Věstník MŽP ČR, částka 8/2013
METODICKÝ POKYN MŽP, ODBORU OCHRANY OVZDUŠÍ,
KE ZPRACOVÁNÍ ROZPTYLOVÝCH STUDIÍ.
Příloha 1: Metodická příručka modelu SYMOS'97 - aktualizace 2013.
Příloha 2: Metodika výpočtu podílu frakcí částic PM10 a PM2,5 v emisích tuhých znečišťujících látek a výpočtu podílu emisi N02 v NOx.
Příloha 3: Metodika výpočtu resuspendovaných částic tuhých znečišťujících látek z povrchu zpevněných komunikací.
Příloha č. 1
Metodická příručka modelu SYMOS'97 - aktualizace 2013.
Autoři:
ČESKÝ HYDROMETEOROLOGICKÝ ÚSTAV PRAHA
RNDr. Jiří Bubník
RNDr. Josef Keder, CSc.
RNDr. Jan Macoun, Ph.D.
EKOAIR PRAHA
RNDr. Jan Maňák
ATEM (kap. 4.6.3)
Mgr. Radek Jareš
Mgr. Jan Karel
Bc. Eva Smolová
Úprava metodiky SYMOS'97 (r. 2013):
ČESKÝ HYDROMETEOROLOGICKÝ ÚSTAV PRAHA
Ing. Marek Hladilo
Ing. Lenka Janatová
Bc. Hana Škáchová
Mgr. Ondřej Vlček
© Jiří Bubník, Josef Keder, Jan Macoun, Jan Maňák 18
OBSAH
1.1 Interpretace výsledků výpočtu hlavních charakteristik znečištění ovzduší
1.2 Úpravy metodiky
2.1 Vstupní údaje o zdrojích
2.1.1 Bodové zdroje
2.1.2 Plošné zdroje
2.1.3 Liniové zdroje
2.1.4 Výpočet nečištění ovzduší při klidu a inverzích
2.1.5 Chladící věže tepelných elektráren
2.1.6 Podrobný výpočet doby trvání znečištění projeden zdroj
2.1.7 Procentuální zastoupení PM10 a PM2,5 v emisích tuhých znečišťujících látek
2.2 Meteorologické a klimatické vstupní údaje
2.2.1 Klimatické údaje pro běžné výpočty znečištění ovzduší
2.2.2 Údaje pro výpočet imisních koncentrací za inverzí a bezvětří
2.2.3 Klimatické údaje pro výpočet znečištění ovzduší od chladicích věží
2.3 Údaje o referenčních bodech, terénu a budovách
2.3.1 Údaje o referenčních bodech
2.3.2 Údaje o topografii terénu
2.3.3 Údaje pro výpočet Nečištění v zástavbě
2.3.4 Údaje pro výpočet znečištění při bezvětří a inverzích
2.4 Údaje o imisních limitech a přípustných imisních koncentracích znečišťujících látek
3.1 Základní rovnice pro výpočet znečištění ovzduší pro zvlněný terén
3.1.1 Plynné znečišťující látky
3.1.1.1 Výpočet přízemní imisní koncentrace plynné znečišťující látky z bodového zdroje
3.1.1.2 Výpočet přízemní imisní koncentrace plynné znečišťující látky z plošného zdroje
3.1.1.3 Výpočet přízemní imisní koncentrace plynné znečišťující látky z liniového zdroje
3.1.2 Pevné znečišťující látky
3.1.2.1 Výpočet přízemní imisní koncentrace pevné znečišťující látky z bodového zdroje
3.1.2.2 Výpočet přízemní imisní koncentrace pevné znečišťující látky z plošného zdroje
3.1.2.3 Výpočet přízemní imisní koncentrace pevné znečišťující látky z liniového zdroje
3.2 Definice jednotlivých proměnných a parametrů
3.2.1 Souřadná soustava souřadnic
3.2.1.1 Horizontální souřadnice
3.2.1.2 Vertikální souřadnice
3.2.2 Koeficient vlivu terénu
3.2.3 Efektivní výška zdroje
3.2.3.1 Základní výpočet pro jednotlivý zdroj
3.2.3.2 Převýšení vlečky v případě více blízkých zdrojů
3.2.4 Rychlost a směr větru
3.2.4.1 Vertikální profil větru
3.2.4.2 Změna směru větru s výškou
3.2.5 Rozptylové parametry
3.2.5.1 Rozptylové parametry pro bodové zdroje
3.2.5.2 Rozptylové parametry pro plošné zdroje
3.2.5.3 Rozptylové parametry pro liniové zdroje
3.2.6 Zahrnutí depozice a transformace znečišťujících látek
3.2.7 Zeslabení vlivu nízkých zdrojů na znečištění ovzduší na horách
3.2.8 Pádová rychlost prašných částic
3.3 Výpočet hlavních charakteristik znečištění ovzduší
3.3.1 Výpočet maximálních krátkodobých imisních koncentrací
3.3.2 Výpočet průměrných ročních imisních koncentrací
3.3.3 Výpočet doby překročení zvolených imisních koncentrací
4.1 Stanovení výšky komína nebo výduchu (dále jen komína)
4.1.1 Stanovení výšky komína v terénu
4.1.2 Korekce vypočtené výšky komína na okolní zástavbu
4.1.3 Obecná pravidla
4.2 Výpočet spadu prachu
4.2.1 Spad prachu pro bodový zdroj
4.2.2 Spad prachu pro plošný zdroj
4.2.3 Spad prachu pro liniový zdroj
4.2.4 Roční spad znečišťující látky
4.2.5 Měsíční spad znečišťující látky
4.3 Výpočet podílů jednotlivých zdrojů na znečištění ovzduší
4.4 Výpočet doby překročení zvolených imisních koncentrací pro zdroj se sezónně proměnnou emisí
4.5 Výpočet imisních koncentrací NO2
4.6 Výpočet denních imisních koncentrací částic PM10 a SO2.
4.6.1 Výpočet maximálních denních imisních koncentrací
4.6.2 Výpočet počtu případů překročení stanovených hodnot za rok
4.6.3 Překročení 24hodinového imisního limitu pro suspendované částice PM10
5.1 Výpočet extrémního znečištění ovzduší při inverzích a bezvětří
5.2 Rozptyl exhalací z chladicích věží tepelných elektráren
Seznam tabulek
tabulka 2.1 Množství spalin K3 v m3 na jeden kg nebo jeden m3 spáleného paliva
tabulka 2.2 Konstanty pro výpočet tepelné vydatnosti podle empirického vzorce (2.11).
tabulka 2.3a Průměrné výhřevnosti paliv q dle [10]
tabulka 2.3b Průměrné výhřevnosti paliv q (dle [11], průměr za roky 1996 - 2011)
tabulka 2.4 Koeficient Kj pro přepočet 24hodinové intenzity dopravy na denní maximum 1hodinové intenzity. Údaje vychází ze sčítání dopravy ŘSD 2010.
tabulka 2.5 Definice tříd rychlosti větru.
tabulka 2.6 Stabilitní klasifikace podle Bubníka a Koldovského.
tabulka 2.7 Rozmezí rychlostí větru a výskyt jednotlivých tříd rychlosti větru pro jednotlivé třídy stability ovzduší.
tabulka 2.8 Matice hodnot grt.
tabulka 3.1 Hodnoty konstant Ks, Km a ε pro výpočet efektivní výšky.
tabulka 3.2 Hodnoty konstant A a B pro výpočet efektivních výšek zdrojů.
tabulka 3.3 Hodnota exponentu p z mocninového profilu větru.
tabulka 3.4a Hodnoty konstant pro výpočet rozptylových parametrů pro hodinové hodnoty imisních koncentrací.
tabulka 3.4b Hodnoty konstant pro výpočet rozptylových parametrů pro osmihodinové hodnoty imisních koncentrací.
tabulka 3.5 Maximální délka strany plošného elementu y0.
tabulka 3.6 Maximální délka strany délkového elementu y0.
tabulka 3.7 Hodnoty koefi cientu odstraňování ku
tabulka 3.8 Kumulativní četnosti výskytu inverzí mezi zemí a výškovou hladinou 850 hPa.
tabulka 3.9 Rozmezí rychlostí větru pro výpočet maximálních krátkodobých imisních koncentrací
tabulka 4.1 Hodnoty koefi cientu přírůstku NO2
tabulka 5.1 Hodnoty vertikálního teplotního gradientu v I., II, a III. třídě stability používané ve výpočtech imisních koncentrací z exhalací z chladicích věží.
1. Úvod
SYMOS'97 - Metodická příručka (dále jen „metodika") je příručkou uživatele metodiky výpočtu znečištění ovzduší a obsahuje návody pro praktický postup při modelových výpočtech imisních koncentrací znečišťujících látek, šířících se z bodových, liniových nebo plošných zdrojů. Obsahuje stručný popis potřebných vstupních údajů, základní rovnice výpočtu, přehled vztahů použitých pro stanovení potřebných parametrů, postup výpočtu hlavních charakteristik znečištění ovzduší a některé další speciální aplikace.
Metodika výpočtu znečištění ovzduší vychází z nejnovějších dostupných poznatků získaných domácím i zahraničním výzkumem, navazuje na dříve vydanou publikaci „Metodika výpočtu znečištění ovzduší pro stanovení a kontrolu technických parametrů zdrojů", kterou v roce 1979 vydalo tehdejší Ministerstvo lesního a vodního hospodářství ČSR [1], a podstatným způsobem ji rozšiřuje.
Metodika výpočtu znečištění ovzduší umožňuje:
výpočet znečištění ovzduší plynnými látkami a prachem z bodových, liniových a plošných zdrojů
výpočet znečištění od většího počtu zdrojů
stanovit charakteristiky znečištění v husté geometrické síti referenčních bodů a připravit tímto způsobem podklady pro názorné kartografické zpracování výsledků výpočtů
brát v úvahu statistické rozložení směru a rychlosti větru vztažené ke třídám stability mezní vrstvy ovzduší podle klasifikace Bubníka a Koldovského
odhad imisní koncentrace znečišťujících látek při bezvětří a pod inverzní vrstvou ve složitém terénu.
Pro každý referenční bod umožňuje metodika výpočet těchto základních charakteristik znečištění ovzduší:
maximální možné krátkodobé (hodinové) hodnoty imisních koncentrací znečišťujících látek, které se mohou vyskytnout ve všech třídách rychlosti větru a stability ovzduší
maximální možné krátkodobé (hodinové) hodnoty imisních koncentrací znečišťujících látek bez ohledu na třídu stability a rychlost větru
roční průměrné imisní koncentrace
dobu trvání imisních koncentrací převyšujících určité předem zadané hodnoty (např. imisní limity).
Jako doplňkové charakteristiky je podle metodiky možno
stanovit výšku komína s ohledem na splnění imisních limitů
stanovit podíl zdrojů znečištění ovzduší na celkovém znečištění do vzdálenosti 100 km od zdrojů
stanovit doby překročení zvolených imisních koncentrací pro zdroj se sezónně proměnnou emisí
vypočítat spad prachu
vyhodnotit rozptyl exhalací vypouštěných chladicími věžemi.
1.1 Interpretace výsledků výpočtu hlavních charakteristik znečištění ovzduší
Metodika je určena především pro vypracování rozptylových studií jakožto podkladů pro hodnocení kvality ovzduší.
Přestože byli autoři metodiky vedeni snahou o maximální věrohodnost všech použitých postupů, je zřejmé, že základem metodiky je matematický model, který již svou podstatou znamená zjednodušení a nemožnost popsat všechny děje v atmosféře, které ovlivňují rozptyl znečišťujících látek. Proto jsou i vypočtené výsledky nutně zatížené nějakou chybou a nedají se interpretovat zcela striktně.
Klimatické vstupní údaje znamenají zprůměrované hodnoty jednotlivých veličin za delší časové období. Skutečný průběh meteorologických charakteristik vdaném určitém roce se může od průměru značně lišit (např. větrná růžice nebo výskyt inverzí). Obecným výpočtem podle metodiky není možné do výsledků zahrnout vliv kumulace znečišťujících látek pod inverzemi. Základních rovnic modelu nelze použít pro výpočet znečištění pod inverzní vrstvou a při bezvětří. Pro tento účel je nutno použít postupů uvedených v kapitole 5.1.
Výpočetní rovnice byly stanovené za předpokladu maximální vzdálenosti referenčního bodu od zdroje 100 km a tedy ani výpočet podle této metodiky nelze použít pro vzdálenosti větší než 100 km od zdroje. Při výběru referenčních bodů nelze většinou postihnout podrobně všechny nerovnosti terénu. Protože program vyhodnocující terénní profily pracuje pouze s nadmořskými výškami v místech referenčních bodů a zdrojů, muže se stát, ze se nějaký terénní útvar (např. úzké údolí) „ztrap . Metodika tedy není použitelná pro vypočet znečištění ovzduší ve velmi členitém terénu a uvnitř městské zástavby pod úrovní střech budov (např. na křižovatkách nebo v kaňonech ulic).
V metodice se nepočítá s pozaďovým znečištěním ovzduší. Vypočtené imisní koncentrace jsou pouze příspěvky imisních koncentrací způsobené emisními zdroji zahrnutými do výpočtu. Stejně tak metodika nezohledňuje sekundární prašnost, která může tvořit velkou část prachu v ovzduší.
1.2 Úpravy metodiky
První úpravy metodiky vydané v roce 1998 proběhly v roce 2003 v souvislosti se schválením zákona č. 86/2002 Sb. a vládního nařízení č. 350/2002 Sb. a byly uvedeny v doplňku k metodické příručce. Doplněk reagoval mj. na nové imisní limity pro PM10, poskytnul návod pro výpočet průměrných denních koncentrací PM10 a SO2 z maximálních hodinových koncentrací těchto látek a umožnil hodnocení imisního příspěvku NO2 (dříve pouze NOx).
V úpravě 2013 byl pro přehlednost sloučen doplněk s původní metodikou a byl brán zřetel na aktuální legislativu (např. aktualizované imisní limity) a nové poznatky v oblasti ochrany čistoty ovzduší. Byly upraveny tabulky průměrných výhřevností paliv, odstraněny tabulky poměrů NO2 a PM10, aktualizovány koeficienty pro liniové zdroje, aktualizovány vzorce pro výpočet maximálních denních imisních koncentrací PM10 a SO2 a upraven vztah pro výpočet přeměny NO na NO2. Byl doplněn postup pro výpočet počtu dní překračujících 24hodinový limit suspendovaných částic PM10 emitovaných z liniových zdrojů (pozemních komunikací).
2. Vstupní údaje
Vstupní údaje potřebné k výpočtu znečištění ovzduší lze rozdělit na tyto kategorie:
A) Údaje o zdrojích.
B) Meteorologické a klimatické podklady.
C) Údaje o topografickém rozložení referenčních bodů, ve kterých se bude výpočet provádět, informace o výšce a rozmístění budov v zájmovém území.
D) Údaje o imisních limitech a přípustných imisních koncentracích znečišťujících látek
Potřebné vstupní údaje se dále liší podle typu zdroje (bodové, plošné, chladicí věze atd.) a podmínek v atmosféře modelovaných výpočtem (výpočet za běžných podmínek nebo za bezvětří).
Nejčastěji používaným souřadným systémem, používaným při popisu umístění zdrojů a referenčních nebo uzlových bodů, je pravoúhlý systém, kdy osa X míří k východu, osa Y míří k severu a osa 7Z míří k zenitu a představuje nadmořské výšky nebo výšky budov.
2.1 Vstupní údaje o zdrojích
2.1.1 Bodové zdroje
Za bodové zdroje se považují zejména komíny a výduchy, jejichž rozměr je zanedbatelný oproti vzdálenostem, ve kterých se počítá znečištění ovzduší. U bodových zdrojů je nutné znát tyto údaje:
1. Polohu zdroje, tj. souřadnice xz, yz [m] ve zvolené souřadné síti
2. Nadmořskou výšku zz [m] terénu v místě zdroje
3. Výšku H [m] koruny komína nebo konce výduchu nad terénem („výška komína"). Tato veličina však může být teprve požadovaným výsledkem výpočtu u projektovaných zdrojů emisí.
4. U spalovacích procesů informace o palivu a jeho spotřebě:
a) Množství spáleného paliva za hodinu Sh [kg.h-1, m3.h-1] při instalovaném tepelném výkonu spalovacího zařízení
b) Roční množství spáleného paliva Sr [kg.r-1, m3.r-1]
c) Kvalita paliva (výhřevnost, chemické složení apod.)
5. U technologií roční provozní dobu Pr [hod.r-1]
6. Objemový tok spalin (u spalovacích procesů) nebo vzdušiny (u technologií) Vs[Nm3.s-1]1 z komína nebo výduchu přepočtený na normální podmínky (teplotu 0 °C (273,15 K) a tlak 101325 Pa). Přepočet na normální podmínky se provádí podle vztahu:
(2.1)
kde ts ... je teplota odcházejících exhalací v koruně komína nebo výduchu [°C],
p ... je tlak vzduchu [Pa],
V ... je objemový tok spalin nebo vzdušiny z komína nebo výduchu za skutečných podmínek (při teplotě ts a tlaku p).
Objemový tok spalin za normálních provozních podmínek lze u spalovacích procesů vypočítat ze spotřeby paliva podle následujícího vzorce:
(2.2)
kde Sh ... je spotřeba paliva v kg nebo m3 za hodinu
K3 ... je konstanta, která nabývá hodnot podle tabulky 2.1
Objemový tok spalin lze ve výpočtu zanedbat, pokud se výpočty neprovádějí blízkosti komínu (výduchu).
tabulka 2.1 Množství spalin K3 v m3 na jeden kg nebo jeden m3 spáleného paliva
Palivo | K3 | jednotky | |
zemní plyn | 12,28 | m3.m-3 | |
hnědé uhlí | Tříděné | 7,55 | m3.kg-1 |
Prach | 5,89 | m3.kg-1 | |
černé uhlí | Tříděné | 10,77 | m3.kg-1 |
Prach | 8,93 | m3.kg-1 | |
topný olej | 10,87 | m3.kg-1 | |
Dřevo | 5,20 | m3.kg-1 | |
7. Množství znečišťující látky M [g.s-1] odcházející komínem (výduchem) za normálního tlaku a teploty.
a) Pokud je známa koncentrace KE [mg.Nm-3] znečišťující látky ve spalinách za normálních podmínek, stanoví se M jako
M= 10-3. KE. Vs
(2.3)
Koncentrace znečišťujících látek ve spalinách (vzdušině) se často udává přepočtená na referenční spaliny, tj. suché a s referenčním obsahem kyslíku Or [%]. V takovém případě se za Vr do vztahu (2.3) dosazuje hodnota VsR, která udává objemový tok spalin přepočtený na suchý plyn a referenční obsah kyslíku. Pro její výpočet je nutné znát navíc obsah vodní páry ve skutečných spalinách (vzdušině) W [%] a obsah kyslíku ve skutečných spalinách Os [%].
Pokud je Os udán vzhledem k vlhkým skutečným spalinám, spočte se VsR jako
(2.4)
Pokud je Os udán vzhledem k suchým skutečným spalinám, spočte se VsR jako
(2.5)
b) V ostatních případech se M stanoví z hodinového množství spáleného paliva Sh [kg.h-1 m3.h-1] při jmenovitém výkonu spalovacího zařízení a z emisního faktoru ƒE. [g.kg-1, g.m-3]:
(2.6)
kde η [%] je účinnost opatření omezujících únik znečišťující látky (tj. odsiřovacího zařízení, odlučovačů popílku, filtrů aj.).
V případě emisí SO2 a prachu ze spalovacích procesů závisí emisní faktory na jakostních znacích paliva, konkrétně na procentuálním hmotnostním obsahu popelovin Ap a síry Sp v původním vzorku pevného paliva nebo na obsahu síry v kapalném palivu. U pevných paliv se hodnoty Ap, Sp vypočtou z obsahu popelovin As a síry Ss v sušině a z obsahu vody Wp [%] podle vztahů
(2.7)
(2.8)
Pokud se emisní faktor vztahuje k jiným jednotkám než k množství spáleného paliva, pak
(2.9)
kde P ... je počet jednotek, na které je emisní faktor vztažený
A ... je převodní rozměrový koeficient určený tak, aby M bylo udáno v g.s-1.
8. Teplotu ts [ °C] spalin nebo vzdušiny v koruně komína (výduchu).
9. Pokud je ts < 80 °C, je navíc nutno znát vnitřní průměr komína (výduchu) Dv [m].
10. Tepelnou vydatnost Q [MW], která se stanovuje
a) Na základě předchozích vstupních dat podle vzorce
Q = 10-3 . Vs . cs . (ts - t0)
(2.10)
kde Vs ... je objemový tok spalin nebo vzdušiny z komína nebo výduchu za normálních podmínek [Nm3.s-1],
cs ... je měrné teplo exhalací o hodnotě 1,371 kJ.m-3.K-1,
ts ... je teplota odcházejících exhalací v koruně komína nebo výduchu ve stupních Celsia,
t0 ... je teplota okolních vzduchu. Obvykle předpokládáme, že teplota okolí je 0 °C.
b) V případě, že není k dispozici údaj o Vs počítá se podle vzorce:
Q = K1 . S . (q + K2)
(2.11)
kde q ... je výhřevnost paliva; u pevného a kapalného paliva v kJ.kg-1, u plynných paliv v kJ.m-3,
S ... je maximální průměrná hodinová spotřeba paliva v tunách za hodinu pro pevná a kapalná paliva v 103 m3 za hodinu pro plynná paliva,
K1, K2 jsou konstanty závisející na typu a výkonu topeniště a na skupenství paliva. Hodnoty konstant jsou uvedeny v tabulce 2.2.
tabulka 2.2 Konstanty pro výpočet tepelné vydatnosti podle empirického vzorce (2.11).
druh topeniště | výkon [MW] | 105.K1 | K2 |
roštová | ≤ 3,8 | 3,830 | 3870 |
> 3,8 | 2,940 | 4054 | |
granulační | bez omezení | 1,927 | 4305 |
tavící pec | bez omezení | 1,740 | 4443 |
kapalná paliva | ≤ 3,8 | 3,560 | 2411 |
> 3,8 | 2,880 | 1830 | |
plynná paliva | ≤ 3,8 | 1,979 | 882 |
> 3,8 | 1,456 | 1204 |
Pokud nejsou známy přesné hodnoty výhřevnosti paliv, lze s určitým přiblížením použít orientační hodnoty uvedené v tabulkách 2.3a a 2.3b.
tabulka 2.3a Průměrné výhřevnosti paliv q dle [10]
Palivo | q | Jednotky |
Zemní . | 33480 | kJ.m-3 |
Zemní plyn karbonský - důlní | 30110 | kJ.m-3 |
Propan | 46400 | kJ.kg-1 |
Generátorový plyn | 5860 | kJ.m-3 |
Koksárenský | 15620 | kJ.m-3 |
Vysokopecní plyn | 3810 | kJ.m-3 |
Svítil | 14500 | kJ.m-3 |
Lehký topný olej | 42300 | kJ.kg-1 |
Těžký topný olej | 40610 | kJ.kg-1 |
Motorová nafta | 42610 | kJ.kg-1 |
Benzin automobilový | 43590 | kJ.kg-1 |
Dřevo palivové | 14620 | kJ.kg-1 |
Dřevěné briketu | 16210 | kJ.kg-1 |
Hnědé uhlí prachové - Most | 11720 | kJ.kg-1 |
Hnědé uhlí tříděné - Most | 17180 | kJ.kg-1 |
Hnědé uhlí prachové - Sokolov | 10490 | kJ.kg-1 |
Hnědé uhlí tříděné - Sokolov | 14170 | kJ.kg-1 |
Černé uhlí prachové - Ostrava | 22780 | kJ.kg-1 |
Černé uhlí energetické - Ostrava | 29210 | kJ.kg-1 |
Černé uhlí prachové - Kladno | 15570 | kJ.kg-1 |
Černé uhlí energetické - Kladno | 22610 | kJ.kg-1 |
UVKP - Ostrava | 27510 | kJ.kg-1 |
Kaly - Ostrava | 16710 | kJ.kg-1 |
Proplástek - Ostrava | 14790 | kJ.kg-1 |
Koks otopový | 27490 | kJ.kg-1 |
Lignit | 8790 | kJ.kg-1 |
Brikety | 23050 | kJ.kg-1 |
Sláma obilná | 15500 | kJ.kg-1 |
Komunální odpad | 9120 | kJ.kg-1 |
Papír | 14110 | kJ.kg-1 |
Pryžový odpad | 34920 | kJ.kg-1 |
tabulka 2.3b Průměrné výhřevnosti paliv q (dle [11], průměr za roky 1996 - 2011)
Palivo | q | jednotky |
HU tříděné | 17894 | kJ.kg-1 |
HU energetické | 12255 | kJ.kg-1 |
Briketu | 23541 | kJ.kg-1 |
Lignit | 8694 | kJ.kg-1 |
ČU tříděné | 28271 | kJ.kg-1 |
ČU energetické | 24007 | kJ.kg-1 |
Proplástek | 18318 | kJ.kg-1 |
ČU kaly | 19188 | kJ.kg-1 |
Koks | 27053 | kJ.kg-1 |
11. V případě výpočtu znečištění ovzduší prachovými částicemi se vyjde z poměru zastoupení požadovaných frakcí PM uvedených v příloze č. 2 metodického pokynu ke zpracování rozptylových studií.
Vstupní údaje 6), 7) a 8) se v případě spalovacích procesů udávají při jmenovitém výkonu spalovacího zařízení.
2.1.2 Plošné zdroje
Výpočet znečištění ovzduší z plošných zdrojů se provádí tak, že se plošný zdroj rozdělí na dostatečný počet čtvercových elementů plochy a výsledné znečištění se vypočítá jako součet příspěvků od všech elementů. Pro každý element je proto třeba znát následující údaje:
1. Polohu jeho středu, tj. souřadnice xy, yz [m] středu ve zvolené souřadné síti.
2. Nadmořskou výšku zz [m].
3. Rozměr elementu, tj. délku strany čtverce y0 [m]. Pokud jsou elementy stejně veliké, znamená y0 zároveň vzdálenost středů sousedních elementů.
4. Emisi ME [g.s-1] znečišťující látky z elementu. Pokud je zadána plošná intenzita emise Mp [g.m-2.s-1] pro dané místo, vypočítá se ME:
ME = Mp . y02
(2.12)
5. Pokud se emitující plocha nenachází na povrchu země, je nutné znát výšku hp [m] nad zemí, ve které emitující plocha je. Pokud se za plošný zdroj považuje část obce se zástavbou s lokálními topeništi, odpovídá hp průměrné efektivní výšce, do které se exhalace z lokálních topenišť dostanou a stanoví se jako střední výška budov v plošném elementu zvýšená o 10 m.
2.1.3 Liniové zdroje
Za liniové zdroje se považují převážně pozemní komunikace s automobilovým provozem. Podobně jako u plošných zdrojů se rozdělí na dostatečný počet délkových elementů a výsledné znečištění se vypočítá jako součet příspěvků od všech elementů. Pro každý element je nutné znát tyto údaje:
1. Souřadnice počátku a konce elementu, tj. souřadnice xz1, yz1 [m] a xz2, yz2 [m] ve zvolené souřadné síti.
2. Nadmořskou výšku počátku a konce elementu zz1 a zz2 [m].
3. Šířku pozemní komunikace x0 [m].
4. Emisi ME [g.s-1] znečišťující látky z elementu. Pokud je zadána délková intenzita emise pro dané místo ML [g.m-1.s-1], vypočítá se ME:
ME = ML . y0
(2.13)
Délka elementu y0 se vypočte ze souřadnic xz1, xz2, yz1, yz2. Délková intenzita emisí znečišťujících látek z automobilového provozu se určí na základě emisních faktorů pro různé typy vozidel. Pro daný úsek pozemní komunikace je tedy třeba znát hustotu provozu jednotlivých typů vozidel.
Intenzita provozu jednotlivých skupin motorových vozidel na daném úseku pozemní komunikace se většinou uvádí v počtu vozidel za den (24 hodin). Pro účely výpočtu emisní intenzity provozu rozeznáváme 4 typy motorových vozidel:
1. osobní automobily
2. dodávkové a lehké nákladní automobily
3. těžké nákladní automobily
4. autobusy
Označíme-li počet projíždějících vozidel z j-té skupiny za den Nj a emisní faktor pro j-tou skupinu vozidel EFj, pak pro délkovou intensitu emise dané znečišťující látky platí
(2.14)
Tato hodnota znamená průměrnou denní intenzitu emise. Pokud nejsou k dispozici podrobnější informace o denním chodu frekvence aut, použije se pro výpočet maximálního znečištění vzorec
Njmaxi = Kj . Nj
(2.14a)
kde N1maxj je denní maximum 1hodinové intenzity dopravy pro daný typ vozidel a Kj je hodnota z tabulky 2.4 (pro dani typ pozemní komunikace a daný typ vozidel).
tabulka 2.4 Koeficient Kj pro přepočet 24hodinové intenzity dopravy na denní maximum 1hodinové intenzity. Údaje vychází ze sčítání dopravy ŘSD 2010.
Dálnice | Komunikace 1. a 2. třídy | |
Osobní automobily | 0,16 | 0,14 |
Lehké nákladní automobily | 0,11 | 0,10 |
Těžké nákladní automobily | 0,14 | 0,20 |
Autobusu | 0,17 | 0,14 |
2.1.4 Výpočet znečištění ovzduší při klidu a inverzích
Při výpočtu znečištění ovzduší při klidu a inverzích je, podle kapitoly 5.1, třeba znát standardní vstupní data o zdrojích stejné jako v částech 2.1.1, 2.1.2, 2.1.3 a 2.1.5.
2.1.5 Chladicí věže tepelných elektráren
Pokud se používá u některé tepelné elektrárny vypouštění spalin pomocí chladicích věží, pak jsou nutné následující vstupní údaje:
1. Počet chladicích věží N.
2. Jejich polohu, tj. souřadnice xz, yz [m] ve zvolené souřadné síti.
3. Nadmořskou výšku terénu zz [m] v místě chladicích věží.
4. Výšku chladicí věže H [m].
5. Doby v roce, po které jsou v činnosti:
1. chladicí věž ... Pr1 [hod za rok]
2. chladicí věž ... Pr2 [hod za rok]
N-tá chladicí věž PrN ... [hod za rok]
6. Objemový tok spalin Vs [m3.s-1] vypouštěných do každé chladicí věže. Vs se udává při teplotě ts, tedy nepřepočtený na normální podmínky.
7. Teplota ts [°C] spalin vypouštěných do chladicí věže.
8. Množství znečišťující látky M [g.s-1] odcházející každou chladicí věží. Pokud hodnoty M neuvede zadavatel, určí se stejným způsobem jako v případě komínů bodových zdrojů.
9. Průměr chladicí věže Dv [m] v koruně.
10. Při výpočtu znečištění ovzduší prachovými částicemi podíl částic PM10 resp. PM2,5 v emisích tuhých znečišťujících látek.
11. Závislost teploty tch' [°C] vlhkého vzduchu opouštějícího chladicí věž (bez zavedení spalin do věže) na vnější teplotě te a relativní vlhkosti r.
12. Závislost objemového toku Vch´ [m3.s-1] vlhkého vzduchu opouštějícího chladicí věž (bez zavedení spalin do věže) na vnější teplotě te a relativní vlhkosti r.
Pokud závislosti 11) a 12) nejsou k dispozici, pak postačí 4 hodnoty tch' a Vch':
pro nízkou te a nízkou r
pro nízkou te a vysokou r
pro vysokou te a nízkou r
pro vysokou te a vysokou r.
2.1.6 Podrobný výpočet doby trvání znečištění pro jeden zdroj
V případě podrobného výpočtu doby trvání znečištění ovzduší pro 1 zdroj znečištění (komín nebo výduch) jsou třeba stejné vstupní údaje jako pro bodový zdroj (část 2.1.1), avšak údaje v bodech 4), 6), 7) a 8) je nutné znát při všech provozních režimech zdroje. Jednotlivé provozní režimy se určí z časové křivky výkonu (vytížení) dané provozní jednotky během roku.
2.1.7 Procentuální zastoupení PM10 a PM2,5 v emisích tuhých znečišťujících látek
Pokud je známa přímo hodnota emise PM10, resp. PM2,5, z daného zdroje, použije se pro výpočet. Obvykle však tyto informace nejsou k dispozici a jako vstupní hodnota je udávána pouze celková hodnota emisí prachu (např. v REZZO). V takovém případě je nutné použít údaje o procentuálním zastoupení jednotlivých frakcí v celkových emisích tuhých znečišťujících látek uvedené v příloze č. 2 metodického pokynu ke zpracování rozptylových studií.
2.2 Meteorologické a klimatické vstupní údaje
Meteorologické a klimatické údaje potřebné pro výpočty znečištění ovzduší se obvykle tykají období několika let. Pouze při některých speciálních aplikacích této metodiky je možné použít údaje pro jednotlivé sezóny nebo jiný konkrétní časový úsek. V takových případech je však nutné před vlastním výpočtem připravit i tyto klimatické údaje, protože nebývají běžně k dispozici, na rozdíl od standardních týkajících se ročního období. Pozornost je třeba věnovat rovněž tornu, zda jsou údaje z té které meteorologické nebo klimatické stanice reprezentativní pro dané místo výpočtu. Posouzení této reprezentativnosti je však záležitost značně komplikovaná, závisí nejen na topografii terénu a vzdálenosti stanice od místa výpočtu, ale i na typu klimatických údajů a spadá spíše do oboru „odborných odhadů v klimatologii", takže nemůže být součástí metodiky.
2.2.1 Klimatické údaje pro běžné výpočty znečištění ovzduší
Běžnými výpočty znečištění ovzduší rozumíme výpočty od zdrojů, jejichž charakteristiky nejsou přímo ovlivňované meteorologickými podmínkami (tedy od bodových, plošných a liniových zdrojů, nikoliv však od chladicích věží). Pro takové výpočty je nejdůležitějším klimatickým vstupním údajem větrná růžice rozlišená podle tříd rychlosti větru a teplotní stability atmosféry.
Výběr větrné růžice provádíme přednostně podle umístění zdroje, v případě mnoha zdrojů a větší oblasti je třeba zvolit větrnou růžici konstruovanou speciálně pro tuto oblast.
Rychlost rozptylu znečišťujících látek v atmosféře závisí zejména na dvou veličinách: rychlosti větru a intenzitě termické turbulence. Protože intenzita termické turbulence je přímo závislá na teplotní stabilitě atmosféry, je nejdůležitějším klimatickým vstupním údajem větrná růžice rozlišená podle rychlosti větru a teplotní stability atmosféry.
Rychlost větru se v metodice popisuje pomocí 3 tříd rychlosti:
tabulka 2.5 Definice tříd rychlosti větru.
třída rychlosti větru | rozmezí rychlosti [m.s-1] | třídní rychlost [m.s-1] |
1. slabý vítr | od 0 do 2,5 včetně | 1,7 |
2. mírný vítr | od 2,5 do 7,5 včetně | 5.0 |
3. silný vítr | nad 7,5 | 11,0 |
Rychlostí větru se přitom rozumí rychlost zjišťovaná ve standardní meteorologické výšce 10 m nad zemí. Intenzita termické turbulence závisí velmi silně na termické stabilitě atmosféry, tj. na jejím teplotním zvrstvení. Tato stabilita se v metodice popisuje pomocí stabilitní klasifikace Bubník-Koldovský odvozené v ČHMÚ. Stabilitní klasifikace obsahuje 5 tříd stability ovzduší.
tabulka 2.6 Stabilitní klasifikace podle Bubníka a Koldovského.
třída stability | vertikální teplotní gradient [°C na 100] | popis |
I. superstabilní | γ < -1,6 | silné inverze, velmi špatné rozptylové podmínky |
II. stabilní | -1,6 ≤ γ < -0,7 | běžné inverze, špatné rozptylové podmínky |
III. izotermní | -0,7 ≤ γ < 0,6 | slabé inverze, izotermie nebo malý kladný teplotní gradient, často se s vyskytující mírně zhoršené podmínky |
IV normální | 0,6 ≤ γ ≤ 0,8 | indiferentní teplotní zvrstvení, běžný případ dobrých rozptylových podmínek |
V. konvektivní | γ > 0,8 | labilní teplotní zvrstvení, rychlý rozptyl znečišťujících látek |
Vertikální teplotní gradient je přitom definován:
(2.15)
kde T(z) je teplota vzduchu závisející na výšce.
Ne všechny třídy stability atmosféry se vyskytují za všech rychlostí větru. Následující tabulka obsahuje rozmezí rychlostí větru a výskyt jednotlivých tříd rychlosti větru při jednotlivých třídách stability ovzduší:
tabulka 2.7 Rozmezí rychlostí větru a výskyt jednotlivých tříd rychlosti větru pro jednotlivé třídy stability ovzduší.
třída stability | rozmezí vyskytujících se rychlostí větru [m.s-1] | výskyt tříd rychlostí větru |
I | 0-2,5 | 1 |
II | 0-5,0 | 1,2 |
III | rychlost není omezena | 1,2,3 |
IV | rychlost není omezena | 1, 2, 3 |
V | 0-5,0 | 1,2 |
V praxi se tedy může vyskytnout 11 kombinací tříd stability a tříd rychlosti větru. Větrná růžice, která je vstupem pro výpočet znečištění ovzduší, musí tedy obsahovat relativní četnosti směru větru z 8 základních směrů pro těchto 11 různých typů rozptylových podmínek a kromě toho četnost bezvětří pro každou třídu stability atmosféry. Četnosti se udávají v % s přesností na 2 desetinná místa.
Směry větru se v meteorologii určují podle toho, odkud vítr vane. Označování směrů větru ve stupních začíná od severu a zvětšuje se postupně ve směru hodinových ručiček. Vítr, který vane od východu, vane ze směru 90°, od jihu z 180°, od západu z 270° a 7e severu z 360°. To znamená, že větrnou růžici lze jednoduše vyjádřit v pravoúhlé souřadné soustavě, ve které osa X mílí k východu a osa Y k severu. Uvádějí-li se souřadnice zdrojů a referenčních bodů, resp. uzlových bodů pravidelné sítě v jiných souřadných systémech, kdy osa Y nemíří k severu, (např. v Křovákových souřadnicích) pak je nutno sjednotit všechny používané souřadné systémy v jeden.
2.2.2 Údaje pro výpočet imisních koncentrací za inverzí a bezvětří Pro výpočet extrémního znečištění za inverzí a bezvětří je třeba znát:
1. výšku L [m] horní hranice inverze nad dnem údolí, pro které se výpočet provádí
2. dobu T [h] nepřetržitého trvání podmínek inverze a současného bezvětří.
2.2.3 Klimatické údaje pro výpočet znečištění ovzduší od chladicích věží
Pro tento výpočet je nutné mít k dispozici stejnou větrnou růžici rozdělenou podle tříd stability atmosféry a rychlosti větru jakou běžných výpočtů znečištění. Protože však charakteristiky zdroje (objem a teplota vzduchu odcházejícího z chladicí věže) závisí na vnějších podmínkách (teplotě a relativní vlhkosti okolního vzduchu), je nutné znát navíc tyto údaje:
1. Matice hodnot grt pro každou třídu stability ovzduší
Hodnoty grt představují relativní četnosti výskytu situace s teplotou t v dané třídě teploty a s relativní vlhkostí r v dané třídě relativní vlhkosti a to pro danou třídu stability ovzduší. Třídy teploty a relativní vlhkosti jsou stanoveny v následující tabulce.
tabulka 2.8 Matice hodnot grt
Teplota vzduchu te [° C] | relativní vlhkost vzduchu r [%] | ||||||||
interval | třídní teplota | interval | < 50 | 50-70 | 70-80 | 80-85 | 85-90 | 90-95 | 95-100 |
třídní vlhkost | 40 | 60 | 75 | 83 | 88 | 93 | 98 | ||
< -10 | -12 | ||||||||
-10 - -5 | -7 | ||||||||
-5 - 0 | -2 | ||||||||
0 - 5 | 3 | ||||||||
5 - 10 | 8 | grt | |||||||
10 - 15 | 13 | ||||||||
15 - 20 | 18 | ||||||||
20 - 25 | 23 | ||||||||
25 - 30 | 28 | ||||||||
> 30 | 33 | ||||||||
Pro hodnoty grt v tabulce (matici) bude pro každou třídu stability platit:
(2.16)
Vzhledem k tomu, že stabilitní klasifikace rozeznává 5 tříd stability ovzduší, je třeba mít k dispozici 5 takových matic hodnot grt. Hodnoty grt se získají statistickým zpracováním pozorování z meteorologické stanice, která je pro sledované místo reprezentativní.
2. Matice hodnot ƒrt.
Hodnoty ƒrt vyjadřují průměrné relativní množství zkondenzované vodní páry ve vzduchu při dané kombinaci teploty a vlhkosti vzduchu. V praxi se při výpočtu průměrných hodnot dají nahradit poměrem
(2.17)
kde Dm,rt ... je trvání situací s výskytem mlhy při teplotě t a relativní vlhkostí r za dané období a
Drt ... je celková doba trvání situací s teplotou t a relativní vlhkostí r.
Pro hodnoty ƒrt se volí stejné třídy teploty te a relativní vlhkosti r jako pro hodnoty grt (tab. 2.8). Vyčíslení matice ƒrt se provede stejně jako u grt statistickým zpracováním meteorologických pozorování.
2.3 Údaje o referenčních bodech, terénu a budovách
2.3.1 Údaje o referenčních bodech
Pro každý referenční bod, pro který se počítá znečištění ovzduší, je nutné znát tyto údaje:
1. Název referenčního bodu (není povinné, ale u specifických výpočtových bodů užitečné).
2. Polohu referenčního bodu, tj. souřadnice xr, yr [m] ve zvolené souřadné síti.
3. Nadmořskou výška terénu zr [m] v místě referenčního bodu.
4. Pokud je referenční bod umístěn jinde než v úrovni terénu, (např. na budově), pak jeho výšku 1 [m] nad terénem (výšku budovy).
2.3.2 Údaje o topografii terénu
Hodnoty vypočtených imisních koncentrací v referenčním bodě závisí mimo jiné na tvaru terénu mezi zdrojem a referenčním bodem. V případě, že terén mezi zdrojem a referenčním bodem není rovinný, je třeba mít informace o jeho tvaru.
V praxi se výpočty provádějí obvykle v pravidelné nebo nepravidelné síti referenčních bodů. Z údajů o jejich poloze a nadmořských výškách terénu v jejich místě se vyhodnocuje tvar a charakteristiky terénu ve sledované oblasti. Přesnost výpočtu profilu terénu mezi zdrojem a referenčním bodem závisí na dostatečné hustotě referenčních bodů v síti. Hustotu sítě referenčních bodů je proto nutné volit takovou, aby postihla všechny podstatné terénní útvary v daném území.
Mezi zdrojem a nejbližším referenčním bodem se předpokládá rovinný terén bez jakýchkoliv významných terénních útvarů. Naopak, pokud chceme podrobněji popsat terén mezi zdrojem a nějakým referenčním bodem, je nutné zvolit mezi nimi několik dalších referenčních bodů. I v tomto případě je výhodné znát nadmořské výšky nikoliv jen na spojnici mezi zdrojem z a referenčním bodem, ale v síti bodů rozložených kolem této spojnice.
2.3.3 Údaje pro výpočet znečištění v zástavbě
Při výpočtu znečištění ovzduší v terénu zastavěném budovami se referenční body umísťují na budovách, tj. na horních hranách jejich fasád. Je vhodné umístit některé referenční body na nejvyšší budovy v okolí zdroje (zdrojů).
U podrobných výpočtů v malých vzdálenostech a při stanovování potřebných výšek komínů nebo výduchů je nutné kromě výšek budov ležících v okolí zdroje znát rovněž jejich rozmístění a půdorysné rozměry. Tyto údaje lze odečíst z podrobných map.
2.3.4 Údaje pro výpočet znečištění při bezvětří a inverzích
Při výpočtu znečištění ovzduší při bezvětří a inverzi se předpokládá, že zdroje exhalují do objemu vzduchu uzavřeného z boků svahy údolí a seshora horní hranicí inverze. K výpočtu objemu takto uzavřeného vzduchu je proto nutné z map odečíst plochy P(z) údolí v různých výškách z nad dnem údolí.
2.4 Údaje o imisních limitech a přípustných imisních koncentracích znečišťujících látek
Vypočtené imisní příspěvky zdrojů zahrnutých do výpočtu (dále jen vypočítané imisní koncentrace) znečišťujících látek v referenčních bodech je možné pro orientaci porovnat s jejich limitními hodnotami, aby bylo zřejmé, zda znečištění ovzduší v daných místech nepřekračuje přípustné hranice. Tyto limitní hodnoty jsou určené pomocí imisních limitů nebo pomocí nejvyšších přípustných imisních koncentrací.
Imisní limity pro vybrané znečišťující látky jsou vydané v platné legislativě. Pro ostatní znečišťující látky v ovzduší je úkolem Ministerstva zdravotnictví (MZ) dle §27, odst. 6 b zákona č. 201/2012 Sb. o ochraně ovzduší zpracovávat a vést seznam referenčních imisních koncentrací pro účely hodnocení těchto látek a řízení zdravotních rizik. Tuto povinnost delegovalo MZ na Státní zdravotní ústav (SZÚ), který seznam imisních referenčních koncentrací uvádí na http://www.szu.cz/tema/zivotni-prostredi/ovzdusi-a-zdravi . Pro látku, zde neuvedenou je moro požádat SZÚ o stanovení imisní referenční koncentrace. Je třeba poznamenat, že imisní limity mají vyšší právní sílu než nejvýše přípustné imisní koncentrace.
3. Metodika výpočtu znečištění ovzduší
3.1 Základní rovnice pro výpočet znečištění ovzduší pro zvlněný terén
V rovnicích, uváděných v odstavci 3.1, mají jednotlivé symboly následující významy:
api ... [%] ... procentuální zastoupení v jednotlivých třídách velikosti prašných částic
c ... [μg.m-3] ... krátkodobá koncentrace znečišťující látky
d ... [m] ... průměr prašné částice
h ... [m] ... efektivní výška zdroje bez korekce na vliv terénu (viz kap. 3.2.3)
h1 ... [m] ... efektivní výška zdroje po provedení všech korekcí (viz kap. 3.2.3)
hgi ... [m] ... pokles efektivní výšky zdroje vlivem pádové rychlosti prašných částic pro velikost částic o průměru di (viz kap. 3.1.2)
υ ... [-] ... koeficient pro zvlněný terén (viz kap. 3.2.2)
Kh ... [-] ... koeficient zeslabení vlivu nízkých zdrojů na referenční body ve větších nadmořských výškách (viz kap. 3.2.7)
ku ... [s-1] ... koeficient odstraňování, zahrnující suchou a mokrou depozici a chemické transformace (viz kap. 3.2.6)
M ... [g.s-1] ... množství znečišťující látky odcházející komínem, resp. výduchem (viz kap. 2.1.1, bod 7)
ME ... [g.s-1] ... emise znečišťující látky z elementu plochy (viz kap. 2.1.2, bod 4)
ML ... [g.m-1.s-1] ... délková intenzita emise znečišťující látky (viz kap. 2.1.3, bod 5)
Mz ... [m] ... obecná emise znečišťující látky
Pd ... [h] ... počet hodin za den, kdy je zdroj v činnosti
σy(xL) ... [m] ... příčný horizontální rozptylový parametr (viz kap. 3.2.5.1)
σy0(xL) ... [m] ... počáteční příčný horizontální rozptylový parametr pro plošné a liniové zdroje (viz kap. 3.2.5.2 a 3.2.5.3)
σz ... (xL) ... [m] ... příčný vertikální rozptylový parametr (viz kap. 3.2.5.1)
σz0(xL) ... [m] ... počáteční příčný vertikální rozptylový parametr pro plošné a liniové zdroje (viz kap. 3.2.5.2 a 3.2.5.3)
uh [m.s-1] ... rychlost větru ve výšce h (viz kap. 3.2.4.1)
uhl [m.s-1] ... rychlost větru ve výšce h, (viz kap. 3.2.4.])
vgi [m.s-1] ... pádová rychlost částic o průměru d, (viz kap. 3.2.8)
Vs [Nm3.s-1] ... objemový tok spalin nebo vzdušiny z komína přepočtený na normální podmínky (0 °C, 101325 Pa) (viz kap. 2.1.1, bod 6). Normální metr krychlový [Nm3] označuje objem vztažený k normálním podmínkám.
xL [m] ... vzdálenost referenčního (uzlového) bodu od zdroje ve směru větru (viz kap. 3.2.1.1)
yL [m] ... vzdálenost referenčního (uzlového) bodu od zdroje ve směru kolmém na směr větru (viz kap. 3.2.1.1)
y0 [m] ... délka čtverce elementu plošného zdroje nebo elementu liniového zdroje
z [m] ... převýšení referenčního bodu nad patou komína (výduchu) (víz kap. 3.2.1.2)
z´ [m] ... korigovaná vertikální souřadnice referenčního bodu v členu pro přímý rozptyl (viz kap. 3.2.1.2)
z´´ [m] ... korigovaná vertikální souřadnice referenčního bodu v členu popisujícím odraz v dolním odhadu (viz kap. 3.2.1.2)
z´´´ [m] ... korigovaná vertikální souřadnice referenčního bodu v členu popisujících odraz v horním odhadu (viz kap. 3.2.1.2)
3.1.1 Plynné znečišťující látky
Obecná základní rovnice pro výpočet imisní koncentrace plynné znečišťující látky exhalované ze stacionárního zdroje ve zvlněném terénu za předpokladu Gaussova rozložení koncentrace ve vlečce má tvar
(3.1)
kde Mz ... je emise znečišťující látky.
Pro bodové zdroje je Mz rovna hmotnostnímu toku znečišťující látky za časovou jednotku [g.s-1]. Značíme jej M.
Pro plošné zdroje Mz představuje hmotnostní tok znečišťující látky za časovou jednotku z jednoho plošného elementu plochy, [g.s-1]. Značíme jej ME.
Pro liniové zdroje Mz představuje délkovou intensitu hmotnostního toku znečišťující látky [g.s-1.m-1] násobenou délkou elementu liniového zdroje. Značíme jej ML.
σy0, σz0 ... jsou počáteční rozptylové parametry (pro x = 0), které souvisí s rozměry elementů zdroje. Pro bodové zdroje jsou rovny nule.
Rovnice pro výpočet imisní koncentrace plynné znečišťující látky exhalované ze stacionárního zdroje ve zvlněném terénu za předpokladu Gaussova rozložení koncentrace ve vlečce má tvar a) pro bodový zdroj
(3.2)
b) pro plošný zdroj
(3.3)
c) pro liniový zdroj
(3.4)
3.1.1.1 Výpočet přízemní imisní koncentrace plynné znečišťující látky z bodového zdroje
Základní rovnice pro výpočet přízemní imisní koncentrace plynné znečišťující látky exhalované z bodového stacionárního zdroje má tvar
(3.5)
3.1.1.2 Výpočet přizemní imisní koncentrace plynné znečišťující látky z plošného zdroje
Při výpočtu imisních koncentrací znečišťujících látek šířících se z plošného zdroje postupujeme tak, že plošný zdroj rozdělíme na dostatečný počet čtvercových plošných elementů o délce strany y0. Imisní koncentraci vypočítáme od každého z nich a pak sečteme.
Základní rovnice pro výpočet příspěvku jednoho elementu k přízemní imisní koncentraci plynné znečišťující látky exhalované z plošného stacionárního zdroje má tvar
(3.6)
3.1.1.3 Výpočet přízemní imisní koncentrace plynné znečišťující látky z liniového zdroje
Při výpočtu imisních koncentrací znečišťujících látek šířících se z liniového zdroje postupujeme tak, že liniový zdroj rozdělíme na dostatečný počet délkových elementů o délce strany y0. Imisní koncentraci vypočítáme od každého z nich a pak sečteme.
Základní rovnice pro výpočet příspěvku jednoho elementu přízemní imisní koncentraci plynné znečišťující látky exhalované z liniového stacionárního zdroje má tvar
(3.7)
3.1.2 Pevné znečíšťující látky
Výpočet rozptylu částic PM10 a menších se v důsledku zanedbatelné sedimentační rychlosti (viz též [12], tab. 13) provádí stejným způsobem, jako pro plynné látky s průměrnou dobou setrvání v ovzduší 6 dní.
U větších částic započítáváme pokles osy prašné vlečky v důsledku pádové rychlosti prašných částic vgi, dosazením výrazu
(3.8)
kde index i představuje příslušnost k i-té třídě velikostí prašných částic. Pádovou rychlost vgi vypočteme postupem stanoveným v kapitole 3.2.8.
Obecné rovnice pro výpočet imisní koncentrace prachových částic exhalovaných z bodového stacionárního zdroje ve zvlněném terénu za předpokladu Gaussova rozložení koncentrace ve vlečce má tvar
a) pro bodový zdroj
(3.9)
b) pro plošný zdroj
(3.10)
c) pro liniový zdroj
(3.11)
3.1.2.1 Výpočet přízemní imisní koncentrace pevné znečišťující látky z bodového zdroje
Základní rovnice pro výpočet přízemní imisní koncentrace prachu exhalovaného z bodového stacionárního zdroje má tvar
(3.12)
3.1.2.2 Výpočet přízemní imisní koncentrace pevné znečišťující látky z plošného zdroje
Základní rovnice pro výpočet příspěvku jednoho elementu přízemní imisní koncentraci prachu exhalovaného z plošného stacionárního zdroje má tvar
(3.13)
3.1.2.3 Výpočet přízemní imisní koncentrace pevné znečišťující látky z liniového zdroje
Základní rovnice pro výpočet příspěvku jednoho elementu přízemní imisní koncentraci prachu exhalovaného z liniového stacionárního zdroje má tvar
(3.14)
3.2 Definice jednotlivých proměnných a parametrů
3.2.1 Souřadná soustava souřadnic
3.2.1.1 Horizontální souřadnice
Pro vzdálenosti xL, yL platí
XL = x.cos λ
yL = x.sin λ
(3.15)
přičemž
(3.16)
kde xz, yz ... jsou souřadnice zdroje v základním souřadném systému,
xr, yr ... jsou souřadnice referenčního bodu v základním souřadném systému,
λ ... je úhel mezi směrem větru a spojnicí zdroj - referenční bod a počítá se podle postupu uvedeného v kapitole 3.3.1.
Uvedené vztahy platí pro -90° ≤ λ ≤ 90°
3.2.1.2 Vertikální souřadnice
Vertikální proměnné z´, z´´, z´´´ se stanovují následovně:
z´ = z+1 | pro z + 1 ≤ -h1 |
z´´ = h1 | pro z + 1 > h1 |
z´´ = IzI + 1 | pro z + 1 ≤ h1 |
z´´ = IzI + h1 - z | pro z + 1 > h1 |
z´´´ = z - 1 | pro z + 1 ≤ h1 |
z´´´ = 2 . z - h1 | pro z + 1 > h1 |
(3.17)
Vertikální vzdálenost z značí převýšení terénu v místě referenčního bodu nad úrovní terénu v místě komína. Platí
z = zr - zz
(3.18)
kde zr ... je nadmořská výška terénu v místě referenčního bodu [m],
zz ... je nadmořská výška terénu v místě zdroje [m],
l ... je výška referenčního bodu nad úrovní terénu, resp. výška budovy a pod. [m],
h1 ... je efektivní výška zdroje (viz kapitola 3.2.3.1) [m].
3.2.2 Koeficient vlivu terénu
Koeficient vlivu terénu υ, který byl navržen Maňákem [2, 3] pro postižení vlivu zvlněného terénu, se pro každou dvojici zdroj - referenční bod určí z profilu nadmořské výšky terénu z(x´) mezi zdrojem a referenčním bodem takto:
(3.19)
kde x ... je vzdálenost referenčního bodu od zdroje [m],
z(x´) se spočte následovně:
z1 (x') = z(x') - zz | pro z(x´) > zz |
z1 (x') = 0 | pro z(x') ≤ - zz |
z2 (x') = z(x') - zr | pro z(x') > zr |
z2 (z')= 0 | pro z(x') ≤ -zr |
(3.20)
Při vypočtu koeficientu υ se proloží sítí referenčních bodů a zdrojů spojitá plocha, mezi každou dvojicí zdroj - referenční bod provede vertikální řez této plochy a z takto vzniklého profilu vypočte integrál υ. Výsledkem je matice υik (i - číslo zdroje, k - číslo referenčního bodu), která slouží jako vstupní údaj pro vlastní výpočet imisních koncentrací.
3.2.3 Efektivní výška zdroje
3.2.3.1 Základní výpočet pro jednotlivý zdroj
Efektivní výška zdroje h1 se rovná stavební výšce zdroje H zvětšené o převýšení vlečky Δh. Výpočet efektivní výšky h1 v sobě zahrnuje korekci na teplotní stabilitu atmosféry Ks vliv terénu ε a postupný vznos vlečky v blízkosti zdroje (parametrizovaný pomocí Km):
h1 = zm + ε . h | pro zm > (1 - ε). h |
h1 = h | pro zm ≤ (1 - ε). h |
(3.21)
kde zm ... je maximální výška terénu nad úrovní komína mezi zdrojem a referenčním bodem,
ε ... je uvedeno v tabulce 3.1,
h = H + Δh ... je efektivní výška bez korekce na vliv terénu.
Převýšení vlečky Δh se spočte následovně:
(3.22)
kde w° ... je výstupní rychlost exhalací [m.s-1],
d ... vnitřní průměr koruny komína, resp. výduchu [m],
Q ... je tepelná vydatnost [MW] (viz kapitola 2.1.1, bod 10)
uH ... je rychlost větru ve výšce koruny komína, resp. výduchu [m.s-1] (viz kapitola 3.2.4.1).
Ks ... je korekční koeficient a je definován vztahem Ks = 1 + 0,2 . γ, kde γ je vertikální teplotní gradient (viz rovnice 2.15)
Km ... je uvedeno v tabulce 3.1
β ... se spočte následovně:
(3.23)
kde ts ... je teplota spalin nebo vzdušiny v koruně komína nebo výduchu [°C].
A, B ... závisí na tepelné vydatnosti zdroje. Jejich hodnoty jsou uvedeny v tabulce 3.2.
tabulka 3.1 Hodnoty konstant Ks, Km a ε pro výpočet efektivní výšky.
třída stability | název třídy | třídní vertikální teplotní gradient [°C na 100 m] | Ks | Km | ε |
I | superstabilní | -2,0 | 0,60 | 184 | 0,05 |
II | stabilní | -1,1 | 0,78 | 200 | 0,10 |
III | izotermní | 0,0 | 1,00 | 236 | 0,20 |
IV | normální | 0,7 | 1,14 | 300 | 0,30 |
V | konvektivní | 1,2 | 1,24 | 411 | 0,50 |
tabulka 3.2 Hodnoty konstant A a B pro výpočet efektivních výšek zdrojů.
konstanta | tepelná vydatnost zdroje v MW | |
≤ 20 | < 20 | |
A | 30 | 90 |
B | 0,7 | 1/3 |
Při výpočtech pro plošné zdroje platí zásada, že pokud plošný zdroj nebo jeho část (element) je tvořen částí obce se zástavbou a lokálními topeništi, za efektivní výšku h dosazujeme střední výšku budov v daném elementu zvýšenou o 10 m.
3.2.3.2 Převýšení vlečky v případě více blízkých zdrojů
Vyskytují-li se vedle sebe dva nebo více komínů blízko sebe tak, že jejich kouřové vlečky se mohou navzájem ovlivňovat, celkové převýšení vleček vzrůstá.
Nechť xs, ys a xt, yt jsou souřadnice dvou nejvzdálenějších komínů ve skupině. Pak pro průměrný rozestup jednotlivých N komínů stojících v řadě platí
(3.24)
nebo pro shluk N zdrojů je maximální rozměr shluku
(3.25)
Nechť dále H je vážený průměr výšek komínů Hi ve skupině (vahou je tepelná vydatnost zdroje Qi):
(3.26)
Vlečky z komínů se budou navzájem ovlivňovat za předpokladu současného splnění následujících dvou podmínek:
(3.27)
(3.28)
Výsledná převýšení Δhi´ vleček z jednotlivých zdrojů pak lze vyjádřit pomocí faktoru vzrůstu ENi
Δhi´ = Δhi . EN
(3.29)
kde
Δh1 je převýšení vlečky i-tého zdroje (viz kapitola 3.2.3.1).
Efektivní výška zdroje bez korekce na terén je pak
hi = Hi + Δhi´
(3.30)
Faktor vzrůstu má tvar
(3.31)
Parametr PNi má pro N zdrojů stojících v řadě za sebou s rozestupy Δx [m] vyjádření 3
(3.32)
a pro shluk N zdrojů s maximálním rozměrem shluku Lg [m]:
(3.33)
3.2.4 Rychlost a směr větru
3.2.4.1 Vertikální profil větru
Při výpočtu imisních koncentrací potřebujeme znát rychlosti větru ve výškách korun komínů (výduchů) a v jejich efektivních výškách. Ty obdržíme pomocí mocninového profilu větru.
Rychlost větru uH ve výšce H koruny komína (výduchu) se vypočte podle vzorce
(3.34)
kde u10 je rychlost větru ve výšce 10 m nad povrchem země. Takto vypočtenou rychlost dosazujeme do vzorce pro výpočet efektivní výšky zdroje.
Rychlost větru uh v efektivní výšce komína (výduchu) se vypočte podle vzorce
(3.35)
Takto vypočtenou rychlost dosazujeme do hlavního výpočtového vzorce.
tabulka 3.3 Hodnota exponentu p z mocninového profilu větru.
třída stability | p |
I | 0.33 |
II | 0,25 |
III | 0,18 |
IV | 0,14 |
V | 0,10 |
Pokud za u10 dosazujeme jiné rychlosti, než třídní rychlosti, ve kterých jsou uváděny větrné růžice, pokládáme za minimální rychlost větru hodnotu u10 = 1,5 m.s-1. Při nízkých rychlostech se v atmosféře začínají uplatňovat jiné procesy rozptylu znečišťujících látek, které nejsou popsány v této metodice a v případě dosazování nižších rychlostí za u10 by vypočtené imisní koncentrace rostly nade všechny meze, což odporuje realitě.
3.2.4.2 Změna směru větru s výškou
Předpokládá se stáčení směru větru o 4° na 100 m výšky ve směru hodinových ručiček bez ohledu na stabilitu ovzduší a jiné meteorologické parametry.
Pro azimut směru větru ϕh [°] v efektivní výšce h (bez korekce na vliv terénu) platí:
(3.36)
kde ϕ10 je směr větru ve výšce 10 m nad povrchem země. Jestliže je vypočtený směr ϕh > 360°, pak ϕh = ϕh - 360.
3.2.5 Rozptylové parametry
3.2.5.1 Rozptylové parametry pro bodové zdroje
Rozptylové parametry σy, σz popisují rychlost rozšiřování vlečky od zdroje v závislosti na vzdálenosti xL od zdroje ve směru větru. Platí
σy = ayxLby
σz = ayxLbz
(3.37)
kde koeficienty ay, by, az, bz závisí na třídě stability atmosféry podle následujících tabulek.
tabulka 3.4a Hodnoty konstant pro výpočet rozptylových parametrů pro hodinové hodnoty imisních koncentrací.
třída stability | ay | by | az | bz |
I | 0,1197 | 0,8844 | 0,6273 | 0,5076 |
II | 0,1373 | 0,8930 | 0,5721 | 0,5797 |
III | 0,1608 | 0,8986 | 0,4849 | 0,6563 |
N | 0,1934 | 0,9018 | 0,3628 | 0,7549 |
V | 0,3329 | 0,8831 | 0,1999 | 0,9729 |
tabulka 3.4b Hodnoty konstant pro výpočet rozptylových parametrů pro osmihodinové hodnoty imisních koncentrací.
třída stability | ay | by | az | bz |
I | 0,1814 | 0.8844 | 0,9508 | 0,5076 |
II | 0,2081 | 0,8930 | 0,8671 | 0,5797 |
III | 0,2438 | 0,8986 | 0,7349 | 0,6563 |
N | 0,2932 | 0,9018 | 0,5498 | 0,7549 |
V | 0,5046 | 0,8831 | 0,3030 | 0,9729 |
3.2.5.2 Rozptylové parametry pro plošné zdroje
Počáteční rozptylové parametry σy0, σz0 (pro x = 0) souvisí s rozměry plošného zdroje. Platí:
(3.38)
Velikost délky strany čtverce plošného elementu y0 musí z důvodu stability výpočtu splňovat podmínku: nesmí být větší než nejvyšší možná hodnota y0 uvedená v následující tabulce.
tabulka 3.5 Maximální délka strany plošného elementu y0.
vzdálenost x0' [m] nejbližšího referenčního bodu | nejvyšší možná hodnota v0 fml |
do 100 m | x0´/3 |
100 - 300 m | x0´/4 |
300 - 900 m | x0´/5 |
nad 900 m | x0´/6 |
Velikosti konstant az a bz jsou stejné jako pro výpočet základních rozptylových parametrů pro bodové zdroje.
3.2.5.3 Rozptylové parametry pro liniové zdroje
Počáteční rozptylové parametry σy0, σz0 (pro x = 0) souvisí s rozměry liniového zdroje. Platí:
(3.39)
kde yζ ... je průmět délky elementu liniového zdroje ve směru větru,
zζ ... je výška, do které sahá přibližně rovnoměrná koncentrace znečišťující látky nad pozemní komunikací.
Veličiny yζ a zζ získáme výpočtem z následujícího vztahu:
(3.40)
kde xζ je vzdálenost, po kterou proudění prochází nad elementem pozemní komunikace:
(3.41)
x0 ... je šířka pozemní komunikace [m],
y0 ... je délka elementu [m],
z0 ... je výška, do které se přízemní exhalace dostanou vlivem turbulence způsobené průjezdem automobilů.
Pro úhel ζ platí:
(3.42)
kde φ ... je azimut směru větru,
ψ ... je azimut směru elementu pozemní komunikace. Vypočítáme jej ze souřadnic xz1, yz1, a xz2, yz2 koncových bodů elementu podle vztahu:
(3.43)
kde
x´ = xz2 - xz1
y´ = yz2 - yz1
(3.44)
Jako souřadnice elementu se však do výpočetních rovnic dosazují souřadnice jeho středu určené podle vztahů
(3.45)
Velikost elementu y0 se určí podle vztahu
(3.46)
Funkce sgn(x) je definována v kapitole 3.3.1.
Velikost elementu y0 musí z důvodu stability výpočtu splňovat podmínku: nesmí být větší než nejvyšší možná hodnota y0 uvedená v následující tabulce.
tabulka 3.6 Maximální délka strany délkového elementu y0.
vzdálenost x0 [m] nejbližšího referenčního bodu | nejvyšší možná hodnota y0 [m] |
do 100 m | x0/3 |
100 - 300 m | x0/4 |
300 - 900 m | x0/5 |
nad 900 m | x0/6 |
3.2.6 Zahrnutí depozice a transformace znečišťujících látek
Znečišťující látky v atmosféře se podrobují různým procesům, jejichž přičiněním jsou z atmosféry odstraňovány. Jedná se buď o chemické procesy, při nichž se látka, často katalytickou reakcí, mění na jinou, čímž dochází k úbytku původní příměsi, nebo o fyzikální procesy. Ty se dále dělí podle způsobu, jakým jsou příměsi odstraňovány na suchou a mokrou depozici. Suchá depozice je zachytávání plynné nebo pevné látky na zemském povrchu, mokrá depozice je vymývání těchto látek padajícími srážkami.
V modeluje možné počítat jen s prvním přiblížením k reálnému stavu a uvažovat jen roční průměrné hodnoty výše zmíněných rychlostí jednotlivých procesů odstraňování příměsí z atmosféry. Podle průměrné délky setrvání znečišťujících látek v ovzduší rozdělujeme jednotlivé látky do tří kategorií. V následující tabulce jsou uvedeny koeficienty odstraňování pro jednotlivé kategorie znečišťujících látek.
tabulka 3.7 Hodnoty koeficientu odstraňování ku
třída | příklad vybraných znečišťujících látek | průměrná doba setrvání v ovzduší | koeficient odstraňování ku [s-1] |
I | sirovodík chlorovodík peroxid vodíku dimetyl sulfid | 20 hodin | 1,39.10-5 |
II | oxid siřičitý oxid dusnatý oxid dusičitý amoniak sirouhlík formaldehyd PM10, PM2,5 | 6 dní | 1,93.10-6 |
lIl | oxid dusný oxid uhelnatý oxid uhličitý metan vyšší uhlovodíky metyl chlorid karbonyl sulfid | 2 roky | 1,59.10-8 |
Ve výpočtu imisních koncentrací prašných částic je člen s koeficientem odstraňování ku, zahrnující suchou a mokrou depozici a chemické transformace, nahrazen členem s pádovou rychlostí vg, popisující pokles osy prašné vlečky.
3.2.7 Zeslabení vlivu nízkých zdrojů na znečištění ovzduší na horách
K zeslabení vlivu nízkých zdrojů ve vyšších nadmořských výškách zavádíme korekční koeficient Kh. Ten závisí na rozdílu nadmořských výšek referenčního bodu a efektivní výšky zdroje h (bez korekce na vliv terénu) a na statistické četnosti výskytu horních hranic inverzí mezi těmito dvěma výškami.
Pravděpodobnost, že se horní hranice inverze vyskytne mezi nějakou nadmořskou výškou z a výškou hladiny 850 hPa, udává relativní kumulativní četnost F(z).
tabulka 3.8 Kumulativní četnosti výskytu inverzí mezi zemí a výškovou hladinou 850 hPa.
z (m n. m.) | F(z) | z (m n. m.) | F(z) |
≤ 350 | 0,445 | 1000 | 0,140 |
400 | 0,444 | 1050 | 0,125 |
450 | 0,432 | 1100 | 0,111 |
500 | 0,401 | 1150 | 0,092 |
550 | 0,360 | 1200 | 0,078 |
600 | 0,325 | 1250 | 0,061 |
650 | 0,292 | 1300 | 0,049 |
700 | 0,261 | 1350 | 0,034 |
750 | 0,233 | 1400 | 0,025 |
800 | 0,213 | 1450 | 0,015 |
850 | 0,189 | 1500 | 0,007 |
900 | 0,177 | 1550 | 0,001 |
950 | 0,157 | 1600 | 0,000 |
Korekční koeficient Kh se vypočte podle vztahu:
Kh = 1 - (F´ (zz + h1) - F´ (zr)) ... pro zr > zz + h1
Kh = 1 pro zr ≤ zz + h1
(3.47)
kde pro F´(z) platí:
v I. a II. třídě stability:
F´(z) = 2,247 . F(z)
ve III. třídě stability:
(3.48)
ve IV. a V. třídě stability:
F´(z) = 0
3.2.8 Pádová rychlost prašných částic
Pádová rychlost prašných částic se vypočte podle následujícího vzorce:
(3.49)
kde di ... je průměr prašné částice [m]
ρc ... je hustota prašných částic [kg.m-3]
ρ = 1,3 kg.m-3 ... je hustota vzduchu
v = 15.10-6 m2.s-1 ... je kinematická viskozita vzduchu
g = 9,81 m.s-2 ... je tíhové zrychlení
C2 = 0,8 ... je konstanta určující poměr mezi objemem částice a jejím charakteristickým rozměrem
C3 = 0,6 ... je součinitel odporu tření
3.3 Výpočet hlavních charakteristik znečištění ovzduší
Hlavními charakteristikami znečištění ovzduší způsobeného danými zdroji jsou:
1. Maximální krátkodobé imisní koncentrace znečišťující látky pro každou vyskytující se kombinaci třídy stability ovzduší a třídy rychlosti větru.
2. Maximální krátkodobá imisní koncentrace bez ohledu na třídu stability a rychlost větru.
3. Průměrná roční imisní koncentrace.
4. Doby během roku, po kterou jsou v daném referenčním bodě překročené nějaké zvolené hodnoty imisní koncentrace (např. imisní limit atd.).
3.3.1 Výpočet maximálních krátkodobých imisních koncentrací
Před vlastním výpočtem krátkodobých imisních koncentrací je třeba vypočítat data dvojího typu:
1. Máme-li N referenčních bodů (k = 1,... N) a P zdrojů (i = 1,... P), pak pro každou dvojici zdroj - referenční bod se vypočtou pomocí zvláštního programu hodnoty koeficientu υik a hodnoty maximální výšky terénu na profilu zdroj - referenční bod nad úrovní úpatí komína zm,ik. Získají se tak matice hodnot υik a zm,ik.
2. Pro každou dvojici zdroj - referenční bod se určí azimut δik (ve stupních), ve kterém se nachází i-tý zdroj při pohledu z k-tého referenčního bodu. Vztah pro výpočet δik má tvar:
(3.50)
kde xd = xzi - xrk ... (rozdíl x-souřadnic i-tého zdroje a k-tého referenčního bodu)
yd = yzi - yrk ... (rozdíl y-souřadnic i-tého zdroje a k-tého referenčního bodu)
a funkce sgn(x) je definována:
sgn(x) = 1 | pro x > 0 |
sgn(x) = 0 | pro x = 0 |
sgn(x) = -1 | pro x < 0 |
(3.51)
Jsou-li tyto údaje připravené, může začít výpočet krátkodobých imisních koncentrací postupně ve všech referenčních bodech. Výpočet se provádí v jednotlivých třídách stability ovzduší pro rychlosti větru podle následující tabulky.
tabulka 3.9 Rozmezí rychlostí větru pro výpočet maximálních krátkodobých imisních koncentrací
třída stability | rozmezí u10 [m.s-1] |
I | 1.5-2 |
II | 1,5-5 |
III | 1,5-15 |
N | 1,5-15 |
V | 1.5-5 |
Přitom
v rozmezí u10 1,5 - 3 m.s-1 se výpočet provádí po 0,1 m.s-1,
v rozmezí u10 3 - 7 m.s-1 se výpočet provádí po 0,2 m.s-1 a
v rozmezí u10 7 - 15 m.s-1 se výpočet provádí po 0,5 m.s-1.
Azimut směru větru ϕ se volí postupně od 0° do 359° s krokem 1° (při větším úhlovém kroku by mohlo dojít k tomu, že ve vzdálených referenčních bodech při inverzích bude kouřová vlečka výpočtem zachycena jen z malé části). Po vyčíslení efektivní výšky h každého zdroje je nutné poopravit azimut δik o hodnotu stočení směru větru s výškou:
(3.52)
Pro každý azimut směru větru ϕ se sčítají imisní koncentrace vypočtené podle vybrané základní rovnice od těch bodových zdrojů, pro které platí
λ ≤ 20 nebo λ ≥ 340°
(3.53)
nebo od těch plošných a liniových zdrojů, pro které platí
λ ≤ 40 nebo λ ≥ 320°
(3.54)
kde
λ = ⏐ϕ - δik´⏐.
(3.55)
Tímto způsobem se získají hodnoty imisních koncentrací cφj pro každý směr větru, třídu stability a rychlost větru. Z těchto hodnot se jako charakteristiky znečištění ovzduší vyberou:
1. Maximální cφj pro
I. třídu stability a rychlost větru 1,7 m.s-1
II. třídu stability a rychlosti větru 1,7 a 5 m.s-1
III. třídu stability a rychlosti větru 1,7, 5 a 11 m.s-1
IV. třídu stability a rychlosti větru 1,7, 5 a 11 m.s-1
V. třídu stability a rychlosti větru 1,7 a 5 m.s-1
Těchto 11 hodnot budeme nazývat maximální krátkodobé imisní koncentrace pro dané rozptylové podmínky (ozn. cj).
2. Maximální cφj bez ohledu na třídy stability ovzduší a rychlost větru. Tuto hodnotu nazveme maximální možná krátkodobá imisní koncentrace a označíme cmax. Zároveň bude uvedeno, při jaké třídě stability ovzduší, jaké rychlosti větru a při jakém směru větru se bude vyskytovat.
3.3.2 Výpočet průměrných ročních imisních koncentrací
K výpočtu průměrných ročních imisních koncentrací je nejprve nutné zkonstruovat podrobnou větrnou růžici, tj. stanovit četnosti výskytu směru větru pro každý azimut od 0° do 359° (s krokem 1°) při všech třídách stability a třídách rychlosti větru.
Větrná růžice dělená podle tříd stability a rychlosti větru, která je vstupním údajem, obsahuje relativní četnosti v procentech pro 8 základních směrů větru a četnosti bezvětří ve všech třídách stability. V každé třídě stability nejprve rozpočítáme četnosti bezvětří do všech 8 směrů větru v 1. třídě rychlosti větru podle poměru četností v jednotlivých směrech a získáme tak pro 8 směrů větru přepočtené relativní četnosti ƒ(ϕs). Četnosti ƒϕ v podrobné větrné růžici pak vypočteme:
(3.56)
kde ϕ1 a ϕ2 jsou sousední směry větru v 8dílné větrné růžici.
Hodnoty ƒϕ jsou udané jako skutečné relativní četnosti, nikoliv tedy v %. Proto bude platit
ΣjΣϕƒϕj = 1
(3.57)
kde součet přes j probíhá přes všechny třídy stability a v nich se vyskytující třídy rychlosti větru (celkem 11 různých rozptylových podmínek) a ϕ probíhá všechny azimuty od 0 do 359°.
Dále je k výpočtu ročních průměrů potřeba pro každý zdroj určit tzv. relativní roční využití maximálního výkonu α. Tato hodnota se získá u zdrojů s přibližně stálou emisí znečišťující látky (většinou u technologií) z roční provozní doby Pr [hod.]:
(3.59)
U zdrojů se sezónními výkyvy výkonu (většinou u spalovacích procesů) se a z množství spáleného paliva Sh [kg.h-1, m3.h-1] za hodinu při jmenovitém výkonu spalovacího zařízení a z ročního množství Sr [kg.r-1, m3.r-1] spáleného paliva:
(3.59)
U liniových zdrojů se pro jednotlivé typy dopravy za α považuje podíl průměrné a maximální intenzity provozu. Jedná se tedy o převrácenou hodnotu z tab. 2.4 vydělenou 24.
Označíme-li tedy ai relativní roční využití max. výkonu i-tého zdroje a ciϕj hodinovou imisní koncentraci způsobenou i-tým zdrojem při směru větru ϕ a rozptylových podmínkách j, bude pro průměrnou roční imisní koncentraci v daném referenčním bodě platit:
(3.60)
3.3.3 Výpočet doby překročení zvolených imisních koncentrací
Před výpočtem doby překročení určité hodnoty imisní koncentrace během rokuje nutné:
1. zvolit tuto imisní koncentraci (označíme ji cR),
2. seřadit všechny zdroje podle klesajícího α. Jako první se bude počítat imisní koncentrace od zdroje s nejvyšším α, jako poslední imisní koncentrace od zdroje s nejmenším α.
Během výpočtu hodnoty cϕj (imisní koncentrace od všech zdrojů v daném místě při směru větru ϕ a rozptylových podmínkách j) postupným načítáním hodnot cϕj (imisních koncentrací od jednotlivých zdrojů) se po každém načtení testuje, zda součet již překročil nebo ještě nepřekročil hodnotu cR. Jestliže dojde k překročení cR po načtení imisní koncentrace od r-tého zdroje z řady zdrojů uspořádaných podle jejich α, pak označíme
tRϕj = αr
(3.61)
Při různých směrech větru ϕ a rozptylových podmínkách j bude k překročení cR docházet obecně při různých pořadových číslech zdrojů r. Celková doba překročení zvolené imisní koncentrace cR v daném referenčním bodě se pak dá vypočítat podle vztahu
(3.62)
a udává se v hodinách za rok.
Čím vyšší je v rozmezí počítaných imisních koncentrací cj hodnota zvolené imisní koncentrace cR, tím více znamená TR horní odhad doby jejího překročení a to ze dvou důvodů:
1. Předpokládáme, že po dobu vyjádřenou nejmenším αi jsou v provozu všechny zdroje najednou. To je sice pravděpodobné (při nízkých teplotách v zimě bývají všechny kotelny v provozu), ale ne vždy to beze zbytku platí.
2. Předpokládáme provoz všech zdrojů na jejich jmenovitý výkon, což rovněž nemusí být vždy splněno.
Bez těchto dvou předpokladů by však výpočet TR nebylo možné pro více zdrojů provést, pokud bychom neznali mnoho dalších vstupních údajů.
V praxi je výhodné počítat doby překročení několika zvolených hodnot cR současně, výsledky pak dávají lepší přehled o úrovni znečištění ovzduší daného místa. Hodnoty cR se pak obvykle volí jako imisní limit a jeho díly nebo násobky.
4. Další aplikace výpočtu znečištění ovzduší
4.1 Stanovení výšky komína nebo výduchu (dále jen komína)
4.1.1 Stanovení výšky komína v terénu
Obecný postup stanovení potřebné výšky komína:
1. Stanovit podmínky pro hodnocení polí imisních koncentrací s přihlédnutím ke stávající úrovni znečištění dané oblasti.
2. Vhodným způsobem zvolit referenční body v okolí komína.
Referenční body by se měly nacházet na nejexponovanějších místech z hlediska znečištění ovzduší daným zdrojem, tj. na vyvýšených místech, na svazích přivrácených ke zdroji a v případě zdroje poblíž zástavby na horních hranách fasád nejvyšších budov. V případě zdroje v rovinném nebo jen málo zvlněném terénu je nutno umístit referenční body do různých vzdáleností od zdroje a do směru, kam bude převládající vítr unášet vlečku.
3. Zvolit určitou výšku komína H a pro ni v referenčních bodech vypočítat charakteristiky znečištění ovzduší podle dříve popsaných pravidel.
4. Srovnat výsledné hodnoty s podmínkami pro hodnocení pole imisních koncentrací předem stanovené v bodě 1.
5. Opakovat výpočty pro novou výšku komína H, až budou podmínky pro hodnocení polí imisních koncentrací předem stanovené podle bodu 1 splněny.
Zdroj, u kterého je třeba stanovit výšku jeho komína, se posuzuje buď samostatně nebo společně s ostatními zdroji v daném závodu nebo provozu. Není přípustné určovat výšku komína s ohledem na znečištění ovzduší, které působí zdroje jiných závodů a provozů.
4.1.2 Korekce vypočtené výšky komína na okolní zástavbu
Nachází-li se zdroj v zástavbě nebo v její blízkosti, je navíc třeba provádět korekci vypočtené výšky komína H, abychom eliminovali ovlivnění proudění vzduchu budovami v nejnižší vrstvě atmosféry.
Za zdroj blízký budově považujeme takový, který je umístěn ve vzdálenosti menší, než je čtyřnásobek výšky budovy. Platí:
je-li xl ≤ 4.lm, považujeme zdroj za umístěný v blízkosti zástavby,
je-li xl > 4.lm, nepovažujeme zdroj za umístěný v blízkosti zástavby,
(4.1)
kde xl ... je vzdálenost zdroje od budovy [m],
lm ... je výška této budovy [m]
Korigovaná výška komína H´ se vypočte podle vztahu:
(4.2)
kde lB = min(lm, max(W, L))
lm ... je výška budovy [m],
W ... je šířka budovy v m (kolmo na spojnici zdroj - budova),
L ... je délka budovy v m (ve směru spojnice zdroj - budova).
4.1.3 Obecná pravidla
Pokud korigovaná výška komína H´ vychází nižší než 10 m, je vhodné požadovat výšku rovnou 10 m. Je to z důvodu, že v nejnižší vrstvě atmosféry se často vyskytují značně nepříznivé podmínky pro rozptyl znečišťujících látek, které metodika nepostihuje a které by v případě nízkých komínů mohly vést k vysokým hodnotám znečištění.
Pokud výška komína vychází vyšší než 200 m, je třeba omezit koncentrace znečišťujících látek prostřednictvím snížení emisí z daného zdroje a nikoliv stavbou velmi vysokých komínů.
4.2 Výpočet spadu prachu
Depozicí (spadem) se rozumí součin imisní koncentrace a pádové rychlosti.
U prachu je postup výpočtu komplikovanější z důvodu, že prašné emise obsahují prašné částice o různých velikostech, tedy částice s různou pádovou rychlostí vg (viz vzorec 3.49). Proto musíme pádovou rychlostí vynásobit imisní koncentrace pro každou velikost částic samostatně.
Pádová rychlost prašných částic menších než 10 μm je však velmi malá. Depozice takto malých částic je více závislá na vymývání atmosféry srážkami a na dalších procesech, takže použití pádové rychlosti vg podhodnocuje spad částic PM10. Proto v případě částic menších než 10 μm použijeme místo pádové rychlosti v depoziční rychlost vd, jejíž hodnota pro tyto částice byla převzata z TA Luft [12] a činí 0,01 m.s-1. Pro částice menší než 2,5 μm činí hodnota depoziční rychlosti vd 0,001 m.s-1 [12].
Se zvyšováním velikosti prašných částic nad 10 µm pádová rychlost částic rychle vzrůstá a stává se hlavní á I příčinou sedimentace prachu, takže pro větší částice ji lze i nadále ve výpočtu prašného spadu použít.
4.2.1 Spad prachu pro bodový zdroj
Hodnotu prašného spadu v μg m-2 s-1 pro bodový zdroj při směru větru φ a třídě stability j vypočteme podle následujícího vzorce:
(4.3)
4.2.2 Spad prachu pro plošný zdroj
Hodnotu prašného spadu v μg.m-2.s-1 pro element plošného zdroje při směru větru φ a třídě stability j vypočteme podle následujícího vzorce:
(4.4)
4.2.3 Spad prachu pro liniový zdroj
Hodnotu prašného spadu v μg.m-2.s-1 pro element liniového zdroje při směru větru φ a třídě stability j vypočteme podle následujícího vzorce:
(4.5)
4.2.4 Roční spad znečišťující látky
Roční spad se vypočte podle vzorce
(4.6)
kde W ... je měsíční spad prachu [t.km-2.rok-1],
Wkji ... je krátkodobý spad prachu při směru větru φ a třídě stability j,
ƒ φj ... je četnost výskytu větru o směru φ v j-té třídě stability [-] a
αk ... je relativní roční využití maximálního výkonu k-tého zdroje podle kapitoly 3.3.2.
4.2.5 Měsíční spad znečišťující látky
Pro výpočet měsíční hodnoty spadu prachu Wm z krátkodobých hodnot W je možné užít vztah (4.6) z kapitoly 4.2.4. pro výpočet ročního spadu s tím, že konstantu 31,536 nahradíme konstantou 12krát menší, tj. 2,628.
Platí
(4.6a)
kde
Wm ... je roční spad prachu [t.km-2.měsíc-1],
Wkji ... je krátkodobý spad prachu při směru větru φ a třídě stability j,
ƒ φj ... je četnost výskytu větru o směru φ v j-té třídě stability [-] a
αk ... je relativní roční využití maximálního výkonu k-tého zdroje podle kapitoly 3.3.2.
4.3 Výpočet podílů jednotlivých zdrojů na znečištění ovzduší
Při zjišťování podílu zdrojů na znečištění ovzduší má smysl počítat pouze podíl jednotlivých uvažovaných zdrojů na vypočtené průměrné roční imisní koncentraci dané znečišťující látky v daném místě. Podíly zdrojů na vypočtených maximálních krátkodobých imisních koncentracích vypovídají o vlivu zdrojů na znečištění ovzduší podstatně méně, proto jejich výpočet zde ani neuvádíme.
Označíme-li a, relativní roční využití maximálního výkonu i-tého zdroje a ciϕj imisní koncentraci způsobenou v referenčním bodě i-tým zdrojem při směru větru ϕ a rozptylových podmínkách j (j-tá třída stability), pak pro podíl i-tého zdroje na průměrné roční imisní koncentraci v daném bodě bude platit
(4.7)
kde ƒϕj ... jsou relativní četnosti směrů větru ϕ při rozptylových podmínkách j v podrobné větrné růžici a
c ... je průměrná roční imisní koncentrace podle 3.3.2.
Takto vypočtený podíl určitého zdroje na průměrné roční imisní koncentraci znečišťující látky v daném bodě však znamená pouze podíl vzhledem k ostatním uvažovaným zdrojům. Protože platnost metodiky je omezena vzdáleností referenčního bodu od zdroje 100 km, nelze mezi uvažované zdroje nikdy zahrnout všechny zdroje, které ve skutečnosti znečištění ovzduší v daném bodě ovlivňují. Proto podíly vypočtené podle této kapitoly nemohou nahradit podíly zdrojů počítané podle jiných modelů, které zahrnují transport znečišťujících látek na střední a větší vzdálenosti (např. modely trajektoriové), a vyjadřované vzhledem k celkovému (např. změřenému) znečištění daného místa znečišťující látkou.
4.4 Výpočet doby překročení zvolených imisních koncentraci pro zdroj se sezónně proměnnou emisí
Tento postup se týká zdrojů znečištění ovzduší, jejichž emise dosahují maximálních hodnot pouze po velmi krátkou dobu v roce a po podstatnou část své roční provozní doby emitují jen menší množství znečišťující látky nebo žádnou. Je to typický případ výtopen a tepláren, jejichž plný výkon je využíván pouze v krátkých obdobích silných mrazů, dále pak cukrovarů apod.
Pokud u takových zdrojů počítáme dobu TR překročení předem zvolených imisních koncentrací postupem uvedeným dříve, pak u vysokých předem zvolených imisních koncentrací cR dostáváme vyšší hodnoty TR a u nízkých cR menší hodnoty TR než odpovídá skutečnosti. Chceme-li tento nedostatek odstranit, musíme zvolit následující postup:
Z křivky výkonu zdroje během roku odečteme, po jakou dobu v roce Pri [h] je zdroj provozován na kolik procent (ni) plného výkonu. Získáme tak p provozních režimů daného zdroje, kde i = 1, ... p. Je-li M [g.s-1] emise znečišťující látky při plném výkonu a Y [Nm3.s-1] objemový tok spalin z komína za normálních podmínek, pak pro jednotlivé provozní režimy bude platit:
(4.8)
(4.9)
a poměrná doba trvání provozního režimu v roce bude
(4.10)
S těmito vstupními parametry provedeme výpočet imisních koncentrací podle základních postupů. Označíme-li ciϕj imisní koncentraci v referenčním bodě při i-tém provozním režimu, při směru větru ϕ a při rozptylových podmínkách j, pak dobu trvání překročení zvolené imisní koncentrace cR můžeme vyjádřit
(4.11)
kde součet probíhá jen přes takové provozní režimy i, pro které platí ciϕj > cR.
Hodnoty cmax, cj a roční průměry imisních koncentrací počítáme podle základního postupu. Výpočet maximálních krátkodobých imisních koncentrací je totiž potřeba provádět z hodnot M a Vs při jmenovitém výkonu zdroje a vypočtenou hodnotu ročních průměrů imisních koncentrací by nový postup stejně neovlivnil.
Celý postup popsaný v této kapitole je však možné použít jen pro jediný zdroj znečištění ovzduší. Při více proměnných zdrojích bychom se dostali do velkých komplikací při určování vzájemných kombinací jednotlivých provozních režimů zdrojů.
4.5 Výpočet imisních koncentrací NO2
Zdroje (zejména při spalovacích procesech) emitují převážně NO, který teprve pod vlivem slunečního záření a ozónu oxiduje na NO2, přičemž rychlost této reakce značně závisí na okolních podmínkách v atmosféře. Pro popis konverze NO na NO2 využijeme obdobného postupu, jaký se používá pro modelování úbytku znečišťující látky v ovzduší, kdy se zavádí průměrná doba jejího setrvání v atmosféře.
Pro výpočet imisní koncentrace NO a NO2 v ovzduší platí
(4.12a)
(4.12b)
kde c´NO2 ... resp. c´NO je imisní koncentrace NO2 resp. NO vypočtená v daném bodě z množství emisí NO2 resp. NO podle původní metodiky SYMOS'97.
xL ... je vzdálenost referenčního bodu od zdroje ve směru větru,
uhl ... je rychlost větru v efektivní výšce zdroje korigované na tvar terénu h1 a
kp ... je koeficient přírůstku NO2. Jeho hodnoty jsou uvedeny v následující tabulce.
tabulka 4.1 Hodnoty koeficientu přírůstku NO2
třída stability | koeficient kp [s-1] |
I | 0,96.10-4 |
II | 1,11.10-4 |
III | 1,46.10-4 |
N | 2,31.10-4 |
V | 5,56.10-4 |
Poměr zastoupení NO a NO2 v emisích NOx je pro jednotlivé typy zdrojů uveden v příloze č. 2 metodického pokynu ke zpracování rozptylových studií.
4.6 Výpočet denních imisních koncentrací částic PM10 a SO2.
4.6.1 Výpočet maximálních denních imisních koncentrací
Postup výpočtu je stejný jako v odst. 3.3.1. při výpočtu maximálních krátkodobých imisních koncentrací až po načítání hodinových hodnot imisních koncentrací od jednotlivých zdrojů pro daný směr větru, třídu stability a rychlost větru. Při tomto načítání se v každém kroku celková získaná hodinová imisní koncentrace přepočte na denní imisní koncentraci podle následujících vztahů [9].
Pro SO2:
Cd = [-0,0003 . (Ch)2 + 0,7792. Ch + 3,6461] . Pd/24 | pro Ch ≤ 445 μg.m-3 |
Cd = (0,0342 . Ch + 275,5) . Pd/24 | pro Ch > 445 μg.m-3 |
(4.13)
Pro PM10:
Cd = 0,8364 . Ch . Pd/24 | pro Ch ≤ 360 μg.m-3 |
Cd = [0,03482 . (ln Ch)5,1144] Pd/24 | pro Ch > 360 μg.m-3 , |
(4.14)
kde Cd ... je maximální možná průměrná denní imisní koncentrace v průběhu roku,
Ch ... je maximální možná hodinová imisní koncentrace v průběhu roku, stanovená modelem SYMOS,
Pd ... je počet hodin za den, kdy je zdroj v činnosti.
Přepočtením výsledné hodinové hodnoty (po načtení imisních koncentrací od všech zdrojů připadajících pro daný azimut větru v úvahu) získáme pro každý směr větru, třídu stability a rychlost větru výslednou „denní" imisní koncentraci Cdϕj, se kterou dále zacházíme stejně jako v případě hodinových hodnot. To znamená, že se z těchto hodnot vybere jednak maximální imisní koncentrace Cdj pro každou přípustnou kombinaci třídy stability a třídy rychlosti větru (celkem 11 hodnot) a jednak nejvyšší imisní koncentrace Cdmax, bez ohledu na třídu stability a rychlost větru. Tyto hodnoty budou mít význam maximálních průměrných denních imisních koncentrací, pokud by podmínky, za kterých mohou nastat, trvaly celý den.
4.6.2 Výpočet počtu případů překročení stanovených hodnot za rok
Postup je obdobný jako v odst. 3.3.3. při výpočtu doby překročení zvolených imisních koncentrací. Během načítání hodinových hodnot imisních koncentrací od jednotlivých zdrojů pro daný směr větru, třídu stability a rychlost větru se v každém kroku celková získaná hodinová imisní koncentrace přepočte na denní imisní koncentraci podle rovnic uvedených v odst. 4.6.1. Po každém načtení a přepočtu se testuje, zda vypočtená „denní" hodnota již překročila nebo ještě nepřekročila zvolenou hodnotu cR. Další postup je zcela shodný s výpočtem doby překročeni u hodinových hodnot (odst. 3.3.3), pouze s hm rozdílem, ze se použijí „denní hodnoty.
Výsledná doba překročení stanovených imisních koncentrací (např. imisního limitu) bude i nadále vycházet v hodinách za rok. Je tedy nutné ji přepočíst na dny za rok, aby bylo možné výsledek srovnat s limitem pro počet výskytů denní imisní koncentrace vyšší než imisní limit. Pokud vyjde doba překročení nižší než 24 hodin za rok, bude se předpokládat, že k výskytu nadlimitní hodnoty dojde v průměru jednou za více let, nepřímo úměrně vypočtenému počtu hodin.
4.6.3 Překročení 24hodinového imisního limitu pro suspendované částice PM10
Pro výpočet počtu případů překročení 24hodinového imisního limitu pro suspendované částice PM10 z pozemních komunikací (VoL) je vhodné použít metodu popsanou v [7] a zde uváděnou. Výsledné hodnoty se zaokrouhlí na celé dny.
a) Pro hodnoty průměrných ročních imisních koncentrací PM10 ≤ 13,3 μg.m-3:
VOL = 0
(4.15a)
b) Pro hodnoty průměrných ročních imisních koncentrací PM10 > 13,3 mg.m-3:
VoL ≅ a + b x (1 - exp(- (IHr - d x ln(1 - √2 / 2) - c) / d))2
(4.15b)
kde IHr je průměrná roční imisní koncentrace suspendovaných částic PM10 [μg.m-3] a konstanty a, b, c, d na
bývají následujících hodnot:
a = 0,5155
b = 348,8097
c = 63,8863
d =41,1309
5. Speciální postupy výpočtu znečištění ovzduší
5.1 Výpočet extrémního znečištění ovzduší při inverzích a bezvětří
Použitá metoda Gaussovského rozptylu kouřové vlečky neumožňuje stanovení imisních koncentrací znečišťujících látek v ovzduší za extrémně nepříznivých podmínek, při bezvětří a inverzích. Přitom tyto podmínky nastávají často zejména v údolích, trvají řadu hodin nebo i dní a jsou příčinou kalamitních situací z hlediska znečištění ovzduší.
Pro odhad imisních koncentrací při těchto situacích použijeme metodu upraveného box-modelu. Předpokládáme uzavřené údolí nebo kotlinu, ve které jsou zdroje znečištění ovzduší, bezvětří, inverzní teplotní zvrstvení a kde ve výšce L nad dnem kotliny je horní hranice směšovací vrstvy.
Horní hranice směšovací vrstvy se ztotožňuje s horní hranicí přízemní nebo dolní hranicí výškové inverze. Tato horní hranice směšovací vrstvy tvoří plochu, skrz kterou exhalace neprostupují (s výjimkou prorážení inverze kouřovou vlečkou těsně nad komínem) a chová se tedy stejně jako „odrazová" plocha zemského povrchu.
Při použití box-modelu předpokládáme, že po začátku trvání podmínek bezvětří a inverze jsou imisní koncentrace v kotlině závislé pouze na době trvání inverze, výšce horní hranice směšovací vrstvy a na vertikální souřadnici z. Horizontálně jsou imisní koncentrace v celé kotlině v každém okamžiku stejné.
Vertikální rozptyl exhalací záleží na podmínkách rozptylu v inverzní vrstvě, předpokládáme přitom rozptylové podmínky ve II. třídě stability atmosféry.
Dále je třeba rozlišit, ze kterých zdrojů se exhalace dostanou nad horní hranici směšovací vrstvy a ze kterých nikoliv. Pokud koruna komína zasahuje nad hranici směšovací vrstvy (H > L), je zřejmé, že kouřová vlečka se bude pohybovat nad touto hranicí. Pokud efektivní výška h = H + Δh0 počítaná pro rychlost větru 1 m.s-1 nedosáhne hranice směšovací vrstvy, je opět zřejmé, že tentokrát exhalace zůstanou pod touto hranicí. V ostatních případech přijmeme následující předpoklad:
Je-li
(5.1)
pak tepelný vznos kouřové vlečky prorazí hranici směšovací vrstvy, exhalace se dostanou nad ní a imisní koncentraci v kotlině neovlivní.
Je-li
(5.2)
pak tepelný vznos kouřové vlečky na proražení směšovací vrstvy nestačí a exhalace zůstanou pod touto hranicí. Efektivní výška vlečky je pak rovna výšce směšovací vrstvy L.
Převýšení vlečky získáme ze vztahu Δh0 = A.QB (viz kapitola 3.2.3.1).
Údolí, ve kterém se výpočet provádí, rozdělíme vertikálně na n vrstev o tloušťce Δz. Výšky horních hranic těchto vrstev označíme zk, k = 1,... n, potom zn = L.
Plochy údolí ve výškách zk označíme Pk. Objemy vzduchu v jednotlivých vrstvách pak budou
(5.3)
Ve výškách zk zároveň vypočítáme fiktivní imisní koncentrace cƒi od všech zdrojů, jejichž exhalace zůstávají uvnitř inverze:
(5.4)
(5.5)
Výpočtová rovnice popisuje rozptyl exhalací pod hranicí směšovací vrstvy s vyloučením bočního horizontálního rozptylu. Za rychlost větru u se dosazuje hodnota 0,5 m.s-1 a za hi hodnota Hi + Δh0i. Dále předpokládáme, že za bezvětří exhalace nevystupují podél svahů vzhůru, takže neplatí vzájemné ovlivňování výšek hi a z .
Rozptylové parametry σy a σz závisí na vzdálenosti od zdroje x [m]. V případě výpočtu za bezvětří za hodnotu x bereme vzdálenost, do které by se exhalace dostaly při rychlosti větru 0,5 m.s-1 za dobu trvání inverze, tj.
x = 1800 . T
(5.6)
kde T je doba trvání bezvětří a inverze v hodinách.
Fiktivní imisní koncentrace cƒi od všech zdrojů, jejichž exhalace zůstávají ve směšovací vrstvě, se pro každou výšku sečtou:
(5.7)
Označme Mƒ součet násobků celkových fiktivních imisních koncentrací a objemů vzduchu, ve kterých se vyskytují, přes všechny nadmořské výšky až do horní hranice směšovací vrstvy L (výška hranice nad dnem kotliny). Jedná se vlastně o fiktivní obsah znečišťující látky ve směšovací vrstvě:
(5.8)
Ve skutečnosti je však za dobu T hodin emitováno do ovzduší celkové množství Mc znečišťující látky:
(5.9)
kde Mi jsou emise jednotlivých zdrojů v g.s-1 a suma probíhá přes ty zdroje, jejichž exhalace zůstávají ve směšovací vrstvě.
Skutečný vertikální profil imisních koncentrací c(z) pod hranicí směšovací vrstvy pak bude
(5.10)
Pro tento skutečný vertikální profil pak bude platit
(5.11)
tj. množství znečišťující látky rozptýlené ve vzduchu v kotlině se rovná jejímu množství emitovanému do ovzduší v kotlině ze zdrojů exhalací za dobu trvání inverze.
Pro výpočet krátkodobé imisní koncentrace v referenčním bodě za podmínek bezvětří a inverze pak postačí z vypočtených hodnot vertikálního profilu imisních koncentrací vypočítat lineární interpolací správnou hodnotu pro danou nadmořskou výšku referenčního bodu.
Určitým nedostatkem této metody je fakt, že tímto způsobem je možné počítat extrémní znečištění pouze v údolích, kotlinách atd. (i když zde k němu dochází nejčastěji), protože v rovinném terénu nejsou zřejmé hranice uzavřeného objemu vzduchu, do kterého zdroje znečištění exhalují. Tento nedostatek se dá obejít v oblastech, kde již delší dobu probíhá měření znečištění ovzduší. V těchto oblastech se hranice uzavřeného objemu vzduchu dají zhruba stanovit v místech, kde podle průměrných ročních imisních koncentrací končí území s vysokým znečištěním ovzduší.
Vzhledem k tomu, že pro převážnou většinu míst v ČR nejsou k dispozici žádná meteorologická data o četnosti výskytu horních hranic inverzí při současném bezvětří ani o době trvání bezvětří při inverzích, je možné popsanou metodu využívat pouze k výpočtu extrémních krátkodobých imisních koncentrací za předem stanovených podmínek.
5.2 Rozptyl exhalací z chladicích věží tepelných elektráren
Metoda výpočtu rozptylu z chladicích věží elektráren předpokládá, že spaliny z elektrárny nejsou vypouštěné komínem, ale jsou zavedené do chladicích věží a spolu s vlhkým vzduchem z věže unikají do ovzduší. Pro výpočet převýšení exhalační vlečky z chladicích věží platí:
a) pro stabilní teplotní zvrstvení (tj. pro I. II. a III. třídu stability)
(5.12)
kde
(5.13)
(5.14)
F [m4.s-3] ... je počáteční vztlakový tok vzduchu opouštějícího chladicí věž
xL [m] ... je vzdálenost referenčního bodu od chladicí věže ve směru větru
uh [m.s-1] ... je rychlost větru ve výšce H
H [m] ... je výška chladicí věže
Te [K] ... je teplota vzduchu v okolí chladicí věže
g = 9,81 m.s-2 ... je tíhové zrychlení
γd = 0,01 °C.m-1 ... je adiabatický vertikální teplotní gradient
γ [°C.m-1] ... je aktuální vertikální teplotní gradient v atmosféře podle tabulky 5.1.
tabulka 5.1 hodnoty vertikálního teplotního gradientu v I., II, a III. třídě stability používané ve výpočtech imisních koncentrací z exhalací z chladicích věží.
třída stability | γ[°C.m-1] |
I | -0,020 |
II | -0,011 |
III | 0,000 |
b) pro normální a konvektivní podmínky v atmosféře (IV a V. třída stability):
(5.15)
kde
xh´´ = 2,16 . F2/5 . H3/5
(5.16)
Počáteční vztlakový tok vzduchu opouštějícího chladicí věž F vypočítáme podle rovnice:
(5.17)
kde w [m.s-1] ... je výstupní rychlost vzduchu z chladicí věže
Dv [m] ... je průměr chladicí věže v koruně
Te [K] ... je teplota okolního vzduchu, (Te = te + 273,15)
Tch [K] ... je teplota vzduchu vystupujícího z chladicí věže, (Tch = tch + 273,15)
qe [-] ... je směšovací poměr v okolním vzduchu
qch [-] ... je směšovací poměr ve vzduchu z chladicí věže
Lv = 2,5 . 106 J.kg-1 ... je latentní teplo výparu vody
cp = 1004 J.kg-1.K-1 ... je měrné teplo při stálém tlaku
ƒet [-] ... je korekční faktor na kondenzaci vodní páry
Směšovací poměr v okolním vzduchu qe vypočteme:
(5.18)
kde r[%] ... je relativní vlhkost vzduchu
p0 = 101325 Pa ... je normální tlak vzduchu na zemi
ET (Te) ... je tlak nasycených vodních par při teplotě Te. Tento tlak při teplotě T vypočteme podle Clausius-Clapeyronovy rovnice:
(5.19)
kde Er = 611 Pa ... je tlak nasycených par při teplotě 0 °C
Tr = 273,15 K ... je normální teplota vzduchu
Rv = 461 J.kg-1.K-1 ... je plynová konstanta pro vodní páru
Směšovací poměr qch ve vzduchu opouštějícím chladicí věž vypočítáme za předpokladu 100 % relativní vlhkost podle
(5.20)
Pro výstupní rychlost w platí:
(5.21)
kde Vch [m3.s-1] je objemový tok vzduchu opouštějícího chladicí věž (včetně zavedených spalin). Tento objem se skládá z objemového toku zavedených spalin Vs [m3.s-1] a objemového toku vzduchu Vch´ [m3.s-1], který prochází věží bez zavedených spalin, tj.
Vch = Vs + Vch´
(5.22)
Hodnota Vs i závislost Vch´ na vnější teplotě te a relativní vlhkosti r mají být obsažené ve vstupních údajích. Pokud závislost Vch´ na teplotě te a vlhkosti r počítáme pouze z několika změřených hodnot, předpokládáme o ní, že je lineární vzhledem k te a D, kde D je sytostní doplněk ve vzduchu:
(5.23)
protože podstatné je, kolik vlhkosti je vzduch ještě schopen pojmout.
Podobně teplota vzduchu Tch odcházejícího z chladicí věže (včetně zavedených spalin) se dá vyjádřit pomocí teploty spalin Ts [K] a teploty Tch´ [K] vzduchu, který odchází z věže, pokud spaliny do ní nejsou zavedené:
(5.24)
kde Ms ... je hmotnost spalin vypouštěných do chladicí věže za jednotku času
(5.25)
(5.26)
(5.27)
kde W ... je obsah vodní páry ve skutečných spalinách (vzdušnině) v %,
Mch´... je hmotnost vzduchu, který prochází chladicí věží za jednotku času bez zavedených spalin:
(5.28)
(5.29)
Ve vzorci Rd = 287 J.kg-1.K-1 je plynová konstanta pro suchý vzduch a s1(Tch) značí měrnou vlhkost nasycených vodních par, která závisí na teplotě T´ch:
(5.30)
Teplota Tch´ bude podobně jako objemový tok Vcg´ záviset na vnější teplotě te a relativní vlhkosti r. Pokud tato závislost nebude známá a bude nutné ji počítat z několika změřených hodnot, budeme ji považovat rovněž za lineární vzhledem k te a D, kde D je sytostní doplněk.
Závislosti Vch´ = Vch´(te, D) a Tch´ = Tch´(te, D) jsou vnitřními parametry dané chladicí věže, obecně jsou pro každou věž jiné a měly by být obsahem vstupních údajů.
Bezrozměrný parametr ƒrt vyjadřuje průměrné relativní množství zkondenzované vodní páry při dané kombinaci teploty te a relativní vlhkosti r okolního vzduchu. V praxi se dá nahradit poměrem
(5.31)
kde Dm,rt ... je trvání situací s výskytem mlhy při relativní vlhkosti r a teplotě te
Drt ... je celková doba trvání situací s relativní vlhkostí r a teplotou te
Matice hodnot ƒrt pro různé třídy te a r musí být obsahem klimatických vstupních údajů pro dané místo zdroje.
Popsaným způsobem se tedy pro danou třídu te a r a danou třídu stability ovzduší vypočte veličina F a z ní převýšení Δh. Jestliže stojí více chladicích věží vedle sebe, provede se dále korekce Δh na možné vzájemné ovlivnění vleček (jejich efektivních výšek). Získáme tak převýšení vlečky Δhjrt´ při třídě stability j, třídě okolní teploty t a třídě relativní vlhkosti r. Efektivní výška vlečky se pak vypočte:
hjrt = H + Dh´jrt
(5.32)
Protože tímto způsobem získáme velké množství hodnot efektivní výšky (při 10 třídách te, 7 třídách r a 5 třídách stability je to 350), což je pro další výpočty zcela nepraktické, zprůměrujeme hodnoty efektivních výšek pro každou třídu stability ovzduší pomocí váženého průměru. Vahou zde bude četnost výskytu dané kombinace třídy teploty te a třídy vlhkosti r v dané třídě stability j. Matice těchto relativních četností grt musí být pro každou třídu stability obsahem klimatických vstupních údajů. Pro efektivní výšku hj vlečky při třídě stability j pak bude platit
(5.33)
S takto získanými hodnotami efektivní výšky pro danou třídu stability (a danou rychlost větru) pak již počítáme stejně jako při výpočtu znečištění z bodových zdrojů.
U tepelných elektráren často nastává stav, kdy jeden nebo více bloků (a tedy jedna nebo více chladicích věží) není v provozu. Proto je vhodné přepočítat dobu překročení TR zvolených imisních koncentrací cR na základě jednotlivých provozních režimů (viz kapitola „4.4 Výpočet doby překročení zvolených imisních koncentrací pro zdroj se sezónně proměnou emisí"). Tento postup však lze provést pouze pro jediný zdroj a nikoliv pro více chladicích věží současně. Protože však výpočty znečištění ovzduší od elektráren se obvykle provádějí pro větší území (nikoliv na velmi krátké vzdálenosti), dopustíme se pouze zanedbatelné chyby, pokud chladicí věže elektrárny nahradíme věží jednou umístěnou v geometrickém středu nahrazovaných věží. Všechny ostatní vstupní údaje přitom zůstanou stejné, až na emisi znečišťujících látek, která bude součtem emisí z jednotlivých věží, které budou v jednotlivých provozních režimech v provozu. Stejně tak při výpočtu převýšení vlečky při chladných exhalacích počítáme se skutečným počtem provozovaných chladicích věží při daném provozním režimu.
6. Rozptylové podmínky dle stabilitní klasifikace Bubníka a Koldovského
Stabilitní klasifikace podle Bubníka a Koldovského rozeznává pět tříd stability s rozdílnými rozptylovými podmínkami. Klasifikace zahrnuje tři třídy stabilní, jednu třídu normální a jednu třídu labilní:
I. třída stability - superstabilní: vertikální teplotní gradient je menší než -1,6 °C/100 m, rozptyl znečišťujících látek v ovzduší velmi malý nebo téměř žádný. Kouřové vlečky jsou viditelné do velké vzdálenosti od zdrojů. Imisní koncentrace při zemi jsou nízké a ve vlečce velmi vysoké. Proto ve značně vyvýšených polohách (vzhledem k efektivní výšce komína) jsou v této třídě stability počítány absolutní maxima imisních koncentrací. Pro prach toto tvrzení platí i v rovině (jako důsledek pádové rychlosti částic).
II. třída stability - stabilní: vertikální teplotní gradient je v rozmezí od -1,6 do -0,7 °C/100 m. Rozptylové podmínky jsou stále nepříznivé, i když lepší než v I. třídě stability.
III. třídě stability - izotermní: vertikální teplotní gradient je v rozmezí od -0,6 do +0,5 °C/100 m (vertikální teplotní gradient se pohybuje kolem nuly, teplota s výškou se mění jen málo), rozptylové podmínky se vylepšují. Jedná se přechodovou třídu stability mezi stabilními třídami a třídou normální.
IV třídě stability - normální: vertikální teplotní gradient je v rozmezí od +0,6 do +0,8 °C/100 m, rozptylové podmínky jsou dobré. Tato třída stability se v atmosféře vyskytuje nejčastěji (v rovině a málo nebo mírně zvlněné krajině). Proto se nazývá normální třída. Ve významně zvlněné krajině se však část její četnosti výskytu přesouvá do III. třídy stability.
V třídě stability - konvektivní: rozptylové podmínky jsou sice nejlepší (vertikální teplotní gradient je větší než +0,8 °C/100 m), ale v důsledku intensivních vertikálních konvektivních pohybů se mohou vyskytnout v malých vzdálenostech od zdroje nárazově vysoké imisní koncentrace.
Tato typizace předpokládá, že v celé vrstvě, kde dochází k rozptylu znečišťujících látek, je konstantní vertikální teplotní gradient a to již od zemského povrchu. To znamená, že při výpočtu v I. A II. stability předpokládáme, že zdroje exhalují do přízemní inverze (ve III. třídě do izotermie) a že celý rozptyl se děje uvnitř této inverze (ve III. třídě uvnitř izotermie).
Z definičních důvodů se mohou v I. třídě stability vyskytnout pouze rychlosti větru menší než 2,5 m.s-1, ve II. a V třídě stability menší než 5 m.s-1. Ve III. a IV třídě stability není rychlost větru omezena.
Četnost výskytu jednotlivých tříd stability je většinou následující. I. třída stability se vyskytuje s četností 5 až 10 %, II. třída s četností 10 až 25 %, III. třída s četností 25 až 35 %, IV třída s četností 30 0 ,40 % a V třída s četností 5 až ]5 %. V rovinatém terénu je největší četnost výskytu ve IV třídě stability, v kopcovitém terénu vzrůstá četnost výskytu stabilních tříd (I., II.) a V třída na úkor IV třídy, ve velmi úzkých údolích i na úkor četností výskytu III. třídy. V konkrétních případech se četnost výskytu jednotlivých tříd stability může významně lišit.
Seznam symbolů
A | 2.1.1 | převodní rozměrový koeficient, jehož rozměr závisí na rozměru počtu jednotek P, na které je vztažený emisní faktor a stanovený tak, aby výsledná emise znečišťující látky měla rozměr g.s-1 | |
A | 3.2.3.1 | konstanta pro výpočet převýšení vlečky | |
Ap | 2.1.1 | obsah popelovin v původním vzorku paliva | |
As | 2.1.1 | obsah popelovin v sušině paliva | |
ay | 3.2.5.1 | koeficient pro výpočet příčného horizontálního rozptylového parametru σy | |
az | 3.2.5.1 | koeficient pro výpočet vertikálního rozptylového parametru σz | |
B | 3.2.3.1 | konstanta (exponent) pro výpočet převýšení vlečky | |
by | 3.2.5.1 | koeficient (exponent) pro výpočet příčného horizontálního rozptylového parametru σy | |
bz | 3.2.5.1 | koeficient (exponent) pro výpočet vertikálního rozptylového parametru σz | |
C2 | 3.2.8 | konstanta ze vzorce pro výpočet pádové rychlosti částic určující poměr mezi objemem částice a jejím charakteristickým rozměrem (0,8) | |
C3 | 3.2.8 | součinitel odporu tření ze vzorce pro výpočet pádové rychlosti částic (0,6) | |
Cp | 5.2 | měrné teplo vzduchu při stálém tlaku (1004 J.kg-1.K-1) | |
c | 3.1 | krátkodobá imisní koncentrace znečišťující látky | |
cƒ | 5.1 | fiktivní imisní koncentrace znečišťujících látek od všech zdrojů, jejichž exhalace zůstávají uvnitř inverze | |
cƒi | 5.1 | fiktivní imisní koncentrace znečišťujících látek od i-tého zdroje, jejichž exhalace zůstávají uvnitř inverze | |
ciφh | 3.3 | imisní koncentrace znečišťující látky způsobená i-tým zdrojem při směru větru ϕ a střídě stability j. | |
cφj | 3.3 | imisní koncentrace od zdroje v daném referenčním bodě při směru větru ϕ a třídě stability j | |
cmax | 3.3.1 | maximální imisní koncentrace stanovená ze všech hodnot cφj bez ohledu na třídy stability a rychlosti větru | |
CR | 3.3.3 | imisní koncentrace znečišťující látky pro výpočet doby jejího překročení, např. hodnota imisního limitu | |
cs | 2.1.1 | měrné teplo exhalací | |
D | 5.2 | sytostní doplněk | |
d | 3.2.8 | průměr prašné částice | |
d | 2.1.1 | vnitřní průměr koruny komína (výduchu) | |
Δh | 3.2.3 | převýšení vlečky nad ústím komína | |
Δhjrt | 5.2 | převýšení vlečky z chladicí věže při třídě stability j, třídě okolní teploty t a třídě relativní vlhkosti r | |
Δh0 | 5.1 | efektivní výška zdroje při rychlosti větru 1 m.s-1 | |
Dm,rt | 5.2 | doba trvání situací s výskytem mlhy při teplotě t a relativní vlhkosti r za dané období (rozměr musí být shodný s rozměrem Drt) | |
Drt | 5.2 | celková doba trvání situací s teplotou t a relativní vlhkosti r (rozměr musí být shodný s rozměrem Dm,rt | |
Dv | 2.1.5 | vnitřní průměr chladicí věže v koruně | |
Δx | 3.2.3.2 | vzdálenost dvou nejvzdálenějších zdrojů ve shluku | |
Δz | 5.1 | tloušťka jedné vrstvy vzduchu, na které je údolí rozděleno | |
EFj | 2.1.3 | emisní faktor pro j-tou skupinu vozidel | |
Eni | 3.2.3.2 | faktor vzrůstu převýšení vlečky i-tého zdroje | |
Er | 5.2 | tlak nasycených vodních par při teplotě 0 °C (Er = 611 Pa) | |
ET | 5.2 | tlak nasycených vodních par | |
F | 5.2 | vztlakový tok vzduchu opouštějícího chladicí věž | |
F(z) | 3.2.7 | relativní kumulativní četnost výskytu horní hranice inverze mezi stanovenou výškou a výškou hladiny 850 hPa | |
ƒ(ϕi) | 3.3.2 | relativní četnost větru proudícího ze směru ϕi v základní osmidílné větrné růžici | |
ƒE | 2.1.1 | emisní faktor pro pevná a kapalná paliva | |
ƒE | 2.1.1 | emisní faktor pro plynná paliva | |
ƒϕ | 3.3.2 | relativní četnost větru proudícího ze směru ϕ v podrobné větrné růžici | |
ƒϕj | 3.3.2 | relativní četnost větru proudícího ze směru ϕ a při výskytu třídy stability j v podrobné větrné růžici | |
ƒrt | 2.2.3 | matice průměrného relativního množství zkondenzované vodní páry ve vzduchu při teplotě t a relativní vlhkosti vzduchu r v dané třídě stability |
G | tíhové zrychlení (9,81 m.s-2) | ||
grt | 2.2.3 | matice relativních četností výskytu situací s teplotou t a relativní vlhkosti vzduchu r v dané třídě stability | |
H | 2.1.5 | výška chladicí věže | |
H | 2.1.1 | výška koruny komína (konce výduchu) nad terénem | |
H´ | 4.1.2 | výška komína korigovaná na vliv blízké budovy | |
H | 3.2.3.2 | vážený průměr výšek komínů ve shluku | |
H | 3.2.3 | efektivní výška zdroje (bez korekce na vliv terénu) | |
h1 | 3.2.3 | efektivní výška zdroje po provedení všech korekcí | |
hgi | 3.1.2 | pokles efektivní výšky zdroje vlivem pádové rychlosti prašných částic pro velikost částic o průměru d1 | |
hj | 5.2 | vážený průměr efektivních výšek podle tříd stability j | |
hjrt | 5.2 | efektivní výška chladicí věže při třídě stability j, třídě okolní teploty t a třídě relativní vlhkosti r | |
hp | 5.1 | výška emitující plochy nad zemí | |
K1 | 2.1.1 | konstanta závisející na typu a výkonu topeniště a na skupenství paliva pro výpočet tepelné vydatnosti zdroje | |
K2 | 2.1.1 | konstanta závisející na typu a výkonu topeniště a na skupenství paliva pro výpočet tepelné vydatnosti zdroje | |
K3 | 2.1.1 | množství spalin v m3 vznikající při spálení jednoho kg pevného nebo kapalného paliva | |
K3 | 2.1.1 | množství spalin v m3 vznikající při spálení jednoho m3 plynného paliva | |
KE | 2.1.1 | koncentrace znečišťující látky ve spalinách za normálních podmínek | |
KEr | 2.1.1 | koncentrace znečišťující látky v referenčních spalinách (vzdušnině) | |
Kh | 3.2.7 | koeficient zeslabení vlivu nízkých zdrojů na referenční body ve větších nadmořských výškách | |
Km | 3.2.3.1 | korekční koeficient na postupný vznos vlečky v blízkosti zdroje | |
Ks | 3.2.3.1 | korekční koeficient převýšení vlečky na teplotní stabilitu ovzduší | |
ku | 3.2.6 | koeficient odstraňování, zahrnující suchou a mokrou depozici a chemické transformace | |
L | 4.1.2 | délka budovy (ve směru spojnice zdroj - budova) | |
L | 2.2.2 | výška horní hranice inverze nad dnem údolí | |
Lg | 3.2.3.2 | maximální rozměr shluku zdrojů | |
Lv | 5.2 | latentní teplo výparu vody (2,5.106 J.kg-1) | |
l | 3.2.1.2 | výška referenčního bodu nad povrchem země (výška budovy apod.) | |
lB | 4.1.2 | parametr pro výpočet korigované výšky zdroje na vliv budovy | |
lm | 4.1.2 | výška budovy | |
M | 4.4 | emise znečišťující látky při plném výkonu zdroje | |
M | 2.1.5 | množství znečišťující látky odcházející komínem, výduchem nebo chladicí věží | |
Mc | 5.1 | celkové množství emisí znečišťující látky za dobu T | |
ME | 2.1.2 | emise znečišťující látky z elementu plochy | |
Mƒ | 5.1 | fiktivní obsah znečišťující látky ve směšovací vrstvě | |
Mch´ | 5.2 | hmotnost vzduchu, který prochází chladicí věží za jednotku času bez zavedených spalin | |
Mi | 4.4 | emise znečišťující látky při předem stanoveném výkonu zdroje | |
ML | 2.1.3 | délková intenzita emise znečišťující látky | |
Mp | 2.1.2 | plošná intenzita emise | |
Ms | 5.2 | hmotnost spalin vypouštěných do chladicí věže za jednotku času | |
Mz | 3.1 | obecná emise znečišťující látky | |
N | 2.1.5 | počet chladicích věží | |
A | 3.2.3.2 | počet zdrojů ve shluku | |
Nj | 2.1.3 | frekvence vozidel j-té skupiny za den | |
nj | 4.4 | relativní doba provozu zdroje na předem stanovený výkon (index j znamená pořadí stanoveného výkonu) | |
Or | 2.1.1 | obsah kyslíku v referenčních spalinách (vzdušnině) | |
Os | 2.1.1 | obsah kyslíku ve skutečných spalinách (vzdušnině) | |
P | počet jednotek, na které je vztažený emisní faktor | ||
Pd, | 4.6.1 | počet hodin za den, kdy je zdroj v činnosti | |
Pk | 5.1 | velikost horizontální plochy údolí ve výšce zk | |
Pr | 2.1.1 | počet provozních hodin za rok |
Prj | 2.1.5 | počet provozních hodin j-té chladicí věže za rok | |
p | 3.2.4.1 | exponent z mocninového profilu větru | |
p | 2.1.1 | tlak vzduchu | |
pi | 4.3 | podíl i-tého zdroje na průměmé roční imisní koncentraci v daném bodě | |
p0 | 5.2 | normální tlak při zemi (101325 Pa) | |
Q | 2.1.1 | tepelná vydatnost zdroje | |
q | 2.1.1 | výhřevnost pevného nebo kapalného paliva | |
q | 2.1.1 | výhřevnost plynného paliva | |
qe | 5.2 | směšovací poměr v okolním vzduchu | |
qch | 5.2 | směšovací poměr ve vzduchu z chladicí věže | |
Rd | 5.2 | měrná plynová konstanta pro suchý vzduch | |
Rs | 5.2 | měrná plynová konstanta pro vlhký vzduch | |
Rv | 5.2 | měrná plynová konstanta pro vodní páru (461 J.kg-1.K-1) | |
r | 5.2 | relativní vlhkost okolního vzduchu | |
rc | 3.2.1 | celkový počet tříd zastoupení prašných frakcí podle průměru částic | |
S | 2.1.1 | spotřeba plynného paliva | |
S | 2.1.1 | spotřeba pevného nebo kapalného paliva | |
Sh | 2.1.1 | spotřeba pevného nebo kapalného paliva za hodinu při instalovaném výkonu spalovacího zařízení | |
Sh | 2.1.1 | spotřeba plynného paliva za hodinu při instalovaném výkonu spalovacího zařízení | |
So | 2.1.1 | obsah síry v původním vzorku paliva | |
Sr | 2.1.1 | roční spotřeba pevného nebo kapalného paliva | |
Sr | 2.1.1 | roční spotřeba plynného paliva | |
Ss | 2.1.1 | obsah síry v sušině paliva | |
sl | 5.2 | měrná vlhkost nasycených vodních par | |
T | 2.2.2 | doba nepřetržitého trvání podmínek inverze a bezvětří | |
Te | 5.2 | teplota vzduchu v okolí chladicí věže, Te = te+ 273,15 | |
Tch | 5.2 | teplota vzduchu vystupujícího z chladicí věže, Tch= tch+ 273,15 | |
Tch´ | 5.2 | teplota vlhkého vzduchu opouštějící chladicí věž bez zavedení spalin do věže, Tch´= tch´ + 273,15 | |
TR | 3.3.3 | počet hodin s překročením imisní koncentrace cR za rok | |
Tr | 5.2 | normální teplota vzduchu (273,15 K = 0 °C) | |
Ts | 5.2 | teplota odcházejících exhalací v koruně komína, výduchu nebo chladicí věže, Ts = ts + 273,15 | |
tch´ | 5.2 | teplota vlhkého vzduchu opouštějící chladicí věž bez zavedení spalin do věže | |
t0 | 2.1.1 | teplota venkovního vzduchu | |
te | 5.2 | teplota venkovního vzduchu u chladicí věže | |
tch | 5.2 | teplota vlhkého vzduchu opouštějící chladicí věž včetně zavedených spalin do věže | |
ts | 2.1 | teplota odcházejících exhalací v koruně komína, výduchu nebo chladicí věže | |
u10 | 3.2.4.1 | rychlost větru ve výšce 10 m nad povrchem země | |
uh | 3.2.4.1 | rychlost větru ve výšce h | |
uH | 3.2.4.1 | rychlost větru ve výšce koruny komína | |
uhl | 3.2.4.1 | rychlost větru ve výšce h1 | |
Vch | 5.2 | objemový tok vlhkého vzduchu opouštějící chladicí věž včetně zavedených spalin do věže | |
Vch´ | 5.2 | objemový tok vlhkého vzduchu opouštějící chladicí věž bez zavedení spalin do věže | |
V | 2.1 | objemový tok spalin nebo vzdušiny z komína za skutečných podmínek za teploty ts a tlaku p | |
Vs | 2.1.1, 4.4 | objemový tok spalin nebo vzdušiny z komína přepočtený na normální podmínky (0 °C, 101325 Pa). Normální metr krychlový [Nm3] označuje objem vztažený k normálním podmínkám. | |
Vs | 2.1.5., 5.2 | objemový tok spalin vypouštěných do každé chladicí věže za skutečných podmínek při teplotě ts a tlaku p | |
Vsi | 4.4 | objemový tok spalin nebo vzdušiny z komína přepočtený na normální podmínky (0 °C, 101325 Pa) při i-tém provozním režimu. Normální metr krychlový [Nm3] označuje objem vztažený k normálním podmínkám. | |
VsR | objemový tok spalin přepočtený na suchý plyn a referenční obsah kyslíku | ||
vgi | 3.2.8 | pádová rychlost částic o průměru di | |
W | 2.2.1 | obsah vodní páry ve skutečných spalinách (vzdušnině) |
W | 4.1.2 | šířka budovy (kolmo na spojnici zdroj - budova) | |
W | 4.2 | hodnota prašného spadu | |
wkφi | 4.2.4 | krátkodobý spad prachu při směru větru φ, třídě stability j a i-té třídě velikosti částic | |
Wp | 2.1.1 | obsah vody v palivu | |
W | 4.2.4 | hodnota ročního spadu prachu | |
Wm | 4.2.5 | hodnota měsíčního spadu prachu | |
w | 5.2 | výstupní rychlost vzduchu z chladicí věže | |
w0 | 2.1.1 | výstupní rychlost exhalací z komína (výduchu) | |
x | 3.2.1.1 | vzdálenost referenčního bodu od zdroje | |
xd | 3.3.1 | rozdíl x-souřadnic i-tého zdroje a k-tého referenčního bodu | |
XL | 3.2.1.1 | vzdálenost referenčního (uzlového) bodu od zdroje ve směru větru | |
x1 | 4.1.2 | vzdálenost zdroje od budovy | |
x0 | 2.1.3 | šířka liniového zdroje | |
x0´ | 3.2.5 | vzdálenost nejbližšího referenčního bodu od zdroje | |
xr | 2.3.1 | souřadnice X (mířící k východu) referenčního bodu | |
xs | 3.2.3.2 | souřadnice X komína ve skupině blízkých zdrojů (pro nejvzdálenější zdroj ke zdroji se souřadnicí xt) | |
Xt | 3.2.3.2 | souřadnice X komína ve skupině blízkých zdrojů (pro nejvzdálenějšl zdroj ke zdroji se souřadnicí xs) | |
zζ | 3.2.5.3 | vzdálenost, po kterou proudění prochází nad elementem pozemní komunikace | |
xz | 2.1 | souřadnice X (mířící k východu) paty komína bodového zdroje nebo chladicí věže, středu plošného zdroje nebo středu elementu liniového zdroje | |
xz1 | 2.1.3 | souřadnice X (mířící k východu) počátečního bodu liniového zdroje | |
xz2 | 2.1.3 | souřadnice X (mířící k východu) konečného bodu liniového zdroje | |
yd | 3.3.1 | rozdíl y-souřadnic i-tého zdroje a k-tého referenčního bodu | |
yL | 3.2.1.1 | vzdálenost referenčního (uzlového) bodu od zdroje ve směru kolmém na směr větru | |
y0 | 2.1.3 | délka elementu liniového zdroje | |
y0 | 2.1.2 | délka strany elementu (čtverce) plošného zdroje | |
yr | 2.3.1 | souřadnice Y (mířící k severu) referenčního bodu | |
ys | 3.2.3.2 | souřadnice Y komína ve skupině blízkých zdrojů (pro nejvzdálenější zdroj ke zdroji se souřadnicí yt) | |
yt | 3.2.3.2 | souřadnice Y komína ve skupině blízkých zdrojů (pro nejvzdálenější zdroj ke zdroji se souřadnicí ys) | |
yζ | 3.2.5.3 | průmět délky elementu liniového zdroje ve směru větru | |
yz | 2.1 | souřadnice Y (mířící k severu) paty komína bodového zdroje nebo chladicí věže, středu plošného zdroje nebo středu elementu liniového zdroje | |
yz1 | 2.1.3 | souřadnice Y (mířící k severu) počátečního bodu liniového zdroje | |
yz2 | 2.1.3 | souřadnice Y (mířící k severu) konečného bodu liniového zdroje | |
z | 3.2.1.2 | převýšení referenčního bodu nad patou komína (výduchu) | |
z´ | 3.2.1.2 | korigovaná vertikální souřadnice referenčního bodu v členu pro přímý rozptyl | |
z´´ | 3.2.1.2 | korigovaná vertikální souřadnice referenčního bodu v členu popisujícím odraz v dolním odhadu | |
z´´´ | 3.2.1.2 | korigovaná vertikální souřadnice referenčního bodu v členu popisujících odraz v horním odhadu | |
z1(x´) | 3.2.2. | funkce převýšení terénu nad rovinou procházející patou komína mezi zdrojem a referenčním bodem | |
z2(x´) | 3.2.2 | funkce převýšeni terénu nad rovinou procházející referenčním bodem mezi zdrojem a referenčním bodem | |
zk | 5.1 | Výška horní hranice k-té vrstvy vzduchu, na které je údolí rozděleno | |
z0 | 3.2.5.3 | výška, do které se přízemní exhalace dostanou vlivem turbulence způsobené průjezdem automobilů | |
zr | 2.3.1 | nadmořská výška terénu středu referenčního bodu | |
zζ | 3.2.5.3 | výška, do které sahá přibližně rovnoměrná imisní koncentrace znečišťující látky nad pozemní komunikací | |
zzl | 2.1 | nadmořská výška terénu v místě paty komína bodového zdroje nebo chladicí věže, středu plošného zdroje nebo středu elementu liniového zdroje nadmořská výška terénu počátečního bodu liniového zdroje | |
zz1 | 2.1.3 | nadmořská výška terénu konečného bodu liniového zdroje | |
zz2 | 2.1.3 | relativní roční využití maximálního výkonu | |
α | 3.3.3 |
αi | 4.4 | relativní doba trvání předem stanoveného provozního režimu za rok | |
αk | 4.4 | relativní roční využití maximálního výkonu k-tého zdroje | |
αp | 2.1.1 | zastoupení jednotlivých prašných frakcí v závislosti na průměru prašných částic d | |
αpi | 3.1 | procentuální zastoupení v jednotlivých třídách velikosti prašných částic | |
β | 3.2.3.1 | korekční koeficient převýšení vlečky na teplotu exhalací | |
γ | 2.2.1 | vertikální teplotní gradient | |
γd | 5.2 | adiabatický vertikální teplotní gradient (1 °C/(100 m)) | |
δik | 3.3.1 | azimut i-tého zdroje od k-tého referenčního bodu | |
δik´ | 3.3.1 | azimut i-tého zdroje od k-tého referenčního bodu, opravený na efektivní výšku zdroje vlivem stačení směru větru s výškou | |
ε | 3.2.3.1 | korekční koeficient převýšení vlečky na vliv terénu | |
ζ | 3.2.5.3 | úhel mezi směrem elementu pozemní komunikace a směrem větru | |
η | 2.1.1 | účinnost opatření omezujících únik znečišťující látky (odsiřovacího zařízení, odlučovačů popílku, různých filtrů apod.) | |
υik | 3.2.2 | matice hodnot υ (i je číslo zdroje a j je číslo referenčního bodu | |
υ | 3.2.2 | koeficient vlivu terénu | |
λ | 3.3.1 | úhel mezi směrem větru a spojnicí zdroj - referenční bod | |
v | kinematická viskozita vzduchu (15.10-6 m2.s-1) | ||
ρ | hustota vzduchu (1,3 kg.m-3) | ||
ρc | 3.2.8 | měrná hustota prašných částic | |
σy(xL) | 3.2.5.1 | příčný horizontální rozptylový parametr | |
σy0(xL) | 3.2.5 | počáteční příčný horizontální rozptylový parametr pro plošné a liniové zdroje | |
σz(xL) | 3.2.5.1 | příčný vertikální rozptylový parametr | |
σz0(xL) | 3.2.5 | počáteční příčný vertikální rozptylový parametr pro plošné a liniové zdroje | |
φ | 3.3.2 | azimut směru větru | |
φ10 | 3.2.4.2 | směr větru ve výšce 10 m nad povrchem země | |
φh | 3.2.4.2 | směr větru v efektivní výšce zdroje referenčního bodu) | |
ψ | 3.2.5.3 | azimut směru elementu pozemní komunikace |
Literatura
Příloha č. 2
Metodika výpočtu podílu velikostních frakcí částic PM10 a PM2,5 v emisích tuhých znečišťujících látek a výpočtu podílu emisí NO2 v NOx
A) Metodika výpočtu podílu velikostních frakcí částic PM10 a PM2,5 v emisích tuhých znečišťujících látek
Pokud je známa přímo emise částic PM10 resp. PM2,5 z daného zdroje, použije se pro výpočet. Pokud známa není, ale je známo rozložení aerodynamických průměrů částic v emisích tuhých znečišťujících látek daného zdroje, je uvažována pouze část těchto emisí odpovídající velikosti částic od 0 do 10 µm resp. od 0 do 2,5 µm. Obvykle však tyto informace k dispozici nejsou. V takovém případě je nutné použít data z následujících tabulek, které udávají procentuální zastoupení frakce částic PM10 resp. PM2,5 v celkových emisích tuhých znečišťujících látek z různých zdrojů. Tato data znamenají typické hodnoty.
Vychází se z předpokladu, že množství emisí jednotlivých frakcí částic PM10 nebo PM2,5 závisí na použitém odlučovacím zařízení (viz tab. 1). Pokud je typ jednotlivých druhů odlučovačů jiný než uvedený v tab. 1, použije se hodnota uvedená obecně pro jednotlivé druhy (filtry, elektrické odlučovače, mokré mechanické odlučovače).
Pouze v případě, že odlučovač není instalován nebo není znám a jedná se o technologický proces, budou použity hodnoty podílů z tab. 2.
Podíly pro spalování paliv v zařízeních bez odlučovače (v případě spalování tuhých paliv se jedná o zařízení s pevným roštem) jsou uvedeny v tab. 3.
Tab. 1: Podíl PM10 a PM2,5 v celkových emisích TZL za odlučovačem
Druh odlučovače | Podíl emisí v TZL | |
PM10 | PM2,5 | |
FILTRY | 85 | 60 |
F - textilní s regenerací | 85 | 60 |
F - keramický | 85 | 60 |
F - se zrnitou vrstvou | 85 | 55 |
F - slinutý lamelový | 100 | 99 |
ELEKRICKÉ ODLUČOVAČE | 85 | 55 |
E - suchý | 85 | 55 |
E - mokry | 85 | 55 |
SUCHÉ MECHANICKÉ ODLUČOVAČE | ||
S - vírový jednočlánkový (cyklon) | 65 | 35 |
S - multicyklon | 70 | 45 |
MOKRÉ MECHANICKÉ ODLUČOVA | ||
M - rozprašovací | 90 | 60 |
M - pěnový | 90 | 60 |
M - vírový | 90 | 50 |
M - hladinový | 90 | 50 |
M - proudový | 95 | 75 |
M - rotační (desintegrátor) | 95 | 75 |
M - kondenzační | 85 | 55 |
ODSIŘOVÁNÍ | ||
mokré metody | 80 | 60 |
polosuché metody | 80 | 60 |
adsorpční metody | 90 | 70 |
JINÉ PROCESY K OMEZOVÁNÍ EMISÍ | ||
absorpce plynů | 95 | 75 |
termické spalování | 95 | 85 |
Tab. 2: Podíl PM10 a PM2,5 v celkových emisích TZL za technologickým zařízením
Typ technologie | Podíl emisí v TZL | ||
PM10 | PM2,5 | ||
% | % | ||
1 | mechanický vznik | ||
manipulace s materiálem, mletí, prosívání a sušení materiálu (např. lomy, čištění uhlí) | 51 | 15 | |
2 | mechanický vznik | ||
jemné mletí, broušení, nanášení barev | 85 | 30 | |
3 | vypalování a jiné tepelné úpravy | ||
aglomerace rud, jílů apod. | 53 | 18 | |
4 | manipulace se zrnem | ||
sklizeň obilí, manipulace s obilím, zpracování dřeva | 15 | 1 | |
5 | zpracování zrnin | ||
mletí obilí, sušení, třídění | 61 | 23 | |
6 | tavení kovů (mimo hliníku) | ||
všechny primární i sekundární výrobní procesy probíhající za vysokých teplot, výroba minerální vlny | 92 | 82 | |
7 | kondenzace, hydratace, absorpce, destilace | ||
uzení masa, výroba dřevěného uhlí, kalení | 94 | 78 | |
Tab. 3: Podíl PM10 a PM2,5 v celkových emisích TZL za spalovacím stacionárním zdrojem
Druh paliva | Podíl emisí v TZL | |
PM10 | PM2,5 | |
% | % | |
Tříděné druhy uhlí | 40 | 25 |
Dřevo | 95 | 90 |
Prachové druhy uhlí | 35 | 10 |
Jiná biomasa | 95 | 90 |
Lignit, proplástek | 73 | 6 |
Topné oleje | 83 | 67 |
Koks | 40 | 20 |
Plynná paliva | 100 | 100 |
B) Metodika výpočtu poměru NO a NO2 v NOx
Výsledky měření emisí se vyjadřují v NOx (jako NO2). Emisní limity jsou stanoveny pro NOx. Imisní limity jsou naproti tomu v některých případech stanoveny přímo pro NO2 a z toho důvodu je nutná znalost poměru NO a NO2 v jakém je směs NOx vypouštěna do ovzduší.
Vstupem do výpočtu rozptylové studie jsou emise NOx i NO2. Pokud nejsou tyto emise známy z měření, použijí se u spalovacích zařízení hodnoty dle tab. 4 a pro vybrané průmyslové procesy hodnoty dle tab. 5 uvedené v hmotnostních procentech.
V případě, že nelze zdroj zařadit do uvedených kategorií, použije se pro výpočet pětiprocentní podíl emisí NO2 a devadesáti pěti procentní podíl emisí NO v NOx.
Tab. 4: Podíl emisí NO2 v NOx u spalovacích stacionárních zdrojů
Druh spalovacího zařízení | Podíl emisí v NOx | |
NO2 | NO | |
Kotle na tuhá paliva | 5 | 95 |
Kotle v průmyslu a energetice na kapalná paliva | 5 | 95 |
Kotle na zemní plyn | 5 | 95 |
Stacionární pístové spalovací motory (všechna paliva) | 15 | 85 |
Plynové turbíny (palivo zemní plyn) | 10 | 90 |
Tab. 5: Podíl emisí NO2 v NOx u vybraných průmyslových procesů
Druh výroby | Podíl emisi v NOx | |
NO2 | NO | |
% | % | |
Zařízení na povrchovou úpravu kovů a plastů za použití kyseliny dusičné při kontinuálně pracujícím zařízení | 0 | 100 |
Výroba kyseliny dusičné a jejích solí | 100 | 0 |
Výroba hnojiv | 100 | 0 |
Chemická zařízení na výrobu výbušnin | 100 | 0 |
Příloha č. 3
Metodika výpočtu resuspendovaných částic tuhých znečišťujících látek z povrchu zpevněných komunikací
Pro vyčíslení resuspenze z vozovek lze využít první část metodiky, která byla publikována SFŽP ČR jako podklad pro zpracování studií proveditelnosti na projekty z prioritní oblasti 2, podoblast 2.1.3. Tato metodika vychází z respektované metodiky EPA „AP 42"1.
Výpočtové tabulky, které lze využít k metodice na výpočet resuspenze tuhých znečišťujících látek ve formátu.xls lze stáhnout pod tímto odkazem: http://wwwmzp.cz/cz/metodícke_pokyny
Níže uvedené vztahy byly odvozeny pro veřejné zpevněné komunikace a následující rozmezí veličin: sL = 0,03 - 400 g.m-2, průměrnou hmotnost vozidel W = 1,8 - 38 tun a průměrnou rychlost vozidel 1- 88 km. h-1.
Závazný postup metodiky výpočtu resuspenze tuhých znečišťujících látek do ovzduší vlivem provozu na komunikacích je následující:
1. Jednoznačně definovat lokalitu (komunikaci)
Důležité parametry jsou:
a) délka řešených komunikací „d"
b) intenzita dopravy na komunikaci
Pokud to řešená lokalita (komunikace) dovoluje, využít pro intenzitu dopravy data Ředitelství silnic a dálnic ČR www.rsd.cz nebo výsledky jiného měření intenzity dopravy. Pokud data nejsou k dispozici, intenzitu dopravy odborně odhadnout na základě podobné lokality, pro kterou jsou data známá. V případě, že k definici vstupních hodnot návrhu kompenzačních opatření či rozptylové studie nevycházel zpracovatel z veřejně dostupných dat, která bude moci příslušný úřad jednoznačně ověřit, je nutné, aby tato data byla uvedena v předložené rozptylové studii.
c) průměrná hmotnost vozidla
Průměrná hmotnost vozidla „W" se zjistí aritmetickým průměrem např. na základě sčítání vozidel, odborným odhadem apod. Jedná se o průměr za všechna vozidla na komunikaci. Nesprávné je počítat emise pro každý segment (např. osobní/nákladní) zvlášť.
d) počet srážkových dnů
Pro řešenou lokalitu je nutno definovat počet srážkových dnů „P", kdy předpokládáme, že vlivem vlhka je emise nízká, případně je rychle smyta zpět. Využít: TOLASZ, Radim (2007): Atlas podnebí Česka. Praha: Český hydrometeorologický ústav; Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci.
Vypočet množství emisí resusnendovaných prachových částic se určuje následovně:
a) Využít empirický vzorec E = [k (sL)0,91 x (Wx1,1)1,02] (1 - P/4N)
Kde:
E ... emisní faktor (g/km ujetý vozidlem)
k ... násobitel závislý na velikosti řešené frakce (g/km ujetý vozidlem), viz tabulka 6
sL ... zátěž povrchu silnice prachovými částicemi (g/m2), viz graf 1 a 2
W ... průměrná hmotnost vozidla (t) viz bod 1
P ... počet dnů s úrovní srážek ≥ 1 mm z celkového počtu dnů N, pokud je hodnocena průměrná roční emise, pak je N = 365
Tab. 6 - Hodnoty násobitele „k" pro jednotlivé frakce
PM2,5 | 0,15 |
PM10 | 0,62 |
PM15 | 0,77 |
PM30 | 3,23 |
Pozn.: Pro stanovaní emisního faktoru (vyčíslená emisí celkových částic) využít hodnotu pro PM30.
Výsledný emisní faktor silně závisí na postupu stanovení hodnoty sL. Metodiky AP-42 a SFŽP ČR obsahují tabelární doporučené hodnoty, které se mění podle intervalů intenzity dopravy na komunikaci. Jejich nevýhodou jsou však skokové změny na hranicích těchto intervalů. Aby hodnoty sL v závislosti na intenzitě dopravy neklesaly skokově (jak navrhuje metodika AP-42), nýbrž pozvolně, doporučuje se použití modifikovaného postupu2, u něhož byly zadané hodnoty proloženy regresními křivkami. Křivka doporučených hodnot sL byla zpracována pro letní období s tím, že pro zimní část roku se použije křivka navržená na základě multiplikátorů (viz graf 2). Hodnoty sL jsou odlišné pro komunikace s omezením a bez omezení pristupu. Regresní křivky, které doporučujeme používat při výpočtu, nabývají hodnot jednotlivých sL v závislosti na intenzitě dopravy a ukazuje je graf 1.
Určení hodnoty sL pro letní období
Graf 1- Hodnoty „sL "pro letní období v závislosti na intenzitě dopravy
Výsledný návrh funkcí ke stanovení hodnoty sL v letním období na komunikacích s omezením a bez omezení přístupu je uveden v předcházejícím grafu 1 a je dán následujícími rovnicemi:
Pro komunikace bez omezení přístupu
sL = a + b x exp(-c x ADT) + d x exp(-e x ADT)
kde:
sL = množství prachových částic o velikosti menší než 75 μm usazených na povrchu vozovky (g/m2)
ADT průměrný denní počet vozidel na komunikaci (average daily traffic)
konstanty:
a = 2,98836366438775x 10-2
b = 0,291164802583441
c = 9,43038520274373x10-4
d = 0,369564444341721
e = 3,32212994363627x10-4
Pro komunikace s omezením přístupu
a) intenzita dopravy (ADT) < 39 500 voz / den
sL = a + b/(1 + ((ADT - c)/d)2)
kde:
konstanty:
a = 1,25660990932695x10-2
b = 1,02795749358738
c = -1478,b2015445707
d = 1996,17800619622
b) intenzita dopravy (ADT) ≥ 39 500 voz / den
sL = 0,015 g/m2
V zimním období je pak tato hodnota sL vynásobena hodnotou multiplikátoru m.
Graf 2 - Hodnoty multiplikátoru v závislosti na intenzitě dopravy ke stanovení hodnoty „sL"pro zimní období
Určení hodnoty multiplikátoru pro zimní období
Výsledný návrh funkce ke stanovení hodnoty multiplikátoru v zimním období v závislosti na intenzitě dopravy
je uveden v předcházejícím grafu 2 a je dán následující rovnicí:
m = a + b x ADT + c x ADT1,5 + d x ADT2
kde:
m ... multiplikátor pro zimní období
ADT průměrný denní počet vozidel na komunikaci (average daily traffic)
konstanty:
a = 4,24999961947965
b = -1,3496511516288x10-3
c = 2,43572801163424x 10-5
d = -1,41107682685768x10-7
Výpočet průměrné roční hodnoty emisního faktoru E je proveden na základě váženého průměru emisních faktorů pro letní a zimní období. Rozdílné hodnoty E pro letní a zimní období jsou dány odlišným stanovením hodnoty sL, která je v zimním období vynásobena hodnotou multiplikátoru (viz výše). Pro stanovení počtu zimních měsíců s tuhými srážkami dle dané oblasti lze použít např. Atlas podnebí České republiky, ktery' byl vydán v roce 2007 Českým hydrometeorologickým ústavem.
Rovnice pro výpočet průměrné hodnoty emisního faktoru E je pak následující:
E = (sL0,91 x L + sL0,91 x Z x m)/12 x k x (W x 1,1)1,02 x (1 - P/4N)
kde:
E ... průměrný emisní faktor (g/km ujetý vozidlem)
sL ... množství prachových částic o velikosti menší než 75 μm usazených na povrchu vozovky v letním období (g/m2)
Z ... počet měsíců s tuhými srážkami
L ... 12-Z
m ... multiplikátor pro zimní období
k ... koeficient pro danou velikostní skupinu částic (g/km ujetý vozidlem)
W ... průměrná hmotnost vozidel (t)
P ... počet dnů s měřitelnými srážkami (dle Atlasu podnebí České republiky)
N ... celkový počet dnů
b) Pro finální výpočet produkce emisí z daného úseku komunikace je přirozeně nutno emisní faktor vynásobit počtem vozidel za daný časový úsek (obvykle za průměrný den), délkou komunikace a průměrovacím časem. Výpočet produkce celkových emisí z konkrétního silničního úseku v gramech za sekundu je tedy pak následující:
Ekom = E x d x ADT/(24 x 3600)
kde:
E ... emisní faktor (g/km ujetý vozidlem)
Ekom ... emise z dané komunikace (g.s-1)
d ... délka komunikace (km)
1 AP 42. Compilation of Air Pollutant Emission Factors, Volume 1: Stationary Point and Area Sources. 5th Edition. Kapitola 13.2.1 Paved Roads (Final Section). January 2011. On-line verze platná k 2.9.2013: http://www.epa.gov/ttn/chie/7ap42/index.html#toc
2 Projekt TA ČR č. TA02030664 „Souhrnná metodika pro hodnocení vlivů provozu silničních komunikací na obyvatele v jejich okolí"
1 Normální metr krychlový [Nm3] označuje objem vztažený k normálním podmínkám, tzn. teplotě 0 °C a tlaku 101325 Pa