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).

Баланс активности радона в помещениях при разной мощности вентиляции - student2.ru

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:

Баланс активности радона в помещениях при разной мощности вентиляции - student2.ru (1),

Баланс активности радона в помещениях при разной мощности вентиляции - student2.ru ) (2),

где t – время, N –количество не распавшихся атомов, ω [1/c] – вероятность распада атома за 1 секунду, Баланс активности радона в помещениях при разной мощности вентиляции - student2.ru – среднее время жизни атома. В справочниках часто приводится также период полураспада – T1/2=ln(2)* Баланс активности радона в помещениях при разной мощности вентиляции - student2.ru . Для 222Rnуказанные параметры имеют следующие значения: ω= 2,097 10-6 1/с, Баланс активности радона в помещениях при разной мощности вентиляции - student2.ru = 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.

P м3/час
Баланс активности радона в помещениях при разной мощности вентиляции - student2.ru

Рис. 2. Значения кратности воздухообмена k [1/час] для различных мощностей вентилятора P3/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:

Баланс активности радона в помещениях при разной мощности вентиляции - student2.ru (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( Баланс активности радона в помещениях при разной мощности вентиляции - student2.ru ) и из уравнения (3) находим выражение для qm:

Баланс активности радона в помещениях при разной мощности вентиляции - student2.ru (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 kпо формуле (4) при типичных значениях E и qeпредставлен на Рис. 3.

Баланс активности радона в помещениях при разной мощности вентиляции - student2.ru

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»

Наши рекомендации