Введение к работе
Актуальность. Загрязнение атмосферы крупных промышленных центров в астояшее время представляет серьезную экологическую проблему. Несмотря а совершенствование технологии производства и методов очистки, в атмос-еру с производственными выбросами поступают вредные вещества, и эколо-мескую ситуацию на промышленных площадках и прилегающих террито-иях часто нельзя признать удовлетворительной. Это связано с тем, что рассеи-шие «низких» и вентиляционных выбросов, доля которых в загрязнении ат-осферы достигает порядка 70 %, происходит в зонах деформированного зда-иями потока, где формирование полей концентраций обусловлено влиянием ольшого количества факторов.
При неблагоприятных условиях вблизи зданий, в зонах циркуляции потока, роисходит накопление вредных вешеств.и загрязненный воздух через воздухо-аборные устройства или путем инфильтрации может поступать в помещения, нижая эффективность работы систем вентиляции ниже проектных величин.
В связи с отмеченным на стадии проектирования промышленных объектов ля обеспечения стандартов качества воздуха в помещениях и на промплощад-ах необходим всесторонний анализ вариантов проектных решений и прогноз кологической ситуации для разработки природоохранных мероприятий, одним х которых может рассматриватся рациональная организация выбросов в тмосферу.
Вследствие обобщенного характера существующих нормативных докумен-ов при проектировании предприятий не представляется возможным выпол-[ить детальный анализ пространственного распределения вредных веществ близи зданий при действии "низких" источников, необходимый для решения іазовьіх вопросов промышленной вентиляции и надежного прогноза уровня агрязнения воздуха в местах расположения воздухозаборов.
В решении отмеченной проблемы представляется актуальным разработк оперативного метода, позволяющего без существенных капитальных затра получить информацию для оценки эффективности проектных решений, выбор рационального варианта организации выбросов и решения вопросов энергс сбережения.
Цель и задачи исследований. Проведение теоретических и эксперн ментальных исследований, направленных на совершенствование расчета и прс ектирования промышленной вентиляции, на базе метода физико-математа ческого моделирования (ФММ). Для достижения поставленной цели решалс комплекс взаимосвязанных задач, основными из которых являются:
разработка методологии физического моделирования рассеивания «низ ких» и вентиляционных выбросов в аэродинамической трубе (AT);
разработка общих принципов комплексного подхода для обеспечения кг чества воздушной среды в помещениях и на промышленных площадках, осно ванных на оптимизации процессов тешю-массообмена в пределах едино: динамической системы (ЕДС), объединяющей воздушную среду зданий : окружающую их атмосферу;
изучение особенностей формирования ЕДС отдельных зданий и их групп;
изучение закономерностей рассеивания вентиляционных и других «низ ких» выбросов в пределах ЕДС, позволяющих на стадии проектирования выб рать рациональный способ их организации;
- совершенствование принципов расчета воздушного режима и уровня заг
рязнения ЕДС на базе решения дифференциальных уравнений гидротермоди
намики и диффузии. j>
- разработка математической модели для расчета полей скорости, давлена
и концентраций различных ингредиентов в пределах ЕДС отдельных зданий і
их групп.
Методы исследования включали: анализ теоретических основ модели рования, физическое и математическое моделирование, применение методої
математической статистики и корреляционного анализа, конечно-разностное интегрирование уравнений гидротермодинамики и конвективно-диффузного переноса с использованием метода расщепления по физическим процессам, сопоставление полученных результатов с известными в литературе аналогами лабораторного, натурного и численного эксперимента. Научная новизна работы.
обобщен зарубежный опыт физического моделирования атмосферных потоков в AT и процессов рассеивания примесей вблизи зданий;
разработана конструкция, выполнен расчет и наладка AT,
Получены критерии, обеспечивающие точное подобие процессов рассеивания примесей в турбулентных потоках;
экспериментально обоснованы требования приближенного моделирования процессов рассеивания газообразных выбросов;
разработан комплекс методик моделирования характеристик атмосферного потока в AT ( способов турбулизации потока, измерения с применением ЭВМ спектральных характеристик и обработки информации);
изучена структура зон ветровой тени для типовых промышленных зданий и характер их загрязнения выбросами «низких» источников;
\- разработана математическая модель, основанная на решении дифференциальных уравнений гидротермодин&мики и диффузии, которая позволяет I получить поля скорости, давления и концентраций в пределах зон деформированного зданиями потока.
Практическая значимость работы заключается в разработке методологии комплексного подхода на базе ФММ для решения экологических задач в строительстве и повышения эффективности проектных решений в области промышленной вентиляции и охраны атмосферы. Разработанный подход может рассматриваться как основа для создания новых проектных технологий. Реализация метода ФММ позволяет на стадии проектирования без существенных капитальных затрат решить следующие вопросы:
выбрать планировку промышленной или жилой застройки, обеспечив; ющую оптимальный ветровой режим;
разработать рациональный способ организации вентиляционных выбрс сов, т.е. выбрать оптимальные параметры источников (высоту, локализации скорость эмиссии), размещение воздухозаборных устройств систем венпш ции и контролирующей аппаратуры);
скорректировать предельно допустимые выбросы (ПДВ) источников, опр< делить необходимые размеры санитарно-защитных зон и уровень загрязнені: прилегающих территорий;
проанализировать характер рассеивания выбросов от источников, і которые не распространяются ОНД-86.
На основе предложенного подхода разработаны:
методика прогноза качества воздушной среды для промышленных пре; приятии, которая позволяет обеспечить соблюдение стандартов качества возд; ха в производственных зданиях и на промплощадках;
принципы оптимизации работы систем вентиляции на базе обобщенвді подхода в описании процессов тепло-массообмена в пределах ЕДС.
Реализация результатов работы. Разработанный подход использовался:
1. Для выбора оптимального варианта организации вентиляционных выбр<
сов, корректировки значений ПДВ и прогноза качества воздушной среды щ
проектировании и реконструкции предприятий, которые осуществлялись вед;
щими проектными организациями:
алюминиевые заводы -(ВАМИ);
фосфорные заводы - (НИИГИПРОХИМ);
целлюлозно-бумажные комбинаты- (НИИГИПРОБУМ);
-
Для изучения рассеивания выбросов от источников, на которые не распрос раняегся нормативный документ ОНД-86 - (Промстройпроект, АЭРОПРОЕЮ
-
Для выбора мест размещения станций контроля в пределах жилой застрой]
- ( ГГО им. Воейкова).
-
Для определения размеров, конфигурации и организации еанитарно-зашитных зон - (ЛенНИИГрадостроительства).
-
Результаты изучения характера загрязнения зон ветроіюй тени использованы при составлении нормативного документа ОН Д-86.
Диссертационная работа выполнялась в рамках хоздоговорных работ с проектными организациями г.С-Петербурга, а также согласно программам «Архитектура и строительство», «Энергосбережение» и др. На защиту выносятся:
методология и применение метода физико-математического моделирования для повышения эффективности проектных решений, разработки мероприятий, направленных на улучшение качества воздушной среды в производственных помещениях и на территориях промплощадок, и оценки уровня загрязнения атмосферы от источников, на которые не распространяются нормы (ОНД-86);
комплекс методик моделирования характеристик атмосферного потока в AT;
методика прогноза качества воздушной среды и корректировки величин ПДВ промышленных предприятий;
- математическая модель, основанная на решении уравнений гидротермодинамики и диффузии, для прогноза воздушного режима и характера загрязнения зон ветровой тени зданий и их групп;
- принципы оптимизации работы систем вентиляции за счет рационального
размещения воздухозаборных устройств, прогноза изменения концентраций в
приточном воздухе и корректного учета объемов инфильтрации
Личный вклад соискателя при написании диссертационной работы заключался IV
разработке и создании экспериментальной базы исследований (AT, комплекса методик моделирования основных характеристик пограничного слоя атмосферы, их измерения с применением ЭВМ и обработки результатов),
экспериментальном обосновании отдельных положений методики моделирования процессов рассеивания газообразных примесей в AT,
разработке методики прогноза качества воздушной среды для промышленных предприятий;
разработке математической модели па основе решения уравнений гидротермодинамики и диффузии для оценки характеристик ветрового режима г прогноза загрязнения зон деформированного зданиями потока;
разработке принципов оптимизации работы систем вентиляции;
внедрении и публикации результатов исследований.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научных конференциях СПб ГАСУ (ЛИСИ) 1981-2000гг.; на If всесоюзных конференциях и 13 международных конференциях (Венгрия 1994 Финляндия 1994 и 2000, Норвегия 1995, Япония 1996, США 1994 и 1997, С. Петербург 1996-99, Шотландия 1999 и др.). По материалам диссертациі опубликовано 56 работ общим объемом 31 печатный лист, из которых долз личного объема составляет 23 печатных листа.
Объем и структура работы. Диссертация включает введение, пять глаї основного текста с изложением полученных результатов, заключение, списої литературы из 197 наименований и 3 приложения. Общий объем- ЗУ. страниц, включая 79 рисунков и 15 таблиц.
