M ECCANISMO DI T RASPORTO DEL R ADON IN A MBIENTI I NDOOR

La concentrazione del Radon è maggiore negli ambienti chiusi che all’esterno principalmente per tre motivi: il movimento dell’aria limitato, l’emanazione del Radon dalle pareti è circa la stessa che dal suolo (o dal pavimento), la depressione interna causata dal riscaldamento e dagli effetti del vento aumenta il quantitativo di tale gas.

L’ingresso in una abitazione del radon presente nell’aria esterna si realizza tramite il ricambio d’aria tra l’ambiente interno ed esterno che avviene con la normale ventilazione attraverso porte e finestre, con l’utilizzo di impianti di condizionamento, e anche attraverso le crepe nella struttura dell’edificio.

Siccome l’ingresso di Radon dall’esterno è direttamente proporzionale al ricambio d’aria, e la concentrazione di radon all’esterno varia tra 3 e 10 Bq/m3 risulta chiaro come il contributo dell’aria esterna possa essere considerato poco importante.

Il radon è anche presente nel gas naturale di uso domestico, ma il normale trattamento industriale e l’immagazzinamento ne eliminano la gran parte prima che venga utilizzato dal consumatore; e poiché i prodotti di combustione vengono aspirati verso l’esterno questa fonte di Radon è da considerarsi trascurabile.

Nella tabella 2.8 sono riassunti i vari contributi alla attività di radon che penetra in una abitazione.

Tabella 2.8 – Contributi da parte delle varie sorgenti all’attività totale di Radon che penetra in un ambiente chiuso. SORGENTE M ECCANISMO DI ENTRATA ATTIVITÀ DI RADON ENTRANTE (Bq/m3h) CONTRIBUTO PERCENTUALE (%)

Materiali da costruzione diffusione 10 21

Sottosuolo diffusione 7.5 15

convezione 20 41

Aria esterna infiltrazione 10 20

Acqua degassamento 1 2

Gas naturale consumo 0.3 1

Totale 49 100

La concentrazione di Radon negli ambienti chiusi dipende dal tasso d’ingresso di questo dalle varie sorgenti e dai due possibili modi di rimozione: il decadimento fisico e soprattutto la ventilazione.

La variazione di concentrazione di Radon in uno spazio chiuso può essere descritta dall’equazione:

dCRn(t) /dt = UT – CRn (t) · (λRn + λV)

dove dCRn(t) è la concentrazione di attività di Radon al tempo t (atomi m-3), UT è il tasso

d’ingresso del Radon al tempo t (atomi m-3 h-1), λRn è la costante di decadimento del Radon:

7.6 ·10-3 h-1, λV è il tasso di ventilazione (h-1).

Andando a considerare UT e λV costanti, si ha che la concentrazione di Radon all’equilibrio, in

uno spazio chiuso è

CRn = UT / (λRn + λV)

All’interno delle abitazioni, di solito i valori di λV variano tra 0.1 e 3 h-1. Visto che la

costante di decadimento del Radon è inferiore di tre ordini di grandezza rispetto a tali valori [UNSCEAR 1988], allora se la concentrazione di attività di Radon nell’aria esterna è trascurabile, si ha che la concentrazione all’equilibrio può, in prima approssimazione, essere considerata inversamente proporzionale al tasso di ventilazione. Tale equazione può a tal fine essere usata solo come una prima approssimazione della concentrazione media di Radon in ambienti chiusi; è basata infatti, su assunzioni che non sono rigorosamente valide.

Il ricambio d’aria è assunto costante al variare del tempo: è soggetto invece a molte variazioni che dipendono dalle condizioni meteorologiche, dall’attività umana e dalla tipologia dell’edificio.

Un altro importante fattore è la distribuzione non-omogenea del radon a seconda del piano dell’abitazione: è realtà provato sperimentalmente che le concentrazioni nei piani superiori degli edifici sono inferiori rispetto a quelle del piano terreno.

La quantità di Radon che entra in un edificio viene considerata costante a variare del tempo: varia invece durante la giornata e dipende dalle condizioni meteorologiche.

Il radon penetra all’interno dell’edificio attraverso le fessure dei rivestimenti a contatto con il terreno, seguendo principalmente due importanti meccanismi di trasporto: passaggio per diffusione e per convezione, già illustrati in dettaglio precedentemente.

Il meccanismo del trasporto prevede vari modelli:

• la grandezza dei pori nel sottosuolo è sensibile alla deformazione per compressione del mezzo e questo comporta flussi di fluido provenienti dalle aree più compresse. Le compressioni sono determinate dalle deformazioni periodiche dovute alle maree terrestri e a quelle intermittenti provocate da movimenti sismici [King C. Y., 1980]. Un altro meccanismo ipotizzato è il moto dei fluidi dovuto al gradiente geotermico, che determina risalita di acqua o di aria e genera quindi delle celle convettive; si calcola che, in media, il Radon impieghi circa 20 giorni per percorrere una distanza di 100 metri e quindi, tenendo conto del tempo di decadimento, circa il 3% del Radon potrebbe arrivare alla superficie partendo da una tale profondità [Mogro- Campero A. et al., 1977];

• nella litosfera, si ipotizza un flusso di gas libero che agisce da mezzo di trasporto gassoso. Negli acquiferi, presenti nella crosta terrestre, l’acqua è soprassatura di gas (CO2, ecc.) e il decadimento forma microscopiche bolle le quali vengono spinte

verso l’alto in quanto più leggere [Kristianssom K. et al., 1982];

• il Radon potrebbe essere trasportato verso la superficie da altri gas presenti nelle acque (gas carrier), tesi avallata dal fatto che in zone fratturate si rilevano grandi quantità di metano in soluzione nelle acque [Fleischer R.L. et al., 1980].

Il moto convettivo del radon nel sottosuolo è indotto principalmente dalla differenza di pressione esistente tra il suolo e l’interno dell’abitazione e comporta un movimento d’aria dalle zone a maggior contenuto energetico (suolo) verso le zone a minor contenuto energetico (edificio).

Il fenomeno del flusso convettivo del radon dal suolo all’interno di un edificio viene aumentato in inverno da un "effetto stack", simile a quello incontrato nel camino. Tale “effetto camino” è creato dalla continua risalita di aria calda, per cui il radon si infiltra dal sottosuolo nell’ambiente indoor a causa della differenza di temperatura come mostrato in Figura 2.8 [Tommasino L., 1998]:l’aria calda che sale nella casa provoca negli scantinati e nei piani inferiori una depressione appena percettibile, determinando un’aspirazione che può essere amplificata da ventilatori o caminetti.

favorisce l’ingresso di tale gas (effetto vento).

Un recente studio [Iskandar D. et al. 2004] ha permesso di calcolare il potere di emanazione del radon in funzione della temperatura nei suoli saturi e umidi per mezzo della seguente formula:

(

)

valida per un range di temperatura compreso tra –20 e 45°C, dove ε rappresenta il potere di emanazione misurato (%), T è la temperatura del suolo (°C ), εc è il potere di emanazione

calcolato (%) alla temperatura di interesse (Tc).

Il radon presente nell’aria del terreno, a causa del gradiente di pressione e di temperatura viene “aspirato” nell’edificio dove vi rimarrà in funzione del livello di ricambio d’aria che caratterizza quest’ultimo.

Le cause della messa in depressione dell’edificio sono molteplici:

• la ventilazione naturale (estrazione termica), dovuta ai difetti di tenuta del rivestimento, è sempre presente in un edificio;

• la ventilazione meccanica controllata (WMC) corrisponde ad una ventilazione a flusso semplice per estrazione; in tal caso la depressione nell’edificio è più forte della ventilazione naturale;

• il funzionamento di apparecchi collegati che generano ricircoli d’aria (caldaia a gas, acqua calda sanitaria) o di caminetti, contribuiscono ad accentuare l’aspirazione di gas dal suolo.

Alcune case poggiano su un basamento e, in genere, prima che questo venga messo a dimora, si riempie lo scavo con ghiaia e roccia, materiali possibili emettitori di radon; se il basamento ha un pavimento di terra battuta, il radon può penetrare più facilmente; se il pavimento è di cemento, il radon penetra attraverso le microfratture che si formano col tempo, lungo le tubazioni, e attraverso le giunture tra i muri [Moroni M., 2001] (Figura 2.9). Schematizzando, possiamo evidenziare oltre al suolo e sottosuolo, la cui importanza è già stata sottolineata, altre importanti vie di immissione del radon indoor: materiali edilizi e acque potabili.