Daken en de benedenwindse zijden van gebouwen in straatcanyons hebben de laagste niveaus van fijnstof tijdens een vervuilingsgebeurtenis met één bron, volgens onderzoekers van Penn State. De bevindingen hebben implicaties voor het verbeteren van evacuatieplannen tijdens het vrijkomen van vervuiling en voor het informeren van het ontwerp van het ventilatiesysteem van stedelijke gebouwen.

"Eerder onderzoek richtte zich op omgevingsvervuiling veroorzaakt door verkeer, " zei Jeremy Gernand, assistent-professor industriële gezondheid en veiligheid. "We hebben besloten om bronnen van vervuiling te onderzoeken vanuit een puntbron van fijnstof, zoals een chemische lekkage of een onbedoeld vrijkomen uit een fabriek."

De onderzoekers onderzochten een scenario voor het vrijkomen van verontreinigende stoffen om de veiligste locaties voor evacuatie en voor het bouwen van ontwerpelementen zoals luchtinlaten te evalueren. Dit is het eerste onderzoek naar een emissiegebeurtenis van een enkele bron in de buurt van een straatcanyon.

Het monitoren van de luchtkwaliteit in stedelijke gebieden kan erg belangrijk zijn vanwege de hoge bevolkingsdichtheid en het fijnstofgehalte. Straatcanyons, of plaatsen waar de straat aan weerszijden wordt begrensd door gebouwen, zijn belangrijke locaties voor het bestuderen van luchtverontreiniging omdat ze veel voorkomen in stedelijke gebieden.

deeltjes, vaak aangeduid als aerosolen, zijn fijne vaste stoffen of vloeibare druppeltjes gesuspendeerd in gas. Hoge concentraties in de atmosfeer kunnen bijdragen aan sterftecijfers, omdat blootstelling aan deze deeltjes kan verergeren of nadelige medische effecten kan veroorzaken. Fijnstof komt vrij uit verschillende natuurlijke of menselijke bronnen, zoals auto's, bouwplaatsen en stofstormen.

Onderzoekers van het Mining Ventilation Laboratory van Penn State creëerden een 3D miniatuurstraatcanyon in een windtunnel met schuimblokken om gebouwen te simuleren. Vier schuimblokken werden in een twee-bij-twee reeks geplaatst, gescheiden door gaten die dienst deden als straten.

Om ervoor te zorgen dat de luchtstroom in de windtunnel overeenkomt met realistische omstandigheden in een stedelijk gebied, onderzoekers moesten aanpassingen doen. Typisch, lucht in een windtunnel vertoont laminaire stroming, wat betekent dat het soepel in parallelle lagen stroomt zonder wervelingen of kruisstromen die de stroomrichting verstoren. Dit type stroming kan ideaal zijn voor het testen van mechanismen zoals vliegtuigvleugels in gesimuleerde lucht op grote hoogte.

Op lagere hoogten, echter, lucht gedraagt ​​zich heel anders. Dichtbij de grond, kleinere constructies zoals huizen en bomen en grotere gebouwen, zoals wolkenkrabbers, de vlotte luchtstroom onderbreken en turbulent maken, of onregelmatig en geagiteerd.

De onderzoekers gebruikten goedkope materialen zoals lego's en kartonnen torens om turbulente luchtstroom te creëren in een windtunnel gevuld met laminair stromende lucht.

Om een ​​enkele deeltjesemissiebron te simuleren, onderzoekers gebruikten water gegenereerd uit een ultrasone luchtbevochtiger. Omdat milieudeeltjes vaak bedekt zijn met water, de botsingen tussen waterdruppels in een windtunnelexperiment en botsingen tussen met water beklede deeltjes buiten kunnen erg op elkaar lijken, zei Gerard.

Om de gebieden in de straatkloof te vinden waar de deeltjesniveaus hun minimum- en maximumconcentraties bereikten, onderzoekers gebruikten de gegevens van het windtunnelexperiment om een ​​computermodel van het scenario te maken. Computersimulaties toonden aan dat de laagste deeltjesconcentraties zich op het dak en op benedenwindse gevels van gebouwen bevonden. Op ademniveau, de laagste concentraties werden gevonden aan de lijwaartse beschermde kant van het transversale kanaal van de array, de straat die loodrecht op de richting van de luchtstroom loopt.

De bevindingen hebben implicaties voor het verbeteren van evacuatieplannen en voor het informeren van het ontwerp van ventilatiesystemen. In het geval van een noodsituatie bij het vrijkomen van verontreiniging uit een centrale bron, voetgangers moeten worden geëvacueerd naar de lijzijde van de dwarsgeul. Voor installatie van nieuwe luchtinlaten, delen van daken die het verst verwijderd zijn van binnenkanalen, of wegen, van straatcanions dienen als de veiligste locatie, aldus de onderzoekers.

De onderzoekers rapporteerden hun bevindingen in het tijdschrift Luchtkwaliteit, Sfeer en gezondheid .

Echter, gezien de verscheidenheid aan mogelijke scenario's, deze bevindingen vormen slechts een algemene richtlijn en zullen baat hebben bij verder onderzoek, zei Gerard. Voortbouwend op de kosteneffectieve modelleringsaanpak die in deze studie is gebruikt, toekomstig onderzoek zal aanvullende mogelijkheden overwegen met als doel uitgebreidere veiligheidsaanbevelingen te geven.