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

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

6 Diskussion og sammenfatning

• 6.1 Poreluftens spredningsmønster omkring bygninger med kælder
• 6.2 Betydningen af barometervariation
• 6.3 Betydningen af kildens placering og tidslig variation i kildestyrken
• 6.4 Betydningen af aerob nedbrydning

6.1 Poreluftens spredningsmønster omkring bygninger med kælder

De gennemførte modelsimuleringer med homogen jord indikerer, at en bygning med kælder har indflydelse på, hvordan poreluftkoncentrationen vil variere rumligt i jorden. For at illustrere det typiske mønster, der observeres, er der på figur 6.1 gengivet den stationære poreluftkoncentration under et hus med hhv. undertryk (5 Pa) og overtryk (5 Pa). I kælderen findes en sprække i samlingen mellem gulv og væg langs hele kælderens periferi.

Figur 6.1 Normaliserede steady-state poreluftkoncentrationer simuleret med varierende indendørstryk på henholdsvis 5 Pa undertryk og 5 Pa overtryk. Medium sand og sprække.

I nogen afstand fra huset (> 3-4 m) er det vertikale koncentrationsvariation tydeligt stort set upåvirket af forholdende omkring selve bygningen. Under selve huset ses i en given dybde en generel tendens til højere koncentrationer end væk fra huset. Dette skyldes, at huset forhindrer den fri opadrettede diffusion.

Betydningen af sprækken i fundamentet er mest tydelig for situationen med overtryk i bygningen, hvor luft fra kælderen strømmer igennem sprækken og ned i jorden under sprækken. De beregnede værdier af den samlede strømning ind/ud igennem sprækken ligger i intervallet 0,2-20 l/min. og afhænger primært af jordens permeabilitet, sprækkens samlede åbningsareal og trykforskellen henover sprækken. Derved kan den advektive gastransport blive den dominerende proces i umiddelbar nærhed af sprækken, mens det i resten af den umættede zone væsentligst er diffusiv transport, der dominerer.

6.2 Betydningen af barometervariation

Der er gennemregnet i alt 20 scenarier, hvor der er inkluderet en tidslig variation i barometertrykket. For at få et samlet overblik over den tidslige variation i poreluftkoncentrationen, er den absolutte variation (β) beregnet i beregningspunkter (MP1-MP4) og sammenstillet i tabel 6.1. Den tilsvarende variation i koncentrationen i bygningen er også medtaget med henblik på sammenligning.

Den naturlige variation i poreluftkoncentrationerne i scenarier med meget varierende barometertryk (amplitude og periode) og uden bygning er belyst ved scenarierne 1.5-1.12. Beregningspunkterne for den mest ekstreme variation (scenarie 1.8, 50 mbar og 20 dage) resulterer i en absolut variation på under 6%, svarende til en faktor (δ) på 1,128. For scenarierne med bygninger har det pga. modeltekniske årsager været nødvendigt at anvende en mindre variation i alle simuleringer (amplitude 3 mbar, periode 0,5 d).

Beregningspunktet MP4 er i alle scenarier med bygninger placeret i 5 m’s afstand og i en dybde på 1,5 m u.t. I denne afstand er der ikke nogen påvirkning fra selve bygningen (jf. afsnit 6.1). Den absolutte variation i MP4 er mellem 0,2 og 1% og indikerer, at variationen i poreluftkoncentrationen som følge af ændringer i barometervariation i nogen afstand fra bygningen kan forventes at være under 1%. En absolut variation på 1% modsvarer en faktor (δ) på 1,02. For beregningspunktet MP1, der i alle scenarier med bygning er beliggende lige under midten af bygningen og væk fra sprækkerne langs fundamentet, ses der generelt en variation på under 0,5%.

Beregningspunktet MP2 (og MP1 i scenarie 3.1 og 3.2) er karakteriseret ved en placering i jorden direkte under den sprække, som findes i kældergulvet. Den umiddelbare nærhed til sprækken betyder, at poreluftens koncentration er delvist styret af den advektive strømning af luft, der blev beskrevet i afsnit 6.1. Den tidslige variation i dette punkt udviser således også de største værdier af samtlige 4 beregningspunkter, med en variation på op til 82,5% for scenarie 4.1. Denne variation svarer til en værdi af faktoren (δ) på ca. 10.

I netop scenarie 4.1 findes et tyndt lavpermeabelt lag i den øverste meter. Dette lag virker som et ”låg” på jorden og bevirker en øget advektiv transport igennem sprækken og dermed variation i poreluften omkring sprækken. Den øgede advektive strømning ind i bygningen bevirker også et stigende koncentrationsniveau i selve bygningen. For MP2 ses dog også scenarier med en mindre variation på 3,4%, og det er således meget afhængigt af de konkrete parametre, hvor stor variation, der kan forventes, jf. afsnit 6.1.

Variationen i bygningens koncentration ved de forskellige scenarier varierer mellem 24,9% og 91.6%. Den laveste variation findes for scenarie 1.4, der også er det scenarie, der har den mindste variation i barometer-input (lav amplitude og kort periode). Den største variation ses i scenarie 1.2, der er karakteriseret ved at have den tykkeste umættede zone, højeste gaspermeabilitet i jorden og det mest neutrale tryk i bygningen i forhold til atmosfæretrykket. Den beregnede variation (β) på 91,6% svarer til en værdi af faktoren (δ) på ca. 23.

Generelt observeres følgende effekter af det varierende barometertryk på den tidslige variation af poreluftkoncentrationer under og omkring bygningen:

• Større amplitude og periode i barometer-signalet giver større variation
• Større gaspermeabilitet i jorden giver større variation
• Større tykkelse af den umættede zone giver større variation
• Større variation i jorden lige omkring bygningen ifht. ca. 3-4 m væk
• Signifikant størst variation i jorden lige omkring sprækken
• Lagdelinger i jorden - og dermed rumlige variationer i gaspermeabiliteten, kan give anledning til både større og mindre variation
• Ved stigende permanent undertryk i huset (ifht. barometertrykket) ses en mindre variation i jorden lige omkring sprækken

Tilsvarende observeres følgende effekter af det varierende barometertryk på den tidslige variation og størrelsen af koncentrationen i bygningen:

• Større amplitude og periode i barometer-signalet giver større variation
• Større gaspermeabilitet giver større gasflow igennem sprækken og dermed større variation og koncentration
• Større tykkelse af den umættede zone giver større variation og koncentration
• Lagdelinger i jorden - og dermed rumlige variationer i gaspermeabiliteten, kan give anledning til både større og mindre variation og koncentrationer
• Ved stigende permanent undertryk i huset (ifht. barometertrykket) ses mindre variation, men større koncentration
• Ved permanent overtryk i bygningen kan koncentrationen reduceres med mange størrelsesordener

6.3 Betydningen af kildens placering og tidslig variation i kildestyrken

En række simuleringer har haft til formål at belyse, hvilken indflydelse forskellige placeringer af kilden har på spredningsmønstret af poreluftforureningen. Til forskel fra de øvrige simuleringer med varierende barometertryk og en konstant kildekoncentration lige over grundvandet, er der her introduceret en kilde med konstant eller varierende koncentration, mens barometervariationen er udeladt.

Et repræsentativt eksempel på den stationære koncentrationsfordeling for en konstant kilde placeret i en vis afstand fra bygningen og midt i den umættede zone er vist på figur 6.2. Fra kildens overflade sker der diffusion i alle retninger, men størrelsen af koncentrationsgradienterne, der udvikles i de forskellige retninger, varierer. Under kilden er der stort set ingen gradient, idet koncentrationen over tid når næsten samme koncentration som i selve kilden. Mod terræn udvikles en ensartet gradient, der balancerer den stofmængde, der løbende afgasser til atmosfæren. I retning mod bygningen ses en tilsvarende gradient i afstande mindre end 10 m fra kilden. I større afstand fra kilden ses en mere ensartet gradient på ca. 1 størrelsesorden pr. 10 meter.

Figur 6.2. Tværsnitsprofil af poreluftkoncentration ved placering af VOC-kilde 20 m væk fra bygningen og i dybden 3-4 m.

Det bemærkes også, at der lige omkring huset findes en vis variation med ca. 10 gange højere koncentrationer på højre end på venstre side i 1 m’s dybde. Under huset er koncentrationsfordelingen styret af den horisontale diffusion væk fra kilden og varierer med ca. en faktor 10 langs undersiden af fundamentet.

De beregnede størrelser af dæmpningskoefficienten (a) for de forskellige scenarier med varierende kildeplacering indikerer som forventet en aftagende dæmpningskoefficient med stigende afstand mellem kilde og bygning. Tilsvarende aftager dæmpningskoefficienten jo tættere på terræn kilden placeres.

Effekten af en varierende kildestyrke fra en kilde placeret lige over grundvandet er undersøgt for 2 forskellige VOC’er med meget forskellige sorptionsegenskaber. På figur 6.3 er vist den tidslige variation i beregningspunkt MP4 placeret væk fra bygningen og den beregnede tidslige variation inde i bygningen for de to VOC’er.

Figur 6.3 Udvikling i koncentration af VOC1 og VOC2 for transient kildestyrke for Medium sand med 8 m til GVS og for foc=0,01. (Til venstre): Koncentration i bygning, (til højre): Poreluftkoncentration væk fra bygning (MP4).

Beregningspunktet MP4 viser tydeligt, at sorptionen betyder en væsentlig forsinkelse af udbredelsen af VOC1, og at der først efter ca. 1,5 år ses en stationær koncentration. For VOC2 opnås steady-state i løbet af få måneder. En tidslig ændring i kildestyrken fx som følge af vandstandsændringer eller efter et pludseligt spild kan således være vanskelig at erkende for nogen typer VOC’er, og kan kræve målinger over lang tid. For koncentrationen i bygningen ses effekten af variationen i kildestyrken for VOC2 tydeligt, og efter en ændring i kildestyrken når der i løbet af få måneder at indstille sig steady-state forhold. For VOC1 ses steady-state forhold først efter 1,5 år, og således med en markant forsinkelse. Generelt observeres det, at stigende indhold af organisk stof i jorden og en stigende Koc-værdi for VOC’en vil medføre en reduktion i, hvor hurtigt den tidslige ændring i poreluften vil ske.

6.4 Betydningen af aerob nedbrydning

En række simuleringer har haft til formål at belyse, hvilken indflydelse en tænkt aerob nedbrydning har for poreluftforureningens udbredelse under varierende tykkelse af den umættede zone (dybde til kilden), kildens styrke og selve udformningen af konstruktionen (med/uden kælder).

Et eksempel på den stationære koncentrationsfordeling af både VOC3 og ilt er vist på figur 6.4. Ved den valgte kildestyrke og nedbrydningsrate vil diffusionen af ilt fra terræn og ned i den umættede zone være tilstrækkelig til overalt at begrænse den vertikale transport af VOC3 op igennem den umættede zone. Som følge af nedbrydningen dannes der således en markant vertikal koncentrationsgradient for VOC3 op igennem den umættede zone. Koncentrationen varierer således ca. 7 størrelsesordner, og dette medfører, at koncentrationen i bygningen bliver ca. 6 størrelsesordner lavere end situationen uden aerob nedbrydning.

Figur 6.4 Steady-state poreluftkoncentration af VOC3 (venstre) og iltindhold (højre) for scenarier med kildestyrke på 20 mg/l , λ=0.18 t^-¹, medium sand.

Betydningen af den aerobe nedbrydning er meget følsom over for den anvendte 1. ordens aerobe nedbrydningsrate, der samtidig er en parameter, der ofte kan være vanskelig at estimere for et givent stof. Simuleringerne indikerer samtidig, at hvis kilden findes fx kun 1 meter under kælderen, reduceres den forventede effekt af aerob nedbrydning signifikant, da der dels er en kortere transporttid (og dermed reaktionstid) og et mere begrænset tværsnitsareal, hvor ilt ved diffusion kan trænge ind under bygningen.

For en bygning uden kælder i forhold til én med kælder indikerer simuleringerne, at den væsentligste forskel skyldes, at ilt lettere kan diffundere ind under en bygning uden kælder, og derfor vil den aerobe nedbrydning alt andet lige kunne spille en større rolle.

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

Version 1.0 Maj 2010, © Miljøstyrelsen.