1
Szakértői vélemény
A tervezett győri új multifunkcionális sportcsarnok (Magvassy Mihály Sportcsarnok, 9027 Győr, Kiskút liget) létesítendő új légszennyező anyag kibocsátó pontforrásaiból (kazánkéményekből) származó légszennyező anyagok terjedésének számítógépes modellezése, a pontforrások levegőtisztaság-védelmi hatásterületének meghatározása
Megrendelő: Rezonátor Bt. 6500 Baja, Szivárvány u. 70.
Készítette:
Béres András Ph.D. levegőtisztaság-védelmi szakértő, c. főiskolai tanár Szakértői engedély száma: SZKV-1.2. 13-12471
Budapest, 2013. június 2.
2 A légköri terjedést leíró matematikai modell Folytonos pontforrás gázállapotú szennyezőanyag és 10 μm-nél kisebb átmérőjű szilárd részecske kibocsátása következtében a rövid idejű (1 óra) átlagolási időtartamra vonatkozó koncentrációt (CG1) a felszínközeli receptorpontban, ha kis terjedési távolságok esetén eltekintünk a gázállapotú szennyezőanyag kimosódásától, száraz ülepedésétől, valamint kémiai átalakulásától, a következőképen határozzuk meg:
C G1
Eg H um σy, σ z
⎡ 1 ⎛H EG ≅ ⋅ Exp ⎢− ⋅ ⎜⎜ π ⋅σ y ⋅σ z ⋅ um ⎢⎣ 2 ⎝ σ z
⎞ ⎟⎟ ⎠
2
⎤ ⎥ ⎥⎦
⎡ μg ⎤ ⎢⎣ m 3 ⎥⎦
folytonosan működő pontforrás rövid átlagolási időtartamra vonatkozó gázállapotú szennyezőanyag emissziója [mg/s]; a pontforrás effektív kéménymagassága [m]; folytonos vonalforrás füstfáklyájára jellemző szélsebesség rövid időtartam alatti középértéke [m/s]; folytonos pontforrás esetén a füstfáklya szélre merőleges vízszintes, illetve függőleges turbulens szóródási együtthatója (MSZ 21457/4) [m]; σy=axb; σz=cxd; a=0,08(6p-0,33+1-ln(H/z0)); b=0,367(2,5-p); c=0,38p1/3(8,7-ln(H/z0)); d=1,55exp(-2,35p) x - a forrástól való távolság a szélirányban (m); p - a szélprofil egyenlet kitevője (szélexponens); Z0 - az érdességi paraméter (a forrás környezetében, szélirányfüggő).
Folytonos pontforrás gázállapotú szennyezőanyag kibocsátása következtében a receptorpontban kialakuló hosszú átlagolási idejű (pl. napi vagy évi) koncentrációt ( C ) a receptorpontra számított rövid átlagolási idejű részeredmények középértékéből számítjuk a következők szerint: ⎡ μg ⎤ C = ∑∑ f θ (u , S )C ( x, u , S ) ⋅ ⎢ 3 ⎥ ⎣m ⎦ u s fθ ( u , S ) C ( x, u , S )
a vizsgált időszakban a θ szélirány, az u szélsebesség és az S légköri stabilitás-indikátor együttes előfordulásának relatív gyakorisága; a receptorpontra számított rövid átlagolási idejű (1 óra) átlagolási időtartamra vonatkozó koncentráció [μg/m3].
Meg kell jegyezni, hogy ezen formula szerinti számításhoz a vizsgált légszennyező források közvetlen környezetére jellemzően nem állnak rendelkezésre megfelelő hosszúidejű meteorológiai adatok. A lokális hosszúidejű meteorológiai adatok hiányában a vonatkozó szabványban és a szakirodalomban közöltek alapján az átszámítás a következő közelítő formulával lehetséges:
3
⎡t ⎤ Hiba! A könyvjelző nem létezik. C2 = C1 ⋅ ⎢ 1 ⎥ ⎣ t2 ⎦
ahol:
0,3
[μg/m3]
C2 az éves időtartamra vonatkozó koncentráció [μg/m3]; C1 az 1 órás időtartamra vonatkozó koncentráció [μg/m3]; t1 1 óra t2 8760 óra
az értékeket behelyettesítve:
C 2 = 0,066 ⋅ C1
[μg/m3]
Ugyanez az érték 24 órás időtartamra vonatkoztatva:
C2 = 0,385 ⋅ C1
[μg/m3]
Effektív kéménymagasság és az emelkedő füstfáklyára jellemző szélsebesség A két jellemző meghatározásával az MSZ 21459/5-85 sz. szabvány foglalkozik. Ha a kibocsátott véggáz és a környezeti levegő közötti hőmérsékletkülönbség 50 ºC-nál nagyobb, akkor a pontforrás járulékos kéménymagasságát a következő összefüggéssel határozzuk meg:
Δh =
k u
⋅ (1,5 ⋅ v ⋅ d + 0,0096 ⋅ Qh )
[m]
ahol: Qh – a kibocsátás hőárama [kW]; u – az emelkedő füstfáklyára jellemző szélsebesség [m/s]. Az effektív kéménymagasság a következő képlettel számítható:
H = h + Δh
[m]
ahol: h – a tényleges kéménymagasság [m]. Ha a v < 1,5 × u(h), akkor a leáramlás figyelembe vételével korrigált tényleges kéménymagasság a következő: ⎡ v ⎤ hk = h + 2 ⋅ ⎢ − 1,5⎥ ⋅ d ⎣ u (h ) ⎦ ahol
[m]
u(h) – szélsebesség a tényleges kéménymagasságban [m/s]; v – a szennyezett levegő kiáramlási sebessége a kilépésnél [m/s]; d – a kürtőtorok átmérője [m].
A hőkibocsátás számítására a következő egyszerűsített összefüggés használható:
4
Qh = 271 ⋅ ahol
T s − Th ⋅d2 ⋅v Ts
[kW ]
Ts – a kiáramló gáz hőmérséklete [K]; Th – a környező levegő hőmérséklete [K]; v – a szennyezett levegő kiáramlási sebessége a kilépésnél [m/s]; d – a kürtőtorok átmérője [m].
A tényleges kéménymagasság és a kibocsátás effektív magassága közötti tartományra jellemző átlagos szélsebességet az
⎛h⎞ u (h ) = u 0 ⋅ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ h0 ⎠
p
⎡m⎤ ⎢⎣ s ⎥⎦
ahol: h – a talajfelszíntől mért függőleges távolság [m]; h0 – a szélmérőhely magassága [m]; u0 – szélsebesség a szélmérőhely magasságban [m/s]. szélprofilegyenlet alapján az
u0 H p +1 − h p +1 u= ⋅ H −h ( p + 1) ⋅ h0p
⎡m⎤ ⎢⎣ s ⎥⎦
ahol: H – az effektív kéménymagasság [m]; h – a tényleges kéménymagasság [m]. egyenlet írja le. Pontforrások esetében az effektív kéménymagasság meghatározására az ismertetett egyenletrendszernek nincs explicit megoldása, a számítás elvégzésére iterációt kell alkalmazni. Az iterációt gépi számítással a következő módon célszerű elvégezni: 1. lépés: kiinduló értékként u legyen egyenlő u0-val; 2. lépés: az u pillanatnyi értékével kiszámítjuk a kibocsátás effektív magasságának értékét; 3. lépés: H számított értékével meghatározzuk u új értékét; 4. lépés: u új és előző értékét összehasonlítjuk. Ha az eltérés 1 %-os hibahatáron belül van, akkor vége a számításnak, ellenkező esetben vissza kell térni a 2. lépéshez. A megengedett relatív hibának 1 %-ot feltételezve, az iteráció általában 3-4 ciklus után befejeződik. A szennyező hatás meghatározásához szükséges tényezők (pl. transzmissziós paraméterek) számítása a „Légszennyező anyagok terjedésének meteorológiai jellemzői.” c. MSZ 21457–16:2002 sz. szabványsorozat alapján történhet. Mivel ez utóbbi alkalmazásához – a terjedési tényezők meghatározásához – szükséges reprezentatív magaslégköri meteorológiai mérési adatok nem állnak rendelkezésre ill. a terjedési folyamatok esetünkben a kis forrásmagasság miatt a légköri határréteg alsó zónájában mennek végbe, a transzmissziós paraméterek
5 meghatározását a korábban érvényben lévő MSZ 21457–1-4:1979-1980 számú, „Légszennyező anyagok transzmissziós paraméterei.” című szabványsorozat alapján végeztük el. A kibocsátó források jellemző adatai, a modell kiinduló paramétereinek meghatározása A tervezett győri új multifunkcionális sportcsarnok a Magvassy Mihály Sportcsarnok mellett, az ETO-stadion felőli oldalon épül fel úgy, hogy a két aréna összeköttetésben áll majd egymással. A tervezett létesítmény üzemeléséhez köthetően 2 új légszennyező anyag kibocsátó pontforrás kerül kialakításra, a hőenergia szolgáltató gázkazánok kéményei. A régi csarnoknál lévő kazánházban elhelyezésre kerülő kazánok legfontosabb kibocsátási jellemzői a következők. 2 db Buderus GE 315 gázkazán (jelenleg is meglévő gázkazánok): • a kazánok hőteljesítménye 247,9 kW/db; • a kazánok együttes legnagyobb gázfogyasztása 52,5 Nm3/h; • a kazánokból kibocsátott füstgáz becsült térfogatárama teljes terhelés mellett kazánonként 300 m3/h; • a távozó füstgáz hőmérséklete teljes terhelés mellett 190 °C; • a legnagyobb kibocsátások a tervezői adatszolgáltatás alapján NOx esetén 80 mg/kWh, CO esetén 40 mg/kWh; • a fentiek alapján a két kazán együttes számított légszennyező anyag kibocsátása NOx esetén 0,04 kg/h, CO esetén 0,02 kg/h; • a két kazánhoz egy közös kémény tartozik, amely tervezett magassága 14 m, a kibocsátási átmérő 0,4 m; • ezek alapján a füstgáz számított kilépési sebessége a kéménytoroknál 1,33 m/s. 2 db Buderus Logano plus SB615 gázkazán (új kazánok): • a kazánok hőteljesítménye 599,8 kW/db; • a kazánok együttes legnagyobb gázfogyasztása 127,02 Nm3/h; • a kazánokból kibocsátott füstgáz becsült térfogatárama teljes terhelés mellett kazánonként 700 m3/h; • a távozó füstgáz hőmérséklete teljes terhelés mellett 71 °C; • a legnagyobb kibocsátások a tervezői adatszolgáltatás alapján NOx esetén 80 mg/m3, CO esetén 60 mg/ m3; • a fentiek alapján a két kazán együttes számított légszennyező anyag kibocsátása NOx esetén 0,112 kg/h, CO esetén 0,084 kg/h; • a két kazánhoz egy közös kémény tartozik, amely tervezett magassága 14 m, a kibocsátási átmérő 0,4 m; • ezek alapján a füstgáz számított kilépési sebessége a kéménytoroknál 3,1 m/s. A vizsgált területen a talajszinten (2 m magasságban) mért szélgyakoriság értékek ismeretében a súlyozott átlagos szélsebesség 2,9 m/s. A terjedés vizsgálatánál a légszennyező forrás környezetében leggyakoribb meteorológiai viszonyokat vettük figyelembe, ennek megfelelően a légköri stabilitást semleges (D ill. S6) stabilitási kategóriával jellemeztük. A szélsebesség-profilegyenlet exponense erre a stabilitási kategóriára vonatkozóan p=0,282; a légköri stabilitástól függő korrekciós tényező pedig k=1,05.
6 A pontforrások járulékos kéménymagasságát a bevezetésben bemutatott iterációs számítási eljárás alapján határoztuk meg. A környezeti levegő átlagos hőmérsékletét Tk = 283 K-re, a talajfelszínre jellemző z0 érdességi paramétert az adott viszonyoknak megfelelően (közepesen tagolt, növényzettel ill. létesítményekkel borított terület) z0=0,2 m értékre vettük fel. Az ismertetett adatok alapján a pontforrásnál a terjedésvizsgálat szempontjából meghatározó, számított adatokat az 1. táblázatban mutatjuk be. 1. táblázat A pontforrásoknál a terjedésvizsgálat szempontjából meghatározó, számított adatok Pontforrások 2 db Buderus GE 315 gázkazán közös kéménye 2 db Buderus Logano plus SB615 gázkazán közös kéménye
Effektív kéménymagasság [m] 16,68
A füstfáklyára jellemző átlagos szélsebesség [m/s] 5,27
17,06
5,31
A levegőterheltségi szint egészségügyi határértékei ill. tervezési irányértéke A vizsgált területre vonatkozó, egy órás egészségügyi határérték a nitrogén-dioxid esetén 100 μg/m3, a szénmonoxid esetén pedig 10000 μg/m3. Az éves egészségügyi határérték a nitrogén-dioxid esetén 40 μg/m3, a szén-monoxid esetén 3000 μg/m3. A nitrogén-dioxid koncentráció meghatározásakor – mivel a pontforrások esetén csak a nitrogén-oxidokra vonatkozó tervezett kibocsátási adatok állnak rendelkezésre, de nitrogén-oxidokra jelenleg nem került meghatározásra egészségügyi határérték – a következő megfontolást vettük figyelembe. A nitrogén-oxidok és nitrogén-dioxid párhuzamos levegőterheltségi szint mérése alapján a nitrogén-oxidok koncentráció értéke hosszú időtartamot figyelembe véve átlagosan a nitrogén-dioxid koncentráció 1,7-szeresének felel meg. Ennek megfelelően a nitrogéndioxid koncentráció értékének meghatározásakor ezt az arányt vettük figyelembe. Alap levegőterheltség A 306/2010. (XII. 23.) Korm. rendelet előírja, hogy új légszennyező források létesítése esetén a levegőterheltség alapállapotát meg kell határozni. A fenti jogszabály 9. § (1) bekezdése szerint a Magyar Köztársaság területén a levegőterheltségi szintet és a légszennyezettségi határértékek betartását az Országos Légszennyezettségi Mérőhálózat (a továbbiakban: OLM) vizsgálja. Az érintett terület környezetében az Országos Légszennyezettségi Mérőhálózat két mérőállomása található: a Szigethy Attila út és Ifjúság körút kereszteződésében (lakóövezeti környezetben), valamint a Szent István úton (közlekedéssel terhelt környezetben). Az egyes mérőállomásokon a jelenleg rendelkezésre álló feldolgozott éves mérési adatok alapján 2011. évben a légszennyezettségi index alakulását ill. az egyes mért légszennyező anyagok esetén az éves átlagkoncentráció nagysága a következő.
7 Az egyes mért légszennyező anyagok esetén az éves átlagkoncentráció nagysága 2011-ben a vizsgált környezetben Mérőállomá s neve Győr, Ifjúság krt. Győr, Szent István út
Az éves átlagkoncentráció nagysága a 24 órás átlagok alapján [μg/m3] (a határérték túllépés gyakorisága, %) NO2 NOx PM10 Benzol CO O3 SO2 10,8 26,7 42,1 34 1,0 709 68,4 (0 %) (0 %) (16,67 %) (0 %) (0 %) (3 %) 8,7 24,4 43 32 610 49,9 (0 %) (0 %) (12,98 %) (0 %) (0,3 %)
A fent leírtak alapján a vizsgált területen feltételezett levegőterheltségi szintet a közeli mérőállomások 2011. évi mérési eredményei közül a magasabb értékkel, az Ifjúság körúton mért értékekkel jellemeztük. Ennek megfelelően az alap levegőterheltség nagysága a szénmonoxid esetén 709 μg/m3, a nitrogén-dioxid esetén pedig 26,7 μg/m3. A két vizsgált pontforrás (a kazánok kéményei) kibocsátásait, mivel ezek egymás közvetlen közelében helyezkednek el, együttesen kezeltük, és az általuk okozott immissziós értékeket az egyedi terjedési jellemzők figyelembevételével együttesen határoztuk meg. Vizsgálati eredmények Helyhez kötött pontforrás hatásterülete a vizsgált pontforrás körül lehatárolható azon legnagyobb terület, ahol a pontforrás által maximális kapacitáskihasználás mellett kibocsátott légszennyező anyag terjedése következtében a vonatkoztatási időtartamra számított, a légszennyező pontforrás környezetében fellépő leggyakoribb meteorológiai viszonyok mellett, a füstfáklya tengelye alatt várható talajközeli levegőterheltség-változás: a) az egyórás (PM10 esetében 24 órás) légszennyezettségi határérték 10%-ánál nagyobb, vagy b) a terhelhetőség 20%-ánál nagyobb (terhelhetőség: a légszennyezettségi határérték és az alap levegőterheltség különbsége). A levegővédelmi követelmények teljesülését a légszennyező forrás hatásterületén biztosítani kell. Helyhez kötött légszennyező forrás létesítésekor annak várható levegőterhelése – az alap levegőterheltség figyelembe vételével – nem eredményezheti sem a rövid idejű sem a hosszú idejű egészségügyi határértékek túllépését. A vizsgált területen a korábban leírtaknak megfelelően a nitrogén-dioxid esetén a feltételezett alap levegőterheltség mértéke 26,7 μg/m3, a szén-monoxid esetén 709 μg/m3. Nitrogéndioxidra vonatkozó egy órás légszennyezettségi határérték 100 μg/m3 (ennek 10 %-a 10 μg/m3), a terhelhetőség 73,3 μg/m3 (ennek a 20 %-a 14,66 μg/m3). Ugyanezek az adatok a szén-monoxid esetén: az alap levegőterheltség 709 μg/m3, egy órás légszennyezettségi határérték 10000 μg/m3 (ennek 10 %-a 1000 μg/m3), a terhelhetőség 9291 μg/m3 (ennek a 20 %-a 1858,2 μg/m3). Az elvégzett vizsgálatok eredményeit az 1-2. ábra szemlélteti. Az ábrákon a vizsgált légszennyező anyagok esetén a rövid idejű (1 óra) átlagolási időtartamra vonatkozó talajközeli koncentráció látható a vizsgált pontforrásoktól (a tervezett két kazánkéménytől) szélirányban távolodva.
8 Koncentráció μg/m3
8
6
4
2
0
10
20
30
40
50 Távolság szélirányban, m
1. ábra A nitrogén-dioxid rövid idejű (1 óra) átlagolási időtartamra vonatkozó talajközeli koncentrációja a vizsgált pontforrásoktól (a tervezett két kazánkéménytől) szélirányban távolodva
Koncentráció μg/m3 10
8
6
4
2
0
10
20
30
40
50 Távolság szélirányban, m
2. ábra A szén-monoxid rövid idejű (1 óra) átlagolási időtartamra vonatkozó talajközeli koncentrációja a vizsgált pontforrásoktól (a tervezett két kazánkéménytől) szélirányban távolodva
9 A hatásterület meghatározásához nyújt segítséget az 1. táblázat. Ebben feltüntetésre kerültek a korábban megfogalmazott a és b pontok alapján meghatározott távolságok. 1. táblázat A hatásterület meghatározása az egyes szempontok alapján Légszennyező anyag
Nitrogéndioxid Szén-monoxid
Kialakuló maximális A maximális koncentráció koncentráció [μg/m3] az alap kialakulási levegőterheltség nélkül (aránya helyének távolsága a figyelembe vett légsz. a pontforrástól [m] határértékhez viszonyítva* [%])
9,4 (36,1 %)
20
11 (7,2 %)
20
a. [m]
b. [m]
a maximális koncentráció nem éri el a légszennyezettségi határérték 10 %-át a maximális koncentráció nem éri el a légszennyezettségi határérték 10 %-át
a maximális koncentráció nem éri el a terhelhetőség 20 %-át a maximális koncentráció nem éri el a terhelhetőség 20 %-át
Jelmagyarázat: Az a távolság, ahol a meghatározott koncentráció a) az egy órás légszennyezettségi határérték 10 %-ánál nagyobb; b) a terhelhetőség 20 %-ánál nagyobb (terhelhetőség: a légszennyezettségi határérték és az alap levegőterheltség különbsége); * az alap levegőterheltséget is figyelembe véve;
A bemutatott vizsgálati eredmények alapján megállapítható, hogy a vizsgált pontforrások (a tervezett két kazánkémény) hatásterülete a vonatkozó jogszabályi előírások alapján a vizsgált légszennyező anyagok esetén nem határozható meg, mert a vizsgált pontforrások kibocsátása miatt kialakuló megadott átlagolási időtartamra vonatkozó maximális talajközeli légszennyező anyag koncentráció egyik vizsgált légszennyező anyag esetén sem éri el a figyelembe vett egészségügyi határérték 10 %-át ill. a terhelhetőség 20 %-át. A fentiek alapján célszerű a hatásterület nagyságát a kialakuló megadott átlagolási időtartamra vonatkozó maximális talajközeli koncentráció figyelembe vételével meghatározni. Ennek megfelelően a vizsgált pontforrások (a tervezett két kazánkémény) hatásterülete a pontforrások köré írható 20 m sugarú körön belül van. A hatásterület elhelyezkedését az 1. mellékletben mutatjuk be. Mindenképp hangsúlyozni szeretnénk, hogy a vizsgálati eredmények alapján feltételezhetően a nitrogén-dioxid és a szén-monoxid esetén a vizsgált tervezett pontforrások környezetében kialakuló rövid idejű (1 órás) maximális légszennyező anyag koncentráció – az alap levegőterheltség figyelembe vételével – messze elmarad a vonatkozó légszennyezettségi határértékektől. A kialakuló összes legnagyobb koncentráció (az alap levegőterheltség figyelembe vételével) a tervezett pontforrások környezetében a nitrogén-dioxid esetén a vonatkozó légszennyezettségi határérték 36,1 %-a, a szénmonoxid esetén pedig 7,2 %-a. A bevezetésben bemutatott számítási módszerek és az elvégzett vizsgálatok eredményei alapján az is megállapítható, hogy a hosszú átlagolási idejű (évi) maximális légszennyező anyag koncentráció és a területre jellemző alap levegőterheltség együttes értéke a nitrogéndioxid esetén 27,3 μg/m3, az éves légszennyezettségi határérték 68,25 %-a; a szén-monoxid esetén pedig 709,7 μg/m3, az éves légszennyezettségi határérték 23,7 %-a, azaz szintén messze elmarad a vonatkozó légszennyezettségi határértékektől.
A tervezett pontforrások
A levegővédelmi hatásterület határa (R=20 m)
1. melléklet A meghatározott levegővédelmi hatásterület bemutatása
