PRÜFUNG DES SCHWEBSTAUBMESSGERÄTES · Abbildung 3.1-2 zeigt die entsprechenden Bauelemente im Foto eines geöffneten Gerätes. Die Prallplatte des Probeneinlasses ist regelmäßig

PRÜFUNG DES SCHWEBSTAUBMESSGERÄTES

ENVIRONMENTAL DUST MONITOR - MODEL 180DER FIRMA GRIMM AEROSOLTECHNIK AUF

GLEICHWERTIGE ERGEBNISSE WIE MIT DER

REFERENZMETHODE DER EUROPÄISCHEN

NORM DIN/EN 12341 BEI DER MESSUNG VON

SCHWEBSTAUB DER FRAKTION PM10

Auftraggeber:

GRIMM

Aerosol Technik

GmbH & Co. KG

Dorfstraße 9

83404 Ainring

Bearbeitung:

LUBW Landesanstalt für Umwelt,

Messungen und Naturschutz

Baden-Württemberg

Großoberfeld 3

76135 Karlsruhe

[email protected]

www.lubw.baden-wuerttemberg.de

Bericht-Nr. 21-18/2005

Druckdatum Januar 2006

Berichtsumfang: 38 Seiten

zzgl. 43 Seiten Anhang

321-18/2005

PRÜFUNG DES SCHWEBSTAUBMESSGERÄTES

ENVIRONMENTAL DUST MONITOR - MODEL 180DER FIRMA GRIMM AEROSOLTECHNIK AUF

GLEICHWERTIGE ERGEBNISSE WIE MIT DER

REFERENZMETHODE DER EUROPÄISCHEN

NORM DIN/EN 12341 BEI DER MESSUNG VON

SCHWEBSTAUB DER FRAKTION PM10

4 21-18/2005

PRÜFBERICHT

ÜBER DIE UNTERSUCHUNGEN HINSICHTLICH DES NACHWEISES DER

GLEICHWERTIGKEIT DER ERGEBNISSE DES SCHWEBSTAUBMESS-

GERÄTES ENVIRONMENTAL DUST MONITOR - MODEL 180 DER FIRMA

GRIMM AEROSOLTECHNIK MIT DEN ERGEBNISSEN DER REFERENZ-

METHODE DER EUROPÄISCHEN NORM DIN/EN 12341 BEI DER

MESSUNG VON SCHWEBSTAUB DER FRAKTION PM10

521-18/2005

Geprüfte Messeinrichtung Grimm Immissionsstaubmesssystem nach dem Prinzip der Streulichtmessung

Typenbezeichnung Environmental Dust Monitor- Model 180

Auftraggeber GRIMM Aerosol Technik GmbH & Co. KG

Dorfstraße 9

83404 Ainring

Tel: +49 (0) 8654 578 · 21

Fax: +49 (0) 8654 578 · 35

E-Mail: [email protected]

I-Net: www.grimm-aerosol.com

Zeitraum der Feldmessungen 19.12.2004 bis 08.07.2005

Datum des Berichts 05.Januar 2006

Berichtsnummer 21-18/2005

Berichtsumfang 38 Seiten zzgl. 43 Seiten Anhang

6 21-18/2005

721-18/2005

1 ZUSAMMENFASSUNG UND BEKANNTGABEVORSCHLAG 9

1.1 Zusammenfassung 9

1.2 Bekanntgabevorschlag 11

1.2.1 Messaufgabe 11

1.2.2 Bezeichnung der Messeinrichtung 11

1.2.3 Messkomponeneten 11

1.2.4 Gerätehersteller 11

1.2.5 Eignung 11

1.2.6 Messbereich der Eignungsprüfung 11

1.2.7 Software 11

1.2.8 Hinweise 11

1.2.9 Prüfinstitut 11

2 ALLGEMEINES 13

2.1 Grundlagen der Prüfung 13

2.2 Prüflabor 13

3 BESCHREIBUNG DER MESSGERÄTE 14

3.1 Beschreibung des Referenzgeräts 14

3.2 Beschreibung des Testgeräts 15

3.2.1 Messkammer 15

3.2.2 Gaslaufplan 16

3.2.3 Trockenkreis 18

3.2.4 Bestandteile des Messgerätes 19

4 BESCHREIBUNG DER MESSTELLEN 22

4.1 Karlsruhe-Großoberfeld 22

4.2 Stuttgart-Zuffenhausen 24

4.3 Freudenstadt 26

5 BETRIEBSTECHNISCHE VERFAHRENSWEISE 28

5.1 Gerätestandorte 28

5.2 Handhabung, Konditionierung und Wägung der Filter 28

5.2.1 Allgemeine Anweisungen 28

5.2.2 Vorbereiten und Rückwiegen der Filter 28

5.3 Handhabung der Daten 29

6 DARSTELLUNG DER ERGEBNISSE AUS DEN FELDPRÜFUNGEN 31

INHALTSVERZEICHNIS

7 ÜBERPRÜFUNG DER GLEICHWERTIGKEIT 34

7.1 Vergleichbarkeit der Testgerät 34

7.2 Vergleichbarkeit des Testgeräts mit dem Referenzgerät 36

7.3 Überprüpfung der geräteinternen Firmware-Version 38

ANHANG 1 - LISTE ALLER EINZELWERTE A-2

ANHANG 2 - ALLGEMEINE ANFORDERUNGEN AN DAS TESTGERÄT A-7

8 21-18/2005

1.1 Zusammenfassung

Nach der 1. Tochterrichtlinie 1999/30/EG vom 22. April 1999 „über Grenzwerte für Schwefeldioxid, Stickstoff-

dioxid und Stickstoffoxide, Partikel und Blei in der Luft“ zur Luftqualitätsrahmenrichtlinie (96/62/EG vom

27. September 1996 „über die Beurteilung und die Kontrolle der Luftqualität“) sind als Referenzmethoden zur

Messung der PM10-Konzentration die in der DIN/EN 12341 „Ermittlung der PM10-Fraktion von Schwebstaub -

Referenzmethode und Feldprüfverfahren zum Nachweis der Gleichwertigkeit von Messverfahren und Referenz-

messmethode“ beschriebenen Methoden zu verwenden. Die Mitgliedsstaaten können jedoch auch ein anderes Ver-

fahren verwenden, wenn nachgewiesen werden kann, „dass dieses eine feste Beziehung zur Referenzmethode auf-

weist. In diesem Fall müssen die mit diesem Verfahren erzielten Ergebnisse um einen geeigneten Faktor korrigiert

werden, damit gleichwertige Ergebnisse wie bei der Verwendung der Referenzmethode erzielt werden.“

(1999/30/EG, Anhang IX, Art. IV, Abs. 2).

Mindestanforderungen an automatische Immissionsmesseinrichtungen bei der Eignungsprüfung sind in der Richt-

linie VDI 4202, Blatt 1 von Juni 2002 ausgewiesen. Die allgemeinen Rahmenbedingungen für die zugehörigen

Prüfungen sind in der Richtlinie VDI 4203, Blatt 1 „Prüfpläne für automatische Messeinrichtungen - Grundlagen“

vom Oktober 2001 beschrieben. Präzisiert werden diese in der Richtlinie VDI 4203, Blatt 3 „Prüfpläne für automa-

tische Messeinrichtungen, Prüfprozeduren für Messeinrichtungen zur punktförmigen Messung von gas- und parti-

kelförmigen Immissionen“, August 2004. Weiter befasst sich die CEN-Arbeitsgruppe 22 des CEN TC 264/WG15

mit Mindestanforderungen an Immissionsmessgeräte. Ein belastbares Arbeitspapier dazu liegt derzeit noch nicht vor.

Im vorliegenden Bericht wird die Prüfung des Schwebstaubmessgerätes Environmental Dust Monitor -Model 180der Fa. Grimm Aerosoltechnik auf gleichwertige Ergebnisse mit dem Filterwechsler SEQ 47/50 der Fa. Sven

Leckel Ingenieurbüro GmbH bei der Messung von Schwebstaub der Fraktion PM10 beschrieben. Der Proben-

wechsler entspricht aufgrund seiner Bauausführung grundsätzlich einem Referenzsammler nach der DIN/EN12341.

Sammelverluste durch die Lagerung der Filter im Gerät sind durch Vergleich mit den Ergebnissen bei täglichem

Wechsel als vernachlässigbar einzustufen [PM10 Vergleichmessungen der deutschen Bundesländer im Rahmen der

STIMES-Arbeitsgruppe PM10].

Für die Felduntersuchungen standen jeweils zwei Testgeräte Environmental Dust Monitor - Model 180 der Fa.

Grimm Aerosoltechnik und zwei Referenzgeräte SEQ 47/50 mit PM10-Einlass der Fa. Sven Leckel Ingenieurbüro

GmbH zur Verfügung. Die Testgeräte sind in 19“ Rack-Technik ausgeführt und für den Einbau in klimatisierte

Messstationen konzipiert. Bei den Testgeräten wird die Schwebstaubkonzentration in der Probenluft mittels Streu-

lichtmessung ermittelt.

921-18/2005

1 ZUSAMMENFASSUNG UND

BEKANNTGABEVORSCHLAG

Die Felduntersuchungen fanden an drei verschiedenen Standorten statt. An den Standorten Stuttgart-Zuffenhausen

und Freudenstadt wurde jeweils im Sommer- und im Winterhalbjahr gemessen, am Standort Karlsruhe-Großober-

feld wurde nur im Winterhalbjahr gemessen. Hierzu wurden stets dieselben Geräte verwendet. D.h. die Geräte wur-

den jeweils an einem Standort abgebaut und am nächsten Standort neu installiert.

Die ermittelten Referenz-Äquivalenz-Funktionen sind im vorliegenden Bericht jeweils unkorrigiert und korrigiert

dargestellt. In den Darstellungen ist neben der Referenz-Äquivalenz-Funktionen jeweils auch der gemäß

DIN/EN 12341 geforderte Akzeptanzbereich gezeigt.

Für die Überprüfung der Präzision der Testgeräte wurden alle Werte an allen Standorten, die mit den beiden einge-

setzten Testgeräten gemessen wurden, einander gegenübergestellt.

Weiterhin wurden ergänzende Untersuchungen in Bezug auf die Mindestanforderungen gemäß VDI 4202, Bl. 1

durchgeführt, soweit sie von uns als relevant für den Betrieb der Environmental Dust Monitor - Model 180 in

Messnetzen eingestuft wurden.

Die Anforderungen der DIN/EN 12341 hinsichtlich Präzision (Cl95 ≤≤ 5µg/m³ für die Messwerte ≤≤ 100 µg/m³)

und Richtigkeit (R² ≥≥ 0,95 und Referenz-Äquivalenz-Funktion liegt innerhalb des beidseitig begrenzten

Akzeptanzbereichs) werden vom getesteten Schwebstaubmessgerät Environmental Dust Monitor - Model 180der Fa. Grimm Aerosoltechnik erfüllt.

Damit ist nachgewiesen, dass das Schwebstaubmessgerät Environmental Dust Monitor - Model 180 eine feste

Beziehung zur Referenzmethode zur Messung von Schwebstaub der Fraktion PM10 aufweist und die Ergeb-

nisse nach Korrektur mit einem experimentell ermittelten Faktor gleichwertig sind den Ergebnissen, die bei

der Verwendung der Referenzmethode erzielt werden.

10 21-18/2005

1.2. Bekanntgabevorschlag

1.2.1. Messaufgabe:

Messung von Schwebstaub der Fraktion PM10 in der Außenluft.

1.2.2. Bezeichnung der Messeinrichtung:

Environmental Dust Monitor - Model 180

1.2.3 Messkomponenten

Schwebstaub der Fraktion PM10

1.2.4. Gerätehersteller:

Firma Grimm Aerosol Technik GmbH &Co. KG

Dorfstr. 9

83404 Ainring

1.2.5. Eignung:

Zu kontinuierlichen Immissionsmessungen der PM10 Fraktion in Schwebstaub im stationären Einsatz.

1.2.6. Messbereich bei der Eignungsprüfung:

1-111 µg /m3

1.2.7. Software:

Version 7.80 E Berechnungs-Modul CRC(CA00H..DFFFH) = CAC8H

1.2.8. Hinweise:

Die Messeinrichtung ist für den Einbau in klimatisierte Messcontainer konzipiert.

Die Umgebungstemperatur darf 10 °C nicht unterschreiten.

Die Messeinrichtung ist mit dem gravimetrischen PM10 Referenz Verfahren nach DIN/EN 12341 zu kalibrieren.

1.2.9. Prüfinstitut:

UMEG, Zentrum für Umweltmessungen, Umwelterhebungen und Gerätesicherheit

Großoberfeld 3

76135 Karlsruhe

seit 01.01.2006

LUBW, Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz

Postfach 10 01 63

76231 Karlsruhe

Für die Prüfung und Berichterstellung verantwortlich:

_____________________ ______________________

Dr.-Ing. Dieter Siegel Dipl.-Phys. Zarko Peranic

1121-18/2005

12 21-18/2005

2.1 Grundlagen der Prüfung

Im Auftrag der Fa. GRIMM Aerosol Technik GmbH & Co. KG, Dorfstraße 9. 83404 Ainring wurde das Schweb-

staubmessgerät Environmental Dust Monitor - Model 180 mit der Firmwareversion 7.80 auf seine Gleichwertigkeit

mit dem Referenzmessgerät SEQ 47/50 (Kleinfiltergerät mit automatischem Filterwechsler) der Fa. Sven Leckel

Ingenieurbüro GmbH geprüft. Der Nachweis der Einhaltung der Mindestanfrderungen an automatische Messein-

richtungen des Testgerätes erfolgte nach der VDI-Richtlinie 4203 Blatt3: “Prüfpläne für automatische Messeinrich-

tungen - Prüfprozeduren für Messeinrichtungen zur punktförmigen Messung von gas- und partikelförmigen Immis-

sionen”, die die DIN/EN 12341 “Ermittlung der PM10-Fraktion von Schwebstaub - Referenzmethode und Feld-

prüfverfahren zum Nachweis der Gleichwertigkeit von Meßverfahren und Referenzmeßmethode, Deutsche Fas-

sung DIN/EN 12341 : 1998” ergänzt und auf der VDI-Richtlinie 4203 Blatt 1 beruht.

2.2 Prüflabor

Prüflaboratorium UMEG, Zentrum für Umweltmessungen,

Umwelterhebungen und Gerätesicherheit

Baden-Württemberg

seit 01.01.2006:

LUBW, Landesanstalt für Umwelt,

Messungen und Naturschutz

Baden-Württemberg

Großoberfeld 3, 76135 Karlsruhe

Postfach 10 01 63, 76231 Karlsruhe

Fax: +49 (0) 721 / 5600 - 3200

Das Prüflabor ist nach DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditiert (DAR-Reg.-Nr.: DAP-PL-2921.00/00G94). In der

Akkreditierungsurkunde wird auch bestätigt, dass das Qualitätsmanagementsystem die DIN EN ISO 9002 erfüllt.

Das Laboratorium ist auch im Sinne des § 26 BImSchG bekannt gegeben.

1321-18/2005

2 ALLGEMEINES

3.1 Beschreibung des Referenzgerätes

Als Vergleichsgerät wurde der Filterwechsler SEQ 47/50 mit PM10-Einlass der Fa. Sven Leckel Ingenieurbüro

GmbH eingesetzt. Das Probenahmesystem des SEQ 47/50 entspricht den Vorgaben des Anhang B.1 der DIN/EN

12341. Es wurden zwei baugleiche Geräte mit den Seriennummern 01/0074 (Baujahr 2001 - Prüfmittel-Nr.

3100.50.4-1) und 01/0061 (Baujahr 2001 - Prüfmittel-Nr. 3100.50.4-2) eingesetzt. Der Probenwechsler entspricht

aufgrund seiner Bauausführung grundsätzlich einem Referenzsammler nach der DIN/EN12341. Sammelverluste

durch die Lagerung der Filter im Gerät sind durch Vergleich mit den Ergebnissen bei täglichen Wechsel als ver-

nachlässigbar einzustufen [PM10 Vergleichmessungen der deutschen Bundesländer im Rahmen der STIMES-Ar-

beitsgruppe PM10]. Im Folgenden wird der Filterwechsler SEQ 47/50 als Referenzgerät bezeichnet. Als Filterme-

dium wurden Glasfaserfilter mit einem Durchmesser von 47 mm eingesetzt. In Abbildung 3.1-1 ist das Arbeitsprin-

zip des Referenzgerätes schematisch dargestellt. Abbildung 3.1-2 zeigt die entsprechenden Bauelemente im Foto

eines geöffneten Gerätes.

Die Prallplatte des Probeneinlasses ist regelmäßig zu reinigen und zu fetten. Der Volumenstrom beträgt 2,3 m³/h,

die Funktionskontrolle des Volumenstroms soll turnusmäßig vierteljährlich erfolgen. Tabelle 3.1-1 zeigt eine Zu-

sammenfassung der technischen Daten des SEQ 47/50.

14 21-18/2005

3 BESCHREIBUNG DER MESSGERÄTE

© Ingenieurbüro Sven Leckel, Berlin © Ingenieurbüro Sven Leckel, Berlin

Abbildung 3.1-1

Schematischer Aufbau des SEQ 47/50 Filterwechslers

Abbildung 3.1-2

Foto des geöffneten SEQ 47/50 Filterwechslers

3.2 Beschreibung des Testgerätes

Das Staubmessgerät Environmental Dust Monitor - Model 180 ist ein stationäres Gerät zum Einbau in ein 19“ –

Rack in klimatisierten Messstationen, welches zur kontinuierlichen Messung von Stäuben in Luft und deren Aero-

solverteilung eingesetzt wird. Es misst die Partikelrate in Abhängigkeit vom Durchmesser nach dem Prinzip der

Streulichtmessung und ermittelt daraus über einen Berechnungsfaktor die Massenkonzentration. Je nach Zahl der

bei der Auswertung berücksichtigten Kanäle kann mit dem Gerät z. B. PM10, PM2,5 und PM1 zeitgleich gemes-

sen werden.

3.2.1 Messkammer

Die Probenluft wird über ein Edelstahlrohr (di = 3mm) in die Messkammer geleitet. Die im Messgut enthaltenen

Partikel werden in der Messkammer durch eine Streulichtmessung nach Größe und Anzahl klassifiziert. Mit einem

Laser wird über eine Optik ein kleines Messvolumen ausgeleuchtet. Durch dieses Messvolumen wird der Partikel-

strom geleitet. Bei Immissionsmessungen ist die Feststoffkonzentration so gering, dass sich statistisch im Messvo-

lumen meist nur ein Partikel befindet. Das von jedem Partikel gestreute Licht wird von einer zweiten Optik unter

einem Öffnungshalbwinkel und einem Streuwinkel erfasst und die Lichtintensität über einen Spiegel auf einen De-

tektor geleitet und gemessen. Die Intensität des reflektierten Lichtstrahls ist proportional zur Partikelgröße. Die

Zählrate ergibt sich aus der Partikelanzahl und dem Volumenfluss. Bei bekanntem Partikeldurchmesser und be-

kannter Dichte kann unter Annahme der Kugelform die Partikelmasse aus der Partikelanzahl abgeleitet werden.

Die Lichtintensität wird außerdem von der Partikelform und dem Brechungsindex beeinflusst. Dieser Einfluss ist

bei Immissionsmessungen jedoch sehr gering. Das Messprinzip ist in Abbildung 3.2-1 schematisch dargestellt.

Beim Testgerät dient ein Halbleiterlaser als Lichtquelle. Um den Einfluss der Brechungsindizes zu minimieren, wird

das 90° Streulicht mit einem Öffnungshalbwinkel von ca. 30° über einen Spiegel auf eine Empfängerdiode gelenkt.

Das Signal der Diode wird nach Verstärkung in Abhängigkeit von der Stärke in 31 Größenkanälen klassifiziert.

Hierdurch ist die Bestimmung der Korngrößenverteilung der Partikel möglich. Die Streulichtintensitäten werden

mit Testaerosolen bekannter Teilchengröße und Dichte bestimmt und zur Bestimmung der Massenkonzentration

polydisperser Gemenge mit einem empirisch ermittelten Korrekturfaktor versehen.

1521-18/2005

Tabelle 3.1-1

Technische Daten des Filterwechsler SEQ 47/50

Messprinzip Probenahme auf Filter / Gravimetrie

Einlass PM10 nach Abbildung B.1 der DIN/EN 12341

Volumenstrom 2,3 m³/h ± 1 %

Bezugstemperatur Volumenstrom im Messnetzbetrieb Betriebstemperatur

Probenahmedauer 24 h

Wartungsintervall PM10-Einlass 14 Tage

Filterdurchmesser 47 mm

Filtermaterial Glasfaser-/Quarzfaserfilter

Nachweisgrenze 1 µg/m³

Aus der gemessenen Korngrößenverteilung werden die Fraktionen durch Berechnungsfaktoren errechnet und auf-

summiert. Die Berechnungsfaktoren basieren auf der Summenhäufigkeitsverteilung der DIN/EN 12341, die unter

Berücksichtigung des Abscheidverhaltens des Probeneinlasses des Testgerätes und der Partikeldichte durch Korre-

lation mit gravimetrischen Messungen angepasst wurden. Für die Kalibration der Kanalgrenzen wird ein Mutter-

gerät mit definierten Latexpartikeln eingestellt, mit dem alle anderen Geräte vor Auslieferung abgeglichen werden

und später im 1-jährigen Turnus überprüft werden sollen. Hierzu soll das Messgerät zurück zum Hersteller

geschickt werden.

3.2.2 Gaslaufplan

Der Gaslaufplan ist in Abbildung 3.2-2 schematisch dargestellt.

Die Luft wird mit einer Membranpumpe angesaugt und gelangt über den Probeneingang direkt in die Messzelle.

Der Probeneinlass ist durch ein Fliegen- und Regenschutzgitter geschützt; um ein Zufrieren und Kondensatbildung

zu vermeiden, kann das Gitter beheizt werden. Im Probeneinlass befindet sich auch der Permeationstrockner, der

bei hoher Luftfeuchte im Trockenkreis (siehe Kapitel 3.2.3) zugeschaltet wird. Der Messzelle ist eine Wasserfalle

nachgeschaltet, um eventuell gebildetes Kondensat und grobe Staubpartikel abzuscheiden. Dann wird der Proben-

gasstrom im Staubfilter entstaubt. Die Membranpumpe mit vor- und nachgeschaltetem Ausgleichsbehälter (Puffer)

16 21-18/2005

Abbildung 3.2-1

Schematische Darstellung der Funktionsweise des Streulichtverfahrens

fördert die Probenluft über das Ventil, den Ventilschutzfilter, die Messblende und das Dreiwegeventil zum Proben-

luftausgang. Durch den Durchflussregler wird das Ventil so geregelt, dass der Druckabfall an der Messblende kon-

stant ist. (Grundvoraussetzung ist die Dichtheit des Gasstromkreises, da der Volumenstrom am Ausgang gemessen

wird. Nur so wird sichergestellt, dass die Durchflussrate von 1,2 l/min der Probenluft am Eingang konstant ist.)

Vor dem Ventilschutzfilter wird ein Teil der Probenluft über den Spülluftfilter und den Spülluftregler als Spülluft

aufbereitet, welche die Optik umspült und so vor Verschmutzung schützt.

Bei Funktionsprüfung bzw. Nullpunktfindung (Selbsttest) wird die Messkammer mit staubfreier Luft beströmt. Da-

zu wird über den Selbsttestfilter Raumluft angezogen. Die staubfreie Luft wird nach dem Puffer 1 über den

Spülluftweg in die Messzelle geleitet. Ein Teil wird über den Probeneinlass abgeströmt. So wird verhindert, dass

Partikel durch Sedimentation in die Messzelle gelangen.

1721-18/2005

PufferMembran-

pumpePuffer

MesszelleCQ

Schalter-50 mbarWasserfalle

Durch-flussregler

Mess-blende

Drei-wege-ventil

Probeneingang

ProbenausgangRaumluft

1,2 l/min

Spannung 0...12VVentil

Arbeitspunkt8V bei 1,2 l/min

Staubfilter

Spülluftregler

Selbsttestfilter

Ventil-schutz-

filter

Spülluft-filter

1,2 l/min

0,3 ... 0,5l/min

Spülluft

Probenstrecke

Selbstteststrecke

Environmental Dust Monitor - Model 180 Schematischer Aufbau

Abbildung 3.2-2

Schematische Darstellung des Samplerflusses des Environmental Dust Monitor - Model 180

3.2.3 Trockenkreis (Abbildung 3.2-3)

Die Luftfeuchtigkeit und Außentemperatur wird mit einem Klimasensor (siehe Abbildung 3.2-4) erfasst. Beträgt

die relative Luftfeuchtigkeit mehr als 70 %, schaltet sich automatisch der Trockenkreis zu. Die Probenluft fließt

hierbei nach Eintritt in den Probeneingang an der Innenseite einer NAFION / PermaPur Membrane vorbei. Im Ge-

genstrom fließt an der Außenseite getrocknete Luft vorbei, die aus 1,2 l/min entstaubter Abluft (Probenausgangs-

luft) und 0,6 l/min Raumluft bereit gestellt wird. Der Verdünnungsluftstrom von 1,8 l/min wird über den Vakuum-

filter in den Gegenstromtrockenkreis des Probeneingangsrohrs gebracht. Mit Hilfe des Unterdruckes an der Mem-

branaußenseite erfolgt die Trocknung unter Verwendung einer NAFION Membrane. Die NAFION Membrane

lässt die Entfernung von Feuchtigkeit aus der Probenluft mit Hilfe eines wasserspezifischen Prozesses zu. Hierbei

werden Wassermoleküle über Ionenkanäle durch die Membrane transportiert. Die Vakuumpumpe fördert über den

Schutzfilter die feuchte Spülluft durch den Kondensatauslass nach außen. Ein Druckregler begrenzt den Unter-

druck auf –550 kPa. Sinkt die Luftfeuchtigkeit unter 65%, schaltet der Trockenkreis automatisch ab.

18 21-18/2005

Proben-eingang

Vakuum-Druckmesser

Schalter-400 mbar

Vakuum-

pumpe

Strömungs-dämpfer

CQ

Proben-ausgangsluft

Kondensat-auslass

Raumluft

1,8l /min

zur Messzelle

Unterdruck-regler

-550 ... -650 mbar

Schutzfilter für Vakuumpumpe

Vakuumfilter

31

Permapur-Trockner

Nadel-Ventil /kritische Düse

ProbenrohrProbenhalter

1,2 l/min

Trockenkreis

Vakuum -500 .. -600 mbar

Probenhalter

Abbildung 3.2-3

Schematische Darstellung des Trockenkreises des Environmental Dust Monitor - Model 180

3.2.4 Bestandteile des Messgerätes

1921-18/2005

Abbildung 3.2-4

Bestandteile des Testgeräts - Environmental Dust Monitor - Model 180

Staubmessgerät Environmental Dust Monitor - Model 180

Probenahmerohrhalter

Probenahmerohr mit Klimasensor

20 21-18/2005

Abbildung 3.2-5

Testgerät Environmental Dust Monitor - Model 180

2121-18/2005

Messprinzip 90° Streulichtmessung

Massenberechnung Für die Massenberechnung wird der arithmetische Mittelwert der Kanalgrenzen benutzt. Durch Extrapolation wird ein weiterer Kanal unterhalb des feinsten gemessenen Kanals errechnet.

Probenvolumenstrom 1,2 l/min ± 5 %

Rohrlänge 150 cm (optional bis 3,0m)

Rohrdurchmesser 3 mm

Messzeit ab 1 Minute bis Dauerbetrieb

Klassifizierung in 31 Kanälen

Lichtquelle Halbleiterlaser; Wellenlänge =655

Öffnungshalbwinkel 30°

Streuwinkel 90°

Datenschnittstelle RS232

Datenprotokoll ASCII-Zeichen, auch Bayern/Hessen Protokoll möglich

Massekonzentrationsbereich in µg/m³ 0,1 – 1.500

Kleinste erfasste Partikelgröße in µm 0,25

Größenkanäle PM 10; PM 2,5; PM 1,0

Kanalgrenzen der inneren Stauberfassung in µm

0,25-0,28-0,30-0,35-0,40-0,45-0,50-0,58-0,65-0,70-0,80-1,0-1,3-1,6-2,0-2,5-3,0-

3,5-4,0-5,0-6,5-7,5-8,5-10-12,5-15-17,5-20-25-30-32 Stromversorgung 230 V, 50 Hz,

Tabelle 3.2-2

Technische Daten des Testgeräts - Environmental Dust Monitor Model 180

Für die Vergleichsmessungen wurden drei verschieden charakterisierte Messstellen ausgewählt, zwei davon, Stutt-

gart-Zuffenhausen und Freudenstadt, sind Bestandteile des landesweiten Luftmessnetzes Baden-Württemberg.

Eine Charakterisierung der Standorte erfolgt in Tabelle 4-1. Die Proben für die Ermittlung der TSP-Konzentratio-

nen wurden während der Dauer der Feldmessungen am jeweiligen Standort mit einen High-Volume-Sampler des

Typs Digitel DHA-80 gewonnen.

4.1 Karlsruhe-Großoberfeld 3

Der Standort ist beeinflusst von einem Wertstoffhof in ca. 5 m Entfernung. Bei Anlieferung von Biokompost kann

es zu kurzzeitig erhöhten Staubkonzentrationen an der Messstelle kommen. Verkehrseinfluss entsteht durch die Zu-

fahrt von Lkw zu einem Versandlager und eine 4-spurige Schnellstraße in ca. 25 m Entfernung. Die Messstelle ist

als städtischer Hintergrund mit erhöhter Verkehrsbelastung zu charakterisieren und repräsentiert damit im Mittel

die „üblicherweise anzutreffenden Umweltbedingungen“. In der Tabelle 4.1-1 sind dieKenngrößen der Station

Karlsruhe-Großoberfeld während des Messzeitraumes dargestellt. Da am Standort Karlsruhe-Großoberfeld keine

meteorologischen Parameter gemessen werden, sind die entsprechenden Kenngrößen der Station “Karlsruhe-Nord-

west” angegeben. In Abbildung 4.1-1 ist der Standort mit den installierten Messgeräten dargestellt. In Abbildung

4.1-2 ist die Lage in einer topographischen Karte eingezeichnet.

22 21-18/2005

4 BESCHREIBUNG DER MESSSTELLEN

Tabelle 4-1

Beschreibung der Messstellen

Karlsruhe Stuttgart-Zuffenhausen Freudenstadt

Adresse Großoberfeld 3 Ludwigsburger-/ Theodor-Gerhard-Frankenstraße Schule

76135 Karlsruhe 70435 Stuttgart 72250 Freudenstadt

Rechtswert 3454120 3512775 3456630

Hochwert 5427620 5409850 5370665

Höhe über NN 115 m 260 m 750 m

Messhöhe über Grund 2,5 m 2,5 m 2,5 m

Charakter städtischer Hintergrund Innenstadt Hintergrund

Anforderungen DIN/EN 12341 üblicherweise anzutreffende und extreme Umweltbedingungen

Einstufung der durchschnittlich hoch niedrigImmissionsbelastung

2321-18/2005

Tabelle 4.1-1

Kenngrößen an der Station Karlsruhe-Großoberfeld im Zeitraum vom 25.01.2005 bis 21.02.2005

Mittelwert Messzeitraum Spannweite Tagesmittelwerte

TSP-Konzentration 35,4 µg/m³ 5,4 µg/m³ - 95,8 µg/m³

PM10-Konzentration 30,9 µg/m³ 4,8 µg/m³ - 89,2 µg/m³

Anteil der PM10-Fraktion am Schwebstaub 87,3% 69,1% - 98,4%

mittlere Temperatur -0,3°C -6,4°C - 8,3°C

mittlere rel. Feuchte 77,6% 60,5% - 90,1%

mittlere Windgeschwindigkeit 2,2 m/s 0,7 m/s - 4,5 m/s

Niederschlagssumme 39,2 mm 0,0 mm - 14,6 mm

mittlerer Luftdruck 1009,2 hPa 988,7 hPa - 1020,4 hPaPM10- und TSP-Konzentrationen bezogen auf 0 °C und 1013 hPaMeteorologische Größen wurden an der Station Karlsruhe-Nordwest gemessen

5427

5429

5429

3455

3454

3453

Abbildung 4.1-1

Standort Karlsruhe-Großoberfeld

Abbildung 4.1-2

Lage des Standortes Karlsruhe-Großoberfeld

24 21-18/2005

4.2 Stuttgart - Zuffenhausen

Die Messstelle Stuttgart - Zuffenhausen ist eine städtische Messstelle des Landesmessnetzes Baden-Württemberg.

Sie ist geprägt durch Verkehrseinfluss.

In den Tabellen 4.2-1 und 4.2-2 sind die Kenngrößen der Station Stuttgart - Zuffenhausen während der beiden

Messkampagnen der Felduntersuchungen dargestellt.

Da am Standort Stuttgart-Zuffenhausen keine meteorologischen Parameter gemessen werden, sind die entsprechen-

den Kenngrößen der Station “Stuttgart-Bad Cannstatt” angegeben.

In den Abbildungen 4.2-1 und 4.2-2 ist der Standort dargestellt.

Tabelle 4.2-1

Kenngrößen an der Station Stuttgart - Zuffenhausen im Messzeitraum vom 26.02.2005 - 22.03.2005





mittlere Temperatur 2,8°C -8,8°C - 15,1°C



Niederschlagssumme 14,2 mm 0,0 mm- 5,9 mm

mittlerer Luftdruck 988,3 hPa 976,0 hPa - 999,0 hPaPM10- und TSP-Konzentrationen bezogen auf 0 °C und 1013 hPaMeteorologische Größen wurden an der Station Stuttgart-Bad Cannstatt gemessen

Tabelle 4.2-2

Kenngrößen an der Station Stuttgart - Zuffenhausen im Messzeitraum vom 28.04.2005 - 17.05.2005





mittlere Temperatur 13,0°C 7,0°C - 22,2°C




mittlerer Luftdruck 987,1 hPa 982,3 hPa - 993,6 hPaPM10- und TSP-Konzentrationen bezogen auf 0 °C und 1013 hPaMeteorologische Größen wurden an der Station Stuttgart-Bad Cannstatt gemessen

2521-18/2005

5409

5411

5410

3514

3513

3512

Abbildung 4.2-1

Standort Stuttgart - Zuffenhausen

Abbildung 4.2-2

Lage des Standortes Stuttgart - Zuffenhausen

4.3 Freudenstadt

Diese Messstelle ist eine hochgelegene Hintergrundstation des Landesmessnetzes Baden-Württemberg ohne direk-

ten Einfluss von Emittenten.

Während der Sommer-Messkampagne des Feldversuchs in Freudenstadt kam es vermehrt zu Ausfällen des Digitel

DHA-80-Sammlers, so dass die Kenngrößen des TSP nur bedingt belastbar sind.

In Tabelle 4.3-1 und 4.3-2 sind die Kenngrößen der Station Freudenstadt während der beiden Messkampagnen der

Felduntersuchungen dargestellt.

In den Abbildungen 4.3-1 und 4.3-2 ist der Standort dargestellt.

Tabelle 4.3-1

Kenngrößen an der Station Freudenstadt im Messzeitraum vom 19.12.2004 - 05.01.2005




Anteil der PM10-Fraktion am Schwebstaub 91,3% 73,0% - > 100%

mittlere Temperatur -1,6°C -8,4°C - 3,2°C




mittlerer Luftdruck 931,4 hPa 913,4 hPa - 945,0 hPaPM10- und TSP-Konzentrationen bezogen auf 0 °C und 1013 hPa

Tabelle 4.3-2

Kenngrößen an der Station Freudenstadt im Messzeitraum vom 23.06.2005 - 08.07.2005


TSP-Konzentration* 20,8 µg/m³ 5,6 µg/m³ - 43,9 µg/m³


Anteil der PM10-Fraktion am Schwebstaub* 77,7% 69,6% - 85,7%

mittlere Temperatur 16,1°C 8,9°C - 23,3°C




mittlerer Luftdruck 931,4 hPa 925,6 hPa - 937,5 hPaPM10- und TSP-Konzentrationen bezogen auf 0 °C und 1013 hPa

* Aufgrund von vermehrten Ausfällen des TSP-Sammlers nur bedingt belastbar

26 21-18/2005

2721-18/2005

5370

5372

5371

3458

3457

3456

Abbildung 4.3-1

Standort Freudenstadt

Abbildung 4.3-2

Lage des Standortes Freudenstadt

28 21-18/2005

5.1 Gerätestandorte

An den Probenahmestandorten wurden jeweils zwei Referenzgeräte - Filterwechsler SEQ 47/50 und zwei Testgerä-

te Environmental Dust Monitor -Model 180 installiert. Als Refenzgeräte wurden die zwei baugleichen Filterwechs-

ler SEQ 47/50 mit den Seriennummern 01/0074 (Baujahr 2001 - Prüfmittel-Nr. 3100.50.4-1) und 01/0061 (Baujahr

2001 - Prüfmittel-Nr. 3100.50.4-2) eingesetzt. Die beiden baugleichen Testgeräte haben die Seriennummern

87F03008 (Testgerät 1) und 87F03009 (Testgerät 2). Die Probenahme zur Ermittlung der TSP-Konzentration er-

folgte mit einem Digitel DHA 80. Die Erfassung der meteorologischen Daten erfolgte als Halbstundenwerte mit

den Messgeräten der vorhandenen Messstationen.

Die Probenahmedauer der Referenzgeräte betrug nach den Vorgaben der DIN/EN 12341, Abschnitt 5.1.3 jeweils

24 Stunden. Der automatische Filterwechsel wurde jeweils um 24:00 Uhr durchgeführt.

Während der Feldmessungen waren die Testgeräte an die Messnetzzentrale angebunden. Die Testgeräte erfassen

die Konzentrationen als 30-Minutenmittelwerte, die zu 24h-Werten aggregiert wurden.

Die Bildung von 24-Stundenmittelwerten erfolgte nur dann, wenn mindestens 75% aller Halbstundenmittelwerte,

also mindesten 36 Halbstundenmittelwerte vorlagen.

Alle Geräte bzw. Probeneinlässe waren an den einzelnen Standorten auf einer Messbühne installiert. Es wurde dar-

auf geachtet, dass deren Anordnung auf der Messbühne an allen Standorten gleich war. Die beiden Testgeräte wa-

ren in der klimatisierten Messstation eingebaut.

5.2 Handhabung, Konditionierung und Wägung der Filter

Die Arbeiten im Schwebstaublabor erfolgen nach einer Standardarbeitsvorschrift (QM-Verfahrensanweisung

504-32150):

5.2.1 Allgemeine Anweisungen

• tägliche Bestimmung der Luftfeuchte und Lufttemperatur im Wägeraum. Die rel. Luftfeuchte soll 50 %

± 5 %, die Lufttemperatur 20 °C ± 1 °C betragen. Bei Abweichungen von den Sollwerten ist das Vor- und

Rückwiegen von Schwebstaubfiltern so lange einzustellen, bis eine sichere Konditionierung der Filter

gewährleistet ist.

• Die Waagen werden täglich nach den Vorgaben der Bedienungsanleitung auf Funktion geprüft und minde-

stens einmal je Monat mit externen Gewichten überprüft.

5.2.2 Vorbereiten und Rückwiegen der Filter

Filter, die gravimetrisch analysiert werden, sind vor dem Wiegen mindestens 48 Stunden zu äquilibrieren.

Die Filterkassette des Filterwechslers SEQ 47/50 kann 15 Filter aufnehmen, so dass ein Filtersatz in der Regel aus

14 Filterrahmen und einem Blindfilter besteht.

5 BETRIEBSTECHNISCHE VERFAHRENSWEISE

2921-18/2005

Bestaubte Filter werden im Wägeraum mindestens zwei Tage konditioniert. Befinden sich auf dem Filter Verunrei-

nigungen (z. B. Fliegen), werden diese vor der Wägung mit einer Pinzette vorsichtig abgetragen. Danach werden

die Filter zurück gewogen. Ist ein Filter durch einen Gerätefehler unbestaubt bzw. ungleichmäßig bestaubt, einge-

rissen oder anderweitig unbrauchbar, wird er verworfen und als Ausfall deklariert. Die Filter werden i.d.R. für die

Zeit von mindestens einem halben Jahr rückgestellt.

Die Kenngrößen der Waage sind in Tabelle 5.2-1 zusammengefasst.

5.3 Handhabung der Daten

Entsprechend den Vorgaben der DIN/EN 12341 wurden alle mit Test- und Referenzgeräten erhobenen Messdaten

einer Gültigkeitsprüfung unterzogen, um Auswirkungen von offensichtlich unplausiblen Daten auf das Messergeb-

nis vorzubeugen. Die Datenkollektive (Wertepaare der Tagesmittelwerte) wurden einem Ausreißertest (Ausreißer

nach Grubbs [Hartung, 1995]) unterzogen. Die als Ausreißer erkannten Werte wurden bei der Berechnung der Kali-

brierfunktionen sowie bei der Berechnung der Referenz-Äquivalenz-Funktionen nicht berücksichtigt; sie sind in

den Abbildungen der Vollständigkeit halber mit dargestellt. Nach DIN/EN 12341 dürfen nicht mehr als 5 % der

Originaldaten verworfen werden. Beim Ausreißertest ergaben sich lediglich zwei Ausreißer (am 26.02.2005 und

am10.05.2005 jeweils am Standort Stuttgart-Zuffenhausen) bei den beiden Referenzgeräten. Für die beiden Test-

geräte wurde kein Ausreißer ermittelt.

Die gemessenen Tagesmittelwerte wurden gemäß DIN/EN 12341, Abschnitt 5.1.4, alle auf 0°C und 1013 hPa um-

gerechnet. Im weiteren Verlauf wurde gemäß VDI 4203, Bl. 3 die Vergleichbarkeit der beiden Referenzgeräte

Leckel SEQ 47/50 geprüft. In Abbildung 5.3.-1 sind die Wertepaare der Parallelmessungen mit den Referenzgerä-

ten dargestellt. Die mittels Doppelbestimmung ermittelten Tagesmittelwerte der beiden Referenzgeräte zeigen mit

einem Variationskoeffizienten von 0,999 eine sehr gute Korrelation, deshalb wurden im weiteren Verlauf gemäß

DIN/EN 12341, Abschnitt 5.1.5 bzw. VDI 4203 Blatt 3, Abschnitt 5.3.1.3 jeweils die Mittelwerte aus den Doppel-

bestimmungen verwendet und den jeweiligen Tagesmittelwerten der beiden Testgeräte Environmental Dust Monitor - Model 180 gegenübergestellt. Alle gemessenen Tagesmittelwerte sind zusammen mit den meteorologi-

schen Parametern im Anhang A1 aufgelistet.

Tabelle 5.2-1

Kenngrößen der eingesetzten Waage

Kenngrößen

Genauigkeit der Waage (lt. Hersteller): ± 0,01 mg

Standardabweichung, ermittelt aus der 10-maligen Wägung eines Faserfilters 0,02 mg(unter Wiederholbedingungen)

Nachweisgrenze ermittelt aus der 3-fachen Streuung des Blindwertes gemäß VDI 2449 0,06 mg

30 21-18/2005

0 20 40 60 80 100 1200

20

40

60

80

100

120PM10 Konzentration in µg/m³ - Referenzgerät 2 (SN 01/0061)

PM10 Konzentration in µg/m³ - Referenzgerät 1 (SN 01/0074)

N = 104

y = xRegressionsgeradeEinzelwert

R2 = 0,999Y = 0,966 X + 0,139Referenzgeräte

Ausreisser

Abbildung 5.3-1

Vergleichbarkeit der beiden Referenzgeräte;

Filterwechsler SEQ 47/50

Referenzgeräte - gesamtes Datenkollektiv

Anzahl Wertepaare 104

Ausreißer 2

Regressionsgerade y = 0,966x + 0,139

R² 0,999

3121-18/2005

Die Tagesmittelwerte, die mit den Referenzgeräten und den Testgeräten (Rohwerte) gemessen wurden, sind im An-

hang A1 für jeden Messstandort getrennt aufgelistet. In den Abbildungen 6-1 und 6-2 sind für alle Standorte die

Tagesmittelwerte, die mittels der beiden Testgeräte Environmnental Dust Monitor - Model 180 gemessen wurden,

den Tagesmittelwerten der beiden Referenzgeräte SEQ 47/50 (Mittelwert aus Doppelbestimmung) gegenüberge-

stellt. In Abbildung 6.3 sind in gleicher Weise die Mittelwerte aus den Parallemessungen mit den Testgeräten den

Mittelwerten aus der Parallelmessung mit den Referenzgeräten gegenübergestellt. In Tabelle 6-1 sind die Parameter

der Regressionsanalyse für diese drei Darstellungen aufgelistet.

Die Steigungen der drei Regressionsgeraden sind mit Werten von 1,240 (Testgerät 1), 1,205 (Testgerät 2) und

1,223 (Mittelwert beider Testgeräte) signifikant verschieden von 1, während die Achsenabschnitte mit Werten von

-0,473 (Testgerät 1), -0,328 (Testgerät 2) und -0,375 (Mittelwert beider Testgeräte) vernachlässigbar sind. In die-

sem Fall erlaubt der “Guidance for the Demonstration of Equivalence - Final Draft for external comments”, Okto-

ber 2004, Abschnitt 9.7, die Anwendung eines Korrekturfaktors. Im Folgenden werden alle mit den beiden Test-

geräten gemessenen Tagesmittelwerte mit dem Faktor 1/a = 1/1,223 korrigiert. Dieser Korrekturfaktor ergibt sich

aus der Regressionsanalyse des Datenkollektivs, bestehend aus den jeweiligen Mittelwerten der Parallelmessungen

mit Testgeräten und Referenzsammlern. Die anschließende Prüfung auf Gleichwertigkeit gemäß DIN/EN 12341 er-

folgt mit den so korrigierten Konzentrationsmittelwerten der Testgeräte.

Die korrigierten Tagesmittelwerte der beiden Testgeräte sind in Tabelle A1 im Anhang getrennt nach den 3 Mess-

standorten aufgelistet.

6 DARSTELLUNG DER ERGEBNISSE AUS DEN

FELDPRÜFUNGEN

Tabelle 6-1

Ergebnisse der Regressionsanalyse der Gegenüberstellung der Testgeräte und der Referenzgeräte

Testgerät Steigung a Achsenabschnitt b R² Anzahl

Testgerät 1 (SN 87F03008) 1,240 -0.473 0,982 104

Testgerät 2 (SN 87F03009) 1,205 -0,328 0,980 104

Mittelwert aus den Parallemessungenmit den beiden Testgeräten 1,223 -0,375 0,982 104

32 21-18/2005

PM10 Konzentration in µg/m³ - Testgerät 2 (SN 87F03009)

PM10 Konzentration in µg/m³ - Mittelwert aus Referenzgerät 1 und 2

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120 140

N = 104

Ausreisser y = xRegressionsgeradeEinzelwert

R2 = 0,980Y = 1,205 X - 0,328Testgerät 2

Alle Standorte - Testgerät 2

Abbildung 6.2Vergleich des Testgerätes 2 mit den Referenzgeräten

Testgerät 2 (SN 87F03009)


Regressionsgerade y = 1,205x - 0,328

R² 0,980



0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120 140

N = 104


R2 = 0,982Y = 1,240 X - 0,473Testgerät 1


Abbildung 6-1Vergleich des Testgerätes 1 mit den Referenzgeräten




R² 0,982

3321-18/2005

PM10 Konzentration in µg/m³ - Mittelwert aus Testgerät 1 und 2


0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120 140

N = 104


R2 = 0,982Y = 1,223 X - 0,375Mittelwert Testgerät 1 und 2

Alle Standorte - Mittelwert Testgerät 1 und 2

Abbildung 6.3Vergleich der Testgeräte1 und 2 mit den Referenzgeräten

Mittelwert aus den Parallelmessungen mit den

Testgeräten 1 und 2



R² 0,982

7.1 Vergleichbarkeit der Testgeräte

Die Prüfung erfolgt gemäß DIN/EN 12341 Kapitel 5.2.3.

Forderung: Der aus den mit den beiden Testgeräten gemessennen Konzentrationsmittelwerten berechnete

zweiseitige Vertrauensbereich Cl95 soll den Wert von 5 µg/m³ für Konzentrationsmittelwerte

≤ 100 µg/m³ und von 0,05 für Konzentrationsmittelwerte > 100 µg/m³ nicht überschreiten.

Vorgehensweise: • Berechnen der Mittelwerte Yi aus den i-ten Parallelmessungen mit den beiden Testgeräten

• Teilen des Datenkollektivs in zwei Datensätze gemäß

1) Datensatz mit Yi ≤ 100 µg/m³ mit der Anzahl der Wertepaare n<2) Datensatz mit Yi > 100 µg/m³ mit der Anzahl der Wertepaare n>

Zu 1)

• Berechnen der absoluten Standardabweichung sa

wobei Di = Yi1 - Yi2 die Differenz der i-ten Konzentrationsmittelwerte der Testgeräte ist

• Auswahl des entsprechenden Student-Faktors tn<-2,0,975, definiert als das 0,975-Quantil

des zweiseitigen 95%-Vertrauensbereichs der t-Verteilung nach Student mit

n< - 2 Freiheitsgraden

• Berechnen des zweiseitigen Vertrauensbereichs Cl95 für alle Konzentrationsmittelwerte

mit Yi≤ 100 µg/m³

Cl95 = sa • tn<-2,0,975

Im Rahmen der Felduntersuchungen an den drei unterschiedlichen Standorten wurden insgesamt 107 Parallel-

messungen mit den beiden Testgeräten durchgeführt. Davon erfüllen 105 Datenpaare die Anforderung

Yi ≤ 100 µg/m³. Es ergibt sich ein Wert für den Student-Faktor von tn<-2,0,975 = 1,983. Der hieraus berechnete

zweiseitige Vertrauensbereich beträgt: Cl95 = 1,8 µg/m³. Dieser Wert für den beidseitigen Vertauensbereich Cl95liegt unterhalb des geforderten Wertes von 5 µg/m³. Die eingesetzten Testgeräte sind entsprechend DIN/EN 12341

in diesem Messbereich miteinander vergleichbar.

Die Mindestanforderung für die Vergleichbarkeit der Testgeräte für den Konzentrationsbereich ≤≤ 100 µg/m³

ist erfüllt.

34 21-18/2005

7 ÜBERPRÜFUNG DER GLEICHWERTIGKEIT

Zu 2)

• Berechnen der relativen Standardabweichung sr

• Auswahl des entsprechenden Student-Faktors tn>-2,0,975, definiert als das 0,975-Quantil

des zweiseitigen 95%-Vertrauensbereichs der t-Verteilung nach Student mit

n>- 2 Freiheitsgraden

• Berechnen des zweiseitigen Vertrauensbereichs Cl95 für die Konzentrationsmittelwerte

mit Yi > 100 µg/m³

Cl95 = sr • tn>-2,0,975

Im Rahmen der Felduntersuchungen an den drei unterschiedlichen Standorten wurden insgesamt 107 Parallel-

messungen durchgeführt. Davon erfüllen nur zwei Datenpaare die Anforderung Yi > 100 µg/m³. Eine Aussage ist

daher nicht möglich.

Alle für die Untersuchung der Vergleichbarkeit verwendeten Konzentrationsmittelwerte sowie die berechneten

Werte für D2i sind in Tabelle A1 im Anhang aufgelistet. In Abbildung 7.1-1 sind die Konzentrationsmittelwerte der

beiden Testgeräte einander gegeübergestellt.

3521-18/2005



0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120 140

N = 107


R2 = 0,999Y = 0,973 X + 0,082Testgeräte

Alle Standorte

Abbildung 7.1-1Ergebnisse der Parallelmessung mit den beiden Testgeräten

Vergleich der Testgerät - gesamtes Datenkollektiv


Regressionsgerade y =0,973x + 0,070

R² 0,999

36 21-18/2005

7.2 Vergleichbarkeit des Testgerätes mit dem Referenzgerät

Die Prüfung erfolgt gemäß DIN/EN 12341 Kapitel 5.2.4.

Forderung: Die Referenz-Äquivalenz-Funktion y = f(x), die den funktionalen Zusammenhang zwischen

den Ergebnissen, die mit den Testgeräten (y) erhalten wurden und den gemessenen Konzen-

trationsmittelwerten der Referenzgeräten (x)beschreibt, soll innerhalb des beidseitig begrenz-

ten Akzeptanzbereichs

y = (x ± 10) µg/m³ für Konzentrationswerte ≤ 100 µg/m³

y = 0,9 x (µg/m³) bzw. y = 1,1 x (µg/m³) für Konzentrationswerte > 100 µg/m³

liegen.

Desweiteren soll der Variationskoeffizient R² der berechneten Referenz-Äquvalenz-Funktion

den Wert 0,95 nicht unterschreiten.

Vorgehensweise: • Berechnen der Referenz-Äquivalenz-Funktion und des Variationskoeffizienten getrennt für

beide Testgeräte und für das Datenkollektiv, das sich durch Zusammenlegen der Ergebnisse

beider Testgeräte ergibt

• Berechnen des beidseitig begrenzten Akzeptanzbereiches

• gemeinsame grafische Darstellung (nach Testgeräten getrennt und für beide Testgeräte

gemeinsam)

- der idealen Referenz-Äquivalenz-Funktion y = x

- des beidseitig begrenzten Akzeptanzbereichs

- aller Wertepaare

- der berechneten Referenz-Äquivalenz-Funktion

In den Abbildungen 7.2-1 und 7.2-2 sind die berechnete Referenz-Äquivalenz-Funktion, die ideale Referenz-Äqui-

valenz-Funktion, der beidseitigt begrenzte Akzeptanzbereich sowie die jeweiligen Wertepaare für das

Testgerät 1 (SN 87F03008) und das Testgerät 2 (SN 87F03009) für alle Standorte dargestellt. In gleicher Weise er-

folgt in Abbildung 7.2-3 die Darstellung für das zusammengefasste Datenkollektiv der beiden Testgeräte.

Die Konzentrationsmittelwerte der Testgeräte wurden vorab, wie in Kapitel 6 beschrieben, mit einer für alle Stan-

dorte und für den gesamten Messzeitraum der Felduntersuchungen gemeinsamen Kalibrierfunktion korrigiert.

Diese Korrektur ist gemäß des vorläufigen Berichts “Field test experiments to validate the CEN standard measure-

ment method for PM2,5” der CEN-Arbeitsgruppe 22 des CEN TC 264/WG15 zulässig. Prüfnormale, wie bei Mes-

sung gasförmiger Messobjekte, sind nicht verfügbar.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Referenz-Äquivalenz-Funktion in den Grenzen des beidseitig begrenzten

Akzeptanzbereichs liegt und dass der Variationkoeffizient R² = 0,98 beträgt. Die Forderung der

DIN/EN 12341 wird erfüllt.

3721-18/2005



0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120 140

N = 104

Ausreisser y = xReferenz-Äquivalenz-Funktion

Einzelwert

R2 = 0,980Y = 0,985 X - 0,278Testgerät 2


Akzeptanzbereich

Abbildung 7.2-2Vergleich des Testgerätes 2 mit den Referenzgeräten




R² 0,980



0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120 140

N = 104


Einzelwert

R2 = 0,982Y = 1,014 X - 0,386Testgerät 1


Akzeptanzbereich

Abbildung 7.2-1Vergleich des Testgerätes 1 mit den Referenzgeräten




R² 0,982

7.3 Überprüfung der geräteinternen Firmware-Version

Die gerätespezifische Software (Firmware) ist in mehrere Module gegliedert. Die Signalerfassung und Berechnung

der Staubmassenwerte (PM Werte) erfolgt im Berechnungs-Modul.

Für das Berechnungs-Modul in der Firmware der Geräte wird eine CRC Prüfsumme mit abgespeichert. Damit ist

es möglich zu überprüfen, welche Firmware sich im Messgerät befindet, bzw. ob die Firmware konform ist mit der

Version, die im Rahmen der Eignungsprüfung verwendet wurde.

Die Abfrage kann über ein Terminalprogramm erfolgen (siehe Bedienungsanleitung zum Testgerät).

Das CRC wird gebildet nach CCITT CRC Polynom X^16+X^12+X^5+1.

Das Berechungsmodul befindet sich im ROM0 von Adresse CA00H bis DFFFH.

Für die in der Eignungsprüfung verwendete Firmware-Version ergibt sich die folgende Ausgabe:

Beispiel auslesen: ! Model 180

Version 7.80 E Berechnungs-Modul

CRC(CA00H..DFFFH) = CAC8H

38 21-18/2005

PM10 Konzentration in µg/m³ - Testgeräte 1 und 2


0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120 140

N = 208


Einzelwert

R2 = 0,981Y = 1,000 X - 0,332Testgeräte 1 und 2

Alle Standorte - Testgeräte 1 und 2

Akzeptanzbereich

Abbildung 7.2-3Vergleich beider Testgeräte mit den Referenzgeräten

Testgeräte 1 und 2



R² 0,981

Documents

PRÜFUNG DES SCHWEBSTAUBMESSGERÄTES · Abbildung 3.1-2 zeigt die entsprechenden Bauelemente im Foto eines geöffneten Gerätes. Die Prallplatte des Probeneinlasses ist regelmäßig