Fallbeispiele: Fogging in Hamburger Wohnungen Ansätze zu ...€¦ · Coulometrie (Kohlenstoff)...

WaBoLu Innenraumtage 2006 Arge Fogging / Feinstaub Hamburg-Berlin

Arbeitsgemeinschaft Fogging / Feinstaub Hamburg-Berlin

Fallbeispiele:

Fogging in Hamburger Wohnungen

Ansätze zu Untersuchung und Sanierung


Arbeitsgemeinschaft Fogging / Feinstaub Hamburg-Berlin

Martin Wesselmann, Dipl. Chem.im Bauinstitut Hamburg-Harburg

Manfred Santen, Dipl. Chem. wartig Chemieberatung GmbH Hamburg,

Labor für Entwicklung und Analytik

Peter Braun, öbuv Sachverständiger Analyselabor in Berlin GmbH (ALAB)


Arge Fogging / FeinstaubUntersuchung von Schwarzen Wohnungen in Hamburg

• In Kooperation mit:

• Technische Universität Hamburg Harburg

(TUHH): Institut für Bauphysik

• Universität Hamburg (UNI- HH): Institut für

Anorganische Chemie, Abteilung

Angewandte Analytik


Zielsetzung der Untersuchung von Feinstaub in Schwarzen Wohnungen

• Beitrag zur Ermittlung der Ursachen von Fogging:

• Gibt es einen Zusammenhang zwischen den optischen Auffälligkeiten in „Schwarzen Wohnungen“ und der Feinstaubkonzentration?

• Wenn eine Aussage möglich sein soll, muss eine ausreichend große Anzahl von Wohnungen untersucht werden, um statistisch verlässliche Daten ermitteln zu können.


Hamburger Studie zur Untersuchung der Feinstaub-Konzentration in Wohnräumen

• Messungen in 56 „Schwarzen Wohnungen“(Fogging Wohnungen, Interessenten über Mieterzeitschriften und Presseorgane der Grundeigentümer: Interessenten mit Fogging-Wohnungen gesucht für eine Feinstaub-Studie)

• Durchführung der Messungen in den Schwarzen Wohnungen Januar und Februar 2006

• Messungen in 136 „weißen Wohnungen“(Feinstaub-Referenzwohnungen, Interessenten wurden über Aufruf im Hamburger Abendblatt gefunden)


Untersuchung der Feinstaub-Konzentration inSchwarzen Wohnungen

Quelle: wartigQuelle: wartig


Untersuchung der Feinstaub-Konzentration in Wohnräumen

• Vorgehen bei der Untersuchung in Schwarzen Wohnungen

• Aufnahme der Randbedingungen durch Fragebogen und Ortstermin

• Einstufung der Schwärzungsintensität nach eigenem Schema (5 Kategorien)

• Entnahme von Proben für die chemisch-physikalische Untersuchung von Schwarzstaubpartikeln


Hamburger Studie zur Untersuchung der Feinstaub-Konzentration in Wohnräumen

• Einteilung der Schwärzungsintensität in 5 Kategorien (Santen/Wesselmann)

- Kategorie 1: schwache Intensität, leichte Verschmutzung oberhalb

von Heizkörpern- Kategorie 2: Schwarzfärbung auch an geometrisch bedingten Wärmebrücken - Kategorie 3: deutliche Schwarzfärbung, in mehreren Räumen, auchan Innenwänden- Kategorie 4: starke Schwarzfärbung, die gesamte Wohnung ist betroffen, Schwarzstaub auch in Schränken und anderen Einrichtungsgegenständen- Kategorie 5: sehr starke, z.T. plötzliche Schwarzfärbung über Nacht, schwarz-graue Stäube auf allen Oberflächen, auch in Haaren


Schwarzfärbung: Beispiel Kategorie 2

Quelle: wartig



Quelle: wartig


Schwarzfärbung: Beispiel Kategorie 4-5

Quelle: wartig


Wohnung 1 und Wohnung 2 Eingesetzte Messtechniken

• - PM10 Messkopf (Gravimetrie)

• - Partikelzähler

• - Berner Impaktor (TXRF)

Quelle: wartig


Eingesetzte Analysenmethoden

Partikelkonzentration: Messung mit Laser-Streulicht-Partikelzähler, stichprobenartig Vergleichsmessungen mit gravimetrischen Methoden

Partikelidentifizierung (Kooperation mit Uni-HH):Bestimmung von Morphologie und Zusammensetzung der Schwarzstaub-Partikel (stichprobenartig in ca. jeder 10. Wohnung)

- Schwarzstaub-Abdruckproben (REM + EDX)- Impaktor-Sammlung (REM, EDX, TXRF)

zukünftig: ICP-MS, ICP-Laser-TOF, Coulometrie), Struktur-Aufklärung mit GC/MS


Eingesetzte Analysenmethoden

Chemische Untersuchung auf so genanntefogging-aktive Substanzen (Untersuchung durch ALAB, stichprobenartig in ca. jeder 10. Wohnung):

- SVOC (Weichmacher, Paraffine, Fettsäureester und andere Kunststoff-Additive)

- Wischprobe von schwarzen Beaufschlagungen aufinerter Oberfläche (GC/MS)

- Materialproben: Quellenidentifizierung (GC/MS)


Ergebnisse Partikelmessungen in Schwarzen Wohnungen

PM10-Wert in Fogging-Wohnungen:

56 Messungen: Median PM10: 70 µg/m³

PM2,5 und PM1 in Fogging-Wohnungen

21 Messungen: Median PM2,5: 23 µg/m³Median PM1: 17 µg/m³



Ergebnisse PM10, PM2,5 und PM1-Messungen in schwarzen

Wohnungen

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Fo 01 Fo 03 Fo 17 Fo 22 Fo 24 Fo 30 Fo 31 Fo 39 Fo 49 Fo 60 Fo 61 Fo 62 Fo 64 Fo 65 Fo 66 Fo 67 Fo 68 Fo 70 Fo 71

PM1 innen

PM 2,5 innen

PM 10 [µg/m³] innen

Quelle: wartig



Verhältnis Feinstaub-Konzentration in Fogging-Wohnungen zu „weißen“ Wohnungen:

Messungen

Schwarze Wohnungen (Fogging): Anzahl 56PM10 (Median) 70 µg/m³PM 2,5 (Median) 23 µg/m³

„Weiße Wohnungen“ (132 Referenzwohnungen)PM10 (Median) 50 µg/m³PM 2,5 (Median) 12 µg/m³


Untersuchungsziele der Studie zu

Feinstaubmessungen in „Schwarzen Wohnungen“

• Sind in schwarzen Wohnungen im Vergleich zu anderen Wohnungen mit ähnlichen Randbedingungen (Wohnlage, Einrichtung, Nutzung) höhere Feinstaub-Partikelaufkommen messbar?

• Antwort: Trend scheint erkennbarIn „schwarzen Wohnungen“ ist die PM10-Konzentration ca. 10-20 % höher als in „weißen Wohnungen“(PM2,5-Konzentration ca. 50 % höher)


Untersuchungsziele der Studie zu

Feinstaubmessungen in „Schwarzen Wohnungen“

• Sind in „Schwarzen Wohnungen“ Auffälligkeiten in den

Konzentrationen von Nanopartikeln messbar:

• Antwort: kein Trend erkennbar, bisher wurden keine

höheren Messwerte von Nano-Partikeln in „schwarzen

Wohnungen“ erzielt.


Bewertung der Messergebnisse:Partikelmessungen in Schwarzen Wohnungen

Bei der Bewertung der Messergebnisse ist zu berücksichtigen:

Außenluftkonzentration: Welche Außenluft-Bedingungen herrschten bei den Messungen? Welchen Einfluss hat die Wohnlage auf die Feinstaubkonzentration?

Aktivitäten der Nutzer: Welchen Einfluss haben die Aktivitäten der Nutzer auf die Feinstaubkonzentration? Sind die Wohnungen mit unterschiedlichen Nutzer-Aktivitäten vergleichbar?

Wohnungs- bzw. Gebäudeausstattung: Welchen Einfluss haben Oberflächenbeschaffenheit oder Einrichtung auf die Feinstaubkonzentration?


Partikelkonzentration in Abhängigkeit von Nutzungsaktivitäten

0

20

40

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100

120

140

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16:4

2:00

16:4

2:43

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3:26

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4:53

16:4

5:36

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6:19

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7:02

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7:46

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8:29

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9:12

16:4

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0:38

16:5

1:22

16:5

2:05

16:5

2:48

16:5

3:31

Uhrzeit

PM [µg/m³]

PM 10 PM 2.5 PM 1.0

Staubsaugerbetrieb

Außenluft

Einfluss von Nutzungsaktivitäten, Beispiel Staubsaugen

Quelle: wartig



Vergleich Messergebnisse während Staubsaugerbetrieb:

Staubsaugen in Schwarzen Wohnungen: (Fogging): PM10 (Median) 80 µg/m³

Staubsaugen in „Weißen“ Wohnungen:(Referenz) PM10 (Median) 60 µg/m³


Noch ausstehende Auswertungen der Messwerte

• Sind die Messwerte belastbar?

- statistische Tests stehen noch aus

- Zulässigkeit von Ermittlung der Massenkonzentrationen mit Zählmethoden: Gravimetriefaktoren wurden lediglich stichprobenartig in „Schwarzen Wohnungen“bestimmt

• Die Auswertung der gewonnenen Messdaten steht erst am Anfang.


Partikelidentifizierung im Schwarzstaub

• Können Aussagen zu den Quellen der Partikel getroffen werden?

• Können mit den Methoden der physikalischen und chemischen Partikelidentifizierung exaktere Aussagen getroffen werden zu:

- Einfluss Aktivitäten der Nutzer- Einfluss Außenluft-Eintrag


Fallbeispiele Fogging2 Wohnungen, in denen Partikelidentifierung

vorgenommen wurden

Wohnung 1 (oben, unbewohnt)Wohnung 2 (rechts, bewohnt)

Quelle: wartig

Quelle: wartig


Fallbeispiel Wohnung 2 (bewohnt) Intensität der Schwarzfärbung Kategorie 4

Probenahmestelle für Staubabdruckprobe (Spinnwebe)

Quelle: wartig


Partikelidentifizierung im REM, Wohnung 1

• Wohnung 1:

• Im REM sind Partikel mitrußähnlicher Struktur neben Partikeln mit besonderer Morphologie erkennbar

• DEHP in Wischprobe: 295 µg/m²Paraffine in Wischpr.: 221 µg/m²Nikotin in Wischpr.: 387 µg/m²

• PM10: 70 µg/m³, 100 µg/m³PM2,5: 17 µg/m³

---------- 3µm

Quelle: wartig


------- 5µm


Quelle: wartig

Quelle: wartig



• Wohnung 2:

• Im REM sind Partikel mitrußähnlicher Struktur erkennbar

• DEHP in Wischprobe: 10 µg/m²Paraffine in Wischpr.: < 10 µg/m²Nikotin in Wischpr.: < 5 µg/m²

• PM10: 120 µg/m³PM 2,5: 50 µg/m³ Quelle: wartig ---------- 3µmQuelle: wartig


---------- 2,5µm


Quelle: wartig

Quelle: wartig


---------- 2,5µm

Kaminruß

Partikelidentifizierung im REM

Vergleichfotos Ruß

---------- 5µmDieselruß

Quelle: wartig

Quelle: wartig

Quelle: wartig


Schwarze Wohnung: Feinstaubquelle

• Staubsauger: starke Ablagerungvon schwarzen Staub-partikeln im Gerät

Quelle: wartig


Partikelidentifizierung mit Rasterelektronenmikroskop (REM)

These:

Es gibt Hinweise darauf, dass für „Schwarze Wohnungen“typische Partikeln existieren („Kern mit Film überzogen“).

Die Partikeln sind aufgrund ihrer Morphologie im REM von anderen Partikeln wie Ruß oder Elektrodenabrieb aus Staubsaugermotoren unterscheidbar.

Ca. 5000fach ( -------- 5µm)

Quelle: wartig


Probenahme für Elementbestimmung mit

Totalreflektierender Röntgensfluoreszenz-Analyse (TXRF)

Schwarze Wohnung: Feinstaub

• Berner Impaktor zur größenselektiven Probenahme in 4 Stufenfür die Untersuchung der Partikelzusammensetzung mit der Total-Reflektierenden Röntgen-Fluoreszenz-Analyse(TXRF, Uni Hamburg)


Berner Impaktor mit 4 Impaktorstufen;

Proben Wohnung 1

Quelle: Dr. Fittschen, Uni HH


Berner Impaktor Stufe 0,05 bis 0,13 µm


---- ca. 20 µm

--- ca. 100 µm


Berner Impaktor Partikel 0,05 bis 0,13 µm


---- ca. 1 µm


Berner Impaktor Partikel 2 bis 8 µm



TXRF:Bestimmung der Elementzusammensetzung von

Feinstaub auf Berner-Impaktorstufen

2 schwarze Wohnungen,

differenziert nach Partikelgröße

0

200

400

600

800

1000

1200

16-8µm

WHG1

16-8µm

WHG2

8-2µm

WHG1

8-2µm

WHG2

2-0.13µm

WHG1

2-0.13µm

WHG2

0.13-

0.015µm

WHG1

0.13-

0.015µm

WHG2

ng/m3

Al

P

S

Cl

K

Ca

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Ni

Cu

Zn

Br

Pb



TXRF:Bestimmung der Elementzusammensetzung von

Feinstaub in 2 schwarzen Wohnungen,

differenziert nach Partikelgröße

0

20

40

60

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100

120

140

160

180

200

16-8µm

WHG1

16-8µm

WHG2

8-2µm

WHG1

8-2µm

WHG2

2-0.13µm

WHG1

2-0.13µm

WHG2

0.13-

0.015µm

WHG1

0.13-

0.015µm

WHG2

ng/m3

Al

P

S

Cl

K

Ca

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Ni

Cu

Zn

Br

Pb



Fortsetzung Untersuchung von Feinstaub in Schwarzen Wohnungen

Die erzielten Ergebnis-Trends sollen mit weiteren Untersuchungen überprüft werden:

Mögliche Methoden, die die ARGE in Kooperation mitUNI HH und TU HH-Harburg in Zukunft einsetzen möchte:

- Charakterisierung der Schwarzstaub-Partikel:--- Partikelmorphologie im REM und im TEM

--- Elementzusammensetzung mit TXRF, ICP-TOF-MS, Coulometrie (Kohlenstoff) etc.

--- Strukturaufklärung schwarzer Beläge mit GC/MS oder LC/MS-MS


Schwarze Wohnung : Theorie

These zum möglichen Mechanismus von

Schwarzfärbungen:

Die Sättigungskonzentration von SVOC in der

Raumluft wird unter bestimmten Bedingungen

erreicht.

Die Kondensation von SVOC erfolgt an

luftgetragenen Feinstaubpartikeln, die als

„Kondensationskerne“ fungieren.


Einflussfaktoren zur Entstehung eins Fogging-Phänomens

Bauphysik Nutzung

FeinstaubSVOC

Quelle: Wesselmann


Neue Ansätze zur Vermeidung einer erneuten Schwarzfärbung

• Reduzierung der Partikelkonzentrationen durch Aufstellen von Luftreinigungsgerätschaften

• Weitere mögliche Effekte durch Einsatz von Luftwäschern:

- Änderung der Strömungsmechanik

- Reduzierung der SVOC-Konzentrationen


Partikelreduktion durch Einsatz von „Luftwäschern“

• Testversuche mit einem Gerät der Firma Daikin Modell MC707M-S (Mehrstufenfilterung, Photokatalytisches Verfahren)

• Laborversuche in Prüfkammern zur Prüfung der Effektivität und der Eigenemissionen

• Aktuell: Feldversuche in 4 Fogging-Wohnungen Kategorie 4


Prüfkammerversuche

Quelle: wartig

Quelle: wartig

Quelle: wartig

Quelle: wartig


Partikelzahlenverläufe im großen Prüfzelt mit Grundbelastung

Zeitverlauf

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10

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40

50

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10:0

8:00

10:0

9:26

10:1

0:53

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2:19

10:1

3:46

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5:12

10:1

6:38

10:1

8:05

10:1

9:31

10:2

0:58

10:2

2:24

10:2

3:50

Uhrzeit

PM [µµµµg/m3]

PM 10 PM 2.5 PM 1.0

Nanopartikel: von 5.500

P/cm³ auf 380 P/cm³

Quelle: wartig /

Wesselmann


Partikelzahlenverläufe im großen Prüfzelt mit Zigarettenrauch im Vergleich zum kleinen Abluftprüfzelt

Zeitverlauf

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2:00

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11:2

9:00

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2:00

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4:00

11:3

5:00

11:3

7:00

11:3

8:00

Uhrzeit

PM [µµµµg/m3]

PM 10 PM 2.5 PM 1.0 PM 10 kleines Zelt

11:22:30

Start Eintrag

Zigarettenrauc

11:27:00

Ende Eintrag

ZigarettenrauchQuelle: wartig /

Wesselmann


PM 10-Konzentrationen in einem 15 m² Büroraum bei Betrieb des Luftwäschers

Quelle: Wesselmann


Nanopartikelkonzentration in einem 15 m² Büroraum bei Betrieb des Luftwäschers

Nach 12 Stunden:

< 100 P / cm³

Quelle: Wesselmann


Ozonkonzentration in einem 15 m² Büroraum bei Gerätebetrieb

Vers.-Nr.

Rand-bedingungen

Gerätestufe

Ozon in µg/m³

nach 0,5 Stunden

Ozon in µg/m³nach 1 Stunde

Ozon in µg/m³

nach 12 Stunden

1T = 20-22°C, 38-45% rel.

LFAutomatik 1 2 2

2T = 19,5-

21,5°C, 37-41% rel. LF

Stufe 1-2 2 2 2

3T = 19,8-

21,9°C, 36-45% rel. LF

Turbo 6 1012

Quelle: wartig / Wesselmann


Quelle: Wesselmann


Vergleich von Sanierungsstrategien

Konventionelle Strategie

• Teure SVOC-Analytik und Gutachterkosten (1.000 € – 3.000 €)

• Teure Sanierung (2.000 –15.000 €)

Alternativer Ansatz

• Geringe Analyse-/ Gutachterkosten

• Keine Renovierungskosten

• Nachteil: Geräteanschaffung (ca. 600 € / Gerät), Wartung und Strom


• .....zumindest ein neuer Ansatz für eine vorübergehende Lösung, bis durch weitere Forschungsergebnisse (siehe laufendes UFOPLAN-Vorhaben) der genaue Schadensablauf ermittelt wird und gezielte, praktikable Ansätze zur Vermeidung von spontanen Schwarzfärbungen benannt werden können


• Danke für Ihre Aufmerksamkeit mit freudiger Erwartung auf eine lebhafte Diskussion

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