Do uŜytku wewnętrznego
Politechnika Warszawska
Wydział Transportu
LABORATORIUM
„Technika pomiarowa w ruchu drogowym”
Ćwiczenie nr 5
„Badanie zanieczyszczeń powietrza w ruchu drogowym”
Instrukcja przygotowawcza
ver.01 08.11.2007 r.
Warszawa 2007
2
W wielu krajach o wysoko rozwiniętym przemyśle i motoryzacji problem ochrony
ś
rodowiska przed jego zanieczyszczeniami jest obecnie jednym z najwaŜniejszych zadań jakie
te kraje chciałyby rozwiązać. W ostatnich latach równieŜ w Polsce kwestia ta zaczyna być
powaŜnie traktowana. W poniŜszej tabeli przedstawiono wielkość emitowanych w Polsce
zanieczyszczeń do atmosfery.
Tab. 1.A. Bilans emisji głównych zanieczyszczeń powietrza w tys. ton w 1993 r. [1]
RODZAJ ZWIĄZKU ZANIECZYSZCZAJĄCEGO
ŹRÓDŁO
ZANIECZYSZCZENIA
CO
NO
SO
2
PYŁY
TRANSPORT I
KOMUNIKACJA
1512
*
400
90
---
ENERGETYKA
ZAWODOWA
---
370
1310
420
ENERGETYKA
PRZEMYSŁOWA
---
115
420
320
TECHNOLOGIA
PRZEMYSŁOWA
---
145
250
320
INNE ŹRÓDŁA
STACJONARNE
---
100
750
520
*
- Emisji tlenku węgla do atmosfery nie moŜna uznać jako głównego czynnik
zanieczyszczającego środowisko, jednak ze względu na specyfikę powyŜszej pracy jest
ona podana w przedstawionej tabeli.
Z przestawionego bilansu wynika, Ŝe w zakresie emisji gazów toksycznych pochodzących
od środków transportu, ruch drogowy moŜe odgrywać znaczącą rolę. Kierunki działania na
rzecz ograniczenia emisji spalin moŜna podzielić na kilka odrębnych grup:
1. Wprowadzenie nowych konstrukcji silników w pojazdach;
2. Planowanie urbanistyczne (odpowiednie rozmieszczenie obszarów stanowiących
potencjalne źródła przemieszczeń);
3. Planowanie i projektowanie układów komunikacyjnych (rozdzielanie róŜnych rodzajów
komunikacji, arterie obwodnicowe, trasy ruchu szybkiego, propagowanie ruchu rowerowego,
korzystne parametry geometryczne tras);
4. Prowadzenie odpowiedniej polityki komunikacyjnej (ograniczenie indywidualnego
ruchu samochodowego, strefy ruchu pieszego, preferowanie komunikacji zbiorowej);
5. Stosowanie odpowiednich środków organizacji ruchu (czytelność geometrii
skrzyŜowań, prawidłowe oznakowanie, odpowiednie instalowanie urządzeń sterowania,
segregacja ruchu).
3
PowyŜsze zestawienie wskazuje na złoŜoność problemu ochrony środowiska przed
zagroŜeniami pochodzącymi od ruchu drogowego. Coraz doskonalsze urządzenia kontrolno-
pomiarowe pozwalają obecnie na indywidualną ocenę pracy kaŜdego pojazdu pod względem
emisji spalin. JednakŜe w problematyce inŜynierii ruchu, gdzie rozpatrywany jest całkowity
udział pojazdów w zanieczyszczeniu środowiska, urządzenia te są mało przydatne. Pomiary
takie powinny bowiem uwzględniać całkowity efekt oddziaływania pojazdów na otoczenie.
MoŜliwość taką, chociaŜ w ograniczonym zakresie, stwarza zestaw niniejszego ćwiczenia
laboratoryjnego.
2 Wiadomości ogólne o zanieczyszczeniach powietrza
2.1. Identyfikacja zanieczyszczeń powietrza
Podstawowym źródłem zanieczyszczeń zanieczyszczeń w ruchu drogowym jest
zastosowanie silnika spalinowego jako jednostki napędowej pojazdów. Zasadniczy wpływ na
skład zanieczyszczeń i efekt ekologiczny ma proces spalania mieszanki paliwowej. Proces ten
będący reakcją utleniania składników palnych połączoną z wydzielaniem znacznych ilości
ciepła moŜe zachodzić w róŜnych warunkach.
Paliwa będące mieszaniną wielu węglowodorów mogą bowiem tylko z teoretycznego
punktu widzenia ulegać tzw. spalaniu zupełnemu. Podstawowymi czynnikami na jakie ulegają
rozkładowi węglowodory w procesie spalania są węgiel C i wodór H, które w efekcie
końcowym dają dwutlenek węgla i wodę. Spalanie jest zupełne, jeŜeli produktami reakcji są
związki, które nie mogą ulec dalszemu utlenianiu. Warunkiem koniecznym do spalania
zupełnego jest dostateczna ilość tlenu. Miarą tego jest współczynnik nadmiaru powietrza K.
K = L
τ
/L
t
= 1
L
τ
- ilość powietrza rzeczywiście spalonego;
L
t
- ilość powietrza potrzebnego do spalania.
Występujące w praktyce spalanie niezupełne paliwa orz jego dodatki i zanieczyszczenia
powodują złoŜoność procesu spalania i inny od teoretycznego skład spalin. Skład ten w
duŜym stopniu zaleŜy takŜe od takich czynników jak: rodzaj zapłonu, warunki pracy silnika,
rodzaj paliwa, technika jazdy, elementy geometryczne drogi.
4
Przykładowo, rzeczywisty skład spalin przy spalaniu niezupełnym moŜe być zbliŜony do
przedstawionego na Rys. 2.1.
azot = 71%
dw utlenek w
ę
gla- 18%
w oda - 9%
skł. szkodl.
tlen, gazy szlachetne
Rys 2.1. Przykładowy, rzeczywisty skład spalin samochodowych [9]
Przedstawione składniki spalania niezupełnego moŜna podzielić na szkodliwe i
nieszkodliwe dla człowieka i środowiska. Podział ten przedstawia tabela Tab. 2.A.
Tab. 2.A. Produkty spalania paliw samochodowych [3]
PRODUKTY SPALANIA
SZKODLIWE
NIESZKODLIWE
Tlenki azotu N
X
O
Y
Azot N
2
Tlenki węgla CO
Dwutlenek węgla CO
2
Węglowodory C
m
H
n
Para wodna H
2
O
Sadza C
Wodór H
2
Dwutlenek siarki SO
2
Aldehydy R COH
Związki ołowiu Pb
Stopień toksyczności poszczególnych składników spalin w odniesieniu do najmniej
toksycznego produktu spalania – tlenku węgla CO ilustruje Tab.2.B.
Tab. 2.A. Skala toksyczności składników spalin w stosunku do tlenku węgla [3]
SUBSTANCJA TOKSYCZNA
WSKAŹNIK TOKSYCZNOŚCI
CO
1
Pył i sadza C
67
SO
2
71
C
m
H
n
103
NO
2
125
Pb
5000
5
Ogólny bilans mas składników toksycznych w ciągu roku w Polsce przez pojazdy
samochodowe przedstawia Tab. 2.C.
Tab.2.C. Bilans mas składników toksycznych wydzielanych przez pojazdy samochodowe w
ciągu jednego roku w tys. ton [1]
1992
udział % silników o
zapłonie
Nazwa
związku
1980
1985
1990
1991
1992
iskrowym samocz.
Tlenek węgla
1457
1192
1418
1470
1512
83
17
Węglowodany 403
337
401
410
424
86
14
Tlenki azotu
463
460
469
460
478
25
75
Dwutlenek
siarki
62
61
54
---
---
---
---
Sadza
24
23
25
*
20
20
---
100
Ołów
1,36
1,01
1,16
---
---
---
---
* - dane z roku 1989;
--- brak danych w aktualnym roczniku statystycznym.
Z przedstawionych danych wynika, Ŝe najbardziej toksycznym składnikiem spalin
samochodowych jest ołów Pb. Spośród w/w związków toksycznych w największej ilości
występuje w spalinach samochodowych tlenek węgla CO (składnik najmniej toksyczny). Ze
względu na wielkość emisji, CO powszechnie uwaŜany jest za główny składnik
charakteryzujący spaliny samochodowe.
2.2. Miary stęŜeń gazów
Miarą stęŜenia substancji toksycznych jest procent objętości. Dla małych stęŜeń substancji
toksycznych stosuje się jednostkę
µ
/m
3
. Do roku 1990 obowiązywała w Polsce jednostka
mg/m
3
. W krajach anglosaskich często stosowaną jest jednostka ppm (parts per milion –
części na milion wagowo lub objętościowo). Większość urządzeń pomiarowych wyskalowana
jest takŜe w tych jednostkach.
1ppm = 1000M/22,4 [
µ
g/m
3
]
M- masa cząsteczkowa przeliczanego związku
6
Porównanie jednostki ppm z jednostką
µ
g/m
3
przeprowadza się dla kaŜdego związku
toksycznego oddzielnie. PoniŜej przedstawiony został sposób porównania dla związku tlenku
węgla.
Dla tlenku węgla masa cząsteczkowa M wynosi:
M = M
C
+ M
O
= 12,1 + 15,99 = 28,10
M
C
– masa cząsteczkowa węgla;
M
O
– masa cząsteczkowa tlenu.
1 ppm = 1000M / 22,4 = 28100/22,4 = 1254 [
µ
/m
3
] dla CO.
Dla pozostałych związków porównanie takie przedstawione jest w Tab. 2.D.
Tab.2.D. Porównanie jednostek dla róŜnych związków
Rodzaj związku
Masa atomowa danego
związku
Wartość 1 ppm
Dla danego związku
Tlenek węgla CO
28,10
1 ppm = 1254
µ
g/m
3
Dwutlenek węgla CO
2
46,00
1 ppm = 2053
µ
g/m
3
Dwutlenek siarki SO
2
64,06
1 ppm = 2859
µ
g/m
3
Tlenek azotu NO
30,00
1 ppm = 1339
µ
g/m
3
Maksymalne stęŜenia substancji, które mogą oddziaływać na człowieka moŜna wyrazić
kilkoma sposobami [4]:
1. Progowa wartość graniczna – średnia waŜona czasowo: TLV-TWA – średnia waŜona
czasowo stęŜenia dla 8 godzin dziennie i 40 godzin tygodniowo, na które człowiek
moŜe być wielokrotnie naraŜony.
2. Progowa wartość graniczna – krótkookresowy limit naraŜenia: TLV-STEL –
definiowany jest jako 15 minutowe naraŜenie średnią waŜoną czasowo – TWA, które
nie powinno wystąpić częściej niŜ 4 razy w ciągu 8 godzin i przy minimalnej przerwie
między naraŜeniami wynoszącej 1 godzinę.
3. Progowa wartość graniczna – szczyt TLV-C – stęŜenie, które nie powinno być
przekroczone podczas naraŜenia.
2.3. Dopuszczalne stęŜenia zanieczyszczeń komunikacyjnych w Polsce
7
Dopuszczalne stęŜenia zanieczyszczeń w Polsce określa Dziennik Urzędowy Ministra
Zdrowia i Opieki Społecznej z 1985 roku. Podano w nim dopuszczalne wielkości stęŜeń oraz
w jakim powinny być one mierzone. Podane zostały stęŜenia dla trzech okresów
pomiarowych:
- stęŜenie dla okresu 30 min.;
- stęŜenie dla okresu 24 godz.;
- stęŜenie dla okresu 1 roku.
Ponadto wyróŜnione zostały dwa rodzaje obszarów, dla których obowiązują odpowiednie
stęŜenia:
- Obszary chronione (parki narodowe, rezerwaty przyrody, obszary chronionego
krajobrazu, tereny uzdrowisk);
- Obszary (tereny zieleni wypoczynkowej, długiego pobytu, tereny sanatoryjne i
szpitale, tereny uczelni, szkół, przedszkoli, tereny usługowe, tereny zabudowy
administracyjnej).
Wyniki pomiarów przeprowadzanych na ulicach miast naleŜy odnosić do wartości
dopuszczalnych dla obszaru.
Wielkości dopuszczalnych zanieczyszczeń komunikacyjnych w Polsce przedstawiono w
Tab.2.E i Tab.2.F.
Tab.2.E. Dopuszczalne stęŜenia zanieczyszczeń komunikacyjnych w [
µ
g/m
3]
RODZAJ OBSZARU
OBSZAR
OBSZAR CHRONIONY
StęŜenie w czasie
StęŜenie w czasie
RODZAJ
ZANIECZYSZCZENIA
30 min.
24 h
średnie
roczne
30 min.
24 h
średnie
roczne
1
2
3
4
5
6
7
Dwutlenek azotu NO
2
500
150
50
150
50
30
Tlenek węgla CO
5000
1000
120
3000
500
61
Sadza C
150
50
8
50
20
4
Dwutlenek siarki SO
2
600
200
32
250
75
11
Ołów Pb
---
1
0,2
---
0,5
0,1
8
Dopuszczalne stęŜenia substancji zanieczyszczających powietrze uwaŜa się za
dotrzymane, jeŜeli ich wartości podane w tabelach (rubryka 2,3,5,6) są przekroczone co
najwyŜej dwukrotnie w ciągu 2% czasu w roku dla stęŜeń średniodobowych.
Wartości podane w tabelach dotyczą działania szkodliwej dawki kaŜdej substancji. JeŜeli
w powietrzu znajduje się kilka substancji szkodliwych, występuje sumaryczny efekt ich
działania tzw. synergizm.
Tab.2.F. Dopuszczalne stęŜenia zanieczyszczeń komunikacyjnych w [ppm]
RODZAJ OBSZARU
OBSZAR
OBSZAR CHRONIONY
StęŜenie w czasie
StęŜenie w czasie
RODZAJ
ZANIECZYSZCZENIA
30 min.
24 h
średnie
roczne
30 min.
24 h
średnie
roczne
1
2
3
4
5
6
7
Dwutlenek azotu NO
2
0,24
0,07
0,02
0,07
0,02
0,01
Tlenek węgla CO
3,98
0,80
0,10
2,40
0,40
0,05
Dwutlenek siarki SO
2
0,21
0,07
0,01
0,09
0,03
0,00
* - dla pozostałych związków jak ołów i sadza powyŜszych przeliczeń nie moŜna
przeprowadzić.
Obowiązujący obecnie akt prawny nie normuje jednak tego zagadnienia. W celu
przybliŜonej oceny szkodliwego działania mieszaniny substancji (których stęŜenie kaŜdej
oddzielnie nie przekracza stęŜenia dopuszczalnego), moŜna zastosować następującą
zaleŜność:
C
w1
/NDS
1
+ C
w2
/NDS
2
+ ……..+ C
wn
/NDS
n
< 1
C
wn
- wartości stęŜeń substancji zmierzonych;
NDS
n
– wartości stęŜeń dopuszczalnych aktem prawnym.
Metody pomiaru zanieczyszczeń
WyróŜnia się trzy główne sposoby pomiaru poziomu gazów, par, mgieł i pyłów w
atmosferze [7]:
1. Metody chemiczne
Określenie stęŜenia gazów toksycznych metodą chemiczną moŜe odbywać się na
zasadzie:
9
- pobrania próbek, które analizowane są chemicznie w laboratorium;
- wykorzystania procesu chemicznego zachodzącego w kalorymetrycznej rurce
wskaźnikowej (zmiana barwy w obecności gazu toksycznego).
2. Metody mechaniczne
Obejmują one analizę pyłów i cząstek zbieranych na materiałach filtracyjnych.
Zanieczyszczenia wciągane są na materiały filtracyjne przy uŜyciu próbkujących
pomp o znanych prędkościach przepływu powietrza. Zebrany materiał podlega w
następnej kolejności typowym analizom chemicznym.
3. Metody elektroniczne
Metody te wykorzystują jednocześnie zjawiska elektryczne, fizyczne i chemiczne.
Przykładowo wykorzystywane są zjawiska:
- kalorymetrii chemicznej – elektroniczny pomiar zmiany barwy substancji
próbkującej gaz;
- fotometrii – pomiar ilości energii świetlnej absorbowanej przez próbkę gazu;
- katalityczne – pomiar ciepła wydzielanego przy reakcjach chemicznych na
powierzchni katalizatora;
- półprzewodnikowe – zmiana rezystancji półprzewodnika przy absorpcji gazu przez
jego powierzchnię;
- elektrochemiczne – przepływ prądu na skutek kontaktu próbki gazu z czujnikiem
chemicznym.
Spośród wymienionych metod największą popularność zdobywają ostatnie z
wymienionych. UmoŜliwiają bowiem stosunkowo szybki pomiar stęŜenia z moŜliwością jego
bezpośredniego odczytu.
3. Stanowisko pomiarowe
WyposaŜenie stanowiska pomiarowego do badań zanieczyszczeń powietrza w ruchu
drogowym stanowi:
10
1. Miernik pomiaru zanieczyszczeń powietrza STX-70 wyposaŜony w czujnik tlenku
węgla;
2. Zestaw komputerowy z oprogramowaniem do analizy danych pomiarowych;
3. Drukarka.
3.1. Miernik pomiaru zanieczyszczeń STX-70
Miernik STX-70 jest przenośnym urządzeniem umoŜliwiającym m. in. pomiar takich
zanieczyszczeń występujących w układach komunikacyjnych jak:
- tlenek azotu;
- tlenek węgla;
- dwutlenek azotu;
- dwutlenek siarki.
Rodzaj mierzonego zanieczyszczenia zaleŜy od zamontowanego w mierniku wymiennego
czujnika. Ze względu na zasadę działania czujnika, miernik zaliczany jest do urządzeń typu
elektrochemicznego. Podstawowymi elementami składowymi przyrządu są:
- czujnik elektrochemiczny;
- elektroniczny układ kontrolno-pomiarowy;
- wskaźnik (cyfrowy).
Budowę czujnika przedstawiono na Rys. 3.1.
11
Rys.3.1. Schemat czujnika elektrochemicznego [4]
Czujnik składa się z następujących elementów:
- czułej elektrody;
- przeciwelektrody;
- obudowy zawierającej elektrolit kwasowy;
- membrany teflonowej.
Zasada działania czujnika elektrochemicznego oparta jest na utlenianiu gazu toksycznego
na elektrodzie o kontrolowanym potencjale. Membrana czujnika pozwala na dyfuzję gazów
do miejsca reakcji zawierającego roztwór kwasowy. Cząsteczki gazów wchodzą w kontakt z
roztworem kwasowym przy elektrodzie czułej i przeciwelektrodzie, generując mały prąd.
Prąd ten jest proporcjonalny do stęŜenia gazu i wskazywany jest w jednostkach ppm.
Budowę miernika STX-70 z zaznaczeniem elementów funkcjonalnych jego wyposaŜenia
przedstawiono na rys.3.2.
Funkcje zaznaczonych elementów są następujące:
G A Z T O K S Y C Z N Y
Membrana teflonowa
Elektroda czuła
Przeciwelektroda
Elektroniczny
Układ
Kontrolny
i Pomiarowy
Elektrolit kwasowy
12
1.
Przycisk wprowadzania „E”/kalibracji „Cal”;
2.
Przycisk funkcyjny (niebieski);
3.
Włącznik podświetlenia wyświetlacz;
4.
Przycisk załączenia „On” / zmiany menu „+”;
5.
Przycisk wyłączenia „Off” / zmiany menu „-”
6.
Przycisk potwierdzenia „ACK” / trybu pracy „M”;
7.
Wejście czujnika gazu;
8.
Podświetlany wyświetlacz;
9.
Gniazdo danych RS-232;
10.
Pokrywa baterii;
11.
Pokrywa wskaźnika alarmu;
12.
Wizualny wskaźnik alarmu.
Miernik wyposaŜony jest takŜe w zegar czasu rzeczywistego, kalendarz oraz pamięć.
MoŜe obliczać:
STEL – średnie stęŜenie gazu toksycznego w ciągu ostatnich 15 minut;
TWA – średnią waŜoną gazu toksycznego w zaprogramowanym przez operatora czasie
(od 1 h do 40 h). Częstotliwość zapisu moŜe być regulowana w zakresie od 1 [s]
do 300[s].
13
Rys. 3.2. Budowa miernika STX-70
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
9
13
14
Przez złącze równoległe miernik moŜe być połączony z komputerem w celu przepisania i
analizy danych. Podstawowe dane techniczne miernika przedstawione zostały w Tab. 3.A.
Tab.3.A. Dane techniczne urządzenia STX-70 [8]
Mie-
rzony
związek
Zakres
pomia-
rowy
Błąd
pomia-
ru
Czas
stabili-
zacji
Pamięć
własna
Tempe-
ratura
działania
Max.
okres
pomia-
ru
Rodzaj
czujnika
pomiaro-
wego
symbol
chemiczny
ppm lub %
ppm lub
%
sek.
Tak/Nie
°
C
h
---
CO
0
÷
999
ppm
1 ppm
5
Tak
-5
÷
40
2000
elektro-
chemiczny
NO
0
÷
999
ppm
1 ppm
5
Tak
-5
÷
40
2000
elektro-
chemiczny
SO
2
0
÷
99
ppm
0,1 ppm
5
Tak
-15
÷
40
2000
elektro-
chemiczny
NO
2
0
÷
99
ppm
0,1 ppm
5
Tak
-15
÷
40
2000
elektro-
chemiczny
O
2
0
÷
30%
1%
5
Tak
-20
÷
40
2000
elektro-
chemiczny
W celu przeprowadzenia miernikiem STX-70 pomiarów zanieczyszczenia powietrza
tlenkiem węgla (w taki czujnik wyposaŜony został miernik w stanowisku pomiarowym),
naleŜy wykonać czynności opisane poniŜej.
1. Dokonać załączenia miernika do pracy i wprowadzenia w tzw. tryb pracy w czasie
rzeczywistym:
a) Wcisnąć przycisk funkcyjny (2) wraz przyciskiem „On” (4). Po krótkim sygnale
dźwiękowym nastąpi wyświetlenie sekwencji podstawowych informacji
dotyczących:
- rodzaju czujnika – CO;
- stanu naładowania baterii – BATT „****” (wyświetlenie czterech gwiazdek
oznacza stan dobrego naładowania baterii);
- daty ostatniej kalibracji miernika – LAST CAL „MM..DD”;
- załączenia tzw. funkcji higieny umoŜliwiającej zapamiętywanie danych i
obliczenia STEL i TWA – RSETHYG.
b) Po wyświetleniu w/w komunikatów miernik przechodzi automatycznie w tryb
pracy w czasie rzeczywistym. Wyświetlacz będzie wskazywał aktualną wartość
stęŜenia tlenku węgla w ppm.
15
2. Dokonać zerowania miernika (w warunkach czystego powietrza):
a) w trybie pracy w czasie rzeczywistym wcisnąć i zwolnić przycisk funkcyjny (2)
wraz z przyciskiem kalibracji „Cal” (1). Po krótkim sygnale dźwiękowym miernik
rozpocznie funkcję automatycznego ustawienia zera. Będzie przekazywany komunikat
„AUTO ZERO”.
b) Po ustawieniu nowego zera odniesienia nastąpi:
- zatrzymanie przyrządu na około 10 [s];
- wydanie krótkiego sygnału dźwiękowego;
- powrót miernika w tryb pracy w czasie rzeczywistym;
- wyświetlenie wskazania „0000”.
c) W przypadku, gdy zerowanie przeprowadzone będzie w warunkach
zanieczyszczonego powietrza, miernik po komunikacie „AUTO ZERO” przejdzie
natychmiast w tryb pracy w czasie rzeczywistym i utrzyma poprzedni poziom
zerowania.
3. Wykasować zawartość pamięci miernika
a) Czynność tę wykonuje się za pomocą oprogramowania.
4. Dokonać wyłączenia miernika w następujący sposób:
a) Wcisnąć przycisk funkcyjny (9) łącznie z przyciskiem wyłączenia „Off” (5) do
czasu wydania przez przyrząd pięciu krótkich sygnałów dźwiękowych.
b) Odłączyć kabel portu szeregowego od miernika.
Przygotowany w w/w wymieniony sposób przyrząd nadaje się do przeprowadzenia sesji
pomiarowej w warunkach obiektu rzeczywistego. Rozpoczynając pomiar naleŜy postępować
zgodnie ze wskazaniami podanym w punkcie 1. Początek sesji pomiarowej (z zapisem
danych) ma miejsce wtedy, gdy w trakcie wyświetlania komunikatu RSET HYG dokona się
załączeni przycisku wprowadzania „E” (1). KaŜde wyłączenie miernika powoduje
zapamiętanie zarejestrowanych danych jako jednej z sesji pomiarowych. Ponowne załączenie
rozpoczyna następną sesję pomiarową.
Zastosowany miernik posiada jeszcze wiele innych dodatkowych funkcji typu:
- odczyt najwyŜszego stęŜenia gazu PEAK;
- odczyt wartości TWA;
- odczyt wartości STEL;
16
- ustawienie kodu dostępu;
- ustawienie progów alarmowych (niskiego, wysokiego TWA i STEL);
- ustawienie daty i czasu.
Ze względu na to, Ŝe większość nastaw jest wprowadzana do miernika oraz ze względu na
moŜliwość niekontrolowanego podziału sesji pomiarowych przy dokonywaniu ustawień, nie
podano sposobu ich przeprowadzania. Obejmuje to oryginalna instrukcja obsługi miernika
STX-70 [5]. Natomiast odczyt tych dodatkowych wskazań miernika moŜliwy jest takŜe po
zakończonych sesjach pomiarowych w trakcie analizy zebranych danych.
3.2. Oprogramowanie analizy danych – instrukcja uŜytkownika
Oprogramowanie miernika słuŜy do tabelarycznej i graficznej analizy danych
zarejestrowanych w czasie poszczególnych sesji pomiarowych. Na zajęciach przedstawione
zostaną najwaŜniejsze zasady korzystania z oprogramowania umoŜliwiającego szybkie (w
ramach ćwiczenia) przeprowadzenie analizy zebranych wyników. Szczegółowe informacje
zawarte są w oryginalnej instrukcji obsługi oprogramowania [6].
4. Program badań zanieczyszczeń powietrza w ruchu drogowym – zasada
przeprowadzania pomiarów
Badania zanieczyszczeń środowiska powodowanych przez ruch drogowy mogą dotyczyć
rozpoznania wpływu wielu czynników. Do najwaŜniejszych czynników mogących wywierać
wpływ na emisję zanieczyszczeń moŜna zaliczyć [10]:
- Parametry geometryczne dróg (pochylenia podłuŜne, kształt drogi w planie,
kształt drogi w przekroju);
- Rozwiązania organizacji ruchu na odcinkach międzywęzłowych(oznakowanie
poziome, ograniczenia prędkości, występowanie przejść dla pieszych w
poziomie jezdni, ograniczenia ruchu spowodowane np. robotami drogowymi,
preferencje dla komunikacji zbiorowej);
- Rozwiązania organizacji ruchu na skrzyŜowaniach (czytelność oznakowania,
geometria skrzyŜowania, sposoby podporządkowania wlotów, lokalizacja
przystanków komunikacji zbiorowej, skrzyŜowanie sterowane - niesterowane);
17
- Elementy sterowania ruchem (rodzaj sterowania – cykliczne, acykliczne;
programy sygnalizacji – program awaryjny, program dostosowany do wymagań
ruchu, program rozbieŜny z wymaganiami ruchu; parametry programu
sygnalizacji – długość cyklu, podział cyklu);
- Rozwiązania układów komunikacyjnych (alternatywne trasy objazdowe, strefy
ograniczonego parkowania, koordynacja sterowania na ciągach i w sieciach
ulic).
Część z wymienionego powyŜej programu badań wymaga dysponowania złoŜonym
stanowiskiem, umoŜliwiającym jednoczesne monitorowanie wielu punktów pomiarowych.
W warunkach wyposaŜenia ćwiczenia laboratoryjnego moŜliwe są do przeprowadzenia
jedynie badania wpływu niektórych czynników na zanieczyszczenie środowiska. Do
czynników tych moŜna zaliczyć:
- intensywność strumienia;
- strukturę rodzajową ruchu;
- prędkość strumienia;
- wybrane elementy rozwiązań geometrycznych drogi lub ulicy.
KaŜde badanie zanieczyszczenia powietrza powinno odpowiadać generalnym załoŜeniom
sformułowanym na podstawie doświadczeń uzyskanych w Instytucie Ochrony Środowiska w
Warszawie. ZałoŜenia te są następujące:
- Przeprowadzenie pomiarów zalecane jest w miesiącach maj – czerwiec oraz
wrzesień – październik;
- najlepszymi dniami są dni bezwietrzne, pochmurne ale nie deszczowe;
- pomiar powinien odbywać się w bliskiej odległości od poruszających się
pojazdów (ok. 1[m]);
Zasady przeprowadzenia pomiarów i analizy wyników dla określenia wpływu wybranych
czynników na zanieczyszczenie środowiska podane zostały poniŜej.
18
A. Badanie wpływu intensywności strumienia na stęŜenie tlenku węgla
a.1. Dokonać wyboru przekroju odcinka drogi lub ulicy charakteryzującego się znacznymi
wahaniami intensywności strumienia w róŜnych porach dnia;
a.2. Dla róŜnych pór dnia (minimum dwóch) przeprowadzić godzinne monitorowanie stęŜenia
CO zgodnie z podanymi załoŜeniami generalnymi. Rejestracji danych dokonywać w
przedziałach 120 sekundowych.
a.3. W trakcie kaŜdej sesji pomiarowej przeprowadzać pomiar natęŜenia ruchu w 120
sekundowych przedziałach pomiarowych.
a.4. Wykorzystując testy zgodności rozkładów przeprowadzić analizę statystyczną, polegającą
na sprawdzeniu tego samego poziomu intensywności dopływu w sesji pomiarowej oraz
ustalić wartość intensywności w poszczególnych sesjach.
a.5. W przypadku, gdy w jednej z sesji pomiarowych występują róŜne poziomy intensywności
dopływu, dokonać takiego rozdzielenia sesji pomiarowej (tworzy się dodatkową sesję),
aby poziom intensywności dopływu w kaŜdej sesji moŜna było uznać za stały.
Rozdzielić takŜe monitorowane dane o stęŜeniu CO tak, aby pozostały one w ścisłym
związku z wyróŜnionymi sesjami pomiarowymi.
a.6. Korzystając z oprogramowania detektora STX-70 dokonać analizy stęŜenia tlenku węgla
w funkcji czasu. W tym celu wyznaczyć dla sesji pomiarowych:
- charakterystykę wskazań czujnika tlenku węgla;
- charakterystykę zmian wartości średniego waŜonego stęŜenia tlenku węgla –
TWA;
- charakterystykę zmian wartości średniego piętnastominutowego stęŜenia tlenku
węgla w czasie sesji pomiarowej – STEL.
a.7. Na wykonane charakterystyki nanieść w postaci histogramów wartości natęŜeń
strumienia z przedziałów pomiarowych oraz zaznaczyć poziomy intensywności
strumienia.
a.8. Przeprowadzić analizę wpływu wahań natęŜenia oraz intensywności strumienia na
stęŜenie tlenku węgla.
a.9. Korzystając z wydruku podsumowania nanieść na charakterystykę zbiorczą (dotyczącą
danego przekroju pomiarowego) TWA=f(
λ
) punkty końcowe TWA.
19
B. Badanie wpływu struktury rodzajowej ruchu na stęŜenie tlenku węgla
b.1. Dokonać wyboru drogi lub ulicy charakteryzującego się stałym poziomem intensywności
strumienia i róŜnorodną strukturę rodzajową (znacznymi wahaniami w udziale
pojazdów cięŜkich tzn. cięŜarowych i autobusów).
b.2. Dla przewidywanych róŜnych poziomów udziału pojazdów cięŜkich (minimum dwóch)
przeprowadzić godzinne monitorowanie stęŜenia CO zgodnie z podanymi załoŜeniami
generalnymi. Rejestracji danych dokonywać w przedziałach 120 sekundowych.
b.3. W kaŜdej sesji pomiarowej przeprowadzić pomiar natęŜenia ruchu i struktury rodzajowej
w 120 sekundowych przedziałach pomiarowych.
b.4 Wykorzystując testy zgodności rozkładów, przeprowadzić analizę statystyczną polegającą
na sprawdzeniu tego samego poziomu intensywności strumienia w sesjach
pomiarowych. W przypadku róŜnych poziomów intensywności w sesjach pomiarowych,
dokonać wyboru tych przedziałów czasu w sesjach, w których poziom intensywności
moŜna uznać za stały. Ograniczyć do tych przedziałów czasu liczbę danych uzyskanych
z monitorowania stęŜenia CO.
b.5. Dla jednakowych poziomów intensywności wyznaczyć wartość intensywności oraz
procentowe udziały pojazdów cięŜkich w przedziałach pomiarowych i w
poszczególnych sesjach.
b.6. Analogicznie jak w punkcie a.6.
b.7. Na wykonane charakterystyki nanieść w postaci histogramów procentowe udziały
pojazdów cięŜkich w poszczególnych przedziałach pomiarowych oraz zaznaczyć średni
poziom tego udziału w kaŜdej sesji pomiarowej.
b.8. Przeprowadzić analizę wpływu udziału pojazdów cięŜkich na stęŜenie tlenku węgla.
b.9. Korzystając z wydruku podsumowania nanieść na charakterystykę zbiorczą (dotyczącą
danego przekroju pomiarowego) TWA = f(
λ
,PC) punkty końcowe TWA.
20
C. Badanie wpływu prędkości strumienia pojazdów cięŜkich na stęŜenie tlenku węgla
c.1 Dokonać wyboru odcinka drogi lub ulicy charakteryzującego się jednorodną
intensywnością strumienia, ale róŜnymi prędkościami dopuszczalnymi. Na odcinku tym
wyznaczyć dwa przekroje pomiarowe, na których róŜne są prędkości dopuszczalne.
c.2. W przekrojach pomiarowych przeprowadzić godzinne monitorowanie stęŜenia CO
zgodnie z podanymi załoŜeniami generalnymi. Rejestracji danych dokonywać w
przedziałach 120 sekundowych.
c.3. W kaŜdej sesji pomiarowej przeprowadzać pomiar natęŜenia i prędkości punktowej
(pomiar za pomocą radaru) oznaczając 120 sekundowe przedziały pomiarowe.
c.4. Analogicznie jak w punkcie b.4.
c.5. Dla jednakowych poziomów intensywności wyznaczyć wartość intensywności oraz
ś
rednie wartości prędkości w przedziałach pomiarowych i w poszczególnych sesjach.
c.6. Analogicznie jak w punkcie a.6.
c.7. Na wykonane charakterystyki nanieść w postaci histogramów średnie wartości prędkości
w poszczególnych przedziałach pomiarowych oraz zaznaczyć poziom średniej prędkości
w kaŜdej sesji pomiarowej.
c.8. Przeprowadzić analizę wpływu prędkości pojazdów na stęŜenie tlenku węgla.
c.9. Korzystając z wydruku podsumowania nanieść na charakterystykę zbiorczą (dotyczącą
danego odcinka drogi lub ulicy) TWA = f(
λ
,V) punkty końcowe TWA.
D. Badanie wpływu elementów organizacji ruchu (przejście dla pieszych, wygrodzenie pasa
ruchu itp.) na stęŜenie tlenku węgla
d.1. Dokonać wyboru odcinka drogi lub ulicy charakteryzującego się jednorodną
intensywnością strumienia, taką samą prędkością dopuszczalną oraz wprowadzonym
elementem organizacji ruchu. Na odcinku tym wyznaczyć dwa przekroje pomiarowe, z
których jeden powinien być umieszczony w bezpośredniej bliskości elementu
organizacji ruchu, drugi zaś w znacznym oddaleniu od tego elementu.
21
d.2. W przekrojach pomiarowych przeprowadzić godzinne monitorowanie stęŜenia CO
zgodnie z podanymi załoŜeniami generalnymi. Rejestracji danych dokonywać w
przedziałach 120 sekundowych.
d.3. W kaŜdej sesji pomiarowej przeprowadzić pomiar natęŜenia ruchu w 120 sekundowych
przedziałach pomiarowych.
d.4. Analogicznie jak w punkcie b.4.
d.5. Wyznaczyć wartość intensywności wspólną dla sesji pomiarowych.
d.6. Analogicznie jak w punkcie a.6.
d.7. Na wykonanych charakterystykach, nanieść w postaci histogramów wartości natęŜeń
strumienia w przedziałach pomiarowych oraz wyznaczoną w punkcie d.5. wartość
intensywności strumienia.
d.8. Przeprowadzić analizę wpływu wybranego w punkcie d.1. elementu organizacji ruchu na
stęŜenie tlenku węgla.
d.9. Korzystając z wydruku podsumowania, nanieść na charakterystykę zbiorczą (dotyczącą
danego elemen4tu organizacji ruchu) TWA = f(
λ
) punkty końcowe TWA. RozróŜnić
punkt dotyczący przekroju pomiarowego przy elemencie organizacji ruchu i poza nim.
E. Badanie wpływu parametrów geometrycznych drogi (pochylenie podłuŜne, kształt drogi
w planie, kształt drogi w przekroju) na stęŜenie tlenku węgla
e.1. Dokonać wyboru odcinka drogi lub ulicy charakteryzującego się jednorodną
intensywnością strumienia, identyczną prędkością dopuszczalną, ale o róŜnych
parametrach geometrycznych drogi. Na odcinku wyznaczyć dwa przekroje pomiarowe
uwzględniające róŜne parametry geometryczne drogi.
e.2. Analogicznie jak w punkcie d.2.
e.3. Analogicznie jak w punkcie d.3.
e.4. Analogicznie jak w punkcie d.4.
e.5. Analogicznie jak w punkcie d.5.
e.6. Analogicznie jak w punkcie d.6.
e.7. Analogicznie jak w punkcie d.7.
22
e.8. Przeprowadzić analizę wpływu wybranego w punkcie e.q. parametru geometrycznego
drogi na stęŜenie tlenku węgla.
e.9. Korzystając z wydruku podsumowania, nanieść na charakterystykę zbiorczą (dotyczącą
danego odcinka drogi) TWA = f(
λ
) punkty końcowe TWA z rozróŜnieniem parametrów
geometrycznych drogi, których one dotyczą.
5. Literatura
1. Rocznik statystyczny 1993 rok – Ochrona Środowiska
2. Dziennik Urzędowy MZiOS 1986 rok
3. Datka St., Suchorzewski W., Tracz M.: „InŜynierii Ruchu” WKiŁ 1989 rok
4. Delta Service: „Twój detektor osobisty – monitorowanie atmosfery dla bezpieczeństwa
pracowników”, materiały pomocnicze. Zielonka 1994 rok
5. Delta Service: „STX 70 - osobisty przyrząd do wykrywania gazów”, instrukcja obsługi
6. Delta Sernice: „STX 70 – oprogramowanie bazy danych higieny”, instrukcja obsługi
7. Materiały Seminaryjne Polskiego Towarzystwa Sensorowego. Gdańsk 1992 rok
8. Ceglarski W.: „Stanowisko pomiarowe do badania zanieczyszczenia powietrza i poziomu
hałasu wywołanego ruchem drogowym”. Praca Dyplomowa magisterska. Wydział
Transportu, Politechnika Warszawska. Warszawa 1994 rok
9. Jakubowski J.: „Motoryzacja i ochrona środowiska”. WKiŁ. Warszawa 1976 rok
10. Suda J., Buda M.: „Badania poziomu hałasu i zanieczyszczenia powietrza w ruchu
drogowym”. Sprawozdanie z realizacji tematu 503/163/421. Wydział Transportu.
Politechnika Warszawska. Warszawa, 1993 rok. Praca niepublikowana.