Luftwechsel in Innenräumen bestimmen – ein Methodenvergleich

Lüften eines Schlafzimmers: der Vorhang weht über das Bett.zum Vergrößern anklicken
Die Innenraumluft hat Auswirkungen auf die Gesundheit.
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Luft in Innenräumen muss regelmäßig ausgetauscht werden, damit sie die Gesundheit nicht belastet. Um den Luftwechsel, besonders in energieeffizienten Gebäuden, beurteilen sowie optimal einstellen zu können und damit eine gute Raumluftqualität zu gewährleisten, können Fachleute die Luftwechselrate bestimmen. Das UBA hat verschiedene Messmethoden miteinander vergleichen und bewerten lassen.

Im Zuge der Energieeinsparverordnung werden vom Gesetzgeber energieeffizienten Bauweisen gefordert. Diese führen zu einer immer dichter werdenden Gebäudehülle, was zu gesundheitlichen Belastungen für die Bewohner aber auch zu Schädigungen der Bauwerke führen kann. Häufig liegt der natürliche Luftwechsel energieeffizienter Gebäude wegen der hohen Dichtheit weit unter dem aus innenraumhygienischen Gründen notwendigen Mindestluftwechsel. Als Folge der geringen Luftwechselraten kann Feuchtigkeit im Innenraum, die bei Aktivitäten wie Kochen oder Duschen anfallen, nicht mehr abgeführt werden, was zu Schimmelbefall führen kann. Auch Luftschadstoffe, die etwa aus Baumaterialien, Möbeln und Gegenständen aber auch aus Reinigungs- und Pflegemittel in die Innenraumluft ausgasen, reichern sich im Innenraum an, da sie nicht vollständig abtransportiert werden. 

Um eine zuverlässige Aussage über eine bestehende Luftwechselrate treffen zu können, ist es wichtig, eine unkomplizierte Methode zur Bestimmung der Luftwechselrate zu entwickeln, die reproduzierbar ist und die Gesundheit der Bewohner nicht belastet, so dass diese während der Luftwechselmessung im Raum anwesend sein können.

Die Ergebnisse der Studie „Qualitätssicherung der Bestimmung der Luftwechselrate in Innenräumen“ zeigen, dass zu den in den Richtlinien VDI 4300 Blatt 7 und DIN EN ISO 16000-8 genannten Herangehensweisen zur Bestimmung der Luftwechselrate, es eine Vielzahl an Varianten und Details gibt, die je nach Fragestellung für jede Messung bedacht werden müssen. Eine Übersicht über Faktoren, die hier zu bedenken sind, wäre in den Richtlinien hilfreich.

Der Projektverlauf

In einem zweijährigen Forschungsvorhaben galt es, die in der VDI 4300 Blatt 7 beschriebene Bestimmungsmethode der Luftwechselrate mit Tracergasen, abzusichern. Im Realraum und in der Prüfkammer sollte untersucht werden, wie sich verschiedene Tracergase unter sonst gleichen Bedingungen verhalten und ob hinsichtlich der abgeleiteten Luftwechselraten Abweichungen existieren. Die Ergebnisse dieses Vorhabens sollten so aufbereitet werden, dass sie bei  zukünftigen Raumluftuntersuchungen berücksichtigt werden können.

Im ersten Arbeitspaket dieser Studie wurde eine detaillierte Übersicht aus 81 wissenschaftliche Publikationen zum aktuellen Stand der Technik und zur gesundheitlichen Bewertung der verwendeten Tracergase erstellt. Die Veröffentlichungen beschrieben unterschiedlich detailliert die methodischen und messtechnischen Aspekte, sowie die Betrachtung der Messungenauigkeit und Fehlerquellen. Grund sind fehlende einheitliche Referenzpunkte und Parameter, die großen Einfluss auf die Bestimmung der Luftwechselrate haben. Die Recherche zur gesundheitlichen Bewertung der eingesetzten Tracergase zeigt, dass zu Schwefelhexafluorid (SF6), Kohlendioxid (CO2) und Distickstoffmonoxid (N2O) umfangreiche Daten und Erfahrungen vorliegen. SF6 wird in hohen Reinheitsgraden als gering toxisch beschrieben. CO2 wird, bei Einhaltung des MAK Wertes (Maximale Arbeitsplatzgrenzwertkonzentration), als gesundheitlich unbedenklich eingeschätzt. Bezüglich N2O variieren dagegen die gesundheitlichen Einschätzungen.

Im zweiten Arbeitspaket wurden Messungen mit zwei unterschiedlichen Methoden zur Bestimmung der Luftwechselrate in einem Realraum durchgeführt und im Hinblick auf die Fragestellung ausgewertet. Zum einen wurde die Konzentrations-Abklingmethode und zum anderen die passive Emissionsmethode (PFT-Methode) mit sechs verschiedenen Tracergasen (SF6, CO2, N2O, Hexafluorbenzol (HFB), Perfluortoluol, Perfluordecalin (PFD)) eingesetzt. Die Ergebnisse der Messungen zeigen, dass die PFT-Methode tendenziell besser für Langzeitmessungen geeignet ist. Denn zum einen können temporäre Schwankungen der Emissionsraten aus den Quellen durch gemittelte Werte über längere Zeiträume diese Schwankungen zuverlässiger ausgleichen. Zum anderen kann z. B. bei Messungen in dynamisch veränderbaren Lüftungsszenarien, wie etwa bei geöffneten Fenstern, nicht sichergestellt werden, dass sich die Tracergaskonzentration zum Messzeitpunkt im Gleichgewichtszustand befindet.

In einem dritten Arbeitspaket wurden Validierungsmessungen für die beiden Methoden mit den verschiedenen Gasen in einer Prüfkammer durchgeführt. Der Variationskoeffizient pro Tracergas und eingestellter Luftwechselrate lag für alle sechs Gase und beiden Methoden bei < 10 %. Die beste Genauigkeit lieferte die Bestimmung der Luftwechselrate mit der Konzentrationsabklingmethode mit SF6 als Tracergas. PFD lieferte hingegen mit dieser Methode das schlechteste Ergebnis.