Projekty

Měrné emise znečišťujících látek a provozní vlastnosti malých spalovacích zdrojů

SP2014/125

V rámci projektu budou studenti zapojeni do řešení tří výzkumných modulů: 1. Metodika stanovení TZL. 2. Distribuce TZL z malých spalovacích zařízení a škodlivých látek na ně vázaných. 3. Validace tepelné místnosti a stanovení akumulačních vlastností materiálů. Modul 1: Metodika stanovení TZL Modul 1 bude rozdělen na dva podmoduly a to na: - Problematiku izokinetického vzorkování TZL a - porovnání metodických přístupů ke stanovení prachu z malých spalovacích zařízení. Podmodul 1: Problematika izokinetického vzorkování TZL Princip izokinetického vzorkování je při stanovování koncentrací TZL jedním z významných faktorů, které mohou zásadním způsobem ovlivnit správnost stanovení koncentrace TZL. Dvěmi základními klíčovými faktory tohoto principu je dodržení izokinetického poměru (měření rychlosti proudění plynu v potrubí v odběrovém místě a měření průtoku odebíraného plynu v odběrové aparatuře) a stanovení správné plochy ústí odběrové hubice. Práce budou zaměřeny na stanovení citlivosti měření koncentrace TZL na velikosti unášených částic při různém stupni dodržení izokinetických principů vzorkování (podsátí/přesátí vzorku). Tato citlivost bude popsána graficky a matematicky. Data budou využívána jako podklad pro hodnocení nejistot měření TZL a látek na nich vázaných. Další práce budou zaměřeny na vliv tvaru odběrové hubice. Ideální odběrová hubice má nekonečně tenkou stěnu, tento požadavek nelze v praxi realizovat. Reálné odběrové hubice musí mít stěnu dostatečně silnou, aby nemohlo dojít k její deformaci a poškození. Reálná hubice má vnitřní a vnější průměr odlišný. Tato část bude zaměřena na stanovení fiktivního průměru odběrové hubice, který bude reprezentovat danou konstrukci odběrové hubice. Podmodul 2: Porovnání metodických přístupů ke stanovení prachu z malých spalovacích zařízení V rámci řešení podmodulu bude řešena metodika stanovení prachu. Bude pokračovat spolupráce se zahraničními partnery, která byla započata při řešení projektu Studentské grantové soutěže 2012 (Zpřesňování metodiky testování) a mezinárodního projektu EN-PME-TEST (Development of a Common European method for the determination of particulate matter emissions of solid fuel burning appliances and boilers). V rámci řešení proběhne měření za účelem porovnání jednotlivých metodických přístupů ke stanovení tuhých částic ve spalinách jdoucích z malých spalovacích zdrojů (např. DIN+, EN metodika, nově navržená metoda dle návrhu EN-PME-TEST). V případě, že ze spolupráce se zahraničními partnery (INERIS, CATSE, TFZ, FNHW, Ökozentrum, UEF, DTI a další) vyplyne potřeba mezilaboratorního porovnávacího měření, bude měření v rámci řešení projektu SGS 2014 probíhat na mezinárodní úrovni. Modul 2: Distribuce TZL z malých spalovacích zařízení a škodlivých látek na ně vázaných Spalovací zařízení jsou zdrojem škodlivých látek, které způsobují zdravotní problémy. Zatímco velká spalovací zařízení jsou vybavena technologiemi, které umožňují emise polutantů snižovat, u malých spalovacích zařízení (typicky teplovodní kotle a kamna) není používání těchto technologií, zejména z ekonomického pohledu, reálné. Při certifikaci u malých spalovacích zařízení jsou obecně dány emisní limity, které musí splnit. Sledovány jsou pouze koncentrace CO, OGC a prachu. U prachu je limit dán pro prach bez rozlišení velikostí částic, S rozvojem měřící techniky a medicínskými znalostmi se stále více ukazuje, že pro lidský organismus je více škodlivý prach s menší granulometrií, což je dáno tím, že snadněji proniká do dýchací soustavy člověka, kde dochází k jeho záchytu a dalšímu působení. Částice o rozměru v jednotkách až stovkách nm mohou pronikat přímo do krevního řečiště. Nebezpečnost jemných (do 1000 nm) a ultrajemných (do 100 nm) prachových částic souvisí s jejich velkým měrným povrchem, na kterém jsou vázány zdraví škodlivé látky, mezi které patří zejména PAU, TK, PCB, PCDD/F a další. Ze zdravotního hlediska tedy nestačí sledovat jen absolutní koncentrace prachových částic, bez rozlišení jejich velikosti, protože by se mohlo zdát, že se snižujícími se měrnými emisemi se situace lepší, ale není tomu tak. Při řešení SGS bude provedena řada spalovacích zkoušek s cílem provést prvotní studii distribuce prachových částic emitovaných malými spalovacími zařízeními při spalování různých druhů tuhých paliv v různých typech spalovacích zařízení. Jako spalovací zařízení budou použity teplovodní kotle (odhořívací, prohořívací, zplyňovací a automatický) a případně i krbová kamna. Odběr prachových částic bude prováděn zejména pomocí nízkotlakého kaskádového impaktoru (DLPI), který umožňuje záchyt částic na 13 patrech v rozmezí cca 20 ηm – 10 μm. Dále budou použity přístroje SMPS a APS, které jsou schopny určit absolutní počty částic v rozsahu cca 20 nm – 20 μm. Zachycený vzorek prachových částic (pomocí DLPI) bude dále v laboratoři analyzován tak, aby bylo možno určit bilanci měrných emisí PAU na jednotlivých velikostních frakcích (PM10, PM2.5, PM1, PM0.1). Modul 3: Validace tepelné místnosti a stanovení akumulačních vlastností materiálů. V rámci předchozího ročníku Studentské grantové soutěže (SGS 2013) byla po konzultaci se švýcarskými partnery navržena a sestavena tepelná místnost (calorimeter room), která bude sloužit k určení provozních vlastností spalovacích zařízení, zejména pak ke stanovení tepelného výkonu předaného do prostoru místnosti a stanovení akumulačních vlastností různých materiálů. Nedílnou součástí experimentální činnosti bude validace tepelné místnosti dle postupů uvedených v australsko/novozélandských metodikách AS/NZS 4012 a AS/NZS 4013, ze kterých tepelná místnost vychází. Tepelná místnost bude v rámci modulu využita k výzkumu v oblasti akumulace tepla. V rámci projektu bude testováno několik tepelně-akumulačních prvků a jejich vliv na rozložení tepelného výkonu v čase. Bude ověřován vliv akumulačních prvků tepla na fázový posun vnitřní teploty.

2014

2014

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Horák Jiří Ing., Ph.D.