Detektory a měřící systémy v radonové problematice. Martin Jiránek Fakulta stavební ČVUT Aleš Froňka - Státní ústav radiační ochrany

Transkript

1 Detektory a měřící systémy v radonové problematice Martin Jiránek Fakulta stavební ČVUT Aleš Froňka - Státní ústav radiační ochrany

2 Měření okamžitých hodnot koncentrace radonu Stanovení koncentrace radonu v půdním vzduchu stanovení radonového indexu stavebního pozemku Stanovení koncentrace radonu ve vzorcích vzduchu odebraných z možných přísunových cest (trhliny, praskliny, prostupy, trativody, jímky atd.) 2

3 Stanovení radonového indexu pozemku Z hloubky 80 cm pod terénem se v 15 bodech (na parcelu) odeberou pomocí dutých ocelových tyčí vzorky půdního vzduchu (tyče jsou dole opatřeny tzv. ztraceným hrotem) 3

4 Stanovení radonového indexu pozemku Vzorky vzduchu se pomocí Janety převedou do měřícího systému RM2 (ionizační komora v proudovém režimu), kterým se určí koncentrace radonu 4

5 Stanovení radonového indexu pozemku Propustnost podloží se určí propustoměrem RADON-JOK konstantním podtlakem se odsává půdní vzduch, měří se čas odsátí daného objemu vzduchu z podloží) Radonový index pozemku se určí na základě třetího kvartilu koncentrace radonu v podloží a propustnosti podloží. 5

6 Integrální měřící systémy Stanovení dlouhodobých průměrných hodnot (roční, čtvrtletní, měsíční průměr) objemové aktivity radonu (OAR) nebo ekvivalentní objemové aktivity radonu (EOAR) - stopové detektory - elektretové ionizační komory (duály) Stanovení krátkodobých průměrných hodnot (týdenní průměr) - hodnocení stavby z hlediska funkčnosti protiradonových opatření (stávající stavby, novostavbypředkolaudační měření) - elektretové ionizační komory

7 Integrální měřící systémy stopové detektory (RAMARn)

8 Integrální měřící systémy elektretové ionizační komory (systém elektretové dozimetrie RM1)

9 Kontinuální měřící systémy Studium časových a prostorových variací OAR ve vnitřním ovzduší budov, v podloží stavby (stavebního pozemku) Hodnocení stavby z hlediska funkčnosti aktivních protiradonových opatření (ventilace vnitřního vzduchu, aktivní odvětrání podloží) - studium časových průběhů OAR korelace s režimem užívání stavby (místnosti), s klimatickými podmínkami, nastaveným pracovním režimem a výkonovým stupněm ventilátorů Radonová diagnostika metody a měřící postupy pro studium transportu radonu z podloží stavby do interiéru budovy, distribuce OAR v jednotlivých částech stavby, kvalitativní a kvantitativní analýza přísunových cest radonu do objektu

10 Kontinuální měřící systémy

11 Kontinuální měřící systémy

12 Měřidla kontinuální stanovují průběh koncentrace v čase v závislosti na rychlosti přísunu a intenzitě ventilace Jáchymov - RD, ložnice 6000 Koncentrace radonu (Bq/m 3 ) : : : : : : : : :00 12

13 Měřidla kontinuální umožňují vyhodnotit vliv odvětrání interiéru nebo podloží Tanvald - RD, obývací pokoj 3000 Koncentrace radonu (Bq/m 3 ) Zapnuto odvětrání podloží Zapnuto odvětrání podloží : : : : : : : :00 13

14 Radonová diagnostika Distribuce radonu v rámci budovy Určení zdrojů radonu a jejich významnosti (podloží, stavební materiály, voda) Odběr vzorků vzduchu z potenciálních přísunových cest (trhliny, prostupy, spáry mezi prvky, spoje izolací atd.) Kvantitativní a kvalitativní vyhodnocení přísunových cest radonu (kontinuální měření koncentrace radonu současně ve více místnostech, blower door test) Koncentrace radonu v podloží pod domem a v jeho okolí Vertikální profil propustnosti podloží Určení zdrojů gama záření (nosná konstrukce, omítky, štuky, násypy podlah) Koncentrace radonu v dodávané vodě Výměna vzduchu Vizuální zhodnocení stavebního stavu konstrukcí

15 Kontinuální monitoring koncentrace radonu současně na více místech budovy Provádí se kontinuálními monitory na více místech současně, i v nepobytových prostorách (sklepy, chodby, koupelny, spíže atd.) Z časových průběhů koncentrací radonu lze: usuzovat na umístění zdrojů a cesty šíření radonu po objektu plánovat podrobnější, cílená měření ověřovat vliv různých ventilačních režimů ověřovat vliv otevřených/zavřených dveří

16 Časový průběh koncentrace radonu v jednotlivých místnostech domu Koncentrace radonu v dílně (Bq.m -3 ) dílna chodba kuchyně obývací p pracovna ložnice pokoj 2.NP 0 11:22 23:22 11:22 23:22 11:22 23:22 11:22 23:22 11:22 23:22 11:22 23:22 čas Koncentrace radonu (Bq.m -3 )

17 Kontinuální monitor radonu RADONIC Zařízení pro měření velmi rychlých časových změn koncentrace radonu okamžité hodnoty zobrazovány už v 2 minutových intervalech Princip detekce ionizační komora v proudovém režimu Technické parametry: - detekční objem V=8,4 l - detekční účinnost η=0,477 - rozsah měření Bq.m -3 -přesnost měření 2Bq.m-3 - proudová citlivost na radon 1, A./Bq.m -3 - proudová citlivost na gama 222 Bq.m -3 /μgy.h -1 -pracovní napětí detektoru 150 V - minimální výměna vzduchu v ionizační komoře 30h -1 Zařízení je chráněno patentem č a užitným vzorem č.12957

18 Kontinuální monitor radonu RADONIC

19 Porovnávací měření přístroji RADONIC a ALPHAGUARD ALPHAGUARD impulse ionization chamber each hour recording RADONIC current mode ionization chamber each one minute recording Radonic01 Alphaguard 1200 c V (Bq.m -3 ) :00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 time (hh:mm)

20 Časový průběh koncentrace radonu v koupelně (dynamická studie odrážející činnost uživatelů) Koncentrace radonu (Bq.m-3) : : : : : : : :00 čas

21 Kontinuální měření koncentrace radonu v půdním vzduchu Dlouhodobé nebo krátkodobé sledování variací koncentrace radonu v půdním vzduchu (v podloží, v drenážních vrstvách pod stavbou, v podlahových ventilačních vrstvách atd.) Studium transportních charakteristik při porovnání s časovým průběhem koncentrace radonu v interiéru např. v závislosti na teplotní diferenci, rychlosti větru, činnosti podlahového topení atd. Ověření účinnost větracích systémů podloží v závislosti na intenzitě odvětrání, tlakových diferencích atd. Pro kontinuální záznam koncentrace radonu v půdním vzduchu se požívá měřící systém ERM-4 založený na ionizační komoře pracující v proudovém režimu)

22 Kontinuální monitor radonu v půdním vzduchu ERM - 4

23 Koncentrace radonu v podloží pod budovou versus teplotní rozdíl mezi interiérem a exteriérem Koncentrace radonu (kbq.m -3 ) 20 Teplotní rozdíl Koncentrace radonu : : : : : :00 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0-2,0-4,0 outdoor/indoor teplotní rozdíl ( C) čas

24 Koncentrace radonu v podlahové vzduchové mezeře pod nopovanou fólií versus koncentrace radonu v interiéru Koncenrace radonu v interiéru (Bq.m -3 ) indoor V interiéru measurement below Pod nopovanou foil insulation fólií : : : : : : : : Koncentrace pod nopovanou fólií (kbq.m -3 ) čas

25 Blower door test (nadstandardní součást radonové diagnostiky) V testované místnosti je BD přístrojem vytvořen přetlak nebo podtlak Do testované místnosti se osadí kontinuální monitor radonu s rychlou odezvou Během BD měření se předpokládá konstantní přísun radonu (Bq.m -3.h -1 ) a konstantní výměna vzduchu (h -1 ). Není to však vždy pravda, občas lze pozorovat i částečné vyčerpání zdroje radonu) Měří se tlaková diference, objemový tok vzduchu, který je odsáván nebo dodáván do místnosti a koncentrace radonu v místnosti Toto měření je nezávislé na klimatických podmínkách a činnosti uživatelů Sofistikovaná diagnostická metoda poskytující řadu kvantitativních charakteristik

26 Koncentrace radonu pro různé podtlaky vyvozované BD zařízením Pa 30 Pa 15,5 Pa 5000 c V (Bq.m -3 ) : : : : : : : : : :10 čas (hh:mm)

27 Kvantitativní analýza standardní BD charakteristika Určení efektivní plochy netěsností závislost objemového toku vzduchu ventilátorem a tlakového rozdílu mezi interiérem a exteriérem y = 11,3x 0,70 R 2 = 0,9885 Q = k.(δp) Δp Q k Q..průtokový koeficient n Q Q (m 3.h -1 ) n Q..průtokový exponent Turbulentní n Q do 0,77 Laminární. n Q nad 0, dp (Pa)

28 Kvantitativní analýza radonová BD charakteristika Rychlost přísunu radonu v závislosti na tlakové diferenci od BD y = 19909x 0,76 R 2 = 0,9995 Rychlost přísunu Rn (Bq.h -1 ) A Δp = k A.( Δp) n A dp (Pa)

29 Kvantitativní parametry odvozené z výsledků BD testu použitelné pro charakteristiku protiradonových opatření Efektivní plocha netěsností (ELA) S Δ p = k Q ( Δ p ) Infiltrace půdního vzduchu relativní příspěvek 2 Δ ρ p n Q Radonový BD transfer factor T BD = A& a Δ p Rovnovážná koncentrace radonu při BD testu p T Δ p = Q A Δ p. Δ p. a p a stac A& Δp ka = = ( Δp) Q k Δp Q n A n Q

30 BD test identifikace a kvantifikace přísunových cest radonu Vztah mezi rychlostí proudění vybranou netěsností a tlakovou diferencí vyvozovanou BD zařízením 3,5 3 55Pa 62Pa 2,5 45Pa 34,5Pa v (m.s -1 ) 2 1,5 1 10,5Pa 14,5Pa 23,5Pa 0, : : : : : :33 čas (h)

31 Numerická analýza nárůstové křivky Proložení kontinuálního záznamu teoretickým řešením av (Bq.m -3 ) :00 15:30 17:00 18:30 20:00 21:30 23:00 0:30 2:00 3:30 5:00 čas (h) A = 332 Bq.m-3.h-1 k = 0,15 h-1 2 neznámé parametry: A& = + V ( λ + k ) ( 1 exp( ( λ ) )) a V k t Problémy: - žádný z parametrů nemusí být konstantní - délka měření - nepřesnosti stanovení koncentrace radonu

32 Analýza nárůstové křivky při testu blower door Záznam koncentrace radonu v intervalu 1 min (RADONIC) pracovní tlaková diference 40 Pa (indoor/outdoor) av (Bq.m -3 ) A = 4516 Bq.m -3 h -1 k = 1,6 h :39 10:46 10:53 11:00 11:08 11:15 11:22 11:29 11:36 11:44 11:51 11:58 12:05 12:12 12:20 čas

33 Stanovení násobnosti výměny vzduchu použitím značkovacích plynů Numerická analýza časového záznamu koncentrace značkovacího plynu (CO, N 2 O) za normálních nebo uměle vytvořených tlakových diferencí Koncentrace CO (ppm) : : : : : : : : : :09 čas

34 Vizuální prohlídka objektu - Vizuální lokalizace a identifikace netěsností -Měření rychlosti proudění vzduchu netěsnostmi - Vizualizace proudění netěsnostmi pomocí studeného kouře -Odběr vzorků vzduchu z netěsností pro stanovení koncentrace radonu

35 Stanovení koncentrace radonu v netěsnostech Vzorky vzduchu z trhlin, prasklin, netěsností kolem prostupů atd. jsou odebírány pomocí 150 ml Janety a dlouhé injekční jehly Z Janety jsou vzorky vzduchu převedeny do evakuované ionizační komory, v níž se koncentrace radonu stanoví systémem RM2 (elektrometr ERM-3)

36 Použití infračervené termografie v radonové diagnostice Infračervená termografie - bezkontaktní měření povrchových teplot např. přístrojem ThermaCAM P25 (FLIR Systems) Kombinaci termografie s metodou blower door lze využít k identifikaci netěsností v kontaktní konstrukci Kvalitativní analýza přísunových cest radonu místo netěsnosti má nižší teplotu (do interiéru proniká studenější vzduch z podloží) Rozložení teplot závisí na tlakové diferenci mezi interiérem a podložím Zpracování získaných dat porovnáním termogramů podle konkrétních izoterem Semikvantitativní analýza termogramů grafická integrační metoda mezi dílčími body termogramu

37 Infračervené termogramy v místě styku podlahy a stěny pro různé podtlaky vyvolané BD testem 21,6 C 21,6 C SP01: 14,9 C 18 SP01: 14,2 C ,2 C 15,2 C 21,6 C 21,6 C SP01: 13,7 C 18 SP01: 13,0 C ,2 C 15,2 C

38 Infračervené termogramy v místě styku podlahy a stěny pro různé podtlaky vyvolané BD testem Bez BD původní stav 15,0 C 17Pa 15,0 C AR01 14 AR01 14 SP01: 13,9 C SP01: 14,2 C LI01 13 LI ,5 C 11,5 C 15,0 C 15,0 C 32Pa 50Pa AR01 14 AR01 14 SP01: 14,3 C LI01 13 SP01: 13,7 C LI ,5 C 11,5 C

39 Prospekce dávkových příkonů záření gama Ložnice Obývací pokoj E I B C 1 m J J D D E F G I 1,6 m G F 1,8 m A A Kuchyně H H B C A A Profil vedený po zemi C C Profil vedený ve výšce 1,2 m v kontaktu se stěnou 39

40 Výsledky měření dávkových příkonů B - B Profil dávkových příkonů pro kuchyni a obývací pokoj, vedený po podlaze 2,5 Kuchyně Obývací pokoj 2 Dávkový příkon [mgy/h] 1,5 1 0,5 Stěna do dvora Příčka Před provedením OO Po provedení OO Stěna do ulice Souřadnice [m] 40

41 Výsledky měření dávkových příkonů A - A Profil dávkového příkonu vedený po pdlaze- kuchyně (ve směru ulice) 2,5 2 Dávkový příkon [mgy/h] 1,5 1 0,5 Sousední dům Stěna u chodby Před provedením OO Po provedení OO 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Souřadnice [m] 41

42 42 Odstranění omítek a násypů ve stropech, proškrábání spár

43 43 Detailní proměření dávkového příkonu záření gama

44 MĚŘENÍ SOUČINITELE DIFÚZE RADONU V IZOLACÍCH 44

45 Měřící metody Měřící zařízení může být použito pro stanovení součinitele difúze radonu podle všech známých metod: 1. Za nerovnovážného stavu nárůst koncentrace radonu v horní nádobě je měřen bezprostředně po vpuštění radonu do zdrojové nádoby 45

46 Měřící metody 2. Za rovnovážného stavu ustaveném při uzavřené horní nádobě horní nádoba je v první fázi uzavřena, po dosažení rovnovážného stavu se horní nádoba rychle vyvětrá a vzápětí ihned uzavře a poté začíná měření nárůstu koncentrace radonu v horní nádobě

47 Měřící metody 3. Za rovnovážného stavu ustaveném při otevřené horní nádobě horní nádoba je v první fázi nepřetržitě ventilována, po dosažení rovnovážného stavu je uzavřena a poté začíná měření nárůstu koncentrace radonu v horní nádobě 47

48 Příklad výpočtu součinitele difúze radonu 1. Měření koncentrací radonu v obou nádobách 2. Dosazení změřených koncentrací do numerického modelu Součinitel difúze radonu je stanoven na základě proložení změřené křivky numerickým řešením. 48

49 Příklad výpočtu součinitele difúze radonu 3. Ověření numerického řešení porovnáním se změřeným nárůstem Výsledek: D = 2, m 2 /s 49