Messung von Kohlendioxid CO 2 und flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) im Innenraum

Transkript

1 Sensorik in der Innenraumklimatisierung S. Kittelmann, O. Kiesewetter, R. Traute, A. Krausser UST Umweltsensortechnik GmbH Messung von Kohlendioxid CO 2 und flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) im Innenraum

2 Einleitung - Beurteilung der Luftqualität - Einsatz von CO 2 als Kältemittel CO 2 -Detektion mittels photoakustischem Sensor - Sensorprinzip - Einsatzmöglichkeiten und Messungen Detektion von VOCs mit dem Triple-Sensor - Sensorprinzip und Auswertung - Einsatzmöglichkeiten und Beispiele

3 Kohlenstoffdioxid wichtiger Parameter zur Beurteilung der Luftqualität CO2-Konzentrationen in der Luft und Auswirkungen auf den Menschen: 0,038 %: Derzeitige Konzentration in der Luft 0,15 %: Hygienischer Innenraumluftrichtwert für frische Luft 0,3 %: MIK-Wert, unterhalb dessen keine Gesundheitsbedenken bei dauerhafter Einwirkung bestehen 0,5 % (9 g/m³): MAK-Grenzwert für tägliche Exposition von acht Stunden pro Tag 1,5 %: Zunahme des Atemzeitvolumens um mehr als 40 %. 4 %: Atemluft beim Ausatmen 5 %: Auftreten von Kopfschmerzen, Schwindel und Bewusstlosigkeit 8 %: Bewusstlosigkeit, Eintreten des Todes nach Minuten

4 Kohlenstoffdioxid Einsatz als Kältemittel R744 Vorteile große volumetrische Kälteleistung hohe Umweltverträglichkeit kein Ozonabbau-Potential kann gleichzeitig in Wärmekreisläufen genutzt werden Nachteile schwerer als Luft, geruchlos hohe Betriebsdrücke notwendig neue Sensorik zur Lecksuche notwendig

5 CO 2 -Detektion durch photoakustischen Sensor Patent DE B1 Detektion der Änderung eines photoakustischen Signals durch Dämpfung durch das Messgas stetiger Nullpunktabgleich durch Referenzmessungen Vorteile: hohe Selektivität beim Nichtvorhandensein des Messgases wird das größte Signal am Detektor erzeugt alle Energiebanden der Messgaskomponente werden erfasst geringste Drift- und Alterungserscheinungen

6 CO 2 -Detektion durch photoakustischen Sensor Gasspürgerät zur selektiven Detektion von Kohlendioxid Anzeigebereich von 100ppm bis 100Vol% Anzeigetoleranz < 30% Peaker CO 2 Patent DE B4 Auflösung 0,1/1/10/100Vol% Schwellenanzeige von 0Vol% bis 100Vol% durch Dioden, Konzentrationswerte in Vol% auf LC-Display, Bargraph Set-Taste zur Rücksetzung der angezeigten Konzentration Ansprechzeit (T90) 2-3 s

7 CO 2 -Detektion durch photoakustischen Sensor Peaker CO 2

8 CO 2 -Detektion durch photoakustischen Sensor Peaker CO 2 Messung CO 2 -Impulse % Digit % % ppm 1000ppm

9 CO 2 -Detektion durch photoakustischen Sensor CO 2 -Signal im Innenraum beim Ein- und Ausschalten des Umluftbetriebes (Audi A6, mit 3 Personen besetzt) 3640 Umluftschaltung ein Umluftschaltung aus CO2-Signal

10 VOCs - volatile organic compound[s] flüchtige organische Verbindungen [def.] Alle organischen Verbindungen (Substanzen, die primär aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen) mit Siedepunkten im Bereich von 50 bis 260 C, mit Ausnahme von Pestiziden WHO haben großen Anteil an der Belastung der Innenraumluft und sind damit ein Qualitätskriterium stammen häufig aus Farben, Lacken, Kunststoffen und Holzmaterialien Stehen im Verdacht, zum Sick-building-Syndrome beizutragen

11 Messung von VOCs mit dem Triple-Sensor Schicht-Sensor in einem TO39- Gehäuse mit vier Kontakten Patent DE / DE

12 Messung von VOCs mit dem Triple-Sensor Sensorreaktion auf Testgase Signalraum

13 Messung von VOCs mit dem Triple-Sensor Hauptkomponentenanalyse nach Testgasbeaufschlagung PCA_grün PCA_gelb PCA_rot Luft CH4 10ppm CO 10ppm NO2 0,5 ppm H2 10 ppm C2H5OH 10 ppm C4H10 10 ppm NH3 10 ppm NH3 0,1 ppm

14 Messung von VOCs mit dem Triple-Sensor Einsatzbeispiel: Detektion organischer Kältemittel Sensorreaktion auf Testgase Signalraum R404a RS2 RS3 RS R [ohm] ppm R404a

15 Messung von VOCs mit dem Triple-Sensor Detektion vor und im Fahrzeuginnenraum 0.1 Labormessung verschiedener VOCs (Ethanol, Kohlenmonoxid, Stickstoff-dixid und Ammoniak) nach Hauptkomponentenanalyse 0 RL 10ppm C2H5OH 10ppm CO 0.5ppm NO2 10ppm NH

16 Messung von VOCs mit dem Triple-Sensor Detektion eines Gases (NO 2 ) durch spezielle Drehmatrix und Einbeziehung des Winkels T NO205 = RL 1..10ppm C2H5OH 1..10ppm CO ppm NO ppm NH RL 1..10ppm C2H5OH 1..10ppm CO ppm NO ppm NH

17 Messung von VOCs mit dem Triple-Sensor Testfahrt Rennsteig-Tunnel Ausgabe der Sensorwiderstände und der detektierten Gase