Fortbildung für den Öffentlichen Gesundheitsdienst Berlin, 19.-21. März 2007
Ultrafeine Partikel im Innenraum: Entstehung und Vorkommen Dieter Bake Umweltbundesamt Fachgebiet Innenraumhygiene
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Worum geht es? Partikelgrößen im Vergleich
Bake, Umweltbundesamt
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Warum? Depositionswahrscheinlichkeit im Atemtrakt Prozent 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20%
Bereich der ultrafeinen Partikel
10% 0% 0,001
0,01
0,1
Bereich PM10 1
10
100
Partikeldurchmesser in µm Bake, Umweltbundesamt
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Vorkommen ultrafeiner Partikel im Innenraum Eintrag aus der Außenluft Quellen im Innenraum
Verbrennung oder thermische Prozesse Kondensation
Bake, Umweltbundesamt
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Verhältnis von Außenluft zu Innenraumluft Außenluft
Innenraumluft
Partikel / cm³ 16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0 18.12.2006 18.12.2006 18.12.2006 19.12.2006 19.12.2006 19.12.2006 19.12.2006 09:36 14:24 19:12 00:00 04:48 09:36 14:24
Datum / Zeit
Bake, Umweltbundesamt
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Jahreswechsel 2006/2007 Veränderung der Partikelanzahlkonzentrationen in der Außenluft und in einem abgeschlossenen Innenraum Außenluft Ultrafeine Partikel (10-350nm) Innenraumluft Ultrafeine Partikel (10-350nm) Innenraumluft Feine Partikel (0,3-20µm)
Partikel / cm³ 100.000 10.000 1.000 100 10 1 31.12. 14:24
31.12. 16:48
31.12. 19:12
31.12. 21:36
01.01. 00:00
01.01. 02:24
01.01. 04:48
01.01. 07:12
01.01. 09:36
01.01. 12:00
Datum / Uhrzeit
Bake, Umweltbundesamt
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Silvester 2006 / 2007 Partikelgrößen im Innenraum gemessen Partikel / cm³
Messgerät für Ultrafeine Partikel
10000
Ultrafeine Partikel vorher
1000 100
Ultrafeine Partikel 1.1., 0-2 Uhr
10 Ultrafeine Partikel nachher
1 0,1
Feine Partikel vorher
Messgerät für Feine Partikel
0,01
Feine Partikel 1.1.07, 0-2 Uhr
0,001
Feine Partikel nachher
0,0001 0,00001 10
100
1000
10000
100000
Partikeldurchmesser in nm Bake, Umweltbundesamt
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Partikel / Liter 100.000.000 10.000.000 1.000.000
Gesamtkonzentration der Feinen Partikel im Partikelgrößenbereich 0,3 - 20 µm abgeschlossenes Labor über Silvester; mittlere Konzentration: 2,6 * 104 Part. / l
100.000 10.000
Durchzuglüftung
1.000 100
Raucherwohnung; mittlere Konzentration: 3,8 * 106 Part. / l
Maximum 1.1.2007, 1 Uhr
10 1
31.12. 00:00
31.12. 12:00
01.01. 00:00
01.01. 12:00
02.01. 00:00
02.01. 12:00
03.01. 00:00
03.01. 12:00
04.01. 00:00
04.01. 12:00
05.01. 00:00
05.01. 12:00
Datum / Zeit Bake, Umweltbundesamt
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Unterschiedliche Konzentrationen von ultrafeinen Partikel an der Straßen- und Hofseite eines Hauses
13.4.2004 (Dienstag) mittags Hof
13.4.2004 (Dienstag) mittags Straße
10.4.2004 (Ostersonnabend) mittags Straße
Hofseite
9.4.2004 (Karfreitag) mittags Straße
8.4.2004 (Gründonnerstag) abends Straße
8.4.2004 (Gründonnerstag) nachmittags Straße
45.000 40.000 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 0
Straßenseite
8.4.2004 (Gründonnerstag) nachmittags Hof
Partikel / cm³
Messort und Messzeit Bake, Umweltbundesamt
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Vorkommen ultrafeiner Partikel im Innenraum Eintrag aus der Außenluft Quellen im Innenraum
Verbrennung oder thermische Prozesse Kondensation
Bake, Umweltbundesamt
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Konzentration ultrafeiner Partikel in einem Innenraum ohne interne Quellen gemessen über eine Woche Partikel / cm³ 10.000 9.000
Mo
Di
Mi
Fr
Do
Sa
So
Mo
8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0 4. Aug
Bake, Umweltbundesamt
5. Aug
6. Aug
7. Aug
8. Aug
9. Aug
10. Aug
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11. Aug
12. Aug
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Verschiedene Konzentrationen in einer Wohnung Partikel / cm³ 60.000
Ende Nacht
50.000
Beginn Rauchen
40.000
1/2 h nach Beginn Rauchen Kuchenbacken
30.000 20.000
1/2 h Lüften
10.000
Außenluft mittags Straße
0 1
10
100
1000
Partikeldurchmesser in nm Bake, Umweltbundesamt
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Ultrafeine Partikel: Senkeneffekt Partikel / cm³ 25.000 Leere Wohnung (ohne Möbel) Beginn: 22.14 Uhr Ende: 7.42 Uhr
20.000 15.000 10.000 Bewohnt (Raucher) Beginn: 22.13 Uhr Ende: 7.41 Uhr
5.000 0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
Lfd. Nr. der Messungen Bake, Umweltbundesamt
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Konzentration ultrafeiner Partikel in Abhängigkeit von der Anzahl brennender Teelichter Partikel / cm³ 140.000
123.000
120.000 100.000 80.000
69.000
60.000
34.000
40.000 20.000
20.000 6.000
0 Laborluft normal
1
3
5
10
Anzahl der Teelichter Bake, Umweltbundesamt
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Relative Steigerung der Konzentration 70
Vergleich der Partikelgrößenspektren: Kerzen, Zigaretten- und Pfeifenrauch
60 3 Teelichter 10 Teelichter alle Teelichter aus Zigarettenrauch (15 min) Pfeifenrauch (15 min)
50 40 30 20 10 0 1
Bake, Umweltbundesamt
10 100 Partikeldurchmesser in nm
1000
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Zeitlicher Verlauf der Messungen in einer Wohnung mit Gasherd Partikel / cm³ 14.000 12.000 Gasherd an
10.000
Innenraum Außenluft Innen mit Gasherd
8.000 6.000 4.000 2.000 0 07.11. 14:09
07.11. 14:24
07.11. 14:38
07.11. 14:52
07.11. 15:07
07.11. 15:21
07.11. 15:36
Datum / Zeit Bake, Umweltbundesamt
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Ultrafeine Partikel in einer Wohnung: Einfluss eines Gasherdes Innen (vorher für 10 min Gasherd an) Außen Innen mit Gasherd für 2 min an
Partikel / cm³ (dN/dlogDp) 20.000
Normalerweise: Konzentration Innen < Außen
15.000 10.000 5.000 0 1
10
100
1000
Partikeldurchmesser Dp in nm Bake, Umweltbundesamt
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Änderungen der Partikelkonzentrationen beim Betrieb verschiedener Staubsauger Faktor 50
(Faktor der Konzentrationserhöhung beim Wirksamwerden der Quelle) Staubsauger 1 Staubsauger 2 Staubsauger 3 Staubsauger 4
40 30 20 10
Staubsauger 4 mit HEPA-Filter am Luftausgang
0 -10
0,01
0,1
1
10
Partikeldurchmesser in µm
Bake, Umweltbundesamt
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Büroraum (ca. 50 m³) Konzentration ultrafeiner Partikel Partikel / cm³ 25.000
Tagesbetrieb
Tagesbetrieb Tür, Fenster zu Nachtruhe
Nachtruhe
Tagesbetrieb Tür offen
Spitzenwerte: jeweils Drucken von 20 Seiten
20.000 15.000 10.000 5.000 0 29.01. 12:00
30.01. 00:00
30.01. 12:00
31.01. 00:00
31.01. 12:00
Datum / Zeit Bake, Umweltbundesamt
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Partikel / cm³ 14.000
Ultrafeine Partikel (UFP) Größenverteilungen in einem Büro
12.000 10.000
Anfang Drucken Nacht Lüften
8.000 6.000 4.000 2.000 0 1
10
100
1000
Partikeldurchmesser in nm Bake, Umweltbundesamt
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Bake, Umweltbundesamt
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Partikel / cm³ (dN/dlog Dp) 1.000.000
Partikelgrößenverteilungen verschiedener Spraydosen (zum Vergleich mit denen von Pumpsprühflaschen)
Spraydosen
100.000 10.000 1.000 100
Pumpsprühflaschen
10
Nano Bad+WC Spray Insektenspray Möbelpflegespray Imprägnierspray A Imprägnierspray B Imprägnierspray C Haarspray Nano Bad+WC Pumpflasche Glasreiniger A Pumpflasche Glasreiniger B Pumpflasche Badreiniger Pumpflasche Powerreiniger Pumpflasche
1 1
10
100
1000
Partikeldurchmesser Dp in nm Bake, Umweltbundesamt
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Verschiedene Quellen ultrafeiner Partikel Faktor der Konzentrationszunahme nach Wirksamwerden der Quelle
Faktor
23,7
25
21,0
20
16,0
15
12,0
10
Die Partikel haben je nach Quelle unterschiedliche Zusammensetzungen und können somit auch ein unterschiedliches gesundheitliches Risiko darstellen. 6,7
5,2
5
2,5
0,6
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R au ch en
K uc he K nb er ac ze ke nl ic n ht (5 Te el ic La ht se er r ) d St ru au ck bs er au im ge B n ür (o o hn e Si Fe lv es in st te fil r2 te 00 r) 6 In St ne au nr bs au au m ge lu n ft (m it Fe in st fil te r)
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Fazit
Es gibt die vielfältigsten Quellen für ultrafeine Partikel im Innenraum: Eintrag aus der Außenluft Partikel bei Verbrennungsvorgängen oder thermischen Prozessen Partikel aus Kondensaten
Mit Hilfe der Spektren der Partikelgrößen (Partikelgrößenverteilung) lassen sich möglicherweise Quellen erkennen
Bei „unbekannten“ Partikeln ist dieses schwierig, denn eine chemische oder morphologische Analyse der ultrafeinen Partikel ist noch schwieriger.
Laser für „weiche“ Röntgenstrahlung, Blitz: 25 Femtosekunden (10-15 s) : 11 nm – Teilchen sichtbar (Inst. f. Optik u. Atomare Physik, TU Berlin, Nov. 2006)
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Zusammenfassung
Auf den Innenraum wirkt auch die Staubkonzentration der Außenluft ein. Emissionen zusätzlicher Quellen (Rauchen, Kerzen, Staubsaugen, Bürogeräte, etc.) können im Innenraum die Staubkonzentration erheblich erhöhen, besonders im Bereich der ultrafeinen Partikeln, bzw. die Zusammensetzung des Staubes ändern.
Minimierungsgebot:
Solche zusätzlichen Emissionen sollten daher minimiert werden: z. B. durch technische Maßnahmen und geänderte eigene Verhaltensweisen Auf sinnvolles Lüften ist zu achten.
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