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
1. В единой циркуляционной зоне или над ней
·
В единой циркуляционной зоне при 0£x£6Hзд
(2.3.1 а)
;
·
Вне циркуляционной зоны за зданием при x>6Hзд
(2.3.1 б)
2.3.2 Широкое отдельно стоящее
1. В наветренной циркуляционной зоне
·
На крыше в наветренной циркуляционной зоне при b1
£2,5Hзд
(2.3.2.1 а)
;
·
На крыше вне наветренной циркуляционной зоны при b1
³2,5Hзд
(2.3.2.1 б)
·
В заветренной циркуляционной зоне при 0<x£4Hзд
(2.3.2.1 в)
·
Вне заветренной циркуляционной зоны за зданием при x>4Hзд
(2.3.2.1 г)
2. Вне наветренной циркуляционной зоны над крышей при H~
<0,3
·
На крыше вне наветренной циркуляционной зоны при b1
³2,5Hзд
(2.3.2.2 а)
·
В заветренной циркуляционной зоне при 0<x£4Hзд
(2.3.2.2 б)
;
·
Вне заветренной циркуляционной зоны за зданием при x>4Hзд
(2.3.2.2 в)
3. Вне наветренной циркуляционной зоны над крышей при H~
>0,3
·
На крыше вне наветренной циркуляционной зоны при b1
³2,8(H-Hзд
) и y<(H-Hзд
)
(2.3.2.3 а)
·
В заветренной циркуляционной зоне при 0<x£4Hзд
(2.3.2.3 б)
;
·
Вне заветренной циркуляционной зоны за зданием при x>4Hзд
(2.3.2.3 в)
4. В заветренной циркуляционной зоне или над ней
·
В заветренной циркуляционной зоне при 0<x£4Hзд
(2.3.2.4 а)
;
·
Вне заветренной циркуляционной зоны за зданием при x>4Hзд
(2.3.2.4 б)
2.3.3. Группа зданий
1. В наветренной циркуляционной зоне первого по потоку широкого здания
· В межкорпусной циркуляционной зоне при Hзд
<x1
£4Hзд
(2.3.3.1 а)
· В межкорпусной циркуляционной зоне при 4Hзд
<x1
£8Hзд
(2.3.3.1 б)
2. Вне наветренной циркуляционной зоны первого по потоку широкого здания на крыше при H~
<0,3
· В межкорпусной циркуляционной зоне при Hзд
<x1
£4Hзд
(2.3.3.2 а)
;
· В межкорпусной циркуляционной зоне при 4Hзд
<x1
£8Hзд
(2.3.3.2 б)
;
3. Вне наветренной циркуляционной зоны первого по потоку широкого здания на крыше при H~
>0,3
· В межкорпусной циркуляционной зоне при Hзд
<x1
£4Hзд
(2.3.3.3 а)
;
· В межкорпусной циркуляционной зоне при 4Hзд
<x1
£8Hзд
(2.3.3.3 б)
;
4. В межкорпусной циркуляционной зоне при первом по потоку широком здании и H~
<0,3
· В межкорпусной циркуляционной зоне при Hзд
<x1
£4Hзд
(2.3.3.4 а)
;
· В межкорпусной циркуляционной зоне при 4Hзд
<x1
£8Hзд
(2.3.3.4 б)
;
5. Над межкорпусной циркуляционной зоной при первом по потоку широком здании и H~
>0,3
· В межкорпусной циркуляционной зоне при Hзд
<x1
£4Hзд
(2.3.3.5 а)
;
· В межкорпусной циркуляционной зоне при 4Hзд
<x1
£8Hзд
(2.3.3.5 б)
;
6. В межкорпусной циркуляционной зоне или над ней при первом по потоку узком здании
· В межкорпусной циркуляционной зоне при Hзд
<x1
£6Hзд
(2.3.3.6 а)
· В межкорпусной циркуляционной зоне при 6Hзд
<x1
£10Hзд
(2.3.3.6 б)
;
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:
(2.3.4 а)
(2.3.4 б)
(2.3.4 в)
(2.3.4 г)
(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.