Eine der Hauptfunktionen eines Gebäudes, in dem nichtindustrielle Tätigkeiten ausgeführt werden (Büros, Schulen, Wohnungen usw.), besteht darin, den Bewohnern ein gesundes und komfortables Arbeitsumfeld zu bieten. Die Qualität dieser Umgebung hängt in hohem Maße davon ab, ob die Lüftungs- und Klimatisierungssysteme des Gebäudes angemessen ausgelegt und gewartet sind und ordnungsgemäß funktionieren.

Diese Systeme müssen daher akzeptable thermische Bedingungen (Temperatur und Feuchtigkeit) und eine akzeptable Raumluftqualität bieten. Mit anderen Worten, sie sollten eine geeignete Mischung von Außenluft und Innenluft anstreben und Filter- und Reinigungssysteme einsetzen, die in der Lage sind, in der Innenumgebung vorhandene Schadstoffe zu beseitigen.

Die Vorstellung, dass saubere Außenluft für das Wohlbefinden in Innenräumen notwendig ist, wird seit dem XNUMX. Jahrhundert geäußert. Benjamin Franklin erkannte, dass die Raumluft gesünder ist, wenn sie durch Öffnen der Fenster natürlich belüftet wird. Die Idee, dass die Bereitstellung großer Mengen an Außenluft dazu beitragen könnte, das Ansteckungsrisiko für Krankheiten wie Tuberkulose zu verringern, setzte sich im XNUMX. Jahrhundert durch.

Untersuchungen aus den 1930er Jahren zeigten, dass zur Verdünnung der biologischen Abwässer des Menschen auf geruchsneutrale Konzentrationen zwischen 17 und 30 Kubikmeter Frischluft für einen Raum pro Person und Stunde benötigt werden.

In Standard Nr. 62 aus dem Jahr 1973 empfiehlt die American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE) einen Mindeststrom von 34 Kubikmetern Außenluft pro Stunde und Bewohner, um Gerüche zu kontrollieren. Ein absolutes Minimum von 8.5 m³/h/Insasse wird empfohlen, um zu verhindern, dass Kohlendioxid 2,500 ppm überschreitet, was die Hälfte des für industrielle Umgebungen festgelegten Expositionsgrenzwerts ist.

Dieselbe Organisation hat 90 – mitten in einer Energiekrise – in der Norm Nr. 1975 das oben erwähnte absolute Minimum eingeführt und vorübergehend die Notwendigkeit größerer Belüftungsströme außer Acht gelassen, um Schadstoffe wie Tabakrauch, biologische Abwässer usw. zu verdünnen her.

In seinem Standard Nr. 62 (1981) berichtigte ASHRAE dieses Versäumnis und legte seine Empfehlung auf 34 m fest³/Std./Bewohner für Raucherbereiche und 8.5 m³/Std./Bewohner in Bereichen, in denen das Rauchen verboten ist.

Der letzte von ASHRAE veröffentlichte Standard, ebenfalls Nr. 62 (1989), legte ein Minimum von 25.5 m fest³/Std./Bewohner für belegte Innenräume, unabhängig davon, ob das Rauchen erlaubt ist oder nicht. Er empfiehlt auch, diesen Wert zu erhöhen, wenn die in das Gebäude eingebrachte Luft in der Atmungszone nicht ausreichend gemischt wird oder wenn ungewöhnliche Schadstoffquellen im Gebäude vorhanden sind.

1992 veröffentlichte die Kommission der Europäischen Gemeinschaften ihre Richtlinien für Lüftungsanforderungen in Gebäuden. Im Gegensatz zu bestehenden Empfehlungen für Lüftungsstandards legt dieser Leitfaden keine Volumen des Lüftungsstroms fest, die für einen bestimmten Raum bereitgestellt werden sollten; Stattdessen gibt es Empfehlungen, die in Abhängigkeit von der gewünschten Raumluftqualität berechnet werden.

Bestehende Belüftungsnormen schreiben festgelegte Volumen des Belüftungsstroms vor, die pro Insasse bereitgestellt werden sollten. Die in den neuen Richtlinien erkennbaren Tendenzen zeigen, dass Volumenberechnungen allein nicht für jede Umgebung eine gute Raumluftqualität garantieren. Dies ist aus drei wesentlichen Gründen der Fall.

Erstens gehen sie davon aus, dass die Insassen die einzigen Kontaminationsquellen sind. Neuere Studien zeigen, dass neben den Insassen auch andere Schadstoffquellen als mögliche Schadstoffquellen in Betracht gezogen werden sollten. Beispiele sind Möbel, Polster und das Lüftungssystem selbst. Der zweite Grund ist, dass diese Standards die gleiche Menge an Außenluft empfehlen, unabhängig von der Luftqualität, die in das Gebäude geleitet wird. Und der dritte Grund ist, dass sie die Qualität der Raumluft, die für den gegebenen Raum benötigt wird, nicht klar definieren. Daher wird vorgeschlagen, dass künftige Lüftungsnormen auf den folgenden drei Prämissen basieren sollten: der Auswahl einer definierten Luftqualitätskategorie für den zu belüftenden Raum, der Gesamtbelastung an Schadstoffen im belegten Raum und der Qualität der verfügbaren Außenluft .

Die wahrgenommene Luftqualität

Die Qualität der Raumluft lässt sich als der Grad definieren, in dem die Ansprüche und Bedürfnisse des Menschen erfüllt werden. Grundsätzlich verlangen die Bewohner eines Raums zwei Dinge von der Luft, die sie atmen: die Luft, die sie atmen, als frisch und nicht als faulig, abgestanden oder irritierend wahrzunehmen; und zu wissen, dass die nachteiligen Auswirkungen auf die Gesundheit, die durch das Einatmen dieser Luft entstehen können, vernachlässigbar sind.

Es ist üblich zu glauben, dass der Grad der Luftqualität in einem Raum mehr von den Bestandteilen dieser Luft als von der Wirkung dieser Luft auf die Insassen abhängt. Es mag daher einfach erscheinen, die Qualität der Luft zu beurteilen, vorausgesetzt, dass durch die Kenntnis ihrer Zusammensetzung ihre Qualität festgestellt werden kann. Diese Methode zur Bewertung der Luftqualität funktioniert gut in industriellen Umgebungen, wo wir chemische Verbindungen finden, die in den Produktionsprozess verwickelt oder daraus stammen, und wo Messgeräte und Referenzkriterien zur Bewertung der Konzentrationen existieren. Diese Methode funktioniert jedoch nicht in nichtindustriellen Umgebungen. Nichtindustrielle Umgebungen sind Orte, an denen Tausende von chemischen Substanzen gefunden werden können, jedoch in sehr geringen Konzentrationen, die manchmal tausendmal niedriger sind als die empfohlenen Expositionsgrenzwerte; Eine Bewertung dieser Substanzen nacheinander würde zu einer falschen Beurteilung der Luftqualität führen, und die Luft würde wahrscheinlich als von hoher Qualität beurteilt werden. Aber es gibt einen fehlenden Aspekt, der berücksichtigt werden muss, und das ist der Mangel an Wissen über die kombinierte Wirkung dieser Tausenden von Substanzen auf den Menschen, und das kann der Grund sein, warum diese Luft als faulig und abgestanden empfunden wird oder irritierend.

Die Schlussfolgerung ist, dass traditionelle Methoden der industriellen Hygiene nicht gut geeignet sind, um den Qualitätsgrad zu definieren, der von den Menschen wahrgenommen wird, die die zu bewertende Luft atmen. Die Alternative zur chemischen Analyse besteht darin, Menschen als Messgeräte zu verwenden, um die Luftverschmutzung zu quantifizieren, wobei Jurys eingesetzt werden, um die Bewertungen vorzunehmen.

Der Mensch nimmt die Luftqualität mit zwei Sinnen wahr: dem Geruchssinn, der sich in der Nasenhöhle befindet und auf Hunderttausende von Geruchsstoffen reagiert, und dem chemischen Sinn, der sich in den Schleimhäuten von Nase und Augen befindet und auf a ähnlich viele Reizstoffe in der Luft vorhanden. Es ist die kombinierte Reaktion dieser beiden Sinne, die bestimmt, wie Luft wahrgenommen wird, und die es der Testperson ermöglicht, zu beurteilen, ob ihre Qualität akzeptabel ist.

Die alte Einheit

Eins Olf (von lat. = Olfaktus) ist die Emissionsrate von Luftschadstoffen (Bioabwässer) einer Standardperson. Eine Standardperson ist ein durchschnittlicher Erwachsener, der in einem Büro oder an einem ähnlichen nicht-industriellen Arbeitsplatz, sitzend und in thermischer Behaglichkeit mit einer hygienischen Standardausstattung bis 0.7 Bäder/Tag arbeitet. Die Verschmutzung durch einen Menschen wurde gewählt, um den Begriff zu definieren Olf aus zwei Gründen: Erstens sind die von einer Person abgegebenen biologischen Ausscheidungen bekannt, und zweitens gab es viele Daten über die Unzufriedenheit, die durch solche biologischen Ausscheidungen verursacht wird.

Jede andere Kontaminationsquelle kann als die Anzahl der Standardpersonen (Olfs) ausgedrückt werden, die erforderlich sind, um das gleiche Maß an Unzufriedenheit wie die zu bewertende Kontaminationsquelle zu verursachen.

Abbildung 1 zeigt eine Kurve, die einen olf definiert. Diese Kurve zeigt, wie die von einer Standardperson (1 olf) verursachte Kontamination bei unterschiedlichen Lüftungsraten wahrgenommen wird, und ermöglicht die Berechnung der Rate unzufriedener Personen – mit anderen Worten, derjenigen, die die Luftqualität unmittelbar danach als inakzeptabel empfinden Sie haben den Raum betreten. Die Kurve basiert auf verschiedenen europäischen Studien, in denen 168 Personen die Qualität der von über tausend Menschen, sowohl Männern als auch Frauen, verschmutzten Luft als Standard beurteilten. Ähnliche Studien, die in Nordamerika und Japan durchgeführt wurden, zeigen einen hohen Korrelationsgrad mit den europäischen Daten.

Abbildung 1. Olf-Definitionskurve

Die Dezipoleinheit

Die Schadstoffkonzentration in der Luft hängt von der Schadstoffquelle und ihrer Verdünnung durch Belüftung ab. Die wahrgenommene Luftverschmutzung ist definiert als die Konzentration menschlicher biologischer Abwässer, die dasselbe Unbehagen oder dieselbe Unzufriedenheit hervorrufen würde wie die Konzentration verschmutzter Luft, die bewertet wird. Ein Dezipol (aus dem Lateinischen pollutio) ist die Kontamination, die von einer Standardperson (1 olf) verursacht wird, wenn die Belüftungsrate 10 Liter pro Sekunde nicht kontaminierter Luft beträgt, so dass wir schreiben können

1 Dezipol = 0.1 olf/(Liter/Sekunde)

Abbildung 2, abgeleitet aus den gleichen Daten wie die vorherige Abbildung, zeigt die Beziehung zwischen der wahrgenommenen Luftqualität, ausgedrückt als Prozentsatz unzufriedener Personen und in Dezipolen.

Abbildung 2. Verhältnis zwischen der empfundenen Luftqualität, ausgedrückt als Prozentsatz unzufriedener Personen und in Dezipolen

Um die unter Komfortgesichtspunkten erforderliche Lüftungsrate zu bestimmen, ist die Auswahl der gewünschten Luftqualität im gegebenen Raum von wesentlicher Bedeutung. In Tabelle 1 werden drei Kategorien oder Qualitätsstufen vorgeschlagen, die aus den Abbildungen 1 und 2 abgeleitet sind. Jede Stufe entspricht einem bestimmten Prozentsatz unzufriedener Personen. Die Wahl der einen oder anderen Ebene hängt vor allem von der Nutzung des Raumes und von wirtschaftlichen Erwägungen ab.

Tabelle 1. Qualitätsstufen der Raumluft

¹ Vorausgesetzt, die Außenluft ist sauber und die Effizienz der Lüftungsanlage gleich eins.

Quelle: CEC 1992.

Wie oben erwähnt, sind die Daten das Ergebnis von Experimenten, die mit Jurys durchgeführt wurden, aber es ist wichtig zu bedenken, dass einige der in der Luft gefundenen Substanzen, die gefährlich sein können (krebserzeugende Verbindungen, Mikroorganismen und radioaktive Substanzen, z B.) von den Sinnen nicht wahrgenommen werden und dass die sensorischen Wirkungen anderer Schadstoffe in keinem quantitativen Zusammenhang mit ihrer Toxizität stehen.

Kontaminationsquellen

Wie bereits erwähnt, besteht einer der Mängel der heutigen Lüftungsnormen darin, dass sie nur die Insassen als Verunreinigungsquellen berücksichtigen, wohingegen zukünftige Normen anerkanntermaßen alle möglichen Verunreinigungsquellen berücksichtigen sollten. Abgesehen von den Bewohnern und ihren Aktivitäten, einschließlich der Möglichkeit, dass sie rauchen, gibt es andere Verschmutzungsquellen, die erheblich zur Luftverschmutzung beitragen. Beispiele sind Möbel, Polster und Teppiche, Baumaterialien, Dekorationsprodukte, Reinigungsmittel und das Lüftungssystem selbst.

Was die Luftverschmutzungsbelastung in einem bestimmten Raum bestimmt, ist die Kombination all dieser Verschmutzungsquellen. Diese Belastung kann als chemische Kontamination oder als sensorische Kontamination ausgedrückt in Olfen ausgedrückt werden. Letztere integriert die Wirkung mehrerer chemischer Substanzen, wie sie vom Menschen wahrgenommen werden.

Die chemische Belastung

Die Kontamination, die von einem bestimmten Material ausgeht, kann als Emissionsrate jeder chemischen Substanz ausgedrückt werden. Die Gesamtbelastung der chemischen Verschmutzung wird durch Addition aller Quellen berechnet und in Mikrogramm pro Sekunde (μg/s) ausgedrückt.

In der Realität kann es schwierig sein, die Schadstoffbelastung zu berechnen, da oft nur wenige Daten über die Emissionsraten für viele häufig verwendete Materialien verfügbar sind.

Sensorische Belastung

Die sinnlich wahrnehmbare Schadstoffbelastung wird durch jene Schadstoffquellen verursacht, die einen Einfluss auf die wahrgenommene Luftqualität haben. Der gegebene Wert dieser sensorischen Belastung kann berechnet werden, indem alle Olfe verschiedener Kontaminationsquellen, die in einem gegebenen Raum vorhanden sind, addiert werden. Wie im vorherigen Fall gibt es immer noch nicht viele Informationen über die Olfs pro Quadratmeter (olfs/m²) aus vielen Materialien. Aus diesem Grund erweist es sich als praktikabler, die sensorische Belastung des gesamten Gebäudes einschließlich der Bewohner, der Einrichtung und der Lüftungsanlage abzuschätzen.

Tabelle 2 zeigt die Schadstoffbelastung der Gebäude durch die Gebäudenutzer bei unterschiedlichen Tätigkeiten, als Anteil der Raucher und Nichtraucher sowie die Produktion verschiedener Verbindungen wie Kohlendioxid (CO₂), Kohlenmonoxid (CO) und Wasserdampf. Tabelle 3 zeigt einige Beispiele der typischen Belegungsraten in verschiedenen Arten von Räumen. Und zuletzt, tfähige 4 spiegelt die Ergebnisse der sensorischen Belastung – gemessen in Olfs pro Quadratmeter – wider, die in verschiedenen Gebäuden gefunden wurde.

Tabelle 2. Kontamination durch die Bewohner eines Gebäudes

¹ 1 Met ist die Stoffwechselrate einer sitzenden Person im Ruhezustand (1 Met = 58 W/m² der Hautoberfläche).
² Durchschnittlicher Konsum von 1.2 Zigaretten/Stunde pro Raucher. Durchschnittliche Emissionsrate, 44 ml CO pro Zigarette.
³ Vom Tabakrauch.
⁴ Anwendbar für Personen nahe der thermischen Neutralität.

Quelle: CEC 1992.

Tabelle 3. Beispiele für den Belegungsgrad verschiedener Gebäude

Quelle: CEC 1992.

Tabelle 4. Kontamination durch das Gebäude

¹ Die Daten wurden in 24 mechanisch belüfteten Büros erhoben.
² Daten aus 6 mechanisch belüfteten Schulen.
³ Daten aus 9 mechanisch belüfteten Kindertagesstätten.
⁴ Die Daten wurden in 5 mechanisch belüfteten Sälen erhoben.
⁵ Ziel, das durch Neubauten erreicht werden soll.

Quelle: CEC 1992.

Qualität der Außenluft

Eine weitere Prämisse, die die für die Schaffung zukünftiger Lüftungsstandards erforderlichen Inputs abrundet, ist die Qualität der verfügbaren Außenluft. In der Veröffentlichung sind empfohlene Expositionswerte für bestimmte Stoffe sowohl von Innen- als auch von Außenräumen enthalten Luftqualitätsrichtlinien für Europa von der WHO (1987).

Tabelle 5 zeigt die Werte der wahrgenommenen Außenluftqualität sowie die Konzentrationen mehrerer typischer chemischer Schadstoffe, die im Freien gefunden werden.

Tabelle 5. Qualitätsstufen der Außenluft

¹ Die Werte der empfundenen Luftqualität sind Tagesmittelwerte.
² Die Schadstoffwerte entsprechen den durchschnittlichen Jahreskonzentrationen.

Quelle: CEC 1992.

Es sollte beachtet werden, dass die Qualität der Außenluft in vielen Fällen schlechter sein kann als die in der Tabelle oder in den Richtlinien der WHO angegebenen Werte. In solchen Fällen muss die Luft gereinigt werden, bevor sie in Aufenthaltsräume geleitet wird.

Effizienz von Lüftungssystemen

Ein weiterer wichtiger Faktor, der die Berechnung der Belüftungsanforderungen für einen bestimmten Raum beeinflusst, ist die Effizienz der Belüftung (E_v), definiert als das Verhältnis zwischen der Schadstoffkonzentration in der Abluft (C_e) und die Konzentration im Atembereich (C_b).

E_v = C_e/C_b

Die Effizienz der Belüftung hängt von der Luftverteilung und der Lage der Verschmutzungsquellen im gegebenen Raum ab. Wenn Luft und Schadstoffe vollständig vermischt sind, ist die Lüftungseffizienz gleich eins; wenn die Luftqualität in der Atemzone besser ist als die der abgesaugten Luft, dann ist der Wirkungsgrad größer als eins und die gewünschte Luftqualität kann mit geringeren Ventilationsraten erreicht werden. Andererseits werden höhere Ventilationsraten benötigt, wenn die Effizienz der Ventilation kleiner als eins ist, oder anders ausgedrückt, wenn die Luftqualität in der Atmungszone schlechter als die Qualität der abgesaugten Luft ist.

Bei der Berechnung der Lüftungseffizienz ist es sinnvoll, Räume in zwei Zonen zu unterteilen, von denen eine die Luft bläst und die andere den Rest des Raums umfasst. Bei Belüftungssystemen, die nach dem Mischprinzip arbeiten, befindet sich die Luftzufuhrzone im Allgemeinen oberhalb der Atemzone, und die besten Bedingungen werden erreicht, wenn die Mischung so gründlich ist, dass beide Zonen zu einer Einheit werden. Bei Lüftungsanlagen, die nach dem Verdrängungsprinzip arbeiten, wird die Luft im Aufenthaltsbereich zugeführt und der Absaugbereich befindet sich meist über Kopf; hier werden die besten Bedingungen erreicht, wenn die Vermischung zwischen beiden Zonen minimal ist.

Die Effizienz der Belüftung ist daher eine Funktion der Lage und Eigenschaften der Elemente, die Luft zu- und abführen, sowie der Lage und Eigenschaften der Kontaminationsquellen. Außerdem ist sie auch eine Funktion der Temperatur und der zugeführten Luftmengen. Die Effizienz einer Lüftungsanlage lässt sich durch numerische Simulation oder durch Messungen berechnen. Wenn keine Daten verfügbar sind, können die Werte in Abbildung 3 für verschiedene Lüftungssysteme verwendet werden. Diese Referenzwerte berücksichtigen die Auswirkungen der Luftverteilung, aber nicht die Lage der Verschmutzungsquellen, sondern unter der Annahme, dass sie gleichmäßig über den belüfteten Raum verteilt sind.

Abbildung 3. Wirksamkeit der Beatmung im Atembereich nach verschiedenen Beatmungsprinzipien

Berechnung des Lüftungsbedarfs

Abbildung 4 zeigt die Gleichungen zur Berechnung des Lüftungsbedarfs unter Behaglichkeits- und Gesundheitsschutzgesichtspunkten.

Abbildung 4. Gleichungen zur Berechnung des Lüftungsbedarfs

Belüftungsanforderungen für Komfort

Die ersten Schritte bei der Berechnung der Komfortanforderungen bestehen darin, das Qualitätsniveau der Innenluft zu bestimmen, das man für den belüfteten Raum erhalten möchte (siehe Tabelle 1), und die Qualität der verfügbaren Außenluft abzuschätzen (siehe Tabelle 5).

Der nächste Schritt besteht in der Abschätzung der sensorischen Belastung, wobei anhand der Tabellen 8, 9 und 10 die Belastungen nach den Bewohnern und deren Aktivitäten, dem Gebäudetyp und der Belegungsdichte pro Quadratmeter Fläche ausgewählt werden. Der Gesamtwert ergibt sich aus der Addition aller Daten.

Je nach Funktionsprinzip der Lüftungsanlage und anhand von Abbildung 9 lässt sich die Effizienz der Lüftung abschätzen. Die Anwendung von Gleichung (1) in Abbildung 9 ergibt einen Wert für die erforderliche Belüftungsmenge.

Lüftungsanforderungen für den Gesundheitsschutz

Ein ähnliches Verfahren wie das oben beschriebene, jedoch unter Verwendung von Gleichung (2) in Fig. 3, liefert einen Wert für den Belüftungsstrom, der erforderlich ist, um Gesundheitsproblemen vorzubeugen. Um diesen Wert zu berechnen, ist es notwendig, einen Stoff oder eine Gruppe kritischer chemischer Stoffe zu identifizieren, die man kontrollieren möchte, und ihre Konzentrationen in der Luft abzuschätzen; außerdem müssen unterschiedliche Bewertungskriterien berücksichtigt werden, die die Auswirkungen des Schadstoffs und die Empfindlichkeit der Insassen berücksichtigen, die Sie schützen möchten – zum Beispiel Kinder oder ältere Menschen.

Leider ist es immer noch schwierig, den Lüftungsbedarf für den Gesundheitsschutz abzuschätzen, da Informationen über einige der in die Berechnungen einfließenden Variablen fehlen, wie z. B. die Emissionsraten der Schadstoffe (G), die Bewertungskriterien für Innenräume (C_v) und andere.

In der Praxis durchgeführte Studien zeigen, dass in Räumen, in denen eine Belüftung erforderlich ist, um angenehme Bedingungen zu erreichen, die Konzentrationen chemischer Substanzen gering sind. Dennoch können diese Räume gefährliche Verschmutzungsquellen enthalten. In diesen Fällen ist es am besten, die Verschmutzungsquellen zu beseitigen, zu ersetzen oder zu kontrollieren, anstatt die Schadstoffe durch allgemeine Belüftung zu verdünnen.

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