Datorită confidenţialităţii rezultatelor, cât şi cererii de piaţă din România pentru soluţiile de remediere, ca urmare a legislaţiei în vigoare, în rapoartele şi rezultatele prezentate pe website NU s-au putut prezenta publicului rezultatele din cadrul proceselor tehnologice, care fac obiectul cererilor de brevet depuse spre evaluare la OSIM.

TRANSFERUL TEHNOLOGIC al rezultatelor din cadrul proiectului s-a realizat prin constituirea primului spin-off SC RadonControl SA cu participarea Universităţii Babeş-Bolyai https://radoncontrol.ro.

Determinarea concentraţiei de radon prin metoda pasivă în cele 1000 de case

În cadrul proiectului de faţă, în scopul determinării concentraţiei de radon rezidenţial prin metoda pasivă au fost monitorizate 1000 de case din cele 5 oraşe ţintă (Cluj-Napoca, Bucureşti, Iaşi, Timişoara şi Sibiu). În acest sens, detectori de urme de tip CR-39 au fost amplasaţi în cele mai utilizate două camere (adesea dorimitor şi living) din fiecare casă. Măsurătorile au fost efectuate în două campanii succesive a câte 6 luni fiecare. O statistică descriptivă a rezultatelor obţinute în urma celor două campanii de monitorizare a concentraţiei de radon în interiorul celor 1000 de case investigate sunt prezentate în tabelul I.

Media concentraţiei anuale pentru activitatea concentraţiei de radon rezidenţial în casele investigate este de 139 Bq/m3, valoare apropiată celei raportate (126 Bq/m³) de Cosma et al. (2013) în urma a 864 de măsurători efectuate preponderent în Transilvania. În cazul celor 5 zone metropolitane incluse în proiectul de faţă, media aritmetică prezintă o valoare maximă (150 Bq/m³) pentru Cluj, fiind urmat de Iaşi cu media aritmetică a concentraţiei de activitate de radon de 148 Bq/m3. Pe ultima poziţie se regăseşte Sibiu, pentru care media este de 121 Bq/m³, valoarea maximă înregistrată (480 Bq/m³) fiind aprox. jumătate din cele obţinute în Bucureşti, Cluj sau Iaşi. În cadrul studiului efectuat de Cosma et al. (2013) a fost determinat şi procentul caselor cu valorii superioare celei de 400 Bq/m³, fiind raportat un procent de 5% pentru judeţul Cluj. Aceeaşi valoare a fost înregistrată şi în studiul de faţă pentru zona metropolitană Cluj, 5% din casele investigate fiind superioare concentraţiei de 400 Bq/m3, respectiv 13% celei de 300 Bq/m³. Cu toate acestea, în termeni de medie geometrică, valoarea calculată în studiul de faţă (105 Bq/m³) pentru Cluj-Napoca este cu aproximativ 30% mai mare decât cea prezentată în studiul anterior (76 Bq/m³). Procentul caselor care prezintă concentraţii mai mari decât pragul de 300 Bq/m³, ca valoare medie pentru toate încăperile monitorizate în cadrul celor două campanii de masurători efectuate este de 9%, reprezentând în total un număr de 90 de case.

Ulterior, din baza de date astfel creată, s-au selecţionat 100 de case cu valoarea concentraţiei de radon la nivelul unei camere investigate mai mare decât pragul de 300 Bq/m³.

Prin determinarea coeficientului de corelaţie dintre concentraţia de activitate de radon rezidenţial obţinută în camera 1, respectiv 2 s-a obţinut o valoare semnificativă statistic (r = 0.80, n = 973, p < 0.001). Cu toate acestea, prin aplicarea testului statistic t pentru eşantioane pereche s-a obţinut o diferenţă semnificativă statistic între mediile concentraţiilor logaritmate pentru activitatea de radon rezidenţial în camera 1 vs. 2. O posibilă explicaţie ar fi faptul că o parte importantă din casele investigate sunt proiectate pe două niveluri, camera 2 fiind, în general, situată la etaj. De asemenea, s-a urmărit evaluarea comparativă a rezultatelor furnizate de cele două campanii de măsurători. Au fost luate în considerare doar acele încăperi în care, în ambele campanii, au fost obţinute valori ale concentraţiei de activitate de radon superioare limitei de detecţie de 5 Bq/m³. Media aritmetică a tuturor valorilor analizate pentru campania I a fost de 144 Bq/m³, fiind similară celei din campania II (141 Bq/m³), care coincide cu cea anuală. Analiza de corelaţie a condus la un coeficient de corelaţie Pearson de 0.81 (n = 1714, p < 0.001) între rezultatele furnizate de cele două campanii. Această valoare, alături de faptul că testul t pentru eşantioane pereche a indicat absenţa unei diferenţe semnificative statistic între mediile calculate cu valorile logaritmate obţinute în cele două campanii, sugerează faptul că o campanie de măsurători de aprox. 6 luni poate furniza o valoare comparabilă celei anuale.

Reprezentarea sub formă de hărţi a concentraţiei de radon rezidenţial în cele 1000 de case

Pentru realizarea hărţilor au fost respectate condiţiile de redare în format Lambert - GISCO. Pentru conversia coordonatelor din sistem zecimal în sistem Lambert - GISCO s-a utilizat documentul furnizat de Centru Comun de Cercetare (Joint Research Center) din cadrul Comisiei Europene. Pentru creşterea rezoluţiei hărţii, rezultatele au fost redate şi în celule cu aria de 1 km2. Rezultatele obţinute la nivelul oraşelor aflate în studiu folosind atât celule cu aria de 10 x 10 km², cât şi 1 x 1 km² sunt redate mai jos.

Concentraţiile medii anuale de radon au fost integrate şi în cadrul aplicaţiei web (http://app.smartradon.ro) şi aplicaţiei mobile Smart Radon, disponibilă în Google Play sau AppStore, fiind redate într-o manieră interactivă la o rezoluţie de 1 x 1, 5 x 5 sau 10 x 10 km².

Aparatul este un sistem inovativ integrat pentru monitorizarea, controlul şi remedierea calității aerului din clădiri. Prin utilizarea aparatului ICA se poate face o radiografie complexă a principalilor poluatori ambientali din locuințe și se pot implementa servicii de prevenție și intervenție de mediu: (1) radonul (cu impact, peste pragul critic, în inducerea cancerului/bolilor respiratorii etc.); (2) compuși organici volatili (cu impact, peste pragul critic, asupra sistemului respiratoriu, sistemului nervos și a sistemului de reproducere etc.); (3) monoxidul de carbon (cu impact letal, peste pragul critic); (4) dioxidul de carbon (cu impact negativ asupra stării de sănătate, peste pragul critic); (5) alți parametri de mediu, precum presiunea, umiditatea și temperatura. Parametrii pot fi vizualizaţi și în timp real, online, prin intermediul calculatorului sau telefonului mobil și se pot stabili praguri critice de alertă. Pornirea sistemului de remediere se realizează în mod automat, cu ajutorul unor relee din placa de bază a sistemului de monitorizare. Așadar, aparatul practic controlează ventilația încăperii în care se află și unde se fac măsurătorile, în cazul în care calitatea aerului scade sub un prag setat.

Sistemul prototip ICA a fost verificat, testat şi autorizat prin Certificatul de conformitate Nr. 823/08.08.2018 emis de către OICPE - Organism Independent pentru certificarea produselor electrice, care atestă conformitatea prototipului din punct de vedere al respectării normelor tehnice naţionale şi internaţionale, precum şi a normelor de asigurare a siguranţei în utilizare de către persoanele din clădirile unde se instalează. De asemenea, s-au aplicat testări de performanţă în cadrul unui institut european de verificare metrologică pentru etalonarea şi validarea internaţională a prototipului şi s-a iniţiat obţinerea brevetului de invenţie. O descriere detaliată a arhitecturii care stă la baza funcţionalităţii aparatului ICA, precum şi a validării sistemului şi verificării senzorilor poate fi găsită în cadrul jurnalului cu vizibilitate internaţională Romanian Journal of Physics (http://www.nipne.ro/rjp/2020_65_1-2/RomJPhys.65.803.pdf).

Inventarul poluanților măsuraţi în cadrul măsurătorilor experimentale la 100 de case participante la proiect din oraşele Cluj-Napoca, Bucureşti, Iaşi, Sibiu şi Timişoara s-a realizat cu scopul de a obține date inițiale pentru:

• evaluarea impactului emisiilor poluante asupra mediului interior (aer) din clădirile rezidenţiale studiate, localizate în marile aglomerări urbane din România;
• planificarea activității de protecție a ocupanţilor clădirii şi de diminuare a riscurilor asupra sănătăţii prin dezvoltarea şi aplicarea soluţiilor de remediere cu impact arhitectural minim.

Screening-ul pentru identificarea surselor de radon în cele 100 de case selectate

Analiza statistică a rezultatelor experimentale obţinute la cele 100 de case urmăreşte atât stabilirea unei corelaţii între parametrii investigaţi, cât şi prezentarea descriptivă a rezultatelor obţinute. În acest sens, concentraţia de radon rezidenţial a fost evaluată atât prin intermediul metodei active, utilizând un aparat de referinţă din dotarea laboratorului LiRaCC, cât şi prin metoda pasivă, prin intermediul detectorilor de urme CR-39. Statistica privind concentraţia de radon, evaluată prin metoda activă, funcţie de oraşul în care s-au efectuat măsurătorile este prezentată în tabelul II.

După cum se poate observa în tabelul II, media aritmetică a tuturor măsurătorilor privind concentraţia de radon rezidenţial este de 520 Bq/m³, fiind de aproximativ 5 ori mai mare decât media aritmetică raportată pentru România (Cosma et al., 2008). Acest lucru este explicabil, ţinând cont de faptul că selecţia celor 100 de case în proiectul de faţă a avut ca principal criteriu o concentraţie de radon superioară pragului de 300 Bq/m³.

Diagnosticul cu privire la identificarea sursei de radon a presupus atât determinarea ratei de exhalaţie din podea, cât şi identificarea fisurilor prin care radonul se poate infiltra din sol în aerul de interior. Rata de exhalaţie a fost sub limita de detecţie (9 Bq/m²/h) în 33 din cele 100 de case investigate. În restul caselor, rata de exhalaţie a prezentat o variaţie extrem de ridicată cu limite cuprinse între 10 şi 358 Bq/m²/h şi o medie aritmetică de 47 Bq/m²/h. În 4 din cele 6 case în care rata de exhalaţie este superioară valorii de 100 Bq/m²/h, podeaua de lemn este amplasată direct pe pământ sau zgură, fără existenţa unui strat de beton sub podea.

Din perspectiva fisurilor şi crăpăturilor ca principale căi de acces ale radonului din sol în aerul de interior s-a ţinut cont doar de acele situaţii în care valoarea măsurată a fost superioară pragului de 1 kBq/m³. În acest sens, în 12 case datorită tipului de podea (gresie, parchet laminat) sau prezenţei stratului de beton sub podea nu au fost identificate fisuri pentru care această valoare să fie depăşită. Pentru restul de 88 de case au fost identificate între 1 şi 18 fisuri cu o medie aritmetică de 7 fisuri pe casă. Ca şi valoare maximă de radon măsurată la nivelul fisurilor variaţia este extrem de ridicată de la casă la casă, aceasta fiind cuprinsă între 1 şi 27 kBq/m³. Nu s-a observat nicio corelaţie semnificativă statistic (r = 0.1, n = 66) între rata de exhalaţie la nivelul podelei şi concentraţia maximă de radon masurată la nivel de fisuri.

Din perspectiva indexului de radon, respectiv potenţialului de radon în sol din cele 100 de case doar în una singură nu s-au putut efectua măsurători în sol datorită prezenţei apei la o adâncime de aproximativ 50 de cm.

Pentru calcularea potenţialului de radon s-a luat în considerare cvartila de 75% (Q3) privind concentraţia de radon din sol. Astfel, valoarea calculată pentru Q3 a fost cuprinsă între 6 şi 97 kBq/m³ cu o medie aritmetică de 39 kBq/m³. Potenţialul de radon calculat pe marginea cvartilei 3 a concentraţiei de radon în sol şi permeabilitate a indicat valori cuprinse între 1 şi 133, cu o medie aritmetică de 33. Valori ale potenţialului de radon < 10 indică un index scăzut, între 11 şi 34 mediu, iar > 35 un index ridicat. Din cele 100 de case, pentru 4 indexul de radon este scăzut, 62 este mediu, iar pentru 33 este ridicat.

În tabelul III este redată concentraţia de activitate de radon rezidenţial, monitorizată prin metoda activă funcţie de indexul de radon din sol.

După cum reiese din tabelul III, deşi în calcul indexului de radon se ţine cont atât de concentraţia de radon în sol, cât şi permeabilitate, acest index nu poate fi un surogat al măsurătorilor de radon în interior. Acest lucru este confirmat şi prin aplicarea testului χ2 care indică că nu există o dependenţă semnificativă statistic între indexul de radon şi concentraţia de radon rezidenţial (p > 0.05). Determinarea coeficientului de corelaţie Pearson a indicat absenţa vreunei corelaţii semnificative statistic între concentraţia de radon de interior determinată activ sau pasiv şi parametri precum exhalaţia de radon din podea, concentraţia de radon din fisuri, concentraţia de radon din sol, potenţialul sau indexul de radon din sol. S-a înregistrat o corelaţie slabă între concentraţia de radon rezidenţial şi temperatură (r = -0.24), respectiv umiditate (r = 0.3). O corelaţie slabă a fost identificată şi între concentraţia de radon rezidenţial şi concentraţia de CO₂ (r = 0.3).

Măsurători privind calitatea aerului de interior în cele 100 de case selectate

Concentraţia de CO₂ prezintă o medie aritmetică de 1205 ppm cu limite cuprinse între 432 şi 3375 ppm. Similar distribuţiei concentraţiei de radon în interiorul locuinţei şi concentraţia de CO₂ prezintă o distribuţie log-normală.

Monoxidul de carbon a fost regăsit în 10 din cele 100 de case monitorizate, concentraţia medie fiind de 1.1 ppm cu limite cuprinse între 0.1 şi 6 ppm. Cel mai probabil prezenţa monoxidului de carbon poate fi atribuită tipului de încălzire utilizat pe timpul sezonului rece.

Compuşii organici volatili (COV) sunt redaţi sub formă de total compuşi, media aritmetică fiind de 35 μg/m³ cu limite cuprinse între 5 şi 216 μg/m³. Deoarece în România nu sunt reglementate norme privind concentraţiile compuşilor organici volatili şi carbonilici în aerul de interior, s-a făcut referire la valorile recomandate în alte ţări. Astfel, pentru COV reglementările din Germania recomandă o valoare inferioară celei de 200 – 300 μg/m³. În cazul caselor monitorizate în proiectul de faţă, într-o singură casă s-a depăşit pragul de 200 μg/m³.

Pentru compuşii carbonilici, valoarea totală este cuprinsă între 94 şi 1735 μg/m³. Formaldehida a fost identificată în toate cele 100 de case cu limite cuprinse între 25 şi 332 μg/m3, media aritmetică fiind de 111 μg/m³. Ţinând cont de valoarea prag recomandată în Germania (100 μg/m³) pentru formaldehidă, 55 case depăşesc această valoare. Nu s-a putut trasa o dependenţă între totalul compuşilor carbonilici sau formaldehidă şi compuşii organici volatili aspect care sugerează provenienţa din surse diferite. Distribuţia compuşilor organici volatili, respectiv carbonilici este de tip log-normal, aspect confirmat prin aplicarea testului D’Agostino-Pearson pe datele log-transformate (p > 0.05).

Pentru cele 100 de case, o corelaţie slabă a fost înregistrată între concentraţia de CO₂ şi valorile logaritmate pentru formaldehidă (r = 0.29), respectiv compuşi organici volatili (r =0.33). O corelaţie moderată a fost obţinută între concentraţia de CO₂ şi compuşii carbonilici (r = 0.5). Aceste rezultate pot fi explicate prin intermediul ratei de aerisire, ţinând cont că o aerisire precară va conduce atât la o acumulare a concentraţiei de CO₂, cât şi de compuşi organici, chiar dacă sursele de provenienţă sunt diferite.

Eficienţa energetică pentru cele 100 de case

Din perspectiva clasei energetice, pentru 4 case au fost emise adeverinţe ţinând cont de suprafaţa casei, iar pentru o casă proprietarii nu au dorit certificat energetic. Pentru restul de 95 de case, doar două au fost clasificate la categoria A, 40 au primit categoria B, 46 categoria C, 5 categoria D, iar două au fost certificate în categoria E. Din perspectiva consumului anual total specific de energie media aritmetică este de 215 kWh/m² cu limite cuprinse între 111 şi 500 kWh/m².

Având în vedere tipologia diferită a clădirilor, acțiunile de remediere întreprinse trebuie să fie personalizate pentru a răspunde nevoilor de sănătate și confort ale rezidenților. Aceste acţiuni reprezintă o necesitate legislativă, ca urmare a aplicării Directivei 2013 59/ EURATOM şi a legislaţiei naţionale transpusă de CNCAN începând cu anul 2018, şi vor conduce la îmbunătăţirea sănătăţii populaţiei pe termen lung şi reducerea riscului de cancer pulmonar în România.

Planurile de remediere trebuie concepute de un grup de interdisciplinar format din experți în radon, ingineri în construcții civile și ingineri de sisteme de ventilație. Fiecare sistem va fi inovator, eficient din punct de vedere energetic, rentabil și minim invaziv asupra structurii clădirii și confortul locuitorilor.

Lucrările de remediere includ tehnici bazate pe depresurizarea solului de sub clădire (SSD), membrană anti-radon, extractor, ventilația simplă și ventilația de recuperare a căldurii. Sistemul de remediere include sistemul ICA de monitorizare în timp real (Tunyagi et al. 2020) dezvoltat de către Universitatea Babeş-Bolyai în cadrul proiectului de faţă, care declanşează ventilația mecanică atunci când/dacă se depășește un prag prestabilit de poluanți de interior şi acţionează în vederea reducerii poluării până la atingerea unei concentraţii de poluanţi confortabile pentru starea de sănătate a ocupanţilor unei clădiri.

La 10 case participante la proiect s-au instalat şi validat soluţiile INTEGRATE pentru controlul şi remedierea radonului şi calităţii aerului interior, ca obiectiv principal asumat în cadrul proiectului SMART_RAD_EN.

Principalele soluţii de remediere utilizate pentru reabilitarea clădirilor în vederea protecției la radon sunt următoarele:

1. Sistem de depresurizare mecanică sub pardoseală sau placa de beton a fundației

Sistemul constă în tuburi/ţevi de aerisire din PVC flexibile și perforate, plasate într-un strat permeabil sub pardoseală sau placa de beton a fundației (dacă aceasta există). Pentru a menține un impact scăzut asupra structurii clădirii şi a ocupanţilor acesteia, conductele de aerisire sunt introduse prin foraj sub podeaua încăperilor vizate, din exteriorul clădirii sau din pivniță. Ori de câte ori această opțiune nu este aplicabilă, lucrările de remediere sunt realizate din interiorul clădirii, însă astfel încât să deranjeze doar o cameră, din care se creează o rețea de conducte care să acopere cât mai multe încăperi din jur. Dacă amprenta clădirii este prea mare pentru un singur ventilator, se apelează la măsuri suplimentare. Toate conductele de aerisire flexibile sunt conectate la o conductă de etanșare din PVC prevăzută, la capătul exterior, cu un ventilator de evacuare. O atenție specială trebuie acordată poziţionării şi înclinării conductelor etanșe pentru a evita acumularea de apă de condensare din sol. Aerul care conține radon este extras prin aceste rețele de conducte și eliberat în exteriorul clădirii, cât mai departe de ferestre și uși, spre a se evita şi preîntâmpina acumularea acestuia în interiorul clădirii.

2. Sistem de ventilație centralizat cu recuperare de căldură

Acest sistem se pretează pentru clădirile în care fundația este prevăzută cu placă de beton. În acest caz, lucrările de remediere sunt orientate către mediul interior.

Sistemul a fost dedicat, proiectat şi implementat în România în cadrul unor clădiri rezidenţiale – case unifamiliare. Calitatea aerului interior este astfel controlată printr-o ventilație mecanică echilibrată cu recuperare de căldură, echipată cu invertor de căldură care introduce aer proaspăt în camerele de zi și dormitoare și evacuează aerul poluat prin baie sau bucătărie. Soluția trebuie să includă și etanșarea punctelor de intrare a radonului identificate în timpul diagnosticului detaliat al clădirii.

3. Sistem de ventilație descentralizat cu recuperare de căldură

Această soluţie reprezintă cea mai rapidă și cel mai puțin invazivă metodă de remediere, durata de instalare necesară fiind de câteva ore. Sistemul a fost proiectat şi implementat în România în cadrul unor clădiri rezidenţiale – case unifamiliare. Pe de altă parte, acest tip de ansamblu de remediere se recomandă spatiilor mici sub 200 m2, un ventilator putând filtra un volum limitat de aer. Soluția de remediere presupune o ventilație mecanică echilibrată cu un invertor de căldură care introduce aer curat în zonele de locuit și îl îndepărtează pe aceeași cale. Aerul interior poluat fiind evacuat în mediul exterior, oferind căldură aerului proaspăt introdus din exterior. Fluxul de aer de intrare / ieșire se face cu ajutorul grilelor de aerisire.

Înainte de implementarea soluţiilor de remediere, rezultatele obţinute în cele 10 case selectate indică o concentraţiei medie anuală de radon de 512 Bq/m3, cu limite cuprinse între 224 şi 1221 Bq/m3. Concentraţiile obţinute după aplicarea sistemelor de remediere sunt cuprinse între 23 şi 294 Bq/m3 cu o medie de 149 Bq/m3. În figura 8 este redată situaţia înainte şi după remediere pentru cele 10 case din perspectiva concentraţiei de radon.

Pentru determinarea dozei efective anuale, s-a luat în considerare un factor de ocupanţă de 0.8, respectiv un factor de echilibru de 0.4. În plus, pentru determinarea dozei efective anuale pentru toţi ocupanţii unei case s-au estimat 3 membri per casă. Valorile teoretice calculate sunt prezentate în tabelul I.

Se poate constata o reducere a dozei efective anuale colective cu 273 mSv, care echivalează cu un total de 12.89 ani câştigaţi prin evitarea cazurilor de cancer pulmonar induse de radon.