Lexikon-Schadgase

CO2 oder VOC oder besser CO2 & VOC ?

Die folgenden Ausführungen zeigen, dass es Anwendungen für die CO2-Messung, Anwendungen für die VOC-Messung, aber aus unserer Sicht vorrangig Anwendungen für die Kombination beider Messgrößen gibt. Wichtig hierbei ist, dass sich diese beiden Messgrößen nicht ineinander umrechnen bzw. allgemeingültige Ableitungen zueinander herstellen lassen. Ein NDIR-CO2 Messgerät misst selektiv und kann keine VOCs detektieren, ein VOC-Mischgassensor kann keine Oxide und somit auch keine CO2-Moleküle erfassen.

Einführung

Die Raumluftqualität, auch oft als Wohlfühlklima bezeichnet, ist Kernstück einer bedarfsgerechten Lüftung und wird von vielen Faktoren beeinflusst. Neben den bekannten und akzeptierten Regelgrößen, wie z.B. relative Feuchte und Temperatur sind auch CO2- und VOC-Gehalt der Luft wichtige Regelgrößen. Jeder Mensch interpretiert die Raumluft bzw. deren Qualität unterschiedlich. Aus diesem Grund kann nur eine allgemeine Definition erfolgen. Die Luftqualität muss von der Mehrheit der Personen als angenehm empfunden werden und darf keine Unzufriedenheit hervorrufen. In der Luft dürfen ebenso keine Schadstoffe in gefährlichen Konzentrationen vorhanden sein. Hierbei gelten die Meinungen der in den Raum eintretenden Personen, da der Mensch sich an seine Umgebung und auch an diverse Schadstoffbelastung gewöhnt, diese nach einiger Zeit in einem „belasteten“ Raum nicht mehr wahrnimmt. Eine wichtige Aufgabe von Anlagen zur bedarfsgerechten, energiesparenden Lüftung ist Gewährleistung einer guten Raumluftqualität.

Die Messwerte der relative Feuchte und Temperatur sind inzwischen Standardregelgrößen bei der bedarfsgerechten Lüftung. Der Mensch kann durch seine Empfindungen einen zu warmen, zu kalten, zu feuchten oder zu trockenen Raum sehr schnell definieren. Schwieriger wird es bei einer Kohlendioxid und/oder VOC Belastung der Raumluft. Ist die Kohlendioxidbelastung zu hoch, können Ermüdungserscheinungen, Konzentrationsschwächen und Unwohlsein auftreten. CO2 ist jedoch geruchlos und wird vom Menschen nicht direkt wahrgenommen. Auch VOCs können den Menschen negativ beeinflussen. Einige als VOCs definierte und häufig in Gebäuden vorkommende Gase erzeugen Kopfschmerz, Übelkeit und Schwindel. Dies kann durch „stickende“, aber auch durch „wohlriechende“ und als angenehm empfundene VOCs hervorgerufen werden.

Bei den Messgeräten unserer Firma wird zwischen den beiden Größen Kohlendioxid (CO2) und Mischgas/Luftqualität (VOC) unterschieden. Sie erhalten Messgeräte in verschiedenen Bauformen. Als wesentlichen Unterschied zu anderen Herstellern sind auch Kombinationsgeräte für CO2 und VOC mit getrennten Sensoren für diese beiden Messgrößen, sowie umschaltbare Messbereiche verfügbar. Diese Gerätevarianten werden exklusiv für namhafte Distributoren produziert und können nur über diese bezogen werden.

Kohlendioxid - CO2 - Messung

Wir setzen NDIR (nichtdispersiver Infrarotsensor) basierende Messsysteme zur CO2-Messung ein. Bei diesem Prinzip wird ausgenutzt, dass ein Gas Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich dämpft bzw. absorbiert. Das Messsystem besteht aus einer Lichtquelle und einem Empfänger. Die Quelle strahlt ein (zu) breitbandiges Licht in Richtung Empfänger. Dieser hat deshalb einen entsprechenden Filter, welcher nur für Licht im Wellenlängenbereich um 4,25µm durchlässig ist. Die am Empfänger ankommende Menge des Lichtes wird durch Kohlendioxidmoleküle gedämpft bzw. durch die Absorption verringert. Diese Dämpfung wird durch den Empfänger ermittelt und in die CO2-Konzentration der Luft umgerechnet.

Die Erfassung des CO2-Gehaltes wird vorrangig zur Regelung von Nichtraucherräumen mit wechselnder Personenanzahl, wie z.B. Konferenzräumen, Pausenräumen, Kinos, Schulen etc. eingesetzt. Hierbei wird also der personenbedingte Anstieg des CO2-Gehaltes als „Verschlechterung“ der Luft interpretiert. In den letzten Jahren hat sich bei CO2-Messgeräten ein Standardmessbereich von 0…2000ppm (parts per million) etabliert. Dieser Messbereich deckt die empfohlenen maximalen CO2-Konzentrationen für Arbeits- und Wohnräume (1000ppm…1500ppm) zwar ab, in der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass in vielen Anwendungen der Messbereich von 2000ppm nicht ausreicht. Im Jahr 2012 haben wir eine Gerätegeneration entwickelt, die mit Messbereichen von 2000ppm, 5000ppm, 10.000ppm oder 20.000ppm geliefert werden kann. Auch Geräte mit umschaltbaren Messbereichen 2000ppm, 5000ppm und 10.000ppm werden über Distributoren angeboten.

1-Strahlmessverfahren bei CO2 - Standard

Beim Einstrahlverfahren (Funktionsprinzip siehe oben) wird die Dämpfung des Lichtes ermittelt und zur Berechnung der Kohlendioxidkonzentration genutzt. Neben der Dämpfung des Lichtes durch Kohlendioxid wird die am Empfänger ankommende Lichtstärke aber auch durch die Lampenalterung, Lageänderung des Glühelementes, durch Verschmutzung usw. beeinflusst. Um diese Driften zu kompensieren, muss das Messgerät einmal pro Intervall (8Tage) mit Frischluft (ca. 400ppm) versorgt werden. In diesem Intervall wird die minimale Konzentration ermittelt und hieraus die wahrscheinliche Drift im Intervall errechnet. Nach Ablauf des Intervalls wird auf 400ppm normiert. Die Korrektur ist hierbei auf 100ppm pro Intervall begrenzt. Ab Q1/2015 kann die automatische Korrektur per DIP-Schalter deaktiviert werden.

2-Strahlmessverfahren bei CO2 - Option

Durch die steigenden Anforderungen an Genauigkeit, Wartungsfreiheit und Langzeitstabilität bieten wir optional Geräte mit 2-Strahlverfahren an. Das Zweistrahlmessverfahren hat einen Referenzkanal integriert. Dieser Kanal arbeitet in einem anderen Wellenlängenbereich des Lichts, wird von wechselnden CO2-Konzentrationen nicht beeinflusst. Alterungen, Verschmutzungen und Driften wirken auf beide Kanäle. Über diese Zusammenhänge lassen sich genannte Erscheinungen weitestgehend kompensieren. Auch bei Geräten mit 2-Strahlverfahren ist der Selbstkalibrieralgorithmus (siehe oben) integriert. Ab Q1/2015 kann die automatische Korrektur per DIP-Schalter deaktiviert werden.

Kompensation des Einflusses des Luftdruckes - Option

In der Gebäudeautomation wurde bisher auf die Kompensation des Einflusses des atmosphärischen Luftdruckes verzichtet. Durch Niedrig- bzw. Hochdruckwetterlagen sowie Druckeinflüssen durch Höhenlagen ergeben sich Luftdruckschwankungen von bis zu +/-100mbar. Hieraus resultieren bei unkompensierten Systemen Messfehler bis +/-16% des Messwertes. In der neuen Gerätegeneration ist die Messung des atmosphärischen Luftdruckes optional integriert und der CO2-Wert wird entsprechend korrigiert.

Mischgas - VOC - Messung

Der von uns eingesetzte Mischgassensor der Firma Figaro detektiert VOC Bestandteile der Luft. Unterschiedliche Bestandteile diverser Schadgase / VOCs führen jedoch zu unterschiedlich starken Beeinflussungen des Sensorsignals.   Bei der Messung der Raumluftqualität handelt es sich aber immer um ein Mischgas. In diesem Gasgemisch kommen verschiedenste VOCs vor. Hieraus erklärt sich, dass eine Angabe in ppm VOC nicht möglich ist, wenngleich genau dies durch viele Anbieter suggeriert wird.

VOC ist die Abkürzung für volatile organic compounds (= flüchtige organische Substanzen). Gemäß Definition der Weltgesundheitsorganisation sind VOC organische Substanzen mit einem Siedebereich von 60 bis 250°C.

Zu den VOC zählen z.B. Verbindungen der Stoffgruppen Alkane/Alkene, Aromaten, Terpene, Halogenkohlenwasserstoffe, Ester, Aldehyde und Ketone. Es gibt eine Vielzahl von natürlich vorkommenden VOC, die zum Teil auch in erheblichen Mengen in die Atmosphäre abgegeben werden, z.B. Terpene und Isopren aus Wäldern.

Die durch menschliche Aktivitäten verursachte Umweltbelastung durch VOC ist im letzten Jahrhundert stark angestiegen. Den größten Anteil daran hat der Verkehr, aber schon an zweiter Stelle steht der Bausektor mit den bauchemischen Produkten wie z.B. Anstrichstoffe, Klebstoffe oder Dichtungsmassen. Mögliche Quellen von VOC in Innenräumen sind neben den Baustoffen auch Einrichtungsgegenstände, Reinigungs- und Pflegemittel, Hobby- und Heimwerkerprodukte, Bürochemikalien und vor allem Tabakrauch. Ein wesentlicher Träger von VOC sind Teppichböden. Geruchsprobleme durch VOC können auch mikrobiell, durch Stoffwechselsubstanzen von Bakterien und Pilzen, verursacht werden. 

Eben diese aufgezählten Substanzen bzw. Ihr erhöhtes Auftreten sollen festgestellt werden. Da in der zu überwachenden Luft eine Vielzahl von Stoffen vorkommt, auf welche der Sensor reagiert und sich Gasgemische einstellen, wirkt dieser Sensor nicht selektiv, sondern spiegelt die allgemeine Luftqualität wider. Auch die Aussage, was ist „schlechte Luft“ oder was ist „gute Luft“ kann nicht prinzipiell getroffen werden, denn dies ist eine rein subjektive Empfindung.

Der Sensor ändert seine Leitfähigkeit in Abhängigkeit der Konzentration, der Art und des Mischungsverhältnisses von reduzierenden Molekülen der Umgebungsluft.

zu den Produkten: Kohhlendioxid CO2 / Luftqualität VOC / Schadgase

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