Schlussbericht: Wissenschaftliche Absicherung einer Richtlinie zur Prüfung von Sensorsystemen für die Erfassung der Innenraumluftqualität auf Basis von VOC als Vorstufe für internationale Normen - VOC4IAQ

Schlussbericht - VOC4IAQ

Der Innenraum als unsere „dritte Haut“ ist ein wesentlicher Baustein für gesundheitliches Wohlbefinden und für hohe Lebensqualität. Die Vermeidung von Innenraum-Luftschadstoffen, Schimmel und Allergenen ist deshalb besonders wichtig und kann maßgeblich beeinflusst werden. Derzeitige Luftqualitätssensoren nutzen in erster Linie Kohlendioxid (CO₂) als Markergas. Allerdings ist nur CO₂ ein Indikator für Innenraumluftqualität. Die eigentlichen Schadstoffe und Quellen chemischer Belastung im Innenraum sind flüchtige organische Verbindungen (engl. volatile organic compounds, VOC), Gassensoren – insb. Halbleitergassensoren (engl. metal oxide semiconductor, MOS) – können VOCs gut messen und damit einen Beitrag zur Erfassung und Verbesserung der Luftqualität in Innenräumen leisten. Jedoch mangelt es an Akzeptanz bei Anwendern, was diese auf einen fehlenden Prüfstandardzurückführen. In diesem Zusammenhang hat sich ein Fachgremium (VDI/VDE GMA FA 4.64, vorher 2.62) mit dem Blatt VDI/VDE 3518 Blatt 4 unter dem Titel „Multigassensoren - Standardisierte Prüfanweisung und Prüfgase für VOC-Detektoren zur Innenraumluftgütemessung“ die Erstellung einer nationalen Richtlinie als Aufgabe gesetzt, welche durch das Projekt wissenschaftlich abgesichert und begleitet wurde.

Als Ziel der Richtlinie resultiert eine technologie-agnostische Prüfung von VOC-Sensoren, welche einen Test von Sensorsystemen durch vereinfachte Nachbildung der komplexen Innenraumluft darstellt, aber realistische Konzentrationen und eine variable Zusammensetzung beinhaltet. Die Nachbildung der Innenraumluft wird durch Einteilung in VOC-Stoffgruppen (Aldehyde, Alkane, Alkene, Alkohole, Aromate, Ester, Glykole und Glykolether, Halogenkohlenwasserstoffe (HKW), Ketone, organische Säuren, Terpene) realisiert, wobei die VOC-Stoffgruppen durch ihre häufigsten Vertreter repräsentiert werden. Die zu testenden Konzentrationen befinden sich im Bereich typischer Werte in realen Innenräumen (basierend auf analytischen Studien des Umweltbundesamtes) und ebenso werden relevante Störgrößen für MOS-Sensoren, z. B. Feuchte, CO, Wasserstoff (H₂) berücksichtig.

Der Prozess der Richtlinienerstellung wurde wissenschaftlich und messtechnisch durch Labormessungen (Kalibrierung von Sensorsystemen, Benchmark-Erstellung, vereinfachte Testschema, Vergiftungsprüfungen) und Feldtests (Messungen in vier typischen Innenräumen, Arbeits- und Wohnräume über einen Jahreszyklus) begleitet und abgesichert. Die Messungen im Projekt lieferten dabei hilfreiche und realitätsnahe Ergebnisse zur Erstellung eines akzeptieren und vergleichbaren Luftqualitätsindex basierend auf VOC und eines realitätsnahen, praktikablen und umsetzbaren Prüfschemas für das Testen von VOC-Sensorsystemen. So wurde für den VOC-Summenwert TVOC_Sens (der dominierenden Stoffgruppenvertreter) mit einem Benchmark System mit einer Messgenauigkeit im zweistelligen ppb-Bereich erreicht. Es wurde ein Luftqualitätsindex basierend auf sieben Stufen abgeleitet, welcher die Leitwerte für TVOC vom Umweltbundesamt erweitert um die Berücksichtigung VVOC (engl. Very volatile organic compounds) und die Anwesenheit vom Menschen. Dazu wurde ein vereinfachtes Prüfschema erstellt, welches die einzelnen Stufen des Luftqualitätsindex durch Variieren einzelner VOC-Konzentrationen, in Form der dominierenden Stoffgruppenvertreter, abfährt und testet. In der Realität werden hohe Indexwerte insb. durch Events wie Freisetzungen während dem Kochen erreicht.