TN-09-78.pdf (1.104Mb)

DATO: 12.7.78

NEDSLAGET AV FORURENSNINGER I TURBULENS- OMRADET BAK EN ALUMINIUMHALL.

EN UNDERSØKELSE VED HJELP AV SPORSTOFF, AV

B,K, LAMB OG O,F, SKOGVOLD

NORSK INSTITUTT FOR LUFTFORSKNING POSTBOKS 130, 2001 LILLESTRØM

NORGE

FORORD

Dette tekniske notat er et norsk sammendrag av oppdragsrapport 26/78 "A TRACER INVESTIGATION OF THE WAKE DOWNWIND OF AN ALUMINIUM SMELTER HALL". Undersøkelsen ble utført av NILU i sam- arbeid med A. Milde, O. Rørvik og H. Sanden fra

A.s.v.,

ALUMINI'UMHALL .. EN UNDERSØKELSE VED HJELP AV SPORSTOFF.

av

B.K. Lamb og O.F. Skogvold

I tiden 10.-14. april 1978 ble det foretatt 8 forsøk for å undersøke spredningen av hallgassen fra hall C ved Årdal og Sunndal verk A/S, Høyanger.

1. FORMÅL

Hensikten med forsøkene var å undersøke i hvilken grad for-

urenset luft fra hallen ble ført tilbake til hallen igjen sammen med friskluften. Likeledes ville en studere betydningen en

eventuell skorstein ville ha på spredningen av hallgassen.

2. SPORSTOFFET SF

6 OG PRØVETAKINGEN Svovelhexafluorid (SF

6) ble brukt som sporstoff. SF

6 er en inert, ikke giftig gass. En kan detektere konsentrasjoner ned til 10-11

deler SF

6 pr. del luft (10 ppt, "parts pr. trillion") SF6 ble sloppet ut i forskjellige høyder over taket (figur 1).

Utslippshøydene varierte fra 1 meter over tak til 11 meter- langs en 11 meter høy mast som ble reist på le-siden av

lanterninene. Tabell 1 gir gassmengde, høyde, tid og sted for sporstoffutslippene.

Luftprøver ble samlet i 20 cm3

sprøyter av plast. Det ble tatt både øyeblikksprøver og prøver med 15 minutters midlingstid.

Prøvene ble tatt inne i hall C, på taket ved utslippsventilene og på en rekke steder langs le-siden av hallen. Figur 2 viser et typisk oppsett med vind fra sør. Figur 3 viser tilsvarende

oppsett for vind fra nord.

3. METEOROLOGISKE MÅLINGER

De meteorologiske data som ble brukt er tatt fra de to

meteorologiske stasjonene som er i gang i Høyanger. Ved den ene

er det plassert følere for vind og temperatur i en 25-meter mast.

Ved den andre registreres vind på toppen av en 10-meter mast (figur 4). Det ble også foretatt observasjoner av vind-

retning og vindstyrke manuelt mens forsøkene pågikk (tabell 2).

4. FORSØK 1-6, VIND FRA SØRLIG KANT

Det ble foretatt 6 sporstoff-forsøk med vind fra sørlig kant.

Vindstyrken var mellom 1 og 3 m/s. Været var skyet, tildels med nedbør.

Andre undersøkelser har vist at når vinden kommer inn på tvers av en bygning, vil det dannes et turbulent område på le-siden

(figur 5). Dette ble også funnet i samtlige av våre forsøk.

Strømningsmønstret var stort sett det samme i alle forsøkene.

Straks etter at sporstoffet ble sloppet ble det funnet igjen langs utsiden av hallen på le-siden. En fant også en markert forskyvning av SF

6-konsentrasjonene mot vest. Dette stemte godt med at det nær hallen på le-siden blåste fra østlig kant.

Et typisk bilde av SF

6-konsentrasjonene henholdsvis 2 m, 50 m og 200 m nord for hall C er vist i figur 6.

Fordelingen av SF

6-konsentrasjonene nær friskluftinntaket utenfor hallen stemte godt med den fordelingen en fant inne i hallen

og i hallgassutslippene på taket. Figur 7 viser data som er typiske for samtlige forsøk. Sporstoffet kunne registreres inne i hallen og i hallgassutslippet innen 5 til 7 minutter etter at utslippet startet. Konsentrasjonen nådde en likevekt-tilstand mens utslippet pågikk og avtok så når utslippet stoppet. Tiden det tok før konsentrasjonen avtok til 1/e (til 36% av opprinnelig konsentrasjon som er karakteristisk "decay time", T var mellom

e

3 og 5 minutter for alle forsøkene.

5. FORSØK 7~8, VIND FRA NO~DLlG KANT

Det ble foretatt 2 forsøk med vind fra nordlig kant. Vær~- forholdene var stort sett de samme som under forsøkene 1 .... 6.

Under forsøk 7 var det imidlertid lett snøfall, mens det under forsøk 8 var pent vær.

En fikk også under disse forsøkene dannet turbulensområder i le av hallen. Nedslaget i le av hallen syntes å være mer utpreget med vind fra nord enn med vind fra sør.

Spredningsmønstret av SF

6 under begge forsøkene var det samme som under forsøkene 1-6. Konsentrasjonene var imidlertid meget større under forsøkene 7 og 8. Figur 8 viser fordelingen av SF6-konsentrasjonene (forsøk 7) henholdsvis 2 m, 50 m og 130 m sør for hall C. Under forsøk 8 ble det også tatt et vertikalsnitt av SF

6-konsentrasjonene (figur 9).

del av "SF

6-skyen" ble ført ned til 130 m sør for hallen.

Dette viste at en vesentlig bakken før den var kommet

6. KONKLUSJON

De 8 sporstoff-forsøkene som er blitt foretatt har foregått over bare 5 dager. I dette ligger den usikkerheten at en bare har fått dekket noen få meteorologiske situasjoner. En må også regne med at spredningsforholdene vil kunne bli noe anderledes etter at en ny hall er bygget. Det meste av den forurensete luften som slippes ut over tak vil bli ført med vinden. Spor~- stoffundersøkelsen viser imidlertid klart at en får forurenset luft fra takutslippet brakt ned bak bygningen på le-siden, og at en del av denne forurensete luften blir sugd inn igjen gjennom friskluftventilene.

Mengden av SF

6 som ble ført tilbake inn i hallen ved sørlig vind~ var ca. 1% av det som ble sloppet ut. Når vinden var fra nordlig kant ble mellom 5% og 11% ført inn i hallen igjen.

Ved de forhold som undersøkelsen ble foretatt under, fant en ingen entydig virkning av utslippsh¢yden. Når vinden var fra nordlig kant fant en at mengden av forurenset luft som korn inn i hallen igjen var ca. dobbelt så stor når utslippshøyden var 2.5 mete:!'.' som når den var 11 meter. Når vinden derimot var fra sørlig kant fant en ingen virkning av endret utslippshøyde.

Det er vanskelig å gi noen entydig grunn for dette, men det 11 m h¢ye utslippet syntes ikke å være h¢yt nok til å simulere en frittstående sko:l'.'stein.

I 5 av de 8 forsøkene fant en maksimum verdier av SF

6 i en avstand av ca. 50 m på le-siden av hallen. I de 3 resterende forsøkene ble maksimumsverdiene observert ved hallveggen. Disse dataene indikerer at sporstoffet ble brakt ned til bakken nær hallen. I figur 10 har en satt opp de midlere maksimums- konsentrasjonene i de 8 forsøkene.

I figur 11 har en antydet hvordan sporstoffet fordeler seg i luften nær ved og i bygningen ved de 2 forsøkene som ble foretatt med vind fra nordlig kant. Den samme fordelingen hadde en også med vind fra sør, men bakkekonsentrasjonene var da ca. en størrelsesorden lavere.

Dersom den nye hall A blir bygget på noenlunde samme måten som den nåværende hall C, vil man kunne tenke seg at gass fra den hallen som ligger på opp-vind siden vil kunne komme inn i neste hall gjennom inntaksventilene på denne. Forurenset luft fra begge hallene vil også kunne komme inn i friskluftinntaket på le side av den hallen som ligger ned-vind~ Hvis derimot ut- slippet av hallgassen fra hall A og C begge får tilstrekkelig hØyde, vil innsuging av forurenset luft bli vesentlig redusert eller helt unngått. Data fra vindtunneler og likeledes de forsøkene som har vært gjort i Høyanger i den senere tid

indikerer at en minst må 1.5 ganger bygningens høyde over bakken for at en skal få i~filtrasjonen vesentlig redusert. For å få til dette må en endre utslippsforholdene på taket vesentlig.

En må bruke skorsteiner med en god luftgjennomstrømning og temperaturen på gassen må ligge godt over den omgivende lufts tempe~atur.

TABELL 1

UTSLIPPSDATA FOR SPORSTOFFET SF 6

Dato Tid Sted Høyde* Utslipp

10-4-78 1430-1450 85 m fra østenden av 1 mover 265 cm3 /min hall C, nord for utslipps- taket (1. 7 g/min) verrt i.Lene opå ··.tå:ket.

11-4-78 1230-1305 85 m fra østenden av 11 mover 480 cm3 /min hall C, nord for utslipps- taket (3.1 g/min) ventilene på taket.

11-4-78 1345-1405 85 m fra østenden av 6 mover 480 cm3 /min hall C, nord for utslipps- taket (3.1 g/min) ventilene på taket.

11-4-78 1445-1505 85 m fra østenden av 2.5 m over 480 cm3 /min hall C, nord for utslipps- taket (3.1 g/min) ventilene på taket.

12-4-78 1215-1235 85 m fra østenden av 11 mover 480 cm3 /min hall C, nord for utslipps- taket (3 .1 g/min) ventilene på taket

12-4-78 1330-1350 85 m fra østenden av 2.5 m over 480 cm3 /min hall C, nord for utslipps- taket (3 .1 g/min) ventilene på taket.

'

13-4-78 0830-0850 120 m fra østenden av 2.5 m over 480 cm3 /min hall C, sør for utslipps- taket (3 .1 g/min) ventilene på taket.

14-4-78 0830-0850 120 m fra østenden av 11 mover 480 cm3 /min hall C, sør for utslipps- taket (3 .1 g/min) ventilene på taket.

*utslippshøyden ble målt fra toppen av halltaket. Lanterninene som er ca. 3 m høye, går langs toppen av taket i omtrent hele takets lengde.

En utslippshøyde angitt til 11 meter, er således ca. 8 mover lanterninene.

.µ Q)

.µ .µ .µ .µ .µ

·--< ^ri ri ri rl .µ

ri ·--<

"' ^{·--< "' rl}

·--< .0 = ... .0 ... ·--<

.0 .µ _"' ^.µ "' (I) ^+J '$ ^{>, = +J "' (I) = .µ} '$ ^{>, .µ .µ} Q) ^.0 .µ _"'

C/l ::, z ^::, z ...1 (I)

E rl

Lfl '"' ^{rl 0 Lfl N} "' '"'

8 ri Lfl M M rl M CD ri 0

<J'-.

u ^{I I I I I I I}

0

o.- ^{Lfl M M N M} "' ^{ri 'SI'}

E u c--i 0

Q)Q N N N N rl 0

8 -

"'

C:

-

·--< _C: ... _{Q) 0 0 0 0 0 0 0 0}

8 .µ 'O CD "' "' ^{CD 0} "' ^{M 'SI'}

C/l Q)

"' ^{rl rl rl rl N ri}

:-3 ... ...

'O _C: E' e ^·--<

Lfl >

N' Q)

~ ^-"' ...

r,.. >,-

"' ^{Lfl 0 rl rl} '"' ^{'SI' CD}

.µ (I)

<i: Ul'- rl '"' ^{r-- r--} '"' ^{N rl rl}

8 'O e

<i: c:-

0 ·--<

>

g'

-

·--< ...

8 C: ^Q) 0 0 0 0 0 0 0 0

C/l .µ 'O rl N N N 0 rl

'"' '"'

~ _'O ^Q)

..

6 ^{·--< C:}

rl >

~ -"' ^Q)

r,..

..

<i: ^.µ (I) ri M M M N ri rl ri

8 Ul'-

<i: 'O e

0 c:-

·--<

>

"'

C:

-

u ·--< _C: ... _{Q) c,J c,J}

...1 .µ 'O C/l C/l C/l C/l C/l C/l z z

...1 ^Q)

"' ^{I I}

<i:

..

:i:: 'O C: E'

0: ·--<

~ ^> _Q)

Lfl

e5 ^-"' ... ^{M 'SI' 'SI'} "' "' ^rl

<i: >,- I I I I N N I I

0 .µ (I) ri N "' ^{N rl Lfl}

0 (I)'-

z 'O E 0

H C: -

> ^·--< >

0 Lfl Lfl Lfl Lfl 0 0 0

Lfl 0 0 0 M Lfl Lfl Lfl

'SI' M 'SI' Lfl N M CD CD

rl rl ri rl ri rl 0 0

I I I I I I I I

0 0 Lfl Lfl Lfl 0 0 0

'O M M 'SI' 'SI' rl M M M

·--< 'SI' N M 'SI' N M CD CD

8 ri rl rl rl rl rl 0 0

+J (I)

Q) rl "' ^{M Sl' Lfl} '"' ^{r-- CD}

8

CD CD CD CD CD CD CD CD r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- .µ 0 _{'SI' 'SI' 'SI' 'SI' 'SI' 'SI' 'SI' 'SI'}

"' ⁰

0 rl rl ... N N M 'SI'

... rl ri ... rl ... ... ...

• 11 m

• 6 m Utslippspunkter

S N

Figur 1. Utslippspunkter over tak

pd hall C. ,

. ^:_

•

"l ^/'-...

/~

' ..,""

"

tr-...,. ·,.~ :';,

,,,, ^,' ~ '

.:/ ~ ··- E

, ~ ·()"' ~

8 N

tn ~

0

<)

S2 ~

*

N ~

<:o ^N .µ I

(j

~ ^,-i ~

~ ;::! ~ ^·.,:,

~ ~ ~

CJJ

2;

0 ·.,:, ~ ^{• t◊8◊}

N CJJ >-i

.µ

.µ .µ

::::i ~ ^{.µ (j}

C\J

..

"'~

•'o "-v'

.Qf)

,._♦

....,v C, . .

• ,' I

.

,._♦ C,

~"

/:::. - ... -

◊<ti•

0(- _)

-~--=----

•

()) ())

-~ ·~

"lj "lj

::... ::...

()) ())

~ ^;:)

N N ()) ())

~ ^{"lj "lj}

·~ ·~

12 12

~ ~

.

·~ ·~

t t

Lt;) Lt;) 1--j <--i

~ ~

C) C)

•

~ z

C >

► C '0 :t :t

E

0 0

""

0 0 N

0

S2

0

~ ⁰

I I

co co

~ ~

~ ~

·~ ·~

N N

,-Cl ,-Cl

()) ())

~ ~

~ ~

::... ::...

~ ~ ^C)

::... ::...

()) ())

+:I +:I

~ ~

~ ~ _{;s ;s}

s:i.. s:i..

co co

g> g>

-~ -~

~ ~

~ +:I ^(j

<.) <.)

;:) ;:)

~ ~

::... ::...

s:i.. s:i..

~ ~

C) C)

~ <.)

*

+:I I ~

~ ^e-,

~ _{;s ~}

-~

s:i.. ~ ^<.)

co co ~

s:i.. ::... ~

s:i..

~

-~

·~

co ::... ^+:I +:I ~ ^(j

::::i +:I

CV:,

..

~ ~

-~

HÅLA NO

() ()

HÅLAND

I:, ~

200

. (

;j? C

S?

250m

Figur 4: Plassering av de to meteorologiske stasjonene (.., ) og beliggenheten av haZZ Cog den påtenkte~ nye haU A.

a) ---·----·---

UNDISTURt3c.D FLOVI ---

---·---

Figur 5: Skisse av strømningsbildet rundt en bygning (Halitsky, 1963).

a) Sett fra siden.

b) Sett ovenfra.

900

[SF~ I I ppt)

750 600 450 300 15 0

2 m nord for hall C Trav. 4.4 (1455-1457) O 15 min. middelverdier 1448-1S03) 23 m nord for hall C •

55 m nord for hall C ■

0 ' 50 100 150 20 0

SF6 utslippspunkter

1)0 Avstand langs hallen fra vestveggen av hall C

2400 2000 [SF,) 1500 I ppt) 1200

aoo

400 0 0

50 m nord for hall C Trav. 4.6 (1502-1505) 0 Trav. 4.7 (1505-1508) D

50 100 150 200 250 300

Avstand langs traversen fra vestveggen av hall C

600 200 m nord for hall C Trav. 4 .12 (1455-1457) 0 500 Trav. 4.13 (1500-1502) □

[SF₆1 400

1i>o\

(pp!)

300 200

100 ^{0 0 Q 100}

k~

.\-;--..°'.

Avstand langs riksvei 13 fra vestveggen av hall c

Figur 6: SF

6-data fra forsøk 4. SF

6 ble sloppet fra 2.5 mover taket på hall C. Tallene i

parantesene angir tiden når prøvene ble tatt.

1000

500

[SF₆) 0 Forsøk 5,inne i hall C

lppt)

l\l\

100

I

50 ⁰

0

SF 6-utslip:p ^{\ 0}

0

o-o, /o\/ o-o

10

0 6 12 18 24 30 36 42 48 5!; 60 Tid !min)

1000

500

[SF₆₎ lpptl

0

100

/\!

50

l'O

0

utslipp

Forsøk 5, på taket

Te= ^{5 min}

10-+--+--.---.----,..-~-~---',.___,_..:::._c___

0 6 12 18 24 30 36 42 4B 54 60 Tid !min)

Figur 7: al Øyeblikksverdier av SF

6-konsentrasjonen, tatt inne i hall C, 148 m fra vestveggen.

b) Øyeblikksverdier av SF

6-konsentrasjonen av hall- gassen, tatt i utslippsventilene på taket,

10 m vest for SF

6-utslippet, 219 m fra vestvajg~n.

15000 [SF₆]

12500 (ppt) 10000

2500

2 m sør for hall C Trav. 7.4 (0835-0838)0

0

(0833-0848)

0 2 m sør for hall C e

0-0\

·-•-•-· 0

\

•

SF6 Utslippsp·unkt

0 50 100 150 200 250 300

Avstand fra østveggen av hall C (ml

18000 [SF₆]

(ppt) 15000 12000 9000 6000 3000

1200 1000 800 600

50 m sør for hall C Trav. 7.10 (0838-0841)0

15 min. middelverdier (0833-0848) 50 m sør for hall C •

0 50 100 150 200 250 300

Avstand fra østveggen av hall C (m)

t.00 200

0\ 130 m sør for hall C Trav. 7 .18 ( 0850-0852) 0 15 min. middelverdier

.,-+---- e 0\ (0837-0852) 0

£0

o""-

.J:J!---o Utslippspunkt 0-- 0 ..._ __ _..,...----::..-- ~---'"'---0::,:_ __

0 50 100 150 200 250 300

Avstand fra østveggen av hall C (m)

Figur> 8: SF

6-data fra forsøk 7. SF

6 ble sloppet 2.5 m over taket. Tallene i parantes er tiden når prøvene ble tatt.

H(m)

40

20

•

•

00 _{100 200 SF}

6 (ppt)

Figur 9: Vertikalsnittet viser SF

6-konsentrasjonenes variasjon med høyden

w

_2_1_0_583

v3

40 ^Forsøk 2 H = 11 m

c:s

r:5

ws

w

w

(4

Forsøk 7 H=2.5m 2L.32

862~

772 7818

Cs c, _{C2 C3}

Forsøk 8 H=11 m

1'8~

999 18275 9437 ~

Figur 10: Midlere maksimumsverdier av SF

6-konsentrasjoner (ppt) ved de forskjellige målestedene.

32 130L.7 --- 886

Figur 11: Snitt som viser sannsynlige luftstrømmer og midlere maks. konsentrasjoner av SF6 (ppt) ved

hvert målested fra forsøkene? og 8.