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 – T1/2=ln(2)* 
. Для 222Rn указанные параметры имеют следующие значения: ω= 2,097 10-6 1/с, 
= 4,769 105 с, T1/2 =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.
|
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 – qe (типичные значения единицы Бк/м3). Уравнение, выражающее баланс активности внутри помещения имеет вид:
(3),
где qi – 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 - qm. Из условия равенства нулю производной(
) и из уравнения (3) находим выражение для qm:
(4)
Критерием радиационной безопасности является не превышение qm предельно допустимого значения, согласно принятым нормативом предельно допустимого значения ОАР в помещении равно 100 Бк/м3.
Пример расчета зависимости qm от k по формуле (4) при типичных значениях E и qe 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, qe= 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 qe для 30 вариантов расчета.
Табл. 2
Номера вариантов (№ 1-30) задания различных значений Е и qe.
| qe E | |||
Выполнения работы
1) Согласно заданному варианту выбрать из Табл. 2 значения Е и qe.
2) Провести расчет для выбранных значений Е и qe, 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 qe 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 qm
· Построить график, аналогичный Рис. 3 для своего варианта.
· По этому графику найти точку пересечения кривой qm (k) c горизонтальной прямой предельно допустимой ОАР (100 Бк/м3) и определить необходимое значение кратности обмена (k) при котором qm< 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»
