Моделирование загрязнения атмосферы выбросами из низких иcточников
1. Обоснование мероприятий по защите атмосферного воздуха от загрязнения вентиляционными и технологическими выбросами
При проектировании промышленных предприятий требуется в соответствии с Санитарными нормами СН 245-71 проводить расчет возможного загрязнения атмосферного воздуха вентиляционными и технологическими выбросами. Расчет проводят с целью проверки эффективности предусмотренных проектом мероприятий по обеспечению чистоты атмосферного воздуха населенных пунктов, а также воздуха на площадках предприятий у приемных отверстий систем вентиляции и кондиционирования воздуха и у аэрационных приточных проемов. Полученные расчетом концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов не должны превышать максимальных разовых концентраций, указанных в табл. 3 СН 245-71, а в воздухе, поступающем внутрь зданий и сооружений через приемные отверстия систем вентиляции и кондиционирования воздуха и через аэрационные проемы, - 30% предельно допустимых концентраций (Спдк) этих веществ в рабочей зоне производственных помещений, указанных в табл. 4 СН 245-71. При превышениии этих пределов следует разработать дополнительные мероприятия по снижению уровня загрязнения, например предусмотреть повышение эффективности очистных устройств, сооружение новых газоочистных установок, совершенствование отдельных технологических узлов и установок, увеличение высоты труб, уменьшение выбросов соседних предприятий. Степень загрязнения наружного воздуха, определенная расчетным путем, будет соответствовать действительному состоянию воздуха только в том случае, если при расчете использованы достоверные данные, учитывающие весь комплекс одновременно действующих источников выделения вредных веществ, а также существующий фон загрязнения.
2. Математическая модель определения степени загрязнеия атмосферы
2.1. Обозначения используемые при построении математической модели
C, Cx, Cy - концентрация вредных веществ в наружном воздухе, мг/м3;
M - количество вредных веществ, выбрасываемых источником в атмосфесу, мг/с;
k - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние возвышения устья источника на уровень загрязнения ;
v - расчетная скорость ветра, принимаемая по рекомендации Главного санитарно-эпидемиологического управления равной 1м/с;
Hзд - высота здания от поверхности земли до его крыши при плоской кровле, до конька крыши при двускатной кровле, до верха карниза фонаря при продольных фонарях, расположенных ближе 3 м от наветренной стены здания, м;
l - длина здания (размер, перпендикуларный направлению ветра), м;
b - ширина здания (размер вдоль направления ветра), м;
x - расстояние от заветренной стены здания до точки, в которой определяется концентрация, м;
S, S1, S2, S3, S4 - вспомагательная безразмерная величина, позволяющая определять концентрации вредных веществ на расстоянии y, м, по перпендикуляру от оси факела выброса из точечных источников;
b1 - расстояние в пределах крыши широкого здания от его наветренной стороны до точки, в которой определяется концентрация, м;
b2 - расстояние в пределах крыши широкого здания от источника до точки, в которой определяется концентрация, м;
L - количество газовоздушной смеси, выбрасываемой из источника м3/с;
m - безразмерный коэффициент, показывающий какое количество выделяемых источником примесей участвует в загрязнении циркуляционных зон;
b3 - расстояние в пределах крыши широкого здания от источника до заветренной стены здания, м;
H~ - относительная высота здания, равная
(H-1,8Hзд)/(Hгр-1,8Hзд)
при расположении устья источника вне единой или межкорпусной зоны узкого здания и над наветренной зоной широкого здания и равная
(H-Hзд)/(Hгр-Hзд)
при расположении устья источника вне наветренной, над заветренной или над межкорпусной зоной широкого здания;
Hгр - предельная высота низких источников, м;
x1 - расстояние между зданиями;
2.2. Область применения расчетных формул
При расчете степени загрязнения, решении различных вопросов по сокращению выбросов и выборе мест расположения приемных отверстий систем вентиляции и кондиционирования воздуха необходимо учитывать возникновение вблизи зданий при обтекании их воздушным потоком циркуляционных (замкнутых плохо проветриваемых) зон (рис.1). При обтекании воздушным потоком узкого здания над и за ним возникает ЕДИНАЯ ЦИРКУЛЯЦИОННАЯ ЗОНА, распространяющаяся от заветренной стены здания на расстояние шесть его высот (6 Нзд). Высота этой зоны в среднем составлляет 1,8 Нзд (рис.1.а) При обтекании воздушным потоком широкого здания над ним возникает НАВЕТРЕННАЯ ЦИРКУЛЯЦИОННАЯ ЗОНА длиной 2,5 Нзд и высотой 0,8 Нзд, а за ним - ЗАВЕТРЕННАЯ ЦИРКУЛЯЦИОННАЯ ЗОНА длиной 4 Нзд и высотой около Нзд (рис.1.б). При обтекании воздушным потоком группы зданий между двумя смежными зданиями возникает МЕЖКОРПУСНАЯ ЦИРКУЛЯЦИОННАЯ ЗОНА длиной до 10 Нзд, если первое по потоку здание узкое (рис.1.в) и до 8 Нзд, если первое по потоку здание широкое (рис.1.г). При больших межкорпусных расстояниях здания можно рассматривать как отдельно стоящие.
Источники вредных веществ, загрязняющие циркуляционные зоны зданий, следует относить к НИЗКИМ.
Граничное положение устья источника (рис.2), до которого он действует как низкий, находят по формулам:
для узкого отдельно стоящего здания
Нгр=0.36b3+2.5Hзд; (2.2.1)
для широкого отдельно стоящего здания
Нгр=0.36b3+1.7Hзд; (2.2.2)
для группы зданий
Нгр=0.36(b3+x1)+Hзд, (2.2.3)
где b3-расстояние от источника, расположенного в пределах крыши, до заветренной стены здания.
Источники, выбрасывающие вредные вещества на высоте, превышающей Нгр и не загрязняющие циркуляционные зоны над и за зданием, следует относить к ВЫСОКИМ.
Загрязнение, создаваемое низкими источниками, рассчитывают в соответствии с "Руководством по расчету загрязнения воздуха на промышленных площадках", разработанным ЦНИИПромзданий и ВЦНИИОТ в 1975 г.
2.3. Расчетные формулы для выбросов из низких источников.
Формулы для расчета концентраций вредных веществ в наружном воздухе при загрязнении его выбросами из низких источников выбирают в зависимости от вида здания (узкое или широкое отдельно стоящее, группа зданий), вида источника (точечный или линейный), места расположения устья источника и места определения концентраций.
2.3.1. Узкое отдельно стоящее
В единой циркуляционной зоне или над ней
В единой циркуляционной зоне при 0?x?6Hзд
EMBED Equation.2
EMBED Equation.2 (2.3.1 а)
EMBED Equation.2 ;
Вне циркуляционной зоны за зданием при x?6Hзд
EMBED Equation.2
(2.3.1 б)
EMBED Equation.2
2.3.2 Широкое отдельно стоящее
В наветренной циркуляционной зоне
На крыше в наветренной циркуляционной зоне при b1?2,5Hзд
EMBED Equation.2
EMBED Equation.2 (2.3.2.1 а)
EMBED Equation.2 ;
На крыше вне наветренной циркуляционной зоны при b1?2,5Hзд
EMBED Equation.2
(2.3.2.1 б)
EMBED Equation.2
В заветренной циркуляционной зоне при 0?x?4Hзд
EMBED Equation.2
(2.3.2.1 в)
EMBED Equation.2
Вне заветренной циркуляционной зоны за зданием при x?4Hзд
EMBED Equation.2
(2.3.2.1 г)
EMBED Equation.2
Вне наветренной циркуляционной зоны над крышей при H~?0,3
На крыше вне наветренной циркуляционной зоны при b1?2,5Hзд
EMBED Equation.2
(2.3.2.2 а)
EMBED Equation.2
В заветренной циркуляционной зоне при 0?x?4Hзд
EMBED Equation.2
EMBED Equation.2 (2.3.2.2 б)
EMBED Equation.2 ;
Вне заветренной циркуляционной зоны за зданием при x?4Hзд
EMBED Equation.2
(2.3.2.2 в)
EMBED Equation.2
Вне наветренной циркуляционной зоны над крышей при H~?0,3
На крыше вне наветренной циркуляционной зоны при b1?2,8(H-Hзд) и y?(H-Hзд)
EMBED Equation.2
(2.3.2.3 а)
EMBED Equation.2
В заветренной циркуляционной зоне при 0?x?4Hзд
EMBED Equation.2
EMBED Equation.2 (2.3.2.3 б)
EMBED Equation.2 ;
Вне заветренной циркуляционной зоны за зданием при x?4Hзд
EMBED Equation.2
(2.3.2.3 в)
EMBED Equation.2
В заветренной циркуляционной зоне или над ней
В заветренной циркуляционной зоне при 0?x?4Hзд
EMBED Equation.2
EMBED Equation.2 (2.3.2.4 а)
EMBED Equation.2 ;
Вне заветренной циркуляционной зоны за зданием при x?4Hзд
EMBED Equation.2
(2.3.2.4 б)
EMBED Equation.2
2.3.3. Группа зданий
В наветренной циркуляционной зоне первого по потоку широкого здания
В межкорпусной циркуляционной зоне при Hзд?x1?4Hзд
EMBED Equation.2
(2.3.3.1 а)
EMBED Equation.2
В межкорпусной циркуляционной зоне при 4Hзд?x1?8Hзд
EMBED Equation.2
(2.3.3.1 б)
EMBED Equation.2
Вне наветренной циркуляционной зоны первого по потоку широкого здания на крыше при H~?0,3
В межкорпусной циркуляционной зоне при Hзд?x1?4Hзд
EMBED Equation.2
EMBED Equation.2 (2.3.3.2 а)
EMBED Equation.2 ;
В межкорпусной циркуляционной зоне при 4Hзд?x1?8Hзд
EMBED Equation.2
EMBED Equation.2 (2.3.3.2 б)
EMBED Equation.2 ;
Вне наветренной циркуляционной зоны первого по потоку широкого здания на крыше при H~?0,3
В межкорпусной циркуляционной зоне при Hзд?x1?4Hзд
EMBED Equation.2
(2.3.3.3 а)
EMBED Equation.2 ;
В межкорпусной циркуляционной зоне при 4Hзд?x1?8Hзд
EMBED Equation.2
(2.3.3.3 б)
EMBED Equation.2 ;
В межкорпусной циркуляционной зоне при первом по потоку широком здании и H~?0,3
В межкорпусной циркуляционной зоне при Hзд?x1?4Hзд
EMBED Equation.2
EMBED Equation.2 (2.3.3.4 а)
EMBED Equation.2 ;
В межкорпусной циркуляционной зоне при 4Hзд?x1?8Hзд
EMBED Equation.2
EMBED Equation.2 (2.3.3.4 б)
EMBED Equation.2 ;
Над межкорпусной циркуляционной зоной при первом по потоку широком здании и H~?0,3
В межкорпусной циркуляционной зоне при Hзд?x1?4Hзд
EMBED Equation.2
(2.3.3.5 а)
EMBED Equation.2 ;
В межкорпусной циркуляционной зоне при 4Hзд?x1?8Hзд
EMBED Equation.2
(2.3.3.5 б)
EMBED Equation.2 ;
В межкорпусной циркуляционной зоне или над ней при первом по потоку узком здании
В межкорпусной циркуляционной зоне при Hзд?x1?6Hзд
EMBED Equation.2
EMBED Equation.2 (2.3.3.6 а)
EMBED Equation.2
В межкорпусной циркуляционной зоне при 6Hзд?x1?10Hзд
EMBED Equation.2
EMBED Equation.2 (2.3.3.6 б)
EMBED Equation.2 ;
За расчетное принимают направление ветра, перпендикулярное продольной стороне здания. При продольном направлении ветра концентрации вредных веществ будут меньше, ориентировочно их можно определить по формулам _____
При действии линейных источников (аэрационных фонарей, ряда близко расположенных шахт и труб) концентрации вредных веществ в единой, заветренной или межкорпусной циркуляционной зоне достаточно рассчитать для любой точки зоны, так как ониодинаковы в пределах каждой зоны.
При действии точечных источников концентрации вредных веществ рассчитывают на оси их факела х, где они будут наибольшими.
Понижающие коэффициенты S, S1, S2, S3 и S4, вводимые при выборе мест воздухозаборов и решении других задач, связанных с определением концентраций, находят по графику на рис. __ или подсчитывают по формулам:
EMBED Equation.2 (2.3.4 а)
EMBED Equation.2 (2.3.4 б)
EMBED Equation.2 (2.3.4 в)
EMBED Equation.2 (2.3.4 г)
EMBED Equation.2 (2.3.4 д)
При расчете концентрации вредных веществ за вторым и последующими зданиями по направлению ветра поступление вредных веществ определяют с учетом расстояния x по оси факела и расстояния y, перпендикулярного оси факела.
3. Описание программной реализации математической модели
3.1. Общее описание программого продукта
После запуска программы перед пользователем появляется вертикальное меню, которое состоит из следующих пунктов:
“Исходные данные”;
“Результат”;
“О программе”;
“Выход”.
Пункт “Исходные данные” предназначен для ввода начальных данных, таких как:
тип источника- точечный или линейный;
тип здания - группа или отдельно стоящее (анализ того узкое оно или широкое происходит в программе);
размеры здания - длина, ширина и высота;
параметры источника(трубы) - высота и местоположение;
межкорпусное расстояние - можно ввести только если была выбрана группа зданий, минимально возможное межкорпусное расстояние равно высоте первого по ходу ветра здания (весь контроль выполняется программой);
скорость ветра - принято задавать равной 1м/c;
характеристики выбросов - расход газовоздушной смеси и количество вредных веществ;
место расчета - место определения концентрации вредных веществ. Пользователь задает интервал по направлению ветра и шаг расчета, а также интервал и шаг расчета по перпендикуляру к направлению ветра.
ВНИМАНИЕ!!! При работе с программой следует помнить, что за начало отсчета принята наветренная сторона здания! Следовательно, при задании параметров источника загрязнения и места определения концентрации следует, если требуется, проебразовать соответствующие данные к виду необходимому для работы программы!
Пункт “Результат” приводит аглоритм работы в действие. В данном пункте можно выбрать порядок вывода результата – на дисплей или в файл, имя которого задается пользователем.
Пункт “О программе” содержит информацию о наименовании и версии программного продукта, а также информацию о разработчике данного ПО.
Пункт ”Выход” позволяет завершить работу с программой и выйти в DOS.
3.2. Руководство по работе с программой
Клавиши для работы:
Перемещение по пунктам меню - стрелки влево и вправо;
Перемещение в поле радиокнопки - SPACE;
Перемещение по полям ввода и кнопкам - TAB, SHIFT+TAB, CTRL-стрелка влево/вправо;
Ввод значения - ENTER;
Просмотр таблицы разультатов - стрелки влево и вправо;
Выход из пункта меню “Исходные данные” - ESC;
Отказ от введенных значений - ESC.