FORURENINGSFORDELING OG VENTILATION I DET KAPILLARBRYDENDE LAG UNDER BEBOELSER

Transkript

1 FORURENINGSFORDELING OG VENTILATION I DET KAPILLARBRYDENDE LAG UNDER BEBOELSER Civilingeniør Thomas Fløe Chemnitz NIRAS A/S Fuldmægtig Christian Andersen Videncenter for Jordforurening Civilingeniør Børge Hvidberg Region Midtjylland Naturgeograf Curt Kyhn Region Syddanmark ATV MØDE VINTERMØDE OM JORD- OG GRUNDVANDSFORURENING VINGSTEDCENTRET marts 2007

2

3 RESUME NIRAS A/S har for Videncenter for Jordforurening udført en undersøgelse af afværgeanlæg med passiv ventilation i det kapillarbrydende lag på to lokaliteter. Undersøgelsen har vist, at forureningsindholdet i poreluften inden for det samme kapillarbrydende lag kan variere med op til en faktor Udbredelsen af poreluftforurening vurderes primært at styres af konvektiv transport. Strømningsforholdene i de kapillarbrydende lag har vist sig at være meget komplekse, selv under stort set ideelle forhold. De udførte undersøgelser har vist, at der umiddelbart over placeringen af jordforureningens kildeområde vil kunne findes et hotspot i poreluften i det kapillarbrydende lag. BAGGRUND På mange lokaliteter etableres passiv ventilation i det kapillarbrydende lag under gulv som en permanent afværgeløsning for at nedbringe reduktion af indeklimapåvirkningerne fra forurening med flygtige stoffer under bygninger. Ventilationen etableres enten ved hjælp af ventilationsriste i soklen eller ved en kombination af ventilationsdræn ført til vindhætte og luftindtag etableret i det kapillarbrydende lag under gulvet. Mange af de hidtil etablerede foranstaltninger er projekteret ud fra den forudsætning, at der i et sammenhængende og højpermeabelt kapillarbrydende lag er en jævn fordeling af forureningskoncentrationen. I det ideelle tilfælde, altså et sammenhængende og meget højpermeabelt kapillarbrydende lag samt en optimal placering af ventilationsdræn og luftindtag, er det typisk forventningen, at ventilationseffekten fra dræn ført ind under bygningen vil fordeles forholdsvis jævnt i det kapillarbrydende lag. I praksis har det imidlertid i flere sager vist sig, at der ikke opnås den ønskede effekt i indeklimaet af de udførte ventilationstiltag. FORMÅL På baggrund af ovenstående har NIRAS for Videncenter for Jordforurening udført et projekt, der blandt andet har haft til formål at: Estimere forskelle i forureningsniveau og luftskifte i et kapillarbrydende lag med og uden ventilation. Undersøge, hvorvidt effekten af ventilation under gulv fordeles jævnt i det kapillarbrydende lag, eller om der må forventes at kunne forekomme områder, som i praksis må anses for at være uventilerede eller mindre ventilerede. Projektet er afrapporteret i /1/.

4 BESKRIVELSE Der er foretaget undersøgelse af afværgeanlæg på to lokaliteter (A og B) beliggende i hhv. Region Syddanmark og Region Midtjylland. På begge lokaliteter er der påvist poreluft-, jordog grundvandsforureninger med klorerede opløsningsmidler under beboelserne. Afværgeforanstaltninger Som afværgeforanstaltninger er der på begge lokaliteter udført en passiv ventilation i det kapillarbrydende lag under gulvet. Endvidere har indsatsen på begge lokaliteter omfattet udskiftning af gulve og etablering af en ny gulvkonstruktion. Ved etablering af gulvkonstruktionen er der etableret nyt kapillarbrydende lag i løse letklinker (Leca). I laget er der udlagt dræn til ventilation og luftindtag. Inden udstøbning af beton er der udlagt en diffusionshæmmende RAC-membran over det kapillarbrydende lag. Målepunkter For at kunne undersøge forureningen og ventilationen i de kapillarbrydende lag er der på de to forsøgslokaliteter etableret målepunkter i dette lag. Målepunkterne er fordelt over hele det kapillarbrydende lag, der forventes at blive ventileret. På lokalitet A er der etableret i alt 15 målepunkter. På lokalitet B er der etableret i alt 24 målepunkter. Undersøgelsesprogram Det udførte undersøgelsesprogram er vist i figur 1. Ventilation lukket i minimum 14 døgn Måling af forureningsniveau uden ventilation Måling af forureningsniveau i målepunkter under gulv Passiv måling af forureningsniveau i indeklima og i udeluft Test af ventilationsforhold under gulv uden ventilation Fortrængningstests med N 2 eller CO 2 Drift af passiv ventilation i minimum 3 uger Måling af forureningsniveau med ventilation Måling af forureningsniveau i målepunkter under gulv Passiv måling af forureningsniveau i indeklima og i udeluft Tests af ventilationsforhold under gulv med ventilation Fortrængningstests med CO 2 Tracertests med CO Figur 1. Undersøgelsesprogram

5 Koncentrationen af trichlorethylen (TCE) og tetrachlorethylen (PCE) under gulv er bestemt ved prøvetagning med opsamling på kulrør. Prøvetagningen er udført med et luftflow på 1 l/min i 20 minutter. Indeklima- og udeluftmålingerne er udført med opsamling på passive samplere (ATD-rør) over 4 til 7 døgn. ATD-rørene er ophængt på måledagene eller umiddelbart før eller efter måledagene, hvor der er udført koncentrationsmålinger under gulv. Ventilationen i det kapillarbrydende lag er undersøgt med fortrængningstest. Testen udføres ved, at der blæses kvælstof (N 2 ) eller kuldioxid (CO 2 ) ind i det kapillarbrydende lag gennem ventilationsdræn og luftindtag. Samtidig med indblæsningen gennemføres målinger med IRgasmåler for ilt (O 2 ) og CO 2 i de etablerede målepunkter under gulv. Når der er konstateret mætning med N 2 eller CO 2, er den oprindelige luft fortrængt. Herefter standses tilførslen af N 2 eller CO 2, og retableringen af indholdet af O 2 og CO 2 (når CO 2 benyttes som indblæsningsgas) i luften under gulv registreres i de etablerede målepunkter. Testen afsluttes, når indholdet af O 2 er ca. 19 % i alle målepunkter. Under fortrængningstesten med ventilation er denne udført med aktiv ventilation, der simulerer en passiv ventilation. Det luftflow, der er benyttet under testen, har været henholdsvis 7,6 og 7,0 m 3 /time for lokalitet A og B. På sager med passiv ventilation i det kapillarbrydende lag er der målt typiske luftflow i afkastrør på mellem 2 og 20 m 3 /time /2, 3, 4 og 5/. De benyttede flow ved de udførte fortrængningstests er således inden for det interval, som normalt findes på lignende sager. På baggrund af de udførte fortrængningstests er luftskiftet i de enkelte målepunkter bestemt med nedenstående formel (i test med indblæsning af CO 2 ). Ct ln nt C0 Ct = C0e n = t Hvor: C t : Koncentrationen af CO 2 til tiden t, [%] C 0 : Koncentrationen af CO 2 til tiden 0, [%] n : Luftskiftet [h -1 ] t : Tiden mellem de to målinger i beregningen. Endelig er der udført tracertests, hvor luftbevægelserne i udvalgte områder er undersøgt nærmere. Tracertestene er udført ved indblæsning og efterfølgende monitering af kulmonooxid (CO) i udvalgte målepunkter. RESULTATER Forureningsfordeling i det kapillarbrydende lag Figur 2 viser fordelingen af koncentrationen af PCE i det kapillarbrydende lag på lokalitet B. Fordelingen er vist med og uden ventilation af laget.

6 Jordforureningens kildeområde på lokaliteten er placeret ved MP04, MP07 og MP10. Der er ved de udførte undersøgelser uden ventilation på de to lokaliteter påvist koncentrationsforskelle af TCE og PCE i det samme kapillarbrydende lag på mellem en faktor 16 og 122. I situationen med ventilation er der påvist koncentrationsforskelle på henholdsvis en faktor 40 og Der er generelt påvist størst relativ forskel på forureningskoncentrationerne i poreluften i det kapillarbrydende lag, når laget bliver ventileret. Den største numeriske forskel er påvist, når der ikke er ventilation i det kapillarbrydende lag. Luftskifte i det kapillarbrydende lag På figur 2 er de beregnede luftskifter på lokalitet B vist som søjlerne ved hvert enkelt målepunkt. Ved undersøgelserne er der vist et gennemsnitligt luftskifte i det kapillarbrydende lag uden ventilation på henholdsvis 0,049 og 0,12 gange i timen på de to lokaliteter. Forskellen i luftskiftet i forskellige målepunkter inden for det samme kapillarbrydende lag er en faktor 3. Efter ventilation af laget er det gennemsnitlige luftskifte øget til henholdsvis 0,45 og 0,42 gange i timen. Der er også i denne situation lokale forskelle på luftskiftet inden for det samme kapillarbrydende lag. Disse forskelle er op til en faktor 4 og en faktor 7. Ingen ventilation i det kapillarbrydende lag

7 Ventilation i det kapillarbrydende lag Figur 2. Fordeling af koncentrationen af PCE med og uden ventilation i det kapillarbrydende lag på lokalitet B. Endvidere fremgår luftskifterne i de enkelte målepunkter af figuren. Bemærk, at skalaen ikke er ens for den uventilerede og ventilerede situation. Ventileringen i det kapillarbrydende lag har generelt medført en stigning i luftskifterne for de enkelte målepunkter på %. Der er dog påvist enkelte målepunkter med væsentligt højere ændringer i luftskiftet som følge af ventileringen op til ca %. Der er ikke i dette projekt påvist lokale områder i det kapillarbrydende lag, som ikke ventileres. Dette gælder både for situationen uden og med ventilation i det kapillarbrydende lag. Sammenhæng mellem luftskifte og koncentration af poreluftforurening Ved undersøgelserne er der påvist et fald i den gennemsnitlige forureningskoncentration i det kapillarbrydende lag som følge af ventilation svarende til effekten af et anlæg med passiv ventilation på henholdsvis % og % for de to lokaliteter. Observationer af luftbevægelser ved ventilationsdræn Der er i en tracertest injiceret CO på den ene side af et ventilationsdræn i drift. Ved moniteringen er der påvist indhold af CO på den modsatte side af ventilationsdrænet. Det er således vist, at et ventilationsdræn, der er i drift, ikke altid kan forventes at fungere som en hydraulisk barriere, som luft ikke kan passere.

8 Endvidere er det vist, at ventilationsdræn ikke kan forventes at have en ventilationseffekt, der er jævnt fordelt over hele drænlængden. Der kan over drænstrækningen være områder, der således ikke - eller kun i ringe grad - er aktive. DISKUSSION Der er i den udførte undersøgelse benyttet to lokaliteter, hvor indeklimapåvirkningen fra jord og grundvandsforurening er forsøgt afværget med passiv ventilation i det kapillarbrydende lag. Afværgetiltagene har bl.a. omfattet etablering af et nyt kapillarbrydende lag og nye betongulve. På baggrund af de udførte afværgetiltag må lokaliteterne anses for at repræsentere anlægstyper med ideelle muligheder for at opnå en jævn forureningsfordeling samt en homogen ventilationseffekt under gulvet. Forureningsfordeling i det kapillarbrydende lag Der er påvist væsentlige forskelle i forureningsindholdet i poreluften inden for det samme kapillarbrydende lag. Dette forhold har vist sig gældende på trods af, at de undersøgte kapillarbrydende lag har været homogene og højpermeable. Forureningskomponenter frigives fra jord og porevand i forureningskilden og spredes diffusivt og konvektivt i poreluften i det kapillarbrydende lag. Sammenholdes de målte markante forskelle i forureningsniveau i situationen, hvor laget ikke ventileres med de relativt høje luftskifter (1-2 gange pr. døgn), er det muligt at vurdere, om forureningsudbredelsen er styret af diffusiv eller konvektiv spredning. Udskiftningen af luften i det kapillarbrydende lag er på de undersøgte lokaliteter så stor, at der mange steder opretholdes betydelige forskelle i forureningskoncentration over korte afstande. Dette tyder på, at forureningsforholdene i det kapillarbrydende lag styres af konvektiv transport selv i den situation, hvor laget ikke ventileres. Såfremt en spredningen af poreluftforureningen var styret af diffusiv transport, ville det forventes, at forureningen i laget var langt mere homogen. Undersøgelserne indikerer endvidere, at strømningsforholdene i de kapillarbrydende lag er meget komplekse og uforudsigelige, selv under stort set ideelle højpermeable forhold som i nærværende projekt. De udførte undersøgelser har vist, at der umiddelbart over placeringen af jordforureningens kildeområde vil kunne findes et hotspot i poreluften i det kapillarbrydende lag. Resultaterne af undersøgelserne viser således, at en troværdig kortlægning af forureningsforholdene i det kapillarbrydende lag selv under omtrent ideelle højpermeable forhold kræves udført med relativt mange målepunkter. Endvidere er det af afgørende betydning, at der placeres mindst et målepunkt umiddelbart over jordforureningens kildeområde, hvis dette kendes. Sammenhæng mellem luftskifte og koncentration af poreluftforurening Der er udført en ventilation i det kapillarbrydende lag på ca. 7 m 3 /timen. Denne forholdsvis beskedne ventilation har medført en væsentlig reduktion i indholdet af poreluftkoncentra-

9 tionen i laget. Der er mod forventning påvist store lokale forskelle på faldet i poreluftkoncentrationen inden for det samme kapillarbrydende lag. Ved de udførte undersøgelser har det ikke været muligt at vise en direkte sammenhæng mellem faldet i poreluftkoncentrationen i det enkelte målepunkt og øgningen af luftskiftet i målepunktet. Det har således ikke været muligt at korrelere faldet i forureningskoncentrationen i det enkelte målepunkt med luftskiftet i målepunktet. På baggrund af de udførte undersøgelser må det konkluderes, at effekten på forureningskoncentrationerne af ventilering i det kapillarbrydende lag kan have en væsentligt forskellig effekt fra lokalitet til lokalitet. Endvidere er effekten af ventilationen helt lokalt i det kapillarbrydende lag vanskelig at forudsige. Effekten af ventilationen vurderes i væsentlig grad at afhænge af ventilationsanlæggets design og byggetekniske forhold på lokaliteten. Anbefalinger ved etablering af anlæg til passiv ventilation i det kapillarbrydende lag På baggrund af de udførte undersøgelser anbefales det, at der inden projektering af et anlæg til passiv ventilation udføres en forureningsundersøgelse, der har til formål præcist at kortlægge jordforureningens kildeområde under gulvet. Endvidere bør undersøgelsen omfatte tilstrækkeligt mange målinger af forureningsniveauet i det kapillarbrydende lag til, at forureningssituationen i laget kan kortlægges. Målingerne bør fordeles over hele det areal, som forventes at indgå i det område, som anlægget skal ventilere. Målingerne bør sammenholdes med viden om placering af jord- og grundvandsforurening på lokaliteten. Da jordforureningens kildeområde har vist sig at være meget betydende for forureningsindholdet i poreluften, anbefales det, at der afgraves så meget af jordforureningens kildeområde som overhovedet muligt i forbindelse med etableringen af afværgeanlægget. De udførte undersøgelser har vist, at den opnåede effekt af afværgeforanstaltningerne i høj grad kan afhænge af, om denne afgravning udføres. Ved etableringen af anlægget anbefales det, at der er mulighed for at skabe en ekstra god ventilation af områder, hvor der ved forundersøgelsen er påvist høje indhold af poreluftforurening. Endvidere bør der placeres målepunkter fordelt over hele det kapillarbrydende lag. På baggrund af monitering i målepunkterne kan lokale områder med høje forureningsindhold i laget identificeres. Anlæggets luftindtag og ventilationsdræn bør etableres med mulighed for at neddrosle og øge ventilering i forskellige områder i det kapillarbrydende lag således, at ventileringen af særligt forurenede områder kan optimeres. Endelig skal det ved etableringen af anlæg til ventilering i det kapillarbrydende lag tages i betragtning, at ventilationsdræn ikke nødvendigvis har den samme udsugningseffekt i hele drænets længde. KONKLUSION Der er udført undersøgelser af forureningssituationen i poreluften i kapillarbrydende lag ved passivventilation af laget.

10 Undersøgelserne har vist, at forureningsindholdet i poreluften inden for det samme kapillarbrydende lag på de to undersøgte lokaliteter varierer med mellem en faktor 16 og Det var forventet, at forureningen i det enkelte kapillarbrydende lag var tilnærmelsesvis ens i hele laget, da der er tale om homogene, kapillarbrydende lag. Udbredelsen af poreluftforurening vurderes primært at styres af konvektiv transport. Det kapillarbrydende lag er på begge lokaliteter påført en ventilation på ca. 7 m 3 /timen, svarende til et luftskifte på ca. 1-1,5 gange i timen. Ventilationen øgede luftskifterne i lagene med %. Der er dog lokale område med væsentligt højere ændringer i luftskiftet som følge af ventileringen op til ca %. Ventilationen medførte en reduktion af poreluftforureningen på mellem 39% og 95%. Det har ikke været muligt at korrelere faldet i forureningskoncentrationen i det enkelte målepunkt med luftskiftet i målepunktet. Effekten af passiv ventilation på forureningsforholdene i kapillarbrydende lag har vist sig vanskelige at beskrive. Anlæg til passiv ventilation af kapillarbrydende lag er teknisk simple at etablere. Derimod er der knyttet en række vanskeligheder til design af anlæggene og til vurdering af foranstaltningernes effektivitet. De udførte undersøgelser har vist, at der ved projektering af denne type anlæg bør være fokus på lokalisering af forureningskilden og på mulighederne for monitering af effekten af ventileringen lokalt i det kapillarbrydende lag. Anlæggenes luftindtag og ventilationsdræn bør være etableret med mulighed for at neddrosle og øge ventilering i lokale områder af kapillarbrydende lag således, at ventileringen af påviste særligt forurenede områder kan optimeres. REFERENCER /1/ Undersøgelse af passivventilation i det kapillarbrydende lag, 2007, Videncenter for Jordforurening. /2/ Søndergade 11C, Aabenraa, Afværgeforanstaltninger, Dokumentationsrapport, December Udarbejdet af NIRAS for Sønderjyllands Amt. /3/ Sønderportsgade 21, Ribe, Afværgeforanstaltninger, Dokumentationsrapport, Maj 2003, Udarbejdet af NIRAS for Ribe Amt. /4/ Engvej 5, Aalestrup, Monitering af afværgeforanstaltninger. April 2006, Udarbejdet af NIRAS for Viborg Amt. /5/ Miljøprojekt nr , Afværgekatalog tidlig indsats over for indeklimapåvirkninger, 2003, Miljøstyrelsen.