DE19816187A1

DE19816187A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Emissionen gas- und/oder partikelförmiger Stoffe aus Oberflächen

Info

Publication number: DE19816187A1
Application number: DE19816187A
Authority: DE
Inventors: Helmut Karrasch; Hartmut Kayser; Markus Dr Biehler
Original assignee: TECTUM INST fur UMWELTPHYSIK
Current assignee: TECTUM INST fur UMWELTPHYSIK
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 1999-01-14

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bestimmung von Emissionen gas- und partikelförmiger Stoffe nach der Gattung des Anspruchs 1 sowie einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung des Anspruchs 16.

Die Emissionen von in geschlossenen Räumen befindlichen Gegenständen oder Stoffen belastet die Gesundheit derjenigen Personen, die sich in diesem Räumen aufhalten. Um die Emissionen nachzuweisen oder zu überwachen, werden diese mit geeigneten Verfahren und Vorrichtungen gemessen.

Gemäß dem Stand der Technik werden Stoffe, die auf eine Emission gas- und partikelförmiger Stoffe untersucht werden, in entsprechende Prüfkammern gegeben. Solche Prüfkammern sind meist nicht mobil einsetzbar, d. h. die entsprechenden zu untersuchenden Stoffe können nicht vor Ort und unter normalen Umwelteinflüssen untersucht werden. Für eine Messung müssen die zu untersuchenden Gegenstände oder Materialien von dem Platz, an dem sie angeordnet sind, abgenommen werden, um sie in eine Prüfkammer einzuführen. Ein derartiges Entfernen ist jedoch häufig mit sehr großem Aufwand verbunden. Aus dem Stand der Technik sind auch mobile Prüfkammern bekannt, die an den Ort der Messung transportiert werden können. Sie weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie ein relativ kleines Volumen fassen.

Ein anderes bekanntes gattungsgemäßes Verfahren mit dazugehöriger Vorrichtung stellt die Emissionsmeßzelle "FLEC" (Vertrieb durch Fa. Chematec, DK-4000 Roskilde) dar. Eine solche Emissionsmeßzelle wird auf den zu untersuchenden festen Stoff gesetzt, wobei Luft bzw. ein entsprechenden Trägergas über die zu untersuchende Raumoberfläche strömt und anschließend abgeführt und untersucht wird. Nachteil der FLEC-Zelle ist, daß die Luftgeschwindigkeiten über der Materialoberfläche sehr gering sind, und daß die durch die Zellgeometrie entstehenden Strömungsprofile ungleich turbulent sind. Eine unter realitätsnahen Bedingungen erfolgende Messung findet hierbei nicht statt.

Die Erfindung und ihre Vorteile

Demgegenüber hat das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 16 den Vorteil, daß die Parameter, welche die Emission von Oberflächen beeinflussen, definiert bzw. kontrolliert werden können. Um die Probensammlung auf die jeweiligen Verhältnisse und Bedingungen optimal justieren zu können, wird die Meßzelle als solche nicht verändert. Reale und praxiskonforme Umweltbedingungen können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren simuliert und reproduziert werden. Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren unkompliziert und uneingeschränkt verwendbar an allen weitgehend ebenen Oberflächen bzw. Teiloberflächen.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Trägergas synthetische Luft oder Luft aus der Umgebung der Meßzelle verwendet. Bevor die Luft aus der Umgebung der Meßzelle als Trägergas in die Meßzelle eingeleitet wird, kann eine Reinigung durchgeführt werden. Auf diese Weise wird ausgeschlossen, daß die Messung durch bereits im Trägergas vorhandene Verunreinigungen verfälscht wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Überströmen der Oberfläche mit dem Trägergas weitgehend laminar. Gerade das laminare Überströmen entspricht einer Überströmung, welche üblicherweise an der Oberfläche auftritt. Das Trägergas kann hierzu beispielsweise an mehreren seitlichen Einlaßöffnungen einer rechteckigen Meßzelle eingeleitet und über mehrere Auslaßöffnungen abgesaugt werden. Die Anordnung der Ein- und Auslaßöffnungen spielt eine entscheidende Rolle bei der Ausbildung einer laminaren Strömung.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das aus der Meßzelle abgeleitete Trägergas auf ein Trägermaterial geleitet und zusammen mit diesem einer Laboranalytik zugeführt. Als Trägermaterial dienen verschiedene Absorbentien. Sie werden je nach Einsatzgebiet ausgewählt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das aus der Meßzelle abgeleitete Trägergas direkt über eine Leitung einer Analyse zugeführt. Die Analyse kann direkt am Ort der Messung durchgeführt werden. Auch eine Auswertung der Analyse kann unmittelbar am Ort der Messung vorgenommen werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Gerät zur Durchführung der Analyse ein Gaschromatograph oder ein Gerät zur HCHO-Bestimmung verwendet. Hierbei handelt es sich um handliche Geräte, die ohne größeren Aufwand transportiert und an der Ort der Messung gebracht werden können.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Überströmen der Oberfläche mit einer Überströmungsgeschwindigkeit von ca. 0,2 cm pro Sekunde bis 30 cm pro Sekunde. Diese Geschwindigkeiten entsprechen in der Realität auftretenden Bedingungen. Die Überströmgeschwindigkeit kann entsprechend dem jeweiligen Anwendungsgebiet gewählt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Trägergas eine definierte Temperatur auf.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Trägergas eine definierte relative Feuchtigkeit auf.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt vor dem Einleiten des Trägergases in die Meßzelle eine Konditionierung des Trägergases. Auf diese Weise können die für die jeweilige Messung geeigneten Parameter des Trägergases vorgegeben werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umschließt die Meßzelle die entsprechende Oberfläche weitgehend gasdicht.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Meßzelle auf die Oberfläche aufgedrückt. Ein entsprechendes Aufdrücken der Meßzelle auf die Oberfläche bewirkt eine bessere Dichtung zwischen Meßzelle und Oberfläche.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Meßzelle mit klebenden und/oder dichtenden Materialien an der zu untersuchenden Oberfläche justiert. Mit derartigen Materialien kann die Meßzelle auch auf unebenen, festen Oberflächen angeordnet werden. In diesem Fall ist eine reguläre Messung der Oberflächenemission bis zu einer Toleranz von ca. ± 3 mm möglich. Als klebende oder dichtende Materialien können beispielsweise Klebefolien oder Knetmassen eingesetzt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der von der Meßzelle umschlossene Raum ein definierte Druckdifferenz zu der Umgebung auf.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Überströmungsgeschwindigkeit und/oder die relative Feuchtigkeit und/oder die Temperatur des Trägergases und/oder die Druckdifferenz zwischen Innenraum und Umgebung der Meßzelle gemessen und gesteuert. Die Messung dieser Parameter kann während der Emissionsmessung in vorgegebenen Zeitabständen erfolgen. Die gemessenen Werte werden mit vorgegebenen Sollwerten verglichen und die Parameter entsprechend verändert. Die gemessenen Werte der Parameter können auch während der Emissionsmessung aufgezeichnet werden.

Die erfindungsgemäße Meßzelle zur Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem kennzeichenden Merkmalen des Anspruchs 16 weist den Vorteil auf, daß über eine solche Meßzelle ein definiertes und kontrolliertes Überströmen der Oberfläche mit dem Trägergas realisiert werden kann.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßzelle sind die Einlaßöffnungen an den Längsseiten der Meßzelle in der Nähe der zu untersuchenden Oberfläche angeordnet.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßzelle ist an den auf der zu untersuchenden Oberfläche zu liegen kommenden Stellen der Seitenwandung eine Dichtung angeordnet. Durch eine solche Dichtung kann ein luftdichtes Abschließen zwischen dem Innenraum der Meßzelle und ihrer Umgebung erfolgen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßzelle sind die Seitenwandungen von der Grundplatte demontierbar.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßzelle ist ein Rahmen vorgesehen, an dem der Grundkörper in seiner Höhe im Bezug auf die zu untersuchende Oberfläche verstellbar angeordnet ist. Mit einem derartigen Rahmen kann die Meßzelle auch auf unebenen und weichen Oberflächen, wie beispielsweise Teppichböden, so justiert werden, daß das für feste Oberflächen vorgegebene Volumen der Meßzelle eingehalten wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßzelle sind an der Meßzelle Vorrichtungen zur Messung von Temperatur, Druck, Feuchtigkeit und Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases vorgesehen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßzelle ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, die Temperatur, Druck, Feuchtigkeit und Strömungsgeschwindigkeit des der Meßzelle zugeführten Trägergases steuert. So können auch während der Emissionsmessung die für die Messung geeigneten Parameter eingehalten werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßzelle ist die Meßzelle über eine Leitung mit einem Gerät zu Analyse des Trägergas es verbindbar. Auf diese Weise kann unter Verwendung transportabler Analysegeräte das über die zu untersuchende Oberfläche geleitete Trägergas bereits am Ort der Messung analysiert und ausgewertet werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßzelle beträgt die Meßzellenlängsseite ca. 13 cm, die Querseite ca. 10 cm, wobei der umschlossene Raum ein Volumen von ca. 0,116 l umschließt. Außerdem sind an jeder Längsseite mindestens sechs Einlaßöffnungen und an der Grundplatte entlang derer Mittelachse mindestens drei Absaugöffnungen angeordnet. Gerade bei solchen geometrischen Verhältnissen bzw. einer solchen geometrischen Anordnung werden besonders gute Überströmungsbedingungen erzeugt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßzelle besteht diese vorzugsweise weitgehend aus Metall, insbesondere aus elektrolytisch poliertem Edelstahl.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgende Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Meßzelle in Aufsicht,

Fig. 2 Meßzelle aus Fig. 1 in Schnittdarstellung,

Fig. 3 Meßzelle aus Fig. 1 in Schnittdarstellung und

Fig. 4 Meßzelle mit Rahmen in Seitenansicht.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in Fig. 1 gezeigte Meßzelle 1, bestehend aus dem Grundkörper 2 mit Grundplatte 2a und den Seitenwandungen 3, weist an den Seitenwandungen 3 verschiedene gestrichelt angedeuteten Einlaßöffnungen 4 auf. An der Grundplatte 2a sind mittig mehrere ebenfalls gestrichelt angedeuteten Auslaßöffnungen 5 auf der der Oberfläche zugewandten Seite angeordnet. Die Auslaßöffnungen 5 sind versetzt zu den Einlaßöffnungen 4 angeordnet. Aus einer solchen Anordnung ergeben sich weitgehend laminare Strömungsverhältnisse. Der Zuführungsanschluß 9 und der Abführungsanschluß 10 sind in durchgehenden Strichen gezeichnet. Diese beiden Anschlüsse befinden sich auf der nach oben weisenden Seite und sind von außen zugänglich. An diese Anschlüsse können Leitungen für das Trägergas angeschlossen werden. Im Unterschied dazu sind die Einlaß- und Auslaßöffnungen bei der auf eine Oberfläche aufgesetzten Meßzelle nicht von außen zugänglich. Durch sie strömt das Trägergas in das durch Oberfläche und Grundkörper umschlossene in Fig. 2 und 3 angedeutete Volumen 7 ein und wieder aus. Auf der der Oberfläche zugewandten Seite ist außerdem eine in der Zeichnung nicht dargestellte Dichtung in die Seitenwände eingelassen, um ein weitgehend gasdichtes Aufsetzen der Meßzelle 1 auf eine Oberfläche 8 zu ermöglichen.

Der in Fig. 2 dargestellte Schnitt A-A durch die Meßzelle 1 zeigt den Zuführungsanschluß 9 des Trägergases und die darunter angeordneten Einlaßöffnungen 4. Von dem Zuführungsanschluß 9 strömt das Trägergas über ein Trägergasleitung 11 zu den Einlaßöffnungen 4 und von dort in das Volumen 7.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Meßzelle 1 an der in Fig. 1 mit B-B markierten Stelle. In dieser Darstellung ist der Abführungsanschluß 10 erkennbar. Die Trägergasleitung 11, welche das Trägergas von den in einer Darstellung nach Fig. 3 nicht erkennbaren Auslaßöffnungen zu dem Abführungsanschluß 10 leitet, ist als Kreis angedeutet.

Ein besonderer Vorteil des dargestellten Ausführungsbeispiels ist, daß über eine solche Anordnung weitgehend laminare Strömungsverhältnisse realisiert werden können, in Verbindung mit einer variierbaren Strömungsgeschwindigkeit zwischen 0,2 bis 30 cm pro Sekunde.

In Fig. 4 ist eine Meßzelle mit einem Rahmen 12 dargestellt. An dem Rahmen ist über Flügelschrauben 13 der Grundkörper 2 der Meßzelle 1 angeordnet. Dieser entspricht dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Grundkörper aus Grundplatte 2a und Seitenwandungen 3. Die Position des Grundkörpers 2 relativ zum Rahmen 12 kann in der Höhe verändert werden, so daß eine Einstellung der Höhe des Grundkörpers 2 zur zu untersuchenden Oberfläche möglich ist. Zum Justieren der Meßzelle wird zunächst der Rahmen 12 auf die Oberfläche, beispielsweise ein Teppichboden, aufgesetzt und anschließend der Grundkörper 2 im Rahmen an die Oberfläche angenähert und am Rahmen fixiert.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1

Meßzelle

2

Grundkörper

2

a Grundplatte

3

Seitenwandungen

4

Einlaßöffnungen

5

Auslaßöffnungen

6

7

Volumen

8

Oberfläche

9

Zuführungsanschluß

10

Abführungsanschluß

11

Trägergasleitung

12

Rahmen

13

Flügelschrauben

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung von Emissionen gas- und/oder partikelförmiger Stoffe aus Oberflächen (8) fester und/oder flüssiger Stoffe gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- Anordnen einer Meßzelle (1) auf der Oberfläche (8),
- Einleiten eines Trägergases in die Meßzelle (1) und definiertes/kontrolliertes Überströmen der Oberfläche (8) mit dem Trägergas in dem von der Meßzelle (1) umschlossenen Raum,
- Ableiten des über die Oberfläche geströmten Trägergases aus der Meßzelle (1) und
- Analysieren des aus der Meßzelle abgeleiteten Trägergases.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas synthetische Luft oder Luft aus der Umgebung der Meßzelle verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überströmen der Oberfläche (8) weitgehend laminar erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Meßzelle (1) abgeleitete Trägergas auf ein Trägermaterial geleitet und zusammen mit diesem einer Laboranalytik zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Meßzelle (1) abgeleitete Trägergas direkt über eine Leitung einer Analyse zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Gerät zur Durchführung der Analyse ein Gaschromatograph oder ein Gerät zur HCHO-Bestimmung verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Überströmen der Oberfläche (8) mit einer Überströmungsgeschwindigkeit von ca. 0,2 cm/s bis 30 cm/s erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas eine definierte Temperatur aufweist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas eine definierte relative Feuchtigkeit aufweist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einleiten des Trägergases in die Meßzelle eine Konditionierung des Trägergases erfolgt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (1) den zu untersuchenden Bereich der Oberfläche (8) weitgehend gasdicht umschließt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (1) auf die zu untersuchende Oberfläche (8) aufgedrückt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (1) mit klebenden und/oder dichtenden Materialien an der zu untersuchenden Oberfläche (8) justiert wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Meßzelle (1) umschlossene Volumen (7) eine definierte Druckdifferenz zu der Umgebung der Meßzelle (1) aufweist.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmungsgeschwindigkeit und/oder die relative Feuchtigkeit und/oder die Temperatur des Trägergases und/oder die Druckdifferenz zwischen Innenraum und Umgebung der Meßzelle (1) gemessen und gesteuert werden.

16. Meßzelle zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche
mit einem auf die Oberfläche (8) aufsetzbaren Grundkörper (2), welcher ein Volumen (7) auf der Oberfläche (8) weitgehend gasdicht umschließt,
mit mindestens einem das Trägergas zuführenden Zuführungsanschluß (9) am Grundkörper,
mit mindestens einem über die Oberfläche geleitete Trägergas abführenden Abführungsanschluß (10) am Grundkörper, dadurch gekennzeichnet,
daß der Grundkörper (2) eine weitgehend rechteckige Grundplatte (2a) aufweist,
daß der Grundkörper (2) vier weitgehend an den Rändern der Grundplatte (2a) angeordnete Seitenwandungen (3) aufweist,
daß an den Seitenwandungen (3) auf der dem geschlossenen Volumen (7) zugewandten Seite mehrere mit dem Zuführungsanschluß (9) verbundenen Trägergas-Einlaß öffnungen (4) angeordnet sind und
daß mindestens eine mit dem Abführungsanschluß (10) verbundene Trägergas-Auslaßöffnung (5) an der Grundplatte (2a) angeordnet ist.

17. Meßzelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen (4) an den Längsseiten der Meßzelle (1) in der Nähe der zu untersuchenden Oberfläche (8) angeordnet sind.

18. Meßzelle nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß an den auf der Oberfläche (8) zu liegen kommenden Stellen der Seitenwandung eine Dichtung angeordnet ist.

19. Meßzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandungen (3) von der Grundplatte (2a) demontierbar sind.

20. Meßzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rahmen (12) vorgesehen ist, an dem der Grundkörper (2) in seiner Höhe im Bezug auf die zu untersuchende Oberfläche (8) verstellbar angeordnet ist.

21. Meßzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Meßzelle Vorrichtungen zur Messung von Temperatur, Druck, Feuchtigkeit und Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases vorgesehen sind.

22. Meßzelle nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, die Temperatur, Druck, Feuchtigkeit und Strömungsgeschwindigkeit des der Meßzelle zugeführten Trägergases steuert.

23. Meßzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle über eine Leitung mit einem Gerät zu Analyse des Trägergases verbindbar ist.

24. Meßzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsseite der Meßzelle (1) ca. 13 cm beträgt,
daß die Querseite der Meßzelle (1) ca. 10 cm beträgt,
daß der umschlossene Raum ein Volumen von ca. 0,116 l umschließt,
daß an jeder Längsseite mindestens sechs Einlaßöffnungen (4) angeordnet sind und
daß an der Grundplatte mittig mindestens drei Absaugöffnungen (5) angeordnet sind.

25. Meßzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (1) vorzugsweise weitgehend aus Metall, insbesondere elektrolytisch poliertem Edelstahl besteht.