Handbuch zur Messung der empfundenen Luftqualität

1 Hermann-Rietschel-Institut Fachgebiet Heiz- und Raumlufttechnik Handbuch zur Messung der empfundenen Luftqualit t Luftqualit t in Innenr umen November 2004. Technische Universit t Berlin Hermann-Rietschel-Institut Fachgebiet Heiz- und Raumlufttechnik Marchstr. 4. 10587 Berlin Frank Bitter Olaf B ttcher Arne Dahms Johannes Kasche Birgit M ller Prof. Dirk M ller Handbuch zur Messung der empfundenen Luftqualit t Vorwort Die empfundene Luftqualit t in Geb uden gewinnt international zunehmend an Bedeutung. In der Planung und beim Betrieb von Geb uden sind Konzepte zur Verbesserung der empfundenen Luftqualit t jedoch oft schwer umzusetzen, da neben Kostenaspekten ein durchgehende Planungsmethodik und eine handhab- bare Messtechnik fehlen. Diese erste Version des Handbuchs zur Messung der empfundenen Luftqualit t ist eine Zusammenfassung der internen Unterlagen, die in den letzten Jahren am Hermann-Rietschel-Institut zu diesem Themenkomplex erstellt worden sind.

2 Ziel dieses Handbuchs ist die Erl uterung der wesentlichen Konzepte zur Luftquali- t tsbestimmung in Innenr umen und eine kurze Darstellung der aktuellen For- schungsrichtung am Hermann-Rietschel-Institut. Das Handbuch soll dem Leser einen einfachen Einstieg in den interdisziplin ren Themenkomplex empfundene Luftqualit t geben. In der internationalen Literatur hat sich die Methodik von Prof. Ole Fanger aus D nemark zur Bestimmung der empfundenen Luftqualit t in Innenr umen durchgesetzt. Teile seiner Forschungsergebnisse sind bereits in die deutsche, europ ische und internationale Normung eingeflossen. Nach Fanger lassen sich alle Geruchsquellen gleichsetzen, so dass sich die Gesamtbelastung eines Rau- mes durch Aufsummieren von Personen-, Baustoff- und Ausstattungslasten ergibt. Untersuchungen von Baustoffen am Hermann-Rietschel-Institut zeigen ein sehr unterschiedliches Verhalten verschiedener geruchsaktiver Substanzen in Bezug auf die empfundene Intensit t des Geruchseindrucks in Abh ngigkeit von ihrer Konzentration.

3 Nicht alle Ger che k nnen durch die Verdoppelung des Luftwech- sels halbiert werden. Zur olfaktorischen Bewertung von Baustoffen wird deshalb an einem Konzept gearbeitet, mit dem diese Eigenschaften der geruchsaktiven Substanzen erfasst und abgebildet werden k nnen. Neben der Vermeidung von Befindlichkeitsst rungen in Geb uden durch eine gut empfundene Luftqualit t zeigen erste Studien auch eine positive Korrelation zwischen der empfundenen Luftqualit t und der Produktivit t. Somit erh lt dieses Thema neben dem Attribut w nschenswert auch eine wirtschaftliche Komponente, die neben allen klassischen Behaglichkeitsanforderungen der Klimatechnik bei Planung und Betrieb von Geb uden beachtet werden sollte. I. Begrifferkl rung Begriff Definition im Sinne dieses Handbuchs Adaptation Empfindlichkeitsanpassung von Sinneszellen oder Sensoren an eine konstante Reizst rke. Vor bergehende Ver nderung der Empfindlichkeit eines Sinnesorgans aufgrund st ndiger und/oder wiederholter Stimulation /DIN EN 13725.

4 Akzeptanz Ma f r die Zufriedenheit mit einem Umgebungszu- stand. Anosmie Fehlende Empfindlichkeit gegen Geruchsreize (Ge- ruchsblindheit). Es gibt partielle als auch totale Anos- mie. Empfundene Intensit t Geruchsintensit t, die durch eine trainierte Proban- dengruppe ermittelt wird. Sie stellt die ermittelte Gr e bei Intensit tsmessungen mit einer trainierten Probandengruppe im Vergleich mit einem Ma stab dar. Empfundene Luftqualit t Gr e zur quantitativen Erfassung der vom Menschen empfundenen Luftqualit t. Die empfundene Luft- qualit t wird mit untrainierten Probanden ermittelt. Erkennungsschwelle Kleinste Geruchsstoffkonzentration, bei der 50% der Probanden den Geruch identifizieren k nnen. Geruchsintensit t St rke eines Geruchseindrucks. Geruchsschwellen Geruchsschwellen beschreiben minimale Konzentrati- onen eines Geruchsstoffes bei denen der Geruch durch die Mehrheit der Probanden wahrgenommen (Wahr- nehmungsschwelle) oder erkannt (Erkennungsschwel- le) werden kann.

5 II. Handbuch zur Messung der empfundenen Luftqualit t Hedonische Geruchswir- Bewertung eines Geruchseindrucks innerhalb der kung Merkmalspole u erst angenehm bis u erst unangenehm . Individuelle Wahrneh- Die individuelle Wahrnehmungsschwelle bezieht sich mungsschwelle auf die kleinste von einer Person wahrgenommene Konzentration eines Geruchsstoffes in der Luft. Olfaktometrie Messen der Reaktion der Probanden auf Geruchsreize. Prozentsatz Unzufriede- Prozentualer Anteil der mit dem Umgebungszustand ner (PD) unzufriedenen Probanden einer Probandengruppe. Raumluftqualit t Die Raumluftqualit t umfasst alle nichtthermischen Wirkungen der Raumluft, die Einfluss auf das Wohlbe- finden und Gesundheit des Menschen haben. Sick Building Syndrom Begriff f r gesundheitliche Beschwerden, die bei (SBS) Aufenthalt in einem Geb ude auftreten und bei Ver- lassen des Geb udes wieder nachlassen oder ver- schwinden. Bei den Beschwerden handelt es sich um Kopfschmerzen, Haut- und Augenirritationen, trockene Schleimh ute.

6 Wahrnehmungsschwelle Kleinste Geruchsstoffkonzentration, bei der 50% der Probanden einen Geruch wahrnehmen k nnen. III. Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung .. 1. Historie der Luftqualit 1. Sick Building Syndrom (SBS) .. 3. bersicht der verschiedenen Messverfahren .. 3. Einsatzfelder f r Luftqualit tsmessungen .. 4. 2 Der menschliche Geruchssinn .. 6. 9. Geruchsschwellen ..11. Einfluss von Feuchte und Temperatur ..13. 3 Geruchsstoffe ..15. Mikroorganismen ..15. Pilze ..16. 4 Probennahme- und Darbietungsverfahren ..18. Probennahme ..18. Direktbewertung von R Emissionskammer (CLIMPAQ) ..19. AirProbe Probenlagerung ..23. Probendarbietung ..24. Notwendige Luftmengen ..24. Bewertungstrichter ..25. Luftqualit tslabor am Hermann-Rietschel-Institut ..26. Probendarbietung f r das VDI-Verfahren ..28. Dezipolmeter ..29. Vergleichsma stab (Meilensteine) ..30. 5 Personengebundene Fanger-Methode ..33. Geruchsuntersuchungen mit untrainierten Probanden.

7 35. Geruchsuntersuchungen mit trainierten Training von Probanden ..37. Bestimmung unbekannter Ger che ..41. Auswertung der Befragungen von Probanden ..46. Handbuch zur Messung der empfundenen Luftqualit t Durchf hrung einer direkten Raumbewertungen .. 47. Zweistufiges 49. Aufbau des zweistufiges Bewertungsverfahrens .. 52. Einf hrung der empfundenen Intensit t .. 53. Logarithmische Kennlinien f r die empfundene Intensit 53. Addition von Geruchsintensit ten .. 55. Die zweite Stufe des Bewertungsverfahrens .. 58. 59. 6 Technische Messverfahren .. 64. Chemische Analysen .. 64. Beschreibung eines gaschromatographischen 64. Auswertung von Gaschromatogrammen .. 65. Thermodesorption und Kaltaufgabesystem .. 66. Massenspektrometer .. 67. 68. Funktionsprinzip eines Multigassensors .. 68. Sensorsysteme am 70. Auswertung der 72. Einsatz von Multigassensorsystemen in der Raumlufttechnik .. 74. Kombinierte 74. Sniffer/ Olfactory Detector Port (ODP).

8 74. 7 Normen und Richtlinien .. 76. DIN 1949 Teil 2 .. 76. VDI 3881 VDI 76. DIN EN 13725 .. 76. ASHRAE Standard 62-2001 .. 77. CEN Bericht CR 1752 .. 77. DIN EN 13419-1 .. 77. M1 Emission Classification of Building Materials .. 78. Nordtest Methode NT BUILD 482 .. 78. Nordtest Methode NT BUILD 484 .. 78. Handbuch zur Messung der empfundenen Luftqualit t 1 Einleitung Ger che entstehen aus einer Vielzahl chemischer Substanzen und l ngst sind nicht alle Stoffe erfasst, die beim Menschen eine Geruchsempfindung ausl sen. Bis zu 8000 unterschiedliche Substanzen k nnen in der Raumluft nachgewiesen werden, jedoch kann mit einer quantitativen Bestimmung jedes Einzelstoffes keine Aussage ber die Geruchswirkung einer beliebigen Kombination getroffen werden. Wurde fr her unter dem Begriff Luftqualit t in erster Linie der Schadstoffgehalt erfasst, so hat sich heute in fast allen Anwendungsbereichen auch die empfunde- ne Luftqualit t etabliert, mit welcher ein Geruch im Raum beurteilt werden kann.

9 Automobilkonzerne besch ftigen eigene Geruchslaboranten, um Geruchsquellen auf die Spur zu kommen. Umwelttechnische Labore untersuchen die Geruchsbe- l stigung durch Industrieanlagen und landwirtschaftliche Gro betriebe. Im deutschen und europ ischen Normenwerk finden sich Verfahrensanweisungen und Mindestanforderungen zur Bewertung der empfundenen Luftqualit t in der Au enluft jedoch nicht f r die Innenraumluftqualit t. Starke Geruchsbel stigungen k nnen das Wohlbefinden beeintr chtigen und sich auch auf die Arbeitseffektivit t auswirken. Trotz der immer besseren Analysem glichkeiten und der Entwicklung von Sen- sorsystemen, so genannten k nstlichen oder elektronischen Nasen , gelingt es bis heute nicht, die menschliche Nase bei der Bestimmung der empfundenen Luftqualit t zu ersetzen. Historie der Luftqualit tsforschung Bereits Mitte des 19. Jahrhunderts f hrte Max von Pettenkofer Unter- suchungen zur Luftqualit t durch (Von Pettenkofer, 1858)1.

10 Unter der Vorausset- zung, dass durch Reinigung Geruchsquellen weitestgehend aus dem Raum geschafft werden, betrachtete er den Menschen als die alleinige Verunreini- gungsquelle im Raum. So f hrte Pettenkofer den CO2-Gehalt der Raumluft als Indikator f r die Verunreinigung durch Personen ein. CO2 ist geruchlos und vom Menschen nicht direkt wahrnehmbar. Aus seinen Untersuchungen leitete Pettenkofer das Kriterium f r die Luftqualit t in Innenr umen ab. Er schlug vor, eine maximale Kohlendioxidkonzentration von 0,1 Vol. % bzw. 1000 ppm CO2 nicht zu berschreiten. Dieser Wert wird auch als 1. Von Pettenkofer, Max: ber den Luftwechsel in Wohngeb uden, Literarisch-Artistische Anstalt der Cotta'schen Buch- handlung, M nchen, 1858. Seite 1. Einleitung Pettenkofer-Zahl bezeichnet und hat noch heute in der nationalen und interna- tionalen Normung Bestand. Dabei ging er von einem Grundpegel in der Au enluft von 500 ppm CO2 aus.