CC BY
62
3/2011_МГСу ТНИК
НОВЫЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ ОТ РАДОНА
A NEW APPROACH TO SOLVING THE PROBLEM OF PROTECTION OF BUILDINGS FROM RADON
Л.А. Гулабянц L.A. Gulabyants
НИИСФ РААСН
Предложен новый метод расчета требуемого сопротивления радонопроница-нию подземных ограждающих конструкций зданий
A new method for calculating the required resistance to permeability for radon underground enclosing structures of buildings is presented
В Федеральном законе о радиационной безопасности населения [1] и в Техническом регламенте о безопасности зданий и сооружений [2] содержится требование о снижении доз радиоактивного облучения радоном в зданиях. С целью выполнения этого требования в Нормах радиационной безопасности (НРБ-99/2009) [ 3 ] показано, что объемная активность радона в воздухе помещений не должна превышать определенный уровень. Известно, что активность радона в помещениях зависит от величины его суммарных поступлений от всех источников и интенсивности воздухообмена, в большинстве случаев основные поступления радона обусловлены его проникновением в здание из грунта через подземные ограждающие конструкции. Для выполнения требований [ 3 ] необходимо, чтобы проектируемые конструкции обладали достаточной для рассматриваемых условий строительства радононепроницаемостью.
Проблема обеспечения радонобезопасности зданий относительно нова и находится в стадии развития, в настоящее время методы проектного расчета поступлений радона из грунта в здание отсутствуют, а критерии оценки радонозащитных свойств конструкций не установлены. Поэтому в современной практике вопрос о необходимости реализации и содержании мер по противорадоновой защите здания решается на основе чисто качественной оценки наличия (или отсутствия) на участках застройки признаков радоноопасности без какой либо оценки эффективности принимаемых проектных решений. Отсутствие строго детерминированного метода определения требуемых в зависимости от условий строительства свойств конструкций ведет к применению конструкций либо с избыточными, либо с недостаточными радонозащитными свойствами. С целью устранения отмеченного пробела в НИИСФ РААСН был проведен комплекс работ, направленных на разработку расчетного метода проектирования противорадоновой защиты зданий. В данной статье изложены основные положения предлагаемого метода.
На рис. 1 показана схема заглубленного помещения и действующие в нем источники и стоки радона.
В общем случае зависимость активности радона во внутреннем воздухе от основных определяющих факторов выражается формулой [4], вытекающей из решения уравнения радонового баланса помещения:
IQ • S + Qn ■ Sn ЭРОА = --F,
( 1 )
V • (Х + и)
где ЭРОА - эквивалентная равновесная объемная активность радона в воздухе помещения, Бк/м 3;
Q¡ - плотности потоков радона, поступающих в помещение от внутренних поверхностей стен и потолка , Бк/(м 2 с);
Qn - плотность потока радона, поступающего в помещение от внутренней поверхности конструкции пола, Бк/(м2 с);
, 5и - площади стен, потолка и пола, соответственно, м2;
V - объем помещения, м3;
X = 2,1- 10-6 постоянная распада радона, с -1 ;
и - кратность воздухообмена ( по притоку наружного воздуха), с-1;
¥ - коэффициент сдвига радиоактивного равновесия между радоном и его дочерними продуктами.
_JK>_
ÎTHIT7
Рис. 1. Источники и стоки радона в помещении: грунтовое основание, материалы конструкций, вентилирующий воздух, распад
Для использования (1) необходимо знать значения удельных поступлений радона в помещения от всех внутренних поверхностей ограждающих конструкций. Известно, что поступления радона, выделяемого из материалов конструкций относительно невелики, обычно не превышают 5 мБк/( м2 с) и в среднем составляют около 2,5 мБк/( м 2 с). Основное влияние на радоновый режим помещения ( помимо интенсивности воздухообмена) оказывают поступления радона, который выделяется в грунтовом основании здания и проникает в здание через конструкцию граничащего с грунтом пола. В зависимости от мощности источника радона в грунте и радонопроницаемости конструкции эта величина ( Qn ) может варьировать в интервале от единиц до сотен мБк/( м2 с).
Модификация формулы (1), представленная в виде
ЭРОАдоп • V • (Х + n)Q, • S, • F
Qn .don rr т-> '
(2) .
позволяет определить допустимое значение потока ( Qn àon ) , при котором ЭРОА радона в помещении не превышает заданного уровня ЭРОАдоп. В Нормах радиационной безопасности показано максимальное допустимое значение ( ЭРОАтгк = 100 Бк/м 3) этой величины. Однако, в соответствии с принятой кон-
цепцией снижения доз облучения от природных источников радиации, при проектировании мероприятий по противорадоновой защите следует стремиться к ее максимальному, социально и экономически обоснованному снижению. При проектировании современных зданий значение величины ЭРОАдоп целесообразно задавать в интервале от 20 ( например, для зданий детских учреждений) до 60 Бк/м 3 (для жилых и административных зданий) .
Для определения параметров конструкции пола, при которых плотность потока радона Qn не превышает допустимого значения Qnдon введем следующие новые понятия: коэффициент радоиоироницаемости конструкции (K , м / с ) - плотность потока радона ( Бк/м 2 с ), который проникает через конструкцию, состоящую из одного или нескольких слоев материалов, при разности объемных активностей радона на внешних границах конструкции равной 1 Бк/м3 ;
сопротивление радонопроницанию конструкции (R , с /м ) - разность объемных активностей радона на границах конструкции ( Бк/м 3 ), при которой через нее проникает поток радона плотностью 1 Бк/(м 2 с).
Используя введенные понятия и пренебрегая сопротивлением газообмену пограничного слоя воздуха на внутренней поверхности конструкции, плотность потока радона поступающего из грунта в здание можно определить как
Qn = K(Агр - An) = , ( з )
R
где Агр и Ап - значения объемных активностей радона на нижней и верхней границах конструкции , соответственно, Бк/м3.
Формулы для определения значений К и R для однослойной и двухслойной конструкций получены из решения краевой задачи диффузионного переноса радона в двухслойной (рис. 2) газопроницаемой среде [ 5 ].
-X
\ а
М 0 ) А1(х)
Н2 А2(х)
+х а
Рис. 2. Схема двухслойной конструкции При отсутствии внутри конструкции источников радона это решение имеет
вид 4(х)
зН \ А. |. оН | + он \ ^ зН
А 1А J 1А, ' 1А J 1А J
^ он г 4 он г 4 ¥ а ■ зн (н |. он (^
1А) 1А ^ 1А ^ 1 А.
-й1 < X < 0 ; ( 4 )
А( х)=-а
Q( х) =
як\он [^1 +а ■ он | —]• зк
он(кь.}.он(кфа.зк(к!).^[к,
& • ок
ь2
к + х
01 < х < к2 ;
ок ( 1 Л к • ок С к2 ^ + а • зк ( 1 Л к • зк С к2 ^
V. Ь1 у V Ь2 у V. Ь1 у V Ь2
, -к1< х < 0 ;
(5)
(6)
где
а =
А • к .
А ■ ь2
А1 (х), А2 (х) - объемная активность радона в координате х верхнего и нижнего слоя, соответственно, Бк/м3;
к, к2 - толщина верхнего и нижнего слоя, м;
О
О1О2 и Ь 1 =,
, Ь2 =,
- коэффициент диффузии ( м2 / с) и длина диффу-
X
зии ( м ) радона в материале верхнего и нижнего слоя, соответственно.
Qn, Qo - плотности потоков радона в координатах х = ~к и х = к2 , соответственно, Бк/(м2 с).
На основании ( 4 ) и ( 5 ) перепад объемной активности радона в конструкции можно определить как
Агр - Ап = А2(х = к2) - Ах{х = -к 1), ( 7 )
а на основании (6) плотность потока радона прошедшего через конструкцию как
Qn = Q(х = -к). ( 8 )
Используя (3), ( 4 ) и ( 5 ) коэффициент радонопроницаемости
конструкции толщиной Н , состоящей из двух слоев разнородных материалов, можно определить как
1
к = О
^2сп--
2 ок ( 1 Л к зк С к2 ^ ■ к зк ( 1 Л к ок ( к2 ^
К Ь J V Ь2 У М Ь2 К Ь J V Ь2 )
а для однослойной конструкции как
К = о 1
1Н
( 9 )
( 10 )
Для конструкции, состоящей из трех и более слоев, формулы вида ( 9 , 10 ) приобретают весьма громоздкий вид. Однако, радонозащитные свойства большинства обычно используемых конструкций определяются свойствами одного - двух основных, наименее газопроницаемых слоев. А именно, слоя бетона и гидро-газоизолирующего слоя. Присутствие в конструкции таких вспомогательных слоев как песчаная и гравийная подсыпка, выравнивающая и защитная стяжки и т.п., в силу их небольшой толщины и высокой газопроницаемости можно не учитывать.
Сопротивление радонопроницанию конструкции представляет собой величину, обратную ее коэффициенту радонопроницаемости
Ь
2
Я = 1/К , (11)
Из (10) можно видеть, что коэффициент радонопроницаемости слоя непрямо пропорционален его толщине. Поэтому сопротивления радонопроницанию отдельных слоев материала в многослойной конструкции, в отличие от их термических сопротивлений, строго говоря, не являются аддитивными величинами. При небольшой толщине слоев, характерных для ограждающих конструкций зданий, этим обстоятельством для простоты можно пренебречь. Тогда суммарное сопротивление радонопроницанию многослойных ограждений с последовательно расположенными разнородными слоями можно определять как
Я = Я1 + Я2 +..., (12)
где Я1,Я2,...- сопротивления отдельных слоев, определяемые по формуле ( 9). Для выполнения условия < доп необходимо, чтобы сопротивление радонопроницанию проектируемой конструкции (Я) было не меньше определенного зна-
чения Я
которое вычисляется по формуле Л„ - А
Я _ ш
тр
йп.
(13)
Для определения расчетного значения разности активностей радона на границах конструкции (Лгр - Ап) примем во внимание следующие соображения.
Известно, что распределение объемной активности радона по глубине открытого грунта подчиняется экспоненциальному закону. Ее значения возрастают от близких к активности радона в наружном воздухе на поверхности грунта до , начиная с некоторой глубины, постоянного значения определяемого по формуле
Пщ = -р.кэм , ( 14)
где СЯа - удельная активность радия в грунте, Бк/кг; р - плотность грунта, кг/м3 ;
кэм - коэффициент эманирования радона в грунте,
Размещенная на грунте конструкция препятствует разгрузке радона в атмосферу. Вследствие этого значение объемной активности радона в основании конструкции устанавливается близким, а при достаточно малой проницаемости конструкции практически равным значению ПЯп ( рис. 3 ) .
Рис. 3. Характер распределения объемной активности радона в открытом грунте ( 1 ) и грунте перекрытом бетонной плитой толщиной 100 (2) и 200 (3) мм
2 4 6
Расстояние от поверхности конструкции (грунта) по глубине, м
Величина ПВп зависит от мощности источника радона и может быть охарактеризована как радоновый потенциал грунта, выражающий равновесную объемную активность
ВЕСТНИК 3/2011
свободного радона, устанавливающуюся в единице объема грунтового основания здания, при нулевом значении градиента активности на границах объема. Радоновый потенциал грунта соответствует максимальной возможной радоновой нагрузке, создаваемой на границе между грунтом и идеально радононепроницаемой конструкцией.
В реальных случаях объемная активность радона на границе между грунтом и конструкцией всегда меньше значения величина Пм . Однако, как можно видеть из рис. 3 , даже при использовании конструкции с достаточно низким сопротивлением радонопроницанию ( плита из плотного бетона толщиной 50 мм ) различие между этими величинами не превышает 10 %.
Поскольку значения Пм по меньшей мере на два порядка превышают значение активности радона на верхней поверхности конструкции, при использовании формулы ( 10) допустимо принять, что
4, - An = Пм , (15)
Таким образом, процедура расчета требуемой радонозащитной способности конструкции сводится к последовательному выполнению следующих операций: задается расчетное значение ЭРОАдоп, по формуле (2) вычисляется значение Qn доп, задаются расчетные значения физических характеристик грунта и по формуле (14) определяется величина ПКп, по формуле (13) вычисляется искомое значение Rmp . Для вычисления сопротивления радонопроницанию рассматриваемой в проекте конструкции и его сопоставления с требуемым значением используются формулы (9) - (12).
Величина сопротивления радонопроницанию в полной мере характеризует радо-нозащитную способность конструкции и может служить критерием для количественной сравнительной оценки эффективности различных технических решений многослойных ограждающих конструкций или их отдельных элементов.
Литература
1. Федеральный закон от 9 января 1996 г. N 3-Ф3 "О радиационной безопасности населения".
2. Федеральный закон от 23 декабря 2009 года № 384-ФЗ. Технический регламент о безопасности зданий и сооружений.
3. Гулабянц Л.А., Заболотский Б.Ю. Плотность потока радона как критерий оценки радоно-опасности // АНРИ, 2004, №3, с. 16-20.
4. Крисюк Э.М. Радиационный фон помещений. М., Энергатомиздат, 1989, 119 с.
5. СанПиН 2.6.1.2523 - 09. Нормы радиационной безопасности ( НРБ -99/2009).Минздрав России, 2009 г.
References
1. Gulabjanc L.A., Zabolotskij B.Ju. Plotnost' potoka radona kak kriterij ocenki radonoopasnosti // ANRI, 2004, №3, s. 16-20.
2. Krisjuk Je.M. Radiacionnyj fon pomechhenij. M., Jenergatomizdat, 1989, 119 s.
3. SanPiN 2.6.1.2523 - 09. Normy radiacionnoj bezopasnosti ( NRB -99/2009).Minzdrav Rossii, 2009 g.
4. Federal'nyj zakon ot 9 janvaija 1996 g. N 3-FZ "O radiacionnoj bezopasnosti naselenija".
5. Federal'nyj zakon ot 23 dekabrja 2009 goda № 384-FZ. Tehnicheskij reglament o bezopasnosti zdanij i sooruzhenij.
Ключевые слова: радон, защита от радона, сопротивление радонопроницанию, активность радона, ограждающие конструкции, проектирование
Key words: radon, protection against radon , resistance to permeability for radon, activity of radon, enclosing structures, design
Тел.(495) 482 39 65, e-mail: [email protected]
