Die Luftqualität in einem Gebäude hängt von einer Reihe von Faktoren ab, darunter die Qualität der Außenluft, die Konstruktion des Lüftungs-/Klimasystems, die Art und Weise, wie das System funktioniert und gewartet wird, und die Quellen der Innenraumverschmutzung. Im Allgemeinen wird die Konzentration von Schadstoffen in einem Innenraum durch das Gleichgewicht zwischen der Entstehung des Schadstoffs und der Geschwindigkeit seiner Beseitigung bestimmt.

Was die Erzeugung von Schadstoffen betrifft, so können die Verschmutzungsquellen auch extern oder intern sein. Zu den externen Quellen gehören Luftverschmutzung durch industrielle Verbrennungsprozesse, Fahrzeugverkehr, Kraftwerke und so weiter; Verschmutzung, die in der Nähe der Ansaugschächte emittiert wird, wo Luft in das Gebäude gesaugt wird, wie z. B. die von Kühltürmen oder den Abluftöffnungen anderer Gebäude; und Emanationen von kontaminiertem Boden wie Radongas, Lecks von Benzintanks oder Pestiziden.

Unter den Quellen der internen Verschmutzung sind diejenigen zu erwähnen, die mit den Lüftungs- und Klimaanlagen selbst (hauptsächlich die mikrobiologische Kontamination aller Segmente solcher Systeme), den Materialien, die zum Bau und zur Dekoration des Gebäudes verwendet werden, und den Bewohnern des Gebäudes zusammenhängen Gebäude. Spezifische Quellen der Luftverschmutzung in Innenräumen sind Tabakrauch, Labore, Fotokopierer, Fotolabore und Druckmaschinen, Fitnessstudios, Schönheitssalons, Küchen und Cafeterias, Badezimmer, Parkgaragen und Heizungsräume. Alle diese Quellen sollten über ein allgemeines Belüftungssystem verfügen, und die aus diesen Bereichen abgezogene Luft sollte nicht durch das Gebäude zurückgeführt werden. Wenn es die Situation erfordert, sollten diese Bereiche auch über ein lokales Belüftungssystem verfügen, das durch Absaugung arbeitet.

Die Bewertung der Raumluftqualität umfasst unter anderem die Messung und Bewertung von Schadstoffen, die im Gebäude vorhanden sein können. Zur Bestimmung der Luftqualität in einem Gebäude werden mehrere Indikatoren verwendet. Dazu gehören die Konzentrationen von Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, die gesamten flüchtigen organischen Verbindungen (TVOC), die gesamten Schwebstoffe (TSP) und die Belüftungsrate. Für die Bewertung einiger in Innenräumen gefundener Stoffe existieren verschiedene Kriterien bzw. empfohlene Zielwerte. Diese sind in verschiedenen Normen oder Richtlinien aufgeführt, wie z. B. den Richtlinien für die Qualität der Innenraumluft der Weltgesundheitsorganisation (WHO) oder den Standards der American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE).

Für viele dieser Stoffe gibt es jedoch keine definierten Standards. Die derzeit empfohlene Vorgehensweise besteht darin, die Werte und Standards für industrielle Umgebungen anzuwenden, die von der American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH 1992) bereitgestellt werden. Sicherheits- oder Korrekturfaktoren werden dann in der Größenordnung von einem halben, einem Zehntel oder einem Hundertstel der angegebenen Werte angewendet.

Die Methoden zur Kontrolle der Innenraumluft können in zwei Hauptgruppen unterteilt werden: Kontrolle der Verschmutzungsquelle oder Kontrolle der Umgebung mit Lüftungs- und Luftreinigungsstrategien.

Kontrolle der Verschmutzungsquelle

Die Verschmutzungsquelle kann mit verschiedenen Mitteln kontrolliert werden, einschließlich der folgenden:

1. Beseitigung. Die Eliminierung der Verschmutzungsquelle ist die ideale Methode zur Kontrolle der Raumluftqualität. Diese Maßnahme ist dauerhaft und erfordert keine zukünftigen Wartungsarbeiten. Es wird angewendet, wenn die Quelle der Verschmutzung bekannt ist, wie im Fall von Tabakrauch, und es erfordert keinen Ersatz von Schadstoffen.
2. Substitution. In einigen Fällen ist der Ersatz des Produkts, das die Kontaminationsquelle darstellt, die zu ergreifende Maßnahme. Manchmal ist es möglich, die Art der verwendeten Produkte (für Reinigung, Dekoration usw.) durch andere zu ersetzen, die die gleiche Leistung erbringen, aber weniger giftig sind oder ein geringeres Risiko für die Menschen darstellen, die sie verwenden.
3. Isolation oder räumliche Beschränkung. Diese Maßnahmen sollen die Exposition verringern, indem sie den Zugang zur Quelle einschränken. Das Verfahren besteht darin, Barrieren (teilweise oder vollständig) oder Eindämmungen um die Verschmutzungsquelle herum anzubringen, um Emissionen in die umgebende Luft zu minimieren und den Zugang von Menschen zu dem Bereich in der Nähe der Verschmutzungsquelle zu begrenzen. Diese Räume sollten mit zusätzlichen Belüftungssystemen ausgestattet sein, die Luft absaugen und bei Bedarf einen gerichteten Luftstrom liefern können. Beispiele für diesen Ansatz sind geschlossene Öfen, Heizräume und Kopierräume.
4. Versiegelung der Quelle. Diese Methode besteht darin, Materialien zu verwenden, die nur minimale oder gar keine Schadstoffe emittieren. Dieses System wurde vorgeschlagen, um die Ausbreitung loser Asbestfasern aus alter Isolierung sowie die Emission von Formaldehyd aus mit Harzen behandelten Wänden zu verhindern. In mit Radongas kontaminierten Gebäuden werden Schlackensteine ​​und Spalten in Kellerwänden mit dieser Technik abgedichtet: Dabei werden Polymere eingesetzt, die den Eintrag von Radon aus dem Erdreich verhindern. Kellerwände können auch mit Epoxidfarbe und einem polymeren Dichtungsmittel aus Polyethylen oder Polyamid behandelt werden, um Verunreinigungen zu verhindern, die durch Wände oder aus dem Boden eindringen können.
5. Belüftung durch lokalisierte Absaugung. Lokale Belüftungssysteme basieren auf der Erfassung des Schadstoffs an der Quelle oder so nah wie möglich an der Quelle. Das Einfangen erfolgt durch eine Glocke, die so konstruiert ist, dass sie den Schadstoff in einem Luftstrom einfängt. Die Luft strömt dann durch Leitungen mit Hilfe eines Ventilators, um gereinigt zu werden. Wenn die abgesaugte Luft nicht gereinigt oder gefiltert werden kann, sollte sie nach außen abgeführt und nicht in das Gebäude zurückgeführt werden.

Kontrolle der Umwelt

Die Innenumgebungen von nichtindustriellen Gebäuden weisen in der Regel viele Schadstoffquellen auf und sind darüber hinaus tendenziell verstreut. Das am häufigsten verwendete System zur Korrektur oder Verhinderung von Verschmutzungsproblemen in Innenräumen ist daher die Belüftung, entweder allgemein oder durch Verdünnung. Diese Methode besteht darin, den Luftstrom zu bewegen und zu lenken, um Schadstoffe einzufangen, einzudämmen und von ihrer Quelle zum Belüftungssystem zu transportieren. Darüber hinaus ermöglicht die allgemeine Lüftung auch die Steuerung der thermischen Eigenschaften des Raumklimas durch Klimatisierung und Umluft (siehe „Ziele und Prinzipien der allgemeinen und Verdünnungslüftung“ an anderer Stelle in diesem Kapitel).

Um die interne Verschmutzung zu verdünnen, ist eine Erhöhung des Außenluftvolumens nur dann ratsam, wenn das System die richtige Größe hat und nicht zu einem Mangel an Belüftung in anderen Teilen des Systems führt oder wenn das zusätzliche Volumen eine ordnungsgemäße Klimatisierung nicht verhindert . Damit ein Lüftungssystem so effektiv wie möglich ist, sollten lokale Absaugungen an den Verschmutzungsquellen installiert werden; Luft, die mit Schadstoffen vermischt ist, sollte nicht recycelt werden; Insassen sollten in der Nähe von Luftdiffusionsöffnungen und Verschmutzungsquellen in der Nähe von Absaugöffnungen platziert werden; Schadstoffe sollen auf dem kürzest möglichen Weg ausgetrieben werden; und Räume mit lokalisierten Verschmutzungsquellen sollten im Verhältnis zum atmosphärischen Außendruck auf Unterdruck gehalten werden.

Die meisten Lüftungsmängel scheinen mit einer unzureichenden Menge an Außenluft zusammenzuhängen. Eine unsachgemäße Verteilung der Ventilationsluft kann jedoch auch zu Problemen mit schlechter Luftqualität führen. In Räumen mit sehr hohen Decken zum Beispiel, wo warme (weniger dichte) Luft von oben zugeführt wird, kann es zu einer Schichtung der Lufttemperatur kommen und die Belüftung kann dann die im Raum vorhandene Verschmutzung nicht verdünnen. Die Anordnung und Position von Luftdiffusionsöffnungen und Luftrückführungsöffnungen relativ zu den Insassen und den Kontaminationsquellen ist eine Überlegung, die besondere Aufmerksamkeit erfordert, wenn das Belüftungssystem entworfen wird.

Luftreinigungstechniken

Luftreinigungsverfahren sollten genau auf bestimmte, ganz konkrete Schadstoffarten ausgelegt und ausgewählt werden. Nach der Installation verhindert eine regelmäßige Wartung, dass das System zu einer neuen Kontaminationsquelle wird. Das Folgende sind Beschreibungen von sechs Methoden, die verwendet werden, um Schadstoffe aus der Luft zu entfernen.

Filtration von Partikeln

Die Filtration ist eine nützliche Methode zur Entfernung von Flüssigkeiten oder Feststoffen in Suspension, es sollte jedoch beachtet werden, dass sie keine Gase oder Dämpfe entfernt. Filter können Partikel durch Behinderung, Aufprall, Abfangen, Diffusion und elektrostatische Anziehung einfangen. Die Filtration einer Raumklimaanlage ist aus vielen Gründen notwendig. Einer besteht darin, die Ansammlung von Schmutz zu verhindern, der eine Verringerung der Heiz- oder Kühleffizienz verursachen kann. Das System kann auch durch bestimmte Partikel (Schwefelsäure und Chloride) korrodiert werden. Eine Filterung ist auch notwendig, um zu verhindern, dass das Lüftungssystem durch Ablagerungen auf den Lüfterflügeln aus dem Gleichgewicht gerät und aufgrund verstopfter Sensoren falsche Informationen an die Steuerung geliefert werden.

Innenluftfiltersysteme profitieren von der Anordnung von mindestens zwei Filtern in Reihe. Der erste, ein Vorfilter oder Primärfilter, hält nur die größeren Partikel zurück. Dieser Filter sollte häufig gewechselt werden und verlängert die Lebensdauer des nächsten Filters. Der Sekundärfilter ist effizienter als der erste und kann Pilzsporen, Kunstfasern und generell feineren Staub herausfiltern als der Primärfilter. Diese Filter sollten fein genug sein, um Reizstoffe und giftige Partikel zu entfernen.

Ein Filter wird nach seiner Wirksamkeit, seiner Fähigkeit, Staub zu speichern, seinem Ladungsverlust und dem erforderlichen Grad an Luftreinheit ausgewählt. Die Wirksamkeit eines Filters wird gemäß den Standards ASHRAE 52-76 und Eurovent 4/5 (ASHRAE 1992; CEN 1979) gemessen. Ihre Kapazität für Beibehaltung misst die Masse des zurückgehaltenen Staubs multipliziert mit dem Volumen der gefilterten Luft und wird verwendet, um Filter zu charakterisieren, die nur große Partikel zurückhalten (Filter mit niedriger und mittlerer Effizienz). Zur Messung des Rückhaltevermögens wird ein synthetischer Aerosolstaub bekannter Konzentration und Körnung durch einen Filter gepresst. der im Filter zurückgehaltene Anteil wird gravimetrisch berechnet.

Das Effizienz eines Filters wird ausgedrückt, indem die Anzahl der zurückgehaltenen Partikel mit dem gefilterten Luftvolumen multipliziert wird. Mit diesem Wert werden Filter charakterisiert, die auch feinere Partikel zurückhalten. Um die Effizienz eines Filters zu berechnen, wird ein atmosphärischer Aerosolstrom durch ihn geleitet, der ein Aerosol aus Partikeln mit einem Durchmesser zwischen 0.5 und 1 μm enthält. Die Menge der eingefangenen Partikel wird mit einem Opazimeter gemessen, das die durch das Sediment verursachte Opazität misst.

Der DOP ist ein Wert, der verwendet wird, um sehr hocheffiziente Partikelfilter (HEPA) zu charakterisieren. Der DOP eines Filters wird mit einem Aerosol berechnet, das durch Verdampfen und Kondensieren von Dioctylphthalat hergestellt wird und Partikel mit einem Durchmesser von 0.3 μm erzeugt. Diese Methode basiert auf der lichtstreuenden Eigenschaft von Dioctylphthalattropfen: Wenn wir den Filter diesem Test unterziehen, ist die Intensität des gestreuten Lichts proportional zur Oberflächenkonzentration dieses Materials und die Durchdringung des Filters kann anhand der relativen Intensität gemessen werden von Streulicht vor und nach dem Filtern des Aerosols. Damit ein Filter die HEPA-Bezeichnung erhalten kann, muss er auf der Grundlage dieses Tests eine Effizienz von mehr als 99.97 Prozent aufweisen.

Obwohl eine direkte Beziehung zwischen ihnen besteht, sind die Ergebnisse der drei Methoden nicht direkt vergleichbar. Durch die Verstopfung lässt die Effizienz aller Filter nach und sie können zu einer Quelle von Gerüchen und Verunreinigungen werden. Die Nutzungsdauer eines Hochleistungsfilters kann erheblich verlängert werden, indem ein oder mehrere Filter niedrigerer Leistung vor dem Hochleistungsfilter verwendet werden. Tabelle 1 zeigt die Anfangs-, End- und Durchschnittserträge verschiedener Filter gemäß den von ASHRAE 52-76 festgelegten Kriterien für Partikel mit einem Durchmesser von 0.3 μm.

Tabelle 1. Wirksamkeit von Filtern (nach ASHRAE-Standard 52-76) für Partikel mit 3 mm Durchmesser

Elektrostatischer Niederschlag

Dieses Verfahren erweist sich zur Kontrolle von Feinstaub als nützlich. Geräte dieser Art arbeiten, indem sie Partikel ionisieren und sie dann aus dem Luftstrom entfernen, wenn sie von einer Sammelelektrode angezogen und eingefangen werden. Ionisierung tritt auf, wenn das kontaminierte Abwasser das elektrische Feld passiert, das durch eine starke Spannung erzeugt wird, die zwischen der Sammel- und der Entladungselektrode angelegt wird. Die Spannung wird von einem Gleichstromgenerator gewonnen. Die Niederschlagselektrode hat eine große Oberfläche und ist normalerweise positiv geladen, während die Entladungselektrode aus einem negativ geladenen Kabel besteht.

Die wichtigsten Faktoren, die die Ionisierung von Partikeln beeinflussen, sind der Zustand des Abwassers, sein Abfluss und die Eigenschaften der Partikel (Größe, Konzentration, Widerstand usw.). Die Wirksamkeit des Einfangens steigt mit der Feuchtigkeit und der Größe und Dichte der Partikel und nimmt mit zunehmender Viskosität des Abwassers ab.

Der Hauptvorteil dieser Geräte besteht darin, dass sie beim Sammeln von Feststoffen und Flüssigkeiten sehr effektiv sind, selbst wenn die Partikelgröße sehr fein ist. Außerdem können diese Systeme für große Volumina und hohe Temperaturen verwendet werden. Der Druckverlust ist minimal. Die Nachteile dieser Systeme sind ihre hohen Anschaffungskosten, ihr großer Platzbedarf und die Sicherheitsrisiken, die sie aufgrund der sehr hohen Spannungen darstellen, insbesondere wenn sie für industrielle Anwendungen verwendet werden.

Elektrofilter werden in einem breiten Spektrum eingesetzt, von industriellen Umgebungen zur Reduzierung der Partikelemission bis hin zu häuslichen Umgebungen zur Verbesserung der Qualität der Raumluft. Letztere sind kleinere Geräte, die mit Spannungen im Bereich von 10,000 bis 15,000 Volt arbeiten. Sie haben normalerweise Systeme mit automatischen Spannungsreglern, die sicherstellen, dass immer genug Spannung angelegt wird, um eine Ionisation zu erzeugen, ohne eine Entladung zwischen beiden Elektroden zu verursachen.

Erzeugung negativer Ionen

Diese Methode wird verwendet, um in der Luft schwebende Partikel zu beseitigen und nach Meinung einiger Autoren gesündere Umgebungen zu schaffen. Die Wirksamkeit dieser Methode zur Verringerung von Beschwerden oder Krankheiten wird noch untersucht.

Gasadsorption

Dieses Verfahren wird verwendet, um umweltbelastende Gase und Dämpfe wie Formaldehyd, Schwefeldioxid, Ozon, Stickoxide und organische Dämpfe zu beseitigen. Adsorption ist ein physikalisches Phänomen, bei dem Gasmoleküle von einem adsorbierenden Feststoff eingefangen werden. Das Adsorbens besteht aus einem porösen Feststoff mit sehr großer Oberfläche. Um solche Schadstoffe aus der Luft zu entfernen, lässt man sie durch eine mit dem Adsorptionsmittel gefüllte Kartusche strömen. Aktivkohle ist die am weitesten verbreitete; es fängt ein breites Spektrum an anorganischen Gasen und organischen Verbindungen ab. Beispiele sind aliphatische, chlorierte und aromatische Kohlenwasserstoffe, Ketone, Alkohole und Ester.

Kieselgel ist auch ein anorganisches Adsorptionsmittel und wird verwendet, um polarere Verbindungen wie Amine und Wasser einzufangen. Es gibt auch andere, organische Adsorptionsmittel, die aus porösen Polymeren aufgebaut sind. Es ist wichtig zu beachten, dass alle adsorbierenden Feststoffe nur eine bestimmte Menge an Schadstoffen einfangen und dann, sobald sie gesättigt sind, regeneriert oder ersetzt werden müssen. Ein weiteres Verfahren zum Einfangen durch adsorbierende Feststoffe besteht darin, eine Mischung aus aktivem Aluminiumoxid und Kohlenstoff zu verwenden, die mit spezifischen Reaktanten imprägniert ist. Einige Metalloxide binden beispielsweise Quecksilberdämpfe, Schwefelwasserstoff und Ethylen. Es ist zu beachten, dass Kohlendioxid nicht durch Adsorption zurückgehalten wird.

Gasabsorption

Die Beseitigung von Gasen und Dämpfen durch Absorption beinhaltet ein System, das Moleküle fixiert, indem es sie durch eine absorbierende Lösung leitet, mit der sie chemisch reagieren. Dies ist eine sehr selektive Methode, bei der Reagenzien verwendet werden, die für den Schadstoff spezifisch sind, der eingefangen werden muss.

Das Reagenz wird im Allgemeinen in Wasser gelöst. Es muss auch ersetzt oder regeneriert werden, bevor es aufgebraucht ist. Da dieses System darauf basiert, den Schadstoff aus der Gasphase in die flüssige Phase zu überführen, sind die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Reagens sehr wichtig. Seine Löslichkeit und Reaktivität sind besonders wichtig; Weitere Aspekte, die bei diesem Übergang von der gasförmigen in die flüssige Phase eine wichtige Rolle spielen, sind pH-Wert, Temperatur und die Kontaktfläche zwischen Gas und Flüssigkeit. Wenn der Schadstoff hochlöslich ist, reicht es aus, ihn durch die Lösung zu blasen, um ihn an dem Reagenz zu fixieren. Wenn der Schadstoff nicht so leicht löslich ist, muss das einzusetzende System eine größere Kontaktfläche zwischen Gas und Flüssigkeit sicherstellen. Einige Beispiele für Absorptionsmittel und die Schadstoffe, für die sie besonders geeignet sind, sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2. Als Absorptionsmittel für verschiedene Verunreinigungen verwendete Reagenzien

Ozonisierung

Diese Methode zur Verbesserung der Raumluftqualität basiert auf der Verwendung von Ozongas. Ozon wird aus Sauerstoffgas durch ultraviolette Strahlung oder elektrische Entladung erzeugt und verwendet, um in der Luft dispergierte Verunreinigungen zu beseitigen. Die große Oxidationskraft dieses Gases macht es zur Verwendung als antimikrobielles Mittel, Deodorant und Desinfektionsmittel geeignet und kann helfen, schädliche Gase und Dämpfe zu beseitigen. Es wird auch verwendet, um Räume mit hohen Konzentrationen von Kohlenmonoxid zu reinigen. In der Industrie wird es zur Luftbehandlung in Küchen, Kantinen, Lebensmittel- und Fischverarbeitungsbetrieben, Chemiefabriken, Restkläranlagen, Gummifabriken, Kühlanlagen usw. verwendet. In Büroräumen wird es bei Klimaanlagen zur Verbesserung der Raumluftqualität eingesetzt.

Ozon ist ein bläuliches Gas mit einem charakteristischen durchdringenden Geruch. In hohen Konzentrationen ist es für den Menschen giftig und sogar tödlich. Ozon entsteht durch die Einwirkung von ultravioletter Strahlung oder einer elektrischen Entladung auf Sauerstoff. Es sollte zwischen beabsichtigter, unfallbedingter und natürlicher Ozonerzeugung unterschieden werden. Ozon ist ein äußerst giftiges und reizendes Gas, sowohl bei Kurzzeit- als auch bei Langzeitbelastung. Aufgrund seiner Reaktion im Körper sind keine Werte bekannt, für die es keine biologischen Wirkungen gibt. Diese Daten werden ausführlicher im Chemikalienabschnitt dieses Artikels diskutiert Enzyklopädie.

Prozesse, die Ozon verwenden, sollten in geschlossenen Räumen durchgeführt werden oder über ein lokalisiertes Absaugsystem verfügen, um jegliche Freisetzung von Gas an der Quelle aufzufangen. Ozonflaschen sollten in gekühlten Bereichen gelagert werden, fern von Reduktionsmitteln, brennbaren Materialien oder Produkten, die ihren Abbau beschleunigen können. Es sollte beachtet werden, dass, wenn Ozonisatoren bei Unterdruck arbeiten und automatische Abschaltvorrichtungen im Falle eines Ausfalls haben, die Möglichkeit von Lecks minimiert wird.

Elektrische Geräte für Prozesse, die Ozon verwenden, sollten perfekt isoliert sein und ihre Wartung sollte von erfahrenem Personal durchgeführt werden. Bei der Verwendung von Ozonisatoren sollten Leitungen und Zubehörgeräte über Vorrichtungen verfügen, die Ozonisatoren sofort abschalten, wenn ein Leck festgestellt wird; bei Leistungsverlust der Lüftungs-, Entfeuchtungs- oder Kühlfunktion; bei Über- oder Unterdruck (je nach System); oder wenn die Ausgabe des Systems entweder übermäßig oder unzureichend ist.

Wenn Ozonisatoren installiert werden, sollten sie mit ozonspezifischen Detektoren versehen werden. Dem Geruchssinn ist nicht zu trauen, da er gesättigt werden kann. Ozonlecks können mit reaktiven Kaliumjodidstreifen nachgewiesen werden, die sich blau färben, aber dies ist keine spezifische Methode, da der Test für die meisten Oxidationsmittel positiv ist. Es ist besser, kontinuierlich auf Lecks mit elektrochemischen Zellen, UV-Photometrie oder Chemilumineszenz zu überwachen, wobei das gewählte Detektionsgerät direkt mit einem Alarmsystem verbunden ist, das bei Erreichen bestimmter Konzentrationen aktiviert wird.

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