A TERMÉSZETES ÉS ÉPÍTETT KÖRNYEZET VÉDELME
6.6
A „fekete lakás” jelenségének vizsgálata Tárgyszavak: „fekete” lakás; illó szerves vegyületek; klímaviszonyok; mérési módszerek
A 90-es évek közepén jelentették először a Szövetségi Környezetvédelmi Hivatalnak (KH), hogy a fűtési szezonban hirtelen fekete, olajos-ragadós lerakódás jelent meg a lakások falának, födémének és bútorzatának felületén. Hasonló eseteket más intézetekben és Németországon kívül is észleltek. A KH ennek alapján 1997/98-ban elvégezte az első kérdőíves felmérést a „fekete lakások” jelenségével kapcsolatban („Black Magic Dust”), amelynek keretében az érintett lakásokban észlelt lerakódások kialakulása iránt érdeklődtek. 1999-ben egy kibővített kérdőíves akcióval további részleteket próbáltak kideríteni, amelyek a lerakódások kialakulásában fontosak lehetnek. Egybehangzóan kiderült, hogy a jelenség majdnem kizárólag a fűtési időszakban, hirtelen többnyire napokon–heteken belül lép fel (az esetek 90%-ában) és az esetek kb. felében ugyanazon vagy a következő fűtési szezonban ismét felléphet, miután a lerakódást előzőleg eltávolították. A jelenség a lakás különböző helyiségeiben felléphet, míg a lerakódások intenzitása gyakran a lakószobában a legnagyobb. A lerakódásokat leginkább olyan lakásokban észlelték, amelyeket a lakók napközben alig használtak, és csak akkor állították be a fűtőtest termosztátos szabályozószelepét szobahőmérsékletre, ha otthon tartózkodtak. Minden eset közös jellemzője, hogy a lakásokat nemrégen renoválták, vagy pedig új épületekben léptek fel a lerakódások. Eddig 300 beérkezett kérdőív értékelését fejezték be. Mostanáig az esetek közel egyharmadában végzett mérések és elemzések – többnyire nem egységes módszerekkel és eljárásokkal – alapján megállapítható, hogy az eredmények alig hasonlíthatók össze. A KH ezért elhatározta, hogy egy saját, átfogó mérési program keretében, a jelenség tisztázása céljából fontos paramétereket (léghőmérséklet, relatív páratartalom, légcsereszám, porkoncentráció, kémiai és biológiai jellemzők) megvizsgálja. A programot hamburgi és braunschweigi intézetekkel együttműködve valósították meg.
Módszerek 2000 októberétől 2001 áprilisáig nyolc olyan berlini, hamburgi és braunschweigi lakást (A–H jelzésű) vizsgáltak, ahol hirtelen feketeporlerakódásokat észleltek. A lerakódások a folyó fűtési idény kezdetével (D–H lakások) jelentek meg vagy pedig már egyszer felléptek az előző fűtési idényben (A–C lakások). Egy esetben (E lakás) úgy látszott, hogy a lerakódások a mérés időpontjában is képződtek. A méréseket a fűtési idényben végezték, amely 2001-ben a hűvös időjárás miatt még áprilisban is tartott, normál életés lakásviszonyok között. Ezért – a lerakódások keletkezési időpontjához képest – a lakók nem végezhettek semmiféle átalakítást a lakásban. A vizsgálati program fizikai, kémiai és biológiai mérésekből állt (1. táblázat). 1. táblázat Az elvégzett mérések áttekintése Vizsgálat/paraméter
Vizsgálat iránya
Felszíni vizsgálat (tamponos minta)
szemcseméret-spektrum részecske-összetétel
Törlési minta
korom jelenléte (PAH), összetétel (SVOC)* felületeken (feketedések, referenciaminta)
Páraképződési minta
levegőben levő SVOC (14 napi mérés)
VOC-meghatározás
lebegőpor-koncentráció (PM10), szemcseméreteloszlás (belső és külső levegő összehasonlítása)
NO2-mérés
közlekedési emissziók és lakásban végzett égetési folyamatok hatása (belső és külső levegő összehasonlítása)
Levegő-csíratartalom mérése
mikrobiológiai terhelések (penészgombák) (belső és külső levegő összehasonlítása
Termográfia
építési hiányosságok felderítése (hőhídak, kondenzációs felületek)
Léghőmérséklet, relatív páratartalom és légáramlás, légcsereszám
beltéri klimatikus viszonyok dokumentálása (részben 14 napnál hosszabb mérések
* nehezen illó szerves vegyületek
Kérdőívek segítségével dokumentálták a lakások helyzetét és a mérések keretfeltételeit (a jelenség típusa és fellépése, a lakás felszerelése, fűtési és szellőzési viszonyok stb.). Az A és D lakásokban rendszeresen dohányoztak, míg a G-ben csak alkalmanként.
Tamponos és törlési minták A lakás 2–3 pontján a megfeketedett felületekről tamponos minták vettek, amelyet fény- és rasztermikroszkóppal elemeztek és értékeltek. Ezenkívül minőségi elemzést végeztek energiadiszperziós röntgenmikroanalízissel (EDXA). Ezentúl 3–4 törlési mintát vettek a fekete falfelületekről, valamint ugyanabban a helyiségben levő olyan pontról (referencia), ahol nem volt lerakódás. Ezeket a mintákat tömegspektrométerrel összekapcsolt gázkromatográffal (GC/MS) vizsgálták. Ezek a módszerek a mintában levő, nehezen illó szerves vegyületek (SVOC) kimutatására szolgáltak. A policiklusos aromás szénhidrogének (PAK, ill. PAH) – mint égési maradványok jelenlétének indikátorai – kvantitatív kimutatása céljából a SIM (Selected Ion Monitoring)-módszert alkalmazták. Az EU-irányelveknek megfelelően 14 PAK-ot mértek (naftalint és acenaftilént nem). Páraképzési mintavétel, léghőmérséklet, páratartalom A páraképzési mintavétel olyan speciális módszer, amelynek során a levegőben levő SVOC meghatározott időn keresztül egy hűtött üvegfelületre adszorbeálódik. Ezzel a berendezésel 14 napon át minden lakásban méréseket végeztek. A laboratóriumban az üveglemezre kondenzálódott SVOC-t szerves oldószerrel deszorbeálják, majd GC/MS-sel vizsgálják. Deuterizált n-alkánon (C20/C24/C30) keresztül – amelyet belső standardként alkalmaztak – az üveglemezre levált SVOC mennyiségileg meghatározható. Az előbbi mintavétellel párhuzamosan egy hőmérséklet- és páratartalommérő eszközzel folyamatosan mérték a szoba hőmérsékletét és relatív páratartalmát 14 napon át – 5 percenként – és egy adattárolóval rögzítették. VOC-meghatározás Az illó szerves vegyületek (VOC) mintáit dúsítás (TENAX-TA passzív mintavevő csövecskével) és termodeszorpció után GC/MS-sel elemezték. Az egyes azonosított VOC-okat a TVOC-értékben (total volatile organic compounds = összes illó szerves vegyület) összegezték, hogy a TVOC-terheléseket más, nem érintett lakásokkal össze lehessen hasonlítani. Lakásonként 14 napon át két tenaxcsüvecskét akasztottak fel kb. 1–1,5 m magasságban. Lebegőpor mérése A pormérést kis szűrőberendezéssel (2,1–2,3 m3/h levegőáteresztés), 24 órán keresztül végezték, minden lakás egy szobájában és azon kívül (erkély, terasz), párhuzamosan. Egy PM10-mérőfejjel meghatározták a max. 10 µm
szemcseátmérőjű részecskéket. A következő héten megismételték a lebegőpor mérését egy kilencfokozatú sorozatos ütközésmérővel, amely lehetővé teszi az összegyűjtött, 16,6–0,4 µm-es porrészecskék méret szerinti különválsaztását. NO2 mérése A méréseket párhuzamosan, lakáson belül és kívül végezték, passzív mintavevő csövek alkalmazásával, amelyeket 1–1,5 m-es magasságban helyeztek el. Az expozíció tartama mérésenként egy hét (168 óra) volt. A méréseket lakásonként kétszer megismételték, hogy lehetőleg megállapítsák az égéstermékek hatását a lakáson belül és azon kívül. Levegőcsíraszám meghatározása A méréshez hatfokozatú impaktort (23,8 l/min) használtak és 5 percig folytatták a mintavételt, a lakáson belül és kívül. Meghatározták az összes telepszámot (tripton-szója-agaron, 37 °C-on, 2 napi inkubálással) és a gombaspóraszámot (malátakivonatos agaron, 25 °C-on, 2, ill. 7 napi inkubálással). Termográfia, áramlási profil, légcsereszám-meghatározás A falakon és födémen levő elszíneződési minta vizsgálatára termográfiás módszert alkalmaztak. Ezzel tisztázni akarták azokat a transzportfolyamatokat, amelyek azt eredményezik, hogy néhány fal- és födémterületen intenzív lerakódások jelentkeznek, míg máshol alig. Ebből a célból a hőképekből folyamatos sorozatokat rajzoltak, amelyek a vizsgált felület felmelegedését vagy lehűlését dokumentálják. Így az objektumok felületén már kb. 0,01 °C-os hőkülönbség is mérhető. Ezzel párhuzamosan meghatározták a légcsereszámot is nyomjelzőgázmódszerrel. E célból a levegőt N2O-dal keverték, amelynek koncentrációcsökkenését folyamatosan ábrázolták egy monitorral. A légáramlást a lakások kiválasztott helyein 60, 120, 180 és 230 cm magasságban mérték hődrótos anemométerrel.
Eredmények A 2. táblázat mutatja a A–H lakásokban mért vizsgálati paraméterek alakulását. Egyes esetekben több helyiséget is vizsgáltak, de az áttekinthetőség érdekében összefoglalva, csupán a belső és külső levegőmintákat hasonlították össze.
Tamponos és törlési minták Azok a helyek, ahonnan a tamponos mintákat vették, ezt követően jól láthatóan megvilágosodtak. A minták fénymikroszkópos vizsgálata minden lakás esetében sok olyan részecske jelenlétét mutatta, amelyek a feketedés optikai benyomását eredményezték. Kisebb – kb. 1 µm-es – részecskék mellett nagyobb – 20 µm-es – partikulákat is észleltek. A minták REM-es analízise szerint a részecskék zömében szerves poranyagból állnak. Ezenkívül a lerakódásokban még a következő elemeket mutatták ki: Al, Ca, Cl, Fe, K, Mg, S, Si, Ti. A törlési mintákban a nyolc lakásban kb. 150 különböző SVOC volt jelent (1. ábra). A kromatogram megjelenési formája különösen feltűnő, amelyre lényegében egy anyag – bisz(2-etil-hexil)ftalát = DEHP – jellemző. A megfelelő referenciaminta is tartalmazott DEHP-t, de messze nem ilyen koncentrációban. A többi lakás esetében a fekete felületek és a referencia anyag SVOC-öszszetétele között minőségileg nem volt különbség. Egyes esetekben az ablaktáblákon és más inaktív felületeken is sikerült SVOC-t kimutatni (pl. csempék). A minták mennyiségi vizsgálata alapján a PAK-tartalom 0,5–28,5 mg/m2 volt (átlagérték 9,2 mg/m2).
1. ábra Fekete tapétafelület törlési mintájának SVOC-kromatogramja (főcsúcs DEHP) Levegővizsgálatok A nyolc lakásban mért TVOC-érték kb. 310–1030 µg/m3 között volt. A mintavétel során alkalmazott toluol hatását figyelembe véve a „valóságos” TVOC-koncentráció azonban néhány %-kal kisebb lehet.
A páraképződési módszerrel minden lakásban kimutattak SVOC-t a levegőben, amelynek értéke hideg üvegfelületen 2–14 µg/14 nap volt. A lakások zömében a minta főkomponense a DEHP volt (egy esetben nikotin bizonyult fő alkotórésznek). Néhány lakásban jóval nagyobb PM10-koncentrációt (76–269 µg/m3) mértek, mint a külső levegőben (11–29 µg/m3). A lebegő por legnagyobb koncentrációban a dohányosok által lakott lakásokban fordult elő (247–269 µg/m3). A belső és külső levegőben levő porrészecskék méretének eloszlása alapján három lakásban fordultak elő nagy arányban kisebb (<1 µm) részecskék (2. ábra). A többi lakásban a részecskeméret-eloszlása hasonló volt a belső és külső levegőben (3. ábra).
2. ábra Részecske-méreteloszlás és -koncentráció (A-lakás)
3. ábra Részecske-méreteloszlás és -koncentráció (C-lakás)
A NO2-koncentráció minden lakásban megfelelt a külső levegőben mért értéknek (8–24 µg/m3), vagy ez alatt volt, amely alacsony–közepes terhelési szintnek felel meg (heti átlagok alapján). A 2. táblázat mutatja a mért gombaspóra-koncentrációkat (2 napi inkubálás után), amelyek 600–2500 telepképzőegység/m3 között változtak, és megfeleltek a külső levegőben mért 30–2500 telepképző egység/m3 értéknek. Beltéri klimatikus paraméterek A lakások zömében igen kis légcsereszámot (0,1–0,2/h) mértek, és csak egy lakásban érte el a 0,5/h értéket. A belső hőmérséklet 18–24 °C között volt, míg a relatív páratartalom 22–60% között ingadozott.
Termográfia, áramlási profil A termográfiás vizsgálatok azt mutatják, hogy a fűtőtestek felett, a felfelé áramló meleg levegőben erős turbulencia észlelhető, amely a falfelületek igen heterogén felmelegedését eredményezi. A 4. ábrán látható az áramlási viselkedés változása egy fűtőtest felett, üzembe helyezés előtt és után (légsebesség 0,1 m/s, ill. 0,3–0,5 m/s). A termográfiás felvétel szerint a meleg levegő felfelé áramlása az ablak előtt figyelhető meg, és a felette levő mennyezetet is felmelegíti. Ezzel szemben a fal és födém közötti sarokrész egyáltalán nem melegedett fel. A felszálló levegő egy része körülvette a függönykarnis tartóját és fokozta a turbulenciát. Éppen ezen a területen – valamint a fal/mennyezet találkozásánál – léptek fel leginkább a lerakódások.
légáramlási sebesség (m/s)
0,5
mérőhelyek a falfűtésnél
V1 – 60 cm V2 – 120 cm V3 – 180 cm V4 – 230 cm fűtés kezdete
0,6
0,4 0,3
0,2
0,1
0,0 11:30
12:00
12:30
12:00 12:30 13:00
13:30
14:00
14:30
napszak (2000. 10. 26.)
4. ábra Áramlási profil fűtőtest felett (A-lakás) használatbavétel előtt és után A feketedések másik típusa a mennyezeten, kb. 0,5 m-re a halogénlámpa felett fordult elő. A lámpa bekapcsolása után készült felvételeken – a fénynek a falon való visszaverődése mellett – látható a lámpa, a transzformátor és a kábel hőtermelése is.
Értékelés Valamennyi beltéri klimatikus paraméter a mérések időpontjában a szokásos tartományon belül volt. A szobalevegő hőmérsékletének alakulása 14 nap folyamán azt mutatta, hogy három lakásban igen keveset szellőztettek,
mivel a rögzített adatok szerint nem fordultak elő hirtelen – a hatékony szellőztetésre utaló – hőmérsékleti változások. A fénymikroszkópos és REM-vizsgálatokkal kimutatták, hogy a lerakódások főleg szerves jellegű, lebegő porszemcsékből állnak, azonban nem sikerült differenciálni, hogy szerves részecskékről vagy más, szemcsékre tapadó szerves vegyületekről van-e szó. A szerves alkotórészeken kívül a lerakódásokban számos elemet találtak. Öt lakásban a belső levegőben jóval nagyobb PM10-koncentrációt mértek, mint a külső levegőben. A porszemcsék nagyság szerinti frakcionálása azt mutatta, hogy néhány esetben a lakásban égési folyamatok mentek végbe. Emellett két lakásban világosan felismerhető volt a dohányfüst hatása. Az egyik lakásban mért, jóval magasabb PAK-értékek valószínűleg olajmécses használatára vezethetők vissza. Egyik lakásban a fal mellett elhelyezett gyertya által okozott fekete foltot vizsgálva megállapították, hogy ennek a PAKtartalma 5,9 mg/m2 míg a többi lerakódás esetében csak 0,5 mg/m2-nek bizonyult. A páraképződési vizsgálattal különböző mennyiségű SVOC-t találtak a levegőben, amelyek néha az ablaktáblákon és függönyön is lerakódást képeztek. A fekete lerakódások minden lakásban tartalmaztak SVOC-ot. A vizsgált nyolc közül hét lakásban a nem fekete felületek gyakorlatilag ugyanannyi SVOC-ot tartalmaztak, amit valószínűleg a SVOC-alapréteg más tényezőkkel együtt (hőmérséklet-különbség a levegő és a falfelület között, különböző légáramlások) idéztek elő. Jó példa erre a PVC-tapéta, amelynek DEHP-tartalma feltehetően a felületre vándorol és egy igen hatékony ragasztófilmet képez. Ezen a területen intenzív porlerakódások alakultak ki. A belső levegő VOC-tartalma – a lerakódásmentes lakásokhoz viszonyítva – nem mutatott feltűnő különbséget a minőségi összetétel és az egyes vegyületek koncentrációja tekintetében. A korábbi mérések tekintetbevételével is valószínűtlennek látszik a jelenség és a VOC-emissziók összefüggése. A külső levegő és az esetleges belső, mikrobás terhelés hatása sem játszott szerepet. Bár a legtöbb lakásban már a mérést megelőzően kialakultak a lerakódások, egyik lakásban olyan „aktív” jelenségről volt szó, amelyet jóval magasabb páraképződési érték is alátámasztott. Egy másik lakásban azonban az adottságok és mérési eredmények egy „inaktív” jelenségre utaltak, amely csak röviddel a renoválás után kezdődött. A többi lakásban a lerakódások néhány héttől pár hónapig terjedő idővel korábban keletkeztek. A mérésekkel nem lehetett tisztázni, hogy a jelenség a mérések idején még „aktív” volt-e. Egyetlen lakásban sem fordult elő különösen feltűnő hőhidak kialakulása. Azonban hőmérséklet-különbségeket észleltek a falfelületeken, amelyek valószínűleg elegendőek a jelenség kiváltásához. Fizikai szempontból döntő hatásuk van a turbulens légáramoknak, különösen hideg felületek mentén. Ezzel magyarázható az, hogy miért lépnek fel a feketedések halmozottan a külső
falak belső felületén a fűtőtestek felett és a fal-mennyezet találkozásánál, míg a belső válaszfalakon csak ritkán figyelhetők meg. A „hideg” falak és a termikus áramlási viszonyok hatását fokozhatja az egyéni lakáshasználat (pl. egész napi távollét esetében fékezett fűtés).
Összefoglalás A „fekete lakás” jelenség tisztázásához – bonyolultsága miatt – rendszeres és interdiszciplináris vizsgálati programra van szükség. Az ennek során készült diagram segítségével a lehetséges befolyásoló tényezők jól leírhatók. A legújabb eredmények alapján még részletesebben megérhetők a következő összefüggések: − A falakon jól látható feketedéseket lényegében porrészecskék okozzák. − A falfelületeken jelenlevő SVOC elősegíti a részecskék adszorpcióját. Ezzel kapcsolatban meg kell különböztetni a „ragasztófilmhatást” és a „páraképződési hatást”. Nem lehetett véglegesen tisztázni, hogy szükséges-e a SVOC mint „első lépés” a jelenség kiváltásához. − Hideg falterületek, hőhidak és a légáramlás típusa döntően befolyásolják a jelenség kialakulását. − A jelenség keletkezése és intenzitása néha függ az egyéni lakáshasználattól. − A külső levegő és a VOC-emissziók hatása nem játszik szerepet a jelenség kialakulásában. − A jelenség általában rövid időn belül (napok, hetek) létrejön, de néha tovább (hónapok) is tarthat. A mérés időpontjában meg kell különböztetni az „aktív” és az „inaktív” jelenséget. Jelenleg még nincs minden esetre, általánosan érvényes magyarázat, ezért folytatni kell az érintett lakások célzott vizsgálatát. Modellkísérletek segítségével az egyes paraméterek rendszeresen változtathatók és hatásuk megfigyelhető. Ugyancsak célzott vizsgálatot igényel a különböző építő- és segédanyagok SVOC-tartalma és ezek hatása páraképző aktív anyagok felszabadulására. Megfelelő információkkal elősegíthető az alkalmas termékek kiválasztása. Ehhez mindenképpen definiálni kell a „páraképző” anyagokat. Az érintett lakások száma valószínűleg növekedni fog a következő fűtési periódusban mindaddig, amíg a jelenség keletkezését elősegítő feltételek jelen vannak. A különböző építési anyagokban tovább kell folytatni a VOC helyettesítését SVOC-cal. Fontos szempont az épületek külső szigetelése energiatakarékosság céljából és a lakás állapota javítható következetes szellőztetéssel és szakszerű fűtéssel. (Dr. Pálfi Ágnes)
Moriske, H.-J.; Salthammer, T. stb.: Neue Untersuchungsergebnisse zum Phänomen „Schwarze Wohnungen”. = Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft, 61. k. 9. sz. 2010. p. 387– 394. Wensing, M.; Moriske, H.-J.; Salthammer, T.: Das Phänomen der „Schwarzen Wohnungen”. = Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft, 58. k. 11/12. sz. 1998. p. 463–468. Moriske, H.-J.: Zum „Phänomen Schwarze Wohnungen”. Umweltmedizinischer Informationsdienst. = Umweltbundesamt, 2000. 1. sz. p. 24–30.
