| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Laboratorieundersøgelser af luftrenseres effekt over for tetrachlorethylen

4 Diskussion

• 4.1 Ventilation og luftskifte
• 4.2 Luftrenserens indvirkning på ventilationen
• 4.3 Luftrenserens indvirkning på koncentrationen
• 4.4 Undersøgelsesresultater
• 4.5 Luftrenserens effekt
• 4.6 Adsorptionskapacitet

4.1 Ventilation og luftskifte

Med ventilation menes almindeligvis luftfornyelse i rum, og det forudsættes normalt, at luften, som tilføres rummet, er udeluft. Ventilationen kan kvantificeres ved begrebet luftskifte.

Luftskiftet i et rum, i nogle sammenhænge præciseret ved betegnelsen udeluftskiftet i rummet, er defineret som forholdet mellem udelufttilførslen [l/s] og rummets volumen [m³]. Enheden for luftskiftet er normalt [h^-1], dvs. gange pr. time. Enheden passer ikke til SI-systemet, men begrebet er almindeligt anvendt. Et rum, som har et volumen på 50 m³, og som tilføres 7 l/s (25 m³/h), har et luftskifte på 0,5 h^-1. Luftskiftebegrebet er uafhængigt af, om lufttilførslen sker ved mekanisk ventilation, dvs. ved hjælp af ventilatorer og kanaler, ved naturlig ventilation, dvs. ved hjælp af aftrækskanaler og udeluftventiler eller ved en kombination, fx såkaldt hybrid ventilation. Overføringsluft er udeluft, som ikke er tilført rummet direkte, men som har passeret et andet rum på vejen. Overføringsluft indregnes normalt ikke i rummets luftskifte, selv om den overførte luft i visse perioder eller på visse tidspunkter kan medvirke til forbedring af luftkvaliteten i rummet. Interne luftbevægelser i et rum kan have en indvirkning på fordeling og opblanding af luften, men indregnes heller ikke i luftskiftet. Det skal understreges, at luftskiftet i sig selv ikke er et udtryk for, hvor effektivt rummet er ventileret, og at et luftskifte på fx 0,5 h^-1 ikke betyder, at al luften i rummet er udskiftet i løbet af 2 timer.

I boliger er ventilationen typisk baseret på fortyndingsprincippet, som går ud på, at koncentrationen af en forurening i rumluften nedbringes ved at tilføre og opblande udeluft, som har et lavere - eventuelt intet - indhold af den pågældende forurening. Såfremt en forureningskildes emissionsrate er konstante, vil den resulterende koncentration af forureningen i rumluften i hovedsagen afhænge af udelufttilførslen.

4.2 Luftrenserens indvirkning på ventilationen

Sættes en luftrenser i drift i et rum, hvor luften indeholder en forurening, som luftrenseren er i stand til at optage, vil det svare til, at luftskiftet i rummet forøges. Hvis koncentrationen af den pågældende forurening ved luftrenserens afkast er på niveau med forureningskoncentrationen i udeluften, vil den resulterende koncentration i rumluften være, som hvis luftskiftet var blevet forøget med volumenstrømmen gennem luftrenseren. Et rum med et volumen på 50 m³, som tilføres en volumenstrøm på 25 m³/h udefra, og hvor volumenstrømmen gennem luftrenseren er 25 m³/h, vil have et tilsyneladende luftskifte på 1 h^-1. Rummets luftskifte er fortsat 0,5 h^-1, men hvad angår den resulterende koncentration i rumluften af den pågældende forurening, kan ventilationen i rummet sammenlignes med et luftskifte på 1 h^-1.

4.3 Luftrenserens indvirkning på koncentrationen

Sættes volumenstrømmen gennem luftrenseren i forhold til forsøgsrummets volumen opnås et udtryk for det tilsyneladende luftskifte, som luftrenseren i sig selv er årsag til. Sammenhørende værdier af dette tilsyneladende luftskifte og den målte relative reduktion af tetrachlorethylenkoncentrationen viser luftrenserens effektivitet i forsøgsrummet. Disse resultater vil alene gælde forsøgsrummet og vil ikke kunne generaliseres til anvendelse på forurenede lokaliteter.

Derimod kan luftrenserens effektivitet vurderes ud fra den tilsyneladende forøgelse af luftskiftet, som luftrenseren vil være årsag til.

Koncentrationen af en forurening i luften i et rum er givet ved et reduceret udtryk af fortyndingsligningen:

hvor

c_rum er forureningskoncentrationen i rumluften

m er tilførslen af forurening til rummet

n er rummets luftskifte

V_rum er rummets volumen

τ er tiden

Det er her forudsat, at koncentrationen i udeluften er 0. Efter lang tid (τ → ∞) ved konstant forureningsemission og konstant udelufttilførsel vil den stationære tilstand, ligevægtstilstanden, være givet ved:

hvor

q_rum er volumenstrømmen af udeluft, som tilføres rummet

Sættes en luftrenser ind i rummet, og antages det, at koncentrationen ved luftrenserens afkast er 0, vil koncentrationen i rumluften ved ligevægtstilstanden være givet ved:

hvor

c_{rum, 0} er forureningskoncentrationen i rummet med luftrenser

q_renser er volumenstrømmen gennem luftrenseren.

Udtrykket kan omformes til:

hvor

Faktoren k udtrykker forholdet mellem forureningskoncentrationen i rummet henholdsvis med og uden luftrenser. Faktoren k er således et udtryk, for den indvirkning luftrenseren har på den resulterende forureningskoncentration i rummet. Eksempelvis, hvis volumenstrømmen gennem luftrenseren har samme størrelse som udelufttilførslen til rummet (q_renser = q_rum) vil faktoren k være 0,5, dvs. forholdet mellem forureningskoncentrationen i rummet med og uden luftrenser er 0,5. Koncentrationen vil således falde til det halve, ved at luftrenseren sættes i drift i rummet. På samme måde ses, at hvis volumenstrømmen gennem luftrenseren (q_renser) er væsentlig større end udelufttilførslen til rummet (q_rum), er faktoren k et lille tal, hvilket betyder, at der vil være stor forskel på forureningskoncentrationen med og uden luftrenser i rummet; dvs. luftrenseren vil have en stor indvirkning.

4.4 Undersøgelsesresultater

Ved undersøgelserne, som er gennemført i dette projekt, er volumenstrømmen gennem luftrenseren (q_renser) målt ved forskellige trin, og udelufttilførslen til forsøgsrummet (q_rum) er kendt. Det er hermed muligt at beregne faktoren k for de gennemførte forsøg, samt den teoretiske ligevægtskoncentration i forsøgsrummet og den teoretiske relative reduktion i tetrachlorethylenkoncentrationen afhængig af volumenstrømmen gennem luftrenseren. Beregningsresultaterne er vist i Tabel 4.1.

Målingerne af volumenstrømmen gennem luftrenseren afhængig af omdrejningsregulatorens indstilling viser en meget flad kurve (se Figur 3.3, side 24), hvilket betyder, at regulering af omløbstallet kun medfører mindre ændringer i volumenstrømmen. Ved undersøgelsen med lave koncentrationer i forsøgsrummet (jf. afsnit 3.5, side 26) har det været muligt at registrere ændringer i den resulterende ligevægtskoncentration med ventilatoren på trin 1, 2 og 3. Med regulatoren på trin 4 - 9,5 registreredes ikke med sikkerhed yderligere fald i ligevægtskoncentrationen. Måleresultaterne for trin 1, 2 og 3 er vist i Tabel 4.2. I tabellen er målt relativ reduktion sammenlignet med de førnævnte teoretiske relative reduktioner, og det ses, at i gennemsnit er den målte relative reduktion i størrelsesordenen 4 pct. lavere end den teoretiske. Den konstaterede forskel mellem teoretisk og målt relativ reduktion er så lille, at det ikke kan afvises, at forskellen skyldes almindelig måleusikkerhed.

4.5 Luftrenserens effekt

Faktoren k udtrykker luftrenserens indflydelse på det tilsyneladende luftskifte og dermed på den resulterende forureningskoncentration i rummet. I Figur 4.1 er vist to kurver, hvor forholdet mellem koncentrationen i rummet med og uden luftrenser er afbildet som funktion af forholdet mellem luftstrømmen gennem luftrenseren og udelufttilførslen til rummet. Den tynde, røde kurve viser den teoretiske sammenhæng, mens den kraftige, grønne kurve er semiempirisk estimeret på grundlag af måleresultaterne.

Figur 4.1 Forholdet mellem koncentrationen i rummet henholdsvis med luftrenser i drift (c_{rum, 0}) og uden luftrenser i drift (c_rum) som funktion af forholdet mellem volumenstrømmen gennem luftrenseren (q_renser) og udelufttilførslen til rummet (q_rum). Den tynde, røde kurve er teoretisk sammenhæng, mens den kraftige, grønne kurve er semiempirisk estimeret på grundlag af de viste måleresultater (punkter).

Af figuren ses fx, at hvis volumenstrømmen gennem luftrenseren (q_renser) er 3 gange så stor som udelufttilførslen til rummet (q_rum), vil forholdet mellem c_{rum, 0} og c_rum teoretisk være 0,25, svarende til at ligevægtskoncentrationen i rummet bliver ca. 25 pct. af initialkoncentrationen, dvs. koncentrationen i rumluften før luftrenseren sættes i drift. Resultatet af målingen med omdrejningsregulatoren på luftrenseren på trin 2, hvor forholdet mellem volumenstrømmen gennem luftrenseren og udelufttilførslen til rummet er 3,1, viser en ligevægtskoncentration på 62 µg/m³ svarende til 27 pct. af 230 µg/m³, som var initialkoncentrationen. Principielt bør den kraftige, grønne kurve i Figur 4.1 anvendes, men ved praktisk brug af figuren er der ingen forskel på de to kurver.

Af Figur 4.1 ses desuden, at jo større forholdet er mellem volumenstrømmen gennem luftrenseren og udelufttilførslen til rummet (q_renser/q_rum), desto større vil reduktionen være. Forholdet q_renser/q_rum kan forøges ved at (1) øge q_renser og/eller (2) sænke q_rum.

ad 1
I sin nuværende udformning kan ventilatoren i luftrenseren højst yde ca. 110 m³/h, som derfor er grænsen for forøgelse af q_renser.

ad 2
En forøgelse af forholdet q_renser/q_rum gennem en sænkning af q_rum vil ikke medføre en lavere resulterende forureningskoncentration i rummet. Som det fremgår af det reducerede udtryk af fortyndingsligningen side 32, vil en sænkning af udelufttilførslen til rummet (q_rum) medføre en tilsvarende stigning i forureningskoncentrationen i rummet (c_rum). Når luftrenseren sættes i drift, vil resultatet være en større relativ reduktion, men der opnås ikke en sænkning af den resulterende forureningskoncentration i rummet (c_{rum, 0}). I praksis vil det derfor ikke være ønskeligt at øge forholdet q_renser/q_rum gennem en sænkning af q_rum.

Ovennævnte model er efterprøvet med udgangspunkt i resultaterne af undersøgelserne ved lave koncentrationsniveauer, se afsnit 3.5, side 26. Udgangspunktet er valgt, fordi koncentrationerne i forsøgsrummet ved undersøgelserne har været på et realistisk niveau, og fordi målingerne af koncentrationer er gennemført ved anvendelse af MIMS, membran inlet massespektrometri. Instrumentet har en lav detektionsgrænse, 0,5 µg/m³, og er samtidig i stand til specifikt at detektere tetrachlorethylen. Koncentrationsmålingerne ved undersøgelserne ved høje koncentrationsniveauer, se afsnit 3.4, side 24, er gennemført ved anvendelse af Innova gasanalysator type 1312, som både har en højere detektionsgrænse end MIMS og er mindre selektiv. Instrumentet er blandt andet følsomt overfor gasser som methan, der findes i udeluften, og som ikke adsorberes i kulfiltret. Den lavere følsomhed viser sig også ved, at det ved undersøgelserne ikke har været muligt med sikkerhed at konstatere ændringer i rensningseffekten afhængig af volumenstrømmen gennem luftrenserens kulfilter.

4.6 Adsorptionskapacitet

Generelt afhænger et kulfilters adsorptionskapacitet foruden tryk og temperatur af den koncentrationen, som filtret udsættes for. Ved en given forureningskoncentration i rummet opstår der en ligevægtstilstand i kulfiltret, hvor filtret både optager og afgiver forurening i lige store mængder. Ved en ligevægtstilstand har kulfiltret ingen indflydelse på forureningskoncentrationen i rummet. Mængden af adsorberet forurening ved en ligevægtstilstand kan udtrykkes som en procentdel af kulfiltrets vægt. Procentdelen stiger ved stigende koncentration i rummet.

Ved forsøget, hvor kulfiltret blev udsat for en ekstraordinær høj koncentration, blev luftrenseren anbragt i en stålkasse sammen med en tetrachlorethylenkilde. Af Figur 3.10 og Figur 3.11, side 29 ses, at kulfiltret adsorberer tetrachlorethylen i de første døgn af forsøget, hvorefter koncentrationen i stålkassen begynder at tiltage kraftigere, dvs. kulfiltrets evne til at adsorbere forurening aftager. Antages det, at der er nået en ligevægtstilstand i kulfiltret omkring den 11.-12. september, hvor koncentrationen begynder at stige, vil kulfiltret på dette tidspunkt optage og afgive tetrachlorethylen med samme rate. Kulfiltret har derfor ingen indflydelse på koncentrationen i kassen. Der afgives fortsat tetrachlorethylen fra kilden, og koncentrationen i stålkassen vil derfor begynde at stige. Da kulfiltrets evne til at adsorbere stiger med stigende koncentration i stålkassen, bevirker koncentrationsstigningen, at kulfiltret på ny adsorberer tetrachlorethylen. Kort efter indtræder en ny ligevægtstilstand i kulfiltret (kulfiltret optager og afgiver tetrachlorethylen med samme rate) og koncentrationen i stålkassen begynder igen at stige. Principielt vil dette forløb fortsætte, indtil tetrachlorethylenkoncentrationen i stålkassen er i ligevægt med ventilationen i stålkassen, dvs. den koncentration som ville være opnået, hvis kulfiltret ikke befandt sig i stålkassen.

Udsættes det nu stærkt forurenede kulfilter for en lavere tetrachlorethylenkoncentration, vil filtret afgive tetrachlorethylen til rumluften. Dette ses af det efterfølgende forsøg, se Figur 3.12, side 30.

En bestemmelse af det aktuelt anvendte kulfilters adsorptionskapacitet over for tetrachlorethylen som funktion af koncentrationen i rumluften forudsætter særlige undersøgelser, som ikke er gennemført i dette projekt. Generelt for kulfiltre, og ved koncentrationer lavere end 1 ppm kan adsorptionskapaciteten anslås til typisk at være i størrelsesordenen under 10 procent af kulfiltrets vægt. Det undersøgte kulfilter er oplyst til at indeholde ca. 4 kg kul. Antages det, at kulfiltret i praksis vil blive udsat for koncentrationer omkring 1 mg/m³ (0,15 ppm), og antages forsigtigvis en adsorptionskapacitet på 5 procent af filtrets vægt, kan kulfiltrets levetid anslås til ca. 2700 timer (~4 mdr.) ved kontinuerlig drift og ved en volumenstrøm gennem luftrenseren på 75 m³/h ((4000 g × 5%)/(0,001 g/m³ × 75 m³/h)).

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 September 2010, © Miljøstyrelsen.