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.

 

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.