| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Variationer i poreluftens forureningsindhold. - Spor 1. Opstilling af modelscenarier, udvælgelse af modeller og modelberegninger.

5 Modelresultater

• 5.1 Introduktion til præsentation af modelresultater
• 5.2 Barometervariation
  • 5.2.1 Betydning af barometeramplitude og -periode
  • 5.2.2 Betydning af dybde til grundvand og VOC-kilde
  • 5.2.3 Betydning af sandtype
  • 5.2.4 Betydning af bebyggelse
• 5.3 Indendørs tryk
• 5.4 Sprækkeplacering
• 5.5 Geologisk lagdeling
• 5.6 Kildeplacering
• 5.7 Kildestyrke
• 5.8 Aerob nedbrydning
  • 5.8.1 Betydning af kildestyrke
  • 5.8.2 Betydning af dybde til grundvandsspejl og VOC-kilde
  • 5.8.3 Betydning af bygningskonstruktion

5.1 Introduktion til præsentation af modelresultater

Resultaterne fra de opstillede modelscenarier er for hver af de 7 grupper samlet i bilag A til G. Afhængig af hvilken type simulering, der er udført – transient eller steady-state – og hvilken type parametre, der er varieret, er forskellige resultater præsenteret. Resultaterne inkluderer bl.a. porelufttryk, flow ind og ud af terræn, flow ind og ud af bygning, 2D normaliserede koncentrationsprofiler, koncentrationsudvikling i udvalgte moniteringspunkter og inde i bygningen, samt bygningens dæmpningskoefficient.

Resultaterne fra hvert scenarie vil ikke blive beskrevet i detaljer i nærværende rapport. I stedet fokuseres på at sammenligne forskellige scenarier for at vurdere, hvilken betydning de enkelte parametre har for variationen i poreluftkoncentrationen. Inden denne sammenligning vil de væsentligste processer med betydning for poreluftkoncentrationen kort blive beskrevet i nærværende afsnit.

Poreluften transporteres fra kilden ved en kombination af diffusion, styret af koncentrationsforskelle, og eventuel advektion, styret af trykforskelle. Omkring en bebyggelse vil poreluftkoncentrationen ofte være større under bygningen end målt i tilsvarende dybde væk fra bygningen. Denne effekt ses for alle simuleringer med homogent sand og en uendelig VOC-kilde placeret under bygningen. Forskellen skyldes, at den diffusive fortynding, der sker med ren atmosfærisk luft i den øverste del af jordmatricen, ikke har samme fulde effekt under bygningen som i det åbne landskab. Ved undertryk i bygningen dannes endvidere en advektiv transport mod bygningen, som yderligere kan øge poreluftkoncentration under bygningen.

Trykforskellen mellem bygningen og jordmatricen dannes pga. temperatur-forskelle, vindpåvirkning og forskellige former for ventilation. Et eksempel på simuleret trykfordeling i poreluften er præsenteret i figur 5.1 for henholdsvis et højtliggende grundvandsspejl placeret 3 m u.t. og et lavtliggende grundvandsspejl 8 m u.t. Simuleringen er udført med et undertryk i bygningen på 5 Pa i forhold til atmosfæretrykket og en sprække langs fundamentets periferi. Endvidere er den tilhørende simulerede steady-state poreluftkoncentration vist for begge scenarier, angivet som normaliserede værdier mellem 0-1.

Figuren viser, hvorledes der omkring sprækken i fundamentet dannes en trykgradient, således at poreluften transporteres mod sprækken vinkelret på de optegnede konturer. Luftflowet ind i sprækken, Qs, er angivet på figuren for begge scenarier, og det ses, at flowet ind i sprækken øges, når tykkelsen af den umættede zone øges.

Det normaliserede poreluftprofil viser tydeligt, at koncentrationen er større under bygningen end i en tilsvarende dybde uden for bygningens influenszone. Dette er især udtalt ved et dybereliggende grundvandsspejl.

Figur 5.1 Trykfordeling og normaliserede poreluftkoncentrationer omkring bygning for henholdsvis 3 m umættet zone (øverst) og 8 m umættet zone (nederst). Poreluften transporteres vinkelret på de optegnede trykkonturer med retning mod fundamentsprækken. Begge scenarier er simuleret med 5 Pa undertryk i bygningen ifht. atmosfæretrykket.

Ved transient variation i barometertrykket og dermed også trykket inde i bygningen vil den advektive transport øges dels igennem terrænoverfladen og dels igennem fundamentsprækken.

Eksempel på, hvorledes luftflowet varierer ved transient barometertryk, er vist i figur 5.2 for et scenarie med en barometeramplitude på 300 Pa og en periode på 12 timer.

Variationen i barometertrykket medfører en trykforskel mellem atmosfæren og terræn, hvorved der skabes et luftflow over terræn og igennem sprækken i fundamentet. I perioden, hvor trykket falder, dannes dels et luftflow igennem terrænoverfladen med retning mod atmosfæren og dels et luftflow igennem sprækken, hvorved poreluft fra jordmatricen transporteres ind i bygningen. Omvendt, når barometertrykket stiger, strømmer ren luft fra atmosfæren ned i jordmatricen og ren luft fra bygningen transporteres ud igennem sprækken i fundamentet. Denne transport betyder en variation dels i poreluftkoncentrationen målt i jordmatricen og dels en variation i indendørskoncentrationen.

Som eksempel på denne variation er poreluftkoncentrationen umiddelbart uden for fundamentsprækken vist på figur 5.2. Heraf fremgår det, hvorledes poreluftkoncentrationen aftager, når trykket begynder at stige, idet renere luft fra bygningen fortynder koncentrationen i området omkring sprækken. Beregningen af den tidslige variation i koncentrationen i beregningspunktet MP2 er illustreret, og den absolutte variation (β) og faktoren (_BILLEDE) er estimeret til hhv. 29% og 1,76.

Den tidslige variation i poreluftkoncentrationen i de udvalgte beregningspunkter MP1-MP4 samt koncentrationen i selve bygningen er anvendt ved beregning af den absolutte variation (β) og faktoren (δ).

Figur 5.2 Luftflow igennem terræn og sprække ved transient barometertryk samt poreluftkoncentrationen ved fundamentsprække. Vurderingen af den tidslige variation udtrykt ved den absolutte variation ( ß ) og faktoren ( d ) er illustreret for beregningspunkt MP2.

5.2 Barometervariation

Betydningen af varierende barometertryk på poreluftkoncentrationen er simuleret ved 4 scenarier med bygning (scenarie 1.1-1.4) og 8 scenarier uden bygning (1.5-1.12). Resultaterne fra samtlige scenarier er samlet i bilag A.

Hovedparten af scenarierne er som nævnt udført uden bebyggelse, idet det således var muligt at simulere større variationer i barometertrykket end i scenarier med bebyggelse. Ved sammenligning af scenarierne er det muligt at vurdere betydningen af barometeramplitude og barometerperiode, dybde af umættet zone samt sandtype for variationen i poreluften under transient barometertryk. Endvidere kan scenarierne udført med bebyggelse anvendes til vurdering af betydningen af bebyggelse på poreluftvariationen.

Variationen af barometertryk er endvidere simuleret i scenarierne udført med indendørstryk, sprækkeplacering og geologisk lagdeling. Resultaterne heraf er beskrevet i afsnit 5.2-5.4.

5.2.1 Betydning af barometeramplitude og -periode

Scenarier (1.5,1.6,1.7) udført med henholdsvis forskellig barometeramplitude og forskellig barometerperiode er sammenlignet i figur 5.3 og 5.4.

Figurerne viser, at variationen i barometertrykket generelt giver variationer i poreluftkoncentrationen i både 0,5 m u.t. og 1,5 m u.t. Variationen øges som forventet, når barometeramplituden øges (figur 5.3). Derimod ses hurtige barometersvingninger (lille periode) at give samme størrelsesorden-variation i poreluftkoncentrationen i såvel 0,5 og 1,5 m u.t. (figur 5.4).

Figur 5.3 Poreluftkoncentration simuleret henholdsvis 0,5 m u.t. (til venstre) og 1,5 m u.t. (til højre) for barometeramplituder på 15 mbar og 30 mbar. For begge scenarier er anvendt medium fint sand med grundvandsspejl 8 m u.t. og en barometerperiode på 20 dage.

Figur 5.4 Poreluftkoncentration simuleret henholdsvis 0,5 m u.t. (til venstre) og 1,5 m u.t. (til højre) for barometerperioder på 5 dage og 20 dage. For begge scenarier er anvendt medium fint sand med grundvandsspejl 8 m u.t. og en barometer-amplitude på 15 mbar.

Den tidslige variation er for alle 3 scenarier (1.5,1.6,1.7) og beregningspunkterne (MP1, MP2) er mindre end β= 6 % og δ=1,128.

5.2.2 Betydning af dybde til grundvand og VOC-kilde

Betydningen af dybden til grundvandsspejlet og dermed også til VOC-kilden er simuleret for medium fint sand med en barometeramplitude på 30 mbar og en periode på 20 dage.

Forskellen i poreluftkoncentrationen i 1,5 m u.t. for henholdsvis et dybtliggende grundvandsspejl i 8 m u.t. og et højtliggende grundvandsspejl i 3 m u.t. er sammenlignet i figur 5.5. Poreluftkoncentrationen er som forventet størst, når kilden er placeret tæt på terræn (3 m u.t.). Den største variation ses også som forventet for det dybereliggende grundvandsspejl og således med en stigende tykkelse af den umættede zone. Forøgelsen af den umættede zone fra 3 til 8 m medfører samtidig en forøgelse af den maksimale luftmængde, der strømmer ind og ud gennem terræn, fra 0,175 til 0,5 l/m²/time.

Figur 5.5 Poreluftkoncentration simuleret for medium fint sand med grundvandsspejl henholdsvis 8 m u.t. (til venstre) og 3 m u.t. (til højre). For begge scenarier er anvendt en barometeramplitude på 30 mbar og en barometerperiode på 20 dage.

Den tidslige variation for scenarie 1.5 i beregningspunktet 1,5 m u.t. er mindre end β= 5,4% og δ=1,114. For scenarie 1.11 er den tilsvarende variation mindre end β= 0,2% og δ=1,005.

5.2.3 Betydning af sandtype

Betydningen af sandtype ved variation af barometertrykket er vurderet ved at sammenligne simuleringer udført med samme barometervariation, men med henholdsvis fint og medium fint sand. I figur 5.6 er variationen i poreluft-koncentrationen sammenlignet for fint og medium fint sand for en barometervariation på henholdsvis 30 mbar og en periode på 20 timer og en barometervariation på 3 mbar og en periode på 12 timer.

Figur 5.6 Poreluftkoncentration simuleret for forskellige sandtyper 1,5 m u.t. Venstre: En barometeramplitude på 30 mbar og en periode på 20 timer. Højre: En barometeramplitude på 3 mbar og en periode på 12 timer. I alle scenarier er der anvendt en dybde af grundvandspejl på 8 m u.t.

Resultaterne viser, at barometervariationen relativt set har mindre betydning i fint sand end i medium fint sand. Årsagen hertil er den lavere gaspermeabilitet i det fine sand. Det ses også, at den tendens er gældende for de to meget forskellige barometervariationer, der er anvendt.

Den tidslige variation i beregningspunktet MP2 (1,5 m u.t.) for de to scenarier (1.5,1.9) med den største amplitude og periode er hhv. β = 5,4% og β = 2,4%. Tilsvarende for de to scenarier (1.1,1.2) med den mindste amplitude og periode er β = 0,9% hhv. β = 0,6%. De tilhørende faktorer (δ) er for alle scenarier mindre end δ=1,114.

5.2.4 Betydning af bebyggelse

Der er udført 4 scenarier med bebyggelse for at vurdere betydningen af barometervariation for poreluftkoncentrationen omkring en bygning med kælder. Scenarierne er alle, pga. modeltekniske begrænsninger, udført med betydelig mindre barometervariation end scenarierne udført uden bebyggelse. Således er scenarierne med bebyggelse udført med en barometeramplitude på 3 mbar og en periode på 12 timer, hvorimod scenarierne uden bebyggelse er udført med op til 50 mbar og en periode på 20 dage (jf. tabel 4.6). Som vist i figur 5.3, vil større barometeramplitude medføre større variation i poreluftkoncentrationen. Den simulerede variation i poreluften omkring en bygning forventes derfor at være større ved kraftigere barometervariationer.

Den tidslige variation i poreluftkoncentration for 4 udvalgte beregningspunkter er vist i figur 5.7 for henholdsvis medium sand med grundvandsspejl hhv. 3 m u.t. og 8 m u.t. og fint sand med grundvandsspejl 8 m u.t. Punkterne inkluderer et punkt midt under bygningen (MP1), et punkt ved fundamentsprækken (MP2), et punkt ved siden af bygningen (MP3) og et punkt uden for bygningens influenszone (MP4), jf. figur 4.14. Udover de beregnede poreluftkoncentrationer, viser figur 5.7 også den beregnede tidslige variation af koncentrationen i bygningen.

Det bemærkes indledningsvist, at skalaen for den normaliserede koncentration er mellem 0 og 1, hvor 1 modsvarer den koncentration, der findes ved kilden nær grundvandet. Det eneste målepunkt, der for den givne barometervariation viser en tydelig variation i poreluftkoncentration (optegnet med denne skala), er MP2 placeret umiddelbart uden for fundamentsprækken. Dette skyldes, som nævnt tidligere, at variationen i barometertrykket skaber en advektiv strømning igennem sprækken, hvorved luft transporteres henholdsvis fra jordmatricen og ind i bygningen, når trykket falder, og fra bygningen og ud i jordmatricen, når trykket stiger. Derved transporteres renere luft fra bygningen ud i jordmatricen, som fortynder poreluftkoncentrationen omkring sprækken. Den største variation ses for medium sand, hvor gaspermeabiliteten er høj og for en dyb umættet zone, hvor andelen af luft, der kan transporteres, er stor.

De øvrige moniteringspunkter (MP1,MP3,MP4) viser ingen synlig variation (optegnet med denne skala) som følge af den påtrykte barometervariation. Dette gælder også MP1, der er beliggende midt under bygningen, idet der ikke sker nogen betydende advektiv transport.

Moniteringspunkterne MP3 og MP4 viser også kun meget små forskelle i de beregnede absolutte koncentrationsniveauer, med størst forskel for scenarierne med den tykkeste umættede zone. Da der samtidig ikke ses nogen tydelig forskel i den tidslige variation mellem punkterne, ser det således ikke ud til, at huset i sig selv har nogen markant betydning for koncentrationerne her.

Figur 5.7 Poreluftkoncentration simuleret for moniteringspunkter omkring bygningen for henholdsvis medium sand og fint sand samt simuleret koncentration inde i bygningen.

På baggrund af de simulerede koncentrationer i scenarierne, er der i tabel 5.1 vist den absolutte variation (β) beregnet for hvert af de 4 moniteringspunkter samt for koncentrationen i bygningen. Den absolutte variation for moniteringspunkt MP2 er mellem 7,6% og 27% - og størst for scenarie 1.2 med det mest permeable materiale og den tykkeste umættede zone. Den maksimale absolutte variation på β=27,0% har en tilhørende faktorværdi på δ=1,74. Af de øvrige moniteringspunkter har MP1 midt under huset den laveste absolutte variation (β<0,2%). Moniteringspunkterne MP3 og MP4 viser omtrent den samme absolutte variation (β<0,9%), og dette bekræfter det visuelle indtryk fra figur 5.7 og vurderingerne ovenfor.

De simulerede koncentrationer i bygningen viser en tydelig variation for alle 3 scenarier – og med den største variation for scenarie 1.2. Den absolutte variation i koncentrationen i bygningen varierer mellem 89,1% og 91,6%, jf. tabel 5.1. Den tilhørende variation i faktoren (δ) er fra ca. 17 til 23.

5.3 Indendørs tryk

Betydningen af trykket inde i bygningen på poreluftkoncentrationen er simuleret i 4 scenarier (scenarie 2.1-2.4). Resultaterne fra simuleringerne er samlet i bilag B. Steady-state koncentrationsprofiler for henholdsvis neutralt tryk, 5 Pa undertryk, 10 Pa undertryk og 5 Pa overtryk er sammenlignet i figur 5.8.

Figur 5.8 Normaliserede steady-state poreluftkoncentrationer simuleret med varierende indendørstryk på henholdsvis 0 Pa, 5 Pa undertryk, 10 Pa undertryk og 5 Pa overtryk.

Ved undertryk i bygningen på henholdsvis 5 Pa og 10 Pa ses højere poreluftkoncentration under bygningen end for scenariet med neutralt tryk. Undertrykket betyder imidlertid også, at der ved advektiv transport trækkes mere ren luft ned igennem terrænoverfladen, hvorved koncentrationen i den øvre del af den umættede zone fortyndes. Samlet giver den øgede advektive transport ind i bygningen en stigning i indendørskoncentrationen på ca. 30-60 gange, idet dæmpningsfaktoren øges fra 3,6E-5 til henholdsvis 1,1E-3 og 2,2E-3 ved et undertryk på 5 og 10 Pa. Den indendørs koncentration stiger dog kun marginalt, når undertrykket i bygningen øges fra 5 til 10 Pa, hvilket som nævnt skyldes, at det øgede undertryk også vil trække ren luft ned, som fortynder poreluftkoncen-trationen omkring sprækken.

Ved overtryk i bygningen på 5 Pa ses koncentrationen under bygningen og omkring sprækken at være betydelig mindre end ved neutralt tryk. Dette skyldes, at den rene luft fra bygningen, der transporteres ud igennem sprækken i fundamentet, fortynder poreluftkoncentrationen. Indendørskoncentration reduceres herved kraftigt, og således reduceres dæmpningsfaktoren fra 3,6E-5 ved neutralt tryk til 2,2E-17 ved et overtryk på 5 Pa, svarende til en reduktion af indendørskoncentrationen på ~12 størrelsesordener.

For de transiente simuleringer med en barometervariation på 3 mbar og en periode på 12 timer er variationen i poreluftkoncentrationen sammenlignet for henholdsvis neutralt tryk og 5 Pa undertryk i figur 5.9. Sammenligningen er udført for henholdsvis medium sand og fint sand, begge med et dybtliggende grundvandsspejl 8 m u.t.

Figur 5.9 Poreluftkoncentration i MP2, koncentration i bygningen og luftflow igennem sprækken simuleret for henholdsvis neutralt tryk inde i bygningen og 5 Pa undertryk. Venstre: Medium sand, Højre: Fint sand.

For medium sand ses effekten af at variere indendørstrykket tydeligt på poreluftkoncentrationen målt ved fundamentsprækken. Ved neutralt tryk varierer poreluftkoncentrationen ved sprækken (β<27%), idet koncentrationen aftager, når barometertrykket stiger og der transporteres luft fra bygningen og ud i jordmatricen. Ved undertryk i bygningen foregår hovedparten af transporten fra jordmatricen til bygningen (se flow igennem sprække i figur 5.9). Dette betyder, at koncentrationen umiddelbart uden for sprækken ikke fortyndes i samme grad som når bygningen har neutralt tryk, og variationen i poreluftkoncentration er dermed mindre ved sprækken (β<3,4%). Det samlede flow ind i bygningen er imidlertid større ved undertryk i bygningen, og den beregnede koncentration i bygningen bliver derfor højere.

I fint sand med mindre gaspermeabilitet medfører et undertryk i bygningen kun en begrænset øget advektiv transport igennem sprækken (<20%). Forskellen i simuleret poreluftkoncentration for scenarier ved henholdsvis neutralt tryk og 5Pa undertryk er derfor minimal, og variationen mellem de to er under 2%.

Tyrkforskellen mellem bygningen og atmosfæren kan således have betydelig effekt dels på poreluftkoncentrationen i jordmatricen og dels for koncentration inde i bygningen, idet effekten er størst i højpermeabelt sand. Ved transient barometertryk betyder undertrykket i bygningen, at der ses mindre variation i poreluftkoncentrationen i jordmatricen, men at den beregnede gennemsnits-koncentration i bygningen bliver større (ca. 2,5 gange).

5.4 Sprækkeplacering

Betydningen af sprækkeplaceringen i fundamentet er simuleret i 4 scenarier (scenarie 3.1-3.4). Resultaterne fra simuleringerne er samlet i bilag C.

Forskellen i steady-state poreluftkoncentrationen for scenarier med henholdsvis sprække langs periferi og sprække langs både periferi og midten af fundament er sammenlignet i figur 5.10. Simuleringerne er alle udført med medium sand og 8 m til grundvandsspejlet. Koncentrationsprofilet er vist for henholdsvis neutralt indendørstryk, 5 Pa undertryk og 5 Pa overtryk.

Poreluftprofilerne viser, at koncentrationen under bygningen bliver mindre ved tilstedeværelsen af en ekstra sprække midt i fundamentet. Effekten af den reducerede koncentration er størst ved overtryk i bygningen, idet ren luft her transporteres ud i jordmatricen og fortynder poreluftkoncentrationen kraftigt under bygningen. Også ved undertryk i bygningen reduceres koncentrationen under bygningen pga. den øgede horisontale advektive transport langs bygningens underside mod sprækken i midten af bygningen.

For scenarierne med transient barometertryk er variationen i poreluft-koncentrationen med henholdsvis en sprække langs periferi og sprækker langs både periferi og midte af fundament vist i figur 5.11, idet alle scenarier er udført med medium sand, 8 m til grundvandsspejl og neutralt tryk i bygningen.

Figuren viser, at den største forskel i poreluftkoncentrationen ses midt under bygningen (MP1), hvor tilstedeværelsen af en sprække betyder, at poreluftkoncentrationen varierer, når ren luft fra bygningen transporteres ud i jordmatricen under stigende barometertryk. Koncentrationen ved sprækken langs bygningens periferi er minimalt påvirket af den ekstra sprække midt i fundamentet.

Effekten af barometervariationen er som i tidligere scenarier størst i medium sand med den største permeabilitet. Gennemsnitskoncentrationen i bygningen bliver større, når der inkluderes en ekstra sprække midt i fundamentet, idet den største stigning ses for scenariet med det højpermeable sand i forhold til scenariet med det fine sand.

Figur 5.10 Normaliserede Steady-state poreluftkoncentrationer simuleret henholdsvis med sprække langs periferi af fundament (venstre) og sprækker langs både periferi og midt af fundament (højre). Øverst: Neutralt indendørstryk, Midt: 5 Pa undertryk, Nederst: 5 Pa overtryk.

På baggrund af de simulerede koncentrationer i scenarierne, er der i tabel 5.2 vist den absolutte variation (β) beregnet for hvert af de 2 moniteringspunkter samt for koncentrationen i bygningen.

Figur 5.11 Scenarier med sprække langs fundamentets periferi og sprækker langs fundamentets periferi og midte. Simuleringerne er udført for både medium sand (til venstre) og fint sand (til højre). Øverst: Koncentrationen ved bygningens periferi i MP2, Midt: Koncentration under bygningens midte ved MP1, Nederst: Koncentration i bygningen.

Den absolutte variation (β) for moniteringspunkt MP2 reduceres fra 15,2% til 13,9% ved introduktion af den ekstra sprække. Derimod ses som forventet en væsentlig ændring i variationen for MP1, der ved introduktionen af den ekstra sprække får en tidslig variation på mellem 12,7% og 25%, hvilket er sammenligneligt med, hvad der observeres i MP2. Den absolutte variation i koncentrationen i bygningen varierer mellem 89,6% og 91,6%, jf. tabel 5.2. Den tilhørende variation i faktoren (δ) er fra ca. 18 til 23.

5.5 Geologisk lagdeling

Betydningen af geologisk lagdeling på poreluftkoncentrationen er simuleret i 14 scenarier (scenarie 4.1-4.14) med 4 forskellige typer geologisk lagdeling. Resultaterne fra simuleringerne er samlet i bilag D.

De 4 lagdelinger, jf. figur 4.7, er udført i medium sand med indslag af mindre permeable lag. Lagdelingerne inkluderer:

Lagdeling A: Lavpermeabelt lag fra 0-1 m u.t.
Lagdeling B: Lavpermeabelt lag fra 3-4 m u.t.
Lagdeling C: Lavpermeabelt lag fra 0-1 m u.t. og 3-4 m u.t.
Lagdeling D: Lavpermeabelt lag fra 3-4 m u.t. med åbning under bygningen

De beregnede steady-state poreluftkoncentration for de 4 lagdelinger er samlet i figur 5.12 og sammenlignet med koncentrationsprofilet simuleret for homogent medium sand. Alle scenarier er udført med grundvandsspejlet i 8 m u.t.

Figur 5.12 Normaliserede Steady-state poreluftkoncentrationer simuleret med de 4 forskellige lagdelinger (A-D). Den normaliserede poreluftkoncentration for homogent medium sand er inkluderet til sammenligning.

De simulerede poreluftprofiler viser, at geologisk lagdeling eller anden form for inhomogenitet har betydning for poreluftkoncentrationen i en given dybde. Med et lavpermeabelt lag mod terræn (lagdeling A) bliver poreluftkoncentrationen under laget betydeligt højere end simuleret under homogene forhold, eftersom der ikke sker samme fortynding med atmosfærisk luft. Denne effekt ses, dog i mindre grad, endvidere for lagdeling C, hvor der er simuleret et lavpermeabelt lag både ved terræn og imellem bygningen og VOC-kilden.

Er det lavpermeable lag placeret 3-4 m u.t. (lagdeling B), bliver koncentrationen over laget betydelig mindre, idet diffusionen igennem laget begrænser transporten fra kilden mod terræn, men ren luft kan stadig transporteres fra terræn og ned i jordmatricen. Ved en åbning i det lavpermeable lag under bygningen (lagdeling D) bliver poreluftkoncentrationen under bygningen større, men koncentrationen i jordmatricen over det lavpermeable lag er stadig lav, hvilket resulterer i en kraftig koncentrationsgradient omkring bygningens periferi.

Betragtes de beregnede normaliserede poreluftkoncentrationer direkte under fundamentet, ses, at der selv for den gennemgående lagdeling B beregnes værdier mellem 0,3 og 0,6. Den introducerede lagdeling vil således reducere den opadrettede diffusive flux noget, men samtidig skabe en meget kraftig vertikal koncentrationsgradient henover det lavpermeable lag.

Betydningen af transient barometertryk ved forskellige lagdelinger er vist i figur 5.13. Variationen i poreluften er vist dels umiddelbart under sprækken (MP2) og dels uden for bygningens influenszone (MP4). Endvidere er variationen i indendørskoncentrationen vist. Bemærk, at for lagdeling D er poreluftvariationen ikke simuleret for MP2 og MP4.

Figur 5.13 Scenarier med forskellige lagdelinger (A-D) og samtidig barometer- variation. Koncentrationen i 2,1 m u.t. ved MP2 (øverst til venstre), Koncentration i 1,5 m u.t. ved MP4 (øverst til højre), Nederst: Koncentrationen i bygningen. Alle scenarier med medium sand og 8 m til grundvandsspejlet samt barometer amplitude på 3 mbar og en periode på 12 timer.

På baggrund af de simulerede koncentrationer i scenarierne, er der i tabel 5.3 vist den absolutte variation (β) beregnet for hvert af de 2 moniteringspunkter samt for koncentrationen i bygningen.

Koncentrationen i beregningspunkterne varierer betydeligt for de 4 lagdelinger. I punktet placeret væk fra bygningen (MP4) er poreluftkoncentrationen øget for de to scenarier med det lavpermeable lag ved terræn sammenlignet med homogent sand. Den laveste koncentration ses ved et lavpermeabelt lag mellem bygningen og VOC-kilden. Variationen i barometertrykket medfører en absolut variation i poreluftkoncentrationen (β) på mindre end 1%, jf. tabel 5.3.

Ved fundamentsprækken (MP2) ses større variation i poreluftkoncentrationen for scenarier med det lavpermeable lag placeret ved terræn (lagdeling A og C) end simuleret for homogent sand. Variationen i barometertrykket medfører en absolut variation i poreluftkoncentrationen (β) på op til 82,5%, jf tabel 5.3. Dette skyldes, at fundamentsprækken er den eneste højpermeable åbning mod terræn, hvorved flowet igennem sprækken øges ved varierende barometertryk. Ved et lavpermeabelt lag mellem bygningen og VOC-kilden (lagdeling B, scenarie 4.2) ses en variation i poreluftkoncentrationen på niveau med, hvad der ses for homogent sand (scenarie 1.2). Dette skyldes, at det lavpermeable lag reducerer mængden af luft, der kan flyttes ved advektiv transport, svarende til at dybden af den umættede zone mindskes. Det maksimale luftflow igennem sprækken varierer fra 0,2 til 21,8 l/min., jf. tabel 5.3.

Koncentrationen inde i bygningen er større i scenarier med lavpermeabelt lag mod terræn, men den absolutte variation i koncentrationen er ikke meget forskellig de enkelte scenarier imellem. Den absolutte variation i koncentrationen i bygningen varierer således mellem 86,3% og 91,6%, jf. tabel 5.3. Den tilhørende variation i faktoren (δ) er fra ca. 14 til 23.

5.6 Kildeplacering

Betydningen af kildeplacering er simuleret i 4 scenarier (5.1-5.4) for en afgrænset VOC-kilde. Resultaterne fra simuleringerne er samlet i bilag E.

Steady-state poreluftprofiler for de 4 forskellige modelscenarier er vist i figur 5.14, idet poreluftkoncentrationen i horisontale plansnit endvidere er vist i bilag E. Profilerne viser, hvorledes poreluftkoncentrationen aftager væk fra VOC-kilden. For kilder placeret ved grundvandsspejlet transporteres poreluft opad og lateralt væk fra kilden. For kilder placeret tæt på terræn ses transporten op mod terræn at være dominerende i forhold til den horisontale spredning.

Dæmpningsfaktoren α ses at være meget ens for kilder placeret i samme laterale afstand fra bygningen, men med forskellig afstand til terræn. Ved en lateral afstand på 10 m fra bygningen ses således, at α=3,9E-4 ved en dybde til VOC-kilden på 3 m og at α=2,3E-4 ved en dybde til kilden på 8 m. Øges den laterale afstand mellem VOC-kilde og bygningen, ses størst effekt i reduktionen af den indendørs koncentration for kilder placeret tæt på terræn. Kildeplaceringen har stor betydning for den poreluftkoncentration, der måles i en given dybde og afstand fra kilden.

I en radius omkring kilden aftager koncentrationen ca. 1 størrelsesorden pr. 10 m, hvilket svarer til en reduktion i poreluftkoncentrationen målt på faktiske poreluftsager /Andersen et al., 2009/.

Figur 5.14. Tværsnitsprofil af poreluftkoncentrationer ved forskellig placering af VOC-kilde.

5.7 Kildestyrke

Betydningen af kildestyrken er simuleret i 8 scenarier (6.1-6.8). Ved transient kildestyrke afhænger poreluftkoncentrationen af, hvor kraftigt VOC’en sorberes til jorden. Denne retardation afhænger dels af VOC’ens sorptionskoefficient (Koc) og jordens indhold af organisk stof (foc). Effekten af Koc på poreluftkoncentrationen er simuleret ved at anvende to forskellige VOC’er med forskellige sorptions-koefficienter. Således har VOC1 en Koc=190 l/kg og VOC2 en Koc=18,6 l/kg, jf. tabel 4.1. Endvidere er effekten af foc simuleret ved at anvende medium sand med henholdsvis foc=0,01 og foc=0,001. Alle scenarier er udført med VOC-kilden placeret på grundvandsspejlet 8 m u.t. og med bebyggelse med neutralt tryk. Der er udført 4 scenarier med konstant kildestyrke, idet koncentrationsudviklingen mod steady-state er simuleret. Endvidere er udført 4 scenarier med transient kildestyrke. Resultaterne af samtlige scenarier er samlet i bilag F.

Ved simulering af steady-state er udviklingen i koncentrationsprofilerne præsenteret for udvalgte tidspunkter. 1 år efter start er koncentrationsprofilerne for henholdsvis VOC1 og VOC2, vist i figur 5.15 (andre tidspunkter fremgår af bilag F). Figuren viser, at ved høje værdier af foc og Koc forsinker den kraftige sorption udviklingen af steady-state. Dette betyder, at der ses betydelig variation i poreluftkoncentrationen målt i en given dybde og afstand.

Figur 5.15 Poreluftkoncentration simuleret efter 1 år med varierende Koc og f_oc. Venstre: Koncentrationsprofil for VOC 1 med foc=0,01 øverst og foc=0,001 nederst. Højre: Koncentrationsprofil for VOC 2 med foc=0,01 øverst og foc=0,001 nederst.

Poreluftkoncentrationens afhængighed af sorption betyder, at når kildestyrken ændres, fx pga. blotlægning af en VOC-kilde ved faldende grundvandsspejl, kan sorptionen dæmpe, hvor hurtigt VOC’en spredes videre ved diffusion.

Denne effekt er simuleret ved at ændre kildestyrken over tid fra 1E6 μg/m³ til 1E8 μg/m³ og dernæst til 1E7 μg/m³. Simuleringerne er som for de steady-state scenarier, der er udført med to forskellige VOC- og to forskellige foc-værdier. Endvidere er simuleringen udført med såvel lavtliggende grundvandsspejl, 8 m u.t., (figur 5.16) som højtliggende grundvandsspejl (figur 5.17).

Ved lavtliggende grundvandsspejl (figur 5.16) ses dæmpningen af koncentrationsudviklingen tydeligt for VOC1 med høj Koc i sand med høj foc=0,01. Poreluftkoncentrationen for VOC1 når således ikke steady-state inden for de første 6 mdr. med en kildestyrke på 1E6, inden kildestyrken øges. Denne dæmpning i poreluftkoncentrationen ses ikke for VOC2 med lavere Koc-værdi. Forskellen i koncentrationen mellem VOC1 og VOC2 er således flere størrelsesordener både i jordmatricen og inde i bygningen flere år efter en ændring i kildestyrken. Ved lavere foc-værdi er sorptionen mindre, og dermed bliver forskellen imellem poreluftkoncentrationen for VOC1 og VOC2 også mindre.

Ved højtliggende grundvandsspejl (figur 5.17), hvor VOC-kilden er placeret tættere på terræn, ses ikke samme dæmpning af poreluftkoncentrationen. For VOC2 med lav Koc ses poreluftkoncentrationen således at reagere næsten momentant på en ændring af kildestyrken. Kun for VOC1 med høj Koc og en høj foc-værdi ses en mindre dæmpning af koncentrationsudviklingen.

En ændring i kildestyrken for VOC’er med lav sorption (lav Koc eller lav foc) betyder nærmest momentan ændring i poreluftkoncentrationen. Dermed vil selv mindre hurtige ændringer i kildestyrken betyde variation i poreluftkoncentrationen målt i en given dybde. For VOC’er, hvor sorptionen er kraftig, medfører hurtige ændringer i kildestyrken ikke nødvendigvis en målbar variation i poreluftkoncentrationen i et givent målepunkt. Til gengæld giver den målte koncentration ikke nødvendigvis den korrekte steady-state koncentration.

Figur 5.16 Udvikling i poreluftkoncentration for transient kildestyrke for Medium sand med 8 m til GVS for henholdsvis foc=0,01 (til venstre) og foc=0,001 (til højre). Øverst: Poreluftkoncentration væk fra bygning (MP4), Midt: Poreluftkoncentration ved sprækken i fundamentet (MP2), Nederst: Koncentration i bygning.

Figur 5.17 Udvikling i poreluftkoncentration for transient kildestyrke for Medium sand med 3 m til GVS for henholdsvis foc=0,01 (til venstre) og foc=0,001 (til højre). Øverst: Poreluftkoncentration væk fra bygning (MP4), Midt: Poreluftkoncentration ved sprækken i fundament (MP2), Nederst: Koncentration i bygning.

5.8 Aerob nedbrydning

Aerob nedbrydning kan kraftigt reducere poreluftkoncentrationen i jordmatricen og herved begrænse videre transport ind i en overliggende bygning. Nedbrydningen er afhængig af tilførslen af ilt fra atmosfæren. og denne transportproces får dermed afgørende betydning for, om nedbrydningen kan foregå.

Abreu og Johnson’s model simulerer transport og nedbrydning af VOC simultant med transport og forbrug af ilt. Atmosfæren antages at repræsentere en uendelig stor kilde med en konstant iltkoncentration svarende til 20 vol%. Nedbrydningen af VOC antages at finde sted, så længe iltkoncentrationen er >1 vol%, hvilket svarer til en normaliseret iltkoncentration på 0,05 i de viste konturplots.

Simuleringerne er baseret på en enkeltkomponent VOC-kilde med karakteristika angivet ved VOC3 med en 1.ordens nedbrydningskoefficient på λ=0,18 t^-¹ (jf. tabel 4.1). Der er således ikke taget hensyn til, at blandingsforureninger med flere typer nedbrydelige VOC’er vil konkurrere om ilten. Endvidere er der ikke taget hensyn til eventuel anaerob nedbrydning i de områder, hvor ilten er brugt op.

Den aerobe nedbrydning afhænger af adskillige faktorer, som ikke alle er undersøgt i nærværende rapport. Dr. Lillian Abreu har udført adskillige simuleringer med modellen for at undersøge betydningen af de forskellige faktorer. Resultaterne heraf kan ses i /Abreu og Johnson, 2006/. I nærværende undersøgelser er udført et begrænset antal scenarier med aerob nedbrydning for at vise effekten af nedbrydning på poreluftkoncentrationen. De faktorer, der er undersøgt, inkluderer betydning af kildestyrke, betydning af dybde til grundvandsspejl og kilde samt betydningen af kælder.

Alle resultater fra scenarier udført med aerob nedbrydning (7.1-7.4) er samlet i bilag G.

5.8.1 Betydning af kildestyrke

Kildestyrken har stor betydning for det koncentrationsprofil, der udvikler sig for aerobe nedbrydelige VOC’er. I figur 5.18 er det normaliserede koncentrationsprofil med nedbrydning for VOC3 og tilsvarende normaliserede iltprofil vist for henholdsvis en kildestyrke på C_w=200 mg/l og C_w=20 mg/l, idet kildestyrken er angivet i vandfasen. Disse kildestyrker svarer omtrentlig til den opløste koncentration, der kan forventes ved tilstedeværelsen af fri fase NAPL af benzin hhv. fyringsolie. For begge scenarier er anvendt medium sand og en dybde til grundvandsspejlet på 8 m.

Koncentrationsprofilerne viser, at ved en kildestyrke på 200 mg/l opbruges ilten, inden den transporteres ind under bygningens fundament. I terræn væk fra bygningen opbruges ilten (koncentration <0,05 svarende til 1 vol%) i en dybde på ~5 m u.t. Der sker således ingen nedbrydning af VOC3 under bygningen, og poreluftkoncentrationen, der måles her, er flere størrelsesordener større end den poreluftkoncentration, der måles væk fra bygningen i tilsvarende dybde.

Ved lavere kildestyrke er iltindholdet ikke tilsvarende begrænsende, og aerob nedbrydning kan finde sted både uden for bygningens influenszone og under fundament. Poreluftkoncentrationer målt henholdsvis under bygningen og væk fra bygninger er dermed af samme størrelsesorden.

Forskellen i den aerobe nedbrydning ses ligeledes på dæmpningsfaktoren for bygningen. Således simuleres en α-værdi på 7,1E-5 ved en kildestyrke på 200 mg/l og en α-værdi på 5,6E-11 ved en kildestyrke på 20 mg/l, svarende til en reduktion af den indendørskoncentration på 6 størrelsesordener.

Figur 5.18 Steady-state poreluftkoncentration og iltindhold for scenarier med kildestyrker på henholdsvis 200 mg/l (øverst) og 20 mg/l (nederst). Medium sand.

5.8.2 Betydning af dybde til grundvandsspejl og VOC-kilde

Betydningen af afstanden til grundvandsspejlet og dermed VOC-kilden for poreluftkoncentrationen med nedbrydning af VOC3 er simuleret med en dybde på henholdsvis 8 m og 3 m og høj kildestyrke (200 mg/l), figur 5.19.

Ved højtliggende grundvandsspejl (3 m u.t.) bliver ilten opbrugt i de øverste ca. 2 m af jorden omkring bygningen. Der dannes i dette dybdeinterval meget store vertikale koncentrationsgradienter for både ilt og VOC3. Der transporteres således ikke ilt ind under bygningen, og der sker ingen aerob nedbrydning. Kildestyrken under fundament reduceres således ikke. For det lavtliggende grundvandsspejl (8 m u.t.) ses en tilsvarende situation, idet ilten her ikke kan trænge dybere end ca. 3-4 m u.t., førend den bliver forbrugt ved aerob nedbrydning.

Dæmpningsfaktoren ved det højtliggende grundvandsspejl er betydelig højere (1,4E-3) end den tilsvarende dæmpningsfaktor simuleret ved et dybere liggende grundvandsspejl (7.1E-5). I de viste simuleringer skyldes denne forskel dog primært, at kildestyrken under huset øges jo tættere op under huset kilden kommer.

Nedbrydningen har generelt størst betydning ved lavtliggende grundvandsspejl, men effekten mindskes ved øget kildestyrke (se nærmere i /Abreu og Johnson, 2006/).

Figur 5.19 Steady-state poreluftkoncentration og iltindhold for scenarier med henholdsvis 8 m til GVS (øverst) og 3 m til GVS (nederst). Medium sand.

5.8.3 Betydning af bygningskonstruktion

Betydningen af bygningskonstruktionen er vurderet ved at simulere poreluftkoncentrationen med nedbrydning af VOC3 omkring en bygning henholdsvis med og uden kælder. For begge scenarier er anvendt homogent medium sand og et dybtliggende grundvandsspejl 8 m u.t.

Poreluftprofilet og det tilsvarende iltprofil viser, at for bygningen uden kælder transporteres ilten helt ind under fundamentet, hvorved poreluftkoncentrationen reduceres betydeligt (figur 5.20). Dette betyder, at dæmpningskoefficienten for bygningen uden kælder reduceres betydeligt fra 6,1E-4 til 8,3E-9 pga. den aerobe nedbrydning. For bygningen med kælder er reduktionen i dæmpningskoefficienten fra 1,2E-3 til 7,1E-5 pga. aerob nedbrydning. Dæmpningskoefficienten reduceres således med ca. 5 størrelsesordner uden kælder og med ca. 2 størrelsesordner med kælder. Aerob nedbrydning kan således have stor betydning for den poreluftkoncentration, der måles i en given dybde og afstand fra huset samt inde i selve bygningen.

De væsentligste faktorer, der har indflydelse på, hvor kraftig nedbrydningen er, inkluderer afstanden til kilden, kildestyrken samt om der er kælder. Endvidere har simuleringer udført af Abreu og Johnson vist, at nedbrydnings-koefficienten er meget væsentlig /Abreu og Johnson, 2006/. Beregningerne er således meget følsomme over for variationer i denne parameter.

Figur 5.20 Steady-state poreluftkoncentration og iltindhold for scenarier henholdsvis med kælder (til venstre) og uden kælder (til højre). Øverst: Poreluftkoncentration for VOC3 uden nedbrydning, Midt: Poreluftkoncentration for VOC3 med nedbrydning, Nederst: Iltkoncentration. Medium sand.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 Maj 2010, © Miljøstyrelsen.