Korrektur der PM10 und PM2,5-Messung Ja/Nein? Grimm EDM180-Geräte Berlin

Transkript

1 Grimm PM10 Vergleich Korrektur der PM10 und PM2,5-Messung Ja/Nein? Grimm EDM180-Geräte Berlin

2 Grimm Übersicht Übersicht zu den Messungen und Qualitätssicherungsverfahren der EDM180 (PM10 im Einsatz, PM2,5 im Aufbau befindliches Verfahren). 1.) Berliner Messnetz und Einsatz von EDM180 Geräten (PM10 und PM2,5) 2.) Qualitätssicherungsverfahren der EDM180 im Überblick 3.) Rekalibrierfunktion: Vergleichbarkeit der EDM180 mit der Gravimetrie (PM10 und PM2,5) 4.) Zusammenfassung 5.) Fragen

3 Grimm Übersicht Einsatz von Grimm PM10 1.) Einsatz von EDM 180 in Berlin MC174 Straßenmessstelle Es gibt grob drei Belastungsgebiete in Berlin: Straße, städtischer Hintergrund und Stadtrandstationen pro Belastungsgebiet werden mindestens an je einem Ort parallel zum EDM180 gravimetrische Messungen (jeweils für PM10 und /oder PM2,5) durchgeführt Die Ansaughöhe beträgt einheitlich ca. 1,50m über Dach Eine Messstelle (MC174) hat drei Parallelmessplätze für die EDM180

4 Grimm Übersicht Berliner Messnetz 1.1.) BLUME Messnetz Messstellen an Straßen Messstellen im städtischen Hintergrund Wald- und Stadtrandmessstellen

5 Faktor: Mutter zu MC220 Grimm Berliner Grimmgeräte Qualitätssicherungsverfahren der Grimm Geräte 2.) Qualitätssicherungsverfahren der Grimm Geräte Berliner Muttergerät zur Sicherstellung eines einheitlichen Niveaus der Grimmgeräte untereinander im Berliner Messnetz Ziel: jedes Grimmgerät muss mit jedem Grimmgerät annähernd 1:1 vergleichbar sein, das Niveau ist dabei - zunächst unwichtig, die evtl. notwenige Kalibrierfunktion wird später ermittelt Ziel: Ermittlung der Messunsicherheit der Geräte untereinander 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 174 zu 220 Grimm174 (orig) /220 Grimm Versuch eines Ersatz für Transferstandard: Bildung von Faktoren zum Berliner Muttergerät Ziel: unerkannte Geräteprobleme durch Vergleich mit anderen Stationen frühzeitig erkennen Wartungshäufigkeit: Untersuchungen zum Einfluss auf die Messergebnisse durch unterschiedliche Wartungsintervalle Ziel: Optimierung des Wartungsintervalls

6 Grimm Vergleichbarkeit der Grimmgeräte mit der Gravimetrie 3.) Vergleichbarkeit der EDM180 mit der Gravimetrie (PM10 und PM2,5) In Berlin liegen seit ca. sechs Jahren Vergleichsergebnisse der EDM180- Geräte mit den SEQ-Geräten (Gravimetrie) vor. Es wird sowohl PM10 als auch PM2,5 an ausgewählten Standorten verglichen. Diese Standorte sind: Straße (MC174 und MC117) Städtischer Hintergrund (MC042 und MC010) Stadtrandstation (MC077) Der Tagesgang ist plausibel und auch sehr schnelle Konzentrationsänderungen werden sofort angezeigt. PM10 Tagesmittelwerte der EDM180 Geräte in Berlin erfüllen ohne Korrektur die vorgeschriebenen Bedingungen der Äquivalenz für PM2,5 ist eine Korrektur notwendig.

7 CM PM10 (µg/m³) Grimm Vergleichbarkeit der Grimmgeräte mit der Gravimetrie 3.1.) PM10 EDM180 Vergleich mit SEQ - ohne Korrektur Orthogonal regression Candidate vs. Reference Method SEQ=0,94*Grimm+2,6; 15,2% RM PM10 (µg/m³) Anzahl: 6218 Datenpaare, bis zu 4 Vergleichsorte Belastungsgebiete: Straße, Städtischer Hintergrund, Stadtrandstation ohne Korrektur : Daten von 6 Jahren an unterschiedlichen Belastungsgebieten: hier geometrische Regression der PM10 Daten vom bis Der Vergleich Gravimetrie zu EDM180 über 6 Jahre zeigt ohne Korrektur der EDM180 eine erweiterte Messunsicherheit von 15,2%.

8 PM10 in µg/m³ PM10 in µg/m³ Grimm Vergleichbarkeit der Grimmgeräte mit der Gravimetrie 3.1.) PM10 EDM180 Vergleich mit SEQ - ohne Korrektur Die Unterschiede der Belastungsgebiete in Berlin werden ohne Korrektur der EDM -bei eingehaltener erw. Messunsicherheit von 15,2%- nicht widergespiegelt. Dies ist aber für die Untersuchung von Ursachen (Eintragspotential, Straßenbeitrag) und daraus möglichen Minderungsmaßnahmen von großer Bedeutung TagesMW gleitend SEQ MC TagesMW gleitend TagesMW gleitend Grimm unkorrigiert MC TagesMW gleitend MC TagesMW gleitend 50 MC TagesMW gleitend MC TagesMW gleitend

9 Grimm Vergleichbarkeit der Grimmgeräte mit der Gravimetrie 3.1.) PM10 EDM180 Vergleich mit SEQ Bei der Auswertung der gesamten und der einzelnen Datensätze von 2010 bis 2016 wurde zunächst durch Dr. Pesch überprüft, welcher funktionale Zusammenhang (logarithmisch, potenziel oder linear) am besten geeignet ist. Dabei wurde ermittelt, dass die beste Funktion die lineare Korrektur mit Achsenabschnitt (mittels geometrischer Regession) ist. Deshalb war es möglich den Äquivalenzsheet zur Auswertung zu nutzen. Es ist sinnvoll in Berlin nach drei Belastungsgebieten zu unterscheiden. Die Auswertung führte zu folgenden Ergebnissen: Straße (MC174,MC220, MC143, MC117) Korrektur mit: SEQ Straße = 0,96*Grimm Straße +4,3 Wohngebiet (MC042, MC010) Korrektur mit: SEQ Wohngebiet = 0,92*Grimm Wohngebiet +2,4 Stadtrand (MC077;MC085; MC032) Korrektur mit: SEQ Stadtrand = 0,87*Grimm Stadtrand +2,3

10 PM10 in µg/m³ PM10 in µg/m³ Grimm Vergleichbarkeit der Grimmgeräte mit der Gravimetrie 3.1.) PM10 EDM180 Vergleich mit SEQ mit Korrektur Ergebnisse nach der Anwendung der Funktionen (nach Belastungsgebiet) Nach der Rekalibration wird die Vergleichbarkeit der PM10 Konzentrationen der EDM180 mit den gravimetrisch erhaltenen Werten der SEQ noch verbessert und die (geringen) Niveauunterschiede der Belastungsgebiete werden besser wiedergegeben. Somit sind die automatisch ermittelten PM10 Konzentrationen auch für die Ursachenanalytik gut geeignet TagesMW gleitend SEQ MC TagesMW gleitend TagesMW gleitend Grimm korrigiert (nach EU Äquivalenztest) pro Belastungsgebiet MC TagesMW gleitend MC TagesMW gleitend MC TagesMW gleitend MC TagesMW gleitend

11 CM PM10 (µg/m³) Grimm Vergleichbarkeit der Grimmgeräte mit der Gravimetrie 3.1.) PM10 EDM180 Vergleich mit SEQ mit Korrektur Ergebnisse nach der Anwendung der Funktionen (nach Belastungsgebiet) Eine Korrektur pro Belastungsgebiet mit einer linearen Funktion mit Achsenabschnitt ermöglicht eine sehr gute Annäherung der Ergebnisse an die gravimetrischen Werte. Die Funktionen pro Belastungsgebiet schwanken im Laufe der Jahre 2010 bis 2015 nur geringfügig und können somit als geeignet für die nächsten Jahre betrachtet werden. 150 Orthogonal regression Candidate vs. Reference Method RM PM10 (µg/m³) Anzahl: 6218 Datenpaare, bis zu 4 Vergleichsorten Belastungsgebiete: Straße, Städtischer Hintergrund, Stadtrandstation mit Korrektur Anstieg und Offset pro Belastungsgebiet: SEQ=1,00*Grimm -0,07; 11,6% Der Vergleich Gravimetrie zu EDM180 über 6 Jahre zeigt nach Korrektur der EDM180 eine gute Äquivalenz.

12 CM PM2,5 (µg/m³) Grimm Vergleichbarkeit der Grimmgeräte mit der Gravimetrie 3.2.) PM2,5 EDM180 Vergleich mit SEQ ohne Korrektur noch im Aufbau befindliches Verfahren Orthogonal regression Candidate vs. Reference Method Daten von 6 Jahren an unterschiedlichen Belastungsgebieten: hier geometrische Regression der PM10 Daten vom bis Anzahl: 6129 Datenpaare, bis zu 4 Vergleichsorte Belastungsgebiete: Straße, städtischer Hintergrund, Stadtrandstation Grenzwert mit 25µg/m³ verwendet Ohne 125 Korrektur : RM PM2,5 (µg/m³) SEQ=0,92*Grimm+0,61; 23,7% Die PM2,5 Daten halten ohne Korrektur die Vorgaben von 25% erweiterter Messunsicherheit nur knapp bzw. im Jahr 2015 nicht ein. Eine Korrektur wird durchgeführt.

13 Grimm Vergleichbarkeit der Grimmgeräte mit der Gravimetrie 3.2.) PM2,5 EDM180 Vergleich mit SEQ ohne Korrektur noch im Aufbau befindliches Verfahren Die Korrektur erfolgt entsprechend der mittels Äquivalenzsheet gefundenen Funktionen. Es ist sinnvoll in Berlin nach drei Belastungsgebieten zu unterscheiden. Die Auswertung führte zu folgenden Ergebnissen: Straße (MC174,MC220, MC143, MC117) Korrektur mit: SEQ Straße = 0,93*Grimm Straße +1,2 Wohngebiet (MC042, MC010) Korrektur mit: SEQ Wohngebiet = 0,91*Grimm Wohngebiet +0,6 Stadtrand (MC077;MC085; MC032) Korrektur mit: SEQ Stadtrand = 0,89*Grimm Stadtrand +0,4

14 CM PM2,5 (µg/m³) Grimm Vergleichbarkeit der Grimmgeräte mit der Gravimetrie 3.2.) PM2,5 EDM180 Vergleich mit SEQ mit Korrektur noch im Aufbau befindliches Verfahren Orthogonal regression Candidate vs. Reference Method Daten von 6 Jahren an unterschiedlichen Belastungsgebieten: hier geometrische Regression der PM10 Daten vom bis Anzahl: 6129 Datenpaare, bis zu 4 Vergleichsorte Belastungsgebiete: Straße, städtischer Hintergrund, Stadtrandstation Grenzwert mit 25µg/m³ und RM uncertainty 1,4µg/m³ verwendet Mit 125Korrektur pro Belastungsgebiet: RM PM2,5 (µg/m³) SEQ=1,00*Grimm-0,07; 16,9% Die PM2,5 Daten halten mit Korrektur die Vorgaben von 25% erweiterter Messunsicherheit ein. Die Korrektur wird pro Belastungsgebiet durchgeführt.

15 Grimm Zusammenfassung 4.) Zusammenfassung Die Betreuung durch Firma GIP und Grimm ist ausgezeichnet Die PM10 Tagesmittelwerte sind ohne Korrektur mit dem Referenzverfahren in Berlin vergleichbar, zur Optimierung der Ergebnisse werden lineare Funktionen mit Achsenabschnitt pro Belastungsgebiet verwendet Die PM2,5 Tagesmittelwerte sind ohne Korrektur mit dem Referenzverfahren in Berlin nicht immer vergleichbar, sie werden mit einer linearen Funktionen mit Achsenabschnitt pro Belastungsgebiet korrigiert Die Geräte zeigen einen plausiblen Tagesverlauf, sie zeigen sofort nach dem Einschalten gültige Messwerte an. Es sind auch extrem kurze Konzentrationsspitzen deutlich zu erkennen. die Vergleichbarkeit der Geräte untereinander ist sehr gut, hier können auch 5 min Werte verwendet werden. Es werden keine Verbrauchsmaterialien außer BQ Filter benötigt. Die Geräte haben ein geringes Gewicht

16 Grimm Zusammenfassung 4.) Zusammenfassung notwendige QS Die Geräte sollten vor dem Einsatz im Messnetz untereinander verglichen werden, damit alle EDM 180 im Messnetz 1:1 vergleichbar sind. Ein Vergleich zum Referenzverfahren an ausgewählten, unterschiedlich belasteten Stationen ist bei allen automatischen Staubmessgeräten zur Ermittlung der Rekalibrierfunktion vorgeschrieben und deshalb unumgänglich der Vergleich mit anderen Stationen und einer Messnetzmutter ist aus unserer Sicht nützlich, um Geräteprobleme im laufenden Messbetrieb zu erkennen Die Wartungsintervalle müssen je nach Belastung ermittelt werden und sind unbedingt einzuhalten (ca. 1x jährlich) die Rohre und Köpfe müssen mit Spülmittel und Dest-Wasser je nach Bedarf gereinigt werden (ca. 1x jährlich, im Einzelfall auch häufiger)

17 5.) Fragen /Probleme und Erfahrungen anderer Messnetze Wunsch zur Optimierung aller mechanischen Bauteile durch Normierung aller Bauteile und Einhaltung von Toleranzen, Mitteilung an die Anwender (z.b. in Form von Logbüchern, die an die Anwender automatisch per Verteiler gesendet werden), wenn es sich nicht vermeiden lässt, dass sich Schrauben, Pumpen, Toleranzen u.ä. ändern. Das fängt schon bei Kreuzschlitzschrauben geändert in Inbusschrauben an und hört bei Passungenauigkeiten Rohr zu Gerät auf- hier gibt es aus unserer Sicht noch weiten Spielraum zur Verbesserung Die Verbindung Rohr/ Gerät (über Hebel) ist bei uns nicht immer unproblematisch. Eine Ursache wurde gefunden und ist an einigen Geräten bereits behoben: die Justierung im EDM180 zum Rohr (siehe Foto) stimmte nicht. Es ist eine Justiervorrichtung angedacht, die es ermöglicht, die genaue Ausrichtung im Gerät zu finden und bei Bedarf über 4 Schrauben nachzujustieren.. Einige Geräteprobleme werden im laufenden Messbetrieb nicht gleich erkannt, die Daten allein sind nicht aussagekräftig, es liegen auch keine Statusmeldungen vor, wenn z.b. beginnende Laserprobleme auftauchen, nur ein Vergleich mit anderen Stationen hilft bei uns, wie machen das die anderen Messnetze, warum kann man beginnende Laserprobleme nicht als Status anzeigen?

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit