高層建筑內(nèi)廊環(huán)境天然輻射隨樓層變化規(guī)律監(jiān)測研究

康 青,周 沖,2, 沈志強，陳善靜，韓 昊, 李忠國,3

(1.解放軍陸軍勤務(wù)學(xué)院，重慶 401331；2.解放軍72593部隊，濟南 250000；3.解放軍69056部隊，烏魯木齊 830001)

1 前 言

隨著人民生活水平的提高，人們對家居環(huán)境的要求也越來越高，除了細菌等生物性污染和甲醛等化學(xué)性污染以外，天然放射性污染——天然輻射，也成為建筑環(huán)境污染防治的重要內(nèi)容之一。建筑地基、地下土壤和建筑材料中含有和析出的天然核素，是建筑環(huán)境中天然輻射的主要來源?；愤x擇、材料選用、施工技術(shù)、通風狀況、環(huán)境溫度和人為活動等是影響建筑環(huán)境中天然輻射強度的主要因素。相關(guān)國家標準[1-2]對建筑內(nèi)部環(huán)境中的天然核素作出了明確控制要求，天然放射性污染及其對人體的致癌危害已引起人們的高度關(guān)注。天然輻射作為人類所受電離照射的主要來源，廣泛存在于各類建筑環(huán)境中[3]。對于高層建筑而言，通常體量巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，除了室內(nèi)空間，其內(nèi)廊即內(nèi)部公共走廊或樓道也可作為人們工作生活的區(qū)域，本文通過對高層建筑內(nèi)廊環(huán)境中天然輻射進行監(jiān)測分析，探究其強度隨樓層變化的規(guī)律及成因，為建筑內(nèi)部環(huán)境中天然輻射效應(yīng)評估和污染防治提供經(jīng)驗指導(dǎo)。

2 監(jiān)測方法

根據(jù)國家《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染物控制規(guī)范》[1]和《輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[4]要求，進行天然輻射強度監(jiān)測。①設(shè)備：選用美國Medcom公司研發(fā)的“Radalert 100X”型多功能輻射測量儀，可快速精確檢測α、β、γ和Χ射線的劑量率和脈沖計數(shù)值，量程0～1 100μSv/hr，精度0.001μSv/hr；②對象：為確保監(jiān)測對象在當前和今后一段時間具有一定的代表性，選擇不同地域近10年的高層建筑進行監(jiān)測；③選點：測量點選擇在建筑各樓層內(nèi)部走廊、樓道等空間的中央位置，較大空間采取多點測量，用支架固定儀器，距地高度1.5m，避免人為活動引起干擾；④時段：監(jiān)測集中于2017年5～8月期間，屬暖熱季節(jié)，分布于早中晚各個時段；⑤測量：為提高精度，選用累計劑量測量法，每點連續(xù)測量3次取均值，另測量室外地面輻射強度以作對比。

3 結(jié)果與分析

3.1 監(jiān)測結(jié)果

如下表，對湖北十堰、四川成都和重慶的10棟高層建筑進行了輻射監(jiān)測。測量時提前關(guān)閉與建筑內(nèi)廊相連通的門窗和通風口，在監(jiān)測點設(shè)置人員活動隔離區(qū)，所選高層建筑整體結(jié)構(gòu)和內(nèi)廊環(huán)境條件也基本相同，避免了通風狀況、人為活動和建筑類型等條件差異對監(jiān)測的影響。共測量150個樓層，獲得16組、234個輻射強度數(shù)據(jù)，均滿足國家標準和相關(guān)要求。其中第1～3、4～6、7～9組分別為三個建筑不同時段的監(jiān)測數(shù)據(jù)；B1表示地下層，F(xiàn)0表示室外地面，F(xiàn)1～F16表示地上層。

表天然輻射監(jiān)測結(jié)果
Tab. Natural radiation monitoring results (μSv/hr)

3.2 規(guī)律分析

3.2.1 建筑B1層及F1層

由上表可見：共16組監(jiān)測數(shù)據(jù)中，B1層輻射強度均低于F0層(室外地面)且低于F1層；F1層輻射強度有7組低于F0層，9組高于F0層。這與以往研究結(jié)果“建筑內(nèi)部天然輻射強度通常表現(xiàn)為：地下室高于地上室內(nèi)，室內(nèi)高于室外[5]”存在差異，與較新近的研究結(jié)果[6]保持了一致。

3.2.2 建筑F1層以上

由于F1層以上輻射強度變化相對復(fù)雜，先以第1、2、3組數(shù)據(jù)為例進行可視化和趨勢擬合，如圖1，結(jié)果顯示第1組輻射強度隨樓層升高呈下降趨勢，第2、3組呈先降后升趨勢，但第3組相對平緩。

將第4～16組數(shù)據(jù)作類似處理后可發(fā)現(xiàn)：如圖2，第4～6組、第7～9組與第1～3組輻射強度變化規(guī)律相似；如圖3，第10～16組中除第13組輻射強度隨樓層升高呈升高趨勢外，其余均呈先降后升趨勢。這與以往研究結(jié)果存在差異，而以往的研究認為建筑內(nèi)部天然輻射強度表現(xiàn)為：低處大于高處[7-8]。

圖1 輻射強度隨樓層變化情況(第1～3組)Fig.1 The radiation intensity changing with the floor(group 1 to 3)

圖2 輻射強度隨樓層變化情況(第4～9組)Fig.2 The radiation intensity changing with the floor(group 4 to 9)

圖3 輻射強度隨樓層變化情況(第10～16組)Fig.3 The radiation intensity changing with the floor(group 10 to 16)

比較圖1、圖2、圖3還可發(fā)現(xiàn)：第1～9組數(shù)據(jù)擬合曲線低谷偏向于建筑中上層；而第10～16組曲線低谷偏向于建筑中下層，輻射強度先降后升的趨勢更加明顯。

3.3 原因分析

3.3.1 建筑B1層

高層建筑內(nèi)廊環(huán)境中天然輻射呈現(xiàn)出以上規(guī)律有其內(nèi)在原因。由于B1層位于地下溫度較低，地基和建材中的天然放射性核素活性不高[7-8]；加上現(xiàn)代高層建筑施工水平提升和材料技術(shù)發(fā)展，堅實的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)大大降低了核素析出率；而且地下室內(nèi)通常無裝修，裝飾建材輻射貢獻小。多種原因?qū)е碌叵率覂?nèi)天然核素濃度偏低，天然輻射強度低于F0和F1層。

3.3.2 建筑F1層

F1層內(nèi)廊是高層建筑中的半開放空間，是與室外地面連通最緊密的部分，空氣交換和人員活動相對較頻繁，內(nèi)廊環(huán)境中天然核素變化較快，故天然輻射強度與室外沒有確定的高低之分。

3.3.3 建筑F1層以上

監(jiān)測主要集中于5～8月份，在該季節(jié)測量地大氣中污染物濃度較低，對天然輻射影響較小[9]，加上測量點位于相對封閉的建筑內(nèi)部空間，大氣中污染物隨高度的變化對建筑內(nèi)廊環(huán)境中天然輻射的影響很小，可不予考慮。而該季節(jié)氣溫日較差高達10℃～20℃，清晨溫度最低，午后溫度最高，F(xiàn)1層以上呈現(xiàn)出不同趨勢，最大原因就是氣溫變化。第1～3、4～6、7～9組分別為3個建筑清晨、上午、下午的監(jiān)測數(shù)據(jù)，天然輻射具有相似規(guī)律。經(jīng)分析，清晨溫度較低，大氣層結(jié)穩(wěn)定，天然核素受重力作用向低空沉積[7-8]，隨著樓層升高濃度減小，天然輻射強度呈下降趨勢；上午太陽照射后地表和建筑物逐漸升溫，且建筑物上層比下層先受太陽照射升溫，上層建材中天然核素活度增強，析出率增高[7-8]，使得上層內(nèi)廊環(huán)境中的天然輻射強度得到增強，而中間層尚未升溫，呈現(xiàn)出了輻射低谷；下午環(huán)境溫度較高，建筑內(nèi)外空氣對流較強，天然核素消散互融、濃度降低，且建筑物上下層溫度接近平衡，建材輻射貢獻相近，天然輻射隨樓層先降后升的趨勢不如上午明顯，甚至減弱消失。

第10～16組監(jiān)測地為重慶，典型的高溫、弱風天氣使得高層建筑建材升溫作用比較突出，F(xiàn)1層以上輻射強度隨樓層升高呈先降后升的趨勢更加明顯，且輻射強度低谷趨向于中低層，甚至出現(xiàn)了第13組不降只升的趨勢，這與該組測量時段在14∶00～15∶00之間有關(guān)，此時日氣溫最高。

4 結(jié) 論

通過對不同地域高層建筑內(nèi)廊環(huán)境中天然輻射進行監(jiān)測和分析，發(fā)現(xiàn)了與以往研究有所不同的規(guī)律：高層建筑地下室天然輻射強度低于室外地面和地上首層；首層天然輻射強度與室外沒有確定的高低關(guān)系；首層以上天然輻射強度在低溫時段隨樓層升高呈降低趨勢，在高溫時段隨樓層升高呈先降后升，甚至不降只升的趨勢。這些規(guī)律的形成與建筑施工、材料、通風、溫度和人為活動等多種因素有關(guān)。摸清天然輻射強度隨樓層變化的規(guī)律及成因，對建筑內(nèi)部環(huán)境中天然輻射效應(yīng)評估和污染防治有一定的指導(dǎo)意義。