Wann die Luft rein ist: Feinstaubsensoren gegen Gesundheitsrisiken

Die Bilder gingen um die Welt: In Asiens Großstädten wie Peking ist die Luft durch Auto- und Industrieabgase zeitweise so verschmutzt, dass die Sicht auf lediglich 50 Meter begrenzt ist. Für die Gesundheit bedeutet das eine extreme Belastung: Durch die hohe Schadstoffbelastung können Atemwegserkrankungen sowie Störungen des Herz-Kreislauf-Systems und sogar Lungenkrebs ausgelöst werden. Die Max-Planck-Gesellschaft rechnet für China zirka mit 1,4 Mio. Toten jährlich infolge der Luftverschmutzung. In Deutschland beträgt diese Zahl immerhin noch etwa 35.000 Todesopfer.

Feinstaubmessung Schweißrauch | Grafik: Dr. Födisch Umweltmesstechnik AG

Feinstaubmessung Schweißrauch | Grafik: Dr. Födisch Umweltmesstechnik AG

Schuld daran ist jedoch nicht nur Smog – auch in Innenräumen wie in Industriehallen kann Arbeitern durch gefährlichen Feinstaub schlichtweg die Luft wegbleiben. Zusätzlich mindert eine zu hohe Staubkonzentration die Produktqualität, etwa beim Lackieren von Fahrzeugen. Um solchen Risiken vorzubeugen, hat die Dr. Födisch Umweltmesstechnik AG den Feinstaubsensor FDS 15 entwickelt, der präzise die Staubbelastung misst und die Daten anschaulich über verschiedene Schnittstellen ausgibt. Mit diesem Wissen können Lüftungsanlagen effizienter gesteuert und Krankheitsfälle sowie Produktmängel vermieden werden.

Der Mensch atmet täglich etwa 15.000 Liter Luft ein und aus, weshalb diese möglichst sauber sein sollte, um die Gesundheit nicht zu gefährden. Verschiedene Luftreinhaltungsvorschriften auf nationaler sowie europäischer Ebene versuchen daher, das Feinstaubaufkommen einzugrenzen. Seit 2015 gelten europaweit Grenzwerte von 25μg/m3 im Jahresmittel bei Partikelgrößen kleiner 2,5 μm (PM 2,5) sowie ein Jahresmittelwert von 40μg/m3 bei PM 10, die im Laufe der nächsten Jahre weiter herabgesetzt werden sollen.

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„Diese Werte gelten jedoch nur für die Außenluft. Für Innenräume wurden bisher noch keine allgemein gültigen Richtwerte festgelegt“, erklärt Dr. Holger Födisch, Vorstand der Dr. Födisch Umweltmesstechnik AG. Dabei wäre es sinnvoll, auch dort regelmäßige Überprüfungen anzuordnen, denn besonders in der Industriebranche wie etwa in der Metallbearbeitung entstehen während verschiedener Produktionsprozesse Feinstaubpartikel, die schwere gesundheitliche Folgen für die dort tätigen Arbeiter haben können. „Obwohl in den Technischen Richtlinien für Gefahrstoffe (TRGS), die von der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin herausgegeben wurden, unter anderem Grenzen zu Feinstaubkonzentrationen festgelegt sind, werden die Werte in den meisten Unternehmen höchstens ein- bis zweimal im Jahr überprüft“, so Födisch weiter.

FDS-15 - Obwohl im Außenbereich Grenzwerte für Feinstaub festgelegt wurden, wird die Einhaltung in Innenräumen von Unternehmen bisher nur sehr selten überprüft, da die Geräte oft zu unhandlich und zu teuer waren. Deshalb hat die Dr. Födisch Umweltmesstechnik AG den FDS 15 entwickelt, der einfach zu bedienen ist und in jeder Umgebung installiert werden kann. | Foto: Dr. Födisch Umweltmesstechnik AG

FDS-15 – Obwohl im Außenbereich Grenzwerte für Feinstaub festgelegt wurden, wird die Einhaltung in Innenräumen von Unternehmen bisher nur sehr selten überprüft, da die Geräte oft zu unhandlich und zu teuer waren. Deshalb hat die Dr. Födisch Umweltmesstechnik AG den FDS 15 entwickelt, der einfach zu bedienen ist und in jeder Umgebung installiert werden kann. | Foto: Dr. Födisch Umweltmesstechnik AG

Bisherige Messgeräte seien teuer und unhandlich Während in China mit mehreren tausend Messstellen längst flächendeckende Überwachungsnetzwerke in Ballungszentren existieren, deren Ergebnisse rund um die Uhr im Internet abgerufen werden können, wird die Grenzwerteinhaltung in Deutschland lediglich an circa 500 Messstationen überprüft. Nur von wenigen Bundesländern werden die Messdaten online, stundenaktuell zur Verfügung gestellt. Diese Messungen sind jedoch technisch aufwendig gestaltet und entsprechend kostenintensiv, so dass sie sich nur bedingt für die Messung in Innenräumen eignen. Deshalb hat Födisch als günstige Alternative einen Feinstaubsensor entwickelt, der lediglich 130 x 160 x 90 mm misst und mit einem Gewicht von 2 kg leicht und handlich ist. Das Gerät besitzt zwei optische Sensoren, die den Staubgehalt auf Basis der Streulichtmessung ermitteln. In der Standardausführung wird damit ein Staubgehalt von 3 bis zirka 200 μg/m3 nachgewiesen. Die angesaugte Luft wird dabei auf 50 °C vorkonditioniert und konstant auf diesem Niveau gehalten, um vergleichbare Messresultate zu erhalten.

Generell kann das System bei Umgebungstemperaturen von -20 bis +50 °C und selbst bei einer Luftfeuchtigkeit von 100 Prozent noch fehlerfrei arbeiten. Durch einen integrierten Lüfter findet eine Zwangsdurchströmung statt, die für den nötigen Luftaustausch sorgt. Der FDS 15 hat ein robustes Aluminiumgehäuse mit dem Schutzgrad IP23, wodurch auch eine wetterunabhängige Außenluftmessung möglich ist. Der Feinstaubsensor verfügt daneben über verschiedene gängige Schnittstellen wie RS 485, sodass die Daten bequem auf dem PC überwacht oder an ein Smartphone gesendet werden können. Der Anwender entscheidet dabei selbst, in welchem Abstand die Messungen erfolgen sollen. Die Installation erfordert keine besonderen Kenntnisse; der Betrieb erfolgt äußerst wartungsarm. Durch seine kompakte Gestaltung kann das Gerät sowohl stationär als auch mobil genutzt werden. Intelligente Vernetzung möglich Abhängig von der jeweiligen Kalibrierung lässt sich das Gerät auf verschiedenen Gebieten einsetzen. So ist es neben der eigentlichen Feinstaubmessung in Büros und Produktionsbereichen möglich, in Verbindung mit anderen Messgeräten die Luftgüte zu überprüfen, so dass der Staubgehalt zum Beispiel mit CO2-Werten oder NOX-Werten im Gesamtkontext betrachtet werden kann. Daneben kann der FDS 15 auch mit Wetterstationen – etwa an Flughäfen – vernetzt werden.

Das Feinstaubmesssystem besitzt zwei optische Sensoren, die den Staubgehalt auf Basis der Streulichtmessung ermitteln. Das Gerät kann individuell kalibriert werden – so lässt es sich etwa auf die Messung unterschiedlicher Staubarten wie Schweißrauch oder silikatische Stäube einstellen – und verfügt über verschiedene Schnittstellen zur Ausgabe der Daten. | Foto: Dr. Födisch Umweltmesstechnik AG

Das Feinstaubmesssystem besitzt zwei optische Sensoren, die den Staubgehalt auf Basis der Streulichtmessung ermitteln. Das Gerät kann individuell kalibriert werden – so lässt es sich etwa auf die Messung unterschiedlicher Staubarten wie Schweißrauch oder silikatische Stäube einstellen – und verfügt über verschiedene Schnittstellen zur Ausgabe der Daten. | Foto: Dr. Födisch Umweltmesstechnik AG

Ebenso lässt sich die Funktionalität von Filteranlagen überwachen. Zusätzlich verfügt der Sensor über einen Vorabscheider, um alveolengängige Partikelfraktionen (PM 2,5) analysieren zu können, sowie über ein WLAN-Modul. Werden zu hohe Messwerte erreicht, ist die Auslösung eines Alarms einstellbar, der etwa an das Smartphone eines leitenden Mitarbeiters gesendet wird, so dass dieser entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten kann. Das wirkt sich nicht nur positiv auf die Gesundheit der Mitarbeiter aus – auch in einer Lackiererei beschädigen zu hohe Feinstaubkonzentrationen zum Beispiel den Lack und mindern die Qualität und damit den Wert des Produktes erheblich. Durch regelmäßige Messungen könnte solchen Produktionsfehlern vorgebeugt werden. Födisch verfolgt außerdem die Entwicklungen der Industrie 4.0 ganz genau und hat dort bereits Möglichkeiten ausgelotet, um den Feinstaubsensor mit dem Vernetzungsgedanken in Einklang zu bringen.

„Derzeit überprüfen wir, ob die Feinstaubmessung auch mit der Steuerung von Lüftungs- und Absauganlagen verbunden werden kann“, erläutert Födisch. Zu hohe Messwerte könnten die Lüftungsanlagen dann zum Beispiel automatisch anlaufen lassen oder bei niedrigen Werten im grünen Bereich abschalten. „Das fördert nicht nur die Gesundheit der Mitarbeiter, sondern spart auch Energiekosten und sichert die Produktqualität“, ergänzt der Vorstand.