10. A KÖZÚTI FORGALOM KÖVETKEZTÉBEN KIALAKULÓ LEVEGŐSZENNYEZÉS

Átírás

1 10. A KÖZÚTI FORGALOM KÖVETKEZTÉBEN KIALAKULÓ LEVEGŐSZENNYEZÉS A levegőszennyezést befolyásoló tényezők áttekintése A gépjárművek közepes és nagy forgalom esetén csaknem folyamatos oszloppá állnak össze, és az utak környezetét mint vonalszerű szennyező források kipufogógázzal terhelik. Ezeknek a vonali forrásoknak a károsanyag-kibocsátását a forgalmi körülmények és a gépjárműforgalom műszaki emissziós jellemzői határozzák meg. A forgalmi körülmények közül a kipufogógázok mennyiségét elsősorban az alábbiak befolyásolják: - a forgalom nagysága; - a forgalom összetétele (a személygépkocsik a tehergépkocsik, ezen belül is a nehéz tehergépkocsik aránya); - a forgalom akadályoztatottsága (a haladási sebesség nagysága és szórása); - az útvonal geometriai kialakítása. A járművek műszaki-emissziós jellemzői a következő tényezőktől függnek: - a járművek motorjainak működési módja (benzin- vagy dízelüzem, 2 vagy 4 ütem, közvetlen befecskendezésű vagy örvénykamrás égési mód, stb); - a járművek műszaki berendezésekkel való felszereltsége (katalizátor, kipufogógáz visszavezetés, utánégető, stb.); - a járművek terhelése (elsősorban a nehézjárműveké); - az alkalmazott hajtóanyag minősége (oktánszám, cetánszám, ólomtartalom). A kibocsátott kipufogógázok előbbiek által meghatározott mennyisége az emisszió. Az utak környezetében ez felhígul, szétterjed: e folyamat végén keletkezik a tulajdonképpeni légszennyezés (imisszió), amelynek mértékét elsősorban befolyásolják: - az átlagos szélsebesség és szélirány; - a légállapot stabilitása; - az útpálya magassága; - az út környezete (beépítettség, erdősáv, zajvédő fal, stb.); - az út tengelyétől mért távolság; - az egyes légszennyező anyagok átalakulása. Az imisszió tehát számos tényezőtől függ, amelyek önmagukban és rövid időtartamon belül is széles határok között ingadoznak. A tervezési munka során ezért mindig a mértékadó vagy az átlagos jellemzőket kiválasztva kell az esetlegesen káros, mértékadó, ill. az átlagos légszennyezési szintet meghatározni az utak környezetében. A következőkben összefoglalt magyar ill. német számítási eljárás számos egyszerűsítést, így pontatlanságot tartalmaz. Igazán pontos helyzetértékelés csak imissziós mérések alapján történhet. 81

2 A várható légszennyezés számítása Az emisszió számítható értéke A kibocsátott anyagok meghatározásához a járműfolyam, mint vonalszerű szennyezőforrás emissziója használandó. A következő táblázatokból a 10.1 személygépkocsi, a 10.2 pedig tehergépkocsi fajlagos emisszió-értékeit tartalmazza a sebességük függvényében. Sebesség (üzemmód) km/h Szénmonoxid g/km Szénhidrogén FID g/km Nitrogénoxid NO 2 g/km Ólom g/km 10 21,8 2,58 1, , ,1 1,64 1, ,2 30 8,4 1,24 1,13 0 8,4 40 6,3 1,03 1,20 0 7,4 50 4,9 0,89 1,28 0 6,6 60 4,3 0,70 1,38 0 6,1 70 3,7 0,56 1,51 0 6,0 80 3,7 0,53 1,63 0 6,3 90 3,8 0,53 1,74 0 6, ,9 0,55 1,90 0 7, ,0 0,57 20,8 0 8, ,1 0,59 2,32 0 9, táblázat: Személygépkocsik fajlagos emissziója (2000. év) Fogyasztás l/100 km Sebesség (üzemmód) km/h Szénmonoxid g/km Szénhidrogén FID g/km Nitrogénoxid NO 2 g/km Fogyasztás l/100 km 10 19,2 1,73 12,4 41, ,4 0,90 10,15 32, ,3 0,43 9,17 28,7 40 9,6 0,28 8,84 26,3 50 8,1 0,21 8,84 25,5 60 6,8 0,17 9,30 25,3 70 6,1 0,15 10,15 26,0 80 6,6 0,16 11,5 28,7 90 7,8 0,17 13,1 32, ,3 0,19 14,8 36, táblázat: Nehéz tehergépkocsi, járműszelvény fajlagos emissziója (2000. év, közepes terhelés) 82

3 A táblázatok és a forgalom adatai alapján a vizsgált útszakaszon a károsanyagok kibocsátása a következő módon számítható: E i 2 j= 1 n ij = 3,6 10 ahol: E i a vizsgált útszakaszon áthaladó gépjárműfolyam teljes károsanyag kibocsátása az i - edik kipufogógáz komponensből (g/s m vagy mg/s m). A kibocsátást 1 s-ra és 1 m-re vonatkozóan adja meg az összefüggés. e ij a j -edik járműfajta kibocsátása az i -edik kipufogógáz-fajtából a táblázatok alapján, a járműfolyam tényleges sebességénél (g/km). n j a járműfolyam járműszáma személygépkocsiban, tehergépkocsiban és autóbuszban (j = 1, 2, 3). j e 6 Mivel az emissziós mérési eredmények csak az említett két típusra állnak rendelkezésre, a többi eltérő járműfajta az alábbi, 10.3 táblázat emissziós egyenérték-tényezőivel személygépkocsira számítjuk át. Járműfajta Egyenértéktényező 1 db személygépkocsi 1,0 db egységjármű 1 db benzinüzemű kistehergépkocsi 1,4 db egységjármű 1 db dieselüzemű kistehergépkocsi 0,15 db egységjármű 1 db dieselüzemű tehergépkocsi 0,25 db egységjármű 1 db dieselüzemű autóbusz 0,25 db egységjármű 1 db dieselüzemű csuklós autóbusz 0,30 db egységjármű 1 db dieselüzemű nyergesvontató 0,30 db egységjármű 1 db motorkerékpár 0,40 db egységjármű 10.3 táblázat: Emissziós egységjárműre történő átszámítás tényezői A légszennyezés terjedési egyenlete Folytonos vonalforrás gázállapotú szennyezőanyag kibocsátása következtében rövid idejű átlagolási időtartamra (1 óra) vonatkozóan a koncentráció számítása, felszín-közeli receptorpontban az alábbi képlettel történhet (figyelmen kívül hagyva az ülepedés és az átalakulás hatását): 2 E Ci =, π sinα u σ zv ahol: C i az imissziós koncentráció [mg/m 3 ]; E i az emisszió értéke [mg/s m]; u a szélsebesség [m/s]; σ zv folytonos vonalforrás esetén a függőleges turbulens szóródási együttható [m]; α a szélirány és az út által bezárt szög [fok] 83

4 A folytonos vonalforrás esetén fellépő függőleges turbulens szóródási együttható (σ zv ) értékének számítása: σ zv = (σ zo 2 + σ z 2 ) 1/2 ahol: σ z folytonos pontforrás esetén a függőleges turbulens szóródási együttható [m] σ zo a függőleges irányú kezdeti szóródási együttható (ha a vonalforrás gépkocsi, akkor értéke: 1,5) [m] A folytonos pontforrás esetén fellépő függőleges turbulens szóródási együttható (σ z ) értéke az alábbi egyenletből határozható meg: σ z = 0,38 p 1,3 (8,7 ln(h/z 1,55 exp (-2,35p) o )) x ahol: H a kibocsátás effektív magassága, gépkocsi esetén: 0,3 [m] x a kibocsátó forrástól mért távolság [m] z o az érdességi paraméter, értékeit a 10.4 táblázat tartalmazza p a szélprofil egyenlet kitevője, értéke a Pasquill-féle stabilitás indikátortól függ (10.5 táblázat) A talajfelszín jellege z o [m] Sík, növényzettel borított terület 0,1 Erdő 0,3 Település 1,0 Város 1,2 2,0 Nagyváros 3, táblázat: Az érdességi paraméter (z o ) értékei Pasquill-féle stabilitás indikátor A B C D E F és F* p 0,079 0,143 0,196 0,270 0,363 0, táblázat: A szélprofil egyenlet kitevője (p) a Pasquill-féle stabilitás indikátor függvényében A Pasquill-féle stabilitás indikátor a 10.6 táblázat alapján választandó a szélsebesség és a besugárzás függvényében. Éjjeli Felszínközeli Nappali besugárzás vékony felhő szélsebesség (m/s) erős mérsékelt gyenge felhőréteg 3/8 < 1,9 A F* 2,0 2,9 E F B 3,0 4,9 C E 5,0 5,9 C D 6, táblázat: A Pasquill-féle stabilitás indikátor a szélsebesség és a besugárzás függvényében. 84

5 A táblázatban szereplő stabilitás indikátorra vonatkozó betűk jelentése: A erősen labilis B mérsékelten labilis C gyengén labilis D semleges E gyengén stabil F mérsékelten stabil F* Erősen stabil A besugárzást illetően az mérsékelt, ha az égbolt derült és a napmagasság 35º és 60º között van. Erős a besugárzás, ha a nap 60º fölött és gyenge, ha 35º alatt van. A felhőzet a besugárzást csökkenti. Közepes szintű, felszakadozott felhőzet az erős besugárzást mérsékelt erősségűre, alacsony szintű, felszakadozott felhőmennyiség gyenge mértékűre csökkenti. Borult égbolt esetén D semleges kategória alkalmazandó nappal is és éjszaka is. A fenti módon kiszámított koncentrációk a környezeti levegő előírásaiban rögzített értékekkel hasonlítandók össze (10.7 táblázat). 85

6

7 CO (mg/m 3 ) NO x O 3 HC (ppm) Egyéb fotokémiai oxidáló szerek Pb SO 2 Szemcsés anyagok EC 1 órás max: 40 8 órás max: 10 1 órás max: órás max: 120 éves max: 2,0 éves átlag: napi átlag: Japán* USA** Németország *** Magyarország **** átlag: 12 (10 ppm) max: 24 (20 ppm) 1 órás max. 40 (35 ppm) 8 órás max: 10 (9 ppm) átlag: (0,04-0,06 ppm) éves átlag: 100 (0,05 ppm) 30 (25 ppm) 200 (0,10 ppm) Kiemelt: 5 Védett I: 10 Védett II: 20 Kiemelt: 80 Védett I: 200 Védett II: 400 átlag: órás átlag: 235 minden övezetben órás átlag: 0,24 átlag: 0,06 ppm 1 órás átlag: 160 (0,08 ppm) Kiemelt és Védett I: 0,3 Védett II: 2,0 * 1 órás értékek, Ambient Air Quality Standards ** State and National Air Quality Standard *** ½ órás megengedett maximum, amelynél nagyobb csak 2%-ban fordul elő évente, Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft 1989 **** ½ órás maximum, MSz táblázat: A környezeti levegő előírt paraméterei átlag: 0,04 ppm max: 0,1 ppm éves átlag 80 (0,03 ppm) napi átl. 365 (0,14 ppm) átlag: 100 max: 200 éves átlag 75 napi átlag 260 0,4 mg/m 3 0,3 mg/m 3 Kiemelt: 150 Védett I: 500 Védett II: 1000 szálló por Kiemelt: 100 Védett I: 200 Védett II: 300 korom

8 Mintapélda vonalforrás szennyező hatásának számítására Egy pusztán személygépkocsikból álló forgalom nagysága 1 km hosszú útszakaszon 6000 szgk/h. A forgalom sebessége 100 km/h. A 10.1 táblázat szerint egy személygépkocsi mg szénmonoxidot emittál minden kilométeren. A gépkocsi kipufogójának magassága. 0,3 m, az út észak déli tájolású. A szélirány észak-nyugati, a szélsebesség 4 m/s. A besugárzás gyenge, a terület növényzettel borított. A feladat a 70 m-re lévő észlelési pontban a szénmonoxid koncentráció meghatározása. Az előzőek alapján az összes szénmonoxid emisszió: E CO Az észlelési pont szélmenti távolsága: = = 27, x = 70 = 98,995 m sin 45 mg s m A Pasquill-féle stabilitás indikátor esetünkben C (10.6 táblázat), ebből visszafejtve σ zv =31 m. A keresett koncentráció tehát 2 C = (27,5 / sin 45* 4*31) = 0,25 mg/m 3 π Ha most az észlelési pont szélmenti távolsága 5 m-re csökken, akkor σ zv értéke 2,248, a keresett koncentráció pedig 2 C = (27,5 / sin 45*4*2,248) = 3,45 mg/m 3 -re változik. π 87