DE19708623A1

DE19708623A1 - PEMaC tragbare Zelle zur Messung von flüchtigen organischen Verbindungen (vds) aus Oberflächen

Info

Publication number: DE19708623A1
Application number: DE1997108623
Authority: DE
Inventors: Andreas Borgschulte
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1997-03-03
Publication date: 1998-09-10

Description

1 Einleitung 1.1 Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des An spruchs 1 und 2.

1.2 Stand der Technik

Aufgrund des vermehrten Eintrags von organischen Verbindungen in Innenräumen und der damit verbundenen Beschwerden von Verbrauchern über Geruchsblelästi gungen und Gesundheitsbeeinträchtigungen werden heutzutage verstärkt Raum luftmessungen durchgeführt [1]. Zur Minderung der Emission flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) stellt sich die Frage nach den spezifischen Emissionsquel len und deren Beitrag zur Gesamtbelastung in Abhängigkeit von Raumbeladung und klimatischen Einflüssen wie Temperatur, Feuchte, Luftgeschwindigkeit über der emittierenden Fläche und Luftwechsel. Für die Bewertung des Emissionspotentials einzelner Produkte unter praxisnahen Bedingungen und über definierte Zeiträume werden daher klimatisierte Prüfkammern eingesetzt, deren Größe je nach Anwen dung zwischen wenigen cm³ und mehreren m³ variiert.

Allerdings führt die Desorption der eben freigesetzten Stoffe an den Wänden der Kammer und das "Fangen" der Stoffe zu einer oft nicht genau bekannten Verfälschung des Meßergebnisses (Kammercharakteristik). So darf allein die Idee, die Fläche der Kammerwände im Verhältnis zur emittierenden Fläche zu minimieren und Verwir belungen der Luft zu vermeiden, als besonders gelungen bezeichnet werden. Reali siert ist dies durch eine Mitnutzung der Probenflächen als eine Kammerwand, z. B. in der sog. FLEC (Field and laboratory emission cell, [2]).

1.3 Nachteile

Es stellte sich bei Messungen der Luftgeschwindigkeit im Innern einer solchen Prüfkam mer heraus, daß aufgrund der kleinen Abmessungen und der besonderen Geometrie eine ungleichmäßige Verteilung der Luftgeschwindigkeit auftritt.

Auch kann eine solche Kammer nur auf Raumtemperatur betrieben werden. Die Parameter Temperatur und Luftgeschwindigkeit bestimmen aber entscheidend die Emission eines Stoffes aus einer Oberfläche [3].

1.4 Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messung von Emission von VOCs unter repro duzierbaren Parametern (Luftgeschwindigkeit, Luftwechsel, Luftfeuchte, Lufttem peratur) zu ermöglichen.

Tabelle 1 Charakteristische Daten der PEMaC

Volumen	81 cm³
Emmisionsfläche	270 cm²
Höhe über Probe	3 mm
Volumenstrom	100 bis 1000 ml/min
Luftwechsel	50 bis 750 h^-1
Luftgeschwindigkeit	0.4 bis 4 cm/s
Reynoldszahl	1 bis 8
Temperaturbereich	20° bis 100°C
Luftfeuchtigkeit	0 bis 100%

Diese Aufgabe wird durch ein Prüfgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und 2 gelöst.

1.5 Vorteile der Erfindung

Hervorragender Vorteil dieser Emissionsmeßzelle ist die durch die besonderen Luftein- und auslässe gleichmäßig über die gesamte Probenfläche gleichmäßig verteilte lami nare Luftströmung (Reynoldszahl ist auch bei einem Volumenstrom von 1000ml/min über der Fläche Re = νd/ ≃ 8). Die Luftgeschwindigkeit ist an jedem Ort über der Fläche gleich und kann definiert von außen beeinflußt werden.

Außerdem ist die Möglichkeit gegeben, den Emissionsprozeß bei verschiedenen Tem peraturen zu untersuchen, dabei wird auch die Luftfeuchtigkeit berücksichtigt.

Ein nicht zu verachtender Vorteil ist das einfache und robuste Design.

2 Muster

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen (Fig. I bis III) dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

- Fig. I Senkrechter Schnitt durch die Meßzelle
- Fig. II Ansicht der Meßzelle von unten
- Fig. III Schemazeichnung der Temperaturkontrolle Luftbefeuchtung

2.1 Grober Aufbau

Kernstück dieser Meßzelle (Fig. I und II) ist ein 3×150×180mm³ großes, laminar von Luft durchströmtes Volumen (1), dessen seitliche und obere Wände von ei nem massiven Edelstahlgehäuse, die untere von der zu untersuchenden Oberfläche (2) selbst gebildet werden. An zwei Seiten ist das Volumen durch den Ein- bzw. den Austrittsspalt (3) begrenzt, die die Strömung über die gesamte Probenfläche "verteilen".

Da die Luftgeschwindigkeit an jedem Ort über der Fläche (von den direkten Rand zonen abgesehen) gleich ist, existiert ein Zusammenhang zwischen dem durch die Kammer strömenden Gesamtvolumenstrom und der mittleren Luftgeschwindig keit ν:

ν = /A

A ist die Querschnittsfläche senkrecht zum Volumenstrom. Zwischen oberer Kam merwand und Probenfläche bildet sich eine parabolische Geschwindigkeitsverteilung aus (da laminare Strömung, s. o., [4]), die seitlichen Begrenzungen werden dabei vernachlässigt. Durch die quaderförmige Geometrie des Strömungskanals wird au ßerdem gewährleistet, daß sich im Emissionsvolumen keine Totzonen bilden können (siehe auch dazu [5]).

2.2 Verteilung des Luftstroms

Entscheidend für die Konstruktion des Eintrittsspalts ist die Bedingung, daß der Druckabfall beim Durchströmen des "Verteilungsrohres" (4) sehr viel kleiner ist als der Druckabfall durch den Spalt in das Emissionsvolumen - oder anders ausgedrückt - der Eingangsdruck muß am Ein- und Austrittsspalt abfallen. Realisiert wurde dies durch ein möglichst großes "Verteilungsrohr" (Querschnittsfläche 12×12mm²), während der Eintrittsspalt aus 16 kleinen Schlitzen (5) besteht, deren Abmessung klein gegen das Verteilungsrohr sind (1×1mm², 6mm Länge). Die entstehenden Ver wirbelungen werden durch einen zweiten Spalt (6) verringert. Die Luft tritt dann gleichförmig über die gesamte Fläche aus.

Verteilungsrohr, Ein- und Austrittsspalte und das Emissionsvolumen sind als Profile in einen Edelstahlblock gefräst, diese werden mit Hilfe eines Edelstahlblechs (8) abgedeckt.

2.3 Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle

Der relativ lange Weg durch den komplexen Eintrittsspalt macht eine indirekte Hei zung des Luftstroms möglich. Durch im Gehäuse versenkte Heizpatronen (7) kann sowohl das Gehäuse als auch der Luftstrom temperiert werden. Ein Thermoelement (9) mißt die Temperatur, ein PID-Regler regelt dann die gewünschte Temperatur ein.

Die Luft wird in einem separaten Befeuchter (10) (mit Volumenstrom- (11) und Druckkontrolle (12)) angefeuchtet; um eine genaue Einstellung-zu ermöglichen, wird der Befeuchter auf die Temperatur der Meßzelle gebracht (Fig. III). Die Luft kann einer Gasflasche mit synthetischer Luft oder über eine Pumpe aus der Umgebung entnommen werden, zur Reinigung durchströmt sie ein Aktivkohlefilter (14). Diese gesamte Versorgungseinheit wird ebenfalls mit Hilfe des PID-Reglers thermostati siert (Heizwendel (15) mit Wärmeableitung).

Entscheidender Vorteil einer Beheizung ist die Möglichkeit des Ausheizens der Meß zelle nach einer VOC-Messung. Das Gerät wird (bei Gasspülung) auf eine hohe Temperatur gebracht (60°-120°C), die letzten absorbierten Moleküle können dann desobiert werden.

Das hier beschriebene Prüfgerät wurde entwickelt, um dem Bedarf nach einer vielsei tig einsetzbaren Laboreinrichtung für die zerstörungsfreie Messung der Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) aus Baumaterialien zu decken. Die Ei genschaften der Meßzelle PEMaC sind kompatibel mit den bekannten Meßmethoden in standardisierten Räumen und Prüfkammern.

Sie funktioniert mit Hilfe des schon in der FLEC [2] realisierten Konzepts einer Minimierung von Kammeroberfläche und Volumen im Verhältnis zur Probenfläche. Verschiedene kleinere technische Details (z. B. Abdichtung mit Hilfe eines Teflon dichtringes, Befeuchtung etc.) sind aus dem jetzigen Stand der Technik bekannt.

Literatur

[1] T. Salthammer, R. Marutzky: Kammerverfahren zur Bestimmung der Emis sionen organischer Substanzen aus Materialien, expert-verlag, Reihe und Stu dium, Bd. 478, 1996.

[2] P. Wolkoff: An emission cell for measurement of volatile organic compounds emitted from building materials for indoor use - the field and laboratory emis sion cell FLEC, Gefahrstoffe - Reinhaltung der Luft 56 (1996) p.151-157, Springer Verlag 1996.

[3] R. Marutzky, A. Flentge: Erste Ergebnisse von Untersuchungen zum Einfluß der Luftgeschwindigkeiten auf die Formaldehydabgabe von Holzspanplatten in Prüfräumen, Holz Roh-Werkstoff, 48, S. 453-456, 1990.

[4] J. Zierep: Grundzüge der Strömungslehre, S. 143 ff, G. Braun, Karlsruhe 1990.

[5] T. Salthammer et al.: Flow Field and Air Velocity measurements on the Field and Laboratory Emission cell, FLEC, zur Publikation eingereicht.

[6] J.S. Zhang et al.: Study of Air Velocity and Turbulence Effects on Organic Compound Emissions from Building Materials/Furnishings Using a New Small Test Chamber, Characterizing Sources of Indoor Air Pollution an Related Sink Effects, ASTM STP 1287 (American Society for Testing and Materials) 1996, p. 184-199.

Claims

1. Vorrichtung zum Verteilen eines Luftstroms in einer Kammer dadurch ge kennzeichnet, daß der Eingangsdruck über dem Eingangs- und Ausgangs spalt abfällt, der Strömungswiderstand von Verteilungsrohr und eigentlicher Kammer vernachlässigbar ist. Im Muster ist dies durch sehr kleine Schlit ze verwirklicht, z.Z. wird an einer Geometrie des Spaltes gearbeitet, die auf die lokalen Verhältnisse des Drucks und der Geschwindigkeit des Luftstroms eingeht (Problem der Randzonen).

2. Die Geometrie der Prüfkammer dadurch gekennzeichnet, daß die Luft durch einen quaderförmigen Kanal über der Probenoberfläche strömt und mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 die Luft über der gesamten Probenoberfläche die gleiche Geschwindigkeit hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß sowohl Prüfgerät als auch der Luftstrom genau temperiert wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeich net, daß die Luftfeuchtigkeit bei variabler Temperatur präzise eingestellt werden kann.