Charakterizace aerosolu ve vnitřním a vnějším prostředí školky v Čelákovicích J. Ondráček, N. Talbot, M. Cusack, V. Ždímal, P. Vodička a J. Schwarz
Laboratoř chemie a fyziky aerosolů Ústav chemických procesů, AV ČR, v.v.i.
Čelákovice 28.11. 2016
Aerosol(y) (ve zpravodajství obvykle pod pseudonymem „prach“ nebo „prachové částice“)
• obecná definice: kapalné či pevné částice dispergované obecně v plynné fázi (nejčastěji ve vzduchu)
• velikostní rozmezí: Svět aerosolů
Reálný „makro“ svět
1 nm – 100 m (5 řádů !!!)
1 mm – 100 m
vs.
vs.
Aerosol(y) • koncentrační „rozmezí“ (početní koncentrace): Svět aerosolů
Reálný „makro“ svět
100 nm částice
3,5 cm ping‐pongový míček
1 cm3
sportovní hala 100 000 m3 (100x50x20 m)
100 #/ cm3
1 míček ve 4000 halách
10 000 #/ cm3
1 míček ve 40 halách
100 000 000 #/ cm3
200 míčků v 1 hale
P.A. Baron, K. Willeke (2001)’Aerosol measurement, principles, techniques, and applications’ John Wiley & Sons, 2nd Edition, New York.
Velikost částic a jejich tvar
W. C. Hinds (1999) ‘Aerosol Technology: Properties, Behaviour and Measurements of Airborne Particles‘ John Wiley & Sons, 2nd Edition, New York.
Tvar částic
http://earthobservatory.nasa.gov/Features/Aerosols/
Motivace pro studie sledující vztah mezi vnitřním a vnějším prostředím • Lidé tráví většinu svého denního času ve vnitřním prostředí (přes 85%) • • • •
doma v práci ve škole, školce, na kroužcích v rámci dopravy
• Hlavní vlivy • • • • •
lidské zdraví podmínky ve vnitřním prostředí (doma, kancelář) bezpečnost v pracovním prostředí (BOZP) – ochrana pracovníků degradace kulturního dědictví (budovy, sochy, obrazy, manuskripty, apod.) atd.
Částice ve venkovním prostředí • Částice generované zdroji ve vnějším prostředí ‐ doprava, ‐ domácí topeniště, ‐ průmyslové zdroje, továrny, elektrárny, atd. ‐ přírodní zdroje – zvířený prach (pouště), mořský sprej, vulkány, lesní požáry, atd. ‐ vznik nových částic v atmosféře ‐ a mnoho dalších
Typické velikostní rozdělení a chemické složení venkovního aerosolu
Částice ve vnitřním prostředí • Částice produkované vnějšími zdroji, které pronikají do vnitřního prostředí ‐ doprava, ‐ domácí topeniště, ‐ průmyslové zdroje, továrny, elektrárny, atd. ‐ přírodní zdroje – zvířený prach, mořský sprej, vulkány, lesní požáry, atd.
• Částice produkované ve vnitřním prostředí ‐ domácí činnosti ‐ úklid, kouření, vaření, atd. ‐ kancelářské činnosti – tiskárny, kopírky, atd. ‐ pracovní činnosti v rámci provozu – výroba, obrábění, atd. ‐ fyzická činnost osob ve vnitřním prostředí, atd.
Chování částic a jejich transport Nejvýznačnější procesy ovlivňující hodnoty koncentrací ve vnitřním prostředí: • penetrace (průnik) částic z vnějšího prostředí do prostředí vnitřního • částice generované přímo ve vnitřním prostředí • resuspenze deponovaných částic • depozice částic na povrchy ve vnitřním prostředí • odstranění částic pomocí ventilace (přirozené nebo nucené) • fyzikálně chemické transformace částic (změny díky RH a chemickým reakcím)
Měřicí lokalita
• 2‐týdenní měřicí kampaň, leden 2015 • Malá soukromá školka (Ekolandia) • • • •
3‐patrový rodinný dům přízemí – 2 třídy s kuchyní 1. patro – 2 ložnice 2. patro – privátní byt
Měřicí lokalita
Měřicí přístroje Online přístroje (s vysokým časovým rozlišením) SMPS 3936 (EC 3080, CPC 3775) 2 x OPS 3330
Offline přístroje (pro následnou chemickou analýzu) 6 x LVS 2 x PM10 quartz 2 x PM2.5 quartz 2 x PM2.5 Teflon
Měřicí kampaň – vnitřní prostředí Online a offline přístroje
Chodba + šatna
Měřicí kampaň – vnější prostředí Offline přístroje + zahrada
Vzorkování online přístrojů
Výsledky – početní velikostní rozdělení VNITŘNÍ
VNĚJŠÍ
PRACOVNÍ NEPRACOVNÍ
Mobilitní průměr částic [nm]
Mobilitní průměr částic [nm]
GMD [nm] UVNITŘ VENKU PRAC. 59.8±2.2 NEPRAC. 58.5±2.2
51.8±2.2 71.5±2.1
Výsledky – I/O poměr 1.6 1.4
I/O Ratio I/O poměr
1.2
Weekday Weekday Pracovní den Weekend Víkend Weekend
I/O poměr
1.0
Pracovní 0.73±0.45 Víkend 0.58±0.18
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 03:00
06:00
09:00
12:00 15:00 Time of Day Čas v rámci dne [HH:MM]
I/O poměr > 1 – zdroj ve vnitřním prostředí
18:00
21:00
I/O poměr < 1 – zdroj ve vnějším prostředí
Výsledky – PM10 hmotnostní bilance VNITŘNÍ
VNĚJŠÍ
10%
12%
PRACOVNÍ
20%
12%
5% 8%
5%
16% 8%
8%
0% 1%
4%
1%
8%
0% 39%
2%
38%
0% 1% 0%
1%
VÍKEND
15%
18%
20%
1%
22% 5%
6%
4%
18%
9%
11%
26% 3% 0%
9%
27%
0% 1%
1%
1% 1%
0%
1%
1%
1%
Závěry ‐
10 denní intenzivní měřicí kampaň zaměřená na vnitřní/vnější prostředí ve školce
‐
početní velikostní rozdělení (spektrometr SMPS): ‐
nejvyšší koncentrace nanočástic a největší fluktuace – pracovní dny venku ‐
‐
nejnižší koncentrace a nejmenší fluktuace – víkend uvnitř ‐
‐
doprava, vytápění a regionální průmyslové zdroje
žádné vnitřní zdroje částic, ztráty částic při penetraci z vnějšího do vnitřního prostředí
I/O poměr celkových početních koncentrací (spektrometr SMPS): ‐
nejnižší v průběhu noci a brzkého rána
‐
nárazově zvýšený v průběhu dopravních špiček, oběda a uklízení (také v průběhu víkendů)
‐
rozklad dusičnanu amonného při přechodu z vnějšího do vnitřního prostředí – nižší vnitřní koncentrace
‐
vyšší koncentrace Ca a Cl uvnitř– resuspenze a úklid (+ možná také ze solení silnic)
‐
koncentrace organických látek – pracovní dny > víkendy – vnitřní zdroje (vaření + svíčky)
Poděkování Kolegům z Laboratoře chemie a fyziky aerosolů I. Ševčíkové and V. Procházkové EU projektu HEXACOMM EU (7. F.P.)
DÍKY ZA VAŠÍ
POZORNOST
