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Forschungsstelle
BAFU
Projektnummer
UTF 205.35.06
Projekttitel
Diffusion Size Classifier zur Messung von Anzahl und mittlerem Durchmesser von Partikeln (DISC-Messgerät)

Texte zu diesem Projekt

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Schlüsselwörter
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Kurzbeschreibung
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Ergebnisse gemäss Vertrag
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Projektziele
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Beschreibung der Resultate
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Umsetzung und Anwendungen
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Weiteres Vorgehen
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Publikationen / Ergebnisse
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Erfasste Texte


KategorieText
Schlüsselwörter
(Deutsch)
Messtechnik, DISC-Gerät, elektrischer Diffusionsaufladung, FHNW
Kurzbeschreibung
(Deutsch)
Um die Einhaltung von Immissions- und Emissionsgrenzwerten für Feinstaub zu überwachen, wird neben der aufwendigen Messtechnik, wie sie heute in Messstationen und Prüfständen eingesetzt wird, auch eine einfach zu handhabende Technik für Messungen im Feld benötigt. Herkömmliche Messverfahren wie die Gravimetrie und Opazimetrie sind angesichts der immer tieferen Partikelemissionen, die sich zudem auf Kleinstpartikel reduzieren, bereits an ihrer Nachweisgrenze angelangt. Es sind deshalb neue Messmethoden erforderlich, die sowohl robust, kompakt und einfach in der Benutzung sind als auch die erforderliche Nachweisgrenze erreichen.

Mit Unterstützung des BAFU wurden in einem früheren Projekt (UTF 50.05.01) verschiedene optische Verfahren zur Feldmessung von Feinstpartikeln getestet und das erfolgversprechendste Verfahren (Kombination von elektrischer Diffusionsaufladung mit einem einstufigen Gitter-Diffusionsabscheider, Diffusion Size Classifier DiSC) bis zum Prototyp entwickelt.
Ergebnisse gemäss Vertrag
(Deutsch)
1. 10 DiSC-Geräte mit verbesserter Akku-Ladeelektronik und Benutzerfreundlichkeit für den Test im praktischen Einsatz.

2. 2 Prototypen von optimierten Thermodesorbern, die auch bei sehr kleinen Partikeln wenig Verluste aufweisen und die für die Messung nötige Temperatur von > 200 °C auch im Batteriebetrieb erreichen.

3. Neu entwickelter Rotationsverdünner, bei dem ausser der Steuerelektronik alle erforderlichen Komponenten im Verdünnungskopf untergebracht sind.

4. Grundgerät mit verbessertem Messsystem in bezug auf Auflader, Diffusions- und Filterstufen sowie Möglichkeit zum autonomen Betrieb mit lokaler Datenspeicherung.

5. Detaillierte Angaben zu Messbereich und Messgenauigkeit sowie Kalibrierungsverfahren zur Sicherstellung von wiederholbaren und korrekten Messungen. Die Prüfung der Kalibrierbarkeit und der Messanforderungen erfolgt durch das Bundesamt für Metrologie METAS.

6. Prototyp des kompletten Geräts inklusive Benutzersoftware. Das Gerät bleibt am Ende des Projektes im Eigentum des BAFU für den eigenen Gebrauch.
Projektziele
(Deutsch)
In diesem Projekt soll der bestehende Laborprototyp des Diffusion Size Classifier zu einem kompakten portablen Gerät weiter entwickelt werden, das sowohl für Immissionsmessungen als auch in Verbindung mit einem optimalen Verdünnungssystem für Emissionsmessungen eingesetzt werden kann. Zudem soll es die Unterscheidung von flüchtigen und nichtflüchtigen Komponenten ermöglichen.
Beschreibung der Resultate
(Deutsch)
In diesem Projekt wurde ein Laborprototyp eines neuartigen Feinstaubmessgeräts zu einem kommerziell erhältlichen Seriengerät weiterentwickelt. Dieser "Diffusion Size Classifier" kann die Partikelanzahlkonzentration sowie den mittleren Partikeldurchmesser messen.
Zusätzlich zu diesem Seriengerät wurde ein Prototyp einer Konditioniereinheit entwickelt. Die Konditioniereinheit erlaubt die Unterscheidung von flüchtigen und festen Feinstaubpartikeln. Sie besteht aus einer Gasverdünnung und einer nachfolgenden Heizstrecke. In der Konditioniereinheit werden die flüchtigen Partikel verdampft, und es werden anschliessend nur die festen Partikel (z.B. Dieselruss) gemessen. Dies ist relevant, da flüchtige Partikel oft weniger gesundheitsgefährdend sind als Festpartikel - die Unterscheidung fest-flüchtig ist daher ein wesentlicher Bestandteil der Messvorschriften für die zukünftigen Partikelanzahlgrenzwerte.
Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
Die aktuelle Messtechnik für Feinstaub ist grösstenteils komplex und teuer. Herkömmliche Messgeräte - wie sie heute in Prüfständen und im Labor eingesetzt werden - sind zumeist nicht oder nur beschränkt feldtauglich. In verschiedenen Ländern ist die Einführung eines Partikelanzahlgrenzwerts in Diskussion oder bereits in Vorbereitung; ihre Einhaltung im Feld war aber bisher kaum überprüfbar. Das von uns entwickelte Messgerät inklusive Konditioniereinheit kann nun für diesen Zweck verwendet werden; z.B. um bei Feuerungen oder Baumaschinen die Partikelemissionen zu messen.
Der Diffusion Size Classifier kann auch ohne Konditioniereinheit verwendet werden - dann ist er als wartungsarmes Gerät für Immissionsmessungen und Laborversuche geeignet.
Weiteres Vorgehen
(Deutsch)
Derzeit wird an einer miniaturisierten Version des Diffusion Size Classifier (Handmessgerät) gearbeitet. Das Gerät wird damit einen grösseren Anwenderkreis ansprechen, z.B. für medizinische Studien zur persönlichen Feinstaubbelastung, aber auch für noch unkompliziertere Messungen z.B. an Arbeitsplätzen.
Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)

Im Magazin UMWELT 1/2008 wird dieses Projekt erwähnt. Mehr Informationen unter www.umwelt-schweiz.ch/magazin oder im angehängten PDF.

 

Wissenschaftliche Publikationen zum Projekt

M. Fierz, M.G.C. Vernooij, and H. Burtscher: An improved low-flow thermodenuder. J. Aerosol Sci. 38 (2007) 1163 - 1168.

M. Fierz, H. Burtscher, P. Steigmeier and M. Kasper: Field measurement of particle size and number concentration with the Diffusion Size Classifier (DiSC), SAE 2008-01-1179.

M. Fierz, A. Keller, and H. Burtscher: Charge-based personal aerosol samplers. Inhalation Toxicology, 2009; 21(S1): 30–34.

M. Fierz, C.Houle, P.Steigmeier, and H.Burtscher: Design, Calibration and Field Performance of a Miniature Diffusion Size Classifier. submitted to Aerosol Science and Technology (2010).

Vorträge

M. Fierz: A portable diffusion size classifier. 9th ETH Conference on Combustion Generated Nanoparticles, Zürich, Aug. 15.-17. 2005.

M, Fierz: A portable diffusion size classifier. European Aerosol Conference, Gent, Sept. 2005.

M. Fierz: Selective measurement of solid particles with the Diffusion Size Classifier. 10th ETH Conference on Combustion Generated Nanoparticles, Zürich, 21. - 23. Aug. 2006.

H. Burtscher: The diffusion Size Classifier (DiSC) - a portable device to measure Particle number Concentration and mean diameter. International Aerosol Conference. 9. - 15- Sept. 2006, St. Paul, USA.

M. Fierz: Personal Aerosol Samplers. 12th ETH Conference on combustion generated nanoparticles, Zurich, Juni 2008.

H. Burtscher: Particle measurement based on diffusion charging. European Aerosol Conference 2008, Thessaloniki .

H. Burtscher: On-line procedures for the analysis of nanoparticles in air. Tagung Nanoparticles in the Environment, Implications and Applications (nanoECO), Centro Stefano Franscini, Monte Verità, Ascona, Schweiz, 2.-7- 3. 2008.

H. Burtscher: Probenahme und Messtechnik für Partikelanalyse in Abgasen. Seminar an der Hochschule für Technik und Architektur, Luzern, 3. 4. 2008.

H. Burtscher: Particle measurement based on diffusion charging. European Aerosol Conference 2008, Thessaloniki .

Martin Fierz: Miniature Diffusion Size Classifiers for Personal Monitoring and Sensor Networks. 13th ETH conference on combustion generated nanoparticles, Zurich, 24. Juni 2009.

Corey Houle: Improving Heated Dilution Systems for Nanoparticles. 13th ETH conference on combustion generated nanoparticles, Zurich, 24. Juni 2009.

M. Fierz: miniDiSC for personal monitoring and high-resolution monitoring networks. European Aerosol Conference 2009, Sept. 6-11, Karlsruhe.

Zugehörige Dokumente