Основные расчётные характеристики

Влияние застройки (зданий и сооружений) на загрязнение воздуха связано с изменением характера воздушных течений вблизи здания. При обтекании отдельных зданий и их групп могут образовываться ветровые тени (застойные зоны) с близкой к нулю средней скоростью ветра и интенсивным турбулентным перемешиванием. Учёт влияния застройки осуществляется для источников средней высоты, низких и наземных источников. Расчёт загрязнения воздуха от высоких источников, как правило, производится без учёта влияния застройки, за исключением некоторых случаев, например при размещении источников вблизи здания, высота которого превышает высоту источника.

Для каждого из рассматриваемых источников перед выполнением расчётов с учётом застройки определяют значения максимальной концентрации С_м, расстояния x_м, опасные скорости ветра и_м при отсутствии застройки.

Расчёт загрязнения воздуха с учётом влияния застройки производится в случаях, когда здание удалено от источника на расстояние менее x_м или когда источник расположен на здании или в зонах возможного образования ветровых теней. При этом высота здания Н_з должна быть не менее 0,4 высоты источника Н (Н_з ≥ 0,4 Н). Если здание удалено от источника на расстояние больше, чем 0,5 x_м и основание источника не размещается в зоне возможного образования ветровой тени, то влияние застройки учитывается в случаях, когда высота здания превышает 0,7 высоты источника (Н_з > 0,7 Н).

Примечание. Как правило, не подлежат учёту здания и сооружения высотой менее 5 м, а также здания и сооружения, максимальный линейный размер которых по горизонтали не превосходит 10 м.

Рассматриваемое здание, как правило, аппроксимируется параллелепипедом (рис. 1.1) высотой Н_з, длиной (размер наибольшей стороны основания) и шириной .

 

 

Рис. 1.1. Схема аппроксимации здания

 

Высота Н_з определяется по формуле:

, (1.33)

где V_з – фактический объём здания, м³;

S₀ – фактическая площадь основания, м².

Значения и должны удовлетворять условию · = S₀, а положение боковых сторон аппроксимирующего параллелепипеда выбирается так, чтобы они были близки к стенам зданий.

Для каждого здания при заданном направлении ветра различаются три основных типа ветровых теней (рис. 1.2): подветренная (I), на крыше (II) и наветренная (зона подпора) (III).

Рис. 1.2. Типы ветровых теней

 

Максимальные значения Н_I, Н_II, Н_III высоты над уровнем земли ветровых теней указанных типов и их протяжённость L_I, L_II, L_III определяются по формулам:

Н_I = H_з, L_I = 4 L’; (1.34, а)

при L_Д ≤ 2 L’ H_II = H_з + 0,4 L_Д, L_II = L_Д; (1.34, б)

при L_Д > 2 L’ H_II = H_з + 0,4 L^’, L_II = L^’; (1.34, в)

Н_III = 0,5 L’, L_III = L’; (1.34, г)

где L’ = H_з при H_з ≤ L_III; (1.35, а)

L’ = L_III при H_з > L_III; (1.35, б)

Размеры и устанавливаются в зависимости от направления ветра. В случаях, когда ветер направлен по перпендикуляру к стене здания, длина этой стены принимается , а длина смежной стены (рис. 1.3.).

Рис. 1.3. Определение параметров здания при различных направлениях ветра

 

Границы ветровых теней рассчитываются по формулам:

при 0 ≤ x ≤ 4 L’; (1.36, а)

при 0 < x < L_II, (1.36, б)

при 0 ≤ x ≤ L^’, (1.36, в)

где x – расстояние вдоль направления ветра от расчётной точки до стены здания. При высоте ветровых теней Н_В (в зонах I, II, III) менее 2 м принимается Н_В = 2 м.

В отдельных случаях проводится более детальный учёт наличия и взаимодействия ветровых теней, например, если ветровые тени зданий, которые необходимо учесть в расчётах пересекаются и образуется объединённая тень, конфигурацию которой необходимо определить.

В общем случае определяется через максимальную концентрацию С_м, полученную без учёта влияния застройки, по формуле:

, (1.37)

где - поправка, учитывающая влияние застройки.

Концентрация достигается на расстоянии x_м от источника при опасной скорости ветра и опасном направлении ветра.

 

Расчёт загрязнения атмосферы выбросами одного точечного источника при наличии одного здания застройки

 

Определение значения зависит от расположения источника относительно здания (рис. 1.4):

а) размещение основания источника в зоне возможного образования подветренной тени при перпендикулярном к стене здания направлении ветра;

 

Рис. 1.4. Варианты расположения источника относительно здания

 

б) размещение основания источника в зоне, где ветровые тени образуются только при направлении ветра, составляющих острый угол с нормалью к одной из стен здания;

в) и г) расположение основания источника вне зон возможного образования ветровой тени на удалении до 1,5 L^’ от их границы.

В остальных случаях расчёт максимальной приземной концентрации производится без учёта влияния зданий, т.е. = С_м.

При размещении основания источника в зонах возможного образования ветровых теней при перпендикулярном к стене здания направлении ветра (рис. 1.4 а) максимальная приземная концентрация достигается при опасном направлении ветра, соответствующем переносу воздуха по перпендикуляру от здания к источнику. В этом случае

, (1.38)

где имеет тот же смысл, что и в соответствующих формулах п. 1

; (1.39)

- безразмерный коэффициент, описывающий влияние различия в опасных скоростях ветра при наличии зданий () и при его отсутствии ().

Если Н > Н_В, то = и = 1.

В остальных случаях, для определения коэффициента предварительно вычисляют опасную скорость ветра по формулам (1.12, а) – (1.12, б). После этого коэффициент определяется в зависимости от / по формулам:

при ; (1.40, а)

при . (1.40, б)

Безразмерный коэффициент , позволяющий оценить изменение структуры воздушного потока при наличии застройки, при Н > Н_В определяется по формуле:

при Н ≥ Н_В. (1.41)

Если < 1,4, то при расчётах принимается:

= 1, = С_м, = , . (1.42)

Безразмерные коэффициенты s и ζ_м описывают влияние турбулентной диффузии внутри тени и колебаний направления ветра. Коэффициент s определяется по формулам:

при 0 ≤ t₁ < 1; (1.43, а)

при 1 ≤ t₁ ≤ 8; (1.43,б)

при 8 < t₁ ≤ 50; (1.43, в)

при t₁ > 50 (1.43, г)

в зависимости от аргумента

, (1.44)

где при Н < Н_В коэффициент устанавливается в зависимости от отношения / по формулам:

= 3 при / ≤ 0,25; (1.45, а)

при 0,25 < / ≤ 1; (1.45, б)

при / > 1, (1.45, в)

а при Н > Н_В принимается = 1. Если при этом ≤ 1, где определяется по формуле (1.39), то принимаются соотношения (1.42).

Для определения ζ_м предварительно проводятся расчёты для определения вспомогательного угла φ_к (в градусах) по формулам:

при t₂ ≤ 1, (1.46, а)

при t₂ > 1; (1.46, б)

где t₂ = L_III/L_Д. (1.47)

Затем рассчитывается безразмерный коэффициент ζ_м по формуле:

(1.48)

в зависимости от аргумента :

при ≤ 5 м/с; (1.49)

при > 5 м/с. (1.50)

Если значение ζ_м удовлетворяет неравенству

ζ_м ≤ 0,05, (1.51)

то принимаются соотношения (1.42).

При Н/Н_В ≥ 1 принимается =1. (1.52)

При Н/Н_В < 1 коэффициент s определяется в зависимости от отношения

ξ . (1.53)

Если ξ ≥ 1, то коэффициент находится по формуле (1.43), а при ξ < 1 коэффициент находится по формуле (1.18, а).

Расстояние от источника до точки, в которой достигается максимум приземной концентрации , в случае ξ ≥ 1 определяется по формуле:

, (1.54)

а в случае ξ < 1 по формулам:

= при Н/Н_В ≤ 1; (1.55, а)

при Н/Н_В ≤ 1. (1.55, б)

Если рассчитанное значение удовлетворяет условию

≤ 1, (1.56)

то принимается соотношение (1.42).