Ly, sikreste luftindtagssteder under identificeret byforureningshændelser

Tage og nedvindssider af bygninger i gadekløfter har de laveste niveauer af partikler under en enkeltkildeforureningshændelse, ifølge forskere fra Penn State. Resultaterne har betydning for at forbedre evakueringsplaner under en forureningsudledning samt for at informere ventilationssystemdesign af bybygninger.

"Tidligere forskning har fokuseret på omgivende forurening skabt af trafik, " sagde Jeremy Gernand, adjunkt i industriel sundhed og sikkerhed. "Vi besluttede at undersøge kilder til forurening fra en punktkilde af partikler, såsom et kemikaliespild eller et utilsigtet udslip fra en fabrik."

Forskerne undersøgte et scenarie for frigivelse af forurenende stoffer for at evaluere de sikreste steder til evakuering og for bygningsdesignelementer såsom luftindtag. Dette markerer den første undersøgelse, der undersøger en emissionsbegivenhed fra en enkelt kilde nær en gadekløft.

Overvågning af luftkvaliteten i byområder kan være meget vigtig på grund af høj befolkningstæthed og niveauer af partikler. Gadens kløfter, eller steder, hvor gaden er afgrænset på begge sider af bygninger, er vigtige steder for at studere luftforurening, fordi de er udbredt i byområder.

Partikler, ofte omtalt som aerosoler, er fine faste stoffer eller væskedråber suspenderet i gas. Høje koncentrationer i atmosfæren kan bidrage til dødeligheden, fordi eksponering for disse partikler kan forværre eller forårsage uønskede medicinske virkninger. Partikler frigives fra en række naturlige eller menneskelige kilder, såsom biler, byggepladser og støvstorme.

Forskere i Penn State's Mining Ventilation Laboratory skabte en 3-D miniature gadekløft i en vindtunnel ved hjælp af skumblokke til at simulere bygninger. Fire skumblokke blev placeret i et to-og-to-array, adskilt af huller, der fungerede som gader.

For at sikre, at luftstrømmen i vindtunnelen matcher realistiske forhold i et byområde, forskere måtte foretage justeringer. Typisk, luft i en vindtunnel udviser laminær strømning, hvilket betyder, at den flyder jævnt i parallelle lag uden hvirvler eller krydsstrømme, der forstyrrer strømningsretningen. Denne type flow kan være ideel til at teste mekanismer såsom flyvinger i simuleret luft i høj højde.

I lavere højder, imidlertid, luft opfører sig meget forskelligt. Nær jorden, mindre strukturer som huse og træer og større bygninger, såsom skyskrabere, afbryde den jævne luftstrøm og få den til at blive turbulent, eller uregelmæssig og ophidset.

Forskerne brugte billige materialer som lego og papspir til at skabe turbulent luftstrøm i en vindtunnel fyldt med laminært strømmende luft.

For at simulere en enkelt partikelemissionskilde, forskere brugte vand genereret fra en ultralydsbefugter. Fordi miljøpartikler ofte er belagt med vand, kollisioner mellem vanddråber i et vindtunnelforsøg og kollisioner mellem vandbelagte partikler udenfor kan være meget ens, sagde Gernand.

For at finde de områder i gadekløften, hvor partikelniveauerne nåede deres minimums- og maksimumkoncentrationer, forskere brugte data fra vindtunneleksperimentet til at lave en computermodel af scenariet. Computersimuleringer viste, at de laveste partikelkoncentrationer var placeret på taget og på bygningsfacader. På vejrtrækningsniveau, de laveste koncentrationer blev fundet på den læ-beskyttede side af arrayets tværgående kanal, gaden, der løber vinkelret på luftstrømmens retning.

Resultaterne har betydning for forbedring af evakueringsplaner og for at informere ventilationssystemdesign. I tilfælde af en nødsituation fra en central kilde, fodgængere bør evakueres til læsiden af ​​den tværgående kanal. Til montering af nye luftindtag, dele af tagene længst væk fra indre kanaler, eller veje, af gadekløfter fungerer som det sikreste sted, sagde forskerne.

Forskerne rapporterede deres resultater i tidsskriftet Luftkvalitet, Atmosfære og sundhed .

Imidlertid, i betragtning af de mange mulige scenarier, disse resultater repræsenterer kun en generel retningslinje og vil drage fordel af yderligere undersøgelser, sagde Gernand. Med udgangspunkt i den omkostningseffektive modelleringstilgang, der blev brugt i denne undersøgelse, fremtidig forskning vil overveje yderligere muligheder med det mål at give mere omfattende sikkerhedsanbefalinger.