Grundlegende Luftqualitätsmessungen in Innenräumen/HLK-Messungen mit dem Fluke 975 AirMeter™

04-24-2012 | HLK-Anlagen

Das Fluke 975 erfasst zehn wesentliche Parameter der Luftqualität in Innenräumen: Temperatur, Feuchte, Taupunkttemperatur, Feuchtkugeltemperatur, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Luftgeschwindigkeit, Luftvolumen und prozentualer Anteil der Außenluft (berechnet auf der Basis von Temperatur oder CO2). In diesem Anwendungsbericht werden diese Parameter und die damit verbundenen Funktionen des Fluke 975 besprochen. Ausführlichere Informationen dazu finden Sie in anderen Anwendungsberichten in der Fluke-Bibliothek zu Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik/Luftqualität in Innenräumen.

Temperatur und Luftfeuchte

Grundlagen

Temperatur und Luftfeuchte sind die Grundlagen der Luftqualität in Innenräumen. Wir verlassen uns darauf, dass HLK-Anlagen eine für die Gebäudenutzer akzeptable Temperatur, Luftfeuchte und Belüftung aufrechterhalten und, heute mehr denn je, helfen, den Zustand des Gebäudes zu regulieren.

Die Beziehung zwischen HLK-Anlagen, genutztem Platzangebot, Baumaterial, Wetterbedingungen und Druckdifferenzen ist ein sich stets verändernder dynamischer Prozess. Wir erwarten, dass HLK-Anlagen eine Temperatur von 20 °C bis 21,1 °C bei 30 % relativer Feuchte im Winter und eine Temperatur von 23,3 °C bis 24,4 °C bei 40 bis 60 % relativer Feuchte im Sommer aufrechterhalten.

Wie einfach das erreicht werden kann, hängt von vielen Faktoren ab, zu denen der geografische Standort, die Auswahl der HLK-Anlage und Betriebskriterien sowie Gebäudegestaltung gehören. Temperatursteuerung und Lüftung sind in trockenem Klima am wichtigsten, während in feuchtem Klima feuchtebedingte Probleme zu bewältigen sind.

Bei jedem Klima müssen Innenraumbedingungen aufrechterhalten werden, die die Ausbreitung von bzw. Besiedlung durch Staubmilben, Bakterien, Viren, Pilz- und Schimmelsporen sowie andere biologische Schwebstoffe hemmen oder verhindern. 40 bis 45 Prozent relative Feuchte gilt heute als akzeptierte ideale Bedingung in Innenräumen für das menschliche Wohlbefinden, die Integrität von Gebäude und Materialien und zur Verhinderung einer mikrobiellen Vermehrung.

Wie das Fluke 975 misst

Nach Abschluss des Selbsttests beim Einschalten werden auf dem Display des Messgeräts Fluke 975 AirMeter® gleichzeitig die Trockenkugeltemperatur (in °C oder °F), die relative Feuchte (% r. F.), die CO-Konzentration in ppm und die CO2-Konzentration in ppm angezeigt. Über die Softkeys* kann zwischen der Anzeige der relativen Feuchte (% r. F.), der Feuchtkugeltemperatur (WBT) und der Taupunkttemperatur (DPT) umgeschaltet werden. Durch Drücken der Taste „MIN MAX“ werden der Minimal-, der Maximal- und der Mittelwert aller verfügbaren Messwerte aufgezeichnet.

*„Softkeys“ sind Tasten, deren Funktion sich je nach Anzeige im Messgerät-Display ändert.

Kohlenmonoxid

Grundlagen

>Kohlenmonoxid (CO) entsteht bei einer unvollständigen Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Stoffen. In Wohnräumen ist es in jeder Konzentration unerwünscht. Kohlenmonoxid ist farblos, geschmacklos und geruchlos. Je länger das CO-Gas eingeatmet wird und je höher seine Konzentration ist, desto mehr Kohlenmonoxid ist im Blut vorhanden, das mehr und mehr Sauerstoff verdrängt. In niedriger Dosis verursacht Kohlenmonoxid grippeähnliche Symptome wie Kopfschmerzen, Benommenheit, Desorientiertheit, Übelkeit und Müdigkeit. In höherer Dosis ist Kohlenmonoxid tödlich. Wenn eine gesunde Person CO in einer Konzentration von 200 ppm über einen Zeitraum von einer Stunde einatmet, ist die Wirkung kaum wahrnehmbar, nach drei Stunden entsteht ein Krankheitsgefühl und nach sechs Stunden folgt der Tod.

Die National Ambient Air Quality Standards legen als Grenzwerte für die Kohlenmonoxid-Konzentration im Freien 9 ppm über 8 Stunden und 35 ppm über 1 Stunde fest. Im ANSI/ASHRAE Ventilation Standard 62.1-2004 werden diese Grenzwerte für die Luft in Innenräumen übernommen. Diese Konzentrationen gelten als akzeptable Dosis für Personen mit Atemwegs- oder Herzerkrankungen. Die OSHA legt als Grenzwert für gesunde Personen eine Konzentration von 50 ppm CO während eines 8-Stunden-Zeitraums fest. Die Kohlenmonoxid-Konzentration in einer unzureichend belüfteten Lagerhalle, in der mit LPG betriebene Gabelstapler genutzt werden, kann leicht über 50 ppm steigen.

Der NFGC legt als Grenzwert für Kohlenmonoxid in Feuerungsanlagen, Heizkesseln oder Warmwasserthermen 400 ppm auf luftfreier Basis fest. Das bedeutet, dass die tatsächlichen CO-Messwerte in der Abluft bei 250–300 ppm liegen, auch wenn diese Konzentrationen bei einer modernen Heizanlage bereits Alarm auslösen würden. Die CO-Konzentration in der Abluft einer Zentralheizungs- oder Warmwasserbereitungsanlage sollte bei maximal 50 ppm CO liegen. Die Kohlenmonoxid-Konzentration in einer Küche, in der ein Gasherd benutzt wird, kann bei 35 ppm liegen. Raumluftabhängige Heizgeräte stellen bei unzureichender Lüftung eine beträchtliche Gefahr dar. Bei einer vollständigen Verbrennung wird dem Aufstellraum Sauerstoff entzogen. Als Abluftprodukte entstehen Kohlendioxid und Wasserdampf. Wenn dieser Vorgang in einem schlecht belüfteten Raum fortgesetzt wird, ist der Sauerstoff irgendwann verbraucht und das Kohlendioxid häuft sich an. Damit steht dem Brenner nicht mehr genügend Sauerstoff zur Verfügung, was zu einer unvollständigen Verbrennung und einer erhöhten Produktion von CO führt.

Mögliche Kohlenmonoxid-Quellen sind die unvollständige Verbrennung organischer Verbindungen wie Holz, Kohle oder Holzkohle, Heizöl, Erdgas oder Flüssiggas, Benzin oder Diesel, Kerosin, Zigaretten usw.

Wie das Fluke 975 misst

Das Fluke 975 AirMeter® bietet verschiedene Möglichkeiten zur Nachverfolgung von CO-Quellen. Das Messgerät kann auf „MIN MAX“ eingestellt werden, sodass der Anwender zwischen Echtzeit-Messwerten, Minimal-, Maximal- und Mittelwerten der CO-Konzentration umschalten kann. Der Anwender kann von Raum zu Raum gehen, um die höchste CO-Konzentration nachzuverfolgen. Wenn die CO-Messwerte an einem Luftverteiler höher sind, verteilt das Gebläse der HLK-Anlage das Kohlenmonoxid von einer anderen Stelle, z. B. der Heizungsanlage. In diesem Fall sollte der Thermostat auf einen niedrigen Wert eingestellt und das Gebläse der Anlage eingeschaltet werden. Wenn die CO-Konzentration aus dem Luftverteiler nicht abnimmt, stammt das Kohlenmonoxid aus einer anderen Quelle. Prüfen Sie Bereiche, in denen eine Verbrennung stattfindet, um fehlerhafte Geräte zu finden, ebenso wie Wohnräume neben Parkgaragen oder Lagerhallen. Deren Abluft bleiben bei einem geringeren Differenzialdruck möglicherweise nicht in diesen Räumen.

Wenn eine Datenprotokollierung oder Trenddarstellung benötigt wird, kann das 975 AirMeter™ vier Messwerte pro Minute über einen 4-Tages-Zeitraum aufzeichnen. Die Protokollierung kann zur Analyse auf einen Computer heruntergeladen werden. Mit der Software FlukeView® Forms kann ein Diagramm mit einer Darstellung der Spitzenwerte erstellt werden.

Kohlendioxid

Grundlagen

Kohlendioxid ist ein normales Produkt der Atmung und der vollständigen Verbrennung organischer Verbindungen. Es wird für viele Zwecke und häufig eingesetzt, unter anderem für kohlensäurehaltige Getränke. Kohlendioxid hat in hohen Konzentrationen eine Erstickungswirkung. Eine CO2-Konzentration von 50.000 ppm gilt als unmittelbar lebensbedrohlich. Die normale Kohlendioxid-Konzentration im Freien in der Atmosphäre liegt im Bereich zwischen 300 und 600 ppm, je nach Ort und Hintergrundaktivitäten (Stoßzeiten in der Stadt). Die OSHA hat eine Obergrenze von 5.000 ppm CO2 während eines 8-Stunden-Tags oder 10.000 ppm CO2 während einer Stunde festgelegt. Für typische voll besetzte Räume, die 15 cfm pro Person erfordern, schreibt der ANSI/ASHRAE Ventilation Standard 62.1-2004 eine ausreichende Belüftung vor, um eine CO2-Konzentration aufrechtzuerhalten, die 700 ppm über der CO2-Konzentration im Freien liegt. Diese CO2-Konzentration wurde gewählt, um Gerüche und die Schadstoffbelastung zu kontrollieren. Sie liegt deutlich unter der CO2-Konzentration, ab der menschliche Tätigkeiten beeinflusst würden.

Wie das Fluke 975 misst

Das Fluke 975 misst die CO2-Konzentration automatisch und verwendet den Wert auch, um den prozentualen Anteil der Außenluft zu berechnen. Wenn Sie „% OUTSIDE AIR“ wählen, werden Sie gefragt, ob der Prozentwert der Außenluft durch Messen des CO2-Gehalts oder der Temperatur berechnet werden soll. Geben Sie dann den Wert für die Rückluft, den Wert für die Mischluft und den Wert für die Außenluft ein. Je größer die Differenz zwischen der Innen- und Außentemperatur oder den CO2-Werten ist, desto höher ist die erreichte Genauigkeit. Wenn die Differenz zwischen Außen- und Innenraum weniger als 11,1 °C beträgt, ist eine Berechnung auf CO2-Basis wahrscheinlich genauer. Die ASHRAE-Belüftungsanforderungen sehen für die meisten Räume bei voller Belegung eine Differenz von 700 ppm CO2 zwischen Außen- und Innenraum vor. (Siehe ASHRAE Standard 62.1 für die Belüftung gewerblicher Räume oder ASHRAE Standard 62.2 für die Belüftung von Wohnräumen.)

Luftgeschwindigkeitsfunktionen

Grundlagen

Durch die Steuerung der Luftbewegung kann die Luft klimatisiert, gereinigt, erwärmt, gekühlt, be- und entfeuchtet, abgesaugt, erneuert, verdünnt, gemischt, zugeführt, beschleunigt und positioniert werden. Außerdem können Komfortzonen für die Nutzer bzw. Bewohner geschaffen und der Gebäudezustand kann aufrechterhalten werden. Die Liste lässt sich beliebig fortsetzen. Ein geeignetes Luftvolumen in HLK-Kanälen ist überaus wichtig für die Leistung der Anlage. Liegt kein ausreichendes Luftvolumen in HLK-Kanälen vor, kann die Luft nicht wie vorgesehen klimatisiert werden, wodurch die Betriebskosten steigen und die Lebenserwartung der Anlage verkürzt wird.

Die Luftgeschwindigkeiten aus Luftdurchlässen und Lüftungsgittern sind von wesentlicher Bedeutung für die Aufrechterhaltung von Luftverteilungsmustern zur Klimatisierung des Raums, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung akzeptabler Lärmkriterien und Komfort für die Nutzer. Die Luftgeschwindigkeiten aus Luftdurchlässen und Lüftungsgittern müssen Luftverteilungsmuster schaffen, durch die die klimatisierte Luft gleichmäßig verteilt und mit der Raumluft gemischt wird. Dabei müssen unangenehme Geschwindigkeiten in der Bewohnerzone vermieden werden. Als Bewohnerzone gilt normalerweise der Bereich unterhalb der Kopfhöhe der Bewohner und 30 cm oder mehr von Wänden entfernt. Die Luftgeschwindigkeiten sollten dort unter 0,91 km/h liegen, um Beschwerden zu vermeiden.

Das Luftvolumen aus Luftdurchlässen und Lüftungsgittern muss ausreichend sein, um für eine Veränderung des Wärmeinhalts des Raums zu sorgen, die mindestens mit dem Wärmeverlust oder -gewinn des Raums vergleichbar ist. Das in Abluftgitter eingesaugte Luftvolumen muss ausreichend sein, um Gerüche, Gase oder Dämpfe zu kontrollieren, wie das für den Zweck des Abluftsystems erforderlich ist. Viele Umstände rechtfertigen die Messung der Luftgeschwindigkeit oder des Luftvolumens, und die Luftgeschwindigkeitssonde des 975 erlaubt sowohl rasche Spot-Messungen von Luftgeschwindigkeit oder Luftverteilungsmustern als auch präzise Netzmessungen.

Wie das Fluke 975 misst

Die Luftgeschwindigkeitssonde für das Fluke 975 enthält ein thermisches Anemometer und einen kompensierenden Teleskop-Temperatursensor, der eine Messung von Werten 83,8 cm über den Griff hinaus ermöglicht, entweder in der freien Luft oder in der Fläche eines Luftdurchlasses bzw. Lüftungsgitters oder innerhalb eines Kanals. Thermische Anemometer messen über einen breiten Bereich von Geschwindigkeiten hinweg präzise. Sie werden insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeitsmesswerten bevorzugt.

Da die Luftdichte abhängig von der Temperatur und vom Absolutdruck ist, werden die Messwerte des Temperatursensors in der Messspitze und der beim Einschalten des Messgeräts ermittelte Absolutdruck entsprechend den tatsächlichen Bedingungen kompensiert.

Wenn die Geschwindigkeitsfunktion ausgewählt ist, wird im Display die Aufforderung angezeigt, einen Softkey für den Volumendurchfluss oder für die Luftgeschwindigkeit zu drücken. Bei Auswahl von Luftgeschwindigkeit wird auf dem AirMeter-Display ein dynamischer Echtzeit-Geschwindigkeitsmesswert bei Standardbedingungen (21,1 °C und 1,014 bar) angezeigt. Der Anwender kann über einen Softkey zwischen Standard- und Ist-Messwerten umschalten, die im Hinblick auf Druck und Temperatur kompensiert sind. Über die Funktion „MIN MAX“ werden die Werte aufgezeichnet, sodass der Anwender zwischen Echtzeit-Messwerten, Maximal- und Mittelwerten der Luftgeschwindigkeit umschalten kann. Geschwindigkeitsmesswerte können erfasst und, falls gewünscht, gespeichert werden oder aber für Trendanalysen in regelmäßigen Abständen protokolliert werden.

Zur Berechnung von Werten in m³/min (Kubikmeter pro Minute) wählen Sie im Hauptmenü der Geschwindigkeitsmessung „Volume Flow Rate“ (Volumendurchflussgeschwindigkeit) aus. Für die Berechnung des Luftvolumens werden die Luftgeschwindigkeit und die Kanalfläche herangezogen (Geschwindigkeit x Fläche = Luftvolumen). Um eine akzeptable Genauigkeit der Volumenberechnungen zu erreichen, ist ein Mittelwert aus mehreren Geschwindigkeitsmesswerten erforderlich, die an stabilen Punkten in einem akzeptierten Gitternetzmuster über die Fläche eines Kanals, Luftdurchlasses oder Lüftungsgitters erfasst werden. Dies wird als Netzmessung bezeichnet, unabhängig davon, ob die Messwerte in einem Kanal oder an der Fläche eines Luftdurchlasses oder Lüftungsgitters erfasst werden. Das Messgerät kann das Luftvolumen auf der Basis eines Mittelwerts von bis zu 99 Geschwindigkeitsmessungen berechnen.

Die Entwicklung der Luftqualität in Innenräumen

Heute verschwimmen die Grenzen für die Zuständigkeiten für die Luftqualität in Innenräumen zwischen Berufen, die sich gleichzeitig mit der Gesundheit des Menschen und dem Zustand der Gebäude beschäftigen. Trägt die Umgebung in Innenräumen dazu bei, dass Mitarbeiter produktiv, Schüler und Studenten aufmerksam, Patienten gesund werden und der Zustand des Gebäudes optimal ist, während sich gleichzeitig die Möglichkeit einer Beschädigung des Gebäudes und mikrobischen Wachstums bzw. mikrobieller Besiedlung verringert? Forschung und Lehre nehmen stark zu, ebenso wie emotional begründete Spekulationen und Auseinandersetzungen Die Überwachung und Beibehaltung von komfortablen, sicheren und gesunden Grundwerten in Bezug auf die Luftqualität in Innenräumen ist ein wesentlicher Prozess in den heutigen Gebäudeumgebungen.