Soma Miljøkonsult AS
Rådgivning og undervisning - energi, miljø og sikkerhet

Spredningsberegninger gjennomføres for å beregne hvordan røykgasser og andre luftbårene forurensninger sprer seg i omgivelsene til f.eks. en varmesentral, og benyttes som oftest for å dimensjonere skorsteiner (høyde og indre diameter) og/eller for å beregne eksponeringer av forurensinger.  I det etterfølgende kan du lese om:

Soma Miljøkonsult har lang erfaring fra gjennomføring av spredningsberegninger.  I denne sammenheng kan nevnes::

  • Biobrenselanlegg på Bogerud (Bioenergi AS)
  • Biobrenselanlegg Børstad, Hamar (Hamarregionen fjernvarme/BioVarme AS)
  • Biobrenselanlegg i Kongsvinger (BioVarme AS)
  • Avfallsforbrenningsanlegg Grødaland (Norsk Varme AS)
  • Fastbrenselanlegg Larvik fiber
  • Avfallsforbrenningsanlegg Fredrikstad/Bio-El
Spredning av røykgasser fra skorsteiner
 

Røykgasser fra skorsteiner vil normalt få en oppdrift eller overhøyde, som en kaller det på fagspråket.  Denne oppdriften skyldes to forhold:

  • Løft på grunn av at de varme gassene er lettere enn omkringliggende luft

  • Impuls/treghet på grunn av hastigheten røykgassen har når den slipper ut

Varme skorsteinsutslipp er vil prinsipielt spre seg som vist på figuren nedenfor.

Vi ser at vi har følgende faser:

  • Utslippsfase
  • Overgangsfase
  • Spredningsfase.
    •
 
Figur 1: Spredning av røykgasser fra skorstein
 

Overhøyden kan bli meget stor, og det er viktig at det blir tatt hensyn til den når en beregner skorsteinshøyder og/eller bakkekonsentrasjon-er av forurensninger.

Ved beregning av overhøyde, er det viktig å kritisk vurdere forutsetningene.  Det er mange eksempler på at en baserer seg på ukorrekte data.

Når vi beregner konsentra-sjonen av forurensninger for-årsaket av et utslipp fra en skorstein, tar vi utgangspunkt i effektiv skorsteinshøyde, som er summen av fysisk skorsteinshøyde og overhøyden.

  
Figur 2: Typisk spredningsmønster for utslipp av røykgasser fra skorstein            

Gå til starten på siden.

Beregning av røykgass-spredning og skorsteinshøyder

Det er ikke mulig å gi noen enkle regler for beregning av nødvendig skorsteinshøyde. For større kjeler vil vi anbefale at det tas kontakt med instanser som kan beregne skorsteinshøyden under hensyntagen til bl.a.:

  • Røykgassmengder

  • Røykgasstemperatur

  • Forurensninger i røykgassene

  • Nærliggende bygninger

  • Topografi.

Det er mulig å få gjennomført spredningsberegninger uten at dette koster mye.

 

Konsentrasjonen av forurensninger forår-saket av et utslipp vil øke med høyden over bakkenivå.  Vi ser her et eksempel på beregning av konsentrasjonen av forurens-ninger som funksjon av høyde over bakkenivå for fire forskjellige medvinds avstander fra en skorstein. Som vi ser av figuren, vil maksimal konsentrasjon avta etter som røykgassene beveger seg med luftmassene bort fra skorsteinen.  Vi ser at maksimal konsentrasjon opptrer i en medvinds avstand på 200 m ca. 160 mg/m3.  Når avstanden øker til 500 m, er maksimal konsentrasjon ca. 30 mg/m3.

Vi ser at maksimal konsentrasjon opptrer i en høyde på ca. 50 m over bakkenivå.  Dette er samme høyde som effektiv skorsteins-høyde.

 
Figur 3: Forurensningskonsentrasjon som funksjon av høyden     

Konsentrasjoner av forurensninger oppgis gjerne i  mg/m3. Med det mener vi milliondels gram pr kubikkmeter luft.  (mg = mikrogram = milliondels gram). 

Les mer om enheter.

Gå til starten på siden.

Fastsettelse av skorsteinshøyder

Høyden på en skorstein fastsettes på følgende måte:

  • Referansehøyde forutsatt flatt terreng og ingen nærliggende høye bygninger
  • Tillegg pga. nærliggende bygninger
  • Tillegg pga. omgivelsens terreng.

Flatt terreng vil altså kreve lavest skorsteinshøyde.  Nærliggende bygninger som treffes av røyken fra skorsteinen vil, som vi skjønner av figuren ovenfor, bli utsatt for høyere konsentrasjoner av forurensninger enn objekter som befinner seg på bakkenivå.  For å kompensere for dette, må skorsteiner gis en tilleggshøyde hvis det befinner seg bygninger i nærheten av utslippspunktet.

Hvis terrenget ikke er flatt, vil høydedrag, åser o.lign. som treffes av røykgassene kunne få høyere konsentrasjoner av forurensninger enn om terrenget er flatt.  Skorsteiner må derfor også ofte gis en tilleggshøyde pga. topografi (terrengets utforming) i omgivelsene til en skorstein.

På lesiden av bygninger vil det ofte danne seg virvler, slik at røykgassene blir bragt ned til bakkenivå og en oppnår langt høyere konsentrasjoner av skadelige gasser og støv enn det en ellers vil få. Skorsteiner må rage så høyt over tak/høye bygninger at en unngår mulighetene for slik virveldannelse. Normalt vil det være tilstrekkelig å ha en skorsteinshøyde som er dobbelt så høy som bygningens høyde.

Gå til starten på siden.

Effektiv skorsteinshøyde

Den effektive skorsteinshøyden er bl.a. en funksjon av vindhastigheten. Dette er illustrert i figuren nedenfor, som viser resultatet av beregninger av effektiv skorsteinshøyde. Beregningene er i dette tilfelle basert på den såkalte Hollands formel, som er gjengitt her. Som vi ser av figuren, vil lave vindhastigheter gi et betydelig røykløft. Dette er gunstig for spredning/uttynning av utslippet fra skorsteiner. Ofte benyttes en modifisert utgave av Hollands formel.  Denne er ikke gjengitt her.

Figur 4: Effektiv skorsteinshøyde som funksjon av vindhastighet     

Gå til starten på siden.

 

Beregning av forurensningskonsentrasjoner
 

Konsentrasjoner av for-urensninger kan bereg-nes ved hjelp av formel-en til høyre.

Formelen forutsetter at konsentrasjoner forår-saket av et røykgass-utslipp er normalfordelt eller Gauss-fordelt, med maksimale konsentra-sjoner langs vindaksen og i samme høyde som effektiv skorsteinshøyde (se ovenfor). 

 

  

 

Figur 5 og Figur 6 gir empiriske verdier for spredningsparametrene sz (vertikalt) og sy (tverrvinds).  Disse forteller hvordan forurens-ningene sprer seg som funksjon av medvinds avstand fra utslipps-punktet (skorsteinen).

Når vi gjennomfører spred-ningsberegninger ved hjelp av dataprogrammer, benyttes mate-matiske uttrykk for vertikal og tverrvinds spredningsparameter.  På denne måten kan en relativt enkelt beregne de aktuelle konsentrasjoner.

I diagrammene ser vi bokstavene C, D og E.  Dette er uttrykk for luftstabiliteten. 

Den vertikale temperaturgradienten forteller hvor stabil luften er. Hvis temperaturen avtar med høyden med mer enn ca. ÷1 °C pr. 100 m, vil luften være ustabil. Hvis temperaturen stiger med høyden, vil luften være lett stabil eller stabil, avhengig av hvor mye temperaturen stiger. Forurens-ninger vil bli bedre blandet/fordelt desto mer ustabil luften er. På den annen side vil luftforurensninger som slipper ut fra en skorstein spres raskere ned til bakkenivå desto mer ustabil luften er.

  
Figur 5: Vertikal dispersjonskoeffisient                                                            


Figur 6: Horisontal dispersjonskoeffisient                                                        

Luftstabiliteten uttrykkes gjerne i Pasquill (fra A til F), som er en anerkjent måte å klassifisere eller gradere luftstabiliteten på.  Sammenhengen mellom vertikal temperaturgradient og luftstabilitet er vist i tabellen nedenfor.
Stabilitet

Ustabilt

Nøytralt

Lett stabilt

Stabilt
Temp. gradient (°C pr. 100m)

<÷1

÷1 - 0

0 - 1

>1
Pasquill

A+B+C

D

E

F

I en del sammenhenger foreligger statistiske data for den lokale luftstabiliteten.  En bør da beregne røykgasspred-ningen ved de normalt forekommende luftstabilitetene.  Hvis en ikke har kunnskaper om den lokale luftstabiliteten, vil det være tilstrekkelig å foreta spredningsberegninger for følgende luftstabiliteter:

  • Ustabil luft (Pasquill C)
  • Nøytral luft (Pasquill D)
  • Lett stabil luft (Pasquill E).

Spredningsberegningene gir bakkekonsentrasjonsbidraget av ulike forurensninger som funksjon av medvinds avstand fra utslippspunktet.  Et eksem-pel på dette er vist i figuren til høyre.  Beregningene må gjen-nomføres for aktuelle luft-stabiliteter og vindhastigheter for å sikre at en ved normalt forekommende værsituasjoner ikke overstiger aktuelle grense-verdier for forurensninger.

Les mer om:

 

  
Figur 7: Bakkekonsentrasjonsbidrag som funksjon av avstand fra skorstein        

Forurensningsmyndighetene vil normalt kreve at forurensningsbidraget fra én utslippskilde ikke skal overstige 50% av differansen mellom såkalte anbefalte luftkvalitetskriterier (se Luftkvalitet) og bakgrunnsverdier av forurensninger i det området som kan bli utsatt for forurensninger fra utslippskilden.  Årsaken til dette er at en vil ta hensyn til andre nåværende og eventuelle fremtidige utslipp i samme område.

Gå til starten på siden.

Dimensjonerende forurensningskomponent

Når en gjennomfører spredningsberegninger, må en i utgangspunktet gjennomføre beregningene for alle aktuelle forurensningskomponenter.  Dette gjøres imidlertid ved at en finner ut hvilke forurensninger i det aktuelle utslippet som krever størst fortynning for at omgivelsene ikke skal bli eksponert for konsentrasjoner over aktuelle grense-verdier.  I de aller fleste tilfelle vil nitrogenoksider være dimensjonerende utslipp, men det er også eksempler på at det kan være støv eller partikler.

Et problem når en gjennomfører spredningsberegninger for nitrogenoksider, er at en kan forvente at minst 90% vil slippe ut som NO, som har en langt mildere virkning på helse enn NO2. Under påvirkning av bakkenær ozon (O3) vil det skje en gradvis omdanning av NO til NO2. Dette skjer gjennom følgende kjemiske reaksjon:

Det er derfor viktig å få en vurdering av den andelen av NOX som foreligger som NO2 når omgivelsene blir eksponert for utslippet.  Vi har ikke norske retningslinjer for gjennomføring av spredningsberegninger. I Sverige har imidlertid myndighetene (Naturvårdsverket) fastsatt retningslinjer for beregning av skorsteinshøyder ved utslipp fra varmesentraler.

Les om Luftkvalitet.

 

Alle forurensningskilder i samme virksomhet må tas hensyn til

Når en gjennomfører spredningsberegninger, må en ta hensyn til utslipp fra samtidige utslipp fra samme virksomhet.  Det vil f.eks. si at en må beregne samlet virkning av forurensninger fra alle kjeler/ovner i en varmesentral eller ved et forbrenningsanlegg.

Gå til starten på siden.

Hva kan Soma Miljøkonsult AS tilby innen spredningsberegninger

Morten H. Soma har arbeidet med spredningsberegninger i nærmere 20 år, både med innkjøpte dataprogrammer og med egenutviklede programmer.  Gjennom dette arbeidet har en utviklet en systematisk måte å gjennomføre beregningene på.  Soma Miljøkonsult AS benytter i dag egenutviklet dataverktøy, hvor en på en enkel måte kan legge utslippet fra flere kilder og beregne samlet virkning av disse.

Programmet er kvalitetssikret ved lang tids bruk i en rekke oppdrag. 

Les mer om:

 

Du kan lese mer om skorsteiner i PRENØK-blad 4.18.  Dette er forfattet av Morten H. Soma.  PRENØK-bladene utgis av SKARLAND Press.

 

Gå til starten på siden.