IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 10/1999, Seite 48 ff.


KLIMATECHNIK


Volumenstrombestimmung für Lüftungsanlagen

nach dem MAK-Wert

In den vorausgegangenen Fachbeiträgen in IKZ-HAUSTECHNIK 23/98 und 4/99 beschrieb der Autor die Volumenstrombestimmung für Lüftungsanlagen nach der Außenluftrate und der Luftwechselzahl. In dieser Ausgabe wird die Bestimmung des Volumenstromes für Lüftungsanlagen nach der maximalen Arbeitsplatz-Konzentration (MAK-Wert) vorgestellt.

Bei dieser Methode werden die stündlich an die Raumluft abgegebenen Schadstoffe (Arbeitsstoffe) und die zulässige Schadstoffkonzentration zugrunde gelegt. Den Außenluftvolumenstrom berechnet man nach folgender Gleichung:

(Außenluft = Zuluft)

Außenluftvolumenstrom in m3/h

Schadstoffmenge (Gase, Dämpfe, Schwebestoffe), z.B. in ml/h oder mg/h

Ki

Zulässige Konzentration des Schadstoffes im Raum ml oder mg je m3 Raumluft (MAK-Wert)

Ka

Die in der Zuluft (i. allg. Außenluft) vorhandene Schadstoffkonzentration in ml/m3 bzw. mg/m3. Sie kann sehr oft mit Null eingesetzt werden, wenn die Außenluft einigermaßen frei von Schadstoffen ist.

Der MAK-Wert (Maximale Arbeitsplatz-Konzentration) ist die höchstzulässige Konzentration eines Arbeitsstoffes in der Luft am Arbeitsplatz, die im allgemeinen die Gesundheit der Beschäftigten nicht beeinträchtigt und diese auch nicht unangemessen belästigt.

Folgerungen und weitere Hinweise für die Auslegung

1. Beim MAK-Wert wird in der Regel eine 8stündige Dauer bei Einhaltung einer durchschnittlichen Wochenarbeitszeit von 40 Stunden zugrunde gelegt.

Dabei handelt es sich um einen 8-Stunden-Mittelwert, denn die Konzentration kann im Laufe des Tages sehr schwanken. Je nach Kategorie des Stoffes unterscheidet man noch zwischen einem sog. Momentanwert, d.h. einem Wert, der von der Konzentration zu keiner Zeit überschritten werden soll ("Spitzenbegrenzung").

2. In der Praxis können die an die Raumluft übergehenden Schadstoffmengen zahlenmäßig oft nur ungenau angegeben werden, da die Anzahl, Dauer, Gleichzeitigkeit und Bedienungsart von Maschinen, Geräten usw. unterschiedlich und oft nicht vorhersehbar sind.

Man rechnet trotzdem mit den vom Betreiber angegebenen oder geschätzten Werten und vergleicht den ermittelten Volumenstrom mit anderen Bemessungsgrundlagen.

3. Die MAK-Liste nach Tabelle 1 stellt nur einen kleinen Auszug aus der Originalliste dar (etwa 30 Seiten), die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft immer auf den neuesten Stand wissenschaftlicher Erkenntnisse gehalten wird.

Grundsätzlich gestattet die MAK-Liste keinen endgültigen Schluß auf die Unbedenklichkeit, wenn eine kürzere Einwirkzeit, dafür aber höhere Konzentration vorliegt.

Die Zahlenwerte in der Liste deuten auch mehr oder weniger auf die Giftigkeit des Stoffes hin.

Beispiele:

a) Bei derselben Schadstoffmenge von CO2 und CO ist der notwendige Außenluftvolumenstrom bei CO 167mal größer. Daraus ergeben sich auch die zahlreichen Sicherheitsvorschriften für die Belüftung von Garagen, Heizräumen usw.

b) Sehr deutlich ist die Giftigkeit z.B. von Blei, Schwefelsäure, Schwefeldioxid usw. (geringer MAK-Wert).

Die MAK-Liste wurde in das technische Regelwerk für gefährliche Arbeitsstoffe (TRgA 900) einbezogen. Neben der eigentlichen Stoffliste wird auch eine Liste für krebserzeugende Arbeitsstoffe (TRK-Liste) zusammengestellt.

Mit dieser sog. TRK-Liste (Technische Richtlinienkonzentration) sollen gefährliche Arbeitsstoffe zusammengestellt werden, für die bisher noch keine toxikologisch-arbeitsmedizinisch begründeten MAK-Werte aufgestellt werden können. Sie sind in Tabelle 1 mit l gekennzeichnet.

4. Die Angabe der Einheit für den MAK-Wert wird bei Gasen, Dämpfen und flüchtigen Schwebstoffen in ml/m3 (ppm) und bei den nicht flüchtigen Schwebestoffen (Staub, Rauch, Nebel) in mg/m3 angegeben.

ppm (part per million) = Teile auf eine Million. 1 ppm entspricht 0,0001% (cm3/m3).

(100% m3/m3; 0,1% dm3/m3; 0,0001% cm3/m3)

Während die Einheit ml/m3 von Temperatur und Luftdruck unabhängig ist, wird für mg/m3 20C und 1013 mbar zugrunde gelegt.

Die Umrechnung dabei ist:

Konzentration C in

5.Die unterschiedliche Empfindlichkeit auf den arbeitenden Menschen kann bei der Aufstellung der MAK-Werte nur bedingt berücksichtigt werden. Besondere Wirkungsfaktoren sind Alter, Geschlecht, Konstitution, Ernährungszustand, Klima u.a.

Obwohl ekelerregende Gerüche oder kurzfristiger Augenreiz sehr lästig sein können, werden in der MAK-Liste keine Geruchsschwellen angegeben. Überempfindlichkeitsreaktionen allergischer Art werden in der Liste durch ein "S", Schadstoffe, die leicht die Haut durchdringen, mit einem "H" gekennzeichnet (z.B. Phenole, Pflanzenschutzmittel).

6. Eine Messung der Schadstoffkonzentration in Räumen ist sehr problematisch, so daß eine für alle Fälle verbindliche standardisierte Vorschrift nicht angegeben werden kann.

7. Der MAK-Wert gilt in der Regel nur für den Schadstoff allein, d.h., er kann nicht ohne weiteres auf Stoffgemische angewendet werden.

Ist der Schadstoff als Bestandteil in einem Gemisch, so kann die gesundheitsgefährdende Wirkung beachtlich vergrößert oder ganz selten auch abgeschwächt werden. Eine Zusammenstellung von MAK-Werten für beliebige Schadstoffgemische ist aufgrund der so unterschiedlichen Wirkungskriterien der einzelnen Komponenten nicht möglich. Für wichtig definierte Lösungsmittel- und Dampfgemische gibt es bereits Verfahren zur Bestimmung von MAK-Werten.

8. Der zeitliche Verlauf der Schadstoffkonzentration in der Raumluft hängt von der Schadstoffzufuhr (Zeit und Menge), von der Außenluftzufuhr und deren Schadstoffkonzentration, von der Luftverteilung und vor allem vom Luftwechsel ab.

Der Beharrungszustand ist dann eingetreten, wenn die von der Schadstoffquelle abgegebene Menge etwa so groß wie die mit der Fortluft abgeführte ist. Je größer der Luftwechsel ist, desto schneller tritt der Beharrungszustand ein. So kann z.B. dieser bei LW 6 h-1 schon in etwa 30-40 Minuten eintreten, während es bei LW 3 h-1 bis etwa 2 Std., bei LW 1,5 h-1 bis 4 Std. dauern kann.

Für eine raumerfüllende Strömung sollte sowieso ein mind. 3- bis 4facher Luftwechsel gewählt werden.

9. Grundsätzlich sollen aus wirtschaftlichen und hygienischen Gründen die Schadstoffe möglichst dort abgeführt werden, wo sie entstehen, damit nicht der gesamte Schadstoffstrom von der Raumluft aufgenommen werden muß (Einbau von Absaugeeinrichtungen).

Hierfür muß jedoch eine stärkere Luftströmung von der Entstehungsstelle zum Absaugequerschnitt vorliegen. Außerdem muß der Zuluft- bzw. Außenluftvolumenstrom dem abgesaugten Luftstrom entsprechen. Ohne Absaugung kann die Schadstoffkonzentration in Nähe der Entstehungsstelle wesentlich höher liegen als diejenige im Raum.

Wichtig ist also, eine solche Luftführung zu wählen, daß an keiner Stelle des Aufenthaltsbereichs der MAK-Wert überschritten wird. Kann dies nicht eingehalten werden, ist grundsätzlich eine Absaugeanlage erforderlich.

10. Da auch die Außenluft durch Luftverunreinigungen, z.B. durch Emissionen von Industrie, Feuerungen, Verkehr, Müllhalden usw., belastet wird, werden - entsprechend den MAK-Werten - auch MIK-Werte aufgestellt (Maximale Immissionskonzentration).

Unter MIK-Wert versteht man die maximal zulässige Konzentration luftfremder Stoffe in Bodennähe (vgl. Immissionsschutzgesetz). Als Grenzwert gilt bei Dauereinwirkung die höchstzulässige durchschnittliche Konzentration innerhalb von 30 Minuten.

MIK-Werte zum Schutze des Menschen vgl. VDI-Richtlinie 2310.

11. Mit nachfolgenden Berechnungsbeispielen soll die Anwendung obiger Gleichung verdeutlicht werden:

Beispiel 1

Für eine Tiefgarage mit 7000 m3 Rauminhalt soll eine Lüftungsanlage geplant werden.

a) Wie groß muß der erforderliche Außenluftvolumenstrom sein, wenn je Stunde 3,5 m3 CO an die Raumluft übergehen! Der Ki-Wert soll mit 100 ppm und der Ka-Wert mit 5 ppm angenommen werden:

b) Welcher Luftwechsel ergibt sich aus a)

Hinweis:

Je Auto werden beim Leerlauf

0,5 m3/h und bei stockender Fahrt 0,6 m3/h CO angenommen.

Zu a)

(1 m3 = 106 cm3)

Zu b

(Da nur kurzzeitiger Aufenthalt, wird der MAK-Wert von 30 ppm nach Tab. 1 beachtlich überschritten).

In lebhaftem Straßenverkehr kann Ka bis 20 cm3/m3 und höher ansteigen.

(liegt noch - je nach Luftführung - im Bereich für Großgaragen)

Beispiel 2

In einem 1500 m3 großen Arbeitsraum eines chemischen Betriebes strömen je Stunde beim Wechseln von Anschlüssen 0,3 kg Ammoniak (NH3) aus.

Wie groß sind der erforderliche Außenluftvolumenstrom und die Luftwechselzahl, wenn für Ka null gesetzt werden kann. MAK-Wert nach Tabelle 1 wählen.

Dies entspricht einem Luftwechsel von

 
Tabelle 1
 

MAK-Wert

Stoff und Formel

ml/m3 (ppm)

mg/m3

Aceton CH3 CO CH3

1000

2400

l Acrylnitril

3

7

Ameisensäure

5

9

Ammoniak NH3

50

35

Anilin

2

8

l Asbesthaltiger Feinstaub

-

2

Benzochinon

0,1

0,4

Benzol C6H6

5

16

Biphenyl

0,2

1

Blei

-

0,1

Bleitetraethyl

0,01

0,075

Brom Br2

0,1

0,7

Butan C4H10

1000

2350

Butylacetat

200

950

Calciumoxid Ca0

-

5

Chlor Cl2

0,5

1,5

Chloroform CHCl3

10

50

Chlorwasserstoff HCI

5

7

l Chromate

-

0,1

Cyanide

-

5

Dichlorfluormethan (R21)

10

45

Dichlordifluormethan (R-12)

1000

4950

Essigsäure CH3 COOH

10

25

Ethanol C2H5 - OH

1000

1900

Ethyläther C2H5 0 C2H5

400

1200

Ethylacetat

400

1400

Fluorwasserstoff HF

3

2

Formaldehyd HCHO

1

1,2

Halothan

5

40

Hydrazin NH2 NH2

0,1

0,13

Jod J2

0,1

1

Kampfer

2

13

Kohlendioxid CO2

5000

9000

Kohlenoxid CO

30

33

Kupfer (Staub) Cu

-

1

Methanol CH3 OH

200

260

Methylacrylat

5

18

Naphthalin C10H8

10

50

Nicotin

0,07

0,5

Ozon O3

0,1

0,2

Phenol C6H5 OH

5

19

Phosphorwasserstoff PH3

0,1

0,15

Propan C3H8

1000

1800

Quecksilber H8

0,01

0,1

Salpetersäure HNO3

10

25

Schwefeldioxid SO2

2

5

Schwefelsäure H2SO4

-

1

Schwefelwasserstoff H2S

10

15

Stickstoffdioxid NO2

5

9

Terpentinöl

100

560

Toluol

100

375

Trichlorethylon CCl2 CHCl

50

260

l Vinilchlorid, PVC

3

8

Wasserstoffperoxid H2O2

1

1,4

Zinkoxid (Rauch) ZnO

-

5

MAK-Werte und l TRK-Werte (Auszüge)


L i t e r a t u r :   Claus Ihle, Lüftung und Luftheizung; 6. neubearbeitete Auflage 1997


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