Experimental Analysis and Computer Simulations on the Sub-Floor Soil Ventilation Technique as a Remedial Measure Against Indoor Radon

Cengiz Akis

Publikation: AbschlussarbeitDissertation

Abstract

Der durch Druckdifferenzen gesteuerte Radoneintritt vom Erdboden ist der grundlegende Mechanismus für den Anstieg der Radonraumluftkonzentration in Häusern. Um dieses Phänomen experimentell zu analysieren und entsprechende Hilfsmaßnahmen anbieten zu können, ist ein Radon Testhaus entwickelt und eingereicht worden, das mit einer mechanischen Bodenlüftungsmethode (Active Sub-Floor Depressurization "ASD" System) ausgerüstet worden ist. Sonderfälle, die experimentell nicht durchführbar waren, sind durch Computersimulationen, mit Hilfe der standardmäßigen "Finite Elements" Software "ANSYS/Multiphysics-5.5" analysiert worden. Die Leistung des ASD Systems ist unter verschiedenen Raumluftkonzentrationen geprüft worden. Zum Beispiel wurde bei einer anfänglichen Radonraumluftkonzentration von ~17.10 Bq/m3innerhalb von 60 Minuten eine 75%ige Konzentrationsreduktion erreicht. Ein erheblicher Raumluftkonzentrationsanstieg ist innerhalb des Testhauses bei aktiviertem ASD System zu keinem Zeitpunkt beobachtet worden. Um eine hohe Radonkonzentration im Boden und in der Raumluft herzustellen und instand zu halten, ist ein Radongasgenerator eingesetzt worden, der Ra-226 in Form trockenen Pulvers enthält und eine nominelle Aktivität von 3.7 MBq besitzt. Eine statistische Analyse einzelner Radonmessungen im Abstand von jeweils 10 Minuten ("integrating time") ist unter natürlichem Radonraumluftzustand vorgenommen worden, wobei eine mittlere Radonkonzentration von 133 Bq/m3 bei nicht betriebenem ASD System gemessen wurde. Im Gegensatz dazu wurde bei aktiviertem ASD System ein entsprechender Wert von 15 Bq/m3 registriert. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Auftrittswahrscheinlichkeit einer Überschreitung des EPA (U.S. Environmental Protection Agency) Grenzwertes von 148 Bq/m3 bei inaktivem ASD System 60 Mal höher ist als bei aktivem ASD System. Die Wiederholungsfrequenz dieses Grenzwertes ist bei nicht betriebenem ASD System auf 100 geschätzt worden, während er bei aktivem ASD System (ohne künstliche Radonanreicherung) überhaupt nicht erreicht wurde.Die durch das ASD System verursachten Druckverteilungsmerkmale im Kiesbett unter dem Betonfußboden, sind ausführlich unter anderem mittels Computersimulation analysiert worden. Die entsprechende horizontale Geschwindigkeit des radongeladenen Bodengas wurde bei nicht aktivem ASD System auf 0.14 m/s und die entsprechende Reynolds Zahl (Re) auf 210 geschätzt. Dies lässt auf eine turbulente und somit nicht Darcian Strömung schließen. Im Gegensatz dazu sind bei nicht betriebenem ASD System die entsprechenden Werte von ~10-3 m/s und RE=1.4 errechnet worden, was auf eine laminare Darcian Strömung hindeutet. Zudem ist experimentell gezeigt worden, dass ein geringfügig negativer Raumluftdruck (z.B. -5Pa) relativ zum Erdbodenbereich des Radontesthauses, zu einem Anstieg der Radonraumluftkonzentration von 34 Bq/m3 auf 112 Bq/m3 innerhalb von 75 Minuten, sogar bei beträchtlich geringem Radongehalt im Bodengas, geführt hat. Der durch Luftströmung ausgelöste Druckstörungsbereich im Bodengas kann durch die partielle Differentialgleichung von Laplace errechnet werden, wenn die Luftdurchlässigkeit des Erdbodens und die dynamische Viskosität des Bodengas als konstant angenommen werden. Die Software "ANSYS/Multiphysics-5.5" ist für die Erzeugung von Gittern benutzt worden und um die Gleichung von Laplace in zwei und drei Dimensionen numerisch zu lösen. Außerdem wurde folgendes mittels "ANSYS/Multiphysics-5.5" simuliert: "der poröse Erdboden und die mechanische Bodenlüftungsmethode", "die Luftdruckstörung die durch die standardmäßige Nutzung von Privathäusern im Erdbodenbereich stattfindet", "die Luftdruckverteilung im Erdbodenbereich bei felsiger Struktur", "Luftströmungs- und Dispersionsgeschwindigkeitsverteilung im Erdboden" und schließlich "die Erdbodenluftdruckverteilung mit unterschiedlichen Luftdurchlässigkeitsmaßen des Erdbodens". Die entsprechenden Resultate werden graphisch dargestellt. Mittels Computersimulation konnte ein Näherungswert der Luftströmungsgeschwindigkeit und der Radonaktivitätsbeförderung in das Innere eines Hauses durch einen 0.001m breiten Bruchriß bei geringem (5-20 Pa.) Raumluftdruckabfall gefunden werden.
OriginalspracheDeutsch
Gradverleihende Hochschule
  • Graz University of Technology
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2005

Research Field

  • Biosensor Technologies

Diese Publikation zitieren