa­dzono obliczenia maksymalnych stężeń jednostkowych zanieczyszczeń gazowych na powierzchni ziemi, w funkcji prędkości wiatru, dla różnych wartości W_h, przy stałych wartościach innych wielkości mających wpływ na stężenie.

Wartości stężeń dla punktowego emitora wysokiego: h_k = 2,5 H_b dla różnych wartości iloczynu w_g • d_k przedstawiono na rys. poniżej. Jak wynika z wykresu, wpływ prędkości wiatru na wartość maksymalnego stężenia na powierzchni ziemi zazna­cza się głównie dla mniejszych wartości iloczynu: w_g* d_k

Wartości stężeń dla emitora niskiego klasy I: 1,1 H_b < h_k < 2,5 H_b dla trzech przykładowych wysokości względnych emitora: h = 1,25 H_b; 1,5 H_b; 1,75 H_b oraz wartości iloczynu w_g • d_k = 5 przedstawiono na rys. 6.4. Jak wynika z wykresów, wraz ze wzrostem wysokości względnej emitora maleje (co jest oczywiste) wartość stężenia zanieczyszczeń. Ciekawą właściwością wykresu jest wystąpienie krytycznej prędkości wiatru, dla której stężenie osiąga wartości maksymalne.

Wartości stężeń dla emitora niskiego klasy II: h_k => H_b oraz Δh => 0 w funkcji odległości od emitora przedstawiono na rys. 6.5.

Jak wynika z przedstawionych wykresów, wartości stężeń maksymalnych za­nieczyszczeń emitowanych z niskich emitorów mogą być większe o dwa rzędy wielkości od stężeń zanieczyszczeń z emitorów wysokich, stąd również skutecz­ność dyspersji (opisana zależnością 6.2) dla emitorów niskich jest kilkadziesiąt do kilkuset razy mniejsza niż dla emitorów wysokich.

Rys. 6.4 Skuteczność dyspersji zanieczyszczeń dla emitorów o h_k>H_b, Δh>0

Rys.5 Skuteczność dyspersji zanieczyszczeń dla emitorów h_k-H_b, Δh0

Problem dyspersji zanieczyszczeń powietrza z emitorów niskich stanowi szcze­gólną uciążliwość w miastach. Na podstawie analiz własnych [6.1] miejskich sys­temów zaopatrzenia w ciepło stwierdzono, że w obszarach aglomeracji miejskich minimalna wysokość komina kotłowni lub ciepłowni winna wynosić:

przy mocy kotłowni Q > 2 MW h_k > 30 m,

przy mocy kotłowni Q >10 MW h_k > 50 m,

przy mocy kotłowni Q > 200 kW h_k > 20 m dla kotłowni na paliwo stałe oraz h_k >15 m przy paliwie ciekłym i gazowym.

Przy równoczesnym spełnieniu warunku h_k ≥ 2 H_b warunki te dotyczą w szczególny sposób kominów o ciągu grawitacyjnym.

Rys. 6.3. Skuteczność dyspersji zanieczyszczeń dla emitorów o h_k ≥ 2,5 H_b

Sm/E /E/E

20 40 60 80 100 120 140 160

Sm/ E

0 1 2 3 4 5

---