VDI 3782 Blatt 5-2006 Environmental meteorology - Atmospheric dispersion models - Deposition parameters.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREUmweltmeteorologieAtmosphrische AusbreitungsmodelleDepositionsparameterEnvironmental meteorologyAtmospheric dispersion modelsDeposition parametersVDI 3782Blatt 5 / Part 5Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 1bVDI-RICHTLINIENI

2、CS 13.040.99; 07.060 April 2006Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Zielsetzung und Anwendungsbereich . . . . . . . 3Begriffe und Denitionen . . . . . . . . . . . . . . 4Liste der Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . 81 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3、 . 102 Depositionsgeschwindigkeit. . . . . . . . . . 122.1 Gase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.2 Aerosole . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.3 Parametrisierungen . . . . . . . . . . . . . 133 Auswaschrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.1 Aerosole . . . . . . . . . . . . .

4、. . . . . 183.2 Gase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 Anzahl-undMassenverteilung . . . . . . . . . 225 Empfehlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 245.1 Aerosole . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255.2 Aerosolgebundene Stoffe . . . . . . . . . . 265.3 Gase . . . . . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . 265.3.1 Kohlenmonoxid (CO) undKohlendioxid (CO2) . . . . . . . . . 265.3.2 Quecksilber (Hg). . . . . . . . . . . 265.3.3 Salpetersure (HNO3) . . . . . . . . 275.3.4 Ammoniak (NH3) . . . . . . . . . . 275.3.5 Stickstoffoxide (NO, NO2). . . . . . 285.3.6 Ozon (O3) . . . . . . . . . . . .

6、. . 285.3.7 Peroxyacetylnitrat (PAN) . . . . . . 295.3.8 Schwefeldioxid (SO2) . . . . . . . . 29Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDer Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Ei

7、nspruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.The draft of this guideline has been subject to public scrutinyafter announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).No guarantee can be given with respect to the English transla-tion. The German version of thi

8、s guideline shall be taken asauthoritative.Frhere Ausgabe: 05.04 EntwurfFormer edition: 05/04 Draft, in German onlyZu beziehen durch / Available at Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure,Dsseldorf 2006Contents PagePreliminary note .

9、. . . . . . . . . . . . . . . . . 2Scope and objective . . . . . . . . . . . . . . . . 3Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . . . 4List of symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Deposition velocity. . . . . . . . . . . . . . .

10、 122.1 Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.2 Aerosols . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.3 Parameterisations. . . . . . . . . . . . . . 133 Washout rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.1 Aerosols . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.2 Gases . . . . . . . . . . . . . . .

11、 . . . . . 194 Number and mass distribution of aerosols. . 225 Recommendations . . . . . . . . . . . . . . . 245.1 Aerosols . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255.2 Aerosol-bonded substances . . . . . . . . 265.3 Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265.3.1 Carbon monoxide (CO) andcarbon d

12、ioxide (CO2) . . . . . . . . 265.3.2 Mercury (Hg) . . . . . . . . . . . . 265.3.3 Nitric acid (HNO3) . . . . . . . . . 275.3.4 Ammonia (NH3) . . . . . . . . . . . 275.3.5 Nitrogen oxides (NO, NO2) . . . . . 285.3.6 Ozone (O3). . . . . . . . . . . . . . 285.3.7 Peroxyacetyl nitrate (PAN) . . . . . 29

13、5.3.8 Sulphur dioxide (SO2) . . . . . . . . 29Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdLArbeitsgruppe DepositionsparameterAusschuss LuftqualittB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2006

14、2 VDI 3782 Blatt 5 / Part 5SeiteAnhang A Schmidt-Zahl und Stokes-Zahl . . . . 30Anhang B Validierungen . . . . . . . . . . . . . 31Anhang C Grenspektrum und Fall-geschwindigkeit von Regentropfen . . 33Anhang D Literaturangaben zu Depositionsparametern . . . . . . . . 37Schrifttum . . . . . . . . . .

15、 . . . . . . . . . . . 48VorbemerkungIn der Kommission Reinhaltung der Luft im VDI undDIN Normenausschuss KRdL erarbeiten Fach-leute aus Wissenschaft, Industrie und Verwaltung infreiwilliger Selbstverantwortung VDI-Richtlinienund DIN-Normen zum Umweltschutz. Diese be-schreiben den Stand der Technik

16、bzw. den Stand derWissenschaft in der Bundesrepublik Deutschlandund dienen als Entscheidungshilfen bei der Erarbei-tung und Anwendung von Rechts- und Verwaltungs-vorschriften. Die Arbeitsergebnisse der KRdL flie-en ferner als gemeinsamer deutscher Standpunkt indie europische technische Regelsetzung

17、bei CEN(Europisches Komitee fr Normung) und in dieinternationale technische Regelsetzung bei ISO(Internationale Organisation fr Normung) ein.Folgende Themenschwerpunkte werden in vier Fach-bereichen behandelt:Fachbereich I Umweltschutztechnik“Produktionsintegrierter Umweltschutz; Verfahrenund Einric

18、htungen zur Emissionsminderung undEnergieumwandlung; ganzheitliche Betrachtungvon Emissionsminderungsmanahmen unter Be-rcksichtigung von Luft, Wasser und Boden;Emissionswerte fr Stube und Gase; anlagenbe-zogene messtechnische Anleitungen; Umwelt-schutzkostenrechnungFachbereich II Umweltmeteorologie“

19、Ausbreitung von Luftverunreinigungen in derAtmosphre; strfallbedingte Freisetzungen;mikro- und mesoskalige Windfeldmodelle; Wech-selwirkung zwischen Atmosphre und Oberfl-chen; meteorologische Messungen; angewandteKlimatologie; Lufthygienekarten; human-bio-meteorologische Bewertung von Klima und Luft

20、-hygiene; bertragung meteorologischer DatenPageAnnex A Schmidt number and Stokes number . . 30Annex B Validations . . . . . . . . . . . . . . . 31Annex C Size spectrum and fall velocity of raindrops . . . . . . . . . . . . . . . 33Annex D Bibliographical references to deposition parameters . . . . .

21、 . . . . . 37Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48Preliminary noteIn the Commission on Air Pollution Prevention ofVDI and DIN Standards Committee KRdL ex-perts from science, industry and administration, act-ing on their own responsibility, establish VDI guide-lines and DIN standard

22、s in the field of environmentalprotection. These describe the state of the art in sci-ence and technology in the Federal Republic of Ger-many and serve as a decision-making aid in the pre-paratory stages of legislation and application of legalregulations and ordinances. KRdLs working resultsare also

23、 considered as the common German point ofview in the establishment of technical rules on theEuropean level by CEN (European Committee forStandardization) and on the international level byISO (International Organization for Standardization).The following topics are dealt with in four subdivi-sions: S

24、ubdivision I “Environmental Protection Techniques”Integrated pollution prevention and control for in-stallations; procedures and installations for emis-sion control and energy conversion; overall con-sideration of measures for emission control withconsideration given to the air, water and soil; emis

25、-sion limits for dusts and gases; plant-related meas-urement instructions; environmental industrialcost accountingSubdivision II “Environmental Meteorology”Dispersion of pollutants in the atmosphere; emis-sions from accidental releases; micro- and meso-scale wind field models; interaction between th

26、eatmosphere and surfaces; meteorological measure-ments; applied climatology; air pollution maps;human-biometeorological evaluation of climateand air hygiene; transfer of meteorological dataB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher In

27、genieure, Dsseldorf 2006 VDI 3782 Blatt 5 / Part 5 3 Fachbereich III Umweltqualitt“Wirkung von Luftverunreinigungen auf Mensch,Tier, Pflanze, Boden, Werkstoffe und Atmosphre;wirkungsbezogene Mess- und Erhebungsverfah-ren: z.B. Bioindikation mit Hheren und NiederenPflanzen, Erhebungsverfahren zur Bio

28、diversitt;Werkstoffexposition; Erfassung mikrobieller Luft-verunreinigungen; Olfaktometrie; Umweltsimula-tionFachbereich IVUmweltmesstechnik“Emissions- und Immissionsmesstechnik fr anor-ganische und organische Gase sowie fr Partikel;optische Fernmessverfahren; Messen von Innen-raumluftverunreinigung

29、en; Messen von Boden-luftverunreinigungen; Verfahren zur Herstellungvon Referenzmaterialien; Prfplne fr Mess-gerte; Validierungsverfahren; Messplanung; Aus-werteverfahren; QualittssicherungDie Richtlinien und Normen werden zunchst alsEntwurf verffentlicht. Durch Ankndigung im Bun-desanzeiger und in

30、der Fachpresse erhalten alle inte-ressierten Kreise die Mglichkeit, sich an einemffentlichen Einspruchsverfahren zu beteiligen.Durch dieses Verfahren wird sichergestellt, dassunterschiedliche Meinungen vor Verffentlichung derendgltigen Fassung bercksichtigt werden knnen.Die Richtlinien und Normen si

31、nd in den sechs Bn-den des VDI/DIN-Handbuches Reinhaltung der Luftzusammengefasst.Zielsetzung und AnwendungsbereichDie Richtlinie enthlt theoretische Bestimmungsme-thoden und aus Messungen abgeleitete Werte fr dieDepositionsgeschwindigkeit und die Auswaschratevon Aerosolen und Spurengasen. Diese Par

32、ameter,im Folgenden zusammenfassend als Depositionspa-rameter bezeichnet, werden zur Berechnung des tro-ckenen und nassen Depositionsflusses in die Erd-oberflche oder bodennahe Grenzflchen von Aus-breitungsmodellen wie Gauschen Fahnenmodellen(VDI 3782 Blatt 1 T1), Gau-Wolken-Modellen(VDI 3945 Blatt

33、1 T3) und Partikelmodellen(VDI 3945 Blatt 3 T4) bentigt. Sie knnen auchdazu verwendet werden, um anhand von bekanntenSpurenstoffkonzentrationen in der Luft den Boden-eintrag durch trockene und nasse Deposition abzu-schtzen. Bei einer Modellierung des Ferntranspor-tes, wie sie mit dem Partikelmodell

34、VDI 3945 Blatt 3T4 mglich ist, muss zur Schlieung der Massenbi-lanz bei der Bestimmung der nassen Deposition zu-stzlich das Auswaschen von Spurenstoffen in Wol-ken bercksichtigt werden.Subdivision III “Environmental Quality”Effects of air pollutants on man, farm animals, veg-etation, soil, materials

35、, and the atmosphere; meth-ods for the measurement and evaluation of effects:e.g. biomonitoring with higher and lower plants;evaluation techniques for biodiversity; exposure ofmaterials; determination of microbial air pollutantsand their effects; olfactometry; environmental sim-ulation Subdivision I

36、V“Environmental Measurement Techniques”Techniques for emission and ambient air measure-ments of inorganic and organic gases as well asparticulate matter; optical open-path measurementmethods; measurement of indoor air pollutants,measurement of soil air pollutants; procedures forestablishing referenc

37、e material; test procedures formeasurement devices; validation procedures;measurement planning; evaluation methods; qual-ity assuranceThe guidelines and standards are first published asdrafts. These are announced in the Bundesanzeiger(Federal Gazette) and in professional publications inorder to give

38、 all interested parties the opportunity toparticipate in an official objection procedure. Thisprocedure ensures that differing opinions can be con-sidered before the final version is published.The guidelines and standards are published in the six-volume VDI/DIN Reinhaltung der Luft (Air Pollu-tion P

39、revention) manual.Scope and objectiveThe guideline contains theoretical determinationmethods and values, which have been derived frommeasurements, for the deposition velocity and thewashout rate of aerosols and trace gases. These pa-rameters, briefly termed deposition parameters in thefollowing, are

40、 required for calculating the dry andwet deposition flux to the ground or to near-groundboundary surfaces by dispersion models, such asGaussian plume models (VDI 3782 Part 1 T1),Gaussian puff models (VDI 3945 Part 1 T3) andparticle models (VDI 3945 Part 3 T4). They mayalso be used for estimating, on

41、 the basis of knowntrace substance concentrations in the air, the flux tothe ground by dry and wet deposition. For modellingtransport over long distances, as can be done usingthe particle model described in VDI 3945 Part 3 T4,the washout of trace substances in clouds shall be ad-ditionally considere

42、d in the determination of wet dep-osition, to be able to close the mass balance.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2006 4 VDI 3782 Blatt 5 / Part 5Es werden theoretische Anstze fr die Depositions-parameter vo

43、rgestellt. Fr Aerosole wird eine analy-tische Berechnungsvorschrift und fr ausgewhlteSpurengase werden Zahlenwerte fr unterschiedlicheOberflchenbeschaffenheiten angegeben. Die An-gaben basieren auf einer Literaturstudie; Anhang Denthlt eine Zusammenstellung der ausgewertetenLiteratur und von hierin

44、zitierten Werten.Auf Grund der Komplexitt der physikalischen Pro-zesse, die zur Deposition beitragen, weisen die in derLiteratur angegebenen Werte teilweise eine betrcht-liche Bandbreite auf; daneben konnten auch bei in-tensiver Literatursichtung nicht alle der zahlreichenUntersuchungen zu diesem Th

45、ema bercksichtigtwerden. Die Empfehlungen der Richtlinie sind vordiesem Hintergrund zu betrachten.Begriffe und DefinitionenAerosolFester oder flssiger Spurenstoff, der in der Luftschwebt oder langsam absinkt ( Sedimentation).Whrend der Begriff Aerosol“ formal sowohl denSpurenstoff als auch das Trger

46、gas (Luft) beinhaltet,wird hiermit im Anwendungskontext dieser Richtli-nie blicherweise nur der Spurenstoff allein bezeich-net. Diesem Sprachgebrauch wird auch in dieserRichtline gefolgt.Aerodynamischer DurchmesserDurchmesser einer Referenzkugel mit der Dichte1gcm3, die die gleiche Sinkgeschwindigke

47、it wiedas Aerosol besitzt.Atmosphrische SchichtungThermische Stabilitt auf Grund des vertikalen Tem-peraturgradienten, unterschieden nach Gleichge-wichtszustnden labil, indifferent, stabil.Ausbreitungsmodell (mathematisches)Mathematisches Verfahren zur Berechnung der Konzentration eines Spurenstoffe

48、s, der von ei-ner Quelle mit bekannter Quellstrke emittiertwird. Beim Gauschen Fahnenmodell wird in An-lehnung an analytische Lsungen der Transportglei-chung die rumliche Konzentrationsverteilung inForm einer zweidimensionalen Gauverteilung ange-setzt. Ein Eulersches Ausbreitungsmodell lstBilanzglei

49、chungen in einem ortsfesten Koordinaten-system, ein Lagrangesches Ausbreitungsmodell(Partikelmodell) beruht auf einer stochastischen Be-schreibung des turbulenten Transports in einem mitder mittleren Windgeschwindigkeit mitbewegten Ko-ordinatensystem.Theoretical approaches are presented for the deposi-tion parameters. An analytical calculation rule is de-scribed for aerosols, and numerical values for differ-ent surface