Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Wissenschaftliche Absicherung einer Richtlinie zur Prüfung von Sensorsystemen für die Erfassung der Innenraumluftqualität auf Basis von VOC als Vorstufe für internationale Normen

 

 

Während die Empfehlungen des UBA und der WHO zur Erfassung der Innenraumluftqualität auf teuren analytischen Messungen aufbauen, die nicht für eine Echtzeitüberwachung geeignet sind, erlauben preiswerte und robuste Gassensoren auf Basis von halbleitenden Metalloxiden (metal oxide semiconductor, MOS-Sensoren) eine extrem sensitive Erfassung von VOC mit hoher zeitlicher Auflösung. Damit sind prinzipiell ubiquitäre Sensorsysteme (IoT Devices, z. B. integriert in sog. Smart Speaker) realisierbar, die in jedem Raum die Luftqualität auf Basis der VOC-Konzentration erfassen und entweder den Nutzern die Notwendigkeit einer manuellen Lüftung signalisieren oder automatische Lüftungsanlagen steuern. Eine ganze Reihe solcher Sensoren sowie darauf aufbauende Sensorsysteme sind heute verfügbar. Als großes Markteintrittshemmnis wird von vielen Firmen, speziell KMU, das Fehlen einer im Idealfall weltweit akzeptierten Prüfnorm für Sensoren und Sensorsysteme zur Erfassung der Innenraumluftqualität durch Messung von VOC benannt. Im Vorhaben VOC4IAQ soll daher der derzeitige Prozess einer Richtliniendefinition im VDI FA 2.62 Multigassensoren wissenschaftlich begleitet und abgesichert werden, um damit zum einen die Sinnhaftigkeit der Prüfnorm sicherzustellen und gleichzeitig die Akzeptanz für Sensoren und Systeme, die nach dieser Norm geprüft wurden, zu erhöhen. Dies ist eine Voraussetzung für eine breite Etablierung der neuen Sensorsysteme, primär hergestellt und vertrieben durch KMU, im Markt.

Im Projekt sollen folgende Themen adressiert werden:

- Validierung der aus Literaturstudien identifizierten Prüfgasgemische für Zielgase, aber auch für typische Störgrößen

- Validierung des vorgeschlagenen Luftqualitätsindex auf Basis eines Summen-VOC-Werts

- Untersuchung der Notwendigkeit und Aussagekraft für Vergiftungsprüfung

- Sicherstellen eines ausgewogenen Kompromisses bei der Prüfung zwischen Aufwand und Aussagekraft

- Abgleich der Labortests mit Felduntersuchungen

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde die Richtlinie VDINDE 3518 Blatt 4 "Multigassensoren - Standardisierte Prüfanweisung und Prüfgase für VOC-Detektoren zur Innenraumluftgütemessung" während ihrer Erstellung wissenschaftlich begleitet und messtechnisch abgesichert.

Für Labormessungen wurde dafür die komplexe Zusammensetzung der Innenraumluft, welche mehrere hundert unterschiedliche VOC beinhaltet, durch Repräsentanten der wichtigsten chemischen Stoffgruppen adäquat nachgebildet. Mit einem vereinfachten Prüfschema ist es gelungen einen Kompromiss zwischen der Komplexität der Innenraumluftzusammensetzung und Aussagekraft des Prüfschemas zu finden, sodass die Prüfung für Unternehmen, speziell KMU, wirtschaftlich durchführbar ist. Zusätzlich wurde in Labormessungen eine Vergiftungsprüfung erstellt und das typische Verhalten von MOS-Sensoren darauf untersucht. Neben dem bisher vermuteten Dosiseffekt wurde mindestens teilweise ein Konzentrationseffekt nachgewiesen.

In Feldtests wurde die Aussagekraft der Laborprüfungen im Hinblick auf Messgenauigkeit und Robustheit validiert. Ebenso wurden die Repräsentanten und Konzentrationsbereiche in vier Innenräumen (zwei Arbeitsräume und zwei Wohnräume) bestätigt. Aus den Ergebnissen wurde ein vereinfachter Luftqualitätsindex basierend auf VOC-Belastungen im Innenraum erstellt, welcher für die breite Öffentlichkeit eine verständliche Darstellung ermöglicht.

Somit lieferten die durchgeführten Arbeiten wertvollen und notwendigen Input für die Erstellung der Richtlinie, welche dadurch maßgeblich beschleunigt wurde und kurz vor der Veröffentlichung steht. Die Etablierung des angestrebten Prüfstandards ist Voraussetzung für die breite Akzeptanz neuer Sensorlösungen zur Erfassung der Innenraumluftqualität. Dabei können auch neuartige Dienstleistungen geschaffen werden, z. B. die Erfassung der persönlichen Gesamtexposition im Tagesverlauf oder die Aufdeckung von sehr hohen Konzentrationsspitzen durch tragbare VOC-Detektoren.