De luchtverversing op de arbeidsplaatsen

De luchtverversing op de arbeidsplaatsen CO2 als indicator voor een goede verluchting dr. ir. Tom Geens en dr. Roland Temmerman Studienamiddag PCBA Oost-Vlaanderen & Prebes Omgevingsfactoren op de arbeidsplaatsen 28 november 2014 PAC Zuid Gent http://goo.gl/73A8pj

Over Provikmo vzw Externe Dienst voor Preventie en Bescherming op het Werk

www.provikmo.be

– Afdeling medisch toezicht (+110 bedrijfsartsen voor +35000 bedrijven) – Afdeling risicobeheersing (vele PA veiligheid niv 1 & 2 of andere specialisten: +50 ings, irs, psychologen/sociologen, ergonomen, arbeidshygiënisten, veiligheidsdeskundigen,…) • Team ergonomie, psychosociaal, veiligheid • Team bedrijfshygiëne • Team metingen

– Studie- en documentatiedienst (stafdienst) • Team documentatiedienst • Team wetenschappelijk onderzoek 2

Over BSOH vzw Belgian Society for Occupational Hygiene

www.bsoh.be – gewijd aan de discipline en de toepassing van de arbeidshygiëne – bestuurd door twaalfkoppige raad (ervaren arbeidshygiënisten werkzaam bij de universiteiten, overheid, externe diensten en bedrijven) – met een honderdtachtig leden actief in arbeidshygiëne (arbeidshygiënisten, artsen, fysici, chemici, ingenieurs, consultants, andere professionals…) – lidmaatschap €50 per jaar, drie studiedagen met lunch en maandelijkse nieuwsbrief inbegrepen 3

Inhoud Overzicht

Inleiding – – – – –

Binnenluchtkwaliteit CO2 als tracer Toetsingkader CO2 / debiet Meetapparatuur CO2 / debiet Rekenmodellen

Probleemstelling Materiaal en methoden Resultaten Conclusies

4

Inleiding Binnenluchtkwaliteit

Indoor Air Quality / IAQ: • in en rond gebouwen en structuren • gerelateerd met gezondheid en comfort van mensen • te objectiveren via samenspel van factoren – chemische (CO, CO2, Radon, Ozon, VOCs,…) – biologische (bacteriën, schimmels,…) – fysische (Temp, RV, luchtsnelheid,…)

• … en het subjectieve oordeel van de groep mensen? • eerder comfortbenadering dan toxicologische

5


Indoor Air Quality / IAQ:

• Neemt af naarmate emissies toenemen (VOCs uit vaste stoffen of vloeistoffen, CO2 uit verbranding, ademhaling mensen/dieren) … • Neemt toe naarmate – emissies afnemen – vervuilde lucht wordt verdund met niet-vervuilde lucht

• Hoe? – – – –

uitschakelen aan de bron passende werkprocessen, maatregelen, uitrusting,… collectieve beschermingsmaatregelen (ventilatie) (individuele beschermingsmaatregelen) 6


download link: http://goo.gl/vwFxLX

7



• Bronaanpak: elimineren

– bouw/afwerking/inrichting… – allergenen via planten, bloemen, tapijten, dieren… – schimmel en bacteriegroei tgv vochtplekken, slecht onderhouden HVAC systemen,…

• Collectieve aanpak: ventileren

– CO2, zweet, geuren van de mensen,… afvoeren – Actief via HVAC en/of Passief ventileren via

» roosters (inefficient), kipramen (efficient) (continu: ventilatie) » kieren en spleten (onbeheersbaar, continu: infiltratie) » open ramen en deuren bij ontoereikende ventilatie (beheersbaar, discontinu: spuien of luchten) 8



• Ventilatie: vervuilde lucht verdunnen met verse lucht • Ventilatievoud/graad/… om de verversing/reiniging/ dilutie van vervuilde lucht te kwantificeren – debiet hoeveelheid verse lucht per tijdseenheid (Q) – moet ter toetsing betrokken worden op de werkelijke bezettingsgraad (Q/p) – kan ook per lokaal, verdieping,… (Q/m²,KVH/ACH/AER/nL,…)

• Soorten ventilatie

– Natuurlijk (zonder enig mechanisch systeem, passief) » ramen, deuren, kieren, spleten,… » T, P en RV verschillen (stack effect) – Geforceerd of mechanisch (met HVAC, actief) 9


Indoor Air Quality / IAQ: • Doel = maat voor binnenluchtkwaliteit/luchtverversing • Het verseluchtdebiet Q levert ons deze info • Q is een begrip uit de meet- en regeltechniek – preventieadviseurs hier niet altijd mee vertrouwd – volgende slides: » hoe Q meten of afleiden? » hoe toetsen ten opzichte van comfortrichtwaarden?

10


Q meten… • Doel = maat voor binnenluchtkwaliteit/luchtverversing • eenvoudig voor een buis via luchtsnelheid – debiet = snelheid * oppervlak of Q = v * a – bv. luchtsnelheid v = 1 m/s of 100 cm/s en a = 100 cm² – Q = v * a = 10000 cm³/s of 10 l/s


Q meten… • Doel = maat voor binnenluchtkwaliteit/luchtverversing • complex voor (deel van) gebouw met/zonder HVAC – Locatie stad/platteland; volume (l*b*h) gebouw; windrichting – windsnelheid; mogelijke ventilatieroutes (oppervlakken)… – Q = ?? Luchtsnelheidsmetingen in venster- en deuropeningen onbruikbaar! Hoe Q afleiden?? 12


CO2 als tracer

• Mensen ademen lucht in met 400 ppm CO2 • Mensen ademen lucht uit met 40000 ppm CO2 • Ze zijn een sterke bron van binnenluchtverontreiniging! Gassen

Concentratie in lucht voor inademen (%)

Concentratie in lucht bij uitademen (%)

O2

20,95

17,05

CO2

0,03

3,93

N2

78,09

78,09

edelgassen

0,93

0,93

13


CO2 als tracer

• Doel = maat voor binnenluchtkwaliteit/luchtverversing • Oplossing: massabalans voor goeie tracer zoals CO2 • Toename, steady state en afname van CO2 ~ Q • dM/dt=Merin– Meruit + Pin – – – – – – –

in steady state is dM/dt = 0 Massaflow (mg/s) erin = Q (m³/s) * CCO2, erin (mg/m³) Massaflow (mg/s) eruit = Q (m³/s) * CCO2, eruit (mg/m³) Massaflow geproduceerd in het systeem = PCO2, in (mg/s) Q*(CCO2, erin – CCO2, eruit) + Pin = 0 Q= Pin / (CCO2, eruit – CCO2, erin) mg/m³ vervangen ppm als P & T gekend & cte 14


CO2 als tracer

• Q= PCO2, in / (CCO2, eruit – CCO2, erin) • Goede tracer: CO2 is verontreinigende component van binnenlucht met de hoogste productiesnelheid • Deze productiesnelheid correleert positief met de humane metabole activiteit én de bezettingsgraad • Toename, steady state en afname van concentratie leren ons iets over de kwaliteit van de binnenlucht • Productie per persoon gemiddeld 0.005 l/s (0.3 l/min of 18 l/h) of in ppm (l/s / l/s): 5000/1000000 = 5000 ppm*l/s 15


CO2 als tracer

• Q= PCO2, in / (CCO2, eruit – CCO2, erin) • CO2 die in ons systeem komt, komt met de verse lucht van buitenaf mee naar binnen • ~ 400 ppm of 0,04% buitenlucht (21% O2, rest N2)

16


CO2 als tracer

• Q= PCO2, in / (CCO2, eruit – CCO2, erin) • CO2 die uit ons systeem gaat, wordt met de vervuilde lucht naar buiten afgevoerd door ventilatie • Dit is de enige onbekende (X) in de vergelijking! • Q = 5000 ppm*l/s / (X ppm – 400 ppm) • vb. X (steady state concentratie binnen) = 900  Q = 5000 l/s / (900 - 400) = 5000 l/s / 500 = 10 l/s • voorwaarden: steady state & géén CO2 bronnen – ok in ruimte met vaste bezetting/gecontroleerde ventilatie – n ok in ruimtes waar bezetting/ventilatie wisselt… 17


Toetsingskader CO2 • België:

– KB chemische agentia: GW 5000 ppm, KT 30000 ppm (tox) – Vlaams Binnenmilieudecreet 2004: 900 mg/m³? (493 ppm?)(comfort) – Nieuwbouw en Renovatie: Vlaams Decreet over de Energieprestaties en Binnenklimaat (EPB) 2006 (NBN EN 13779) m³/h.pers l/s.pers Kwaliteit (comfort) ppm binnen NL LCM 2006, GGD < 800

> 54

> 15

hoog

800 / 1000

36 - 54

10 - 15

midden

1000 / 1400

22 - 36

6 - 10

aanvaardbaar

> 1400

< 22

<6

laag

tox grenswaarde 5x hoger dan comfortwaarde! 18

<650 streefdoel nieuw <800 streefdoel bestaand acceptabel tijdelijk acceptabel onacceptabel


Toetsingskader CO2 • VS:

– ACGIH: 5000 ppm, STEL 30000 ppm (tox) – OSHA: 5000 ppm, STEL 35000 ppm (tox) – NIOSH: 1000 ppm (comfort) (<600 ppm verschil met buitenlucht) – ASHRAE: 1100 ppm (comfort) (<700 ppm verschil met buitenlucht)

• Canada

– 3500 ppm

• GB:

– 1500 ppm (over schooldag, met pauzes & lunches)

• NL:

– 1200 ppm (De Gids en Scholten, 1995; bouwbesluit) 19


Toetsingskader debiet • België:

ppm binnen

m³/h.pers

l/s.pers

Kwaliteit

< 800

> 54

> 15

hoog

– Nieuwbouw en Renovatie: 800 / 1000 36 - 54 10 - 15 Vlaams Decreet over de 1000 / 1400 22 - 36 6 - 10 Energieprestaties en Binnenklimaat (EPB) > 1400 < 22 <6 2006 (NBN EN 13779) – KB Arbeidsplaatsen art. 36: 30 m³/h/p = 8,3 l/s/p

• NL (klaslokalen):

– 5,5 l/s per leerling en 10 l/s per leerkracht – bijdrage aanwezig/benut ventilatieopp. (ramen, deuren,…) » in tegenovergelegen gevels 1 m³/s per m² » In zelfde gevel 0,2 m³/s per m² » één kipraam kan volstaan voor 30 lln en 1 leerkracht 20

midden aanvaardbaar laag


Meetapparatuur CO2

• Potentiometers (gasdoorlatend membraan & elektrolytoplossing) • Chemisch (laagje polysiloxaan) CO2 absorptie 4,3 µm • NDIR (non dispersive infra-red) – – – –

Vast gemonteerde Modules Draagbare Analysers

• Al dan niet met datalogging • Al dan niet met afleiding debiet

Meetapparatuur debiet

• Luchtsnelheidsmeting zal moeilijk te hanteren zijn om hieruit debieten te berekenen 21


Rekenmodellen • http://phpco2.veetech.org.uk/phpco2.php (ventilatiegraad op basis van CO2 concentratie) • http://phpaida.veetech.org.uk/phpaida.php (ventilatiegraad op basis van paden, infiltratie, HVAC) • https://www.aiha.org/getinvolved/VolunteerGroups/Documents/IHMOD_KoreanAIHA-MathModel209.xls (modellering van gasconcentratieopbouw/afname) • TGD (Roulet C. & Foradini F., 2002, IJOV) (ventilatiegraad op basis van afname CO2) • GGD-richtlijn Ventilatie scholen, bijlage 7 (xls) 22

Probleemstelling Gebouwen met en zonder HVAC?

Systemen met HVAC

– hoe snel te beoordelen adhv delta CO2 binnen/buiten – veel nieuwe bedrijven, kantoren,… scholen?

Systemen zonder HVAC

– oudere kantoren en scholen (lage vs hoge bezetting); niet voldaan aan steady state! – hoe te beoordelen • op basis van gemiddelde CO2 concentratie • op basis van verval in CO2 concentratie • op basis van ventilatieoppervlakken – conflict raamventilatie en energiebeleid!

23

Materiaal en methoden Bioeffluent CO2 als indicator luchtkwaliteit

Ontwerpen en bouwen apparaat – – – –

Selectie NDIR sensor 0 tot 5000 ppm mobiel en low budget (materiaalkost <500 euro) precies en accuraat logging relevante klimaatparameters (T, RV & CO2)

Case-study

– 6e leerjaar in een oud schoolgebouw – beschrijving ventilatiekenmerken en bezettingsgraad

Registratie gedurende één week Berekening ventilatievoud via TGD 24

Resultaten Weekoverzicht

17,6 (11,0-24,4) °C

39,4 (27,7-58,0) % 646 (400-3463) ppm ppm binnen

m³/h.pers

l/s.pers

Kwaliteit

< 800

> 54

> 15

hoog

800 / 1000

36 - 54

10 - 15

midden

1000 / 1400

22 - 36

6 - 10

aanvaardbaar

> 1400

< 22

<6

laag

25

Resultaten Dinsdag Onacceptabel

20,7 (17,9-23,3) °C 44,2 (37,9-52,3) %

Tijdelijk acceptabel Acceptabel Streefdoel bestaand Streefdoel nieuw

1261 (445-3463) ppm

26

1,5 uur niet 15 min raam ventileren en deur open

Resultaten Tracer Gas Decay, 5 nachten

0,292 0,243

Over 5 nachten 0,244 (0,172-0,292) nL 1 kamerverversing / 4 uur ten gevolge van infiltratie dus geen luchtdicht gebouw 0,244/h*190m³ = 46 m³/h 0,246 12,9 l/s niemand aanwezig 0,264 0,172 Geen ventilatie bij 25 aanwezigen 0,52 l/s/p

27

ppm binnen

m³/h.pers

l/s.pers

Kwaliteit

< 800

> 54

> 15

hoog

800 / 1000

36 - 54

10 - 15

midden

1000 / 1400

22 - 36

6 - 10

aanvaardbaar

> 1400

< 22

<6

laag

Resultaten Tracer Gas Decay, dinsdagnamiddag tijdens luchten

Op 15 min van 3400 naar 900 ppm 7,52 nL 7,5 kamerverversingen / 1 uur 7,5/h*10*7,5*2,5 m³ 1406 m³h = 390,5 l/s 15,6 l/s/p 24+1 personen luchten

28

ppm binnen

m³/h.pers

l/s.pers

Kwaliteit

< 800

> 54

> 15

hoog

800 / 1000

36 - 54

10 - 15

midden

1000 / 1400

22 - 36

6 - 10

aanvaard baar

> 1400

< 22

<6

laag

Resultaten 2900

HVAC versus infiltratie Aanzetten ventilatie

2400 Conc opbouw tijdens vergadering

1900

ppm binnen

m³/h.pers

l/s.pers

Kwaliteit

< 800

> 54

> 15

hoog

800 / 1000

36 - 54

10 - 15

midden

1000 / 1400

22 - 36

6 - 10

aanvaardbaar

> 1400

< 22

<6

laag

Einde vergadering en vertrek mensen

CO2

Stijging door diffusie vanuit omgevende ruimten?

1400 Afname overnacht

Afsluiten van de zaal

Openen ramen en deuren door poetsvrouw 900

Plaatsing

400 18:14:24

Mensen arriveren 19:26:24

20:38:24

nL = 2,44 (15 min)

21:50:24

23:02:24

0:14:24

1:26:24 Tijd

Kanomax

10*12*2,5m 300 m³, 30 personen 2,44*300/30 = 732/30 m³/h = 24,4 m³/h/p = 6,8 l/s/p 29

2:38:24

3:50:24

5:02:24

6:14:24

SenseAir 89

nL = 0,16 (9 uren)

300 m³, 0 personen 0,16*300 = 48 m³/h = 13,3 l/s

7:26:24

8:38

Conclusies Steady state of niet?

Systeem in steady state (met HVAC?) – Snel te beoordelen met eenvoudige formule • Q (l/s) = 5000/(CO2 ppm, binnen - CO2 ppm, buiten)

Systeem niet in steady state (zonder HVAC?) – Beoordeel via verval CO2 binnen

• Q (m³/h) = verversingen (/h) * kamervolume (m³) vermenigvuldigen met 1000/3600 levert Q (l/s) • Rekening houden met bezetting (/p)

– Ruw schatten adhv nuttig ventilatie oppervlak • Q = 1000 l/s (dwars) of 200 l/s per m² (langs) (/p)

30

Conclusies Steady state (~HVAC)

Systemen met HVAC of steady state – CO2 sensor als “thermostaat” voor HVAC – Bijkomende CO2 meting ppm binnen m³/h.pers • Onderhoudstechnici (Q) • preventieadviseurs

– Resultaat toetsen

l/s.pers

Kwaliteit

< 800

> 54

> 15

hoog

800 / 1000

36 - 54

10 - 15

midden

1000 / 1400

22 - 36

6 - 10

aanvaardbaar

> 1400

< 22

<6

laag

• Rechtstreeks of via Q en aantal personen (formule)

– Nieuwbouwen (ventilatieroosters verplicht)

• actief ventilatiesysteem (minimum extractie of balans) • roosters presteren dan veel beter tgv extractie (onderdruk) • infiltratie eerder weinig belang

31

Conclusies Geen steady state (~geen HVAC)

Systemen zonder HVAC of steady state – CO2 meting door preventieadviseur • Met datalogging

– Resultaat toetsen

• via gemiddelde CO2 concentraties tijdens bezetting??? • via Q via nL, volume lokaal en aantal personen • via Q via nuttig en gebruikt ventilatieoppervlak

– Oudere gebouwen • • • •

Vaak enkel passief Roosters inefficiënt in afwezigheid extractie, kipramen efficiënt Infiltratie is belangrijk (vaak lek als een zeef) Belang van hoge bezetting: school versus kantoor 32

Conclusies Samenvatting Ventilatie

Passief

Actief

Gebouw

vb. oude school, oud kantoor

vb. nieuwbouw school, kantoor

Meten

gemiddelde CO2 tijdens aanwezigheid???

steady state CO2

verval in CO2 tijdens pauze of overnacht Toetsen

comfort CO2 of Q

comfort CO2 of Q

Tips

steeds kipraam open, zelfs in winter

regelmatige controle en onderhoud HVAC

roosters inefficient

roosters efficient

luchten of spuien (extra raam) in 15-min pauzes

correcte inregeling noodzakelijk

compromis met energieverlies

warmterecuperatie

In alle gevallen bezettingsgraad mee in rekening brengen! 33

Toemaatje Tracer Gas Decay

TGD Software niet gratis verkrijgbaar, full tekst artikel en software aan te vragen bij auteur Maar je kan dit eigenlijk ook zelf doen • Principe ConcentrationDecay • Uitgebreid ASHRAE artikel Evaluating Building IQ and Ventilation with Indoor Carbon Dioxide (Andrew K. Persily) met meer uitleg over Tracer Gas methode

Zie voorbeeldje in Excel

34

Toemaatje Tracer Gas Decay AER berekening. Op basis van maximum 5 vervalreeksen CO2 wanneer niet aan steady state voldaan tijdsbasis (min)

verval 1 vanaf verval 2 vanaf verval 3 vanaf verval 4 vanaf verval 5 vanaf minimum achtergrond (ppm) kamerverversingsrate of AER of nL (/h)

1

774 708 vervalreeks 1 vervalreeks 2 vervalreeks 3 vervalreeks 4 vervalreeks 5 1 766 708 2 774 682 3 759 675 4 768 672 5 752 656 6 744 668 7 737 658 8 744 647 9 740 647 10 738 647 11 712 668 12 723 654 13 714 636 14 713 634 15 726 645 16 707 650 17 717 646 18 718 630 19 701 630 20 698 630 950

399

0,500

tijdstip nummer

gele vakken: INPUT groene vakken: OUTPUT PRINCIPE AER BEREKENING VIA VERVALREEKS Een vervalreeks mag maximum 960 waarden bevatten. Bij logging per minuut loopt de maximale vervalreeks 16h. Dit komt overeen met een vervalcurve van 17h naar 09h. Principe: Genormaliseerde concentratie tx = CNtx Concentratie tx = Ctx Minimum achtergrond = CA Verval vanaf = Ct0 CNtx = (Ctx - CA)/(Ct0 - CA) logaritme van CNtx vervalt lineair in de tijd helling van deze rechte is maat voor luchtverversing rico corrigeren met tijdsbasis levert kamerverversingsrate

35

14:20 17:49 21:18 0:47 4:16 7:45 11:14 14:43 18:12 21:41 1:10 4:39 8:08 11:37 15:06 18:35 22:04 1:33 5:02 8:31 12:00 15:29 18:58 22:27 1:56 5:25 8:54 12:23 15:52 19:21 22:50 2:19 5:48 9:17 12:46 16:15 19:44 23:13 2:42 6:11 9:40 13:09 16:38 20:07 23:36 3:05 6:34 10:03 13:32 17:01 20:30 23:59 3:28 6:57 10:26

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

4/03/2013 5/03/2013 6/03/2013 7/03/2013 8/03/2013

Gemiddelde van CO2 9/03/2013

Gemiddelde van VOC

10/03/2013 11/03/2013 12/03/2013

0:00 0:27 0:54 1:21 1:48 2:15 2:42 3:09 3:36 4:03 4:30 4:57 5:24 5:51 6:18 6:45 7:12 7:39 8:06 8:33 9:00 9:27 9:54 10:21 10:48 11:15 11:42 12:09 12:36 13:03 13:30 13:57 14:24 14:51 15:18 15:45 16:12 16:39 17:06 17:33 18:00 18:27 18:54 19:21 19:48 20:15 20:42 21:09 21:36 22:03 22:30 22:57 23:24 23:51

1400 0,35

1200 0,3

1000 0,25

800 0,2

600 0,15

400 0,1

200 0,05

0 0

7/03/2013

Gemiddelde van CO2 Gemiddelde van VOC

Tot slot www.bsoh.be

40

Tot slot http://www.beswic.be/nl/topics/health/health-risks/

41

Vragen?

42

Tom Geens [email protected] be.linkedin.com/in/tomgeens/ @tgeens

43

44

De luchtverversing op de arbeidsplaatsen

Recommend Documents