Основные расчетные характеристики

9.1.1. Формулы данного раздела предназначены для проведения расчётов приземных концентраций ЗВ в слое от 0 до 2 м включительно и вертикального распределения концентраций ЗВ (включая расчет концентраций ЗВ у стен и крыш зданий) с учетом влияния застройки.

9.1.2. Для каждого из рассматриваемых источников выбросов перед выполнением расчетов с учетом застройки по формулам раздела 5 настоящих Методов определяются максимальная концентрация ЗВ c_м, а также расстояние x_м и опасная скорость u_м, при которых достигается концентрация ЗВ c_м при отсутствии застройки.

9.1.3. Расчет рассеивания выбросов с учетом влияния застройки производится в случаях, когда здание удалено от источника выброса на расстояние менее x_м, или когда источник расположен на здании или в зонах возможного образования ветровых теней, как указано в подпункте 9.1.5 настоящих Методов. При этом высота здания H_з должна быть не менее 0,4 высоты источника (H_з³0,4×H). Если здание удалено от источника на расстояние большее, чем 0,5×x_м, и основание источника не размещается в зоне возможного образования ветровой тени, то учет влияния застройки производится в случаях, когда высота здания превышает 0,7 высоты источника (H_з>0,7×H).

Не подлежат учету здания и сооружения высотой менее 5 м, а также здания и сооружения, максимальный линейный размер которых по горизонтали не превышает 10 м.

Учет сооружения производится в случае, если коэффициент проницаемости, равный отношению суммарной площади имеющихся в нем проемов к полной площади сооружения, ниже 0,5 (Свод правил СП 20.13330.2011 «СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия», утверждено постановлением Правительства Российской Федерации от 26.12.2014 № 1521).

9.1.4. Рассматриваемое здание аппроксимируется в виде параллелепипеда (рисунок 9.1 приведен в Приложении № 7 к настоящим Методам) высотой H_з, длиной (размер наибольшей стороны основания) и шириной .

Высота H_з определяется по формуле 9.1:

, (9.1)

где V_з- фактический объем здания, м³;

S_о — фактическая площадь основания здания, м.

Значения и удовлетворяют условию = S_о, а положение боковых сторон аппроксимирующего параллелепипеда выбирается так, чтобы они совпадали или были близки к стенам зданий.

В случае зданий сложной конфигурации (рисунок 9.2 приведен в Приложении № 7 к настоящим Методам) они аппроксимируются несколькими параллелепипедами. Расчет приземных концентраций ЗВ производится согласно пункту 9.5 настоящих Методов как для совокупности зданий.

Для зданий, имеющих в плане форму, близкую к правильному многоугольнику или кругу, в качестве основания аппроксимирующего параллелепипеда берется квадрат с площадью, равной площади исходного здания.

9.1.5. Для каждого здания при заданном направлении ветра различаются три зоны ветровых теней высотой H_в над уровнем земли (рисунок 9.3а приведен в Приложении № 7 к настоящим Методам):

- зона подветренной тени (зона I);

- зона крышной тени (зона II);

- зона наветренной тени или зона подпора (зона III).

На рисунке 9.3а) (приведен в Приложении № 7 к настоящим Методам) штриховкой обозначено сечение здания, проведенное вдоль направления ветра, сплошными линиями обозначены границы зон ветровых теней I, II и III.

Максимальные значения H_вI, H_вII, H_вIII высот ветровых теней указанных типов и их протяженности L_I, L_II, L_III определяются формулами (9.2a)-(9.2г):

H_вI= H_з, L_I= 4×L_зв, (9.2a)

H_вII = H_з + 0,4×L_д, L_II = L_д при L_д£ 2×L_зв, (9.2б)

H_вII = H_з + 0,4×L_д, L_II = 2×L_зв при L_д> 2×L_зв, (9.2в)

H_вIII = 0,5×L_зв , L_III = L_зв, (9.2г)

где H_з – высота здания;

L_д – длина здания, устанавливаемая в зависимости от направления ветра;

L_зв – масштаб длины, характеризующий размеры ветровых теней, который вычисляется по формулам (9.3а)-(9.3б)

L_зв=H_з при H_з£L_ш, (9.3а)

L_зв=L_ш при H_з>L_ш. (9.3б)

Если высота ветровых теней H_в (в зонах I, II, III) окажется менее 1 м,то принимается H_в =1 м.

Ширина здания L_ш и длина здания L_д устанавливаются в зависимости от направления ветра. В случаях, когда ветер направлен по нормали к стене здания, длина этой стены принимается за L_ш, а длина смежной стены - за L_д (рисунок 9.3б) приведен в Приложении № 7 к настоящим Методам). В остальных случаях L_д и L_ш устанавливаются в соответствии с подпунктом 9.2.3.

Границы ветровых теней по высоте устанавливаются по формулам (9.4а)-(9.4в):

при 0 £х¢£L_I, (9.4а)

при 0 <х¢<L_II , (9.4б)

при 0 £х¢£L_зв , (9.4в)

где х¢ - расстояние вдоль направления ветра от точки, в которой вычисляется высота ветровой тени, до стены здания.

Если ветровые тени зданий, которые необходимо учесть в расчетах, пересекаются, то образуется объединенная тень, граница которой определяется согласно подпункту 9.5.1[7].

9.1.6. При наличии застройки максимальная приземная концентрация ЗВ определяется по формуле:

, (9.5)

где c_м- максимальная концентрация ЗВ, полученная без учета влияния застройки (согласно подпункту 9.1.2);

- поправка, учитывающая влияние застройки, определяемая по формулам пунктов 9.2 и 9.3.

Концентрация ЗВ достигается на расстоянии от источника выброса при опасной скорости ветра .

9.2. Оценка максимальных концентраций ЗВ от одиночного точечного источника выброса в случае одного здания

9.2.1. Формулы настоящего пункта предназначены для приближенной оценки величины при опасных скоростях ветра. В общем случае величины , и определяются по формулам пункта 9.3 после проведения расчетов на рассматриваемой площадке с перебором скоростей и направлений ветра.

Расчет проводится в зависимости от расположения основания источника выброса (точка 0 на рисунках 9.4) относительно здания следующим образом:

а) при расположении основания источника выброса в зонах возможного образования подветренной тени, обозначенных пунктирными линиями, при ветре, направленном по нормали к стене здания (рисунок 9.4а) приведен в Приложении № 7 к настоящим Методам), определяется в соответствии с подпунктом 9.2.2 настоящих Методов.

б) при расположении основания источника в зонах, где ветровые тени образуются только при направлении ветра, отличном от направления нормалей к стенам здания (рисунок 9.4б) приведен в Приложении № 7 к настоящим Методам), определяется согласно подпункту 9.2.3.

в) если основание источника располагается вне зон возможного образования ветровой тени на удалении до 1,5×L_зв от их границы x_в (рисунки 9.4в), 9.4г) приведены в Приложении № 7 к настоящим Методам), то расчет производится согласно подпункту 9.2.4.

г) при расположении основания источника на крыше здания расчет производится согласно подпункту 9.2.5.

д) в остальных случаях расчет максимальных концентраций ЗВ производится без учета влияния зданий, т. е. = c_м.

9.2.2. При расположении основания источника выброса в зонах возможного образования ветровых теней при ветре, направленном по нормали к стене здания (рисунок 9.4а) приведен в Приложении № 7 к настоящим Методам) максимальная приземная концентрация ЗВ достигается при направлении ветра, соответствующем переносу атмосферного воздуха по нормали от здания к источнику выброса. В этом случае

, (9.6)

где s₁- безразмерный коэффициент, определяемый по формулам раздела 5;

z_м- безразмерный коэффициент, описывающий влияние колебаний направления ветра. Значение z_м определяется по формуле (9.16);

- безразмерный расчетный коэффициент, который определяется по формуле

при J₁>1, (9.7а)

J₁=1 при J₁<1, (9.7б)

Расчетные коэффициенты r_з, и s в формуле (9.7) являются безразмерными. Коэффициент r_з описывает влияние различия в опасной скорости ветра при наличии здания и опасной скорости ветра u_м при отсутствии здания. Коэффициент характеризует изменение структуры воздушного потока при наличии застройки. Коэффициент s характеризует влияние турбулентной диффузии внутри ветровой тени.

Для определения коэффициента r_з предварительно вычисляется опасная скорость ветра по формулам (5.16а) - (5.16в). При этом, если высота источника выброса H меньше высоты зоны ветровой тени H_в в точке расположения источника, т. е. H < H_в [рисунок 9.5а)], то расчет входящих в указанные формулы значений v_м и f производится при замене высоты источника H на высоту зоны ветровой тени H_в.

Далее r_з определяется в зависимости от соотношения по формулам

при £ 1 (9.8а)

при > 1 (9.8б)

Если H>H_в [рисунок 9.5б)], то = u_м и r_з =1.

Коэффициент определяется по формуле

при H³ H_в (9.9а)

=16 при H<H_в (9.9б)

Коэффициент s в формуле (9.7) определяется по следующим формулам

при 0 £t₁< 1, (9.10а)

при 1 £t₁£ 8, (9.10б)

при 8<t₁£ 40, (9.10в)

при t₁> 40, (9.10г)

в зависимости от аргумента

(9.11)

при замене L_I на х_в, где х_в- расстояние от источника до подветренной границы подветренной тени [рисунок 9.5б].

При Н£Н_в коэффициент р_З устанавливается в зависимости от отношения по формулам:

р_З =3 при £ 0,25; (9.12а)

при 0,25< £ 1 , (9.12б)

при > 1 , (9.12в)

При Н > H_в принимается р_З=1.

Для низких источников (Н<10 м) коэффициент s в формуле (9.7) заменяется на s_l, где s_l определяется по формулам

s_l=1 при t₁£1 и H£ 2 м , (9.13а)

при t₁£1 и 2<H<10 м , (9.13б)

при t₁>1 и H£ 2 м , (9.13в)

при t₁>1 и 2<H<10 м . (9.13г)

Для определения z_м находится вспомогательный угол j_к (в градусах) в зависимости от отношения t₂ по формулам

при t₂£ 1 , (9.14а)

при t₂>1, (9.14б)

t₂= . (9.15)

Безразмерный коэффициент z_м определяется по формуле

(9.16)

в зависимости от аргумента t₃:

при £ 5 м/с , (9.17а)

при > 5 м/с.. (9.17б)

Если рассчитанное значение удовлетворяет условию

£ 1, (9.18)

то принимаются соотношения

= 1, (9.19а)

=c_м , (9.19б)

= u_м , (9.19в)

= x_м . (9.19г)

9.2.3. В тех случаях, когда основание источника выброса находится в зонах, где образование подветренной тени возможно только при направлении ветра, отличном от направления нормалей к стенам здания (рисунок 9.4б) приведен в Приложении № 7 к настоящим Методам), максимальная приземная концентрация ЗВ достигается при направлении ветра, соответствующем переносу атмосферного воздуха к источнику [точка 0 на рисунке 9.4б)] от ближайшего к нему угла здания. Расчет производится при этом по формулам согласно пункту 9.2.2 со следующими изменениями:

- для определения того, какая из сторон здания при указанном направлении ветра является подветренной, через центр здания (рисунок 9.6) проводится прямая Q по направлению ветра. Если эта прямая находится внутри или на границах угла, который образован диагоналями, примыкающими к более длинной стороне здания (например, к стороне CD на рисунке 9.6, приведен в Приложении № 7 к настоящим Методам), то данная сторона рассматривается как подветренная, и ее длина обозначается L_ш, а длина смежной стороны - L_д. В противном случае подветренной является более короткая сторона здания;

- определяется L_зв по формуле (9.3) с использованием полученного значения L_ш;

- величина z_м вычисляется по формулам:

при g£j_к (9.20а)

при g>j_к (9.20б)

где g - положительный острый угол (в градусах) между направлением ветра и нормалью подветренной стены здания (рисунок 9.6);

z¢ - коэффициент, рассчитываемый по формуле (9.16) как значение z_м, вычисленное по аргументу t₃ (формула (9.17)) при замене j_к на (j_к + g);

z" - коэффициент, вычисляемый аналогично z¢, но при замене j_к на |j_к - g|.

9.2.4. Для источников, основание которых расположено вне зоны возможного образования подветренной тени (рисунки 9.4в), 9.4г) приведены в Приложении № 7 к настоящим Методам), максимальная концентрация ЗВ достигается при переносе атмосферного воздуха от здания к источнику по нормали (рисунок 9.4в)) или по направлению от ближайшего угла здания (рисунок 9.4г)). Если при этом расстояние от источника до границы ветровой тени x_в (рисунки 9.4в), 9.4г)) удовлетворяет условию x_в£1,5×L_зв (где L_зв определяется в соответствии с пунктом 9.2.3), то

, (9.21)

где определяется в соответствии с подпунктами 9.2.2, 9.2.3 как значение для источника, расположенного на границе зоны подветренной тени.

При x_в>1,5×L_зв принимается =1.

9.2.5. При расположении основания источника выброса на крыше здания различают два случая: короткое здание L_д<2×L_зв и длинное здание L_д³2×L_зв.

В случае короткого здания образуется объединенная крышно-подветренная тень и величина s в формуле (9.7) определяется по аргументу t₁, вычисленному по формуле (9.11) при замене L_I на х_в, где х_в- расстояние от источника до подветренной границы подветренной тени (рисунок 9.7а) приведен в Приложении № 7 к настоящим Методам).

при L_д <2×L_зв, (9.22а)

В случае длинного здания расчет концентрации ЗВ в подветренной тени осуществляется с заменой s в формуле (9.7) на коэффициент , определяемый по формуле:

при L_д³2×L_зв , (9.22б)

где x_н и x_в — расстояния от источника до наветренной и подветренной границ подветренной тени (рисунок 9.7б) приведен в Приложении № 7 к настоящим Методам), соответственно;

s_н и s_в — коэффициенты, вычисляемые по формулам (9.10а) - (9.10г) как значения s при аргументе t₁, рассчитанном по формуле (9.11) при замене L_I на x_н и x_в, соответственно.

Формулы (9.22а) и (9.22б) используются также в случае низких источников выбросов для определения коэффициента ,который подставляется в формулу (9.7) вместо s_l, вычисленного по формулам (9.10а) - (9.10г). При этом в правой части формул (9.22) коэффициенты s, s_в и s_н заменяются на соответствующие значения s_l.

Если источник выброса расположен на крыше длинного здания вне зоны крышной тени, то:

H_в=H_з; = u_м, r_З=p_З=1 . (9.23)

9.3. Расчет распределения концентрации ЗВ от одиночного точечного источника выброса при произвольно заданных направлениях и скоростях ветра

9.3.1. До проведения расчетов распределения концентрации ЗВ от точечного источника выброса с учетом влияния застройки при произвольно заданных скорости и направлении ветра на плане местности через источник выброса проводится прямая линия, ориентированная вдоль ветра (рисунок 9.6). Если эта линия не пересекает основание здания, то расчет распределения приземных концентраций ЗВ производится по формулам раздела 5 настоящих Методов без учета влияния здания. В случае пересечения здания линией на плане (рисунок 9.6) учитывается влияние застройки. При этом длина подветренной стороны здания определяется в соответствии с подпунктом 9.2.3.

Приземная концентрация ЗВ при произвольных значениях направления и скорости ветра рассчитывается по формуле

= с_м×r× , (9.24)

где с_м - концентрация ЗВ, определяемая в соответствии с пунктом 9.1.2;

r - коэффициент, определяемый в зависимости от отношения u/ по формулам (9.8а) – (9.8б);

- опасная скорость ветра с учетом влияния застройки, определяемая в соответствии с подпунктами 9.2.2—9.2.5.

Последовательность расчета коэффициента рассмотрена в подпунктах 9.3.2 – 9.3.6 и выбирается в зависимости от того, находится ли основание источника в зоне подветренной или зоне наветренной тени, расположен ли источник на крыше здания, над зонами ветровой тени, с наветренной или подветренной стороны от указанных зон.

Построение границ зон ветровой тени осуществляется согласно подпункту 9.1.5. При этом строится сечение здания вертикальной плоскостью, проходящей через источник выброса и ориентированной вдоль направления ветра (рисунок 9.6), и по формулам подпункта 9.1.5 определяются границы наветренной и подветренной зон ветровой тени.

9.3.2. При расположении основания источника выброса в зоне подветренной тени (рисунок 9.8а ) приведен в Приложении № 7 к настоящим Методам) значение в точке, расположенной на расстоянии x от источника вдоль оси факела и на удалении у от этой оси (рисунок 9.6), определяется по формуле:

. (9.25)

Коэффициент z, зависящий от скорости ветра u и положительного острого угла g между направлением ветра и нормалью подветренной стены здания (рисунок 9.6), определяется по формуле (9.20) для z_м, причем аргумент t₃ вычисляется по формуле (9.17) с заменой на u. При этом j_к определяется по формулам (9.14а) - (9.14б).

Коэффициент s₁ находится по формулам (5.23а) - (5.23е) в зависимости от отношения х/(р×х_м). Безразмерный коэффициент р определяется в зависимости от отношения u_м/ по формулам (5.21а) - (5.21в).

Коэффициент s₂ находится по формуле (5.26) в зависимости от скорости ветра u и аргумента t_у [формула (5.27)].

Коэффициент s' находится по формулам:

при x£x_в , (9.26)

при x_в<x£L', (9.26б)

при x>L', (9.26в)

где

L¢ = p×x_м при x_в+5×H_в£p×x_м , (9.27а)

L¢ = x_в+5×H_в при x_в+5×H_в>p×x_м , (9.27б)

при x_в+5×H_в£p×x_м , (9.28а)

при x_в+5×H_в>p×x_м . (9.28б)

Коэффициент J₁ вычисляется по формуле (9.7), причем величины r₃, и s определяются по 9.2.2. При этом значение s соответствует аргументу t₁, определенному по формуле (9.11) при замене L_I на x_в.

Коэффициент s₁ в формуле (9.26б) вычисляется при x=L'.

Коэффициент при x£x_в (т. е. внутри зоны подветренной тени) вычисляется по формулам:

=1 при ½y½£L_зв/2, (9.29а)

=0 при ½y½>L_зв/2 . (9.29б)

При x>x_в коэффициент находится по формуле (5.26), как значение s₂, соответствующее аргументу:

при u£ 5 м/с, (9.30а)

при u> 5 м/с. (9.30б)

9.3.3. При расположении основания источника выброса в зоне подпора (зоне наветренной тени) (рисунок 9.8б) приведен в Приложении № 7 к настоящим Методам) коэффициент рассчитывается по формуле (9.25). При этом величины z, s₁ и s₂ определяются согласно подпункту 9.3.2, а коэффициент s' находится по формулам:

при x£x_н , (9.31а)

при x_к<x£x_в , (9.31б)

при x_в<x£L', (9.31в)

при x>L'. (9.31г)

В этом случае величина L' и коэффициенты s" и вычисляются по формулам (9.27)-(9.29).

Коэффициент J₁ вычисляется по формуле (9.7) с использованием коэффициента s, определяемого по формулам (9.10а) – (9.10г) в зависимости от коэффициента t₁, вычисленного по формуле (9.11) с заменой L_I на х_н, где х_н - расстояние от источника до здания (рисунок 9.8б)).

В случае низких источников вместо s используется коэффициент s_l, определяемый по формулам (9.13а) - (9.13г) в зависимости от коэффициента t₁, с учетом замены в формуле (9.11) L_I на х_н.

Коэффициент s₁ в формуле (9.31в) вычисляется при x=L'.

Коэффициент вычисляется по формуле (9.32):

при >1, (9.32а)

=1 при <1, (9.32б)

где r₃ и определяются по пункту 9.2.2, а величина определяется по формуле:

. (9.33)

Здесь x_н и x_к - расстояния от источника до начала и до конца здания, соответственно, а x_в – расстояние от подветренной границы подветренной тени до источника [рисунок 9.8б)].

В случае L_д<2×L_зв, при расчетах в области x_в<x£L' в формуле (9.33) вместо x_к следует использовать величину x_н.

Коэффициенты s_в и s_к вычисляются по формулам (9.10а) - (9.10г), как значения s, соответствующие аргументу t₁, определенному по формуле (9.11) при замене L_I на x_в и x_к соответственно.

Для низких источников выбросов вместо используется коэффициент , вычисляемый согласно подпункту 9.2.5 при использовании формул (9.13а) - (9.13г).

9.3.4. При расположении источника на крыше здания (рисунок 9.7) величина рассчитывается по формуле (9.25). При этом величины z, s₁ и s₂ определяются согласно подпункту 9.3.2. Коэффициент s' находится по формулам:

при x<x_в , (9.34а)

при x_в£x£L', (9.34б)

при x>L', (9.34в)

где вычисляется по формулам (9.32а) - (9.32б). При этом коэффициенты r₃, и определяются с учетом положений подпунктов 9.2.2 и 9.2.5, а , s" и L' -согласно подпункту 9.3.2. Коэффициент s₁ в формуле (9.34б) вычисляется при x=L'.

9.3.5. Если основание источника размещается с подветренной стороны от ветровой тени, причем x_в£ 1,5×L_зв [рисунок 9.8в)], то величина рассчитывается по формуле:

, (9.35)

где определяется в соответствии с подпунктом 9.2.4 с заменой z_м на коэффициент z, вычисленный согласно подпункту 9.3.2. При x_в>1,5×L_зв величина определяется по формуле

. (9.36)

9.3.6. При расположении источника выброса с наветренной стороны от ветровой тени на расстоянии x_н£1,5×L_зв (рисунок 9.8 г), приведен в Приложении № 7 к настоящим Методам) расчет производится по формуле (9.35). При этом в зоне наветренной тени коэффициент s₁ заменяется на , а для подветренной зоны коэффициент s₁ заменяется на , где:

- величина вычисляется по формуле (9.33) с использованием в качестве x_к и x_в расстояний от источника до начала x_н и конца x_к наветренной тени (рисунок 9.8 г));

- величина вычисляется по формуле (9.33) с использованием в качестве x_к и x_в расстояний от источника до начала (x_к) и конца зоны подветренной тени (x_в), соответственно [рисунок 9.8д)].

При x_н>1,5×L_зв расчет выполняется по формуле (9.36), причем в наветренной и подветренной зоне тени также производится замена коэффициента s₁ на выражение и , соответственно.