建筑材料对室内氡浓度贡献的理论模型研究：传统简化方法的低估风险

本研究针对建筑材料对室内氡(Rn)浓度贡献评估的模型偏差问题，通过对比传统简化模型(1.b)与精确模型(1.a/2.a)的计算结果，发现对于外围墙体（特别是高渗透性材料或存在压力梯度时），简化模型会导致高达50%的室内氡浓度低估。该研究为建筑防氡设计提供了关键理论依据，对实现WHO建议的100 Bq m-3参考值具有重要指导意义。

　　

在人类面临的天然辐射暴露中，氡(Rn)这种无色无味的放射性气体贡献了近一半的剂量。作为世界卫生组织认定的I类致癌物，氡暴露与肺癌发病率的关联已得到广泛证实。特别值得注意的是，现代节能建筑因换气率降低，使得建筑材料释放的氡在室内累积问题愈发突出。虽然土壤历来被认为是底层建筑的主要氡源，但最新研究表明，在高层建筑中，建筑材料可能成为主导性氡源，甚至导致室内浓度超过WHO推荐的100 Bq m^-3安全阈值。

传统评估方法采用简化模型(1.b)计算建筑材料氡析出率，该模型假设墙体两侧氡浓度相同且仅考虑扩散传输。然而实际建筑环境中，压力梯度驱动的对流传输（advective transport）和材料渗透性差异等因素可能显著影响氡迁移。这种理论与现实的脱节，使得准确评估建筑材料贡献面临巨大挑战。

针对这一关键问题，意大利国家卫生研究院（Istituto Superiore di Sanità）辐射防护与计算物理国家中心的研究团队开展了系统性研究。通过建立UNSCEAR标准参考房间模型，对比分析简化模型与精确模型在不同建筑参数下的计算结果，揭示了传统评估方法存在的潜在风险。相关成果发表在《Scientific Reports》期刊，为建筑防氡设计提供了重要理论支撑。

研究采用三种数学模型对比分析：仅考虑扩散传输的固定边界模型(1.a)、简化扩散模型(1.b)以及同时考虑扩散和对流传输的复合模型(2.a)。通过参数化分析建筑材料特性（氡扩散长度、空气渗透率、厚度）和环境因素（压力梯度），结合UNSCEAR积累模型计算室内氡浓度。参考房间设置为10m×10m×2.5m的标准尺寸，建筑材料参数基于砖块的典型值（扩散长度0.4m，渗透率50×10^-12 m²），并考虑不同楼层（地面层与上层）的压力梯度差异。

Solo-diffusive radon transport（仅扩散传输）

当压力梯度可忽略时（如隔墙），简化模型(1.b)会系统性高估氡析出率和室内浓度。对于扩散长度达10m的高孔隙材料（如加气混凝土），室内浓度高估可达15%。这种偏差随材料内氡产生率增加而加剧，在高层建筑中最大可导致40%的评估偏差。

Diffusive-advective radon transport（扩散-对流复合传输）

在外围墙体存在压力梯度（-5Pa）时，简化模型出现严重低估：对于高渗透性材料（>10^-12 m²），室内氡浓度低估达30%-45%；墙体厚度增加至1m时，低估程度可达50%。这种偏差源于简化模型忽略了压力梯度驱动的对流传输贡献。

研究结论表明，传统简化模型仅适用于特定条件：压力梯度可忽略的隔墙，或低渗透性材料（如普通混凝土）。对于外围墙体，特别是采用高渗透性材料（如砖块、砂岩）或存在显著压力梯度的建筑，必须采用复合传输模型(2.a)才能准确评估氡贡献。这一发现对建筑规范制定具有重要启示：历史建筑（厚墙体）和节能建筑（低换气率）需要特别关注氡风险评估。

该研究首次系统量化了建筑材料氡贡献评估中的模型偏差，为修订国际防护标准（如EU-BSS 2013/59/Euratom）提供了关键科学依据。未来研究需结合更多建筑材料实测数据和实际建筑压力场测量，进一步验证模型预测的准确性。这些发现将直接影响建筑材料的选用标准和防氡设计规范，对降低人群肺癌风险具有重要公共卫生意义。