Måling av svevestøvkonsentrasjoner (PM10) på forsøksfelt med aktiv asfalt i Innherredsveien i Trondheim i perioden 18. til 24. februar 2003.

Transkript

1 STF22 A339 Åpen RAPPORT Måling av svevestøvkonsentrasjoner (PM1) på forsøksfelt med aktiv asfalt i Innherredsveien i Trondheim i perioden 18. til 24. februar 23. Einar Værnes SINTEF Bygg og miljø Veg og samferdsel April 23

2 SINTEF RAPPORT TITTEL SINTEF Bygg og miljø Veg og samferdsel Postadresse: 7465 Trondheim Besøksadresse: Klæbuveien 153 Telefon: Telefaks: Foretaksregisteret: NO MVA Måling av svevestøvkonsentrasjoner (PM 1 ) på forsøksfelt med aktiv asfalt i Innherredsveien i Trondheim i perioden 18. til 24. februar 23. FORFATTER(E) Einar Værnes OPPDRAGSGIVER(E) Statens vegvesen Sør-Trøndelag RAPPORTNR. GRADERING OPPDRAGSGIVERS REF. STF22 A3314 Åpen Hans D. Skjelbred GRADER. DENNE SIDE ISBN PROSJEKTNR. ANTALL SIDER OG BILAG / 1 ELEKTRONISK ARKIVKODE PROSJEKTLEDER (NAVN, SIGN.) VERIFISERT AV (NAVN, SIGN.) Rapport_nummer_2.doc Einar Værnes Leif Bakløkk ARKIVKODE DATO GODKJENT AV (NAVN, STILLING, SIGN.) Tore Knudsen SAMMENDRAG I perioden 18. til 24. februar 23 er svevestøvkonsentrasjonen (PM 1 ) på to felt med aktiv asfalt (A1 og A2) målt og sammenliknet med et referansefelt. Målingene på felt A1 viser på to av måledagene ingen signifikant forskjell fra referansen, den tredje måledagen var det 168 ± 16% av svevestøvkonsentrasjonen på referansefeltet. På målefelt A2 er det målt vesentlig mindre støv enn på referansefeltet, henholdsvis 56 ± 3% og 79 ± 7% de to måledagene. Målingene viser at for hver måledag kan forholdsfaktoren mellom PM 1 på et felt med aktiv asfalt og referansefeltet bestemmes med ganske stor statistisk sikkerhet. Det er likevel variasjoner mellom måledagene som er vesentlig større enn signifikansområdet for de enkelte dagene. På felt A1 er det målt litt mer støv enn på referansefeltet. Felt A2 har signifikant mindre støv enn referansefeltet, men dette kan også komme av en lavere kjørehastighet inn på feltet og større gatebredde å fordele støvet over. Det ser ikke ut som om aktiv asfalt kan ha noen stor effekt på støvnivået, vi kan imidlertid ikke utelukke en mindre effekt. STIKKORD NORSK ENGELSK GRUPPE 1 Miljø, Vegteknikk Environment, Highway engineering G3RUPPE 2 Asfalt Asphalt EGENVALGTE Svevestøv Road dust 9

3 2 INNHOLDSFORTEGNELSE 1 Bakgrunn 3 2 Valg av støvmålere Kalibrering av GRIMM- støvmålere Vindmålere 6 5 Målinger 6 6 Måleresultater Resultater fra 18. februar Resultater fra 19. februar Resultater fra 2. februar Resultater fra 21. februar Resultater fra 24. februar Beregninger 12 8 Vurderinger og konklusjoner Referanser 19 1 VEDLEGG 2

4 3 1 Bakgrunn SINTEF utførte vinteren støvmålinger på en forsøkstrekning med aktiv asfalt i Innherredsveien i Trondheim. Formålet var å undersøke om det kunne påvises en støvdempende effekt av denne asfalttypen. Undersøkelsen er rapportert i (1). På grunn av spesielt fuktig vær vinteren 21/22 var det vanskelig å få nok målinger for å kunne si noe sikkert om støvkonsentrasjonene. I tillegg var det vanskeligheter med kalibreringen av støvmålerne. Det ble derfor vedtatt å fortsette forsøkene vinteren I tillegg til våre målinger har professor em. R. S. Sigmond ved Inst. for Fysikk, NTNU gjort noen teoretiske betraktninger omkring emnet. Disse er lagt ved rapporten som bilag 1. 2 Valg av støvmålere Da prosjektet startet ble det kjøpt inn to DustTrak Aerosol Monitor Model 852 støvmålere med værbestandige kofferter for å måle PM 1 på forsøksfeltene. Disse ble benyttet vinteren 21/22. I starten av piggdekksesongen høsten 22 ble det gjort målinger i Helltunnelen med begge målerne. Disse målingene pågikk sammenhengende i over en måned. De to målerne var plassert tett sammen på en slik måte at de skulle utsettes for den samme støveksponeringen. Det viste seg likevel å være store variasjoner i samtidige målinger med de to målerne. Figur 1 viser forholdet mellom samtidige målinger (døgnmiddel) med de to støvmålerne. Forholdet varierte mellom 1,9 og,63. Disse målingene er rapportert i (2) Forhold mellom målinger gjort med Dusttrak og Figuren viser døgnmiddel beregnet ut fra målinger hvert minutt Forhold: nr / nr Dato Figur 1 Forholdet mellom samtidige målinger (døgnmiddel) foretatt med de to DustTrak-målerne Når vi skal sammenlikne prøvefeltene i Innherredsveien for å se om de har forskjellig svevestøvkonsentrasjon er vi avhengige av at målerne er stabile og kalibrert i forhold til hverandre. Målingene i Hell-tunnelen viste at DustTrak-målerne ikke var stabile nok under feltforhold til at vi kunne bruke dem i Innherredsveien. Vi fikk derfor låne to målere av type GRIMM Modell 1.15 fra Avdeling for miljørettet helsevern i Oslo kommune. Disse målerne er beregnet på bruk under feltforhold, og har

5 4 forvarming av analyselufta slik at de er godt egnet til å måle svevestøv under kalde og fuktige forhold. Ut fra merking på disse målerne kalles de heretter GRIMM_6 og GRIMM_7. Trondheim Kommune har en GRIMM Modell 1.17 som vi også lånte noen dager, heretter angitt som GRIMM_TK. 3 Kalibrering av GRIMM- støvmålere Måler GRIMM_6 og GRIMM _7 ble satt ut på taket av Bedre Bylufts målebrakke i Elgeseter gate for sammenlikningsmålinger og for kalibrering mot Bedre Bylufts TEOM-måler, se figur 2. Dette ble gjort i tre perioder. Første periode var fra 3. januar kl. 13: til 3. februar kl. 14:. Det viste seg at TEOMmåleren hadde vært ute av drift i dette tidsrommet, nye målinger ble derfor foretatt 5. februar kl.11: til 1. februar kl. 9: Den siste kalibreringen ble foretatt etter at målingene i Innherredsveien var avsluttet. Vi hadde i mellomtida også fått tilgang på måler GRIMM_TK, slik at også denne kunne sammenliknes med de to andre. Den tredje kalibreringsmålingen ble utført 24. februar kl.2: til 25. februar kl. 7:. Måleresultatene er vist i figur 3. Fra de to første måleseriene ser vi at GRIMMmålerne viser veldig bra samsvar i PM 1 store deler av måleperiodene, men i enkelte perioder ligger GRIMM_6 litt høyere enn GRIMM_7. I den tredje måleperioden viser GRIMM_7 noe høyere verdier enn GRIMM_6. Sammenlikningen med TEOM i den midterste måleserien viser at den første halvdelen av måleperioden viser TEOM mye høyere PM 1 - nivå enn GRIMM-målerne, den andre halvdelen av perioden synes det å være godt samsvar mellom TEOM og GRIMM. Figur 2 Kalibrering av støvmåler GRIMM_6 og GRIMM_7 mot Bedre Bylufts TEOM-måler. Den siste måleserien ble først og fremst foretatt for å kalibrere GRIMM_TK opp mot de to andre GRIMM-målerne. Det viste seg at GRIMM_TK målte helt urealistiske PM 1 -verdier på mellom 11 og 22 µg/m 3. I figur 3 er PM 1 -nivået for GRIMM_TK plottet mot høyreyakse. Vi har derfor valgt å forkaste målingene som ble gjort med GRIMM_TK i Innherredsveien. Ut fra kalibreringsmålingene har vi ved ortogonal regresjon funnet sammenhenger mellom målinger med GRIMM-målerne til å være gitt ved: GRIMM_6 =,916 * GRIMM_7 1,349 Korrelasjonskoeffisienten er på R =,989, se figur 4.

6 5 PM1 (µg/m³) GRIMM_7 GRIMM_6 3.jan : 31.jan : 1.feb : Tid 2.feb : 3.feb : 4.feb : PM1 (µg/m³) GRIMM_7 GRIMM_6 TEOM 5.feb : 6.feb : 7.feb : 8.feb : 9.feb : Tid 1.feb : 11.feb : PM1 (µg/m³) GRIMM_7 GRIMM_6 GRIMM_TK PM1 (µg/m³) for GRIMM_TK 24.feb 18: 25.feb : Tid 25.feb 6: 25.feb 12: Figur 3 Resultater fra kalibreringsmålingene PM1 (µg/m³) målt med GRIMM Regresjon: GRIMM_6 =.916 * GRIMM_ Korrelasjonskoeffisient: R =.994 Ortogonal regresjonslinje PM 1 (µg/m³) målt med GRIMM 7 Figur 4 Beregning av kalibreringskurve og korrelasjon mellom GRIMM-målerne ut fra samtidige timeverdier

7 6 4 Vindmålere For å få oversikt over vindforholdene under målingene i Innherredsveien ble det anskaffet en værstasjon av type La Crosse Technology WS23 for hver støvmåler. De måler vindhastighet med en oppløsning på,1 m/s og vindretning med en oppløsning på 22,5. Lufttemperatur og relativ fuktighet blir også registrert. 5 Målinger Målestrekningen ligger i Innherredsveien i Trondheim. Den består av to felt med aktiv asfalt med et referansefelt i mellom. Alle feltene er på ca 1 meter. Feltet nærmest Trondheim sentrum benevnes heretter som A1, feltet lengst fra sentrum A2. Referansefeltet benevnes Ref. Målerne ble satt ut i Innherredsveien i fem perioder i tiden 18. til 24. februar. Figur 5 viser hvor på prøvestrekningen støvmålerne ble plassert. Tabell 1 viser måletidsrom og plasseringen av målerne de forskjellige dagene. Figur 5 Prøvestrekningens plassering i Innherredsveien. Pilene viser hvor støvmålere var montert. Tabell 1 Måletidsrom og plassering av målerne Dato Vegside (sett Fra kl. Til kl. (feb. 23) fra sentrum) GRIMM 6 GRIMM :55 19:32 Venstre Ref. A :38 16:56 Venstre A1 Ref :29 19:3 Høyre A1 Ref :9 17:17 Venstre Ref. A :24 18:14 Venstre A2 Ref. GRIMM-målerne logget midlere PM 1 hvert minutt. Det ble byttet på hvilke målere som ble benyttet på de enkelte felt, slik at eventuelle unøyaktigheter i kalibreringen skulle få mindre betydning for resultatene. De fleste dagene ble det målt på venstre side av vegen (øverst på figur 5). Det var flere grunner til at denne siden ble valgt. Det var et rekkverk der som beskyttet målerne mot trafikken. Utstyret kunne også lenkes fast til rekkverket. Det var videre mer jevn avstand ut til trafikken enn på høyre side, der spesielt felt A2 ikke var egnet for målinger på grunn av ei stor busslomme. På felt A1 var det dessuten satt opp et stillas som gjorde fortauet smalt på høyre vegside. Natten før første måledag ble gata feil med feiebil. Det ble gjort avtale med Trondheim Bydrift om at feltene ikke skulle feies eller saltes under måleperioden. Så vidt vi kjenner til ble denne anmodningen fulgt. Figur 6 viser måling av støv 18. februar på felt A1. Luftinntaket for støvmålingen lå 2,2 cm over bakken. Vindhastigheten ble målt i ca 3, meter høyde. Figur 7 viser måling på Ref. 2. februar.

8 7 Figur 6 Måling av støv på felt A1 Figur 7 Måling av støv på referansefeltet 6 Måleresultater 6.1 Resultater fra 18. februar. Figur 8 viser plott av målt PM 1 for hvert minutt. Vi fikk ikke målt vindhastighet, men det var så å si vindstille hele dagen. Vi ser at bortsett fra ett par høye topper på A1 er det ganske stor samvariasjon i PM 1 -nivået på de to feltene. PM1 (µg/m³) Målinger av PM 1 18.februar A1 Ref. 12:3 13:27 14:25 15:22 16:2 17:18 18:15 19:13 Tidspunkt Figur 8 Måleverdier for PM 1 på A1 og Ref. 18. februar

9 8 6.2 Resultater fra 19. februar. Figur 9 viser plott av målt PM 1 for hvert minutt. Figur 1 viser målt lufthastighet og retning. Vinden er delt opp i en komponent på langs av gata og en på tvers. Vi ser at felt A1 viser en del høyere støvnivå enn Ref., spesielt midt på dagen. Det ser ut som om det har vært litt mer vindtrekk på A1 enn på Ref. I tversretningen viser A1 i hovedsak vindretning fra gata mot måleren, på Ref. er retningen fra måleren mot gata. Det er imidlertid små vindhastigheter. PM1 (µg/m³) 14 Målinger av PM 1 19.februar :3 14:27 15:25 16:22 Tidspunkt A1 Ref Figur 9 Måleverdier for PM 1 på A1 og Ref. 19. februar Hastighet (m/s) Vindhastighetskomponent på langs, positive verdier fra sentrum, 19.februar A1 Ref :3 13:58 14:27 14:56 15:25 15:54 16:22 16:51 Tid 2 Vindhastighetskomponent på tvers, positive verdier fra høyre, 19.februar Hastighet (m/s) A1 Ref. 13:3 13:58 14:27 14:56 15:25 15:54 16:22 16:51 Tid Figur 1 Målte vindhastigheter i langs- og tversretning på A1 og Ref. 19. februar 6.3 Resultater fra 2. februar. Plott av PM 1 -nivå er vist i figur 11. Vindmålingen på A1 virket ikke, men målingene på referansefeltet (figur 12) viser at det var lite vind denne dagen.

10 9 PM1 (µg/m³) Målinger av PM 1 2.februar A1 Ref 13:15 14:12 15:1 16:7 17:5 18:3 19: Tidspunkt Figur 11 Måleverdier for PM 1 på A1 og Ref. 2. februar 6 Vindhastighetskomponent på langs, positive verdier fra sentrum, 2.februar Hastighet (m/s) Ref :3 13:58 14:27 14:56 Tid 15:25 15:54 16:22 16:51 4 Vindhastighetskomponent på tvers, positive verdier fra høyre, 2.februar Hastighet (m/s) 2-2 Ref :3 13:58 14:27 14:56 Tid 15:25 15:54 16:22 16:51 Figur 12 Målte vindhastigheter i langs- og tversretning på A1 og Ref. 2. februar 6.4 Resultater fra 21. februar. Figur 13 viser PM 1, figur 14 viser vindhastigheter. Ref. viser gjennomgående en del høyere PM 1 -nivå enn A2. Det har vært en jevn, svak vindtrekk inn mot sentrum og fra gata inn mot målerne fram til kl PM1 (µg/m³) 7 Målinger av PM 1 21.februar : 11:57 12:55 13:52 14:5 15:48 16:45 Tidspunkt A2 Ref Figur 13 Måleverdier for PM 1 på A2 og Ref. 21. februar

11 1 2 Vindhastighetskomponent på langs, positive verdier fra sentrum, 21.februar Hastighet (m/s) A2 Ref : 12:12 13:24 Tid 14:36 15:48 17: 2 Vindhastighetskomponent på tvers, positive verdier fra høyre, 21.februar Hastighet (m/s) A2 Ref : 12:12 13:24 Tid 14:36 15:48 17: Figur 14 Målte vindhastigheter i langs- og tversretning på A2 og Ref. 21. februar 6.5 Resultater fra 24. februar. PM 1 -målingene er vist i figur 15, vindhastighet i figur 16. Bortsett fra ei tid midt i måleperioden da A2 tydeligvis har hatt vesentlig mindre støv enn Ref, viser målerne at A2 har hatt litt mindre støv enn Ref. Også denne dagen var det en svak vindtrekk mot sentrum først på dagen. Vinden på tvers har variert litt mer i retningen. Det har vært lave vindhastigheter. PM1 (µg/m³) A2 Ref Målinger av PM 1 24.februar 12:29 13:27 14:25 15:22 16:2 17:17 18:15 Tidspunkt Figur 15 Måleverdier for PM 1 på A2 og Ref. 24. februar Figur 17 viser midlere PM 1 -nivå for hver måledag, data fra Bedre Bylufts målinger i samme tidsrom på Rosendal og Elgeseter er også tatt med. Etter feiingen natt til 18. februar ser vi at støvnivået stiger de tre neste dagene. Den 21. februar måler vi veldig lavt støvnivå, det kan se ut som om det er blitt foretatt et støvdempende tiltak uten at vi er blitt varslet om det. Bedre Bylufts målinger viser også lave PM 1 -nivå denne dagen, men ikke så stor relativ nedgang som vi måler. PM 1 -nivået fra våre målinger er vesentlig høyere enn Bedre Bylufts målinger i samme tidsrom, og også langt over grensen for akseptabelt støvnivå. Vi målte støvkonsentrasjonen i overgangen

12 11 mellom fortauet og kjørebanen i en høyde på 2,2 meter over bakken, altså litt over normal innåndingshøyde. Bedre Bylufts målinger foretas vesentlig høyere opp (ca. 4,5 meter) og lenger vekk (ca 5 meter) fra kjørebanen. Det er derfor naturlig at vi målte vesentlig høyere PM 1 -verdier enn Bedre Byluft måler på sine stasjoner. Sannsynligvis vil også korttidsvariasjonen av støvkonsentrasjonen være større desto nærmere trafikken en måler. Det var heller ikke foretatt støvdempende tiltak der vi målte. 2 Vindhastighetskomponent på langs, positive verdier fra sentrum, 24.februar Hastighet (m/s) :3 13:42 14:54 Tid 16:6 17:18 18:3 A2 Ref. 2 Vindhastighetskomponent på tvers, positive verdier fra høyre, 24.februar Hastighet (m/s) A2 Ref :3 13:42 14:54 Tid 16:6 17:18 18:3 Figur 16 Målte vindhastigheter i langs- og tversretning på A2 og Ref. 24. februar

13 Midlere PM 1 på forsøksfeltene hver måledag A1 Ref A2 Rosendal Elgeseter 6 PM1 (µg/m³) feb. 19.feb. 2.feb. 21.feb. 24.feb. Måledag Figur 17 Midlere PM 1 -nivå for forsøksfeltene hver måledag 7 Beregninger Støvmålerne lagrer data som midlere PM 1 pr minutt. Under kalibreringen beskrevet i kapittel 3 fant vi sammenhengen i måleverdi mellom samtidige støvmålinger med GRIMM_6 og GRIMM_7. Vi har valgt å korrigere alle måleverdier med GRIMM_6 ved hjelp av de beregnede kalibreringskonstantene. Det er mulig å benytte forskjellige metoder for å sammenlikne data når vi skal undersøke om det er forskjell i støvnivået på feltene. Dersom det var en fast forskjell i støvnivået mellom feltene ville vi foreta en parvis T-test av samtidige målinger. Nå er det heller slik at forskjellen i måleverdiene er større ved høye støvnivå enn ved lave. Vi antar derfor at det kan være en skalaforskjell mellom støvnivåene. Det er da naturlig å se på forholdet mellom samtidige måleverdier. Vi beregner derfor forholdet mellom støvkonsentrasjonene på feltene med aktiv asfalt relativt til samtidig målt verdi på referansefeltet. Når vi skal beregne statistikker på dette forholdet er det klart at det ikke vil være normalfordelt. Alle støvkonsentrasjoner vil ha positiv verdi, forholdet mellom dem vil derfor også alltid være positivt. Fordelingen vil ikke være symmetrisk om middelverdien, men vil ha en hale som strekker seg ut mot høye verdier. Middelverdien vil ha en tendens til å bli høyere enn medianverdien. Dersom vi har et stort antall målinger vil medianverdien gi ett godt estimat av forholdsfaktoren, det er imidlertid vanskeligere å gi et konfidensområde. For å beregne et 95% konfidensintervall for dette forholdet ville vi helst hatt en tilnærmet normalfordelt datasett. Figur 18 viser forholdet mellom samtidige målinger på A1 og referansefeltet målt 18.november. Tabell 2 viser en deskriptiv statistikk på datasettet. Vi har tegnet inn en normalfordeling med samme middelverdi og standardavvik i figuren. Vi ser at fordelingen avviker vesentlig fra en normalfordeling. Skjevheten er litt stor (2,6) og kurtosen på hele 8,1. Medianverdien ligger på,98, mens middelverdien ligger på 1,28.

14 13 Prosentandel Fordeling av forholdet mellom målt PM 1 for A1 og Ref. Måledato 18.feb Relativ frekvens av (A1/Ref) Normalfordeling Forhold aktiv/referanse Figur 18 Fordelinga av forholdet mellom måleverdier på A1 og Ref. den 18. februar 5. Tabell 2 Deskriptiv statistikk for forholdet mellom A1 og Ref. den 18. februar Mean 1.28 Standard Error.545 Median.977 Standard Deviation 1.88 Sample Variance Kurtosis 8.8 Skewness 2.6 Range 6.72 Minimum.13 Maximum 6.85 Sum Count 398. Confidence Level(95.%).17 Ser vi derimot på logaritmen til forholdet mellom samtidige målinger, bør denne være symmetrisk fordelt om middelverdien. Figur 19 og tabell 3 viser en slik statistikk for målingene 18. februar. Vi ser at den har lav skjevhet (,5) og en kurtose på,664. Fordelingen er temmelig symmetrisk, men litt spissere enn ei normalfordeling. Siden både skjevhet og kurtose er godt under 2 kan vi betrakte datasettet som normalfordelt når vi beregner konfidensnivå for middelverdien. En deskriptiv statistikk på datasettet er vist i tabell 3. Ved å ta antilogaritmen til de beregnede data finner vi middelverdi og konfidensområde. Vi ser at middelverdi (,99) og median (,98) blir temmelig like, og vi kan med 95% sikkerhet si at forholdet mellom PM 1 -nivået på feltene denne dagen ligger mellom,92 og 1,6.

15 14 Prosentandel Fordeling av logaritmen til forholdet mellom målt PM 1 for A1 og Ref. Måledato 18.feb. Relativ frekvens av Log1(A1/Ref) Normalfordeling Log 1 (A1/Ref.) Figur 19 Fordelingen til Log 1 av forholdet mellom A1 og Ref. 18. februar. Tabell 3 Deskriptiv statistikk for Log 1 til forholdet mellom A1 og Ref. den 18. februar Mean -.4 Standard Error.154 Median -.1 Standard Deviation.363 Sample Variance.938 Kurtosis.6638 Skewness.51 Range Minimum Maximum.8358 Sum -1.6 Count 398 Confidence Level(95.%).32 Forholdet A1/Ref Middelverdi.998 Median % konfidensområde: Konfidens nedre grense.9243 Konfidens øvre grense Vi benytter samme metode for å beregne middelverdi og 95% konfidensintervall for forholdstallet også for de andre måleseriene. Resultatene fra felt A1 den 19. og 2. februar er vist i figurene 2 og 21, statistikker i tabell 4 og 5. For målingene på felt A2 den 21. og 24. februar er data vist i figur 22 og 23, statistikker i tabell 6 og 7. Middelverdier og 95% konfidensintervall for de enkelte dagene er oppsummert i figur 24. Vi ser at middelverdien for hver måledag kan bestemmes med ganske stor sikkerhet. Det eneste unntaket er målingene 19. februar Da var det vesentlig mindre støv på referansefeltet enn på A1 midt på dagen. Som figur 1 viser var det en svak vindtrekk fra gata inn mot måleren på A1, og med motsatt retning på referansefeltet. Dette kunne forklare en slik effekt, men vi ser at tidligere samme dag var denne vindeffekten sterkere uten at vi observerer en tilsvarende økning av støvnivået på A1 i forhold til referansen.

16 15 Prosentandel Fordeling av logaritmen til forholdet mellom målt PM 1 for A1 og Ref. Måledato 19.feb. Relativ frekvens av Log1(A1/Ref) Normalfordeling Log 1 (A1/Ref.) Figur 2 Fordelingen til Log 1 av forholdet mellom A1 og Ref. 19. februar. Tabell 4 Deskriptiv statistikk for Log 1 til forholdet mellom A1 og Ref. den 19. februar Mean.2263 Standard Error.27 Median.1843 Standard Deviation.2914 Sample Variance.849 Kurtosis.2232 Skewness.386 Range Minimum Maximum Sum Count 199 Confidence Level(95.%).47 Forholdet A1/Ref Middelverdi Median % konfidensområde: Konfidens nedre grense Konfidens øvre grense Prosentandel Fordeling av logaritmen til forholdet mellom målt PM 1 fora1 og Ref. Måledato 2.feb. Relativ frekvens av Log1(A1/Ref) Normalfordeling Log 1 (A1/Ref.) Figur 21 Fordelingen til Log 1 av forholdet mellom A1 og Ref. 2. februar. Tabell 5 Deskriptiv statistikk for Log 1 til forholdet mellom A1 og Ref. den 2. februar Mean -.2 Standard Error.16 Median -.4 Standard Deviation.1938 Sample Variance.376 Kurtosis Skewness.981 Range Minimum Maximum.7968 Sum Count 335 Confidence Level(95.%).28 Forholdet A1/Ref Middelverdi.9952 Median % konfidensområde: Konfidens nedre grense.9486 Konfidens øvre grense 1.441

17 16 Prosentandel Fordeling av logaritmen til forholdet mellom målt PM 1 for A2 og Ref. Måledato 21.feb. Relativ frekvens av Log1(A2/Ref) Normalfordeling Log 1 (A2/Ref.) Figur 22 Fordelingen til Log 1 av forholdet mellom A2 og Ref. 21. februar. Tabell 6 Deskriptiv statistikk for Log 1 til forholdet mellom A2 og Ref. den 21. februar Mean Standard Error.119 Median Standard Deviation.2282 Sample Variance.521 Kurtosis Skewness Range Minimum Maximum.6769 Sum Count 369 Confidence Level(95.%).234 Forholdet A2/Ref Middelverdi.56 Median.58 95% konfidensområde: Konfidens nedre grense.53 Konfidens øvre grense.59 Prosentandel Fordeling av logaritmen til forholdet mellom målt PM 1 for A2 og Ref. Måledato 24.feb. Relativ frekvens av Log1(A2/Ref) Normalfordeling Log 1 (A2/Ref.) Figur 23 Fordelingen til Log 1 av forholdet mellom A2 og Ref. 24. februar. Tabell 7 Deskriptiv statistikk for Log 1 til forholdet mellom A2 og Ref. den 21. februar Mean -.1 Standard Error.197 Median -.76 Standard Deviation.359 Sample Variance.129 Kurtosis.73 Skewness -.76 Range 2.4 Minimum Maximum.69 Sum Count 333. Confidence Level(95.%).39 Forholdet A2/Ref Middelverdi.79 Median.84 95% konfidensområde: Konfidens nedre grense.72 Konfidens øvre grense.86

18 17 Middelverdi og 95% signifikansnivå for relativ støvkonsentrasjon (PM 1 ) mellom aktiv asfalt og referansefeltet Relativ støvkonsentrasjon A1, 18.feb A1, 19.feb A1, 2.feb A2, 21.feb A2, 24.feb Nedre 95% signifikansnivå Øvre 95% signifikansnivå Middelverdi Figur 24 Middelverdier med 95% konfidensintervall for PM 1 -nivåene på feltene med aktiv asfalt relativt til referansefeltet. 8 Vurderinger og konklusjoner Det er målt PM 1 på to felt med aktiv asfalt (A1 og A2) sammen med et referansefelt i perioden 18. til 24. februar 23. Målingene viser at felt A1 ikke har lavere støvnivå enn referansen. På to av måledagene er det ingen signifikant forskjell mellom A1 og referansen. Den tredje måledagen har feltet 168 ± 16% av svevestøvkonsentrasjonen på referansen. På målefelt A2 er det målt vesentlig mindre støv enn på referansefeltet, henholdsvis 56 ± 3% og 79 ± 7% de to måledagene. Målingene viser at for hver måledag kan forholdsfaktoren mellom PM 1 på et aktiv asfalt-felt og referansefeltet bestemmes med ganske stor sikkerhet. Det er likevel en variasjon mellom måledagene som er vesentlig større enn signifikansområdet for de enkelte dagene. Slike målinger vil alltid ha en del usikkerhet i seg. Selv om vegdekket var feid natten før første måledag vet vi ikke om restmengden av støv på målefeltene var den samme. En variasjon i mengden reststøv på dekket etter feiingen vil ganske sikkert påvirke svevestøvkonsentrasjonene. Fuktig dekke vil binde støvet til seg. Det var ingen nedbør, og vi kunne ikke observere fuktighet på vegdekket i måleperioden. Forsøksfeltene skulle ikke saltes eller feies i måleperioden. Vegene i nærheten ble imidlertid saltet, uten at vi har nærmere detaljer om hvor lang avstanden var til nærmeste saltede strekning. Det er mulig at kjøretøy kan ha hatt salt på dekkene og lagt igjen et støvdempende saltlag på forsøksfeltene. Målingen 21. februar tyder på at det kan ha blitt utført støvdempende tiltak natta før, enten feiing eller salting. Hvordan dette påviker forholdet mellom støvnivåene er usikkert.

19 18 Vind vil transportere støvet både på langs og på tvers av gata. Det var forholdsvis lite vind under målingene, men det er ikke usannsynlig at den kan ha påvirket måleverdiene noe. Vi vet fra fjorårets observasjoner at store kjøretøy drar med seg støvskyer i dragsuget bak seg. Med en feltlengde på 1 meter er det derfor sannsynlig at en del av støvet som måles på et målefelt egentlig stammer fra områder utenfor feltet. Noe vil også kunne komme fra strøsand på fortauet. Det er vanskelig å anslå effekten av dette, men sannsynligvis er den vesentlig. En slik effekt vil gi en utjevning av støvkonsentrasjonen mellom feltene og føre til at en eventuell effekt av aktiv asfalt blir underestimert. Vi har ikke målt trafikkhastigheten på feltene. Det er opplagt at oppvirvlet støvmengde øker med økende kjøretøyhastighet. Ved starten av A1 ligger et fotgjengerfelt, og ved enden av A2 er det et lysregulert vegkryss. Dette påvirker ganske sikkert kjørehastigheten i feltene, spesielt felt A2. Kjørefelt 4 (ytterst til venstre) er kollektivfelt, og i overgangen mellom forsøksfelt A2 og referansefeltet er det ei lita busslomme. Dette påvirker også kjørehastigheten. Det er vanskelig å vurdere hvordan dette påvirker støvnivået uten å ha gjort hastighetsregistreringer. På det meste av strekningen er det høy bebyggelse på begge sider av gata. På A1 har den første del av strekningen ingen bebyggelse. Støvmåleren ble derfor plassert på den delen av feltet som har tilsvarende bebyggelse som de andre feltene. Det er også mindre åpne områder inn mot referansefeltet og A2. På felt 2 er det en midtrefuge på hele feltet, og på feltes høre side ligger det ei busslomme. På slutten av feltet, der busslomma slutter, utvides kjørbanen med et svingefelt til venstre. Dette gjør at gatebredden blir vesentlig større på felt A2 enn resten av strekningen. Dette kan muligens ha påvirket støvkonsentrasjonen på A2 slik at den ble lavere enn på de andre feltene. Ut fra målingene ser det ikke ut som om aktiv asfalt kan ha noen stor effekt på støvnivået. På felt A1 er det målt mer støv enn på referansen. Felt A2 har signifikant mindre støv enn referansen, men dette kan også komme av en lavere kjørehastighet inn på feltet og større gatebredde å fordele støvet over. Vi kan imidlertid ikke utelukke en liten effekt. Sammenlikninger av målingene i Innherredsveien med samtidige målingene fra Bedre Bylufts stasjoner i Elgeseter gate og Rosendal viser at fotgjengere på fortauet kan utsettes for et vesentlig høyere PM 1 -nivå enn det som måles noen meter opp og til sides for fortauet.

20 19 9 Referanser (1) Værnes, Einar, (22), Måling av svevestøvkonsentrasjoner (PM1) på forsøksfelt med Aktiv Asfalt i Innherredsveien i Trondheim, SINTEF Bygg og miljø, Rapport STF22 A232 (ISBN ). (2) Værnes, Einar, (23), Målig av svevestøv i Helltunnelen i overgangen mellom sommerog vintersesongen 22, SINTEF Bygg og miljø, Rapport STF22 A339 (ISBN ).

21 1 VEDLEGG 2

22 ASFALTSTØV OG ELEKTRISK FELT R. S. Sigmond, Inst. for Fysikk, NTNU Trondheim Ideen bak aktiv (ledende) asfalt, og dens svakheter Ideen bak forsøket med ledende asfalt synes å ha kommet fra hva vi alle har lært på skolen: Elektriske ladninger med samme fortegn frastøter hverandre. Noen enkle målinger ved Applied Plasma Physics AS, Sandnes (APP) syntes å indikere at asfaltveistøv stort sett var positivt ladet. Hvis nå noe positivt veistøv lå igjen på asfalten, og noe var virvlet opp av bilhjulene, ville frastøtningen gjøre at den oppvirvlede veistøvet holdt seg svevende over veibanen, ifølge denne enkle teorien. Utfra dette sluttet man at hvis man gjorde asfalten ledende ville ladningene på veibanen forsvinne, og dermed ville den frastøtende kraften som løftet veistøvet bli borte. Disse betraktningene er imidlertid altfor forenklede. Den viktigste uteglemte faktor er at enhver ladning som befinner seg utenfor et ledende materiale vil indusere en like stor ladning av motsatt polaritet på overflaten av materialet. En slik indusert ladning kalles ofte speilladning. I vedleggene 4 og 5 til denne artikkelen er dette vist mer detaljert. Siden selv et fullkomment isolerende asfaltlag legges oppå ledende jord, betyr speilladningen i jordoverflaten at alle ladete støvlag trekkes ned mot jord, uansett om det ligger et lag ladning på asfaltoverflaten.tar vi speilladningene med i betraktning, må vi slutte at aktiv (ledende) asfalt ikke vil trekke ned svevestøv bedre enn vanlig ikke-ledende asfalt. I tillegg til dette kommer at våre målinger viser at selv vanlig, trafikkert asfalt har såpass god ledningsevne at svevestøvet ikke kan merke forskjell på aktiv asfalt og vanlig asfalt på trafikkert vei. Dette er vist i Vedlegg 1. Kan ledende asfalt likevel tenkes å ha positive virkninger? I en støvsky hvor partiklene har samme fortegn ladning, vil partiklene frastøte hverandre når de kommer nær nok. Dette kan forhindre at partiklene slutter seg sammen til større partikler som ville falle ned fortere. Derfor, hvis partikler som rives ut av ledende asfalt viser seg å ha mindre ladning enn partikler fra normal asfalt, kan dette få en støvsky fra ledende asfalt til å falle fortere mot bakken. Ledende støvpartikler vil få indusert et elektrisk dipolmoment i det normale elektriske ute-feltet. Dette gir en ekstra tiltrekning mellom partiklene, som kan føre til sammenslutning til større partikler. Merk at det ikke nødvendigvis er noen klar sammenheng mellom produksjon av ladet støv og asfaltens ledningsevne. Det er sannsynligvis andre kjemiske egenskaper ved asfalten som bestemmer oppladningsevnen. Altså, finner vi at ledende asfalt gir mindre støvplage enn vanlig asfalt, behøver dette ikke ha noe med ledningsevnen å gjøre, men kan skyldes andre tilfeldige kjemiske forhold. Indusert dipolvirkning krever imidlertid ledende støv. Trondheim R. S. Sigmond

23 Vedlegg 1. Typiske motstandsverdier for vanlig og for aktiv asfalt Vanlig vei-asfalt som er tørr og fri for rester av veisalt og skitt er en svært god elektrisk isolator. Ved fuktighet og særlig ved salting øker den elektriske ledningevnen drastisk. Den enkleste og mest anskuelige målemetoden for isolasjonsevnen til ren, tørr asfalt er å sprute positive eller negative ladninger på asfaltoverflaten og måle hvor fort ladningen forsvinner. Jo lenger tid, jo bedre isolasjonsevne. Vi har målt opptil 7 sekunder for nyanlagt asfalt i forsøkstelt på Sjøla ved Trondheim, og 5-1 s for tørr ca 2 år gammel asfalt under takoverheng ved Realfagsbygget. For vanlig asfalt i trafikkert veibane er denne målemetoden ikke brukbar, for ladningen forsvinner på under sekundet, fortere enn vi kan måle. For å få et mål på isolasjonsevnen til trafikkert asfalt presser vi to messingelektroder mot asfaltoverflaten i ca 1 cm avstand fra hverandre, og måler den elektriske motstanden mellom dem med enten a) et vanlig digital-multimeter som bruker ca 9 volt målespenning, eller b) med et spesielt høyohmsmeter som bruker opp til 1 volt målespenning. Multimeteret måler bare motstander under 2 Mohm, mens høyspenningohmmeteret måler helt opp til 2 Mohm. De to instrumentene vil ikke vise det samme selv for asfalt med motstand under 2 Mohm, for motstanden minsker adskillig med økende målespenning. Typiske motstandsverdier målt på et relativt nylagt trafikkert felt med vanlig asfalt i Havnegata viste.6-6 Mohm for våt asfalt, og 1-2 Mohm for tørr. "Aktiv asfalt" er vanlig vei-asfalt som er blitt gjort mer elektrisk ledende ved hjelp av små mengder tilsetninger. Målinger på et relativt nylagt, trafikkert sammenlikningsfelt i Havnegata viste motstandsverdier i området 1-1 kohm, altså omlag 1 ganger mindre motstand enn for den vanlige asfalten i feltet ved siden av. Her spilte fuktighet ingen rolle. Når aktiv asfalt blir eldre og mer slitt blir motstanden større, målt mellom kontakter på overflaten. Det skyldes nok at bare selve asfalt-bindemidlet er ledende, og dette blir slitt vekk slik at overflaten mest består av vanlige ikke-ledende småstein. En viktig konklusjon av målingene på trafikkert asfalt er at verken vanlig eller aktiv asfalt greier å holde på ladning som sprutes på overflaten så lenge at det er målbart for oss. All ladning forsvinner på mindre enn ett sekund, selv for vanlig asfalt.

24 Vedlegg 2. Atmosfæriske elektriske felt: Ionosfære ca 4 kv Normalt godværsfelt -1-2 V/m Jorda Under tordensky 1 1 V/m I tåke noen 1 V/m Elektrostatiske felt i godvær og tåke er viktige bærere av pollen APP rapporterer at asfaltstøv vanligvis er positivt ladet. Positivt støv vil bli drevet mot bakken av det normale godværsfeltet. I tåke og under normale (negative) tordenskyer kan feltet være snudd og peke oppover. Dette vil heve positivt støv. Men under slike forhold er vel støvplagen liten?

25 Vedlegg 3. Hvor mye støv kan vanlige utendørsfelt bære? Her er feltet E = Feltlinjene stopper på ladningene, og løfter disse. Jord Løftekraften til feltet er gitt av formelen F = ε o E 2 o /2 hvor ε o 1 11 Dette gir løftekraften: F E o 2 N/m E o 2 µg masse/m 2 Felt V/m Løft µg/m Hvis interessante støvkonsentrasjoner er 1 µg/m 3 og støvlaget er 2 m tykt trengs det ca 6 V/m elektrisk felt for å bære dette støvet, altså ca 5 x det normale godværsfeltet. Dessuten må støvet være negativt ladet. Merk at eventuell ladning på støvkorn ikke har noe med ledningsevnen til støvet å gjøre. Ledende og ikke-ledende asfaltstøv kan bære ladning like godt.

26 Vedlegg 4a. Ladet plan støvsky over normal asfalt Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Ladet støvsky q q q q q q q q q q q q Isolerende asfalt Ladninger på asfalten -q -q -q -q -q -q -q -q -q -q -q Speilbilde av ladninger på asfalten Ledende jord Q -Q -Q -Q -Q -Q -Q -Q -Q Speilbilde av ladet støvsky Sett fra den ladete støvskyen Q Q vil feltet fra ladningene q q på den isolerende asfalten akkurat nulles ut av feltet fra de motsatt ladete speilladningene -q -q. Den ladete støvskyen Q Q vil derfor bare merke feltet fra sin egen speilladning -Q -Q. Denne har alltid motsatt ladning, og vil alltid trekke støvskyen ned mot bakken.

27 Vedlegg 4b. Ladet plan støvsky over ledende asfalt Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Ladet støvsky Ledende asfalt Ledende jord Q -Q -Q -Q -Q -Q -Q -Q -Q Speilbilde av ladet støvsky Den ladete støvskyen Q Q vil fortsatt bare merke feltet fra sin egen speilladning -Q -Q. Denne har alltid motsatt ladning, og vil alltid trekke støvskyen ned mot bakken. Konklusjon, Vedlegg 4: Et ladet, svevende plant støvlag vil alltid bli trukket ned mot bakken av sitt eget ladnings-speilbilde, helt uavhengig om asfaltoverflaten er ladet opp eller ikke, altså helt uavhengig av om asfalten er ledende eller ikke.

28 Vedlegg 5. Ladet støvkorn som rives løs fra asfalten Våre målinger viser at biler ikke blir ladet opp når de kjører på asfalt. Dette skyldes at dekkfabrikantene har gitt dekkene en viss ledningsevne, nettopp for å hindre oppladning av bilene. En slik oppladning ville kunne gi gnist, f.eks. ved bensinfylling, med katastrofale branner. Hvis derfor et piggdekk skulle rive løs en partikkel fra normal, isolerende asfalt og gi partikkelen en ladning Q, ville det ligge igjen en like stor og motsatt ladning Q på asfalten: Q Q h Isolerende asfalt De to ladningene tiltrekker hverandre med en kraft som er omvendt proporsjonal med avstanden i kvadrat: F isol h -2 Hvis et piggdekk skulle rive løs en partikkel fra ledende asfalt og gi partikkelen en ladning Q, ville det ligge igjen en like stor og motsatt ladning Q i asfalten, men denne vil virke som den er samlet i en speilladning som ligger h under asfalten. Q 2h Kraften som trekker ladningen nedover blir da: F led (2h) -2 = F isol /4 Q Ledende asfalt Konklusjon: Det er vanskelig å se at ledende asfalt skulle ha noen fordeler fremfor normal, isolerende asfalt når det gjelder å holde på løsrevne, ladete støvpartikler.