Charakteristische chemische Schadstoffe

Chemische Verunreinigungen der Raumluft können als Gase und Dämpfe (anorganisch und organisch) und Partikel auftreten. Ihre Anwesenheit in der Innenumgebung ist das Ergebnis des Eintritts in das Gebäude von der Außenumgebung oder ihrer Erzeugung innerhalb des Gebäudes. Die relative Bedeutung dieser Quellen im Innen- und Außenbereich ist für verschiedene Schadstoffe unterschiedlich und kann sich im Laufe der Zeit ändern.

Die wichtigsten chemischen Schadstoffe, die üblicherweise in der Raumluft gefunden werden, sind die folgenden:

1. Kohlendioxid (CO₂), das ein Stoffwechselprodukt ist und häufig als Indikator für die allgemeine Luftverschmutzung im Zusammenhang mit der Anwesenheit von Menschen in Innenräumen verwendet wird
2. Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NO_x) und Schwefeldioxid (SO₂), das sind anorganische Verbrennungsgase, die überwiegend bei der Verbrennung von Kraftstoffen und Ozon entstehen (O₃), das ein Produkt photochemischer Reaktionen in verschmutzter Atmosphäre ist, aber auch von einigen Quellen in Innenräumen freigesetzt werden kann
3. organische Verbindungen, die aus einer Vielzahl von Quellen in Innenräumen und im Freien stammen. Hunderte von organischen Chemikalien kommen in der Raumluft vor, obwohl die meisten in sehr geringen Konzentrationen vorhanden sind. Diese können nach ihren Siedepunkten gruppiert werden, und eine weit verbreitete Klassifikation, die in Tabelle 1 gezeigt wird, identifiziert vier Gruppen organischer Verbindungen: (1) sehr flüchtige organische Verbindungen (VVOC); (2) flüchtig (VOC); (3) halbflüchtig (SVOC); und (4) mit Partikeln assoziierte organische Verbindungen (POM). Organische Stoffe in Teilchenphase werden in Teilchenmaterial gelöst oder daran adsorbiert. Sie können in Abhängigkeit von ihrer Flüchtigkeit sowohl in der Dampf- als auch in der Partikelphase auftreten. Zum Beispiel werden polyaromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs), die aus zwei kondensierten Benzolringen bestehen (z. B. Naphthalin), hauptsächlich in der Dampfphase gefunden und solche, die aus fünf Ringen bestehen (z. B. Benz[a]Pyren) finden sich überwiegend in der Partikelphase.

Tabelle 1. Klassifizierung von organischen Schadstoffen in Innenräumen

Ein wichtiges Merkmal von Schadstoffen in der Raumluft ist, dass ihre Konzentrationen sowohl räumlich als auch zeitlich stärker schwanken als im Freien üblich. Dies liegt an der großen Vielfalt von Quellen, dem intermittierenden Betrieb einiger der Quellen und den verschiedenen vorhandenen Senken.

Schadstoffkonzentrationen, die hauptsächlich aus Verbrennungsquellen stammen, unterliegen sehr großen zeitlichen Schwankungen und sind intermittierend. Episodische Freisetzungen flüchtiger organischer Verbindungen aufgrund menschlicher Aktivitäten, wie z. B. Malen, führen ebenfalls zu großen zeitlichen Schwankungen der Emission. Andere Emissionen, wie die Freisetzung von Formaldehyd aus Produkten auf Holzbasis, können mit Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen im Gebäude variieren, aber die Emission ist kontinuierlich. Die Emission organischer Chemikalien aus anderen Materialien hängt möglicherweise weniger von Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen ab, ihre Konzentrationen in der Raumluft werden jedoch stark von den Belüftungsbedingungen beeinflusst.

Räumliche Schwankungen innerhalb eines Raums sind tendenziell weniger ausgeprägt als zeitliche Schwankungen. Innerhalb eines Gebäudes können bei lokalisierten Quellen große Unterschiede bestehen, z. B. bei Fotokopierern in einem zentralen Büro, Gasherden in der Restaurantküche und Tabakrauchen, das auf einen bestimmten Bereich beschränkt ist.

Quellen innerhalb des Gebäudes

Erhöhte durch Verbrennung erzeugte Schadstoffwerte, insbesondere Stickstoffdioxid und Kohlenmonoxid in Innenräumen, resultieren normalerweise aus unbelüfteten, unsachgemäß entlüfteten oder schlecht gewarteten Verbrennungsgeräten und dem Rauchen von Tabakprodukten. Unbelüftete Kerosin- und Gasraumheizgeräte emittieren erhebliche Mengen an CO, CO₂, Ich habe nicht_x, SO₂, Partikel und Formaldehyd. Auch Gasherde und Backöfen geben diese Produkte direkt an die Raumluft ab. Unter normalen Betriebsbedingungen sollten gasbefeuerte Zwangslufterhitzer und Warmwasserbereiter keine Verbrennungsprodukte an die Raumluft abgeben. Bei fehlerhaften Geräten kann es jedoch zu Rauchgasaustritt und Rückströmung kommen, wenn der Raum durch konkurrierende Abgassysteme und unter bestimmten meteorologischen Bedingungen drucklos gemacht wird.

Umwelt Tabakrauch

Die Verunreinigung der Raumluft durch Tabakrauch resultiert aus Nebenstrom- und ausgeatmetem Hauptstromrauch, der üblicherweise als Tabakrauch in der Umgebung (ETS) bezeichnet wird. Im Tabakrauch wurden mehrere tausend verschiedene Bestandteile identifiziert, und die Gesamtmengen der einzelnen Bestandteile variieren je nach Art der Zigarette und den Bedingungen der Raucherzeugung. Die wichtigsten mit ETS verbundenen Chemikalien sind Nikotin, Nitrosamine, PAKs, CO, CO₂, Ich habe nicht_x, Acrolein, Formaldehyd und Blausäure.

Baumaterialien und Einrichtungsgegenstände

Die Materialien, denen die größte Aufmerksamkeit als Quellen der Raumluftverschmutzung zuteil wurde, waren Holzwerkstoffplatten, die Harnstoff-Formaldehyd (UF)-Harz und UF-Hohlwandisolierung (UFFI) enthielten. Die Emission von Formaldehyd aus diesen Produkten führt zu erhöhten Formaldehydkonzentrationen in Gebäuden, und dies wurde mit vielen Beschwerden über schlechte Raumluftqualität in Industrieländern in Verbindung gebracht, insbesondere in den späten 1970er und frühen 1980er Jahren. Tabelle 2 enthält Beispiele für Materialien, die in Gebäuden Formaldehyd freisetzen. Diese zeigen, dass die höchsten Emissionsraten mit den Produkten auf Holzbasis und UFFI verbunden sein können, die häufig in großem Umfang in Gebäuden verwendet werden. Spanplatten werden aus feinen (ca. 1 mm) Holzspänen hergestellt, die mit UF-Harzen (6 bis 8 Gew.-%) vermischt und zu Holzplatten gepresst werden. Es wird häufig für Fußböden, Wandverkleidungen, Regale und Komponenten von Schränken und Möbeln verwendet. Die Lagen aus Hartholz sind mit UF-Harz verklebt und werden häufig für dekorative Wandverkleidungen und Möbelkomponenten verwendet. Mitteldichte Faserplatten (MDF) enthalten feinere Holzpartikel als Spanplatten, die ebenfalls mit UF-Harz gebunden sind. MDF wird am häufigsten für Möbel verwendet. Die Hauptquelle für Formaldehyd in all diesen Produkten ist der restliche Formaldehyd, der im Harz aufgrund seines Vorhandenseins im Überschuss eingeschlossen ist, der für die Reaktion mit Harnstoff während der Herstellung des Harzes benötigt wird. Die Freisetzung ist daher am höchsten, wenn das Produkt neu ist, und nimmt mit einer Geschwindigkeit ab, die von der Produktdicke, der anfänglichen Emissionsstärke, dem Vorhandensein anderer Formaldehydquellen, dem lokalen Klima und dem Verhalten der Bewohner abhängt. Die anfängliche Abnahmerate der Emissionen kann in den ersten acht bis neun Monaten 50 % betragen, gefolgt von einer viel langsameren Abnahmerate. Aufgrund der Hydrolyse des UF-Harzes kann eine Sekundäremission auftreten, und daher steigen die Emissionsraten während Perioden mit erhöhter Temperatur und Feuchtigkeit. Beträchtliche Bemühungen der Hersteller haben zur Entwicklung von Materialien mit niedrigeren Emissionen geführt, indem niedrigere Verhältnisse (dh näher an 1:1) von Harnstoff zu Formaldehyd für die Harzherstellung und die Verwendung von Formaldehydfängern verwendet wurden. Regulierung und Verbrauchernachfrage haben in einigen Ländern zu einer weit verbreiteten Verwendung dieser Produkte geführt.

Tabelle 2. Formaldehyd-Emissionsraten verschiedener Baumaterialien, Einrichtungsgegenstände und Konsumgüter

Baumaterialien und Einrichtungsgegenstände setzen ein breites Spektrum anderer VOCs frei, die in den 1980er und 1990er Jahren Gegenstand zunehmender Besorgnis waren. Die Emission kann eine komplexe Mischung aus einzelnen Verbindungen sein, obwohl einige dominant sein können. Eine Studie von 42 Baumaterialien identifizierte 62 verschiedene chemische Spezies. Diese VOCs waren hauptsächlich aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, ihre Sauerstoffderivate und Terpene. Die Verbindungen mit den höchsten stationären Emissionskonzentrationen waren in absteigender Reihenfolge Toluol, m-Xylol, Terpen, n-Butylacetat, n-Butanol, n-Hexan, p-Xylol, Ethoxyethylacetat, n-Heptan u o-Xylol. Die Komplexität der Emissionen hat dazu geführt, dass Emissionen und Konzentrationen in der Luft oft als Gesamtkonzentration oder -freisetzung flüchtiger organischer Verbindungen (TVOC) angegeben werden. Tabelle 3 enthält Beispiele für TVOC-Emissionsraten für eine Reihe von Bauprodukten. Diese zeigen, dass erhebliche Unterschiede bei den Emissionen zwischen den Produkten bestehen, was bedeutet, dass bei Vorhandensein geeigneter Daten in der Planungsphase Materialien ausgewählt werden könnten, um die VOC-Freisetzung in neu errichteten Gebäuden zu minimieren.

Tabelle 3. Gesamtkonzentrationen flüchtiger organischer Verbindungen (TVOC) und Emissionsraten im Zusammenhang mit verschiedenen Boden- und Wandbelägen und Beschichtungen

^a PVC, Polyvinylchlorid.

Holzschutzmittel haben sich als Quelle von Pentachlorphenol und Lindan in der Luft und im Staub in Gebäuden erwiesen. Sie werden hauptsächlich zum Schutz von Holz im Freien verwendet und werden auch in Bioziden verwendet, die zur Behandlung von Hausschwamm und zur Insektenbekämpfung eingesetzt werden.

Konsumgüter und andere Indoor-Quellen

Die Vielfalt und Anzahl von Verbraucher- und Haushaltsprodukten ändern sich ständig, und ihre chemischen Emissionen hängen vom Nutzungsverhalten ab. Zu den Produkten, die zu den VOC-Werten in Innenräumen beitragen können, gehören Aerosolprodukte, Körperpflegeprodukte, Lösungsmittel, Klebstoffe und Farben. Tabelle 4 zeigt die wichtigsten chemischen Komponenten in einer Reihe von Verbraucherprodukten.

Tabelle 4. Bestandteile und Emissionen von Verbraucherprodukten und anderen Quellen flüchtiger organischer Verbindungen (VOC)

Andere VOCs wurden mit anderen Quellen in Verbindung gebracht. Chloroform wird hauptsächlich durch die Abgabe oder Erwärmung von Leitungswasser in die Raumluft eingetragen. Flüssigprozesskopierer setzen Isodekane in die Luft frei. Insektizide, die zur Bekämpfung von Küchenschaben, Termiten, Flöhen, Fliegen, Ameisen und Milben verwendet werden, werden weithin als Sprays, Vernebelungsvorrichtungen, Pulver, imprägnierte Streifen, Köder und Halsbänder für Haustiere verwendet. Zu den Verbindungen gehören Diazinon, Paradichlorbenzol, Pentachlorphenol, Chlordan, Malathion, Naphthalin und Aldrin.

Andere Quellen sind Insassen (Kohlendioxid und Gerüche), Bürogeräte (VOCs und Ozon), Schimmelbildung (VOCs, Ammoniak, Kohlendioxid), kontaminiertes Land (Methan, VOCs) sowie elektronische Luftreiniger und negative Ionengeneratoren (Ozon).

Beitrag aus dem externen Umfeld

Tabelle 5 zeigt typische Innen-Außen-Verhältnisse für die wichtigsten Arten von Schadstoffen, die in der Innenluft vorkommen, sowie durchschnittliche Konzentrationen, die in der Außenluft städtischer Gebiete im Vereinigten Königreich gemessen wurden. Schwefeldioxid in der Innenraumluft stammt normalerweise aus dem Freien und stammt sowohl aus natürlichen als auch aus anthropogenen Quellen. Die Verbrennung schwefelhaltiger fossiler Brennstoffe und das Schmelzen von Sulfiderzen sind Hauptquellen von Schwefeldioxid in der Troposphäre. Die Hintergrundwerte sind sehr niedrig (1 ppb), aber in städtischen Gebieten können die maximalen stündlichen Konzentrationen 0.1 bis 0.5 ppm betragen. Schwefeldioxid kann mit der Lüftungsluft in ein Gebäude gelangen und durch kleine Lücken in der Gebäudestruktur eindringen. Dies hängt von der Luftdichtheit des Gebäudes, den meteorologischen Bedingungen und den Innentemperaturen ab. Im Inneren vermischt sich die einströmende Luft und wird mit der Raumluft verdünnt. Mit Bau- und Einrichtungsmaterialien in Kontakt kommendes Schwefeldioxid wird adsorbiert und kann insbesondere bei hohen Schwefeldioxidbelastungen im Außenbereich die Innenraumkonzentration gegenüber dem Außenbereich deutlich reduzieren.

Tabelle 5. Haupttypen chemischer Luftschadstoffe in Innenräumen und ihre Konzentrationen im städtischen Vereinigten Königreich

^a ETS, umweltbedingter Tabakrauch.

Stickoxide sind ein Verbrennungsprodukt, und Hauptquellen sind Autoabgase, mit fossilen Brennstoffen befeuerte Stromerzeugungsstationen und Raumheizungen. Stickoxid (NO) ist relativ ungiftig, kann aber zu Stickstoffdioxid (NO) oxidiert werden₂), insbesondere während Episoden photochemischer Verschmutzung. Hintergrundkonzentrationen von Stickstoffdioxid liegen bei etwa 1 ppb, können aber in städtischen Gebieten 0.5 ppm erreichen. Der Außenbereich ist die Hauptquelle von Stickstoffdioxid in Gebäuden ohne unbelüftete Brennstoffgeräte. Wie bei Schwefeldioxid verringert die Adsorption an inneren Oberflächen die Konzentration in Innenräumen im Vergleich zu denen im Freien.

Ozon wird in der Troposphäre durch photochemische Reaktionen in verschmutzten Atmosphären erzeugt, und seine Erzeugung ist eine Funktion der Intensität des Sonnenlichts und der Konzentration von Stickoxiden, reaktiven Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid. An abgelegenen Standorten betragen die Ozonkonzentrationen im Hintergrund 10 bis 20 ppb und können in städtischen Gebieten in den Sommermonaten 120 ppb überschreiten. Die Konzentrationen in Innenräumen sind aufgrund der Reaktion mit Oberflächen in Innenräumen und des Fehlens starker Quellen deutlich niedriger.

Die Freisetzung von Kohlenmonoxid als Ergebnis anthropogener Aktivitäten macht schätzungsweise 30 % der in der Atmosphäre der nördlichen Hemisphäre vorhandenen aus. Die Hintergrundwerte liegen bei etwa 0.19 ppm, und in städtischen Gebieten hängt ein Tagesmuster von Konzentrationen mit der Nutzung des Kraftfahrzeugs zusammen, wobei die stündlichen Spitzenwerte zwischen 3 ppm und 50 bis 60 ppm liegen. Es ist eine relativ unreaktive Substanz und wird daher nicht durch Reaktion oder Adsorption an Oberflächen in Innenräumen abgebaut. Innenquellen, wie z. B. unbelüftete Brennstoffgeräte, tragen daher zum Hintergrundpegel bei, der ansonsten auf die Außenluft zurückzuführen wäre.

Das Innen-Außen-Verhältnis organischer Verbindungen ist verbindungsspezifisch und kann sich im Laufe der Zeit ändern. Bei Verbindungen mit starken Innenraumquellen wie Formaldehyd sind die Innenraumkonzentrationen normalerweise dominant. Für Formaldehyd liegen die Außenkonzentrationen typischerweise unter 0.005 mg/m³ und die Innenkonzentrationen sind zehnmal höher als die Außenwerte. Andere Verbindungen wie Benzol haben starke Quellen im Freien, wobei benzinbetriebene Fahrzeuge von besonderer Bedeutung sind. Zu den Benzolquellen in Innenräumen gehört ETS, und diese führen dazu, dass die mittleren Konzentrationen in Gebäuden im Vereinigten Königreich 1.3-mal höher sind als im Freien. Das Raumklima scheint keine nennenswerte Senke für diese Verbindung zu sein und schützt daher nicht vor Benzol von außen.

Typische Konzentrationen in Gebäuden

Kohlenmonoxidkonzentrationen in Innenräumen liegen üblicherweise im Bereich von 1 bis 5 ppm. Tabelle 6 fasst die in 25 Studien berichteten Ergebnisse zusammen. Die Konzentrationen sind in Gegenwart von Tabakrauch aus der Umgebung höher, obwohl Konzentrationen von über 15 ppm die Ausnahme sind.

Tabelle 6. Zusammenfassung der Feldmessungen von Stickoxiden (NO^x) und Kohlenmonoxid (CO)

^a ND = nicht erkannt.

Die Stickstoffdioxidkonzentration in Innenräumen beträgt typischerweise 29 bis 46 ppb. Wenn bestimmte Quellen wie Gasherde vorhanden sind, können die Konzentrationen erheblich höher sein und Rauchen kann einen messbaren Effekt haben (siehe Tabelle 6).

Viele VOCs sind in Innenräumen in Konzentrationen von etwa 2 bis 20 mg/mXNUMX vorhanden³. Eine US-Datenbank mit 52,000 Einträgen zu 71 Chemikalien in Wohnungen, öffentlichen Gebäuden und Büros ist in Abbildung 3 zusammengefasst. Umgebungen, in denen starkes Rauchen und/oder schlechte Belüftung hohe Konzentrationen von ETS erzeugen, können VOC-Konzentrationen von 50 bis 200 mg/m erzeugen³. Baumaterialien tragen erheblich zu den Konzentrationen in Innenräumen bei, und in neuen Häusern wird wahrscheinlich eine größere Anzahl von Verbindungen vorkommen, die 100 mg/m überschreiten³. Renovierung und Anstrich tragen zu deutlich höheren VOC-Werten bei. Konzentrationen von Verbindungen wie Ethylacetat, 1,1,1-Trichlorethan und Limonen können 20 mg/m überschreiten³ Während der Aktivitäten der Bewohner und während der Abwesenheit der Bewohner kann die Konzentration einer Reihe von VOCs um etwa 50 % abnehmen. Es wurden Einzelfälle erhöhter Schadstoffkonzentrationen aufgrund von Materialien und Einrichtungsgegenständen beschrieben, die mit Beschwerden der Bewohner in Verbindung gebracht wurden. Dazu gehören Testbenzin aus injizierten Imprägnierschichten, Naphthalin aus kohlenteerhaltigen Produkten, Ethylhexanol aus Vinylböden und Formaldehyd aus Holzwerkstoffen.

Abbildung 1. Tägliche Innenkonzentrationen ausgewählter Verbindungen für Innenräume.

Die große Anzahl einzelner VOCs, die in Gebäuden vorkommen, macht es schwierig, Konzentrationen für mehr als ausgewählte Verbindungen anzugeben. Das Konzept von TVOC wurde als Maß für die Mischung vorhandener Verbindungen verwendet. Es gibt keine weit verbreitete Definition für den Bereich der Verbindungen, die der TVOC darstellt, aber einige Forscher haben vorgeschlagen, die Konzentrationen auf unter 300 mg/m zu begrenzen³ sollten Beschwerden von Bewohnern über die Raumluftqualität minimieren.

In Innenräumen verwendete Pestizide sind von relativ geringer Flüchtigkeit und Konzentrationen treten im niedrigen Mikrogramm-pro-Kubikmeter-Bereich auf. Die verflüchtigten Verbindungen können aufgrund ihres niedrigen Dampfdrucks und ihrer Neigung, von Innenmaterialien adsorbiert zu werden, Staub und alle Oberflächen in Innenräumen kontaminieren. Auch die PAK-Konzentration in der Luft wird stark von ihrer Verteilung zwischen Gas- und Aerosolphase beeinflusst. Das Rauchen der Bewohner kann sich stark auf die Raumluftkonzentration auswirken. Konzentrationen von PAKs reichen typischerweise von 0.1 bis 99 ng/m³.

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