Blum, M. (2024). Neue Kurzzeitmessmethoden für die Ermittlung der Rn-222-Aktivitätskonzentration in Wohnräumen [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2024.113506
Die Radon-222-Aktivitätskonzentration in Innenräumen (Indoor Radon Concentration, IRC) ist stark vom Lüftungsgeschehen abhängig, aber auch vom geologischen Untergrund, der Bodenbeschaffenheit und dem Gebäudezustand [1]. Außerdem weisen zahlreiche internationale Studien darauf hin, dass sich die IRC aufgrund äußerer Umwelteinflüsse wie Außentemperatur oder Luftdruck verändern kann. So haben Gebäude in Bezug auf die IRC auch tageszeitliches, saisonales und jahreszeitliche Verhalten [2]. Die Erhebung der mittleren jährlichen IRC erfordert im Allgemeinen eine Langzeitmessung über mehrere Jahre [3]. Aufgrund der möglichen gesundheitlichen Risiken durch Radon ist eine raschere Ermittlung der mittleren Radon-222-Aktivitätskonzentration in Innenräumen erstrebenswert. Diese Diplomarbeit ist Teil einer Radon-Studie, deren Ziel es ist, ein Verfahren zu entwickeln, den Jahresmittelwert der Radon-222-Aktivitätskonzentration in Innenräumen anhand von Kurzzeitmessungen in Grenzen abschätzen zu können. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist es, Auskunft darüber zu geben, unter welchen Voraussetzungen die Anwendung von Kurzzeitmessungen mit aktiven Radonmessgeräten zur Abschätzung der mittleren jährlichen IRC in Privathaushalten herangezogen werden kann. Es wurde untersucht, welche Parameter die IRC am stärksten beeinflussen, beziehungsweise welche Faktoren für zeitliche Veränderungen der IRC berücksichtigt werden müssen. Im Zuge dieser Arbeit wurde die IRC in Wohn- und Schlafräumen 24 österreichischer Privathaushalte untersucht. Zur Eruierung der zeitlichen Veränderungen der IRC wurden in allen Haushalten Kurzzeitmessungen mittels aktiver Radonmessgeräte sowohl in den Wintermonaten, als auch nach der Heizperiode durchgeführt. Mittels passiver Kernspurdetektoren erfolgten Langzeitmessungen, um die mittlere jährliche IRC in den untersuchten Räumen zu ermitteln. Neben der IRC wurden wesentliche Gebäudedaten (Baujahr, Haustyp, Baumaterial etc.) und Umweltdaten (Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Temperatur) miterhoben. Die Bewohner:innen wurden zu ihren Lüftungsgewohnheiten in den untersuchten Räumen befragt. Zur Untersuchung des Einflusses der meteorologischen Parameter auf die zeitlichen Veränderungen der IRC wurden Daten nächstgelegener Wetterstationen der GeoSphere Austria gesammelt. Es wurde untersucht, ob statistisch signifikante Beziehungen zwischen der IRC und den Wetterdaten vorliegen. Die vorliegende Arbeit kam zum Ergebnis, dass eine etwa dreiwöchige Kurzzeitmessung innerhalb der Heizsaison im Mittel um den Faktor 1,50 (+ 50 %) von der mittleren jährlichen IRC abweicht (Mittelwert 1,50 (SD = 0,40) und Median = 1,37). Die Kurzzeitmessungen außerhalb der Heizsaison weichen im Mittel um den Faktor 0,83 (-17 %) von der mittleren jährlichen IRC ab (Mittelwert 0,83 (SD = 0,40) und Median = 0,84). Dass bei den meisten Häusern die mittlere IRC in den Wintermonaten höher ist als in den Sommermonaten, stimmt mit den Beobachtungen andere Studien überein [4], [5], [6].Die Auswertung der Daten zeigte, dass die IRC durch Lüften der Räume stark gesenkt werden kann. Außerdem wurde festgestellt, dass die mittlere jährliche IRC in den verschiedenen Wohnräumen innerhalb eines Haushalts große Unterschiede aufweisen kann. Baulich bedingte Gegebenheiten wie Stockwerk und Fundamenttyp des Raumes haben einen starken Einfluss auf die Höhe des Radonpotentials. Obwohl die zeitliche Veränderung der IRC stark vom Lüftungsgeschehen beeinflusst wird, konnten mehrere signifikante (Anti-)Korrelationen zwischen der IRC und den meteorologischen Parametern festgestellt werden. Bei 52 % der Kurzzeitmessungen wurden signifikante Anti-Korrelationen (ρ > 0,2) zwischen der IRC und der Außentemperatur festgestellt. Als Ursache hierfür ist das Auftreten des Kamineffekts zu nennen, bei dem durch Temperaturunterschiede zwischen innen und außen das radioaktive Gas verstärkt in die Innenräume eindringt. Außerdem wurden Korrelationen zwischen der IRC und dem Luftdruck, sowie der Windgeschwindigkeit beobachtet.Aufgrund der möglichen Einflussfaktoren (Geologie, Lüftungsverhalten, Bauweise, meteorologische Parameter) und der komplexen Zusammenhänge, kann die mittlere jährliche IRC mittels Kurzzeitmessungen nicht genau bestimmt werden. Jedoch kann auf Basis von physikalischen Überlegungen und unter Einbeziehung der Erkenntnisse dieser Arbeit ein robustes radioökologisch-statistisches Modell erstellt werden, mit welchem die mittlere jährliche IRC anhand von Kurzzeitmessungen in Grenzen abgeschätzt werden kann.
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The Indoor Radon Concentration (IRC) depends heavily on the ventilation process but also on the geological surface, the soil conditions and the construction of the buildings [1]. In addition to this, numerous international studies indicate that the IRC can change due to external environmental influences such as outside temperature or air pressure. Buildings also have diurnal and seasonal behaviour in relation to the IRC [2]. The evaluation of the mean annual IRC generally requires long-term measurements over several months [3]. Due to the possible health risks from radon, a faster estimate of the average indoor radon concentration is desirable.This diploma thesis is part of a radon study, the aim of which is to develop a method to estimate the annual average indoor radon concentration within limits based on short-term measurements.The aim of this thesis is to provide information about the conditions under which short-term measurements with active radon measuring devices can be used to evaluate the mean annual IRC in private households. Parameters which influence the IRC the most and which factors have to be taken into account for seasonal changes in the IRC have been investigated.As part of the study the IRC was examined in living rooms and bedrooms in 24 private Austrian households. To determine changes in IRC over time, short-term measurements were carried out in all households using active radon measuring devices both during the winter months and after the heating season. Long-term measurements were carried out using passive nuclear track detectors to determine the average annual IRC in the rooms. In addition to the IRC, important building data (year of construction, house type, building materials, etc.) and environmental data (humidity, air pressure and temperature) were also collected. The residents were asked about their ventilation habits in the rooms examined. To investigate the influence of meteorological parameters on the temporal changes of the IRC, data from neighboring weather stations were gathered. One of the objectives was if a statistical relationship between the IRC and the weather data exists.In conclusion, short-term measurements of approximately three weeks within the winter season deviate from the mean annual IRC by a factor of 1.50 (+ 50 %) on average (mean 1.50 (SD = 0.40) and median = 1.37). The short-term measurements outside the heating season deviate from the mean annual IRC by a factor of 0.83 (- 17 %) on average (mean 0.83 (SD = 0.40) and median = 0.84). The fact that the mean IRC for most houses is higher in the winter months than in the summer months is consistent with the observations of other studies [4], [5], [6].It was found that the IRC can be significantly reduced by ventilating the rooms was made. It was also observed that the mean annual IRC can vary widely across different living spaces within a household. Structural conditions such as the floor level and type of foundation of the room have a strong influence on the level of radon potential.Although the temporal variation of the IRC is strongly influenced by ventilation events, several significant (anti-)correlations between the IRC and the meteorological parameters could be observed. Significant anti-correlations (ρ > 0.2) between IRC and outside temperature were found in 52 % of short-term measurements. The reason for this is the occurrence of the chimney effect, in which radioactive gas penetrates into the interior spaces due to temperature differences between the inside and outside. In addition, correlations between the IRC and air pressure as well as wind speed were observed.Due to possible influencing factors (geology, ventilation behavior, construction and meteorological conditions) and the complex relationships, the mean annual IRC cannot be precisely determined using short-term measurements. However, based on physical considerations and taking into account, the findings of this work, a robust radioecological-statistical model can be created with which the mean annual IRC can be estimated within limits based on short-term measurements.
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Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers