Исследование распределения уровней радона по высоте зданий

УДК [

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЕЙ РАДОНА ПО ВЫСОТЕ ЗДАНИЙ

© 2015 г. М.В. Орешкин, А.В. Калайдо

Традиционно считается, что высокие уровни радона имеют место только на нижних этажах зданий. Исследования распределения уровней радона по высоте зданий в Луганском университете имени Тараса Шевченко показали высокие уровни радона на верхних этажах зданий. Это может быть объяснено переносом радона конвективными потоками внутри здания. Необходимо отметить, что радон, имеющий порядковый номер в таблице Менделеева 86 и атомный вес наиболее стабильного изотопа 222, период полураспада 3,8 суток, представляет из себя бесцветный газ без запаха и практически очень сложен в определении. Именно поэтому его опасность часто недооценивается. Исходя из этого, требуются специальные приборы и методики, а также специально обученный персонал исследователей. Накапливаясь в жилых и служебных помещениях он представляет существенную угрозу здоровью и жизни населения. Именно поэтому исследование радоновой опасности - чрезвычайно актуально. Большую часть годовой дозы облучения от источников ионизирующего излучения человек получает в закрытых помещениях, где основным дозообразующим фактором (более 50% суммарной дозы) выступают дочерние продукты распада радона. На данный момент облучение дочерними продуктами распада радона в помещениях официально признано второй по тяжести после курения причиной смертности от рака легкого. При определенной комбинации геофизических особенностей территории с конструктивными особенностями зданий и сезонными изменениями климатических параметров концентрации радона в воздухе помещений могут во много раз превышать уровни, установленные Нормами радиационной безопасности. Поэтому проведение мероприятий по уменьшению уровней радона в жилых и служебных помещениях является самым эффективным методом снижения коллективной дозы облучения, тем более, что снижение концентрации радона и его дочерних продуктов распада может быть получено при реализации достаточно простых мероприятий, не требующих больших затрат, средств и времени.

Ключевые слова: радон, распределение, высота, дочерние продукты распада (ДПР), эквивалентная равновесная объемная активность (ЭРОА).

It is traditionally considered that the high levels of radon take place only on the ground floors of buildings. Researches of radon levels distribution in the Luhansk Taras Shevchenko university show high radon levels on the overhead floors of buildings. It can be explained by the transfer of radon by air streams into buildings. It should be noted that radon having a sequence number 86 in the periodic table and the atomic weight of the most stable isotope 222, the half-life of 3.8 days and is a colorless, odorless gas and is practically very difficult to define. On this basis, it requires special equipment and techniques, as well as specially trained staff of researchers. That is why the danger is often underestimated. While accumulating in accommodation and service spaces it represents a significant threat to the health and lives of the population. That is why the study of radon danger is extremely important. Most of the annual dose from sources of ionizing radiation a person receives in enclosed spaces, where the main dose-forming factor (more than 50% of the total dose) are the daughter products of radon decay. At the time of exposure to radon decay daughter products in premises officially recognized the severity of the second cause of death after smoking on lung cancer. When a certain combination of geophysical characteristics of the area with the design of the buildings and the seasonal changes of climatic parameters of radon in indoor air can be many times the levels set Radiation Safety Standards. Therefore, carrying out measures to reduce radon levels in homes and offices is the most effective method of reducing the collective dose, the more that reducing the concentration of radon and daughter products of its decay in the order can be obtained by implementing relatively simple measures that do not require large expenditures of funds and time.

Key words: radon, distribution, height, progeny, equivalent equilibrium volume activity.

Постановка проблемы. При оценке радоноопасности зданий используются геологический и радиационно-гигиени-ческий подходы: первый для определения потенциально опасных зон по данным активности почвенного радона,

проницаемости почвы и структуры подстилающей поверхности; второй - по результатам измерений активности радона

в помещениях.

И хотя главным показателем является содержание радона в помещениях, окончательная оценка радоноопасности зданий возможна только после изучения распределения радона по этажам зданий.

Неравномерность распределения радона по высоте зданий объясняется его вовлечением в движение воздуха,

вызванное градиентом температур и давлений, а также конструктивными особенностями строений. Кроме того, на пространственное распределение радона в здании оказывает влияние его ориентация относительно преобладающей ветровой нагрузки и степень герметизации помещений.

Анализ предыдущих исследований. Радоновая тематика в последнее десятилетие очень популярна в зарубежной научной литературе, но большая часть исследований посвящена изучению временных вариаций уровней радона на определенной территории. Распределения активности по высоте зданий исследуются реже, в этом вопросе доминирует положение, что облучение радоном -

проблема исключительно подвалов и первых этажей, хотя встречаются и другие точки зрения.

Нормы содержания радона в воздухе помещений устанавливаются в единицах эквивалентной равновесной объемной активности (ЭРОА), наряду с которой также используются единицы объемной активности (ОА) радона. Эти величины связаны между собой через безразмерный коэффициент равновесия Г:

ЭРОА = Г • ОА.

Величина Г определяется условиями воздухообмена в помещении, в [1] для его численной оценки предложен полином 5-й степени.

Г = -0,001а5 + 0,0158а4

0,1025а3 + 0,3491а2

0,7093а + 0,9784,

где а - кратность воздухообмена в помещении, час-1.

Если Г не определен инструментально, его принимают равным 0,4 согласно Рекомендациям МКРЗ [2]. При условии равновесия между радоном и его ДПР их объемные активности равны между собой (Г = 1), но в реальных условиях наблюдается сдвиг равновесия и Г принимает значения в пределах 0,2-0,8 [3].

Всемирной организацией охраны здоровья (ВООЗ) рекомендован национальный контрольный уровень в 100 Бк/м3 [4], при его недостижимости уровень не должен превышать 300 Бк/м3. В Украине уровень обязательных действий составляет 50 Бк/м3 для строящихся и реконструируемых зданий и 100 Бк/м для эксплуатируемых зданий НРБ-99/09 установлено

[5]; в России среднегодовое

содержание радона не более 100 Бк/м для строящихся зданий и не более 200 Бк/м -для существующих [6, 7]; аналогичные российским нормы установлены в РБ [8].

В таблице представлены нормы уровней радона в воздухе помещений за рубежом. Если противорадоновые мероприятия не привели к снижению ЭРОА ниже 400 Бк/м3, рекомендуется перепрофилирование помещений или ограничение пребывания в них людей [9].

При строительстве нормируется также плотность потока радона

для жилых и служебных зданий и 250 мБк/(м -с) для производственных; в Украине введены три

категории радоноопасности по ППР: не

2 2 более 25 мБк/(м -с); от 25 до 50 мБк/(м -с);

от 50 до 75 мБк/(м2-с) [10].

Нормы ЭРОА в воздухе жилых зданий, Бк/м

Страна Существующие здания Строящиеся здания Год принятия норм

Швеция 100 100 1984

Дания 200 200 1986

Финляндия 400 100 1986

США 80 - 1986

Канада 200 - 1985

Германия 200 - 1986

Великобритания 200 50 1987

Исследования в Финляндии показали, что ЭРОА радона в квартирах первых этажей и в одноэтажных домах существенно не отличаются, а на остальных этажах активности

приблизительно постоянны и не превышают 30% от максимального по зданию [11], что объясняется исключительно эманированием из строительных материалов.

Экспоненциальная зависимость

активности радона от уровня этажа обнаружена в [12], а линейная в [13]. В [14] показано, что распределение ЭРОА радона внутри многоэтажных зданий с монолитным фундаментом подчиняется нормальному закону, а в зданиях без монолитного фундамента уровни радона для первого этажа в 2,5 раза выше, чем в помещениях верхних этажей. В [15] вообще отмечены более высокие уровни радона на верхних этажах, чем на промежуточных, что позволяет говорить о его переносе по зданию.

Исследование многоэтажных зданий Екатеринбурга показало наименее однородные условия поступления радона на нижних этажах, что объясняется существенным вкладом в общее поступление его переноса из подпочвенного воздуха [16].

Диффузионный механизм поступления радона преобладает на верхних этажах, а более высокие ЭРОА по сравнению со зданиями, построенными до 1989 года, объясняются использованием

мелкодисперсных наполнителей несущих конструкций и стеновых материалов [17].

При мониторинге жилого фонда Оренбурга установлено, что влияние почвенного радона ограничивается подвалами и первыми этажами, для более высоких этажей ЭРОА определяется выделением из стройматериалов, причем влияние типа материала несущественно [18]. Аналогичные исследования зданий Иссык-Кульской области не выявили связи уровней радона с этажом измерений для летнего сезона и показали слабую тенденцию к уменьшению ЭРОА с

увеличением номера этажа для зимнего

[19].

Методика измерений. Изучение распределения уровней радона по высоте зданий проводилось в трех главных учебных корпусах Луганского

университета имени Тараса Шевченко:

- № 1, возведенном в 1939 году (4 этажа, отсутствие монолитного фундамента, материал стен - мергель, без цокольного этажа);

- № 2, возведенном в 1974 году (5 этажей, монолитный фундамент, материал стен - силикатный кирпич, учебные аудитории на цокольном этаже);

- № 3, возведенном в 1997 году (5-7 этажей, фундамент, материал стен -огнеупорный кирпич, учебные аудитории на цокольном этаже).

Данные учебные корпуса образуют единый архитектурный ансамбль, то есть имеют общий тип почвы и геофизическую структуру подстилающей поверхности. Первый и второй корпуса ориентированы нормально по отношению к доминирующим ветрам восточного направления.

Измерение ЭРОА радона в воздухе помещений проводилось на каждом этаже корпусов в 25% аудиторий, сходных по объему, но отличных по качеству герметизации (стеклопакет и деревянные рамы).

Все аудитории на момент проведения измерений не открывались не менее 24 часов, сами измерения проводились на средней высоте расположения органов дыхания. Также проводилось по два измерения ЭРОА радона в коридорах каждого из этажей. Всего было проведено два полных цикла исследований высотного распределения уровней радона в теплый и холодный период года.

Измерения ЭРОА радона

проводились экспресс-методом с помощью радиометра ДПР радона «АТЛЕШ-1М» (рису-нок 1) путем прокачки воздуха через фильтр с последующим анализом его активности фильтра. Приборная погрешность радиометра не превышала ± 5 Бк/м3.

Рисунок 1 - Радиометр дочерних продуктов радона «АТЛЕШ-1М»

Ветровая нагрузка на здание учитывалась путем измерения давления внутри и снаружи помещения при помощи метеостанции, параллельно фиксировалась температура воздуха снаружи и в помещении.

Результаты исследований. На рисунке 2 показано распределение уровней радона по этажам учебных корпусов № 13, полученное в результате проведения радиационного мониторинга.

Сравнительный анализ в 17 случаях из 19 показал более высокие значения ЭРОА в коридорах, чем в закрытых помещениях на данном этаже. Причиной тому может быть различие механизмов поступления радона:

в аудитории он поступает только из строительных материалов, тогда как в коридоры еще и из почвы под зданием.

Не выявлено снижения уровней радона с увеличением этажа, наоборот, максимальные значения отмечены на верхних этажах. Поскольку измерения ЭРОА радона проводились в отопительный сезон, имела место значительная разность температур между верхними и нижними этажами (для корпуса № 3 - 25,7 °С на седьмом и 18,9 °С на первом).

Поэтому доказанным можно считать факт вовлечения радона в движение конвективных потоков внутри здания.

Рисунок 2 - Распределение уровней радона по этажам в коридорах и в закрытых помещениях

Выводы. Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы:

1. Значения ЭРОА радона в учебных корпусах университета сопоставимы с национальным контрольным уровнем для зданий, находящихся в эксплуатации (200 Бк/м3), хотя и не превышают его.

2. Снижение ЭРОА радона в коридорах учебных корпусов является эффективным мероприятием по уменьшению годовой коллективной дозы облучения сотрудников университета.

3. Наиболее высокие уровни были зафиксированы на самых верхних этажах, что доказывает участие конвективных потоков внутри здания в процессе формирования пространственного распределения ЭРОА радона.

4. В холодный период уровни радона в коридорах учебных корпусов значительно превышают уровни в закрытых помещениях данных этажей, что указывает на преобладание механизма поступления из почвы под зданием над эманированием из строительных материалов.

5. Статистический анализ результатов экспериментов показал лог-нормальный характер распределения помещений университета по величине ЭРОА и нормальное распределение данных помещений по величине МЭД.

6. По результатам измерений средняя геометрическая ЭРОА в отопительный период в помещениях университета составила 53,3 ± 3,8 Бк/м3.

Литература

1. Трифонова, Т.А. Радиационный риск и ущерб здоровью от радонового облучения в помещениях городских зданий / Т.А. Трифонова, Л.А. Ширкин // Сборник материалов II юбилейной научно-практической конференции «Экология Владимирского региона». - Владимир, 2008. С. 6-19.

2. ICRP: Protection against radon-222 at home and work. International Commission on

Radiological Protection Publication 65. Pergamon, 1994. - 89 р.

3. Крисюк, Э.М. Радиационный фон помещений / Э.М. Крисюк. - Москва: Энергоатомиздат, 1989. - 119 с.

4. World Health Organization handbook on indoor radon. WHO. Geneva, 2009. - 110 р.

5. ДБН В.1.4-1.01-97. Система норм и правил снижения уровня ионизирующих излучений естественных радионуклидов в строительстве. Регламентированные радиационные параметры. Допустимые уровни. - Киев: Государственный комитет Украины по делам градостроительства и архитектуры, 1997. - 2 с.

6. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОС-ПОРБ-99): 2.6.1. Ионизирующее излучение, радиационная безопасность СП 2.6.1. 799-99. - Москва: Минздрав России, 2000. - 98 с.

7. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99): Гигиенические нормативы СП 2.6.1.758-99. - Москва: Центр санитарно-эпидемиологического нормирования гигиенической сертификации и экспертизы Минздрава России, 1999. - 116 с.

8. ГН 2.6.1.8-127-2000: Нормы радиационной безопасности (НРБ-2000). -Минск: Постановление Главного государственного санитарного врача РБ, 25.01.2000, № 5. - 89 с.

9. Нормы радиационной безопасности (НРБУ-97). Государственные гигиенические нормативы. - Киев: Комитет по вопросам гигиенического регламентирования МЗ Украины, 1997. -110 с.

10. Гупало, О.С. Пщвищення радiащйноi якост будiвництва житлових будiвель з урахуванням впливу шновацшних напрямюв: автореф. дис. на здобуття наукового ступеня канд. тех. наук: 05.26.01 / О.С. Гупало; Придншровська державна академiя будiвництва та арх^ектури. -Дншропетровськ, 2009. - 23 с.

11. Valmarihttp://rpd.oxfordjoumals. org/content/152/1-3/146.abstract - corresp-1 T. Radon in Finnish apartment buildings / Т. Valmarihttp://rpd.oxfordjoumals.org/

content/152/1-3/146.abstract - corresp-1, Н. Arvela, Н. Reisbacka // Radiat. Prot. Dosim. -2012. - № 152 (2-3). - Pp. 146-149.

12. Сердюкова, A.C. Изотопы радона и короткоживущие продукты их распада в природе / A.C. Сердюкова, Ю.Т. Капитанов. - Москва, 1979. - 294 с.

13. Arvela, Н. Radon prevention in new construction in Finland: a nationwide sample survey in 2009 / Н. Arvela, О. Holmgren, Н. Reisbacka // Radiat. Prot. Dosim. - 2010. -№ 148 (4). - Pp. 465-474.

14. Яковлева, В.С. Процессы переноса радона в неравновесных средах: автореферат, 01.04.01 ВАК РФ Яковлева Валентина Станиславовна, кандидат физико-матема-тических наук. - Томск, 2002. - 16 с.

15. Кургуз, С.А. Влияние физических свойств радона на его распределение внутри зданий и помещений / С.А. Кургуз // Радиоэкология XXI века: материалы междунар. науч.-практ. конф., Красноярск, 14-16 мая 2012. - Красноярск: СФУ, 2012.

С.145-150.

16. Ярмошенко, И.В. Обследование уровней накопления радона в жилых зданиях города Екатеринбурга / И.В. Ярмошенко, А.Д. Онищенко, М.В. Жуковский

// Вопросы радиационной безопасности. -2010. - № 3 (59). - С. 62-69.

17. Жуковский, М.В. Определение механизмов и параметров поступления радона в помещение / М.В. Жуковский,

A.В. Васильев // АНРИ. - 2012. - № 1. -С. 3-12.

18. Боев, В.М. Содержание радона в почве и воздушной среде селитебных зон г. Оренбурга / В.М. Боев, А.П. Воробьев,

B.Н. Дунаев // Вестник ОГУ. - 2005. - № 5. - С. 65-67.

19. Термечикова, Р.Б. Результаты радоновых исследований в Иссык-Кульской области Киргизии / Р.Б. Термечикова,

М.В. Жуковский // Х Международный экологический симпозиум «Урал атомный, Урал промышленный 2002»: тезисы докладов. - Екатеринбург, 2002. - С. 186188.

References

1. Trifonova T.A. Radiacionnyj risk i ushherb zdorov'ju ot radonovogo obluchenija v pomeshhenijah gorodskih zdanij [Radiation risk and health damage from radon exposure in urban buildings rooms], Sbornik materialov II jubilejnoj nauchno-prakticheskoj konfe-rencii «Jekologija Vladimirskogo regiona». Vladimir, 2008, pp. 6-19.

2. ICRP: Protection against radon-222 at home and work. International Commission on Radiological Protection Publication 65. Pergamon, 1994, 89 p.

3. Krisjuk Je.M. Radiacionnyj fon pomeshhenij [The radiation facilities background], Moskva, Jenergoatomizdat, 1989, 119 p.

4. World Health Organization handbook on indoor radon. WHO. Geneva, 2009. - 110 p.

5. DBN V.1.4-1.01-97. Sistema norm i pravil snizhenija urovnja ionizirujushhih izluchenij estestvennyh radionuklidov v stroitel'stve. Reglamentirovannye radiaci-onnye parametry. Dopustimye urovni [The system of rules and regulations of the natural radionuclides ionizing radiation level reduction in building construction. Regulated radiation parameters. Permissible levels], Kiev, Gosudarstvennyj komitet Ukrainy po delam gradostroitel'stva i arhitektury, 1997, 2 p.

6. Osnovnye sanitarnye pravila obespechenija radiacionnoj bezopasnosti [Basic sanitary rules for radiation safety ensuring], (OSPORB-99), 2.6.1. Ionizirujushhee izluchenie, radiacionnaja bezopasnost' SP 2.6.1. 799-99, Moskva, Minzdrav Rossii, 2000, 98 p.

7. Normy radiacionnoj bezopasnosti (NRB-99) [Radiation safety standards], Gigienicheskie normativy SP 2.6.1.758-99, Moskva, Centr sanitarno-jepidemiolo-gicheskogo normirovanija gigienicheskoj sertifikacii i jekspertizy Minzdrava Rossii, 1999, 116 p.

8. GN 2.6.1.8-127-2000: Normy radiacionnoj bezopasnosti (NRB-2000) [Radiation safety standards], Minsk, Postanovlenie Glavnogo gosudarstvennogo sanitarnogo vracha RB, 25.01.2000, No 5, 89 p.

9. Normy radiacionnoj bezopasnosti (NRBU-97) [Radiation safety standards], Gosudarstvennye gigienicheskie normativy, Kiev, Komitet po voprosam gigienicheskogo reglamentirovanija MZ Ukrainy, 1997, 110 p.

10. Gupalo O.S. Pidvishhennja radia-cijnoï jakosti budivnictva zhitlovih budivel' z urahuvannjam vplivu innovacijnih naprjamkiv [Increasing the radiation quality of residential buildings construction with the influence of the innovative trends]: avtoref. dis. na zdobuttja naukovogo stupenja kand. teh. nauk: 05.26.01, Pridniprovs'ka derzhavna akademija budivnictva ta arhitekturi, Dnipropetrovs'k, 2009, 23 p.

11. Valmari T., Arvela N., Reisbacka N. Radon in Finnish apartment buildings, Radiat, Prot, Dosim, 2012, No. 152 (2-3), pp.146149.

12. Serdjukova A.C., Kapitanov Ju.T. Izotopy radona i korotkozhivushhie produkty ih raspada v prirode [Radon isotopes and short-lived products of their decay in nature], Moskva, 1979, 294 p.

13. Arvela N., Holmgren O., Reisbacka N. Radon prevention in new construction in Finland: a nationwide sample survey in 2009, Radiat, Prot, Dosim, 2010, No. 148 (4), pp. 465-474.

14. Jakovleva V.S. Processy perenosa radona v neravnovesnyh sredah [Radon transfer processes in nonequilibrium media], Avtoreferat, 01.04.01 VAK RF Jakovleva, Valentina Stanislavovna, kandidat fiziko-matematicheskih nauk, Tomsk, 2002, 16 p.

15. Kurguz S.A. Vlijanie fizicheskih svojstv radona na ego raspredelenie vnutri zdanij i pomeshhenij [Effect of radon physical properties on its distribution within the buildings and premises], Radiojekologija XXI veka: materialy mezhdunar. nauch.-prakt. konf., Krasnojarsk, 14-16 maja 2012, Krasnojarsk, SFU, 2012, pp. 145-150.

16. Jarmoshenko I.V., Onishhenko A.D., Zhukovskij M.V. Obsledovanie urovnej nakoplenija radona v zhilyh zdanijah goroda Ekaterinburga [Radon accumulation levels research in residential buildings of Yekaterinburg], Voprosy radiacionnoj bezopasnosti, 2010, No 3 (59), pp. 62-69.

17. Zhukovskij M.V., Vasil'ev A.V. Opredelenie mehanizmov i parametrov postuplenija radona v pomeshhenie [Determination of mechanisms and parameters of radon getting into the room], ANRI, 2012, No 1, pp. 3-12.

18. Boev V.M., Vorob'ev A.P., Duna-ev V.N. Soderzhanie radona v pochve i vozdushnoj srede selitebnyh zon g. Orenburga [The concentration of radon in the soil and air of residential areas in Orenburg], Vestnik OGU No 5, 2005, pp. 65-67.

19. Termechikova R.B., Zhukovskij M.V. Rezul'taty radonovyh issledovanij v Issyk-Kul'skoj oblasti Kirgizii [The results of radon research in the Issyk-Kul region of Kyrgyzstan], X Mezhdunarodnyj jekologicheskij simpozium «Ural atomnyj, Ural promyshlennyj 2002», tezisy dokladov, Ekaterinburg, 2002, pp. 186-188.

Сведения об авторах Орешкин Михаил Вильевич - член-корреспондент Российской академии естествознания, доктор с.-х. наук, старший научный сотрудник, профессор кафедры экономики и организации сельского хозяйства, Витебская государственная академия ветеринарной медицины (ВГАВМ) (Беларусь). E-mail: fid04@yandex.ru.

Калайдо Александр Витальевич - старший преподаватель, в.и.о. зав. кафедрой БЖД, охраны труда и гражданской защиты, Луганский университет имени Тараса Шевченко (Украина). Тел.: 8-099-71-77-682. E-mail: kalaydo1@mail.ru.

Information about authors Oreshkin Mikhail Vilievich - Doctor of Agricultural Sciences, Senior researcher, Vitebsk State Academy of Veterinary Medicine (Republic of Belarus). E-mail: fid04@yandex.ru.

Kalajdo Alexander Vitalievich - Senior lecturer of Life safety, labor protection and civil protection department, Lugansk National University Taras Shevchenko name (Ukraine). Phone: 8-099-71-77-682. E-mail: kalaydo1@mail.ru.