Fortentwicklung von Programmen und Codes zu Modellierungen des Verhaltens von Radon am Arbeitsplatz und Validierung der Codeanpassung

Abstract

Das vorliegende Forschungsvorhaben befasst sich mit der Ausbreitungsmodellierung von Radon in ausgewählten Gebäuden. Im ersten Schritt erfolgte die Erstellung eines generischen Radon-Ausbreitungsmodells zur vereinfachten Modellierung der Ausbreitung von Radon in Gebäuden. Zugleich sollten die mit diesem generischen Modell gewonnenen Ergebnisse als Vergleichsgrundlage für die komplexeren Modellrechnungen mittels des GRS-Rechenprogramms COCOSYS dienen. Darauf aufbauend wurde ein Eingabedatensatz für COCOSYS erstellt. Dieser Eingabedatensatz berücksichtigte bereits vorliegende Informationen und Randbedingungen aus Blower-Door-Versuchen in sechs unterschiedlichen Objekten, die in den Rechnungen mit dem generischen Radon-Ausbreitungsmodell genutzt wurden. Speziell für ein Objekt wurde eine Reihe von COCOSYS-Testrechnungen mit diesen bereits vorliegenden Messdaten durchgeführt. Diese dienten der Überprüfung und Verbesserung des generischen Eingabedatensatzes selbst. Daneben wurden in Testrechnungen die Modellierungsmöglichkeiten als auch die Grenzen des COCOSYS-Programmes zur Simulation von geringen Gasmassen geprüft, wie sie typischerweise bei der Analyse der Rn-222 Verteilung in Gebäuden auftreten. Damit wurde bestätigt, dass COCOSYS prinzipiell in der Lage ist, die Ausbreitung eines beliebigen Gases auch bei sehr geringen Konzentrationen und damit auch Rn-222 zu simulieren. Im nächsten Schritt fanden die Modellanwendung und ein Ergebnisvergleich statt. Dabei wurden die Ergebnisse des generischen Ausbreitungsmodells für die Rn-222-Gleichgewichtsaktivitätskonzentration mit den von COCOSYS berechneten Werten verglichen. Die Ergebnisse für die stationäre Aktivitätskonzentration stimmten sehr gut überein, was die Schlussfolgerung erlaubte, dass COCOSYS in der Lage ist, Rn-222-Aktivitätskon zentrationen auch in Raumsystemen zu berechnen. Anschließend erfolgte die Adaption von COCOSYS durch Implementierung von als notwendig festgestellten Programmerweiterungen zur Simulation von Radon-Ausbreitungsvorgängen. Parallel zu diesen Arbeiten mussten für die in diesem Vorhaben geplanten Messungen geeignete Räumlichkeiten mit potenziell vorhandenen Arbeitsplätzen identifiziert werden. Insgesamt wurden in drei Messobjekten (zwei Einfamilienhäuser, eines davon mit Arbeitsplatz und ein Wasserwerk) mehrtägige Messungen der Radon-Aktivitätskonzentrationen und weiterer relevanter Parameter vorgenommen. Diese erhobenen Messwerte stellten die Datenbasis für die Validierung von COCOSYS bezüglich der Simulation von Rn-222-Verteilungsvorgängen bereit. Mittels der erhobenen Messwerte zu Rn-222 Aktivitätskonzentrationen wurden für zwei Messobjekte (Ein familienhäuser) und für ausgewählte Zeitphasen Nachrechnungen und damit erste Schritte zur COCOSYS-Validierung für die Radonverteilung in Gebäuden durchgeführt. Diese zeigten gute bzw. akzeptable Übereinstimmungen mit den gemessenen Radon-Aktivitätskonzentrationen. Daraus konnte abgeleitet werden, dass COCOSYS zeitabhängige Rn-222-Aktivitätskonzentrationen in Raumsystemen berechnen kann und die im Code vorgenommenen Anpassungen dabei die Anwendung des Programms für Fragestellungen zur Radon-Verteilung in Arbeitsräumen erleichtern. Neben anfänglichen Einraum-Simulationen sind anschließend weitere Nachrechnungen für Mehrraum-Geometrien unter Nutzung von aus Messdaten gefitteten Luftwechselzahlen als auch mit Strömungsberechnungen auf Grund von Druckdifferenzen erfolgt. Dies waren Validierungsschritte für eine echte dynamische Rn-222-Verteilung innerhalb eines Objektes mit Strömungsvorgängen über Türen und Undichtigkeiten. Dabei zeigte sich deutlich, dass die berechnete lokale Radon-Aktivitätskonzentration unmittelbar von der angenommenen (d. h. gefitteten) Luftwechselzahl bzw. den berechneten Strömungszuständen abhängt. Es zeigte sich, dass ohne die Kenntnis der exakten Randbedingungen verlässliche Vorhersagen nicht möglich sind. Auf Basis der Messergebnisse wurden weiterhin Maßnahmen und Handlungsempfehlungen für ein ausgewähltes Messobjekt erstellt. Weiterhin wurde während der gesamten Vorhabensdauer der Stand von Wissenschaft und Technik für die Zwecke des Vorhabens verfolgt.