Open aardgasverbranding binnenshuis

Open aardgasverbranding binnenshuis Invloed van gebruik van gasopenhaard en gaskooktoestel op de binnenluchtkwaliteit en mogelijke gezondheidseffecten

EINDRAPPORT

T.ING. J. DAMIAENS, ING. M. GEURTSEN, SEIJGER

ING.

P.M.

VAN

KESSEL,

ING.

P.P.T.M.

ONDERZOEK UITGEVOERD IN OPDRACHT VAN DE VLAAMSE INSTELLING VOOR TECHNOLOGISCH ONDERZOEK, MOL, BELGIË, HEERLEN, 26 juni 2006

Colofon Naam document Auteur(s) document Uitgave

Opdrachtgever Projectteam IM Kenmerk Versie nummer Datum eerste versie Laatst bijgewerkt

Historie Status Copyright

Open aardgasverbranding binnenshuis.doc T.ing. J. Damiaens, ing. M. Geurtsen, ing. P.M. van Kessel, ing. P.P.T.M. Seijger InCompany Milieuadvies, faculteit Natuurwetenschappen, Open Universiteit Nederland, Postbus 2960, 6401 DL Heerlen, NL. www.ou.nl/nw VITO M41 Verbranding, IM2006vj Eindversie 1.0 2 juni 2006 26-06-2006 11:38 InCompany Milieuadvies hanteert de APA 5th Style als norm voor haar wetenschappelijke rapportages.

Eindversie © 2006 Open Universiteit Nederland, Heerlen De auteursrechten op dit materiaal berusten bij de Open Universiteit Nederland. Behoudens uitzonderingen door de Wet gesteld mag zonder schriftelijke toestemming van de rechthebbende(n) op het auteursrecht niets uit deze uitgave worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of anderszins, hetgeen ook van toepassing is op de gehele of gedeeltelijke bewerking. Copyright on this material is vested in the Open Universiteit Nederland. Save exceptions stated by the law no part of this publication may be reproduced in any form, by print, photoprint, microfilm or other means, included a complete or partial transcription, without the prior written permission of the publisher.

1

Projectgegevens Titel

Open aardgasverbranding binnenshuis. Invloed van gebruik van gas open haard en gaskooktoestel op de binnenluchtkwaliteit en mogelijke gezondheidseffecten. Title Residential combustion of natural gas. Influence of the use of an open-burning gas fireplace and gas cooking on indoor air quality and potential health impacts. Opdrachtgever ir. Rudi Torfs - projectmanager Tel. : + 32 (0)14/33.58.56 Fax. : + 32 (0)14/32.11.85 E-mail: [email protected] URL: VITO - Integrated Environmental Studies Boeretang 200 B-2400 Mol – Belgium Contactpersoon binnen team M41: Jean Damiaens, per email. Omschrijving opdracht (nl) Blootstelling en impact van verbrandingsemissies binnenshuis. Description of the order (in English) Exposure and impact of combustion emission in residentials. Trefwoorden (nl) voor Binnenluchtkwaliteit, verbranding, emissie, blootstelling, literatuuronderzoek stofeigenschappen, gezondheidsrisico’s, verbrandingsproducten, aardgas, huishoudelijke apparaten, open en gesloten verbrandingssystemen binnenshuis, koken op gas, gas open haard, (on)volledige verbranding, verstikking, fijnstof, PM10, PM2,5 (fijn stof), smog,. Key words (Eng.) for literature search Indoor air quality, combustion, burning, emission, exposure, , health risks combustion products, natural gas, domestic appliances, residential/ domestic open and closed combustion systems, gas cooking , gas fire (place), (in)complete combustion, suffocation, fine dust, PM10, PM2,5 (Particulate Matter), smog, etc. Betrokkenen bij opdrachtgeversZie opdrachtgever. organisatie Projectleider team M41 Marcel Geurtsen, A.T. Jongkeesstraat 15, 1785 BX Den Helder, tel. 0223610419, email: [email protected] cursus Virtueel milieuadviesbureau, N50217, Studentnummer: 837043244, wo-bachelor Milieu-natuurwetenschappen (B.Sc.), major beleid. Projectmedewerker team M41 (1) Jean Damiaens, Waterlozeweg, 48 3680 Neeroeteren (B) tel. 003289866339, [email protected] Cursus Virtueel milieuadviesbureau, N50217, Studentnummer: 838280127, wo-bachelor Milieu-natuurwetenschappen (B.Sc.), major natuurwetenschappen Projectmedewerker team M41 (2) Peter van Kessel, Noorderkroon 77 3902VB Veenendaal, tel. 0318506866, email: [email protected], Cursus Virtueel milieuadviesbureau, N50213, Studentnummer: 839047402 wo-bachelor Milieu-natuurwetenschappen (B.Sc.), major natuurwetenschappen Projectmedewerker team M41 (3) Peter Seijger, Oranjestraat 74, 5682 CD Best, tel. 0499399378. email: [email protected] Cursus Virtueel milieuadviesbureau, N50213, Studentnummer: 838980528, wo-bachelor Milieu-natuurwetenschappen (B.Sc.), major

2

Projectcoach Examinator

Referentie

natuurwetenschappen. Mw. ir. A.L.E. Lansu instelling (faculteit Natuurwetenschappen, Open Universiteit Nederland), contact : [email protected] dr. Wilfried Ivens, faculteit Natuurwetenschappen, Open Universiteit Nederland, Heerlen, NL Damiaens, J., M. Geurtsen, P. van Kessel & P. Seijger (2006). Open aardgasverbranding binnenshuis. Invloed van gebruik van gasopenhaard en gaskooktoestel op de binnenluchtkwaliteit en mogelijke gezondheidseffecten. [Residential combustion of natural gas. Influence of the use of an open-burning gas fireplace and gas cooking on indoor air quality and potential health impacts (in Dutch)]. Onderzoek uitgevoerd in opdracht van VITO, Integrated environmental studies, Mol, België. Unpublished Bachelor's Thesis, Open Universiteit Nederland, Heerlen, NL.

3

Samenvatting Het merendeel van hun tijd verblijven mensen in hun woning. Door energiebesparende maatregelen, vooral isolatievoorzieningen, is de ventilatie van de woning in belangrijke mate veranderd. In deze studie is de invloed van open verbranding van aardgas in de woning op de binnenluchtkwaliteit onderzocht en de effecten hiervan op de gezondheid van de bewoners. Aardgasverbranding (Slochterengas), voor de verwarming in een open haard en voor het koken, is vrij algemeen in Nederland maar neemt ook in Vlaanderen sinds 1990 toe. Genoeg redenen om bezorgd te zijn als we weten dat bij onvolledige verbranding van dit gas - ondanks dat het de zuiverste fossiele brandstof is - er vele polluenten als CO, NO, NO2 (NOx), PM10 (fijn stof) en andere stoffen gevormd worden. Een inventarisatie van de Nederlandse, Vlaamse en Europese Wet- en regelgeving rondom luchtverontreinigingcomponenten is gemaakt. Door blootstelling aan de verbrandingspolluenten zijn de mogelijke effecten op de gezondheid nader onderzocht. Uiteindelijk werden alle mogelijke factoren verzameld die nodig waren voor de modellering van een open verbrandingsproces binnenshuis. Voor de berekening van de polluenten kozen we voor een gemiddeld keuken- en woonkamervolume doch beide van elkaar afgescheiden. De resultaten van deze berekeningen tonen voor de keuken geen overschrijding van de normwaarden voor PM10, CO en NOx maar wel een overschrijding in de woonkamer van de normwaarden voor PM10 (fijn stof) en NOx maar niet van CO. Bij de verandering van verschillende parameters als ventilatievoud, vermogen van de branders, afzuigcapaciteit voor de rookgassen van zowel schoorsteen als dampkap en eveneens variërende extra luchttoevoer van buiten, was er tevens een overschrijding van PM10 en NOx aanwijsbaar voor zowel keuken als woonkamer. Aangezien er geen metingen verricht zijn, moesten wij ons voor het model wenden tot het gebruik van veronderstelde, realistische invoerwaarden. Het resultaat van de berekeningen, vergeleken met de gezondheidskundige advieswaarden (voor blootstelling aan stoffen), laat een duidelijke overschrijding voor PM zien. Verder onderzoek naar de binnenluchtkwaliteit wordt dan ook geadviseerd. Het meten van de actuele emissie van luchtverontreinigingen binnenshuis, over bepaalde periodes is geen opportuniteit maar kan zekerheid geven voor alle polluenten bij gebruik van open gasbranders in onze woningen.

4

Abstract Most of time people stay inside their houses. Through energy-saving measures, especially isolation provision, is the ventilation of the house diminished to a great extend. In this study the influence of open natural gas burning on the indoor air quality is investigated and the effects of this on the health of their habitants. Natural gas combustion (Slochterengas), for heating in an open fireplace and for cooking is fairly common in the Netherlands but increases also in the Flanders (Belgium) since 1990. So enough reasons to be concerned as we know that by incomplete combustion of this gas, in spite of being the purest fossil fuel, many pollutants, like CO, NO, NO2 (NOx), PM10 and others, are formed. An inventory of the Dutch, Flemish and European legislations and regulation around air pollution components was made. By means of exposure to the combustion pollutants an inventory of possible effects on the human health was further investigated. At last, all possible factors were collected, needed for modelling an indoor open combustion process. For calculating the mentioned pollutants we chose an average sized kitchen and living-room, but both separated. The results of these calculations show for the kitchen no exceeding from the norm values of PM10 (fine dust), CO and NOx but there is an exceeding in the living-room from the norm values of PM10 and NOx but not of CO. By changing different parameters like the ventilation rate, power of the gas burners, exhaust capacity for fume gasses by chimney and hood and besides this variable additional air input from outdoors, there was also an exceeding of PM10 and NOx apparent both in kitchen and living-room. Since no measurements were conducted we had to use realistic assumed input values for this model. The results of the calculations, compared with health safe levels (for exposure to substances), show a clear exceeding for PM. Further research to indoor-air quality and open gas combustion is recommended. Measuring the actual emission of indoor air pollutants, over particular periods, is not an opportunity but can give certainty for all pollutants, by using open-air gas burners inside our houses.

5

Inhoudsopgave 1

Inleiding ................................................................................... 8 Achtergrondinformatie .............................................................................................8 Probleem ...............................................................................................................9 Vraagstelling ........................................................................................................ 10 Doelstelling .......................................................................................................... 10 Randvoorwaarden en afbakening ............................................................................. 10 Leeswijzer............................................................................................................ 10 2 Onderzoeksopzet ....................................................................... 11 2.1 Beschrijving werkwijze ........................................................................................... 11 3 Luchtkwaliteit in de woning ........................................................ 12 3.1 Luchtkwaliteitdefinitie ............................................................................................ 12 3.1.1 Luchtverontreiniging binnenshuis ....................................................................... 12 3.2 Wet- en regelgeving .............................................................................................. 12 3.2.1 Buitenlucht wet- en regelgeving ......................................................................... 12 3.2.2 Binnenlucht wet- en regelgeving ........................................................................ 14 3.3 Internationaal onderzoek binnenmilieu ..................................................................... 14 4 Open aardgasverbranding in de woning ........................................ 16 4.1 Aardgasdefinitie .................................................................................................... 16 4.1.1 Eigenschappen en huishoudelijke toepassingen .................................................... 16 4.2 Aardgassamenstelling ............................................................................................ 16 4.2.1 Slochteren-aardgas .......................................................................................... 16 4.2.2 Eigenschappen van Slochteren-aardgas............................................................... 16 4.2.3 Reactievergelijking van de verbranding van aardgas ............................................. 17 4.3 Open aardgasverbranding....................................................................................... 17 4.3.1 Definitie van open aardgasverbranding ............................................................... 17 4.3.2 Verbrandingsefficiëntie en optimale verbranding................................................... 18 4.4 Verbranding en verbrandingssystemen ..................................................................... 18 4.4.1 Gaskookplaat .................................................................................................. 18 4.4.2 Koken en kookduur .......................................................................................... 20 4.4.3 De open haard ................................................................................................ 20 4.4.4 Blokkenvuur, imitatie van het houtblok ............................................................... 20 4.5 Schoorsteentrek.................................................................................................... 21 4.6 Schema: keuken-woonkamersituatie........................................................................ 22 4.7 Emissies bij open aardgasverbranding in de woning.................................................... 23 4.7.1 Algemeen ....................................................................................................... 23 4.7.2 Stikstof (N2) en stikstofoxiden (NOx) .................................................................. 23 4.7.3 Koolmonoxide ................................................................................................. 23 4.7.4 Emissies, gegevens uit de literatuur ................................................................... 24 5 Potentiële risico’s voor de humane gezondheid .............................. 25 5.1 Invloed van verbrandingsemissies op de volksgezondheid ........................................... 25 5.1.1 Fijn stof.......................................................................................................... 25 5.1.2 Stikstofdioxide ................................................................................................ 26 5.1.3 Koolmonoxide ................................................................................................. 26 5.2 Epidemiologische studies ........................................................................................ 26 5.2.1 Werking en effecten na blootstelling op de gezondheid .......................................... 26 6 Modellering voor open aardgasverbranding ................................... 31 6.1 Ten geleide .......................................................................................................... 31 6.2 Situatiebeschrijving ............................................................................................... 31 6.3 Beschrijving van de modellering .............................................................................. 31 6.3.1 Schoorsteentrek versus dampkapafzuiging .......................................................... 31 6.3.2 Concentratieberekening .................................................................................... 32 6.3.3 Qbron-bepaling ............................................................................................... 33 6.4 Concentratieverloop van polluenten ......................................................................... 34 6.4.1 Gasgebruik in de keuken................................................................................... 34 6.4.2 Gasgebruik in de woonkamer............................................................................. 34 6.5 Concentratiebepaling over normperiode.................................................................... 35 6.6 Concentratieberekening met variabelen .................................................................... 35 6.6.1 Variabele ventilatievoud.................................................................................... 35 6.6.2 Variabel gasverbruik ........................................................................................ 36 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

6

Schoorsteenlengte................................................................................................. 36 Simulatieresultaten ................................................................... 37 7.1 Ten geleide .......................................................................................................... 37 7.2 Standaardsituatie .................................................................................................. 37 7.2.1 Keuken .......................................................................................................... 37 7.2.2 Woonkamer .................................................................................................... 37 7.3 Variabelenbeschouwing .......................................................................................... 38 7.3.1 Ventilatievoud ................................................................................................. 39 7.3.2 Bruto vermogen .............................................................................................. 39 7.3.3 Schoorsteenlengte ........................................................................................... 39 8 Discussie, conclusie en aanbevelingen .......................................... 40 8.1 Discussie ............................................................................................................. 40 8.2 Specificatie van de worst-case situatie ..................................................................... 41 8.2.1 Blootstelling .................................................................................................... 42 8.3 Conclusie ............................................................................................................. 43 8.3.1 Gezondheidsrisico’s door blootstelling ................................................................. 43 8.4 Aanbevelingen ...................................................................................................... 44 Literatuurlijst .................................................................................... 45 Bijlagen rekenresultaten ...................................................................... 48 1. Keuken (standaardsituatie) ............................................................ 48 2. Gasblokkenvuur (standaardsituatie) ................................................. 49 3. Keuken (aangepaste ventilatievoud) ................................................. 50 4. Gasblokkenvuur (aangepaste ventilatievoud) ...................................... 52 5. Keuken (aangepast gasverbruik) ...................................................... 54 6. Gasblokkenvuur (aangepast gasverbruik) ........................................... 56 7

6.7

7

1 Inleiding In opdracht van de Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (VITO, Mol (B)), is onderzocht wat de humane blootstelling en impact op de volksgezondheid van verbrandingsemissies is bij open verbranding van aardgas binnenshuis. Dit rapport vormt een weerslag van de gevonden resultaten. In ons onderzoek hebben wij een aantal zaken onderzocht welke factoren mede bepalend zijn voor de humane blootstelling en impact op de volksgezondheid. Hierbij is er gekeken naar de luchtkwaliteit van zowel het binnen- als het buitenmilieu. De kwaliteit van de binnenlucht wordt bepaald door de kwaliteit van de buitenlucht en door factoren binnenshuis. Het feit dat mensen het grootste gedeelte van hun tijd binnenshuis doorbrengen doet vermoeden dat de blootstelling binnen mogelijk groter is dan buiten (National Institute of Health, 2002). Er wordt alleen onderzoek gedaan naar de emissies bij open verbranding van aardgas.

1.1 Achtergrondinformatie Het belang van een goede kwaliteit van het binnenmilieu werd in het jaar 2000 bevestigd door de wereldgezondheidsorganisatie (WGO) “The control of indoor air quality is often inadequate, one reason being the poor articulation, appreciation and understanding of basic principles underlying policies and actions related to indoor quality.” (WGO, 2000). De doelstelling van het Europese en nationale luchtbeleid is het voorkomen of verminderen van schadelijke effecten van luchtverontreiniging op de volksgezondheid en natuur. Daarvoor werd op 27 september 1996 de Kaderrichtlijn Luchtkwaliteit (EU, 1996) met betrekking tot de luchtkwaliteit vastgelegd. Deze Kaderrichtlijn is samen met een aantal dochterrichtlijnen de basis voor het kwaliteitsbeleid Lucht binnen de Europese Unie. Dit beleid is echter alleen gericht op de buitenluchtkwaliteit en zegt niets over de binnenluchtkwaliteit. In Nederland en België hanteert men voor de binnenluchtkwaliteit de advieswaarden verbrandingsgassen en luchtverontreinigingscomponenten van de World Health Organisation (WHO, 2000). Mensen brengen gemiddeld 85% van hun tijd in gebouwen door, waarvan 70% in de eigen woning (RIVM, 2005). Buitenlands onderzoek toont aan dat de luchtkwaliteit in de woning mede afhankelijk is van de luchtkwaliteit buiten (Lee et al., 2002). In woningen kunnen een groot aantal chemische agentia, biologische agentia alsmede een aantal fysische factoren voorkomen welke schadelijk kunnen zijn voor de volksgezondheid (Dusseldorp et al., 2004). Onder • • • • •

chemische agentia wordt verstaan: verbrandingsgassen en ‘klassieke luchtverontreinigingcomponenten’; vluchtige organische verbindingen; bestrijdingsmiddelen; zware metalen; asbest en minerale vezels.

Onder • • • • • •

biologische agentia wordt verstaan: schimmels; schimmelcomponenten; bacteriën; bacteriecomponenten; huisstofmijtallergenen; huisdier- en kakkerlakallergenen.

Fysische factoren zijn: • temperatuur; • vocht; • geluid; • straling. Veel van deze agentia en factoren komen voor of ontstaan in de buitenlucht en beïnvloeden de luchtkwaliteit en gezondheid binnenshuis. Als er dan ook nog bronnen binnenshuis aanwezig zijn van chemische en/of biologische agentia welke een negatieve invloed hebben op de

8

binnenluchtkwaliteit zal de concentratie hiervan binnenshuis hoger kunnen zijn dan buiten (Volkmer et al., 1995). De toepassing van aardgas voor woningverwarming in Vlaanderen neemt een steeds belangrijkere plaats in zoals tabel 1.1 aangeeft. Het gebruik van aardgas is vanaf 1990 met 67% gestegen in vergelijking met slechts 10% voor het gebruik van stookolie (VMM, 2005). In Nederland is gebruik van aardgas sinds de vondst van de aardgasbel in Slochteren (1959) al gemeengoed. Tabel 1.1 Energiegebruik in de woningen volgens brandstoftype in Vlaanderen

Bron: Vlaamse Milieu Maatschappij (2005)

1.2 Probleem Veranderingen in de constructie en het gebruik van woningen heeft bijgedragen aan een verbetering van het comfort. Dit heeft echter ook geleidt tot een vermindering van de ventilatie in de woningen waardoor voorzien wordt in een milieu waar zwevende verontreinigingen gemakkelijk worden gevormd en kunnen opbouwen tot aanzienlijk hogere concentraties dan typisch aangetroffen in de buitenlucht. Verontreinigde stoffen zoals CO, NO, NO2 en fijn stof (PM10, PM2,5) welke kunnen ontstaan bij het gebruik van aardgas als brandstof in open verbrandingssystemen hebben een mogelijk schadelijk effect op de humane gezondheid (Volkmer et al., 1995). Van belang hierbij is hoe de blootstellingroutes (zie onderstaand schema) en relaties zijn van deze verontreinigde stoffen waaraan de mens binnenshuis wordt blootgesteld. Schema 1.1: Blootstellingsroute

Dampkap Schoorsteen

Factoren

Response

Proces

Verbrandingsgassen Warmte

Buitenlucht Binnenlucht Aardgas

9

1.3 Vraagstelling Door het toenemende gebruik van aardgas in Vlaanderen en de gegevens welke uit buitenlands onderzoek naar voren zijn gekomen is bij VITO de vraag ontstaan wat nu de concentraties van verbrandingsemissies binnenshuis zijn en hun mogelijke schadelijke effecten voor de volksgezondheid in Europa en dan met name Vlaanderen en Nederland. Zij willen weten in hoeverre het gebruik van aardgas als brandstof in een open verbrandingssysteem de lucht in de woonkamer of keuken verontreinigt. Het onderzoek bestaat in eerste instantie uit een literatuurstudie en vervolgens een modellering van de gevonden gegevens uit deze literatuurstudie. De vragen welke wij met dit onderzoek willen beantwoorden zijn tweeledig, namelijk: • •

Hoe zijn de blootstellingroutes en relaties en zijn deze inpasbaar in bestaande blootstellingmodellen voor binnenlucht, in het bijzonder voor de humane blootstelling aan fijn stof (PM10 of fijner), NO, NOx en CO? Wat zijn de gezondheidsrisico’s bij het gebruik van aardgas in open verbrandingssystemen binnenshuis in Vlaanderen en Nederland: bij koken op aardgas in de keuken en bij verwarmen met een open gashaard in de woonkamer?

1.4 Doelstelling Doel van dit onderzoek is te achterhalen in hoeverre er gezondheidsrisico’s kunnen optreden bij het gebruik van aardgas in open verbrandingssystemen in de leefruimte. Met leefruimte wordt in dit onderzoek de woonkamer en de keuken bedoeld.

1.5 Randvoorwaarden en afbakening Dit onderzoek richt zich uitsluitend op de uitstoot van CO, NO, NO2 en fijn stof (PM10, PM2,5) door koken op aardgas en het stoken van aardgas in de open haard. Er wordt nadrukkelijk geen rekening gehouden met andere factoren welke confounding (verstoring) kunnen veroorzaken in de verontreiniging van het binnenmilieu van woningen. Er wordt geen rekening gehouden met verontreinigende externe factoren (behoudens buitenlucht) op het binnenmilieu.

1.6 Leeswijzer Dit rapport volgt de klassieke indeling van een onderzoeksrapport: • inleiding (hoofdstuk 1); • onderzoeksopzet (hoofdstuk 2); • luchtkwaliteit in de woning (hoofdstuk 3); • open aardgasverbranding in de woning (hoofdstuk 4); • potentiële risico’s voor de humane gezondheid (hoofdstuk 5); • modellering voor open aardgasverbranding (hoofdstuk 6); • simulatieresultaten (hoofdstuk 7); • discussie, conclusies en aanbevelingen (hoofdstuk 8). In hoofdstuk 2 wordt beschreven hoe het onderzoek is aangepakt: de werkwijze en het stappenplan. Hoofdstuk 3 gaat in op de luchtkwaliteit, de luchtverontreiniging binnenshuis en waaruit deze bestaat. Tevens wordt hierin uiteen gezet wat de huidige wet- en regelgeving is en welk internationaal onderzoek er de afgelopen jaren heeft plaatsgevonden. In hoofdstuk 4 wordt duidelijk wat aardgas precies is en wat de eigenschappen en toepassingen zijn. In hoofdstuk 5 kunt u lezen wie er tot de zogenoemde risicogroepen behoren als het gaat om effecten van de luchtkwaliteit op de gezondheid. Hoofdstuk 6 wordt door middel van modellering inzichtelijk hoe de concentratie van verbrandingsgassen wordt berekend. In hoofdstuk 7 worden vervolgens de uitkomsten van de uitgevoerde berekeningen gepresenteerd. In de hoofdstukken discussie, conclusies en aanbevelingen wordt de aanpak van het onderzoek nader bekeken. Zijn de onderzoeksvragen beantwoord? Is verder onderzoek noodzakelijk?

10

2 Onderzoeksopzet 2.1 Beschrijving werkwijze De uitstoot van de verbrandingsproducten van aardgas worden gemodelleerd om zo de concentraties van verontreinigende stoffen binnenshuis te berekenen. Op deze wijze wordt dan duidelijk of de vigerende norm wordt overschreden. Het is dan ook mogelijk om het effect van ventilatie te berekenen. De modellering dient hierbij dus als hulpmiddel en is geen doel op zich. De onderzoeksopzet bestaat uit het uitvoeren van verschillende taken door de projectleden. De verschillende taken lopen soms door elkaar heen, maar zijn globaal in chronologische volgorde hieronder verenigd: • • • • • • •

•

Literatuurstudie naar kookgastoestellen en gasblok openhaarden (sfeerhaarden) die binnenshuis een bron kunnen zijn van aan verbranding van aardgasgerelateerde emissies; Literatuurstudie naar welke van bovengenoemde emissies een potentieel risico voor de humane gezondheid met zich meebrengt; Het onderzoek wordt beperkt voor de vigerende normen binnenluchtkwaliteit van de stoffen CO, NO2, NO en PM (fijn stof); De modellering vindt plaats in MS Excel, waarbij er uitgegaan wordt van een stationaire situatie tijdens het gebruik van aardgas. De open bronnen van aardgas verbranding zijn gasfornuizen en openhaarden. De chemische en fysische reacties worden alleen meegenomen bij de directe verbranding van aardgas. Secundaire verbranding - waarbij de reactanten van de eerste, primaire verbranding met elkaar reageren - wordt niet meegenomen in de modellering. Op basis van de uitgestoten volledige en onvolledige verbrandingsgassen wordt een binnenhuisconcentratie van polluenten berekend. Hierbij wordt rekening gehouden met de achtergrondconcentratie, zijnde de buitenhuisconcentratie. Aan de hand van de vigerende normen wordt nagegaan of deze te hoog zijn. Daarnaast is duidelijk of er gezondheidsschade optreedt, door de gevonden concentratie te toetsen aan de toxicologische waarden; Vergelijken van de humane blootstelling aan de beschouwde polluenten. Hiertoe worden de mogelijke concentratieniveaus binnenshuis bepaald op basis van: o literatuuronderzoek; o eenvoudige stationaire modellering van de evenwichtsconcentratie bij realistische emissies en ventilatiedebieten; o daarnaast vindt bepaling van de blootstelling via koppeling van de concentratieniveaus met tijdsbesteding van inwoners plaats.

Dit onderzoek wordt afgesloten met aanbevelingen voor verder onderzoek. In de brandstofkarakteristieken is de unieke samenstelling en energie-inhoud van de brandstof (aardgas) beschreven. De kennis van deze karakteristieken is nodig om de verbrandingsparameters te bepalen. Deze zijn o.a. de verbrandingsefficiëntie, minimale luchttoevoervereisten, CO2-concentratie en emissiefactoren.

11

3 Luchtkwaliteit in de woning Aangezien mensen in onze maatschappij gemiddeld 85% van hun tijd “binnenshuis” doorbrengen (National Institute of Health, 2002), zijn binnenhuis verontreinigende stoffen belangrijk om in beschouwing te nemen. Bovendien geldt het feit dat onze huizen steeds beter worden geïsoleerd en minder goed geventileerd maakt dat binnenhuisvervuiling een maatschappelijk karakter krijgt.

3.1 Luchtkwaliteitdefinitie De belangrijkste elementen die de binnenluchtkwaliteit in de woningen bepalen zijn de emissies uit bouwmaterialen, tabaksrook, voedselbereiding, bewoners, ventilatie met de buitenlucht maar ook verbrandingsproducten welke ontstaan bij koken en gebruik van open gastoestellen t.b.v. de verwarming. Meteorologische omstandigheden samen met de doorlaatbaarheid van de materialen en ventilatie hebben eveneens een effect op het binnenklimaat. De macrosamenstelling van de lucht binnens- of buitenshuis is in essentie identiek wat de aanwezigheid betreft van zuurstof, stikstof, enz., doch kwantiteiten op microvlak en contaminaties verschillen binnenshuis soms opvallend tot deze van buiten. Door binnenhuisactiviteiten en gebruikte materialen kunnen in de woning concentraties optreden die normaal buitenshuis niet voorkomen (o.a. radon, tabaksrook). Bovendien heeft de toename van isolatie en een gebrekkige ventilatie de verschillen tussen de lucht in en buiten de woning nog verscherpt.

3.1.1 Luchtverontreiniging binnenshuis Niet iedereen heeft evenveel last van luchtverontreiniging. Dit heeft zijn oorzaak in het feit dat elk mens er verschillend op reageert. Bepaalde groepen mensen, zoals kinderen, ouderen en mensen met een hartziekte of een longziekte zijn meer gevoelig voor luchtverontreiniging en krijgen daardoor sneller gezondheidsklachten (Ministerie van VROM., 2001). De belangrijkste binnenhuis verontreinigende stoffen zijn NOx, CO, SO2, HCHO (formaldehyde), vluchtige organische stoffen (VOS) en kleine partikels (Health, 2002). In dit onderzoek beschouwen we van deze stoffen: NOx, CO en fijn stof. In hoofdstuk 5 wordt nader ingegaan op de gezondheidsrisico’s t.g.v. luchtverontreiniging binnenshuis.

3.2 Wet- en regelgeving 3.2.1 Buitenlucht wet- en regelgeving Op 21 november 1996 is op Europees niveau een wetgeving aangenomen voor de beoordeling en het beheer van de luchtkwaliteit. Deze is beschreven in de EU-kaderrichtlijn Luchtkwaliteit. Voor dertien verschillende stoffen is de normstelling nader uitgewerkt in vier zogenaamde dochterrichtlijnen. In deze dochterrichtlijnen staat per stof het tijdstip waarop nieuwe normen van kracht zijn. • • • •

De eerste dochterrichtlijn (EU, 1999) gaat over zwaveldioxide (SO2), stikstofdioxide (NO2), stikstofoxiden (NOx), zwevende deeltjes (PM10) en lood (Pb). Deze richtlijn is sinds 19 juli 2001 van kracht in Nederland en sinds 18 januari 2002 in Vlaanderen. De tweede dochterrichtlijn (EU, 2000) gaat over koolmonoxide (CO) en benzeen (C6H6) en is sinds 13 december 2002 van kracht in Nederland en sinds 14 maart 2003 van kracht in Vlaanderen. De derde dochterrichtlijn (EU, 2002) gaat over ozon (O3) en is met ingang van 9 september 2003 van kracht in Nederland en sinds 14 maart 2003 van kracht in Vlaanderen. De vierde dochterrichtlijn (EU, 2005) gaat over arseen (As), cadmium (Cd), kwik (Hg), nikkel (Ni) en polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK). Deze richtlijn is op 26 januari 2005 gepubliceerd en moet uiterlijk op 17 februari 2007 in de nationale wetgeving zijn geïmplementeerd.

In Nederland is op 19 juli 2001 het Besluit luchtkwaliteit (Stb. 2001, 269) in werking getreden. Op 23 juni 2005 is het Besluit luchtkwaliteit 2005 (Stb.2005, 316) gepubliceerd. Het nieuwe Besluit is op 5 augustus 2005 samen met de Meetregeling luchtkwaliteit 2005 in werking getreden (Stb. 2005, 398). Dit Besluit implementeert de EU-kaderrichtlijn luchtkwaliteit en daarbij horende EUdochterrichtlijnen in de Nederlandse wetgeving. In het Vlaamse gewest zijn de EU-kaderrichtlijn luchtkwaliteit en daarbij horende EU-dochterrichtlijnen opgenomen in de VlaremII. In het Besluit

12

luchtkwaliteit staan nieuwe grenswaarden, plan- en alarmdrempels en de tijdstippen waarop hieraan moet worden voldaan (zie tabel 3.1). Tabel 3.1: Grenswaarden, plandrempels en alarmdrempels zoals deze zijn opgenomen in het nieuwe Besluit Luchtkwaliteit en het VlaremII.

Stof

Type norm

NO2

Grenswaarde (humaan, uurgem. dat 18 keer per jaar mag worden overschreden in μg/m3) Grenswaarde voor zeer drukke verkeerssituaties (uurgem. dat 18 keer per jaar mag worden overschreden in μg/m3) Plandrempel voor zeer drukke verkeerssituaties (uurgem. dat 18 keer per jaar mag worden overschreden) Grenswaarde (humaan, jaargem. in μg/m3) Plandrempel (jaargem. in μg/m3) Alarmdrempel (uurgem. in μg/m3 gedurende 3 achtereenvolgende uren in gebied >100 km2)

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

200

290

290

58

270

260

250

240

230

220

210

200

56

54

52

50

48

46

44

42

40

45

43

42

65

60

55

400

Grenswaarde (ecosysteem; jaargem. in 30 μg/m3)

PM10

Grenswaarde (humaan, jaargem. in μg/m3) Grenswaarde (humaan, jaargem. in μg/m3) Plandrempel (jaargem. in μg/m3) Grenswaarde (humaan, 24 uursgem. dat 18 keer per jaar mag worden overschreden in μg/m3) Grenswaarde (humaan, 24 uursgem. dat 35 keer per jaar mag worden overschreden in μg/m3) Plandrempel (24 uursgem. dat 35 keer per jaar mag worden overschreden in μg/m3) Grenswaarde (humaan, 98 percentiel van uurgem. in mg/m3) Grenswaarde (humaan, 99,9 percentiel van uurgem. in mg/m3)

280

40

NOx

CO

200

125 40 46

40

250

50

70

6 40

Bron: RIVM (2001)

13

50

3.2.2 Binnenlucht wet- en regelgeving Er zijn in de afgelopen jaren voor veel stoffen advieswaarden afgeleid. Zij zijn bedoeld om te kunnen vaststellen bij welke concentraties er gezondheidsrisico’s kunnen optreden. Deze advieswaarden hebben geen wettelijke status, maar doen vaak wel dienst om het bodembeleid of het beleid luchtkwaliteit te onderbouwen. Hierdoor ligt de nadruk op het vermijden of beperken van risico’s buitenshuis. Daarentegen bestaan er in Nederland en in Vlaanderen nauwelijks waarden om de kwaliteit van het binnenmilieu te toetsen. Dit heeft er deels mee te maken dat het binnenmilieu van woningen door vele factoren wordt beïnvloed, zoals: • • • • • • • •

Bouwjaar, bouwwijze en gebruikte bouwmaterialen; Ligging (grondwater, zonnestand); Ventilatie- en verwarmingsvoorzieningen (afvoerloze geisers); Het gedrag van de bewoners (roken, hobby’s, aanwezigheid van huisdieren, ventilatie); Externe bronnen als (vlieg)verkeer, industrie, bodemverontreiniging; De gebruikte afwerkingmaterialen en (andere) consumentenartikelen; Van nature voorkomende stoffen; Onderhoud en beheer van de woning.

Hierdoor bestaan er grote verschillen in de kwaliteit van het binnenmilieu, zelfs tussen (op het oog) identieke woningen of gebouwen. Een aantal van deze factoren is door beleid lastig te beïnvloeden c.q. te handhaven. Er blijkt wel behoefte te zijn aan waarden om de kwaliteit van het binnenmilieu te toetsen, bijvoorbeeld bij metingen naar aanleiding van gezondheidsklachten van bewoners of het beoordelen van bouwmaterialen. Daarom heeft de VROM-Inspectie het RIVM gevraagd voor een aantal agentia gezondheidkundige advieswaarden voor het binnenmilieu van woningen af te leiden (RIVM, 2004). Dergelijke waarden zouden het beleid kunnen helpen bij het formuleren van grens- of streefwaarden voor het binnenmilieu. Onderstaande tabel geeft een opsomming van deze advieswaarden. Tabel 3.2: Advieswaarden (verbrandings)gassen en klassieke luchtverontreinigingcomponenten

Stof CO

NO2

PM10

Advieswaarde in μg/m3 3

100 mg/m (15 minuten) 60 mg/m3 (30 minuten) 30 mg/m3 (1 uur) 10 mg/m3 (8 uur) 200 μg/m3 (1 hr) 40 μg/m3 (jaargemiddeld) Voor fijn stof is nooit een drempelwaarde aangetoond. Er is dus geen veilige waarde af te leiden.

Opmerkingen Binnenshuis dienen zich geen apparaten te bevinden die relevante hoeveelheden CO verspreiden. Als dat wordt vermoed, is emissie-onderzoek noodzakelijk, ongeacht de hoogte van de immissieconcentratie. Tijdens gebruik van afvoerloze verbrandingstoestellen (en bij onvoldoende ventilatie) kunnen zich kortdurend hoge NO2-pieken voordoen. Dit is schadelijk voor mensen met luchtwegaandoeningen. De waarde binnenshuis is, wanneer er niet wordt gerookt, circa 60 – 80% van die buitenshuis. Wanneer wel wordt gerookt, is de concentratie minimaal enkele malen hoger dan buitenshuis.

Bron: RIVM (2004)

3.3 Internationaal onderzoek binnenmilieu Het onderwerp binnenmilieu heeft ook aandacht in andere landen dan Nederland en België. Van oudsher betreffen dit waarden die bedoeld zijn om de gezondheid van mensen te beschermen in hun werkomgeving. Hieruit zijn de zogenoemde MAC-waarden ontstaan. Vaak wordt voor berekening in het binnenmilieu een waarde voor de arbeidssituatie gebruikt, na toepassing van een aantal factoren om te compenseren voor verschil in duur van blootstelling en de mogelijk grotere gevoeligheid van bewoners ten opzichte van werknemers. Met name Duitsland en Canada hebben op een systematische manier waarden bij elkaar gezet en/of afgeleid die betrekking hebben op woningen. In Canada is het instituut “Health Canada” begin jaren 80 begonnen met het opstellen van de ‘Exposure Guidelines for Residential Indoor Air Quality’ (Health, 1989). Advieswaarden konden worden vastgesteld voor ondermeer CO2, CO, NO2 en fijn stof. In Duitsland is men midden jaren 90 van de 20e eeuw begonnen met het specificeren van advieswaarden voor het binnenmilieu. In tabel 3.3 staan de gehanteerde waarden in andere landen en al beschikbare Nederlandse waarden.

14

Tabel 3.3: Gehanteerde waarden in andere landen en reeds beschikbare Nederlandse waarden

AGENS SPECIFICATIE Fijn stof PM2,5: ALTER ASTER (1hr) Geen vaststelling grenswaarde

WAARDE

REFERENTIE Health Canada 3

≤ 40 μg/m ≤ 100 μg/m3 GR, 1995

Geen vaststelling grenswaarde

Verbrandingsproducten CO GVI (8h) GVII (8h) GVI (30 min) GVII (30 min) ASTER 8h ≤ 11 ppm 1 hr ≤ 25 ppm 15 minuten: 30 minuten: 1 uur: 8 uur: NO2 GVII (1 wk) GVII (30 min) ALTER (0,05 ppm)

CO2

OPMERKING, TOELICHTING

WHO, 2000

1,5 mg/m3 15 mg/m3 6 mg/m3 60 mg/m3 ≤ 13 mg/m3 ≤ 27 mg/m3 100 mg/m3 60 mg/m3 30 mg/m3 10 mg/m3 60 μg/m3 350 μg/m3 ≤ 100 μg/m3

ASTER (1 hr) (0,25 ppm)

≤ 480 μg/m3

1 uur: jaargemiddeld: ALTER (≤ 3500 ppm)

200 μg/m3 40 μg/m3 ≤ 6300 mg/m3

Geen aantoonbare drempel-waarde, maar ook niet op een lijn te stellen met carcinogenen. Concentratieeffectrelaties moeten als basis voor beleids- beslissingen dienen. Het is daarbij aan de overheid om te bepalen welke reductie van gezondheid aanvaardbaar is en welk gewicht aan de betrokken effecten wordt toegekend. Er is geen concentratie vast te stellen waaronder geen effecten optreden, daarom wordt geen richtlijn gegeven. Er wordt aanbevolen ter aanvulling een richtlijn voor PM2,5 op te stellen (WHO 2003).

Duitsland

Health Canada

Gebaseerd op max. 1,5 COHb %

WHO, 2000

Vastgesteld op basis van maximum waarde voor COHb van 2,5 %.

Duitsland

GVI vaststellen heeft geen zin want 6 of 35 μg/m3 is toch niet handhaafbaar (zal alleen al door gemiddelde buitenlucht concentraties in woningen overschreden worden).

Health Canada

WHO, 2000

Er wordt geen update van NO2 richtlijn nodig geacht (WHO 2003).

Health Canada

Bron: RIVM (2004) ALTER (acceptable long term exposure range); deze waarde geeft de concentratie aan waarbij bij levenslange blootstelling geen nadelig effect op de gezondheid zal optreden. ASTER (acceptable short term exposure range); geeft de concentratie aan waarbij geen nadelige effecten op de gezondheid optreden bij blootstelling gedurende korte tijd.

15

4 Open aardgasverbranding in de woning 4.1 Aardgasdefinitie Aardgas is één der fossiele brandstoffen. Het ontstaat bij hetzelfde proces dat tot de vorming van aardolie leidt en vertegenwoordigt de lichtere fractie organische producten van dat proces. Aardgas wordt daarom vaak samen met aardolie gevonden, hoewel het soms kans ziet in andere aardlagen door te dringen dan de zwaardere olie en zo een scheiding kan zijn ontstaan. Aardgas wordt vooral in diepere aardlagen (sedimentatiegesteenten) aangetroffen. De samenstelling van het aardgas verschilt van plaats tot plaats maar bevat hoofdzakelijk methaan (ca. 81%), verder hogere gasvormige koolwaterstoffen, waterstofsulfide H2S en voor de rest stikstof en kooldioxide.

4.1.1 Eigenschappen en huishoudelijke toepassingen Aardgas is ecologisch gezien, de schoonste fossiele brandstof. Methaan levert naar verhouding weinig kooldioxide en veel water op terwijl dit bij steenkool net andersom is. Schoon aardgas, dat ontdaan is van waterstofsulfide (H2S) is reukloos. Bij de verbranding in lucht komen er stoffen vrij. De hoofdproducten zijn CO2 en H2O .Bij een onvolledige verbranding komt eveneens CO (koolmonoxide) en roet vrij met daarbij nog een hoeveelheid NO en NO2 (som NOx, of ook: stikstofoxiden) als luchtverontreinigende producten. (Binas Tabellenboek, 2004).

4.2 Aardgassamenstelling 4.2.1 Slochteren-aardgas De aardgassoort die vooral in Nederland voor verwarming en koken wordt aangewend is van het in 1959 aangeboorde Slochteren-gasveld. Er wordt dan ook van Slochteren aardgaskwaliteit gesproken. Dit wordt via een zeer uitgebreid gasdistributienet op vrijwel elke locatie in Nederland beschikbaar gesteld. In deze studie richten wij ons dan ook volledig op dit gas, zowel voor gebruik in de Nederlandse woning als Vlaamse woning.

4.2.2 Eigenschappen van Slochteren-aardgas De karakteristieken van dit gas zijn hieronder in tabel 4.1 weergegeven waar ze als gegevens voor de modellering beschikbaar zijn. Het hoofdbestanddeel van dit gas is methaan (CH4). Dit vormt met zuurstof (O2) een brandbaar luchtmengsel dat gebruikt wordt in de gastoestellen. Tabel 4.1: Slochterengassamenstelling (BTG, 2004) Samenstelling Formule Volume% Massa% Methaan

CH4

81,3

69,97

Ethaan

C2 H 6

2,85

4,63

Propaan

C3 H 8

0,37

0,90

Butaan

C4H10

0,14

0,47

Pentaan

C5H12

0,04

0,16

Hexaan

C6H14

0,05

0,23

Stikstof

N2

14,35

21,52

Zuurstof

O2

0,01

0,02

Kooldioxide

CO2

0,89

2,10

Dichtheid

0,833

[kg/m3]

Bruto-energie

35,096

[MJ/m3]

Netto-energie 31,669 [MJ/m3] Bron: BTG Biomass Technology Group bv,Produductie van SNG/CNG via vergassing van natte biomassa in superkritiek water, Projectnummer 1162, April 2004.

16

4.2.3 Reactievergelijking van de verbranding van aardgas Bij het verbranden van aardgas – zoals dat hierboven gedefinieerd is - reageren de methaanmoleculen met zuurstofmoleculen volgens de onderstaande reactievergelijking: aardgas (g) + zuurstof (g) => CH4 (g) + 2 O2 (g) => dH = - 803,32 [kJ/mol]

koolstofdioxide (g) + water (g) CO2 (g) + 2 H2O (g)

(Beyer H., 1973)

Deze verbranding is een exotherme reactie tussen de substantie methaan en het gas, zuurstof, waarbij een hoeveelheid warmte vrijkomt. De producten die hierbij gevormd worden zijn water (H2O) en kooldioxide (CO2). Andere bijproducten als koolmonoxide (CO) en koolstof (C, roet of fijn stof) worden er gevormd als de verbranding niet compleet verlopen is door ofwel een overmaat methaan of een tekort aan zuurstof. Er komen, buiten het methaan, tevens nog andere alkanen (de eenvoudigste koolwaterstoffen) voor in het aardgas, doch voor de emissies en de effecten op gezondheid maakt dit niets uit.

4.3 Open aardgasverbranding 4.3.1 Definitie van open aardgasverbranding Verbranding is de chemische reactie van een bepaalde substantie, hier aardgas, met zuurstof uit de lucht. Het proces begint met de verhitting van de brandstof boven zijn ontvlamtemperatuur in de aanwezigheid van zuurstof (O2). Onder de invloed van de hitte worden de chemische bindingen verbroken. Als er een volledige verbranding van aardgas plaatsvindt dan reageren de elementen koolstof (C), waterstof (H) en zwavel (S) met de zuurstof in de lucht en vormen respectievelijk CO2, waterdamp (H2O (g)), zwaveldioxide (SO2) en een kleine hoeveelheid zwaveltrioxide (SO3). Indien er niet voldoende zuurstof aanwezig is of het mengsel brandstof/lucht is niet in de gepaste verhouding dan worden de verbrandingsgassen afgekoeld tot onder het ontstekingspunt en is de verbranding onvolledig. De rookgassen bevatten dan nog brandbare componenten zoals, CO, roet (C) en verschillende koolwaterstoffen CxHy. Daarom is er een overmaat lucht nodig om dit zoveel mogelijk te verkomen. Het gaat hier dan om een hoeveelheid overmaat lucht van 5 tot 20%. In de onderstaande tabel 4.2 is het verbrandingsschema dat in het rekenmodel wordt toegepast, weergegeven. Tabel 4.2: Verbrandingsschema

Lucht (1) bevat:

Zuurstof (O2) Stikstof (N2) Waterdamp (H2O (g))

+

Brandstof (2) bevat:

>>>> ROOKGAS (3) bevat:

Koolstof (C)

Koolstofdioxide (CO2)

Waterstof (H2) Zwavel (S8) Zuurstof O2 Stikstof N2 Waterdamp (H2O (g))

Koolmonoxide (CO) Zwaveldioxide SO2 Overmaat Zuurstof O2 Stikstofoxiden (NOx) Stikstof N2 Waterdamp (H2O (g)) Roet (C)

In de verbrandingsreactie (tabel. 4.2) kunnen de aanwezige luchtcomponenten (kolom 1) met de brandstofcomponenten (kolom 2) de mogelijke reactieproducten in het rookgas (kolom 3) vormen. Eveneens komen de niet reagerende componenten (overblijfselen) in het rookgas terecht. De volgorde van de componenten in elke kolom is louter willekeurig. Als de verbranding niet compleet is bevatten de rookgassen nog een zekere hoeveelheid methaan (CH4). Dit is niet in het rekenmodel opgenomen (Habmigern, 2003). Blijft er nog een hoeveelheid verbrandingswarmte achter in de rookgassen dan spreekt men van verwarmingsgassen. Teneinde de concentraties van de componenten van de rookgassen uit te drukken gebruikt men aparte eenheden. Deze eenheden zijn ppm (parts per million) en [mg/Nm³] of [mg/m³]. De N in [mg/Nm3] heeft betrekking op de normaal kubieke meter, bij standaarddruk –

17

en temperatuur. Benevens de rookgassen vormen zich tevens ook nog vaste roetdeeltjes (koolstof (C) of PM (fijn stof)).

4.3.2 Verbrandingsefficiëntie en optimale verbranding Bij volledige verbranding wordt al de beschikbare energie uit de brandstof gehaald doch een 100% verbrandingsefficiëntie is niet realiseerbaar. De efficiëntiepercentages liggen in de verschillende huishoudelijke verbrandingsprocessen behoorlijk uiteen. Zo ligt het percentage voor de open haard slechts tussen 10 en 30 % maar bij een gasboiler wordt een efficiëntie bereikt van 85 tot zelfs 95%. De verbrandingsefficiëntie is in hoofdzaak gebaseerd op de rookgastemperatuur en de temperatuur van de aangezogen verbrandingslucht en zal stijgen bij de verhoging van: temperatuur, contacttijd, dampspanningen, reactieoppervlakken en verhoogde opgeslagen chemische energie van de reactanten (Habmigern, 2003). Als het al mogelijk zou zijn een volledige verbranding te hebben, dan moet het CO2-gehalte in de rookgassen maximaal zijn en het O2-gehalte naar nul naderen. Aangezien er geen ideale menging van brandstof en lucht mogelijk is worden de meeste verbrandingstoestellen op een overmaat zuurstof ingesteld (Habmigern, 2003). De concentratie van CO is een essentieel onderdeel van de bepaling van het optimum van de branderefficiëntie. Een verbranding met sporen CO rond 100 ppm en een kleine hoeveelheid overmaat lucht duidt op een bijna optimale toestand. De optimale verbrandingsmix van de parameters: O2, CO, CO2, temperatuur en rook (roet) is niet bepaald op één enkel punt maar bevindt zich in een band van mogelijkheden. De optimale verbranding is afhankelijk van een aantal factoren en geeft de mogelijkheid te corrigeren voor zowel een reducerend als een oxiderend gas (Habmigern, 2003).

4.4 Verbranding en verbrandingssystemen In de woning zijn er een aantal gasverbrandingstoestellen welke gebruik maken van aardgas als brandstof. Als verwarmingselement zijn de navolgende elementen van belang: • • • •

CV-ketel; Kachel, met open of gesloten verbrandingssysteem; Inbouwhaarden gesloten met (glas)deur; met open of gesloten verbrandingssysteem; warm water geiser.

Deze toestellen worden hier buiten beschouwing gelaten omdat deze als gesloten elementen (met uitzondering van de warmwatergeiser) niet relevant zijn voor het onderzoek naar emiisie van (open) aardgasverbranding in keuken en woonkamer. De gasgeiser valt buiten het kader van dit onderzoek omdat de installatie ervan reeds aan strenge eisen moet voldoen (Inforgas, 1997). Zo worden op dit ogenblik geisers uitgerust met een atmosferische beveiliging. Dergelijke beveiliging reageert op een overmaat CO2 in de lucht en sluit de gastoevoer van de geiser af. Een tweede veiligheid is de aansluiting op een afvoer naar buiten. Afvoerloze geisers zijn ontoelaatbaar (Tilborghs et al.,2005). Dit onderzoek richt zich op gaskookplaat in de keuken en het blokkenvuur op gas in de open haard. Beide zijn mogelijk een voorname bron van vervuiling van het binnenmilieu. De afstelling voor een zo volledig mogelijke verbranding en rookgasafvoer is bij deze twee toepassingen van verschillende factoren afhankelijk en moeilijk realiseerbaar. Het betreft twee toepassingen die in open lucht met de aanwezige zuurstof reageren en het uiterst moeilijk is een stabiele en ideale mengverhouding in te stellen en te behouden. Hierna gaan we dieper in op deze twee aardgasverbruikers.

4.4.1 Gaskookplaat 4.4.1.1 Karakteristieken verbruikers De gaskookplaat die in onze empirische modellen gebruikt wordt is een doorsnee gangbaar toestel dat uitgerust is met vier gasbranders en dat in verschillende merken verkrijgbaar is en terug te vinden is in de productcatalogussen. In de onderstaande tabel 4.3 zijn de gegevens m.b.t. deze gasbranders samengebracht. Deze gegevens zijn van een gemiddeld apparaat. Er is wel een verschil in gasdruk tussen het in België (G20 of G25) en het in Nederland (G25) geleverde aardgas.

18

Tabel 4.3: Karakteristieken gasbranders kookplaat

Aardgas

Normale Druk

België

G20/G25

Nederland

G25

Diameter Injector 1/100 mm Snel 130 Matig snel 105 Sudderpit 83 Wok 135 Snel 130 Matig snel 105 Sudderpit 83 Wok 136

Thermisch Nominaal [W] 3000 1750 1000 3500 2900 1650 1000 3500

Verbruik [L/h] 286/ 333 167/ 194 95/ 111 333 322 183 111 388

4.4.1.2 Dampkap als afvoerinstallatie bij de kookplaat Een dampkap maakt het mogelijk om bij de bron (de kookzone) de hinderlijke (gevormde) verbrandingsgassen te verwijderen door de bezoedelde lucht op die plaats af te zuigen. Boven de kookzone wordt een onderdruk tot stand gebracht door een ventilator die de lucht wegzuigt. De weggezogen lucht wordt door een filter gestuurd teneinde de vetten zoveel mogelijk te verwijderen uit de luchtstroom. De capaciteit hangt af van het vermogen van de motor(en), de sectie van de afvoerleiding maar ook de hoogte boven de kookplaat die schommelt tussen 65 en 80 cm. Voor de brandveiligheid moet bij een gaskookplaat de hoogte van 80 cm in acht genomen worden. De goede werking van een dampkap wordt bepaald door zowel de afgevoerde hoeveelheid lucht per tijdseenheid als de afvoerefficiëntie. Deze laatste parameter geeft aan in welke mate de geproduceerde dampen tijdens het kookproces rechtstreeks worden opgevangen door de dampkap. De opvangefficiëntie wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de rechtstreeks afgezogen hoeveelheid verontreiniging εF [m³/h] en de totale hoeveelheid geproduceerde verontreiniging F(m³/h) onder de dampkap. De afvoerefficiëntie geeft aan welk aandeel van de dampen rechtstreeks door de dampkap wordt afgevoerd. Een dampkap met een afvoerefficiëntie van 100% zou ideaal zijn. Doch in de praktijk bestaat een dergelijke dampkap niet (WTCB, IWONL, 1993). Bij krachtige dampkappen treden in de praktijk vaak problemen van afzuiging op. In de Technische Voorlichting nr. 187 “Dampkappen en keukenventilatie” (WTCB, IWONL, 1993) wordt gesteld dat de goede werking van een dampkap niet alleen bepaald wordt door de karakteristieken van het toestel. Ook andere elementen spelen hierbij een rol. Zo vormt voldoende toevoer van verse lucht een belangrijke voorwaarde voor een behoorlijke werking. De Norm NBN D 50-001 (WTCB, 1997) vereist voor de keuken doorstroomopeningen die een debiet van 50 [m³/h] doorlaten bij een drukverschil van 2 [Pa]. Dit kan o.a. gerealiseerd worden door een effectieve opening van 140 [cm²] te voorzien. Valt wel op te merken dat er momenteel geen enkele dampkap op de markt is die een volledige afzuiging voorziet. In de woning aanwezige open verbrandingstoestellen (bv. gasgeiser of open haard) kunnen zelfs aanleiding geven tot levensgevaarlijke situaties. Door de onderdruk, opgewekt door het in werking stellen van de dampkap, kan het immers gebeuren dat het afvoerkanaal van het open verbrandingstoestel fungeert als een aanvullende luchttoevoer. Hierdoor komen dan verbrandingsgassen in de woning terecht, wat absoluut vermeden moet worden. In dergelijke gevallen moet dan ook voorzien worden in een supplementaire luchttoevoer die best in de keuken zelf wordt aangebracht. In het andere geval kan op een mechanische manier (door middel van een ventilator) de luchttoevoer verhoogd worden. De Technische Voorlichting 187 (§ 5.4.4. p32) (WTCB, IWONL, 1993) geeft in onderstaande tabel 4.4 opgenomen richtwaarden voor de toevoeropeningen. Tabel 4.4: Richtwaarden luchttoevoeropeningen

Soort verbrandingstoestel Open Gesloten of geen toestel

Toelaatbare onderdruk [Pa] 5 10

(WTCB,IWONL,1993)

Toevoeropeningen [cm²] per 28 L/s [100 m³/h] 160 100

Bron: WTCB, IWONL (1993).

19

Debiet (luchttoevoer) bij dP = 2 Pa en 28 L/s [m³/h] 60 36

4.4.2 Koken en kookduur 4.4.2.1 Emissie: bijproducten van verbranding Bij het verhitten van vetten tot hoge temperaturen komen organische stoffen vrij. Bij aan- of verbranden (grill, barbecue) komen polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s), heterocyclische aminen of pyrolyseproducten van sommige aminozuren (tryptofaan, lysine, glutamine) vrij die mutageen en carcinogeen zijn. Deze stoffen laten we hier buiten beschouwing. Een meer voor de hand liggende emissie is deze van stikstofoxiden en koolmonoxide bij het koken op gas of kolen. In hoofdstuk 6, modellering, wordt uitgegaan van een continue kookduur van één (1) uur en een thermisch vermogen van 10 [kW]. Door dit vermogen van 10 [kW] om te rekenen naar de hoeveelheid gasverbruik, kunnen naargelang de graad van volledigheid van de verbranding, de emissies bepaald worden. 4.4.2.2 Afvoer bij kookplaat, voor meer dan rookgassen alleen Afvoer van rookgassen gebeurt voor een groot gedeelte via de dampkap waarbij het afvoeren van de polluenten, de hoofdeis is. Een brandveilige afstand van circa 80 cm tussen gaskookplaat en dampkap dient gerespecteerd te worden. Volgens de norm NBN D 50-001 moet het nominaal ventilatiedebiet voor een keuken 3,6 [m³/h per m² vloeroppervlakte] bedragen met een minimaal debiet van 50 [m³/h] en voor open keukens is het minimale ventilatiedebiet 75 [m³/h]. Dit zijn echter nominale debieten die een goede luchtkwaliteit beogen. Zoals eerder al aangehaald is het veroorzaken van een te grote onderdruk in de woning een ernstige bedreiging voor alle rookgasafvoeren in de woning. De bestaande dampkappen zijn echter weinig efficiënt en vangen de gassen weinig adequaat op doordat deze zich vermengen met de lucht vooraleer ze afgezogen worden. Hierdoor wordt, indien de ventilator op maximum capaciteit werkt, gemiddeld slechts de helft afgevoerd (Tilborghs et al., 2005).

4.4.3 De open haard 4.4.3.1 Emissie: bijproducten van verbranding De open haard heeft al een hele geschiedenis achter de rug. Door de eeuwen heen heeft deze stookplaats de eer gekregen het “middelpunt” van de woonkamer te vormen. Middelpunt wil niet zeggen in het midden van de woonkamer maar een centrale plaats in het leven van de mens. Het spreekt vanzelf dat men de haard niet zomaar ergens in de kamer plaatst maar dat hij gunstig moet liggen ten opzichte van ramen en deuren, in verband met trek en tocht (Sterke F. de, 1977). Het moet ook mogelijk zijn een passend en goedwerkend rookkanaal op de haard aan te sluiten om de rookgassen veilig en zo compleet mogelijk af te voeren. Hierbij wordt ook een grote hoeveelheid ballastlucht, die niet aan de verbranding deelneemt uit de woonkamer gezogen. Dit beperkt het verwarmingsrendement van de haard in ruime mate. 4.4.3.2 Rendement en luchtbalans Een open haard is niet erg efficiënt in het leveren van nuttige warmte. Van de 25% van de ontwikkelde warmte die in straling wordt omgezet, krijgt het vertrek alleen dat deel dat door de haardopening naar buiten kan treden. Het overgrote deel van de resterende 75% van de vuurwarmte gaat met de verbrandingsgassen door convectie de schoorsteen uit (Vuur, 1988). Bij het stoken verdwijnt behalve de verbrandingslucht ook een grote hoeveelheid “ballastlucht” vanuit het vertrek via de stookopening. Deze lucht moet door ventilatie worden aangevuld en ook verwarmd. Deze ballastlucht is per uur tweemaal de inhoud van het vertrek waarin de haard zich bevindt. De precieze hoeveelheid hangt af van de stookopening van de open haard (Brandweer Ermelo, 2006).

4.4.4 Blokkenvuur, imitatie van het houtblok De eerste blokkenvuren (gasblokken) op aardgas die in omloop kwamen werden met een zo zuiver mogelijke verbranding afgesteld, de zogenoemde blauwe vlam. Daardoor werd het risico op nadelige effecten zo miniem mogelijk gehouden.Echter het effect van deze “zuivere” verbranding nam wel het sfeerelement van de houtgestookte open haard volledig weg. Door inventiviteit en een opzettelijke, onvolledige verbranding van het aardgas (instellen van een gele vlam) werd dit effect weer meer benaderd. 4.4.4.1 Blokkenvuur op gas en veiligheid De verbranding van een fossiele brandstof zoals aardgas is een reactie met zuurstof uit de omgevingslucht. Om deze reactie te onderhouden is het nodig dat steeds voldoende lucht wordt aangevoerd en dat de verbrandingsproducten worden afgevoerd. Om de veiligheid van de gebruiker te verzekeren, bestaan er voorschriften voor de uitvoering van verluchting en

20

schoorsteen. Voor aardgas liggen deze vast in de Belgische normen (NBN B 61-001 en NBN D 51 – 003). Het gasblok behoort, althans in België, tot het type B1 toestellen. Dit zijn open toestellen met trekonderbreker die hun verbrandingslucht opnemen uit het lokaal waarin ze geplaatst zijn. De verbrandingsgassen worden afgevoerde middels een schoorsteen met natuurlijke trek, de schoorsteen in onderdruk (Inforgas, 1997). 4.4.4.2 Vermogen en verbruik Teneinde berekeningen uit te voeren van de verbrandingsgassen die vrij komen bij het stoken op aardgas geven we in onderstaande tabel drie typen van blokkenvuren die geschikt zijn voor de Nederlandse en de Belgische markt. Deze hebben het Europese (CE) keurmerk. Het betreft elementen van het merk Barbas. Hierbij staat NN voor aardgas Nederland en NB voor aardgas België. Voor verschillende typen gasblokkenvuren en de respectievelijke vermogens is het gasverbruik opgesomd (Barbas BV, 2003). Tabel 4.5: Blokkenvuren aardgas

België

Type 2040 2050 2060

Aardgas NB I2+ NB NB

2040 2050 2060

NN I2L NN NN

Vermogen Nom. kW 2,00 2,30 3,00

Gasverbruik [m³/uur] 1,27 1,41 1,80

Nederland 1,70 2,00 3,00

0,90 1,10 1,55

Belangrijk bij deze tabel is dat de nominale belasting (onderwaarde) een factor ongeveer vijfmaal hoger is dan het nominale vermogen. In de modelberekening (Hoofdstuk 6) gaan wij uit van een factor 4,9. Voor 3,00 [kW] nominaal vermogen komt dit overeen met de nominale belasting van 14,7 [kW]. Dit volgt uit het feit, zoals in hoofdstuk 4.4.3.2 reeds vermeld is, dat in een open haard 25% van de ontwikkelde warmte in stralingswarmte wordt omgezet en die via de haardopening de woonkamer intreedt. Volgens de fabrikant Barbas BV (Gasfolder, 2006) geeft het bestudeerde gasblok als nominaal vermogen 3,0 [kW], zijnde de hoeveelheid energie die het toestel per tijdseenheid levert uitgedrukt in kilowatt (kW), en 14,7 [kW] nominale belasting (onderwaarde), zijnde de bruto toegevoerde hoeveelheid energie (gas) aan het toestel. 4.4.4.3 Bepaling van de verbrandingsluchttoevoer Voor de bepaling van de toevoer van verbrandingslucht gaat men uit van een drukverschil van 5 Pa tussen de ruimte met het toestel en de buitenomgeving om het nodige luchtdebiet te verzekeren. Onderstaande tabel 4.6 (Nederlands Normalisatie-instituut, 1991) geeft een idee van de vereiste debieten voor de verbrandingslucht. Het vermogen van het toestel bepaalt dan het nodige luchtdebiet. Tabel 4.6: Benodigd debiet verbrandinglucht

Brandstof of toestel Aardgas (open toestel met trekonderbreker) Aardgas (open vuur) Kolen (gesloten vuur) Vaste brandstof (open vuur)

Benodigd debiet verbrandingslucht per [kW] nominaal vermogen [m³/h] 2,81 12,06 1,87 10,08

4.5 Schoorsteentrek De schoorsteentrek ontstaat door het verschil in gewicht tussen een kolom verbrandingsgassen en de even hoge kolom buitenlucht. Door het verschil in temperatuur wordt een statische trek gevormd die des te sterker is naarmate de temperatuur van de rookgassen hoger is en de schoorsteen langer is. Het drukverschil, statische trek of warmtetrek, is gelijk aan het product van de verticale schoorsteenlengte (h) en de valversnelling (g) vermenigvuldigd met het verschil in dichtheid (Di) van de lucht en de dichtheid (Dg) van de rookgassen. In mathematische notatie: dPs = g * h * (Di - Dg )

21

[Pa]

(4.1)

De doorsnede van het rookkanaal wordt bepaald door de capaciteit van de vuurhaard en door de hoogte van de schoorsteen (Elsevier,1978). Met de onderstaande “vuistregel” in formule (4.2) uitgedrukt, kan de doorsnede S [cm²] uit de hoogte (h) kanaal, vermogen (P) en K= 17,5 bij benadering bepaald worden (WTCB, Schietecat J. et al. 1999), aldus: S = K * P0,7 / h0,1

[cm2]

(4.2)

Bij een slecht ontwerp van de installatie (bv. geen of te kleine luchttoevoeropeningen bij een luchtdicht gebouw) of verkeerd gebruik kan er een onderdruk in de woonkamer ontstaan terwijl bij een goed uitgevoerde schoorsteen een onderdruk in het rookkanaal zal heersen. Gebeurt het toch dat er in de woonkamer een grotere onderdruk ontstaat dan in het rookkanaal, dan ontstaat een terugstroming van de rookgassen naar de ruimte. Dit kan - zoals eerder vermeld - ook het gevolg zijn van de zuigkracht van de dampkap in de keuken.

4.6 Schema: keuken-woonkamersituatie Dit schema geeft de positie weer van de twee verbrandingselementen waarop de berekeningen gebaseerd worden. Het betreft een woonkamer van 90 [m³] waarin een blokkenvuur op gas brandt in de open haard en een keuken van 35 [m³] waarin een gaskookplaat wordt gebruikt. Zie Discussie (zie hoofdstuk 8) voor relevantie van deze aanname. De twee ruimten worden als apart in de berekeningen beschouwd. Voor de gezamenlijke ruimte (dus niet gescheiden door de schuine lijn in het onderstaande schema) gelden andere waarden voor de parameters. Schema 4.1

Rookgasafvoer

OH

Open haard met gasblok

Woonkamer: 90 [m³] Wkm Ventilatie via toevoeropeningen woonkamer

Ventilatie via toevoeropening keuken

Afzet polluenten in woonkamer

VERBRANDINGSLUCHT

Afzet polluenten in keuken

Vevo

Kpl. Vevo Afvoer via dampkap

Keuken: 35 [m³] Vevo

Legenda bij schema 4.1:

22

Vevo: de ventilatievoud. Dit is een factor (dimensieloos) die aangeeft hoeveel lucht [m³] er per uur wordt ververst. Een ventilatievoud van 0,25 is - door de hedendaagse isolatie- en energieprestatienormen - reeds technisch haalbaar en dient in de berekening als uitgangspositie. Het geeft aan dat per uur ¼ de van de ruimte wordt ververst. Kpl= kookplaat. Er wordt een kookduur van één uur en een vermogen van 10 kW vooropgesteld. Het volume van de keuken is 35 [m³]. Het debiet van een standaard, klassieke dampkap schommelt rond een maximum van 400 [m³/h], doch door de structuur en capaciteit van de afvoerleiding (diameter, wandafwerking, bochten en lengte van de rechte kanalen) valt dit terug tot slechts de helft van de maximale capaciteit. OH= open haard in woonkamer (Wkm). Open haard met gasblok. Er wordt een stookperiode van 5 opeenvolgende uren met een maximale belasting van 14,7 [kW] en een nominale belasting van 3 [kW] (blokkenvuur op gas) aangehouden in de berekeningen. De afvoer via het rookkanaal is o.a. afhankelijk van de schoorsteentrek (de doorsnede en hoogte van het rookkanaal, zie formule: 4.1 en 4.2) en het vermogen van het verbrandingstoestel. Er wordt uitgegaan van een rookkanaaldoorsnede van 400 [cm²]. Het rendement van de open haard schommelt rond 25%. Er gaat dus 75% van de warmte met de ballastlucht via de schouw verloren. Vermogen (P): gaskookplaat 10 kW per uur en (P): blokkenvuur: 14,7 kW per uur gedurende 5 aangesloten uren.

4.7 Emissies bij open aardgasverbranding in de woning 4.7.1 Algemeen Zoals uit het voorgaande blijkt is de volledige verbranding van aardgas eerder een utopie. In het ideale geval komen bij ideale verbranding enkel kooldioxide (CO2), waterdamp en warmte vrij. Bij onvolledige verbranding (gebrek aan luchtzuurstof) vormen zich naast deze twee gassen ook nog koolmonoxide (CO), C (roet), waterstof (H2), stikstofoxiden (NOx) en blijven er nog resten methaan (CH4) en andere componenten in de rookgassen aanwezig.

4.7.2 Stikstof (N2) en stikstofoxiden (NOx) Stikstof maakt voor 14,35 volumeprocent deel uit van het Slochteren-aardgas en bovendien bestaat de verbrandingslucht ook nog eens voor 80% uit stikstof (N2). Het neemt echter niet deel aan de verbranding maar het aanwezige stikstof (N2) vormt NOx, naargelang zijn voorkomen in het aardgas-luchtmengsel en hoofdzakelijk bij hoge vlamtemperatuur, (hoger dan 1500 [°C]). Deze NOx bevatten voornamelijk NO, tot 95% en 5% NO2 maar ook een kleine hoeveelheid N2O (Quartucy G.C., MuzioL.J., 1997). Stikstofmonoxide kan gevormd worden op drie verschillende manieren (Cabrita et al.,1996): • • •

Bij hoge vlamtemperatuur reageert de luchtstikstof met zuurstof om “Thermal NO” (thermisch) te produceren; Als de brandstof (zoals in het Slochterengas) stikstof bevat komt dit vrij bij relatief lage temperaturen en vormt “Fuel NO” (Brandstof NO); Er zijn nog andere bronnen van NO-vorming die verlopen langs verschillende routes en wordt “Prompt NO” genoemd, die voortkomen uit mechanismen waarbij koolwaterstoffenradicalen zich mengen met brandstof–stikstof.

Overmaat lucht veroorzaakt een afkoeling van de vlam die zo voorkomt dat sommige delen van de brandstof zich mengen met zuurstof en derhalve geëlimineerd worden zonder te worden verbrand.

4.7.3 Koolmonoxide De verbranding van aardgas vergt en verbruikt zuurstof (lucht). Deze verbruikte zuurstof moet constant vervangen worden. Dus moet er een permanente luchttoevoer zijn in de omgeving van het toestel. Is er echter niet voldoende verluchting dan wordt de verbranding onvolledig en de verbrandingsgassen bevatten naast verbrande koolwaterstoffen ook CO, H2 en zelfs O2.

23

Een goede verbranding kenmerkt zich door een hoog CO2-gehalte en een laag O2-gehalte in de rookgassen. Bij een open verbranding per 1 [m³] aardgas is minstens 10 [m³] lucht nodig voor een nagenoeg volledige verbranding (Inforgas, 2005).

4.7.4 Emissies, gegevens uit de literatuur De gegevens in onderstaande tabel dienen als basis voor de concentratieberekening van de polluentenemissies voor de modellering in hoofdstuk 6 (U.S. EPA, 1998). Zie discussie (hoofdstuk 8) voor de relevantie voor het gebruik van deze emissiefactoren. Tabel 4.7: Emissiefactoren van polluenten bij aardgasverbranding.

Combustor Type Emission Factor (1055,06 MJ ) Heat Input Residential Furnace < 0,3 Combustion Natural gas Pollutant kg/106 m³(=mg/m3) NOx CO NO2 (Uncontrolled) NO2 (Controlled= low-NOx-burner) PM Total PM Condensable PM Filterable Methaan CH4

1504 640 35,2 10,24 121,6 91,2 30,4 36,8

Noot: In de originele tekst en tabel zijn deze eenheden in pounds polluenten per miljoen standaard kubieke voet ([scf] of [ft3]) verbrand aardgas. Omzetting van [lb/106 scf] in [kg/106 m³] geschiedde door vermenigvuldiging van dit kengetal met 16. De emissiefactoren zijn gebaseerd op een gemiddelde aardgas-verbrandingswaarde van 1020 [Btu/scf]. Omzetting van [lb/106 scf] naar [lb/MMBtu] wordt gedaan door deze te delen door 1020. 1 [Btu] = 1055,06 [J] en 1 [MMBtu] (=106 [Btu] ) of 1055,06 [MJ]. 1020 [Btu/scf] komt overeen met = 38,01 [MJ /m³] (voor dit specifieke aardgas als referentie). (Wijk,van, 1997).

24

5 Potentiële risico’s voor de humane gezondheid 5.1 Invloed van verbrandingsemissies op de volksgezondheid Ieder jaar overlijden mensen door blootstelling aan de huidige niveaus van luchtverontreiniging. We inhaleren dag in dag uit een groot aantal stoffen. In dit onderzoek wordt in het bijzonder gekeken of de gezondheidsrisico’s bij gebruik van aardgas in open verbrandingssystemen binnenshuis toenemen. Centraal staat het potentiële risico van de verbrandingsproducten CO, NO2 en fijn stof op de humane gezondheid. Daarnaast is literatuuronderzoek gedaan naar de resultaten van epidemiologische studies. Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen mogelijke effecten op de gezondheid als gevolg van kortdurende en langdurende blootstelling aan deze stoffen. Tegenwoordig neemt de zorg over gezondheidseffecten ten gevolge van de slechte binnenluchtkwaliteit toe. Belangrijke factoren die van invloed zijn op de binnenluchtkwaliteit zijn gerelateerd aan de vele veranderingen in de constructie en het gebruik van woningen die de laatste decennia zijn doorgevoerd. De noodzaak om energie te bezuinigen heeft bijgedragen tot aanpassingen in het ontwerp van woningen ingegeven door de hoge energiekosten sinds de oliecrisis van 1973. Moderne huizen en kantoren zijn veel beter geïsoleerd dan voorheen. Een verversing van de lucht in huis met een ventilatiesnelheid in de orde van een factor 0,2 tot 0,3 maal het huisvolume per uur is nu gebruikelijk (Platt-Mills et al., 1996). In oudere gebouwen, in het bijzonder met open haarden, is een ventilatievoud van eenmaal het huisvolume per uur meer gebruikelijk. Alle hedendaagse veranderingen dragen bij aan een verbetering van het wooncomfort. Echter, ze voorzien ook in een milieu waar zwevende verontreinigingen gemakkelijk worden gevormd en kunnen opbouwen tot aanzienlijk hogere concentraties dan typisch aangetroffen in de buitenlucht. In dit hoofdstuk kunt u lezen wie er tot de zogenoemde risicogroepen behoren als het gaat om effecten van de luchtkwaliteit op de gezondheid. In hoofdstuk 8 (Conclusies en aanbevelingen) zal de invloed op de volksgezondheid in relatie tot de modelleringsresultaten besproken worden.

5.1.1 Fijn stof Fijn stof is een verzamelnaam voor deeltjesvormige luchtverontreiniging. Fijn stof wordt ook aangeduid als PM10. De PM staat voor Particulate Matter (zwevende deeltjes). De 10 staat voor 10 micrometer (een duizendste millimeter). Fijn stof omvat alle deeltjes met een maximale diameter van 10 micrometer. In het merendeel van de studies naar gezondheidseffecten van fijn stof is de blootstelling gebaseerd op concentraties in de buitenlucht. De meeste mensen brengen echter het grootste deel van de tijd (ongeveer 80-90%) binnen door (Jantunen et al., 1999, Freijer en Bloemen, 2000). Benevens fijn stof uit de buitenlucht, worden zij ook aan fijn stof afkomstig van bronnen binnenshuis blootgesteld. Het gebruik van aardgas als brandstof in een open verbrandingssysteem in de woonkamer en keuken is hierbij een extra bron van verontreiniging. Vooral gasblokhaarden, die een sfeer van een houtgestookte openhaard moeten oproepen worden bewust ingeregeld op een vuur met lange gele vlammen. Een gele vlam is een aanwijzing voor onvolledige verbranding en draagt dus bij aan de productie van roetdeeltjes. Afhankelijk van de luchtbalans (ventilatie) in de woning zal deze fijn stof productie kunnen bijdragen aan toename van de fijn stof concentratie in de woning. Fijn stof kan tot diep in de luchtwegen doordringen en dat brengt risico’s met zich mee voor de gezondheid. Deeltjes met een grotere diameter worden voor een gedeelte in de hogere luchtwegen (neus) afgevangen. Deeltjes met een diameter van 0,2 tot 0,8 [μm] (Kruize et al., 2000) kunnen daarentegen weer met de uitgeademde lucht de longen verlaten. Het begrip omvat allerhande deeltjes van verschillende oorsprong en met verschillende chemische en fysische samenstelling. Met betrekking tot de fysische samenstelling zijn de twee meest gebruikte fijn stof parameters gedefinieerd als PM10 en als PM2,5. Aangenomen wordt dat 50-90% van de PM10-fractie bestaat uit PM2,5 (Rombout et al., 2000), afhankelijk van meteorologische omstandigheden en aanwezige dominante bronnen van fijn stof. De emissies van fijn stof vormen een groot risico voor de volksgezondheid. Er zijn steeds meer aanwijzingen dat hoofdzakelijk de kleinere fijn stof deeltjes, zoals dieselroet, en roet veroorzaakt door onvolledige verbranding, het meest schadelijk zijn.

25

5.1.2 Stikstofdioxide Bij de verbranding van aardgas komen stikstofoxiden vrij. Ook hier geldt dat de luchtbalans in de woning van invloed is op een eventuele toename van stikstofdioxideconcentratie binnenshuis. Stikstofdioxide is een oxiderende stof die irritatie van het longslijmvlies tot gevolg heeft. Juist omdat het zo goed oplosbaar is in water zal een groot deel van de geïnhaleerde NO2 verwijderd worden in de longkanalen en vormt salpeterzuur (HNO3). Vervolgens kan dit reageren met vetten en eiwitten om zodoende nitriet anionen en waterstofionen te vormen (Postlethwait en Bidani, 1990). Stikstofdioxide expositie leidt ook in experimenteel onderzoek tot toenemende longinfecties en beïnvloed de longfunctie negatief (Frampton et al., 1991). Er is weinig bewijs vanuit epidemiologisch onderzoek dat blootstelling aan NO2 schadelijke gezondheidseffecten onder de meerderheid van de populatie veroorzaakt.

5.1.3 Koolmonoxide Bij een verstoorde ventilatie, waarbij onvoldoende verse lucht wordt toegevoerd in de ruimte waar een gasblokhaard of gasfornuis wordt gebruikt, zal al spoedig een zuurstof tekort optreden. CO is een giftig geurloos gas dat ontstaat bij onvolledige verbranding van brandstoffen. De giftige eigenschappen van CO zijn in belangrijke mate het gevolg van de grotere affiniteit van zuurstof transporterende eiwitten zoals hemoglobine en myoglobine voor CO. Aangezien de affiniteit van hemoglobine ongeveer 300 keer groter is voor CO dan zuurstof, zal CO de plaats van zuurstof innemen en vormt carboxyhemoglobine (COhb) dat vervolgens de zuurstoftransportcapaciteit van het bloed verlaagd en leidt dus tot verstikking.

5.2 Epidemiologische studies Zowel nationaal als internationaal zijn de laatste decennia toxiciteitstudies gedaan naar fijn stof om meer inzicht te krijgen op de effecten van fijn stof en stikstofdioxide voor de volksgezondheid. In moderne huizen met onvoldoende ventilatie is blootstelling aan deze stoffen een belangrijk aspect van onderzoek. De meeste PM (Particulate Matter) toxiciteitstudies maken gebruik van pure chemicaliën of omringende PM. Binnenshuis gevormde PM verschilt iets van omringende PM in termen van bronnen, grootte en samenstelling. Het is dan ook aannemelijk dat binnenshuis gevormde PM andere toxicologische eigenschappen kan hebben. Tabaksrook is uitvoerig bestudeerd, echter is er weinig toxicologische informatie rondom PM van binnenhuisbronnen voorhanden. Ook is er geen informatie voorhanden die uitspraken doet over de correlatie tussen blootstelling binnen- en buitenshuis, omdat bronnen binnen niet gecorreleerd zijn met buiten. In EPA (2004) worden Long et al. (2001) geciteerd die de in vitro toxiciteit van veertien (14) paar binnens- en buitenshuis PM2,5-monsters bepaald hebben, die verzameld waren in negen (9) huizen rondom Boston. Bioassays van alveolaire macrofagen (AMs) van ratten en meting van de tumor necrose factor (TNF) waren gebruikt om de door deeltjes geïnduceerde voorontstekingresponse te bepalen. De TNF waarden waren significant hoger in AMs blootgesteld aan binnenhuis PM dan degene die blootgesteld waren aan buitenhuis PM. Dit resultaat hield stand ook na normalisatie voor endotoxineconcentraties (gifstof die uit o.a. afgestorven bacteriën vrijkomt), die hoger waren in binnenhuismonsters. Deze auteurs concludeerden dat hun resultaten suggereren dat binnenshuis gevormde deeltjes waarschijnlijk meer bioactief zijn dan omringende deeltjes. PM, in haar verschillende vormen, veroorzaakt veel soorten biologische effecten. Het lijkt waarschijnlijk dat binnenhuis PM meer actief zou zijn dan omringende PM voor sommige effecten en minder voor anderen.

5.2.1 Werking en effecten na blootstelling op de gezondheid In tabel 5.1 is een overzicht gegeven van de werking van fijn stof en stikstofdioxide en de mogelijke effecten op de gezondheid als gevolg van blootstelling aan een hoge concentratie van deze stoffen. Hierbij is onderscheid gemaakt tussen effecten bij kortdurende blootstelling (acute effecten) en bij langdurige blootstelling (chronische effecten). In epidemiologische studies in vooral de Verenigde Staten en Europa zijn consistente verbanden aangetoond tussen het optreden van allerlei gezondheidseffecten en de concentraties van fijn stof (o.a. Katsouyanni et al., 1997; Vedal, 1997; Hoek et al.,1997, Katsouyanni, 2005). In veel van deze studies, de zogenaamde tijdserie studies werden analyses uitgevoerd aan (lange) tijdsreeksen van het dagelijkse voorkomen van een of meer gezondheidseffecten zoals longfunctieveranderingen, ziekenhuisopnamen of sterfte, en de dagelijkse concentraties fijn stof.

26

Tabel 5.1: Werking en effecten op de gezondheid

Werking

Effecten na kortdurende blootstelling *

Effecten na langdurende blootstelling **

Fijn stof

Kan diep in de longen doordringen en zorgt voor afname longfunctie, vaatvernauwing, verhoogde bloedklontering en verhoogde hartslag. Mogelijk kankerkansverhogend.

- Vervroegde sterfte aan alle doodsoorzaken. - Vroegtijdige sterfte aan luchtwegaandoeningen en hart- en vaatziekten.

Stikstofoxiden

Zorgt voor een afname van de longfunctie en afname van de weerstand tegen infecties van het longweefsel

- Toename luchtwegklachten - Verergering astma (vooral bij kinderen). - Toename ziekenhuisopname voor luchtwegaandoeningen en hart- en vaataandoeningen. - Vroegtijdige sterfte aan alle doodsoorzaken. - Vroegtijdige sterfte aan luchtwegaandoeningen en hart- en vaatziekten. - Toename luchtwegklachten. - Toename ziekenhuisopname voor luchtwegaandoeningen en hart- en vaataandoeningen. - Vroegtijdige sterfte aan alle doodsoorzaken. - Vroegtijdige sterfte aan luchtwegaandoeningen en hart- en vaatziekten.

- Toename luchtwegklachten. - Versterkte reactie op allergenen.

* Bij vervroegde sterfte na kortdurende blootstelling gaat het om verzwakte, zieke personen die door acute verergering van gezondheidsklachten enkele dagen tot weken eerder overlijden dan wanneer zij niet waren blootgesteld. **Bij vervroegde sterfte na langdurende blootstelling gaat het om verzwakte, zieke personen die enkele maanden tot maximaal twee jaar eerder overlijden dan wanneer zij niet waren blootgesteld.

De resultaten van deze tijdserie studies duiden op het optreden van acute gezondheidseffecten bij personen met al bestaande aandoeningen aan hart of luchtwegen, waaronder CARA-patiënten. Deze effecten omvatten o.a. een toename in het dagelijkse aantallen ziekten, ziekenhuisopnames en sterfte. Veel tijdseriestudies hebben onderzoek gedaan naar het verband tussen korte termijn variatie in het niveau van zwevende deeltjes in de omringende lucht en de dagelijkse variatie in het sterftecijfer. Vanuit een overzicht van studies uitgevoerd in de Verenigde Staten tussen 1973 en 1986 maken Dockery en Pope (1994) melding dat bij een 10 [μg/m3] toename van PM10 in de omringende lucht een verband kan worden aangetoond met een stijging van ongeveer 1% in het totaal van het sterftecijfer (exclusief ongevallen). Aansluitend onderzoek in de Verenigde Staten maakt melding van een kleiner effect. Een waarde van 0,8% per 10 [μg/m3] toename in PM10 wordt vermeld door Schwarz et al. (1996). Van bijzonder belang was de constatering van een sterke correlatie met kleine deeltjes (1,5% per 10 [μg/m3] PM2,5). Europees onderzoek laat eenzelfde beeld zien. Het Air Pollution and Health; A European Approach (APHEA) project (Touloumi et al., 1997) heeft onderzoek gedaan naar de relatie tussen veranderingen in deeltjes in de omringende lucht en het dagelijkse sterftecijfer in een aantal Europese steden, waarbij de tijdserie studie op iedere locatie eenzelfde opzet had. Een kwantitatieve combinatie van deze resultaten van de individuele steden, leidend tot een eindbepaling van het effect niveau, gaf een klein maar consistent effect te zien van blootstelling aan omringende deeltjes op het sterftecijfer (bij benadering 0,5% per 10 [μg/m3] toename in PM10) over de west Europese steden, ondanks de verschillende klimatologische en milieu condities (Katsouyanni et al., 1997). De gezondheidseffecten bleken echter ook geassocieerd te zijn met de

27

concentraties van gasvormige verontreinigingen als O3, NO2, SO2, CO. Studies naar de lange termijn gemiddelde concentraties fijn stof laten ook effecten zien op de longfunctie, een toename van respiratoire symptomen en een vroegtijdige sterfte, mogelijk met hart- en luchtwegaandoeningen als oorzaak. Hoewel epidemiologische bevindingen consistent zijn, is de causaliteit van de blootstelling-effectrelaties niet aangetoond. Ook is nog onduidelijk wat de mogelijke effectbepalende fracties van componenten van fijn stof zijn. Op basis van epidemiologisch onderzoek in Nederland kan een kwantitatieve schatting worden gemaakt van het jaarlijkse aantal vroegtijdige sterfgevallen en ziekenhuisopnames voor luchtwegaandoeningen in de Nederlandse Bevolking (Hoek et al., 1997; Vonk & Schouten, 1998; Van Aalst et al., 1995). In tabel 5.2 staat het resultaat van deze schatting weergegeven. Hieruit blijkt dat er jaarlijks gemiddeld circa 1% vroegtijdige sterfte en extra ziekenhuisopnames kunnen worden toegeschreven aan blootstelling van de Nederlandse bevolking aan fijn stof. Hoewel het aantal vroegtijdige overlijdensgevallen een aanwijzing is voor de omvang van effecten van luchtverontreiniging op de gezondheid, zegt dit niets over het verlies aan levensduur dat hieraan is gerelateerd. Aangenomen wordt dat het per geval een levensduurverlies betreft van enkele dagen tot een tot twee jaar. Tabel 5.2: Totale sterfte en aantal spoedopnamen in Nederland en de sterfte en spoedopnamen toegeschreven aan de heersende niveaus van luchtverontreiniging door fijn stof (PM10), 1998, (Kruize et al., 2000)

Sterfte Alle oorzaken COPD*** Longontsteking Hart- en vaataandoeningen Spoedopnamen Alle respiratoire aandoeningen Hart- en vaataandoeningen

Totaal aantal 136000 6400 5800 50000

PM10* 1330 (130; 2480) ** 270 (50; 480) 350 (110; 580) 280 (0; 930)

54000

680 (0; 1360)

103000

1060 (50; 2020)

* uitgaande van een jaargemiddelde 24-uurs fijn stofconcentratie van 38 [μg/m3] ** onder- en bovengrens van het 95%-betrouwbaarheidsinterval *** chronic obstructive pulmonary disease

Uit deze onderzoeken blijkt de potentiële relevantie op de implicaties voor de volksgezondheid. Een aandachtspunt in de bovenvermelde studies is de schijnbare afwezigheid van een drempelwaarde voor de onderzochte atmosferische concentraties (Schwarz, 1991, 1992, 1994). De tijdserie studies zijn minder geschikt om een “no effect level” (NEL) te definiëren, een proces dat extrapolatie van de resultaten betreft buiten de blootstellingranges van metingen in de studies. Voor ieder individu geldt dat er beneden een bepaald blootstellingniveau geen significante effecten op de gezondheid optreden, hoewel deze effecten waarschijnlijk over de populatie verschillen. Natuurlijk is er voldoende bewijs dat ouderen en chronisch zieken de belangrijkste risicogroep vormen (Utell en Frampton, 1995; COMEAP, 1995) en, hoewel niet aangetoond in alle studies, een belangrijk sterk verband blijkt te bestaan tussen deeltjesblootstelling en ademhalings- of hart- en vaatoorzaken van overlijden. Gebaseerd op de beschikbare studies voor korte termijn effecten, achten Ostro et al (1996) dat er een sterk bewijs is voor een ongunstig effect van deeltjes op de longfunctie in astmapatiënten. Daarnaast maakt COMEAP (1995) melding dat studies aantonen dat zwevende deeltjes de longfunctie veranderen, speciaal bij kinderen met astma, hoewel zij suggereren dat het effect van ozon belangrijker is, evenzo concludeert Brunekreef et al. (1995) dat de beschikbare informatie toereikend is om dit verband te ondersteunen. Hoewel de lange-termijn-longfunctieveranderingen en ademhalingsziekteverschijnselen niet in alle studies is aangetoond, is er bewijs dat lange termijn verschillen in de omringende zwevende deeltjes geassocieerd mag worden met verschillen in de longfunctie en in het voorkomen van ademhalingsziekteverschijnselen. Er wordt melding gemaakt in studies van effecten onder zowel volwassenen als kinderen voor een range van deeltjesgrootte, inclusief deeltjes die hun oorsprong ontlenen aan de verbranding van fossiele brandstofbronnen (Raizenne et al., 1996 ). Studies van de ademhalingsziekteverschijnselen tonen aan dat hoofdzakelijk kinderen met astma bijzonder gevoelig zijn met betrekking tot lange termijn hoge niveaus zwevende deeltjes in de omringende lucht. Vermindering van de longfunctie onder kinderen in leefgemeenschappen waar de omringende zwevende deeltjes hoog zijn, zijn reden tot bezorgdheid. Indien zulke effecten optreden tijdens de periode van longgroei ondervinden deze kinderen nadelen in hun latere leven (Raizenne et al., 1996).

28

Binnen het bereik van dit literatuuronderzoek gaat het te ver om in te gaan op de negatieve effecten van zwevende deeltjes voor astmapatiënten. Hier volstaat te vermelden dat alle studies tot op heden uitgevoerd, in ruime mate aangeven dat deze groep een verhoogd risico loopt op ernstige gezondheidsproblemen. Ook de depositie van deeltjes in de ademhalingskanalen is onderzocht. Door zorgvuldige studies met radiogelabelde deeltjes bij de mens is het plaatselijk depositiepatroon bepaald waaruit vervolgens wiskundige modellen, van deeltjes in een versimpeld anatomisch model van de long, zijn ontwikkeld (IEH, 2000). De voorbeelden bevatten ook de modellen van de International Commission for Radiological Protection (ICRP) en het LUDEP dosisevaluatieprogramma (Birchall et al., 1991). Deze modellen tonen hoe de depositie van verschillende deeltjesgrootte varieert in de verschillende delen van longvertakkingen. Algemeen geldt (zie figuur 5.1) een depositie minimum voor deeltjes van ongeveer 0,5 [μm] in diameter. Voor deeltjes kleiner dan 1 [μm] in diameter lijken in belangrijke mate neer te slaan in de onderste delen van de ademhalingskanalen (EPA, 2004). Figuur 5.1: Totaal depositie in de ademhalingswegen (als een percentage depositie van de ingeademde hoeveelheid) in mensen als functie van de partikelgrootte.

Alle getoonde waarden zijn gemiddelden met de respectievelijke standaarddeviaties. Partikeldiameters zijn aërodynamisch (MMAD) voor een diameter van ≥ 0,5 [μm] and geometrisch (of diffussie-equivalent) voor die van < 0,5 [μm] (Modified from Schlesinger (1989).

Daarnaast beïnvloeden leeftijd en geslacht het depositiepatroon, hoewel de invloed verschilt in verschillende delen van de ademhalingskanalen. Resumerend kan gesteld worden dat er een verhoging in de depositie van de kleine deeltjes in de onderste delen van de long van de kinderen plaatsvindt vergeleken met die van volwassenen. Ook een groeiend aantal epidemiologische studies vinden ten eerste verbanden tussen omringende PM en toename in hartgerelateerde doods- c.q. ziekte-indicaties. Ten tweede dat het risico van PM gerelateerde harteffecten net zo groot zoniet groter is dan de bijdragen aan ademhalingsoorzaken. Zowel acute als chronische fijn stofblootstelling zijn beschouwd binnen de waargenomen cardiovasculaire ziekte- en doodseffecten. Deze effecten blijken te worden geïnduceerd via directe deeltjes opname in het bloed c.q. via tussenkomst van het zenuwstelsel. Zulke effecten kunnen bijzonder schadelijk zijn voor individuen die al lijden aan ziekteverschijnselen als ischemische hartziekten, hartritmestoornissen en COPD. Op dit moment is er beperkt bewijs vanuit experimenteel gecontroleerde studies aan cardiovasculair gerelateerde effecten in gezonde personen en omringende fijn stofblootstelling. Ghio et al.(2000) en Petrovic et al. (2000), in EPA (2004), vonden bewijs dat omringende niveaus

29

(in de orde van 125 tot 300 [μg/m3]) van geïnhaleerde PM2,5 biochemische veranderingen teweeg kunnen brengen (toename fibrinogeen) in het bloed, suggererend PM gerelateerde toename van protrombose-effecten. Anderzijds, soortgelijke en andere mens- en dierstudies hebben geen veranderingen in andere factoren gerelateerd aan bloedcoagulatie beheersing gevonden. Resumerend kan gesteld worden dat er vanuit sommige laboratoriastudies beperkt bewijs is dat hoge concentraties/dosis van geïnhaleerde of geleidelijk doorgedrongen deeltjes cardiovasculair gerelateerde systemische effecten kan uitoefenen, maar veel van de studies geven conflicterend bewijs, vooral met betrekking tot hartslag, hartslagvariatie of andere elektrocardiogramregistratie van de hartfunctie. Het causale verband tussen PM gerelateerde veranderingen en potentieel levensbedreigende veranderingen in de cardiovasculaire functie moet beter vastgesteld worden om een betrouwbare uitspraak te doen.

30

6 Modellering voor open aardgasverbranding 6.1 Ten geleide In dit hoofdstuk wordt inzichtelijk hoe de concentratie van verbrandingsgassen wordt berekend. Er wordt begonnen met een situatiebeschrijving, zodat duidelijk is waarover de berekeningen worden uitgevoerd. Daarna worden de gebruikte formules toegelicht welke in het rekenmodel worden toegepast. Het rekenmodel zelf is vervaardigd in MS Excel. Aanvankelijk leek een Duits softwaremodel van Samoticha Ingenieursbüro (Samoticha, 2006) een goed vertrekpunt te zijn om berekeningen zonder ingewikkelde onderzoeksopzet te maken. Het betreft een software (rekenmodel) waarin men de samenstelling van het te onderzoeken aardgas invoert. Verder kan men een zekere samenstelling maken van de verbrandingslucht en nog een overmaat lucht (λ) toevoegen. Vervolgens kunnen bepaalde verbrandingsemissies berekend worden. Doch daar enkel het NO-gehalte in de rookgassen hier van nut kon zijn als te bepalen polluent werd dit model terzijde geschoven. Bij de uitgevoerde modellering is er uitgegaan van de ergste situatie, zodat sommige zaken afwijken van de normale situatie. Er wordt uitsluitend een beschrijving van de gebruikte modellering gegeven. De resultaten der uitgevoerde berekeningen worden in het volgende hoofdstuk simulatieresultaten gepresenteerd.

6.2 Situatiebeschrijving De toegepaste modellering heeft betrekking op een stationaire situatie. Dat betekent dat er van een situatie wordt uitgegaan waar een paar bronnen zorgen voor de uitstoot van verbrandingsgassen. Afvoer van deze gassen vindt plaats via de schouw of de dampkap. Verse luchttoevoer voor de verbranding komt tot stand door beperkte ventilatie middels ramen, kieren, openstaande deuren of ventilatieroosters. In het model wordt uitgegaan van een onveranderlijke ventilatievoud van 0,25; dit houdt in dat elke vier uur de betreffende ruimte wordt ververst. Dit is de laagste ventilatievoud die op dit moment in geïsoleerde huizen van toepassing is. Er wordt dus gerekend met de situatie waarin de grootste verontreiniging te verwachten is. De situatie welke wordt gemodelleerd is grafisch wedergegeven in hoofdstuk 4. Er is sprake van een gesloten keuken. Bij een open keuken worden de concentraties gesommeerd. Er wordt uitgegaan van een homogene samenstelling van de lucht in de keuken en woonkamer. Daarnaast is het kamervolume [m3] van belang, de verbrandingsgassen verspreiden zich immers over deze ruimte. In het model wordt uitgegaan van een gemiddelde leefruimte van 125 [m3], waarvan 90 [m3] voor de woonkamer en 35 [m3] voor de keuken. De bronnen in het model zijn een gasfornuis of gasblokken in de open haard. De samenstelling van het aardgas is die van de kwaliteit “Slochteren”, zoals deze in hoofdstuk 4 is vermeld. In het model wordt er tevens uitgegaan van een afname van de verontreinigende stoffen in de tijd na het gebruik van aardgas. De hoogste concentratie wordt bereikt direct na het gebruik van het gastoestel, de piekconcentratie, daarna neemt deze af. Na een etmaal wordt verondersteld dat alle verbrandingsgassen uit de woonkamer zijn verdwenen door ventilatie en afbraak, zodat de berekeningen voor iedere dag opnieuw kunnen worden uitgevoerd. De modellering wordt uitgevoerd voor die situatie en parameters, waar de grootste concentraties te verwachten zijn. Deze situatie is dus de “ergste situatie”; ofwel de “worst case”.

6.3 Beschrijving van de modellering De modellering van de binnenlucht wordt middels een rekenprogramma gedaan in de vorm van een spreadsheet. Er worden dus geen uitgebreide grafische modelleringen uitgevoerd. De spreadsheet bestaat uit de beschreven onderstaande formules. In het rekenmodel wordt eerst de uitstoot van de verbrandingsgassen berekend. Deze uitstoot wordt gebruikt om de concentraties van schadelijke verbrandingsgassen in zowel de keuken als de woonkamer te berekenen.

6.3.1 Schoorsteentrek versus dampkapafzuiging In hoofdstuk 4 is de schoorsteentrek besproken, waarin vooral de lengte van het rookkanaal als belangrijke factor naar voren komt. In deze paragraaf wordt de relatie tussen de luchtafzuiging door de dampkap besproken in relatie met de schoorsteentrek. Er wordt echter uitgegaan van een ergste situatie, waarbij ingezoomd wordt op de schoorsteentrek. Hiermee wordt bedoeld een

31

verstoorde rookgasafvoer. Er wordt derhalve verondersteld dat in de ergste situatie de dampkapafzuiging sterker is dan de schoorsteentrek. Hierdoor wordt er lucht uit de woonkamer en zelfs de schoorsteen gezogen. Direct hieronder wordt bewezen dat deze aanname correct is. De schoorsteentrek ontstaat door het verschil in gewicht tussen een kolom verbrandingsgassen en de even hoge kolom buitenlucht. Door het verschil in temperatuur wordt een trek gevormd die des te sterker is naarmate de temperatuur van de rookgassen hoger en de schoorsteen langer is. Het drukverschil, statische trek of warmtetrek, is gelijk aan het product van de verticale schoorsteenlengte (h) en de gravitatieversnelling (g) vermenigvuldigd met het verschil in dichtheid (Di) van de lucht en de dichtheid (Dg) van de rookgassen. In mathematische notatie: dPs = g * h * (Di - Dg )

[Pa]

(6.1)

Normaal is de verticale schoorsteenlengte 7 meter hoog voor reguliere woning. In de ergste situatie wordt deze lengte voor de modellering gesteld op slechts 1 [m]. Het omslagpunt waar de schoorsteentrek gelijk is aan de dampkapafzuiging bedraagt ongeveer 1,13 [m]. In kleine woningen zoals een semi-bungalow met korte rookkanalen is het risico van de emissie van rookgassen het grootste aangezien hier sprake is van korte schoorstenen. Uitgaande van een plafondhoogte van 2,5 meter en een plat dak met een dikte van 0,30 meter met daarbovenop een gemetseld schoorsteentje van 0,70 meter, bedraagt de verticale schoorsteenlengte 2,50 meter. De afstand tussen de vloer en de kap bedraagt een meter. Dit rookkanaal heeft een vermogen om een drukverschil van 11 [Pa] te creëren. Dit is zes pascal boven de maximaal toelaatbare onderdruk die door een dampkap veroorzaakt mag worden. Het gasliftvermogen in de schoorsteen is dan kritisch laag en er kan gemakkelijk lucht uit de schoorsteen gezogen worden. Hieronder wordt vastgesteld dat een verticale schoorsteenlengte van een (1) meter tot een slecht functionerende schoorsteen leidt. Nu zuigt de dampkap lucht uit de schoorsteenschouw. De valversnelling is 9,81 [m/s2], de woonkamerluchtdichtheid is 1,4 [kg/m3] [Binas tabellenboek (2004)] en die van de rookgassen 0,90 [kg/m3]. Numeriek invullen van formule 6.1 levert op: dPs = 9,81 * 1,0 * (1,4 – 0,95) = 4,4

[Pa]

De berekende onderdruk van 4,4 [Pa] is geringer dan het maximum toelaatbare onderdruk van 5 [Pa]. De dampkap zuigt in die situatie de lucht uit de schoorsteenschouw, zodat er een emissie van verbrandingsgassen de woonkamer in komt.

6.3.2 Concentratieberekening Hieronder zijn de formules gepresenteerd welke voor de berekening van de concentratie van de verontreinigende stoffen (CO, NOx en PM10) toegepast worden. De onderstaande formules zijn uit de literatuur gedestilleerd; er is geen enkele meting verricht. Fbin is de factor welke bepaalt wat de fractie is van de concentratie buitenlucht dat naar binnendringt (Moschandreas D.J., Saksema S., 2002). Is de ventilatievoud ontoereikend om de verbranding van voldoende zuurstof te voorzien, dan kan er meer CO en PM10 ontstaan. Bewoners weten vaak niet dat een gasblokkenvuur speciaal ingeregeld is op een onvolledige verbranding, juist om gele vlammen te ontwikkelen die extra verontreiniging veroorzaken. Deze gele vlammen geven het gasblokkenvuur wel de gezelligheid die door de bewoners verwacht wordt. Door slechte schoorsteentrek en ventilatietekort ontstaat een geleidelijke opbouw van de concentratie van polluenten in de ruimte. In het model wordt een fractie van de totale bronemissie (η) in acht genomen die leidt tot opbouw van verontreiniging in woonkamer en keuken. In het model stellen we dat voor het gasblokkenvuur 5% van de bronemissie langs de schouw ontsnapt door ventilatie verstoringen. Slechte schoorsteentrek ontstaat door een verkeerd schoorsteenontwerp: een schouwdiameter die te klein is, te scherpe bochten of een verkeerd ingeregelde gasbrander. De bewoners treft soms ook wel enige blaam: het sluiten van alle ventilatieroosters boven ramen waardoor de vevo nog geringer wordt. Daarnaast speelt het hebben van geen voorzieningen als ventilatieroosters een belangrijke rol. Een doe-het-zelver die zijn eigen gasblokkenvuur installeert en niet doordrongen is van het feit dat extra ventilatievoorzieningen aangebracht moeten worden loopt extra risico. Benevens de dampkap hebben geïsoleerde (vaak nieuwbouw) huizen vaak een centrale afzuiging die naast de dampkap en het sluiten van roosters gebruikt worden. Indien nieuwe huizen voorzien zijn van warmteterugwineenheden en deze uitgeschakeld worden, valt de ventilatie stil en zal er een beperkte hoeveelheid lucht toegevoerd worden. In deze eenheden bevinden zich filters die dicht kunnen slaan door gebrekkig onderhoud of een foutieve instelling.

32

In de keuken gaan we er vanuit dat slechts 80% van de bronemissie wordt afgezogen. Hier geldt dus dat 20% van de bronemissie de keuken in komt. Direct na de eerste twee formules 6.2 en 6.3 (Moschandreas D.J., Saksema S., 2002), volgt formule 6.4 welke in het rekenmodel is toegepast. Cbinnen (bron)

=

(

Qbron * 1 − e − vevo * t V * vevo

Cbinnen (achtergrond) =

Cachter * Fbin

Cbinnen (model)

Cachter * Fbin +

=

) (

η * Qbron * 1 − e − vevo * t V * vevo

)

[µg/m3]

(6.2)

[µg/m3]

(6.3)

[µg/m3]

(6.4)

Waarin: Cbinnen Cachter Qbron Vevo t η V

= = = = = = =

Fbin

=

Concentratie binnenshuis Achtergrondconcentratie Bronsterkte Ventilatievoud Tijdsduur van gasverbranding Fractie van de bron dat de ruimte bereikt Volume van de betreffende ruimte Fractie Cachter dat naar Cbinnen gaat, voor NOx en CO: 0,385, PM10: 0,70

[μg/m3] [μg/m3] [μg/s] [1/(3600 sec)] [sec] [-] [m3] [-]

6.3.3 Qbron-bepaling Voordat formule 6.4 toegepast kan worden, moet Qbron worden berekend. Alle overige parameters zijn bekend, of worden later gevarieerd. Bij deze variatie wordt bekeken hoe de concentratie zich in de keuken of woonkamer wijzigt ten gevolge van aanpassingen. Deze aanpassingen zijn een andere ventilatievoud en een groter geïnstalleerd bruto vermogen. Maar eerst wordt de Qbron berekend. Vanuit het bruto vermogen van het gastoestel (zoals een gasfornuis of een gasblokkenvuur) wordt berekend wat de Qbron is van CO, NOx en PM10 (fijn stof). De energie-inhoud van 1 kubieke meter aardgas komt overeen met 38004125 [J/m3]. Bij deze energiemaat zijn de hoeveelheden verontreinigende stoffen (emissie) bepaald die vrijkomen bij verbranding (zie tabel 4.7). De concentraties in [mg/m3] in de formules 6.5 tot en met 6.7, zijn de gemeten emissie waarden bij verbranding van 1 kubieke meter aardgas. Door het bruto vermogen van het gastoestel te delen door de energie-inhoud van 1 kubieke meter aardgas en deze te vermenigvuldigen met de gemeten emissie van dit energiegebruik (38004125 [J]), kan de concentratie verontreinigende stoffen bij het gebruik van het gastoestel – bij het gegeven bruto vermogen – worden bepaald. Deze bronsterkte is dan in milligram per seconde (mg/s). Door dit met 1000 te vermenigvuldigen (er gaan 1000 [µg] in 1 [mg]), verkrijgt met de bronsterkte in microgram per seconde (µg/s). Bij deze metingen is geen rekening gehouden met de ventilatievoud. Qbron (CO) = Bruto vermogen [W] * 1000 ⎡ μg ⎤ * 640 ⎡ mg ⎤ ⎢ mg ⎥ ⎢⎣ m 3 ⎥⎦ 38004125 [J/m 3 ] ⎣ ⎦

[µg/s] (6.5)

Qbron (NOx) = Bruto vermogen [W] * 1000 ⎡ μg ⎤ *1504 ⎡ mg ⎤ ⎢ mg ⎥ ⎢⎣ m 3 ⎥⎦ 38004125 [J/m 3 ] ⎣ ⎦

[µg/s] (6.6)

Qbron (PM10) = Bruto vermogen [W] * 1000 ⎡ μg ⎤ *121,6 ⎡ mg ⎤ ⎢ mg ⎥ ⎢⎣ m 3 ⎥⎦ 38004125 [J/m 3 ] ⎣ ⎦

[µg/s] (6.7)

Voor de keuken wordt het bruto vermogen van het gasfornuis (of ander gastoestel) op 10 [kW] gesteld. De bron van de woonkamer - het gasblokkenvuur - op 14,7 [kW]. Hieruit volgt de Qbron voor de keuken en woonkamer per verontreinigende stof voor de standaardsituatie. Deze waarden zijn in de onderstaande tabel 6.1 verenigd. Daarnaast wordt in deze tabel de

33

achtergrondconcentraties evenals de norm van de verontreinigende stoffen CO, NOx en PM10 gepresenteerd. Tabel 6.1: Qbron voor de standaardsituatie met de achtergrondconcentraties en normen

Qbron CO NOx PM10

Keuken [µg/s] 168,4 395,7 32,0

Woonkamer [µg/s] 247,6 581,7 47,0

Concentratieachtergrond [µg/m3] 800 50 35

Norm [µg/m3] 10000 (8h) 200 (24h) 50 (24h)

Bron: RIVM (2004)

6.4 Concentratieverloop van polluenten 6.4.1 Gasgebruik in de keuken Wanneer het aardgas verbrandt, wordt het grootste deel daarvan afgevoerd via de schoorsteen van het gasblokkenvuur of de afzuigende dampkap. Deze afvoer tijdens het verbrandingsproces is afhankelijk van de vevo . Naarmate de vevo groter is, is deze afvoer ook groter. Deze afvoer wordt in formule 6.2 vertaald door de term:

(1 − e

− vevo * t

).

In het rekenmodel is de vevo constant gehouden op 0,25 [1/uur]. Op het begintijdsstip is de concentratie gelijk aan die van Fbin*Ca. Daarna wordt de concentratie hoger door de uitstoot van fijn stof t.g.v. de verbranding. Wanneer dit grafisch uiteengezet wordt – voor de keuken voor fijn stof - dan ontstaat de volgende grafiek: Grafiek 6.1: PM10-concentratieverloop tijdens gasgebruik in de keuken.

Concentratieverloop tijdens gasgebruik

700 Concentratie [microgram/m3]

Concentratieverloop tijdens gasgebruik

600 500 400 300 200 100 0 0

1000

2000

3000

4000

Tijd [sec]

Uit deze grafiek volgt dat de gemiddelde blootstelling van een persoon over een uur voor fijn stof tijdens het gasgebruik 340 [µg/m3] bedraagt. Dit is grafisch bepaald. Het komt ongeveer overeen met 55% van de piekwaarde.

6.4.2 Gasgebruik in de woonkamer Op analoge wijze wordt de concentratie-opbouw voor de woonkamer gedaan. Na vijf uren bedraagt de concentratie 293 [μg/m3]. Wanneer dit grafisch uiteengezet wordt – voor het gasblokkenvuur voor fijn stof - dan ontstaat de volgende grafiek:

34

Concentratieverloop tijdens gasgebruik

350 Concentratie [microgram/m3]

Concentratieverloop tijdens gasgebruik

300 250 200 150 100 50 0 0

5000

10000

15000

20000

Tijd [sec]

Grafiek 6.2: PM10-concentratieverloop tijdens gasgebruik in de woonkamer.

Uit deze grafiek volgt dat de gemiddelde blootstelling van een persoon over vijf uur voor fijn stof tijdens het gasgebruik 175 [µg/m3] bedraagt. Dit is grafisch bepaald. Het komt ongeveer overeen met 60% van de piekwaarde.

6.5 Concentratiebepaling over normperiode De normperiode bedraagt 24 uur voor PM10 en NOx en voor CO 8 uur. De piekconcentratie wordt omgerekend naar de gemiddelde concentratie over de normperiode. In mathematische notatie: Cnormperiode =

tijdsduur * (Cbinnen- Fbin * Cachter)+ Fbin * Cachter normperiode

[µg/m3] (6.8)

Numeriek invullen van formule 6.8 voor de keuken voor de fijn stof PM levert op: Cnormperiode (keuken, PM10) =

1 * (340 − 0,70 * 35) + 0,70 * 35 24

= 37.6

[µg/m3]

Numeriek invullen van formule 6.8 voor de woonkamer voor de fijn stof PM levert op: Cnormperiode (woonkamer, PM10) =

5 * (175 − 0,70 * 35) + 0,70 * 35 24

= 55,9

[µg/m3]

Op analoge wijze worden de concentraties van de overige stoffen berekend.

6.6 Concentratieberekening met variabelen In deze paragraaf wordt duidelijk wat het effect is van een variabele ventilatievoud en een ander geïnstalleerd vermogen. Hiertoe worden aanvullende berekeningen uitgevoerd, doch de formule 6.4 welke gehanteerd is om de concentratie te berekenen blijft belangrijk. Dit is de uiteindelijke vergelijking om de concentratie binnenshuis te berekenen. De aanvullende formules worden gebruikt om de ventilatievoud (vevo) of om een aangepaste bronsterkte (Qbron) in te voeren. Voor de keukenconcentratie waar er sprake is van een zogenoemde “open keuken” – met een directe verbinding tussen keuken en woonkamer – worden de berekende concentraties van zowel de keuken alsook de woonkamer gesommeerd.

6.6.1 Variabele ventilatievoud Voor de berekeningen van de concentraties van de verontreinigende stoffen in de binnenlucht blijven de bovenstaande formules van kracht. Het enige wat gewijzigd is, is de ventilatievoud

35

(vevo) in formule 6.4. Alle overige parameters blijven gelijk. Een uitvoerige bespreking van de berekening kan derhalve achterwege blijven. Wel wordt hieronder de formule 6.4 numeriek weergegeven welke toegepast wordt voor de keuken. Voor de woonkamer en voor de overige verontreinigende stoffen, blijven de bovenstaande getalwaarden van kracht, behoudens de vevo. De vevo wordt systematisch gewijzigd om zo een verband te ontdekken tussen de berekende concentratie en vevo. In de onderstaande formules wordt eerst de concentratie voor de keuken en dan die van de woonkamer berekend. Deze concentraties kunnen direct met de norm vergeleken worden. vevo ⎞ ⎛ − *3600 ⎞ ⎛ ⎟ ⎜ ⎟ 0,20* 32 * 3600* ⎜⎜1 − e 3600 ⎟ ⎜ 1 ⎠ - 0,70* 35⎟ + 0,70* 35 [μg/m3] ⎝ Ckeuken (norm) (PM10) = * ⎜ 0,60* ⎟ 24 ⎜ 35* vevo ⎟ ⎟ ⎜ ⎠ ⎝ vevo ⎛ ⎞ − *18000 ⎞ ⎛ ⎜ ⎟ ⎟ 0,05* 47 * 3600* ⎜⎜1 − e 3600 ⎟ ⎟ Cwoonkamer (norm) (PM10)= 5 ⎜ [μg/m3] ⎝ ⎠ - 0,70* 35⎟ + 0,70* 35 * ⎜ 0,58* 90 * vevo 24 ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠

6.6.2 Variabel gasverbruik Het gasverbruik door de gastoestellen zoals het gasfornuis of gasblokkenvuur wordt gemodelleerd als een aangepast bruto vermogen, zodat de Qbron wordt gewijzigd. Alle overige parameters blijven gelijk om eerlijk te kunnen vergelijken. Hieronder volgt de formule waarmee de concentratie in de keuken wordt berekend met een variabel bruto vermogen, de rest blijft gelijk. De overige berekeningen volgen op analoge wijze. De uitkomsten zijn in alle gevallen in [μg/m3]. −0, 25 Ckeuken (norm) (PM10) = 1 * ⎛⎜ 0,6 * 0,20 *121,6 *1000 * Bruto vermogen* 3600 * (1 − e ) - 0,70 * 35⎞⎟ + 0,70 * 35 ⎜ ⎟ 35 * vevo* 38004125 24 ⎝ ⎠ −1, 25 Cwoonkamer (norm) (PM10) = 5 * ⎛⎜ 0,58* 0,05*121,6*1000* Bruto vermogen* 3600* (1 − e ) - 0,70* 35⎞⎟ + 0,70* 35 ⎟ ⎜ 24 ⎝ 90 * vevo* 38004125 ⎠

6.7 Schoorsteenlengte In een reguliere woning wordt er van uitgegaan dat de schoorsteen normaal functioneert en een verticale lengte heeft van zeven (7,00) meter. Hierdoor is de schoorsteentrek vele malen sterker dan die van de dampkap. Het omslagpunt bevindt zich bij een lengte van 1,13 meter, daarboven is de schoorsteentrek sterker. Er wordt dan geen verbrandingslucht uit de schoorsteen gezogen door de dampkap. De overige parameters als vevo, bronsterkte, kamervolume etc. blijven ongewijzigd.

36

7 Simulatieresultaten 7.1 Ten geleide In dit hoofdstuk worden de resultaten van de uitgevoerde berekeningen met de formules uit hoofdstuk 6 modellering gepresenteerd. Deze berekeningen betreffen de modellering van de concentratie binnenshuis, van de woonkamer en (gesloten) keuken. In dit hoofdstuk worden de resultaten der berekeningen met de standaardgegevens welke in de eerdere hoofdstukken zijn vastgelegd inzichtelijk gemaakt. Tevens wordt een verklaring gegeven voor de gevonden resultaten. Deze verklaring wordt ook voor de andere variabelen (ventilatievoud, bruto vermogen) gegeven. In de bijlagen 1 t/m 6 worden de simulatieresultaten voor de andere variabelen in detail gepresenteerd. Daarnaast worden er grafieken gepresenteerd waarin inzichtelijk wordt wat het concentratieverloop is, wanneer de vevo of bruto vermogen gewijzigd wordt.

7.2 Standaardsituatie 7.2.1 Keuken De resultaten van de berekeningen zoals beschreven in hoofdstuk 6 modellering zijn in de onderstaande tabel 7.1 verenigd. De kolom met als titel “overschrijding” geeft de overschrijding van de vigerende norm weer, zoals deze besproken is in hoofdstuk 3. In de tabel is te zien dat geen enkele stof de norm overschrijdt. In de modellering hebben we de fractie η van de emissie van de gaskookplaat die de keuken in komt op 20% gezet. Vaak is de efficiency van de dampkap slecht en zal er meer verontreiniging de keuken in geëmitteerd worden. Het is aannemelijk dat er dan al gauw overschrijding van de norm zal plaatsvinden. De onderstaande tabel is ook in bijlage 1 te vinden, tezamen met de invoergegevens. Tabel 7.1: Resultaten keuken

Ckeuken (piekconcentratie) 3

Ckeuken (gemiddelde concentratie over de normperiode) 3

Norm

Tijd 3

na 1 uur [µg/m ]

norm [µg/m ]

Overschrijding

[µg/m ]

uur

PM10 606,9

PM10 37,8

nee

50

24

NOx 7203,2

NOx 180,1

nee

200

24

CO 3373,2

CO 378,2

nee

10000

8

7.2.2 Woonkamer De resultaten van de berekeningen zoals beschreven in hoofdstuk 6 modellering zijn in de onderstaande tabel 7.2 verenigd. De kolom met als titel “overschrijding” geeft de overschrijding van de vigerende norm weer, zoals deze besproken is in hoofdstuk 3. In de tabel is te zien dat fijn stof (PM10) en NOx de norm overschrijden. Vanuit de literatuur zijn geen gegevens bekend voor η, de fractie van het verbrandingsgas dat in de woonkamer wordt geëmitteerd. Bij slecht trekkende schoorstenen is het zeer aannemelijk dat de concentratie van verontreinigingen in de woonkamer zullen toenemen. Meten onder de gemodelleerde condities is dan ook aan te bevelen om uitsluitsel te geven over deze concentratie opbouw. De onderstaande tabel is ook in bijlage 2 te vinden, tezamen met de invoergegevens.

37

Tabel 7.2: Resultaten woonkamer

Cwoonkamer (piekconcentratie) 3

Cwoonkamer (gemiddelde concentratie over de normperiode 3

Norm

Tijd 3

na 5 uur [µg/m ]

norm [µg/m ]

Overschrijding

[µg/m ]

uur

PM10 293,0

PM10 55,3

ja

50

24

NOx 3336

NOx 394,1

ja

200

24

CO 1721,0

CO 469,9

nee

10000

8

De achtergrondconcentratie van fijn stof is in Nederland erg hoog, zodat de concentratie van fijn stof binnenshuis zonder enige bron al ongeveer op de helft van de norm van 50 [µg/m3] zit. Bovendien is er sprake van een onvolledige verbranding door het inregelen van gele vlammen en omdat de ventilatievoud vaak niet toereikend is om de benodigde hoeveelheid lucht toe te voeren. Hierdoor stromen de verbrandingsgassen niet volledig de schoorsteen in en bouwt de concentratie van de polluenten op. Dat de norm voor koolmonoxide niet wordt overschreden is te danken aan het feit dat deze norm veel hoger ligt, en wel op 10000 [µg/m3]. Deze norm wordt bij lange na niet gehaald. Stikstofdioxiden worden gevormd bij hoge temperaturen met voldoende zuurstof. Bij een onvolledige verbranding is er juist een tekort aan zuurstof en is de temperatuur lager dan gebruikelijk. Het model geeft een overschrijding aan voor NOx.

7.3 Variabelenbeschouwing Deze paragraaf beschrijft de gevonden effecten van de berekende concentraties, waar er een variabele invoer gehanteerd is. Door een variabele invoer, is eenvoudiger te zien welke effecten het meeste effect hebben om een eventuele overschrijding van de norm tegen te gaan. Per variabele wordt een verklaring gegeven welke het beste bij het gevonden resultaat past. Deze verklaring is niet alleen een beschrijving van de gevonden resultaten, doch wordt ook gepresenteerd in een grafiek met een regressielijn (zie bijlagen 1 t/m 6). Een regressielijn is een statistische vergelijking welke het beste aansluit bij het gevonden verband. Deze is te vinden in de grafiek welke door het softwarerekenprogramma MS Excel berekend is. De correlatiecoëffiënt r - welke erbij is vermeld - is de mate waarmee het gevonden wiskundige verband overeenkomt met de gemeten waarden. In de grafieken wordt dit gepresenteerd als R2. Dit slaat op het gekwadrateerde correlatiecoëffiënt. In de statistiek geldt dat 1- R2, de mate is waarmee de gevonden regressielijn niet verklaard kan worden. Des te verder de correlatiecoëffiënt van de nul (0) verwijderd is, des te beter past het gevonden verband bij de gemeten waarden. Dit betekent dat het model met de werkelijkheid overeen kan stemmen. In elk geval met de eigen toegepaste formules. Verder onderzoek blijft echter noodzakelijk, daar het model een weergave is van formules en een paar metingen. Deze metingen zijn niet voldoende om alle situaties te kunnen staven, maar deze zijn daarvoor toch aangewend. Er zijn nl. geen betere bronnen beschikbaar. De grafieken en tabellen waarop de bespreking van de variabelen zijn te vinden in de volgende paragrafen. Deze bespreking is gebaseerd op de bijlagen 1 t/m 6. Merk op dat de concentratie verontreinigende stoffen stijgt, naarmate de vevo afneemt en de bronsterkte stijgt. Als de vevo nog geringer wordt dan 0,25, dan is het mogelijk dat er een nog grotere zuurstofdeficiëntie heerst in de keuken of woonkamer, zodat letale asfyxie door een te hoge koolmonoxide het gevolg kan zijn. Of doordat de zuurstofconcentratie ([O2]) te gering is. Het beeld van verstikking die geschetst wordt, komt in de praktijk voor. Ook op dit aspect komt het model met de werkelijkheid overeen.

38

7.3.1 Ventilatievoud De ventilatievoud wordt in de berekeningen gevarieerd van 0,25 tot 4. Naarmate de ventilatievoud toeneemt, nemen de concentratie geleidelijk af, met een dalende macht (y = a*x-b). Hierdoor is het met name bij de geringe ventilatievoud aantrekkelijk om deze te verhogen: een verhoging van de ventilatievoud van 0,25 naar 0,50, levert een grotere verbetering op dan een verhoging van de ventilatievoud van 2,00 naar 4,00. Dit wordt duidelijk in de grafieken welke gepresenteerd zijn in de bijlagen 3 en 4.

7.3.2 Bruto vermogen Het bruto vermogen van de gasbrander in de vorm van een kooktoestel (fornuis) of open haard (gasblokkenvuur) wordt hier gevarieerd van 3 tot 21 [kW] voor het gasblokkenvuur en van 2 [kW] tot 14 [kW] voor het gasfornuis. De concentraties van de verontreinigende stoffen stijgen hier volgens een rechte lijn (y = a*x + b). Een verhoging van het bruto vermogen en daarmee het gasverbruik van een gasbrander leidt direct tot hogere concentraties, zowel in de praktijk als in het gehanteerde model. Dit wordt duidelijk in de grafieken welke gepresenteerd zijn in de bijlagen 5 en 6.

7.3.3 Schoorsteenlengte In een normale situatie is er nergens sprake van een overschrijding. Zolang de schoorsteenschouw voldoende trek heeft, is er geen probleem. Een kritische trek ontstaat bij een korter wordend rookgaskanaal. Een veelvoud van de effectieve verticale lengte van tenminste 1,13 meter is noodzakelijk om voldoende gasliftvermogen te garanderen.

39

8 Discussie, conclusie en aanbevelingen In dit laatste hoofdstuk wordt gekeken of de vraagstellingen die in de inleiding gesteld worden ook beantwoord zijn. Er wordt aandacht besteed aan de conclusies die uit het onderzoek naar voren zijn gekomen en de verdere aanbevelingen.

8.1 Discussie Als opdracht voor dit rapport gold aanvankelijk de blootstelling aan verbrandingsemissies binnenshuis. Hout en kolen waren de eerste brandstoffen die binnenshuis aangewend werden voor verwarming en koken of het bereiden van warme maaltijden. Later werd in Vlaanderen voor de verwarming stookolie aangewend en voor het koken werd flessengas of elektriciteit gebruikt. In Nederland echter werd voor beide behoeften al eerder een rechtstreekse overgang gemaakt naar aardgas. Al die tijd werd in beide landen wel de open haard gestookt, weliswaar op hout maar door de energiecrisis werd de vraag naar hout te groot. Het gevolg was dat het sfeerelement, wat de open haard toch is en dit wegens een te laag verwarmingsrendement (zie hoofdstuk 4) eerder kwam te vervallen. Doch het gemis hieraan werd opgevangen door de introductie van het blokkenvuur op gas in de open haard. De gele vlam (wat staat voor onvolledige verbranding) bracht de sfeer terug maar juist dit gegeven is de aanzet tot dit onderzoek. De gaskookplaat daarentegen vergt een blauwe vlam en waar een eventuele gele vlam een slechte afstelling van de brander verraadt staat de blauwe vlam voor een zo volledig mogelijke verbranding. Daar over de verbrandingsemissies van beide apparaten en de blootstelling op de gezondheid van de bewoners zeer weinig relevante informatie te vinden is lijkt het nuttig dit onderzoek als een eerste verkenning te beschouwen. Door de stijgende trends van open aardgasverbranding en de vermindering van op hout gestookte open haarden spitst dit onderzoek zich dus volledig toe op enkel dit aardgas en met name het Slochteren-aardgas dat in Nederland en ook deels in Vlaanderen aangeleverd wordt. Op basis van dit onderzoek kunnen we de gestelde onderzoeksvraag wat de invloed is van open aardgasverbranding (bij gebruik van gas open haard en gaskooktoestel) op de binnenluchtkwaliteit maar ten dele beantwoorden omdat er uitgegaan is van een arbitrair gekozen keuken- en woonkamersituatie. Er is geen uniforme situatie die voor zowel Nederland als Vlaanderen opgaat omdat er te grote verschillen zijn in wooncultuur. Een representatief gelijkopgaand resultaat is voor Nederland en Vlaanderen, met de arbitrair gekozen parameters, in dit model derhalve onmogelijk. De invloed van de verbrandingsemissies op het binnenklimaat is groter naarmate het volume daalt maar is ook van tal van andere factoren afhankelijk, o.a. schoorsteentrek, dampkap, ventilatie en ook de aanwezige achtergrondconcentratie. Wat betreft de vraag over de mogelijke gezondheidseffecten bij blootstelling aan de onderzochte emissies kan men zeggen dat deze zeer reëel zijn en nog duidelijker zichtbaar zullen worden bij woonsituaties met nog meer, ongunstige parameters. De verblijftijd in deze ruimte speelt dan een cruciale rol op de gezondheid van de aanwezigen. De ernst ervan zal hoger liggen bij zwakkeren, kinderen en ouderen maar ook volwassenen die al van nature uit gevoeliger zijn aan deze contaminanten of mogelijk andere allergenen die het effect zouden kunnen versterken. Voor beantwoording van de oorspronkelijke vraag van de opdrachtgever (alle open aardgassystemen binnenshuis) houdt dit in dat nader onderzoek noodzakelijk is. Het probleem blijft dat er geen uniformiteit in de woonsituaties van Nederland en Vlaanderen is. Metingen in op zicht, reeds duidelijke probleemsituaties kunnen als uitgangspunt van dit onderzoek dienen. In de modellering is gebleken dat bij een haast willekeurige situatie, waar arbitraire gegevens zijn gebruikt, reeds resultaten naar voren komen die in de werkelijkheid te verwachten zouden zijn. De geldende advieswaarden van PM10 en NOx werden voor de woonkamer overschreden. De norm voor CO echter in dit geval nog niet maar bij slechtere condities ligt een overschrijding met het eraan verbonden risico steeds op de loer.

40

8.2 Specificatie van de worst-case situatie Teneinde als uitgangspunt te dienen is eerst en vooral een woonsituatie (het gebruikte standaardmodel) vooropgesteld die min of meer aansluit met de beide woonsituaties in Nederland en Vlaanderen. De inhoud van de woonkamer zijnde 90 [m³] en een keukenvolume van 35 [m³] is louter arbitrair gekozen omdat er geen uniformiteit te vinden is in de woonkamer- en keukenvolumes in beide landen. We mogen aannemen dat de volumes meer representatief voor Vlaanderen zijn dan voor Nederland waar de volumes over het algemeen lager liggen. Dit kan waarschijnlijk een weerslag hebben op de resultaten in een vervolgonderzoek. Wel moet hierbij nog opgemerkt worden dat beide ruimten van elkaar afgesloten zijn en niet als één ruimte beschouwd worden. Mocht dit wel het geval zijn dan zal de concentratie van de polluenten, bij het in werking zijn van één bron lager liggen. Zijn beide apparaten gelijktijdig in werking dan worden de concentraties gesommeerd. Men moet dan tevens rekening houden met de mogelijkheid dat bij te een te zware dampkap, lees grotere onderdruk, er rookgassen uit de schoorsteen worden gezogen met een nog hogere stijging van de polluentenconcentraties. Het gebruik van een gemiddelde gaskookplaat in combinatie met een doorsnee dampkap met een maximale afzuigcapaciteit van 400 [m³/h] ligt voor beide landen in dezelfde orde. De afvoerbuis die door vorm, materiaal, obstakels als bochten en vernauwingen een grote invloed heeft op de afvoer en de drukverliezen over de ventilator en leidingen werden in zoverre meegevoerd dat de capaciteit van de dampkap verminderd werd tot de helft (zie hoofdstuk 4). In de modellering komt dit tot uitdrukking door voor de “afzuigefficiency” een factor in te voeren. Deze factor is aangegeven met ŋ (èta) en geeft de fractie van de bron aan die de ruimte bereikt (zie hoofdstuk 6). Bij de berekening van de emissie van de vooropgestelde dampkap is deze gesteld op 20% of: ŋ= 0,20. Ook is weer deze waarde arbitrair gekozen en zal bij stijgende ŋ, of zwakkere dampkapventilator de kans op emissies toenemen. Bij te zware dampkappen kan zich daarentegen de situatie voordoen dat er in de woonkamer zelfs een onderdruk wordt veroorzaakt waardoor mogelijke rookgassen uit de open haard gezogen kunnen worden. Verder kunnen zware ventilatoren zorgen voor geluidsoverlast die de aanvaardbare geluidssterkte in de woning kunnen overtreffen. Voor het gasblokkenvuur geldt uniformiteit voor zowel Nederland als Vlaanderen. Wat betreft de open haardopbouw en de schoorsteendimensies is bij de haardspecialist meestal genoeg ervaring en kennis aanwezig. Dit kan echter niet gezegd worden van de doe-het-zelver die meestal niet op de hoogte is van regels en normen. In het model wordt uitgegaan van een korte schoorsteenlengte (1,00 [m]) en een doorlaat van 400 [cm²]. In de reguliere woningbouw ligt de hoogte van de schoorsteen meestal in een marge van 2,50 [m] tot zelfs meer dan 7,00 [m] (zie hoofdstuk 4).Ook is voor de berekening hier weer de factor [ŋ] ingevoerd en dit met de waarde ŋ =0,05. Welke waarde in het model voor ŋ aannemelijk is, is onbepaald maar de nu reeds lage aangenomen waarde geeft al een hogere waarde van de Cwoonkamer (gemiddelde concentratie over de normperiode ) aan, voor de Norm van PM10 en NOx (zie tabel 7.2). In de berekening zijn de emissiefactoren gebruikt van een gemiddelde van verschillende aardgassoorten in Amerika (EPA, 1998), waarvan het gemiddelde methaangehalte, ligt tussen 80 en zelfs iets boven de 85%. Andere componenten van deze aardgassoorten zijn niet als zodanig vermeld. (tabel 4.7 geeft de emissiefactoren als gemiddelde waarden van deze gassoorten). De verbrandingswaarde van het Slochterengas ligt in de buurt van het gemiddelde van deze gassen. De vevo (het ventilatievoud) werd op 0,25 [1/uur] gesteld omdat dit momenteel technisch haalbaar is. Wat betreft de Fbin (fractie Cachter naar betreffende ruimte) (zie hoofdstuk 6) is voor PM10 (fijn stof) op 0,70 gesteld en voor CO en NOx op 0,385. Bijkomende of extra luchttoevoer via speciale daarvoor te voorziene roosters in eventuele muren, deuren, ramen is op nul (0) gesteld. Ook zijn buiten beschouwing gelaten, infiltraties van stoffen door wijzigingen in weersomstandigheden, seizoenen of andere mogelijke occasionele contaminanten of producten die kunnen ontstaan bij mogelijke onvoorziene reacties. De complexe, en deels onbekende relatie tussen buitenluchtkwaliteit en binnenluchtkwaliteit is in dit onderzoek

41

niet bestudeerd. Onbekend is welke gevolgen deze wisselwerking tussen binnen en buitenlucht heeft op de gevonden onderzoeksresultaten.

8.2.1 Blootstelling In de literatuur is weinig informatie te vinden over de blootstelling aan emissies van polluenten door de specifieke (onvolledige) aardgasverbranding binnenshuis. Het ontbreekt ook aan gemeten concentraties waaraan de bewoners kunnen worden blootgesteld tijdens hun verblijf in de polluentonderhevige ruimten. Uit de emissiefactoren (tabel 4.7) in hoofdstuk 4 kunnen we wel afleiden welke contaminanten er vrijkomen bij het verbranden van aardgas. De waarden hierin zijn echter een gemiddelde van ongelijke situaties en verschillende, in de Verenigde Staten van Amerika gebruikte aardgassoorten. Bij het koken wordt een ononderbroken kookduur of verbranding van één uur vooropgesteld. De blootstelling tijdens dit uur is het hoogst voor degene die (kok) zich het kortst bij de bron bevindt. Maar ondanks afzuiging en ventilatie zal zich in dit uur een hoogste piek voordoen die afneemt na het doven van het vuur en verder daalt naarmate meer lucht ververst wordt. Het effect op andere bewoners hangt af van diens afstand tot de bron en de verblijftijd in de bewuste ruimte. Aandacht verdient ook de naloop van de dampkapventilator om de daling van de polluentconcentraties te versnellen. Deze nalooptijd is een belangrijk aspect van de dampkap. Indien het apparaat niet alle dampen tijdens het koken kan afvoeren, is er een bepaalde bezoedeling van de keukenlucht. Om deze af te voeren, moet men na het koken de dampkap nog even laten draaien. De theoretische tijd kan berekend worden om 95% van de aanwezige luchtbezoedeling te verwijderen. Daartoe moet men ongeveer drie maal het volume van de keuken afzuigen om de lucht voldoende te verversen. De nalooptijd kan uitgedrukt in de volgende formule: T= 3V/Q Waarin: T = nodige nalooptijd [h], V= Volume van de keuken [m³] Q= afgezogen debiet [m³/h] . Een goede vuistregel is de dampkap na het koken 20 à 30 minuten te laten draaien (WTCB, IWONL, 1993). Bij het gasblokkenvuur wordt een ononderbroken verbrandingstijd van vijf uren vooropgesteld. Slechte schoorsteentrek, afstelling van brander (gele vlam versus blauwere vlam), combinatie met te sterke dampkap in werking tijdens het stoken (wegens veroorzaken te grote onderdruk boven 5 [Pa] (zie Hoofdstuk 4), te weinig of te lage ventilatiegraad zijn allemaal factoren die een piek in de polluentconcentratie veroorzaken en waaraan de aanwezige bewoners blootgesteld worden. Deze piekconcentratie zal na het doven van het vuur dalen en de blootstellingsconcentratie afnemen in de tijd en dit met een snelheid afhankelijk van de graad van luchtverversing. Waar in deze studie geen rekening mee wordt gehouden is de graad van vervuiling door de buitenlucht o.a. door de ligging van de woning, aanwezige verkeer, bedrijvigheden in de woonomgeving maar ook andere bronnen van uitstoot, binnenshuis, o.a. roken. Door cumulatie van al deze mogelijk aanwezige factoren kan de bewoner blootstaan aan concentraties aan polluenten die men, als men ze zou meten, hoger zouden kunnen liggen dan in deze worst-case wordt aangetoond. De berekende concentraties worden vergeleken met de 24-uursgemiddelde van PM10 en NOx en het 8-uursgemiddelde van CO. Bij een vevo van 0,25 wordt de ruimte in 4 uur ververst wat bij een nog hogere vevo evenredig versnelt en zal bij het doven van deze occasioneel (resp. èèn en vijf uur) brandende bronnen, de bevuiling waarschijnlijk binnen 8 uur maar zeker na 24 uur veelal binnen die periodes tot het laagste gehalte gedaald zijn.

42

Het blijkt dat er een aantal knelpunten (technisch, gedrag) bij open aardgasverbranding bijdragen tot een verslechtering van het binnenklimaat. Resumerend kan dit alvast voor de dampkap zijn: • een te zwakke dampkap (capaciteit niet in verhouding met de ruimte); • geen of een te korte nalooptijd van de dampkap (20 à 30 minuten na het koken geldt als vuistregel); • geen extra toevoeropeningen voor een goede werking van ventilatie c.q. dampkap, te nauwe en bochtige afvoerkanalen; Bij de open haard kan dit zijn: • het installeren van toestellen met te grote vermogens; • een gebrekkige of te lage schoorsteen met onvoldoende trek; • het gebruik van te sterke dampkappen bij onvoldoende luchttoevoer die een te hoge onderdruk veroorzaken.

8.3 Conclusie Op basis van de modellering wordt aangetoond: dat in de berekening van fijn stof (PM)concentratie, in de worst-case (standaardsituatie) een overschrijding van het 24-uursgemiddelde (50 [μg/m3]) enkel in de woonkamer plaatsvindt .Indien hiervoor geen drempelwaarde opgesteld is betekent dat ongetwijfeld verdere stappen naar verder onderzoek moeten gezet worden; Ook de concentraties van CO en NOx werden berekend. Beide blijven in de keuken onder de gestelde normen. Wel moet hier natuurlijk worden opgemerkt dat in de situatie dat de ventilatie nihil wordt er koolmonoxidevergiftiging op de loer ligt; Voor NOx is er enkel overschrijding in de woonkamer maar deze kan gelegen zijn aan de emissiefactoren uit de Amerikaanse studie (zie tabel 4.7) die in het model gebruikt zijn. Het probleem van NO-vorming speelt alleen bij hoge verbrandingstemperaturen. Het verval tot NO2 heeft in feite weinig relatie met de verbranding zelf. Open verbrandingssystemen zijn onderhevig aan allerlei factoren die in gesloten systemen tot een minimum herleidt kunnen worden. Precieze afstelling van de brander met de juiste overmaat lucht is bij open systemen een haast onmogelijke zaak; De keuze van de ruimte-inhouden van de keuken en woonkamer is louter arbitrair. Er zijn tal van variatiemogelijkheden wegens het niet uniform zijn van de woonsituaties in Vlaanderen en in Nederland waardoor het al niet evident is dat het verkregen resultaat voor beide landen in gelijke mate opgaat. Het is eerder te beschouwen als de test-case voor een meer uitgebreider onderzoek met de noodzakelijke en onontbeerlijke metingen van verschillende keuken-woonkamer combinaties in beide landen.

8.3.1 Gezondheidsrisico’s door blootstelling De gezondheidsrisico’s verbonden aan de emissies van de polluenten PM10, CO en NOx zijn vanuit de literatuur algemeen bekend. De normen en advieswaarden zijn eerder in hoofdstuk 3 reeds aangegeven. Zoals in de worst-case - de verbranding en de blootstelling eraan verbonden - op een gegeven moment een piek bereikt is de (toevallig) aanwezige ook blootgesteld aan een hoogste concentratie. Bij blijvend stoken wordt deze uitstoot constant bij onveranderlijke situatie. Bij het doven van het vuur zal deze piek spontaan dalen maar enkel met die snelheid dat luchtverversing plaatsvindt . Ondanks dat er bij koken wordt uitgegaan van één uur stoken maar bij stoken van de open haard van 5 uur continu en dit naar we mogen aannemen gedurende voor- en najaar en in de volle winterperiode mogen wij toch stellen dat een groter opgezet proefproject toch mogelijk moet zijn. Tot slot moeten wij stellen dat extra ventilatie bij open verbranding binnenshuis echt van prioritair belang is. Dit strookt jammer genoeg niet met de hedendaagse isolatie-eisen met het oog op een zo zuinig mogelijk energieverbruik. Het eist evenwel een bepaalde gedragsverandering om ondanks de nu geldende bouwmaatregelen en strengere voorschriften toch zeker na gebruik van deze verbrandingstoestellen de ruimten te verluchten zodat de concentraties snel tot een veiliger hoogte dalen.

43

8.4 Aanbevelingen Dit milieuadvies beoogt een juiste impuls te geven aan een vervolgstudie van de kwaliteit van het binnenklimaat. De Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (VITO), Mol (B), vindt in dit rapport voldoende aanknopingspunten om het onderzoek verder door te drijven. Teneinde het inzicht dat vanuit de modellering is verkregen zeker te stellen, verdient het aanbeveling om in een aantal woon- en keukensituaties indien mogelijk een meetopstelling te plaatsen. “Meten is weten” zeker in dit geval, maar wordt soms ook vertaald in: “Niet meten is niet weten”. Het verdient evenzeer aanbeveling om de emissiefactoren, bij wisselende omstandigheden, van de hier gebruikte aardgassoorten te bepalen. Ook dit draagt bij aan de reproduceerbaarheid van het model. Het is niet voldoende concentraties en advieswaarden te vergelijken maar ook moet er aandacht besteed worden aan het gedrag van bewoners en gebruikers van deze toestellen. De werkelijke verblijfsduur in een verontreinigde ruimte van de verschillende potentiële risicodragers moet in kaart worden gebracht, dit met het oog op een advies voor zowel kokers en stokers maar ook toevallig aanwezigen. Koken op aardgas is reeds lang ingeburgerd in Nederland. In Vlaanderen is ook een trend merkbaar door de uitbreiding van aardgasnet. Ofschoon er in het model geen overschrijding in de standaardsituatie is berekend in de keuken wordt deze wel bereikt als een afdoende ventilatie ontbreekt. Zoals in hoofdstuk 4 is aangehaald moet het nominaal ventilatiedebiet van de keuken 3,6 [m³/h per m²] vloeroppervlakte bedragen en voor een open keuken is het minimale ventilatiedebiet 75 [m³/h] (Norm NBN D 50-001). Het is logisch dat gecontroleerd wordt of aan deze verplichting voldaan wordt. Bij confirmatie van de resultaten zoals die vanuit de modellering naar voren zijn gekomen moet serieus overwogen worden om aanvullende maatregelen voor te schrijven, middels wet- en regelgeving, tot zekerheidstelling van de kwaliteit van het binnenklimaat. Bij gebruik van open verbrandingstoestellen op aardgas en waar de advieswaarden van de polluenten overschreden worden wordt men acuut blootgesteld, tijdens de ganse duur van de aanwezigheid in de ruimte. Door dagelijks in eenzelfde situatie te gaan verkeren is ophoping van deze contaminanten in het lichaam een zeer reëel gevaar. Een dagelijkse dosis uit de piekconcentratie is voor de koker het grootste gevaar en is een maximale ventilatie bij een accurate afzuiging zuivere noodzaak. In Nederland werd omwille van gebrek aan stapelruimte voor hout en het toch aanwezige aardgas al langer van de open gasblokkenvuren gebruik gemaakt. Ook in Vlaanderen, is door de uitbreiding van het aardgasnet, ook een stijgende trend waar te nemen (Verkoop Barbas: 60 à 70 % is voor Nederland en ongeveer 30% voor België). Er dient de gebruiker op gewezen te worden dat de gele vlam of het sfeerelement een bron van kwalijke emissies is maar ook dat gebruik van dit sfeerelement, gepaste of extra ventilatiemaatregelen eist. Indien het minimale rendement en de maximale belasting van het gasblok in kwestie een bron van verspilling kan zijn is het ook raadzaam dat meer aandacht wordt geschonken aan de volledig gesloten verbrandingssystemen voor gas. Hierbij wordt de verbrandingslucht rechtstreeks via de kortste weg van buitenshuis aangevoerd en de rookgassen door het systeem van concentrische buizen weer rechtstreeks naar buiten gevoerd. Extra ventilatie speelt hierbij dan geen enkele rol in het verbrandingssysteem.

44

Literatuurlijst 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34.

Aalst R.M. van, Bloemen H.J.T. , Bree L. van., Buringh E., Diederen H.S.M.A., Fischer P.H.; Hollander A.E.M. den., Houthuijs D.J.M., Könemann W.H., Lebret E., Loos S. de, Marra M.; Rombout P.J.A., Scheindelen H.J. van. (1995) Kwantitatieve schatting van het gezondheidseffect voor de Nederlandse bevolking door blootstelling aan PM10 (“fijn stof”); RIVM (Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu), rapportnr. 623710 002. Bilthoven Barbas BV. (2006) Gasfolder, producten met karakteristieken. Vrij te raadplegen. 20032006. www.barbas.com; Beyer H. (1973) Lehrbuch der Organischen Chemie.17th Auflage; Binas Tabellenboek (2004) Vijfde druk, Tabel 64B, Wolters Noordhoff; Birchall A., Bailey M.R., James A.C. (1991) LUDEP: A lung dose evaluation programme. Rad Protect Dosim, 38, 167-174; Brandweer Ermelo (2006) Schoorstenen.2006. www.Brandweer-ermelo.nl; Brunekreef B., DockeryD.W., Krzyzanowski M. (1995) Epidemiologic studies on short-term effects of major ambient air pollution components. Environ Health Perspect, 103 (suppl 2); Cabrita, I.;Lopes, H; Gulyurtlu, I. (1996) The Determination of Emissions of Pollutants from Burning Waste Oils. Fuel, v.75, n. 8,p. 940-944; COMEAP (1995) Asthma and Outdoor Air Pollution, Committee on the Medical Effects of Air Pollution, London, UK, HMSO; Dockery D.W., Pope C.A. (1994) III, Acute respiratory effects of particulate air pollution. Annu Rev Public Health, 15, 107-132; Dusseldorp A., Bruggen M. van, Douwes J., Janssen P.J.C.M., Kelfkens G. (2004) Gezondheidkundige advieswaarden binnenmilieu, RIVM rapport 609021029/2004, Bilthoven; Elsevier (1978) Technische Encyclopedie Winkler Prins, Deel 6; EPA United States, Environmental Pollution Agency (1998) Compilation of Air Pollutant Emission Factors, AP,42, US EPA; EPA United States, Environmental Pollution Agency (2004) Air Quality Criteria for Particulate Matter, volume II, 6-9 ~6-18, http://www.epa.gov/, [bezocht 03-02-2006]; EPA United States, Environmental Pollution Agency (2004) Air Quality Criteria for Particulate Matter, volume II, 7-8, http://www.epa.gov/, [bezocht 03-02-2006]; EPA United States, Environmental Pollution Agency (2004) Air Quality Criteria for Particulate Matter, volume I, 5-107, http://www.epa.gov/, [bezocht 03-02-2006]; Europese Unie (1996) Kaderrichtlijn Luchtkwaliteit, Richtlijn 1996/62/EG; Europese Unie (1999) De eerste dochterrichtlijn, Richtlijn 1999/30/EG; Europese Unie (2000) De tweede dochterrichtlijn, Richtlijn 2000/69/EG; Europese Unie (2002) De derde dochterrichtlijn, Richtlijn 2002/3/EG; Europese Unie (2005) De vierde dochterrichtlijn, Richtlijn 2005/107/EG; Frampton M.W., Morrow P.E., Cox C., Gibb F.R., Speers D.M., Utell M.J. (1991) Effects of nitrogen dioxide exposure on pulmonary function and airway reactivity in normal humans, American Review of Respiratory Disorders 143 (3), 522-527; Freijer J.I., Bloemen H.J.Th. (2000) Modeling Relationships between Indoor and Outdoor Air Quality. J. Air & Waste Management Association 20: 292- 300; Ghio A.J., Kim c., Devlin R.B. (2000) Concentrated ambient air particles induce pulmonary inflammation in healthy human volunteers. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 162: 981-988; Habmigern (2003) Use of flue gas analyser for stack monitoring. Info 2003, www.habmigern2003.info; Health Canada (1989) Exposure Guidelines for Residential Indoor Air Quality, A Report of the Federal- Provincial Advisory Committee on Environmental and Occupational Health; Hoek G., Verhoeff A., Fischer P. (1997) Daily Mortality and air pollution in The Netherlands, 1986-1994 Landbouwuniversiteit Wageningen, Rapportnr. 1997-481. Wageningen; IEH (2000) Airborne particles: Exposure in the Home and Health Effects, Leicester, UK, MRC Institute for Environment and Health; Inforgas (1997) Speciaal dossier Nr. Schoorstenen voor huishoudelijke apparaten van het type B1, Belgische Norm NBN D 51-003 Addendum, Jantunen M.J., Katsouyanni K., Knöppel H., Künzli N., Lebret E., Sram R., Zmirou D. (1999); Final Report: Air Pollution Exposure in European Cities: the EXPOLIS Study. EU rapport van EU contracten ENV4-CT96-0202 en ERB IC20-CT96-0061; Katsouyanni K., Touloumi G., Spix C., Schwartz J., Balducci F., Medina S., Rossi G., Woytiniak B., Sunyer J., Bacharova L., Schouten J.P., Ponka A., Anderson H.R. (1997) Shortterm effects of ambient sulphur dioxide and particulate matter on mortality in 12

45

35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43.

44.

45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52.

53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62.

European cities: results from time series data from the APHEA project. Brit Med. J.314: 1658-1663; Katsouyanni K. (2005) Long term effects of air pollution in Europe. Occup Environ Med. 2005 Jul;62(7):432-3; Kruize H., Freijer J.I., Franssen E.A.M., Fischer P.H., Lebret E., Bloemen H.J.Th. (2000) Verdeling van de blootstelling aan fijn stof in de Nederlandse bevolking, RIVM (Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu), rapport 263610005, p 8-9-10; Lee S.C., Li W.M. and Ao C.H. (2002) Atmospheric Environment, Volume 36, Issue 2, Pages 225-237; Long C.M., Suh H.H., Kobzik L., Catalano P.J., Ning Y.Y., Koutrakis P. (2001) A pilot investigation of the relative toxicity of indoor and outdoor fine particles: in-vitro effects of endetoxin and other particulate properties. Environ> Health Prespect. 109: 1019-1026; Ministerie van VROM (2001) Luchtkwaliteit en uw gezondheid, Den Haag; Moschandreas D.J., Saksena S.(2002) Modeling exposure to particulate matter. Chemosphere 2002 Dec;49(9):1137-50: p1145; National Institute of Health (2002) Global Initiative for Asthma, 1-48, www.ginasthma.com; Nederlands Normalisatie-instituut (1991) NEN 2757 Toevoer van verbrandingslucht en afvoer van rook van verbrandingstoestellen – Eisen en bepalingsmethoden. Delft, NNI; Ostro B.D., Lipsett M.J., Das R. (1996) Particulate matter and asthma: A quantitative assessment of the current evidence. In: Proceedings of the Second Colloquium on Air Pollution and Human Health, Utah, USA, The Second Colloquium on Air Pollution and Human Health, pp 4-359-4-381; Petrovic S., Urch B., Brook J., Datema J., Purdham J., Liu L., Lukic Z., Zimmerman B., Tofler G., Downar E., Corey P., Tarlo S., Broder I., Dales R., Silverman F. (2000) Cardiorespiratory effects of concentrated ambient PM 2,5: a pilot study using controlled human exposure. Inhalation Toxicol. 12 (suppl. 1): 173-188; Platts-Mills T.A.E., Woodfolk J.A., Chapman M.D., Heymann P.W. (1996) Changing concepts of allergic disease: the attempt to keep up with real changes in lifestyles. Journal of Allergy and Clinical Immunology 98 (suppl), S297-S306; Postlethwait E.M., Bidani A. (1990) Reactive uptake governs the pulmonary air space removal of inhales nitrogen dioxide. Journal of applied Physiology 68 (2), 594-603; Quartucy, G.C.; Muzio, L.J. (1997) Implementing NOx Control: Research to Application. Progress Energy Combustion Science, v.23, p.233-266; Raizenne M., Neas L.M., Damokosh A.I., Dockery D.W., Spengler J.D., Koutrakis P., Ware J.H., Speizer F.E. (1996) Health effects of acid aerosols on North American children: Pulmonary function. Environ Health Perspect, 104, 506-514; RIVM (2001) Normen en grenswaarden; RIVM (2004) Gezondheidkundige advieswaarden binnenmilieu, RIVM rapport 609021029/2004; RIVM (2005) Binnenmilieu, http://www.rivm.nl/gezondheidenmilieu/themas/Binnenmilieu; Rombout P.J.A., Bloemen H.J.Th., Bree L. van, Buringh E., Cassee F.R., Fischer P.H., Freijer J.L., Kruize H., Marra M., Opperhuizen A. (2000) Health risks in relation to air quality, especially particulate matter-Interim report, RIVM(Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu ), report no. 650010 020, Bilthoven; Samoticha Ingenieursbüro (2006) “Air and Flue Gas Engineering”, HS-Fire software. Geraadpleegd 01/2006 www.samoticha.de; Schwarz J. (1991) Particulate air pollution and daily mortality in Detroit. Environ res, 56, 204-213; Schwarz J. (1991/1992) Particulate air pollution and daily mortality : A synthesis. Public Health, Rev, 19, 39-60; Schwarz J. (1994) Air pollution and daily mortality: A review and meta analysis. Environ Res ,64, 36-52; Schwarz J., Dockery D.W., Nea L.M. (1996) Is daily mortality associated specifically with fine particles., Air Waste Manage Assoc, 46, 927-939; Slob R., Walda I. (2003) GGD, Luchtkwaliteit en gezondheid in Rijnmond. Berekening van gezondheidseffecten bij de bevolking. Rotterdam; Staatsblad (2001) nr 269; Staatsblad (2005) nr 316; Staatsblad (2005) nr 398; Sterke F. de (1977) “Open haarden welbeschouwd.” Kluwer Technische boeken BV, Deventer-Antwerpen, eerste druk 1977;

46

63. Tilborghs G., Wildemeersch D., Schrijver de K., (2005) Brochure van de Vlaamse Gezondheidsinspectie (3de editie) p.40; Depotnummer D/2005/3241/292; 64. Touloumi G., Katsouyanni K., Zmirou D., Schwarz J., Spix C., Ponce de Leon A., Tobias A., Quennel P., Rabczenko D., Bacharova L., Bisanti L., Vonk J.M., Pönkä A. (1997) Short-term effects of ambient oxidant exposure on mortality; A combined analysis within the APHEA project. Am J Epidemiol, 146, 177-185; 65. Utell M.J., Frampton M.W. (1995) Particles and mortality: A clinical perspective. Inhal Toxicol, 7, 645-655; 66. Vedal S. (1997) Ambiant Particles and Health: Lines that Divide. J. Air & Waste Management Association 47: 551-581; 67. Vlaamse Milieumaatschappij (2005) Milieurapport Vlaanderen, MIRA-T 2005; 68. Volkmer R.E., Ruffin R.E., Wigg N.R., & Davies N. (1995) The prevelance of respiratory symptoms in South Australian preschool children. 2. Factors associated with indoor air quality; 69. J Paediiatr, Child Health 31, 116-120; 70. Vonk J.M., Schouten J.P. (1998) Daily emergency hospital admission and air pollution in The Nederlands 1982-1986 and 1986-1995. RU Groningen, VROM reg#96.140072; 71. Vuur. Lyons, John W (1988) (Fire) Wetenschappelijke Bibliotheek. Deel 14; 72. WGO (2000) The Right to Healthy Indoor Air, Report on a WHO meeting, WHO, Bilthoven; 73. WHO (2000) Air Quality Guidelines for Europe, Second Edition, WHO regional publications, European series, No 91; 74. Wijk C.J.H. van (1997) Polytechnisch Zakboekje 48° druk; 75. WTCB J.P. Brialmont, (1993) IWONL Onderzoeksproject, nr. CI1/4/7671/090, Technisch Komitee Hygrotermie & Binnenklimaat “Werkgroep” Keukenventilatie; 76. WTCB (1997) Woningventilatie, P.Wouters Deel 2: Uitvoering en prestaties van ventilatiesystemen; 77. WTCB Schietecat Jacques,Delmotte Christophe,De Cuyper Karel (1999) “Gastoestellen voor verwarming en warmwaterproductie, 21-31;

47

Bijlagen rekenresultaten 1. Keuken (standaardsituatie) Keuken η

0,20

[-]

Volume:

35

[m3]

Eaardgas

3,800E+07

[J/m3]

Cachter

Bruto vermogen 1,000E+04

[W]

NOx:

40

Vevomodel

0,25

[1/uur]

CO:

800

Kooktijd Fbin

3600 0,385

[seconden] [-]

PM10:

35

FbinPM10

0,70

[-]

Uitstoot

CO

NOx

PM10

1 [m3] aardgas

640,0

1504,0

121,6

[mg/m3]

Qbron

168,4

395,7

32,0

[μg/s]

Ckeuken (gemiddelde concentratie normperiode) [µg/m3]

Norm

Tijd

Overschrijding [µg/m3] uur

PM10 37,8

nee

50

24

NOx 180,1

nee

200

24

CO 378,2

nee

10000

8

48

2. Gasblokkenvuur (standaardsituatie) Gasblokkenvuur (open haard) η

0,05

[-]

Volume:

90

[m3]

Eaardgas 3,800E+07 Bruto vermogen 1,470E+04

[J/m3] [W]

NOx:

Cachter 40

Vevomodel

0,25

[1/uur]

CO:

800

Kooktijd Fbin

18000 0,385

[seconden] [-]

PM10:

35

FbinPM10

0,70

[-]

Uitstoot

CO

NOx

PM10

1 [m3] aardgas Qbron

640,0 247,6

1504,0 581,7

121,6 47,0

Cwoonkamer (gemiddelde concentratie normperiode) [µg/m3]

Norm

Tijd

Overschrijding [µg/m3] uur

PM10 55,3

ja

50

24

NOx 395,9

ja

200

24

CO 469,9

nee

10000

8

49

[mg/m3] [μg/s]

3. Keuken (aangepaste ventilatievoud) Keuken η

0,20

[-]

Volume:

35

[m3]

Eaardgas 3,800E+07 [J/m3] Bruto vermogen 1,000E+04 [W]

NOx:

Cachter 40

Vevomodel

0,25

[1/uur]

CO:

800

Kooktijd Fbin

3600 0,385

[seconden] [-]

PM10:

35

FbinPM10

0,70

[-]

Uitstoot

CO

NOx

PM10

1 [m3] aardgas Qbron

640,0 168,4

1504,0 395,7

121,6 32,0

Ckeuken (gemiddelde concentratie normperiode)

Vevo

Overschrijding Norm

norm [µg/m3]

[1/uur]

PM10 37,8 36,4 35,1 34,0 32,3 31,0 29,3

0,25 0,50 0,75 1,00 1,50 2,00 3,00

nee nee nee nee nee nee nee

50 50 50 50 50 50 50

24 24 24 24 24 24 24

0,25 0,50 0,75 1,00 1,50 2,00 3,00

nee nee nee nee nee nee nee

200 200 200 200 200 200 200

24 24 24 24 24 24 24

0,25 0,50 0,75 1,00 1,50 2,00 3,00

nee nee nee nee nee nee nee

10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000

8 8 8 8 8 8 8

NOx 180,5 162,2 146,7 133,3 112,0 96,1 74,5 CO 518,7 495,4 475,6 458,6 431,4 411,0 383,4

[mg/m3] [μg/s]

Tijd

[µg/m3] uur

50

Gemiddelde concentratie PM10 versus ventilatievoud Concentratie fijn stof [μg/m3]

45,0 40,0 35,0 30,0 25,0

y = 33,507x-0,105 R2 = 0,9674

20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

Ventilatievoud [1/uur]

Gemiddelde concentratie NOx versus ventilatievoud Concentratie NOx [μg/m3]

250,0

200,0

150,0

y = 123,25x -0,3537 R2 = 0,9318

100,0

50,0

0,0 0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

Ventilatievoud [1/uur]

Gemidelde concentratie CO versus ventilatievoud 600,0

Concentratie CO [μg/m3]

-0,1235

y = 449,89x

500,0

2

R = 0,9652 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

Ventilatievoud [1/uur]

51

3,00

3,50

4. Gasblokkenvuur (aangepaste ventilatievoud) Woonkamer η

0,05

[-]

Volume:

90

[m3]

Eaardgas 3,800E+07 [J/m3] Bruto vermogen 1,470E+04 [W]

NOx:

Cachter 40

Vevomodel

0,25

[1/uur]

CO:

800

Kooktijd Fbin

18000 0,385

[seconden] [-]

PM10:

35

FbinPM10

0,70

[-]

Uitstoot

CO

NOx

PM10

1 [m3] aardgas Qbron

640,0 247,6

1504,0 581,7

121,6 47,0

Cwoonkamer (gemiddelde concentratie normperiode)

Vevo

Overschrijding Norm

norm [µg/m3]

[1/uur]

[mg/m3] [μg/s]

Tijd

[µg/m3] uur

PM10 55,3

0,25

ja

50

24

44,3 38,5 35,2 31,7 29,9 28,1

0,50 0,75 1,00 1,50 2,00 3,00

nee nee nee nee nee nee

50 50 50 50 50 50

24 24 24 24 24 24

0,25 0,50 0,75 1,00 1,50 2,00 3,00

ja ja nee nee nee nee nee

200 200 200 200 200 200 200

24 24 24 24 24 24 24

0,25 0,50 0,75 1,00 1,50 2,00 3,00

nee nee nee nee nee nee nee

10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000

8 8 8 8 8 8 8

NOx 395,9 260,1 189,0 147,8 104,2 82,1 59,8 CO 793,7 620,4 529,6 477,0 421,4 393,1 364,7

52

gemiddelde concentratie PM10 versus ventilatievoud Concentratie fijn stof [μg/m3]

45,0 40,0 35,0 30,0 25,0

y = 33,507x-0,105

20,0

R2 = 0,9674

15,0 10,0 5,0 0,0 0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

Ventilatievoud [1/uur]

Gemiddelde concentratie NOx versus ventilatievoud Concentratie NOx [μg/m3]

450,0 400,0 350,0 300,0 250,0 200,0 y = 144,1x-0,7784 R 2 = 0,9957

150,0 100,0 50,0 0,0 0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

Ventilatievoud [1/uur]

Gemiddelde concentratie CO versus ventilatievoud

Concentratie CO [μg/m3]

600,0 y = 449,89x -0,1235 R2 = 0,9652

500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

Ventilatievoud [1/uur]

53

3,00

3,50

5. Keuken (aangepast gasverbruik) Keuken η

0,20

[-]

Volume:

35

[m3]

Eaardgas 3,800E+07 [J/m3] Bruto vermogen 1,000E+04 [W]

NOx:

Cachter 40

Vevomodel

0,25

[1/uur]

CO:

800

Kooktijd Fbin

3600 0,385

[seconden] [-]

PM10:

35

FbinPM10

0,70

[-]

Uitstoot

CO

NOx

PM10

1 [m3] aardgas Qbron

640,0 168,4

1504,0 395,7

121,6 32,0

Ckeuken (gemiddelde concentratie normperiode)

Vermogen

Overschrijding Norm

norm [µg/m3]

[W]

PM10 28,5 32,5 36,5 40,5 44,5 48,5 52,5

3000 6000 9000 12000 15000 18000 21000

NOx 64,9 114,4 164,0 213,5 263,0 312,5 362,1 CO 371,2 434,4 497,7 560,9 624,1 687,3 750,5

[mg/m3] [μg/s]

Tijd

[µg/m3]

uur

nee nee nee nee nee nee ja

50 50 50 50 50 50 50

24 24 24 24 24 24 24

3000 6000 9000 12000 15000 18000 21000

nee nee nee ja ja ja ja

200 200 200 200 200 200 200

24 24 24 24 24 24 24

3000 6000 9000 12000 15000 18000 21000

nee nee nee nee nee nee nee

10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000

8 8 8 8 8 8 8

54

Gemiddelde PM10 versus vermogen Concentratie fijn stof [μg/m3]

60,0 50,0 y = 0,0013x + 24,5 R2 = 1

40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0

5000

10000

15000

20000

25000

Vermogen [W]

Gemiddelde concentratie NOx versus vermogen Concentratie NOx [μg/m3]

400,0 350,0 300,0 250,0 y = 0,0165x + 15,4 R2 = 1

200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 0

5000

10000

15000

20000

25000

Vermogen [W]

Gemiddelde concentratie CO versus vermogen 800,0

Concentratie CO [μg/m3]

700,0 600,0 y = 0,0211x + 308 R2 = 1

500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 0

5000

10000

15000

Vermogen [W]

55

20000

25000

6. Gasblokkenvuur (aangepast gasverbruik) Woonkamer η

0,05

[-]

Volume:

90

[m3]

Eaardgas 3,800E+07 [J/m3] Bruto vermogen 1,470E+04 [W]

NOx:

Cachter 40

Vevomodel

0,25

[1/uur]

CO:

800

Kooktijd Fbin

18000 0,385

[seconden] [-]

PM10:

35

FbinPM10

0,70

[-]

Uitstoot

CO

NOx

PM10

1 [m3] aardgas Qbron

640,0 247,6

1504,0 581,7

121,6 47,0

Cwoonkamer (gemiddelde concentratie normperiode)

Vermogen

Overschrijding Norm

norm [µg/m3]

[W]

PM10 30,8 37,1 43,3 49,6 55,9 62,2 68,4

3000 6000 9000 12000 15000 18000 21000

NOx 93,0 170,7 248,3 326,0 403,6 481,3 558,9 CO 407,1 506,3 605,4 704,5 803,6 902,8 1001,9

[mg/m3] [μg/s]

Tijd

[µg/m3]

uur

nee nee nee nee ja ja ja

50 50 50 50 50 50 50

24 24 24 24 24 24 24

3000 6000 9000 12000 15000 18000 21000

nee nee ja ja ja ja ja

200 200 200 200 200 200 200

24 24 24 24 24 24 24

3000 6000 9000 12000 15000 18000 21000

nee nee nee nee nee nee nee

10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000

8 8 8 8 8 8 8

56

Gemiddelde concentratie PM10 versus vermogen Concentratie fijn stof [μg/m3]

80,0 70,0 60,0 50,0

y = 0,0021x + 24,5 R2 = 1

40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0

5000

10000

15000

20000

25000

Vermogen [W]

Gemiddelde concentratie NOx versus vermogen Concentratie NOx [μg/m3]

600,0 500,0 400,0

y = 0,0259x + 15,4 R2 = 1

300,0 200,0 100,0 0,0 0

5000

10000

15000

20000

25000

Vermogen [W]

Gemiddelde concentratie CO versus vermogen

Concentratie CO [μg/m3]

1200,0 1000,0 y = 0,033x + 308 R2 = 1

800,0 600,0 400,0

200,0 0,0 0

5000

10000

15000

20000

Vermogen [W]

57

25000

faculteit Natuurwetenschappen Open Universiteit Nederland Postbus 2960 6401 DL Heerlen, NL tel. 045-5762877 [email protected] www.ou.nl/nw