Способ прогнозирования времени достижения допустимого уровня концентрации аммиака, выделяющегося в ходе многосуточного процесса эмиссии из строительных материалов в воздух помещений вновь выстроенного здания

Изобретение относится к области коммунальной гигиены и строительству и может использоваться при решении вопроса введения объекта в эксплуатацию. Способ прогнозирования времени достижения допустимого уровня концентрации аммиака, выделяющегося в ходе многосуточного процесса эмиссии из строительных материалов в воздух помещений вновь выстроенного здания, заключается в том, что измеряют концентрацию аммиака последовательно в каждом помещении вновь выстроенного здания в любые сутки выполнения способа спустя 8 часов после 15-минутного сквозного проветривания помещения при полностью открытых окнах, проводимого один раз в сутки, при этом в течение 20 минут проводят три последовательных измерения концентрации аммиака с последующим определением средних значений концентрации у_ср, мг/м³, аммиака в каждом помещении вышеуказанного здания, причем измерения концентрации аммиака в любые сутки выполнения способа проводят до тех пор, пока определяемые средние значения концентрации у_ср, мг/м³, аммиака не достигнут величины, составляющей не более 25% от начального значения концентрации у₀, мг/м³, аммиака в первый день измерений, с последующим построением графиков зависимостей концентрации аммиака у_ср, мг/м³, от времени, определяют также среднее значение А_ср полного изменения концентрации у_ср, мг/м³, аммиака за все время наблюдения процесса t в сутках, среднее значение наблюдаемой константы скорости В_ср, сут^-1, уменьшения у_ср и среднее значение минимальной остаточной концентрации С_ср, мг/м³, аммиака на основе построенных и обработанных с помощью пакета прикладных программ Statistica 10 графиков зависимостей средних значений у_ср от времени t в сутках, построенных на основе измерений, проведенных во всех помещениях вновь выстроенного здания в течение всего многосуточного периода проведения способа, и проводят прогнозирование времени достижения допустимого уровня концентрации аммиака, выделяющегося в ходе многосуточного процесса эмиссии из строительных материалов в воздух помещений вновь выстроенного здания. Техническим результатом является возможность статистически обоснованного прогнозирования времени достижения допустимого уровня концентрации аммиака в воздухе помещений вновь выстроенных зданий на основе характера и определяемых параметров функциональной зависимости уменьшения концентрации аммиака на ограниченном отрезке времени. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области коммунальной гигиены и строительству и может использоваться для прогнозирования времени достижения допустимой для здоровья человека концентрации аммиака в воздухе помещений вновь выстроенных зданий из бетонного материала при решении вопроса введения объекта в эксплуатацию.

С резким ростом монолитного строительства возникла серьезная проблема, связанная с загрязнением аммиаком воздуха помещений вновь выстроенных зданий. Несмотря на высокую актуальность проблемы, до настоящего времени отсутствует обоснование длительности достижения допустимых значений аммиака, выделяющегося из бетонных конструкций в воздух закрытых помещений, которое затрудняет планирование лабораторного контроля, установление частоты и кратности отбора проб воздуха на аммиак и, соответственно, сдерживает ввод вновь построенного жилья в эксплуатацию.

Известен способ определения времени полного выведения аммиака из бетонного материала, в соответствии с которым используют формулу TCE=M/(R⋅S⋅24⋅365), где ТСЕ - время полного выведения аммиака из бетонного материала (год); Μ - теоретическое количество аммиака, преобразованного из мочевины (мг); R - скорость эмиссии аммиака (мг/м²⋅ч); S - площадь поверхности кусков бетонной стены, из которой исследуется эмиссия аммиака (м²) [Emission of ammonia from indoor concrete wall and assessment of human exposure / Z. Bai, Y. Dong, Z. Wang, T. Zhu // Environment International. - 2006. - Vol.3. - P. 303-311]. Данный способ выбран нами в качестве прототипа.

Недостатком выбранного в качестве прототипа способа является возможность его использования только для определения времени полного выведения аммиака из бетонного материала. Отсутствует возможность определения времени достижения допустимого уровня концентрации аммиака в воздухе помещений вновь выстроенных зданий. Также недостатком данного способа, выбранного в качестве прототипа, является отсутствие указаний на статистическую достоверность результатов измерений.

Техническим результатом изобретения является возможность статистически обоснованного прогнозирования времени достижения допустимого уровня концентрации аммиака в воздухе помещений вновь выстроенных зданий на основе характера и определяемых параметров функциональной зависимости уменьшения концентрации аммиака на ограниченном отрезке времени, не требующего проведения анализа полного периода его выведения из бетонного материала (экспрессность способа).

Технический результат изобретения достигается тем, что способ прогнозирования времени достижения допустимого уровня концентрации аммиака, выделяющегося в ходе многосуточного процесса эмиссии из строительных материалов в воздух помещений вновь выстроенного здания, заключается в том, что измеряют концентрацию аммиака последовательно в каждом помещении вновь выстроенного здания в любые сутки выполнения способа спустя 8 часов после 15-минутного сквозного проветривания помещения при полностью открытых окнах, проводимого один раз в сутки, при этом в течение 20 минут проводят три последовательных измерения концентрации аммиака с последующим определением средних значений концентрации у_ср, в мг/м³, аммиака в каждом помещении вышеуказанного здания, причем измерения концентрации аммиака в любые сутки выполнения способа проводят до тех пор, пока определяемые средние значения концентрации у_ср, в мг/м³, аммиака не достигнут величины, составляющей не более 25% от начального значения концентрации у₀, в мг/м³, аммиака в первый день измерений с последующим построением графиков зависимостей концентрации аммиака у_ср, в мг/м³, от времени; определяют также среднее значение А_ср полного изменения концентрации у_ср, в мг/м³, аммиака за все время наблюдения процесса t в сутках, среднее значение наблюдаемой константы скорости В_ср, в сут^-1, уменьшения у_ср и среднее значение минимальной остаточной концентрации С_ср, в мг/м³, аммиака на основе построенных и обработанных с помощью пакета прикладных программ Statistica 10 графиков зависимостей средних значений у_ср от времени t, в сутках, построенных на основе измерений, проведенных во всех помещениях вновь выстроенного здания в течение всего многосуточного периода проведения способа и проводят прогнозирование времени достижения допустимого уровня концентрации аммиака, выделяющегося в ходе многосуточного процесса эмиссии из строительных материалов в воздух помещений вновь выстроенного здания, по формуле:

где Τ - прогнозируемое время достижения допустимого уровня концентрации С* аммиака, выделяющегося из строительных материалов в воздух помещений вновь выстроенного здания, начиная с первого дня измерений концентрации аммиака, в сутках;

В_ср - определяемый при обработке графика параметр среднего значения константы скорости уменьшения концентрации у_ср аммиака в воздухе помещений, связанный с природой процесса эмиссии аммиака из бетонного материала и природой самого материала, в сутках^-1;

С* - установленное значение уровня допустимой концентрации аммиака, в мг/м³, например ПДК;

С_ср - определяемый при обработке графика параметр среднего значения минимальной остаточной концентрации аммиака в воздухе в конце экспериментального периода, в мг/м³;

А_ср - определяемый при обработке графика параметр среднего значения полного изменения концентрации у_ср аммиака за все исследуемое время t, в мг/м³.

Способ прогнозирования времени достижения допустимого уровня концентрации аммиака, выделяющегося в ходе многосуточного процесса эмиссии из строительных материалов в воздух помещений вновь выстроенного здания, осуществляется следующим образом:

1) Проводят многосуточные измерения концентрации у, в мг/м³, аммиака в воздухе помещений последовательно в каждом помещении вновь выстроенного здания в любые сутки выполнения способа пока определяемые средние значения концентрации у_ср, в мг/м³, аммиака не достигнут величины, составляющей не более 25% от начального значения концентрации у₀, в мг/м³, аммиака в первый день измерений. Этого периода времени достаточно для последующего построения и математической обработки графиков зависимостей концентрации от времени - получения средних значений кинетических параметров и их статистического анализа.

При этом, в любые сутки измерений спустя 8 часов после 15-минутного сквозного проветривания помещения при полностью открытых окнах, проводимого один раз в сутки, в течение 20 минут проводят три последовательных измерения концентрации у аммиака в воздухе, в мг/м³, как это указано в ГОСТ 57256-2016 «Воздух замкнутых помещений. Отбор проб при определении аммиака» [ГОСТ Ρ 57256-2016 «Национальный стандарт Российской Федерации. Воздух замкнутых помещений. Отбор проб при определении аммиака» [Электронный ресурс]: утв. и введен в действие Приказом Ростехрегулирования от 10 ноября 2016 г. №1664-ст. - Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс». - С.5].

2) Полученные три значения концентрации аммиака у у_средняют до среднего значения концентрации у_ср, в мг/м³, аммиака в каждом помещении вышеуказанного здания за любые сутки измерений, т.е. в любой момент времени t.

3) С помощью пакета прикладных программ Statistica 10 строят графики зависимостей среднего значения концентрации у_ср (мг/м³) аммиака в воздухе от времени t, в сутках. Методом наименьших квадратов МНК (нелинейной регрессии) проводят математическую обработку - параметризацию каждой из построенных кривых, т.е. определение средних значений их основных кинетических параметров А_ср, В_ср и С_ср и аппроксимацию кривых для объекта по формуле (2):

Формула (2) устанавливает экспоненциальную зависимость уменьшения величины концентрации у_ср аммиака в воздухе жилых помещений от времени t, т.е. описывает процесс эмиссии аммиака из стройматериалов во времени. Уравнение (2) с рассчитанными методом МНК численными средними значениями основных параметров А_ср, В_ср и С_ср выражает параметризованную аппроксимационную кривую, которая наилучшим образом проходит через все экспериментальные точки графика.

Таким образом, на основе полученных параметров функциональной зависимости уменьшения концентрации аммиака лишь на начальном отрезке времени, ограниченном уменьшением у до значений, составляющих не более 25% от начальной у₀, устанавливают характер изменения концентрации аммиака, экстраполируя кривую до минимального значения С_ср. С помощью этой зависимости проводят прогностический расчет значений времени Τ достижения любого выбираемого или установленного нормативного уровня С* концентрации аммиака. При этом не требуется достижение или оценка полного периода выведения аммиака из бетонного материала, что обеспечивает большую экспрессность настоящего способа по сравнению со способом, выбранным в качестве прототипа.

4) Расчет значений прогнозируемого времени Τ достижения любого выбираемого или установленного нормативного уровня С* концентрации проводят с помощью выражения (3):

учитывая рассчитанные ранее при обработке графиков зависимостей значения параметров A_cp, В_ср и С_ср (см. формулу (2)).

Здесь С* - любой установленный норматив допустимой концентрации аммиака, например, уровень ПДК аммиака, тогда С*=ПДК.

Если в какой-либо момент времени t=Τ параметризованная экстраполируемая расчетная кривая графика пересекает выбранный уровень концентрации С*, равный, например, предельно допустимому значению аммиака ПДКс.с.=0,04 мг/м³, т.е. когда С*=ПДК, то расчет времени T достижения этого уровня ПДКс.с. проводят по формуле (4):

5) Для различных помещений объекта осуществляют статистическую обработку и сравнение по полученным параметрам А_ср, В_ср и С_ср экспериментальных зависимостей (см. формулу (2)).

Расчет расширенной неопределенности (погрешности) U(T) величины T (в сутках) для объекта проводят по формуле (5) при p<0,05:

где стандартное отклонение σ_T вычисляют по формуле суммирования стандартных неопределенностей с учетом трех вкладов стандартных отклонений σ_Α, σ_Β и σ_C всех трех рассчитанных при обработке кинетических параметров А_ср, В_ср и С_ср, от которых в соответствии с выражениями (3)-(4) зависит сама величина Т:

где С - выбираемое нормативное значение уровня концентрации, например, равное ПДКс.с, пересечение с которым убывающей экстраполируемой кривой происходит в момент времени Т.

В качестве примера применения заявляемого способа рассмотрим прогнозирование времени достижения уровня ПДКс.с. аммиака в воздухе на основе анализа уменьшения концентрации аммиака в помещениях вновь выстроенных 4 жилых зданий (165 помещений) в течение времени. Ход этой зависимости во времени отражает процесс эмиссии аммиака в воздух помещений из строительных материалов, материалов отделки и мебели.

Многосуточные измерения концентрации аммиака в воздухе проводились в помещениях ряда жилых объектов г. Санкт-Петербурга и Ленинградской области на базе ИЛЦ ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Санкт-Петербург». Они были связаны с обращениями граждан на неприятные запахи, а также с осуществлением производственного контроля за вновь вводимым в эксплуатацию жильем. Всего было отобрано 893 пробы воздуха на содержание аммиака, проведено 285 исследований.

Выбор объектов исследования связан с определенными характеристиками помещений - во всех многоквартирных жилых зданиях (далее - объекты) материалом несущих стен являлся монолит. Исследования воздуха на содержание аммиака в объектах №1 и 2 проводились перед вводом объектов в эксплуатацию, в объектах №3 и 4 - после ввода в эксплуатацию.

Исследуемые многоквартирные жилые дома также различались завершенностью отделочных работ. В помещениях без отделки (объекты №1 и 2) материалом пола и потолка являлись бетонные плиты, материалом стен - бетон и пенобетонные блоки. Помещения объектов №3 и 4 имели готовую внутреннюю отделку, в 6-и помещениях из которых присутствовала мебель.

Перед каждым отбором проб воздуха в помещениях на содержание аммиака проводились измерения параметров микроклимата, которые показали соответствие установленным санитарно-эпидемиологическим требованиям.

Для построения и анализа зависимостей концентрации аммиака в воздухе от времени по заявленному способу использовались материалы 57 протоколов проведенных лабораторных исследований воздуха закрытых помещений г. Санкт-Петербурга и Ленинградской области.

В помещениях всех исследуемых объектов средние значения начальной концентрации С₀ (мг/м³) аммиака в воздухе во много раз превышали его допустимый уровень ПДКс.с, т.е. соотношение С₀ / ПДКс.с. для разных помещений находилось в интервале от 3,55 до 30,40 раз.

По измеренным значениям концентрации аммиака в воздухе помещений для всех объектов №1-4 в ходе многосуточного исследования наблюдалась монотонно убывающая зависимость концентрации аммиака от времени, выражаемая нисходящей кривой на графике.

На фиг.1 в качестве примера приведен характерный вид кривой зависимости концентрации аммиака у_ср в воздухе от времени t для объекта №1 (каждая точка - среднее из 3-х значений концентрации у аммиака в воздухе, каждого помещения).

Для объекта №1, а также для всех исследуемых объектов построенные графические зависимости средних значений величины у_ср концентрации аммиака (в мг/м³) от времени t эмиссии имеют вид экспоненциальных кривых, асимптотически стремящихся к средней минимальной концентрации С_ср. Все зависимости удовлетворительно отвечают уравнению (2). Таким образом, проведенный анализ позволил в дальнейшем принять экспоненциальную закономерность уменьшения величины у_ср концентрации аммиака в воздухе жилых помещений от времени t в качестве физического закона эмиссии аммиака из стройматериалов, математически выраженного уравнением (2), и в дальнейшем применять его для обработки и параметризации всех экспериментально полученных точек графических зависимостей.

С помощью пакета прикладных программ Statistica 10 методом наименьших квадратов МНК (нелинейной регрессии) по уравнению (2) проводили математическую обработку и параметризацию, т.е. определение средних значений основных кинетических параметров А_ср, В_ср и С_ср для всех зависимостей всех объектов. Вычисленные значения указанных параметров уравнения (2) и значения их неопределенностей (погрешностей) для всех рассматриваемых объектов приведены в таблице 1 на с 13.

В ходе изменения величины концентрации у_ср аммиака в воздухе в некоторый момент времени t, равный Т, может быть достигнут любой интересующий уровень допустимой концентрации С* аммиака в воздухе, в том числе и установленный предельно допустимый для аммиака уровень С*=ПДК, равный 0,04 мг/м³. По значениям кинетических параметров А_ср, В_ср и С_ср уравнения (2) аппроксимируемых кривых можно судить о времени Τ выхода кинетических кривых на любой допустимый уровень концентрации С* аммиака, в частности, на уровень ПДК=0,04 мг/м³.

Величину T выхода кинетических кривых на уровень ПДК=0,04 мг/м для каждого объекта определяли по уравнению (1), используя численные значения параметров А_ср, В_ср и С_ср уравнения (2) экспериментальных зависимостей, полученных на каждом из объектов. Полученные по (1) значения T и их погрешностей (формула (5)) для всех исследуемых объектов представлены в таблице 1 (Приложение).

Величину Τ для каждого объекта определяли по уравнению (1) следующим образом:

1) Объект №1:

2) Объект №2:

3) Объект №3:

4) Объект №4:

Таким образом, впервые разработан математически и статистически обоснованный способ прогнозирования времени достижения допустимого уровня концентрации аммиака в воздухе помещений вновь выстроенных зданий по изменению значений концентраций аммиака в воздухе помещений в течение ограниченного начального времени без необходимости проведения анализа полного выведения из бетонного материала, что позволит в дальнейшем эффективно использовать ресурсный потенциал лабораторий при планировании лабораторного контроля содержания аммиака во вновь выстроенных зданиях, и более точно прогнозировать сроки начала эксплуатации жилых и общественных зданий.

Способ прогнозирования времени достижения допустимого уровня концентрации аммиака, выделяющегося в ходе многосуточного процесса эмиссии из строительных материалов в воздух помещений вновь выстроенного здания, заключающийся в том, что измеряют концентрацию аммиака последовательно в каждом помещении вновь выстроенного здания в любые сутки выполнения способа спустя 8 часов после 15-минутного сквозного проветривания помещения при полностью открытых окнах, проводимого один раз в сутки, при этом в течение 20 минут проводят три последовательных измерения концентрации аммиака с последующим определением средних значений концентрации у_ср, мг/м³, аммиака в каждом помещении вышеуказанного здания, причем измерения концентрации аммиака в любые сутки выполнения способа проводят до тех пор, пока определяемые средние значения концентрации у_ср, мг/м³, аммиака не достигнут величины, составляющей не более 25% от начального значения концентрации у₀, мг/м³, аммиака в первый день измерений, с последующим построением графиков зависимостей концентрации аммиака у_ср, мг/м³, от времени; определяют также среднее значение А_ср полного изменения концентрации у_ср, мг/м³, аммиака за все время наблюдения процесса t в сутках, среднее значение наблюдаемой константы скорости В_ср, сут^-1, уменьшения у_ср и среднее значение минимальной остаточной концентрации С_ср, мг/м³, аммиака на основе построенных и обработанных с помощью пакета прикладных программ Statistica 10 графиков зависимостей средних значений у_ср от времени t в сутках, построенных на основе измерений, проведенных во всех помещениях вновь выстроенного здания в течение всего многосуточного периода проведения способа, и проводят прогнозирование времени достижения допустимого уровня концентрации аммиака, выделяющегося в ходе многосуточного процесса эмиссии из строительных материалов в воздух помещений вновь выстроенного здания, по формуле:

где Τ - прогнозируемое время достижения допустимого уровня концентрации С* аммиака, выделяющегося из строительных материалов в воздух помещений вновь выстроенного здания, начиная с первого дня измерений концентрации аммиака, в сутках;

В_ср - определяемый при обработке графика параметр среднего значения константы скорости уменьшения концентрации у_ср аммиака в воздухе помещений, связанный с природой процесса эмиссии аммиака из бетонного материала и природой самого материала, сут^-1;

С* - установленное значение уровня допустимой концентрации аммиака, мг/м³, например ПДК;

С_ср - определяемый при обработке графика параметр среднего значения минимальной остаточной концентрации аммиака в воздухе в конце экспериментального периода, мг/м³;

А_ср - определяемый при обработке графика параметр среднего значения полного изменения концентрации у_ср аммиака за все исследуемое время t, мг/м³.