Tampereen Rantatunnelissa esiintyvän aerosolin hiukkaspitoisuudet, hiukkaskokojakaumat ja optiset ominaisuudet
Heikkilä, Joni (2019)
Heikkilä, Joni
2019
Teknis-luonnontieteellinen
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2019-05-17
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201905031477
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201905031477
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä mitattiin Tampereen Rantatunnelissa esiintyvän aerosolin hiukkaspitoisuuksia, hiukkaskokojakaumia ja optisia ominaisuuksia talviolosuhteissa. Näiden tietojen perusteella pyrittiin selvittämään, kuinka lämpötila, ilman suhteellinen kosteus, tunnelin pesun ajankohta ja tunnelin tuuletus vaikuttavat tunneli-ilman ekstinktioon. Tunnelissa suoritettiin mittauksia 8.1. - 8.3.2018 välisenä aikana, jolloin ELPI-mittalaite mittasi tunnelissa. Tällöin suoritettiin myös neljä mobiililaboratoriomittausta TTY:n Aerosolifysiikan mobiililaboratoriolla. Käytössä oli myös tunnelin kiinteä mittauslaitteisto, joka mittasi tunneli-ilman virtausnopeutta, ekstinktiota, CO:ta ja NO_2:ta.
Tunneli-ilmassa havaittiin olevan paljon massallisesti isoja hiukkasia. Hiukkaskoosta päätellen nämä hiukkaset olivat todennäköisesti katupölyä. Hiukkasten massapitoisuus ja lukumääräpitoisuus kasvoi tunnelin loppua kohti saavuttaen maksimiarvonsa juuri ennen tunnelin loppua. Massapitoisuus tunnelissa oli suurimmillaan noin 1500 μg/m^3. ja lukumääräpitoisuus noin 2.7∙10^5 #/cm^3
Tunnelissa havaittiin mittausjakson aikana ekstinktion arvoja väliltä 0.2 - 2 1/km. ELPI:n datasta laskettu hiukkasten aiheuttama teoreettinen ekstinktio oli huomattavasti pienempi kuin tunnelin sensoreiden mittaama ekstinktio. Tunnelissa oli mahdollisesti paljon yli 10 μm:n kokoisia katupölyhiukkasia, joita ELPI ei pystynyt mittaamaan. Tällä oletuksella arvioitiin, että katupölyllä on 82 %:n vaikutus kokonaisekstinktioon ja liikenteen pakokaasupäästöillä on 18 %:n vaikutus kokonaisekstinktioon. Tunnelissa havaittiin myös hyvin suuria mustan hiilen pitoisuuksia. Pitoisuus oli tunnelissa suurimmillaan jopa yli 7000 ng/m^3. Havaittiin myös, että suurin osa ekstinktiosta johtuu valon sironnasta ja absorptiolla oli vain pieni vaikutus kokonaisekstinktioon.
Ilman suhteellisen kosteuden ollessa pieni tunneli-ilman ekstinktio oli suurimmillaan ja kosteuden kasvaessa ekstinktio pieneni. Myös tunneli-ilman ja tienpinnan lämpötilalla havaittiin olevan vaikutusta tunnelissa vallitsevaan ekstinktioon. Ekstinktio oli suurimmillaan pienillä lämpötiloilla ja laski lämpötilan noustessa kohti 0 °C astetta. Yli 0 °C:n asteen lämpötiloissa riippuvuus oli kuitenkin erilainen, sillä näissä lämpötiloissa ekstinktio kasvoi lämpötilan kasvaessa. Ekstinktion käyttäytymiseen negatiivisilla lämpötiloilla ei löydetty lopullista selitystä. Mahdollisesti katupölyn määrä kasvaa tunneli-ilmassa kylmis- sä olosuhteissa tai tunneli-ilmaan muodostuu jääsumua liikenteen pakokaasujen jäähtyessä. Tunnelin pesulla havaittiin olevan vain pieni vaikutus tunneli-ilman ekstinktioon. Tunnelin tuuletusta tehostamalla ekstinktio pieneni 5% - 40%
Tunneli-ilmassa havaittiin olevan paljon massallisesti isoja hiukkasia. Hiukkaskoosta päätellen nämä hiukkaset olivat todennäköisesti katupölyä. Hiukkasten massapitoisuus ja lukumääräpitoisuus kasvoi tunnelin loppua kohti saavuttaen maksimiarvonsa juuri ennen tunnelin loppua. Massapitoisuus tunnelissa oli suurimmillaan noin 1500 μg/m^3. ja lukumääräpitoisuus noin 2.7∙10^5 #/cm^3
Tunnelissa havaittiin mittausjakson aikana ekstinktion arvoja väliltä 0.2 - 2 1/km. ELPI:n datasta laskettu hiukkasten aiheuttama teoreettinen ekstinktio oli huomattavasti pienempi kuin tunnelin sensoreiden mittaama ekstinktio. Tunnelissa oli mahdollisesti paljon yli 10 μm:n kokoisia katupölyhiukkasia, joita ELPI ei pystynyt mittaamaan. Tällä oletuksella arvioitiin, että katupölyllä on 82 %:n vaikutus kokonaisekstinktioon ja liikenteen pakokaasupäästöillä on 18 %:n vaikutus kokonaisekstinktioon. Tunnelissa havaittiin myös hyvin suuria mustan hiilen pitoisuuksia. Pitoisuus oli tunnelissa suurimmillaan jopa yli 7000 ng/m^3. Havaittiin myös, että suurin osa ekstinktiosta johtuu valon sironnasta ja absorptiolla oli vain pieni vaikutus kokonaisekstinktioon.
Ilman suhteellisen kosteuden ollessa pieni tunneli-ilman ekstinktio oli suurimmillaan ja kosteuden kasvaessa ekstinktio pieneni. Myös tunneli-ilman ja tienpinnan lämpötilalla havaittiin olevan vaikutusta tunnelissa vallitsevaan ekstinktioon. Ekstinktio oli suurimmillaan pienillä lämpötiloilla ja laski lämpötilan noustessa kohti 0 °C astetta. Yli 0 °C:n asteen lämpötiloissa riippuvuus oli kuitenkin erilainen, sillä näissä lämpötiloissa ekstinktio kasvoi lämpötilan kasvaessa. Ekstinktion käyttäytymiseen negatiivisilla lämpötiloilla ei löydetty lopullista selitystä. Mahdollisesti katupölyn määrä kasvaa tunneli-ilmassa kylmis- sä olosuhteissa tai tunneli-ilmaan muodostuu jääsumua liikenteen pakokaasujen jäähtyessä. Tunnelin pesulla havaittiin olevan vain pieni vaikutus tunneli-ilman ekstinktioon. Tunnelin tuuletusta tehostamalla ekstinktio pieneni 5% - 40%