康 青,周 沖,2, 沈志強(qiáng)，陳善靜，韓 昊, 李忠國(guó),3

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

1 前 言

隨著人民生活水平的提高，人們對(duì)家居環(huán)境的要求也越來(lái)越高，除了細(xì)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(lái)源?；愤x擇、材料選用、施工技術(shù)、通風(fēng)狀況、環(huán)境溫度和人為活動(dòng)等是影響建筑環(huán)境中天然輻射強(qiáng)度的主要因素。相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1-2]對(duì)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(duì)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(lái)源，廣泛存在于各類建筑環(huán)境中[3]。對(duì)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(guò)對(duì)高層建筑內(nèi)廊環(huán)境中天然輻射進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，探究其強(qiáng)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(píng)估和污染防治提供經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。

2 監(jiān)測(cè)方法

根據(jù)國(guó)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(cè)技術(shù)規(guī)范》[4]要求，進(jìn)行天然輻射強(qiáng)度監(jiān)測(cè)。①設(shè)備：選用美國(guó)Medcom公司研發(fā)的“Radalert 100X”型多功能輻射測(cè)量?jī)x，可快速精確檢測(cè)α、β、γ和Χ射線的劑量率和脈沖計(jì)數(shù)值，量程0～1 100μSv/hr，精度0.001μSv/hr；②對(duì)象：為確保監(jiān)測(cè)對(duì)象在當(dāng)前和今后一段時(shí)間具有一定的代表性，選擇不同地域近10年的高層建筑進(jìn)行監(jiān)測(cè)；③選點(diǎn)：測(cè)量點(diǎn)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(diǎn)測(cè)量，用支架固定儀器，距地高度1.5m，避免人為活動(dòng)引起干擾；④時(shí)段：監(jiān)測(cè)集中于2017年5～8月期間，屬暖熱季節(jié)，分布于早中晚各個(gè)時(shí)段；⑤測(cè)量：為提高精度，選用累計(jì)劑量測(cè)量法，每點(diǎn)連續(xù)測(cè)量3次取均值，另測(cè)量室外地面輻射強(qiáng)度以作對(duì)比。

3 結(jié)果與分析

3.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果

如下表，對(duì)湖北十堰、四川成都和重慶的10棟高層建筑進(jìn)行了輻射監(jiān)測(cè)。測(cè)量時(shí)提前關(guān)閉與建筑內(nèi)廊相連通的門(mén)窗和通風(fēng)口，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置人員活動(dòng)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(fēng)狀況、人為活動(dòng)和建筑類型等條件差異對(duì)監(jiān)測(cè)的影響。共測(cè)量150個(gè)樓層，獲得16組、234個(gè)輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)，均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)要求。其中第1～3、4～6、7～9組分別為三個(gè)建筑不同時(shí)段的監(jiān)測(cè)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(cè)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(jiàn)：共16組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，B1層輻射強(qiáng)度均低于F0層(室外地面)且低于F1層；F1層輻射強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度變化相對(duì)復(fù)雜，先以第1、2、3組數(shù)據(jù)為例進(jìn)行可視化和趨勢(shì)擬合，如圖1，結(jié)果顯示第1組輻射強(qiáng)度隨樓層升高呈下降趨勢(shì)，第2、3組呈先降后升趨勢(shì)，但第3組相對(duì)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(qiáng)度變化規(guī)律相似；如圖3，第10～16組中除第13組輻射強(qiáng)度隨樓層升高呈升高趨勢(shì)外，其余均呈先降后升趨勢(shì)。這與以往研究結(jié)果存在差異，而以往的研究認(rèn)為建筑內(nèi)部天然輻射強(qiáng)度表現(xiàn)為：低處大于高處[7-8]。

圖1 輻射強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度先降后升的趨勢(shì)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(jiān)實(shí)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(wú)裝修，裝飾建材輻射貢獻(xiàn)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(qiáng)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(kāi)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(dòng)相對(duì)較頻繁，內(nèi)廊環(huán)境中天然核素變化較快，故天然輻射強(qiáng)度與室外沒(méi)有確定的高低之分。

3.3.3 建筑F1層以上

監(jiān)測(cè)主要集中于5～8月份，在該季節(jié)測(cè)量地大氣中污染物濃度較低，對(duì)天然輻射影響較小[9]，加上測(cè)量點(diǎn)位于相對(duì)封閉的建筑內(nèi)部空間，大氣中污染物隨高度的變化對(duì)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(dá)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(shì)，最大原因就是氣溫變化。第1～3、4～6、7～9組分別為3個(gè)建筑清晨、上午、下午的監(jiān)測(cè)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(qiáng)度呈下降趨勢(shì)；上午太陽(yáng)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(yáng)照射升溫，上層建材中天然核素活度增強(qiáng)，析出率增高[7-8]，使得上層內(nèi)廊環(huán)境中的天然輻射強(qiáng)度得到增強(qiáng)，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(duì)流較強(qiáng)，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(xiàn)相近，天然輻射隨樓層先降后升的趨勢(shì)不如上午明顯，甚至減弱消失。

第10～16組監(jiān)測(cè)地為重慶，典型的高溫、弱風(fēng)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(qiáng)度隨樓層升高呈先降后升的趨勢(shì)更加明顯，且輻射強(qiáng)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(shì)，這與該組測(cè)量時(shí)段在14∶00～15∶00之間有關(guān)，此時(shí)日氣溫最高。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)不同地域高層建筑內(nèi)廊環(huán)境中天然輻射進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(qiáng)度低于室外地面和地上首層；首層天然輻射強(qiáng)度與室外沒(méi)有確定的高低關(guān)系；首層以上天然輻射強(qiáng)度在低溫時(shí)段隨樓層升高呈降低趨勢(shì)，在高溫時(shí)段隨樓層升高呈先降后升，甚至不降只升的趨勢(shì)。這些規(guī)律的形成與建筑施工、材料、通風(fēng)、溫度和人為活動(dòng)等多種因素有關(guān)。摸清天然輻射強(qiáng)度隨樓層變化的規(guī)律及成因，對(duì)建筑內(nèi)部環(huán)境中天然輻射效應(yīng)評(píng)估和污染防治有一定的指導(dǎo)意義。