Баланс активности радона в помещениях при разной мощности вентиляции

Цель работы

Цель работы является проведение расчета накопления радона в помещениях первых этажей зданий за счет эмиссии радона из грунта при различных характеристиках приточно-вытяжной вентиляции и оценка мощности вентиляции, необходимой для эффективной радоновой защиты.

 

Радоновая проблема

Земная кора с момента своего образования содержит естественные радиоактивные элементы (ЕРЭ), создающие естественные радиационный фон. Единственный газообразный продукт, который рождается в процессе распада ЕРЭ, является радон. В процессе распада урана-238 образуется радон-222 (²²²Rn). ²²²Rn является альфа-излучателем.

Интерес к радиологическому воздействию радона на население возник в начале 80 годов 20 века. Исследования показали, что концентрация радона в воздухе жилых домов, особенно одноэтажных, часто превышает предельно допустимый уровень. Подсчет вклада радона в формирование средней дозы облучения человека в процессе его жизни дает следующий результат: общий вклад естественного облучения в дозовую нагрузку составляет около 72%, при этом вклад космического излучения в облучение от естественных источников составляет 14%, вклад радона – 54%. Таким образом, более половины дозы от всех природных источников облучения человек получает через воздух, облучая радоном свои легкие во время дыхания.

Радон попадает в помещения различными путями: проникает из грунта из внешней атмосферы, выделяется из строительных материалов, приносится с водопроводной водой, бытовым газом и другими продуктами жизнеобеспечения. (Рис 1).

Рис. 1 Основные пути попадания радона в здания.

Уравнение радиоактивного распада и характеристики радиоактивности радона.

Дифференциальное уравнением радиоактивного распада и его решение для любого радиоактивного элементы имеют вид:

(1),

) (2),

где t – время, N – количество не распавшихся атомов, ω [1/c] – вероятность распада атома за 1 секунду, – среднее время жизни атома. В справочниках часто приводится также период полураспада – T_1/2=ln(2)* . Для ²²²Rn указанные параметры имеют следующие значения: ω= 2,097 10^-6 1/с, = 4,769 10⁵ с, T_1/2 =3,290 10⁵ с=3,82 суток.

Для характеристики количества радиоактивных элементов вместо массы принято использовать активность. Беккерель [Бк, Bq]: стандартная международная единица активности, равная одному распаду за секунду (системная единица СИ). Аналогом плотности [кг/м³] является объёмная активность (ОА), имеющая размерность [Бк/м³].

Вентиляция помещений

Одних из основных методов радоновой защиты является вентиляция помещений. При достаточной мощности вентилятора объемная активность радона (ОАР) внутри помещения стремится к ОАР во внешней атмосфере, которая обычно не представляет серьезной опасности для здоровья. Интенсивность вентиляции характеризуется кратностью воздухообмена помещения за час – k [1/ч], которая зависит от объема помещения (V [м³]) и мощности вентилятора P [м³/ч]: k=P/V. В Табл. 1 приведены типичные площади и объемы бытовых помещений разного назначения:

 

Табл. 1

	Назначение помещения	Площадь м2	Высота м	Объем м3
	Гостиная и спальня		2,5
	Кухня		2,5	37,5
	Ванна		2,5
	Туалетная комната		2,5
	Погреб		2,5	12,5

 

На Рис. 2 приведены значения кратности воздухообмена для различных мощностей вентилятора для помещений, имеющих номера 1-5 в Таб. 1.

P м3/час

Рис. 2. Значения кратности воздухообмена k [1/час] для различных мощностей вентилятора P [м³/час ] для помещений, имеющих номера 1-5 в Таб. 1.

 

Баланс активности радона в помещениях при разной мощности вентиляции

Внешними геофизическими параметрами, которые определяют скорость накопления радона в помещении, являются: плотность потока активности радона из грунта – E [Бк/м²/ч] (типичные значения десятки Бк/м²/ч) и ОАР в окружающей здание атмосфере – q_e (типичные значения единицы Бк/м³). Уравнение, выражающее баланс активности внутри помещения имеет вид:

(3),

где q_i – усредняя по объёму помещения ОАР внутри помещения. Отношение S/V=1/H (значение H указано в Табл. 1).

Через некоторое время (несколько часов) скорость поступления радона в помещения сравняется со скоростью его распада и скоростью ухода во внешнюю атмосферу за счет вентиляции, при этом ОАР в помещении достигнет максимального равновесного значения - q_m. Из условия равенства нулю производной() и из уравнения (3) находим выражение для q_m:

(4)

Критерием радиационной безопасности является не превышение q_{m предельно допустимого значения,} согласно принятым нормативом предельно допустимого значения ОАР в помещении равно 100 Бк/м³.

 

 

Пример расчета зависимости q_m от k по формуле (4) при типичных значениях E и q_{e представлен на Рис. 3.}

 

Рис. 3. Расчет зависимости максимальной ОАР в помещении от кратности воздухообмена при следующих значениях геофизических параметров: Е = 60 Бк/м²/ч, q_e= 5 Бк/м³, значение высоты помещения H= 2,5 м. Красная линия показывает предельно допустимое значение ОАР.

 

 

Расчетное задание

Задание вариантов расчета

В Табл. 3 приведены варианты задания различных значений Е и q_{e для} 30 вариантов расчета.

Табл. 2

Номера вариантов (№ 1-30) задания различных значений Е и q_e.

qe E

Выполнения работы

1) Согласно заданному варианту выбрать из Табл. 2 значения Е и q_e.

2) Провести расчет для выбранных значений Е и q_e, H = 2,5 м. В следующем порядке:

· Записать в таблицу Exel значения параметров, которые являются постоянными для всех вариантов – ω, H.

· Записать выбранные значения Е и q_e для своего варианта.

· Внести в Exel диапазон кратности воздухообмена k от 0 до 1 [1/час] с шагом 0,1 (для дальнейшего расчета перевести k в [1/сек].

· Для каждого значения k рассчитать по формуле (4) значение q_m

· Построить график, аналогичный Рис. 3 для своего варианта.

· По этому графику найти точку пересечения кривой q_m (k) c горизонтальной прямой предельно допустимой ОАР (100 Бк/м3) и определить необходимое значение кратности обмена (k) при котором q_m< 100 Бк/м3 (выбрать ближайшее значение с точностью до десятых долей со стороны больших значений). Например, на Рис.3 точка пересечения соответствует k=0,3 1/час

· По графику Рис. 2 найти необходимое значение мощности вентилятора для всех помещений из Табл. 1, соответствующее найденному значению кратности. Например, для помещения №1 требуемая мощность вентилятора – P=15 м3/час.

3) Оформить отчет.

Литература

 

1) Нормативные документы, по инженерно-экологические изысканиям при проведении строительных работ «СНиП 11-02-96, Свод правил (СП 11-102-97)».

2) Нормативы по ПДК радона «Защита от радона-222 в жилых зданиях и на рабочих местах»