VOCs (Volatile Organic Compounds) Mischgase bestimmen unser Leben

Transkript

1 VOCs (Volatile Organic Compounds) Mischgase bestimmen unser Leben Anatomie der Luft CO2 / VOC Abhängigkeiten in der Innenraumluft Sinnvoll Messen und Steuern Energieeinsparung durch bedarfsgerechte Lüftung (DCV) Praktische Beispiele zur Senkung der Energiekosten VOC Solarventilator Projekt 2013 _ FRAKTA Vertriebs GmbH _ Frank Schulze

2 Anatomie der Luft Saubere Luft besteht aus 21% Sauerstoff, 78% Stickstoff und 1% Argon. Bei Innenraumluftbedingungen kommen Edelgase, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid (CO2) und Mischgase, so genannte Volatile Organic Compounds (VOCs) mit unterschiedlichen Anteilen hinzu. Zur Beurteilung der Raumluftqualität im Hinblick auf unsere Gesundheit, sind die beiden Letztgenannten die Wichtigsten: CO2 aufgrund seiner historischen Bedeutung als Leitwert in der Lüftungsindustrie und VOCs aufgrund ihres Einflusses auf die Gesundheit und das menschliche Wohlbefinden.

3 VOCs und ihre Auswirkung auf die Innenraumluft bekannt sind bis verschiedene VOCs VOCs in Innenraumluft sind Kohlenwasserstoffverbindungen von zwei wesentlichen Quellen: 1. Bio-Effluente (Ausdünstungen) aus menschlicher Atmung, Transpiration und Verdauung 2. Ausdünstungen von Gebäudematerialien und Einrichtungsgegenständen

4 Belastete Luft macht krank Verursacher von Augenreizungen, Kopfschmerzen, Müdigkeit und Schwindelanfällen, welche unter dem Begriff SBS (Sick Building Syndrome = Gebäudebedingtes Krankheitssyndrom) sind Krank in kranken Häusern Häufen sich in einem Gebäude Beschwerden, wie Nasenreizung und -verstopfung, Jucken und Brennen der Augen, Heiserkeit des Rachens, Hautirritationen sowie Allgemeinbeschwerden, wie Kopfschmerzen, Müdigkeit und Konzentrationsstörungen, kann es sich um das so genannte Sick- Building-Syndrom (SBS) handeln. So vielfältig die Beschwerden sind, so vielfältig sind auch die Ursachen von SBS. Verantwortlich gemacht wird z. Zt. das Zusammentreffen unterschiedlichster Faktoren, wie z. B. eine ungünstige Lufttemperatur, eine falsche Beleuchtung, chemische und biologische Luftschadstoffe bis hin zu psychischen Faktoren, wie Stress oder fehlende Anerkennung bei der Arbeit. SBS ist ein Phänomen der letzten Jahre und wird auch mit der Zunahme von künstlichen Materialien mit entsprechenden Emissionen (Teppichböden, Büromöbel) sowie dem vermehrten Einsatz von künstlicher Klimatisierung in Verbindung gebracht.

5 Belastete Luft macht krank Bis zu 40 % aller Gebäudenutzer klagen über solche Befindlichkeitsstörungen. Die beschriebenen Symptome sind dabei sehr schwer objektiv nachprüfbar. Viele Menschen, die darunter leiden, haben große Probleme, die Zusammenhänge glaubhaft zu machen. Lange Zeit wurde nicht beachtet, dass in Innenräumen weitaus höhere Schadstoffkonzentrationen auftreten können als in der Außenluft. Im Unterschied zu früher wird heute dichter gebaut und es werden mehr Chemikalien in Innenräume eingebracht. Das Einwirken von Schadstoffen führt zwangsläufig zu einer erhöhten Belastung der Raumnutzer. Immerhin halten sich die meisten Personen ca. 90 % ihres Lebens in Innenräumen auf. Die volkswirtschaftlichen Verluste durch gebäudebedingte Erkrankungen (Arbeitsausfallzeiten, schlechte Motivation, Krankenkassenkosten, Eigenanteile, usw.) werden auf Milliardenhöhe geschätzt, tauchen aber noch in keiner Statistik auf.

6 Büro und Wohnräume Im Gegensatz zum gewerblichen Bereich, in dem Grenzwerte (z.b. Maximale- Arbeitsplatz- Konzentration) die Arbeitnehmer schützen, gibt es für Büro- und Wohnräume keine klaren Regelungen für die Bewertung von Schadstoffen. Eine Übertragung von Grenzwerten auf den Wohnbereich ist nicht möglich, da hier auch Kinder, alte und kranke Menschen betroffen sind, die zudem länger als acht Stunden am Tag der Belastung ausgesetzt sein können. Frischluft muss rein Beim Duschen, Kochen und Waschen entsteht Luftfeuchtigkeit, die nach draußen entweichen muss. Ungefähr alle zwei Stunden sollten Sie die Raumluft einmal erneuern. In älteren Gebäuden übernehmen undichte Fenster und Ritzen unter den Türen bereits einen Teil dieses Luftaustauschs. In gut gedämmten Häusern gelangt dagegen keine Luft durch Fugen und Ritzen. Je luftdichter ein Gebäude ist, desto wichtiger ist regelmäßiges und bewusstes Lüften der Räume.

7 CO2 / VOC Abhängigkeiten in der Innenraumluft CO2 ein einziges Gas als Stellvertreter tausender VOCs? Verlässlicher Sensorik wurde ursprünglich für CO2 entwickelt. Daraus entstand historisch der Leitwert für Raumluftqualität. Somit haben die, von Max von Pettenkofer ursprünglich im 19. Jahrhundert eingeführten CO2- Qualitätsstufen noch heute in vielen internationalen Lüftungsstandards Gültigkeit. In Ermangelung eines einheitlichen Industriestandards zur Bestimmung der VOC-Konzentration in der Raumluft, hat AppliedSensor die iaq (intelligent Air Quality) -Serie entwickelt, die auf Basis der Umgekehrten Metabolischen Regel (Reversed Metabolic Rule = RMR) -Technologie arbeitet. AppliedSensors RMR-Technologie führt die gemessenen VOC-Werte auf CO2 Äquivalente in ppm-einheiten zurück und erreicht somit Kompatibilität zu existierenden CO2 Lüftungsstandards.

8 Klassifizierung der Raumluftqualität CO 2 [ppm] Luftqualität Schlecht Stark verschmutzte Raumluft Lüftung erforderlich 1500 Mittel Verschmutzte Raumluft Lüftung empfohlen Befriedigend Gut Hervorragend 400

9 Auswirkungen von erhöhten CO2 Werten Obwohl die menschliche CO2 Produktion historisch bedingt eine bedeutende Rolle in der modernen Lüftungstechnik spielt, hat CO2, insbesondere in niedrigen Konzentrationen nur einen vergleichsweise geringen Einfluss auf den Menschen: jahrzehntelange Erfahrungen mit Unterwasserfahrzeugen, sowie auf der ISS (International Space Station) durchgeführte Untersuchungen bestätigen, dass auch erhöhte CO2-Konzentrationen von 1% (10.000ppm) keine nachhaltigen, negativen Auswirkungen auf das menschliche Wohlbefinden haben. Aufgrund des Mangels an passender VOC-Sensorik dienten CO2-Sensoren in der Vergangenheit jedoch als adäquater Indikator für die Raumluftqualität, denn die Menge an CO2 ist proportional zur menschlichen Stoffwechselrate und annähernd proportional zur Gesamtmenge an VOCs (Total VOCs = TVOCs), vorausgesetzt diese wurden durch menschliche Atmung, Transpiration und Verdauung produziert (Metabolische Regel / Metabolic Rule).

10 CO2 und VOCs aufgezeichnet während einer Besprechnung

11 Sinnvoll Messen Anwendung Kommerzielle Gebäude Wohngebäude Büro Restaurant Besprechungsraum Fitness- Studio Toilette Küche Wohnzimmer Schlafzimmer Bad Hauptereignis (se) Atem, Gerüche Atem, Gerüche Atem, Gerüche, Feuchte Atem, Gerüche Gerüche Gerüche, Feuchte Atem, Gerüche Atem, Gerüche Feuchte Feuchte - Sensor CO2 Sensor VOC Sensor Der Markt bietet heute eine Vielzahl verschiedener Luftqualitätsmessprinzipien zur Steuerung von Lüftungsanlagen. Typische Repräsentanten sind Bewegungsmelder, CO2-, Feuchte- und VOC-Sensoren. Die Tabelle vergleicht die Leistungsfähigkeit der drei letztgenannten Technologien unter verschiedenen Anwendungsaspekten und stellt die Vorteile von der VOC intelligent Air Quality-Technologie klar heraus.

12 Wirkprinzip des Luftgütesensors Wirkprinzip eines Metalloxid Gassensors Beim Metalloxidsensor wird die elektrische Leitfähigkeit eines halbleitenden, nanokristallinen Metalloxids gemessen, welches auf einem beheizbaren Substrat aufgebracht ist. Die Betriebstemperatur ist typischerweise im Bereich von C. Die Dotierung des Metalloxids mit Edelmetallen wirkt sich positiv auf die Empfindlichkeit gegenüber brennbaren Gasen (VOCs, Kohlenmonoxid, Erdgas) aus und gestattet es, das Sensormaterial den Bedürfnissen der Applikation anzupassen. Sind VOCs in der Luft enthalten, so werden diese an der Sensoroberfläche teilweise oder vollständig durch den Sauerstoff des Metalloxids verbrannt. Die bei diesem Prozess im Halbleiter freigesetzten Elektronen führen zu einer Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit. Schließlich kehrt das Metalloxid durch den Einbau von Luftsauerstoff wieder in seinen Ausgangszustand zurück, wobei die Leitfähigkeit wieder den Ausgangswert annimmt.

13 Energieeinsparung durch bedarfsgerechte Lüftung Es gibt viele Wege Energieeinsparungen mit Lüftung zu erzielen. Lüftungsanlagen können permanent, mit konstantem Luftvolumen (CAV), statistisch, mit variablem Luftvolumen (VAV) und bedarfsgerecht (DCV) betrieben werden. Für die bedarfsgerechte Lüftung wiederum kann aus einer Vielzahl von Steuergrößen (Bewegung, CO2, VOC und Feuchte) gewählt bzw. kombiniert werden. Beispiel: In einem Fitnessstudio konnte die Betriebszeit der timergesteuerten Lüftungsanlage durch den Einsatz eines VOC-Sensors um 24% gesenkt werden. Dies entspricht einer Einsparung von ca. 60% der Energiekosten. Zudem hatte sich die Luftqualität laut einer Befragung der Studiobesucher sogar deutlich verbessert. Bedarfsgerechte Lüftung mit VOC iaq-technolgie bedeutet hervorragende Luftqualität bei minimalen Kosten.

14 Praktische Beispiele zur Senkung der Energiekosten

15 Preise für Steuerung Kosten pro Regler und Raum ca. 120 EURO Kosten für Auswerteelektronik ca. 150 EURO Diese Kosten können bei Stückzahlen geringer ausfallen und können erst nach genauer Definition der Anforderungen bestimmt werden.

16

17

18 Elektr. Fenster Ansteuerung

19

20 VELUX Dachfenster Ansteuerung

21 Innenliegende WC`s, Bäder

22

23 Raucher Cafeterias

24 Hotel- und Besprechungsräume

25

26 Technische Daten

27 USB Stick zur Überwachung der Raumluftqualität zu Hause

28 FRAKTA der Energieoptimierer FRAKTA Vertriebs GmbH Fühler Regler Antriebe Komponenten Technische Ausrüstungen Ihr L.-Echterdingen Harthäuser Str. 7 Tel.: Fax: verkauf@frakta.de Partner Ich danke für die Aufmerksamkeit!