Zweistufige sensorische und messtechnische Erfassung der empfundenen Luftqualität
Final Report Abstract
Die Luftqualität in Gebäuden gewinnt zunehmend an Bedeutung, da eine schlechte Luftqualität nachgewiesenermaßen zu gesundheitlichen Einschränkungen der Gebäudenutzer führt. Für Büro- und Verwaltungsgebäude ist eine gute Luftqualität zudem auch ein wirtschaftlicher Aspekt, da die Leistungsfähigkeit der Menschen bei einer zu geringen Luftqualität signifikant sinkt. Es gibt verschiedene Verfahren für die Messung der Luftqualität: Die CO2 – Konzentration kann als ein Maß für die luftmengenbezogene Belegungsdichte in einem Raum herangezogen werden. Pettenkofer empfahl bereits 1858 einen Grenzwert für die maximale CO2-Konzentration in Innenräumen. Diese indirekte Bewertung der Luftqualität über ein Indikatorgas vernachlässigt jedoch alle nicht-menschlichen Geruchsbelastungen. Heute werden entweder aufwendige Analyseverfahren eingesetzt, um die Zusammensetzung der Verunreinigungen der Luft zu erfassen, oder Probandengruppen, um die geruchliche Wirkung des Stoffgemisches zu bewerten. Leider hat sich bis heute kein einheitliches Verfahren für Luftqualitätsmessungen mit Probanden etabliert und verschiedenen Methoden unterscheiden sich auch in der Bewertungsgröße. So erfolgt bei einigen Verfahren eine Bestimmung der Intensität eines Geruchseindrucks und bei anderen Verfahren wird die Akzeptanz der Luft als tägliche Arbeits- oder Wohnumgebung bewertet. Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Ermittlung des bisher unbekannten Zusammenhangs zwischen der empfundenen Geruchsintensität und der Akzeptanz beziehungsweise der so genannten "empfundenen Luftqualität". Die Intensität eines Geruchseindrucks ist eine "eindimensionale Größe", die mit einer kleinen Probandengruppe und einen Vergleichsmaßstab ermittelt werden kann. Idealer Weise sollte die Art des Geruchs bei einer Intensitätsbestimmung mit Probanden keine Relevanz besitzen. Die Akzeptanz ist eine komplexere Größe, da hier eine Einschätzung beziehungsweise Bewertung des Geruchseindrucks abgefragt wird. Für die Bestimmung der Akzeptanz ist eine große Probandengruppe erforderlich, da die Akzeptanzbewertungen zwischen den einzelnen Mitgliedern einer Probandengruppe stark variieren. Auf Grundlage eines einfachen Basisgeruchssystems wurde der Zusammenhang zwischen Intensität und Akzeptanz anhand von parallel durchgeführten Intensitäts- und Akzeptanzbewertungen untersucht. Es sollte ermittelt werden, inwieweit aus mehreren Geruchseindrücken wenige Klassen gebildet werden können, für die je eine Übertragungsfunktion angegeben werden kann. Ein solches System von Übertragungsfunktionen erleichtert die Messung der Luftqualität mit Probandengruppen und erlaubt einen Vergleich zwischen Intensitäts- und Akzeptanzbestimmungen. Parallel zu den Intensitäts- und Akzeptanzbestimmungen mit Probandengruppen wurde eine Abfrage der Hedonik durchgeführt. Durch die gewonnen Daten wird gezeigt, dass sich die Einschätzung der Hedonik eines Geruchseindrucks – angenehm oder unangenehm – durch die vorangegangene Bestimmung der Geruchsintensität beziehungsweise der Akzeptanz geringfügig beeinflusst wird. Zu prüfen ist, ob eine kombinierte Abfrage der Intensität und der Hedonik für die Abschätzung der Akzeptanz einer Luftprobe verwendet werden kann. Zusätzlich wurden Versuche mit Kombinationen der Basisgerüche durchgeführt und der Einfluss der der relativen Feuchte auf die Intensitäts- und Akzeptanzbewertung betrachtet. Vorangegangene Versuche zeigten, dass die relative Feuchte der Luft einen Einfluss auf das Bewertungsergebnis der Probanden hat. Für die Basisgerüche wurde auf einzelne repräsentative Substanzen zurückgegriffen, die, mit kleinen Anpassungen, auf das Geruchsmodell von Amoore (1962) zurückgehen. Die Luftproben, in welche die zu bewertende Substanzen eindosiert wurden, wurden mit einer neu errichteten Geruchsdosiereinheit erzeugt. Diese Dosiereinheit arbeitet nach dem Prinzip der Sättigungsmethode und generiert einen Probenluftstrom mit konstanter Konzentration, der anschließend mit neutraler Luft verdünnt über einen Glastrichter den Probanden zur Bewertung dargeboten wird. Die Luftproben wurden mit zwei unabhängigen Probandengruppen in Bezug auf die Intensität und die Akzeptanz bewertet. Die Versuche mit einzelnen Basisgerüchen zeigten, dass die Akzeptanz mit der steigenden empfundenen Intensität für alle Basisgerüche abnahm. Für die sieben Geruchsklassen konnten lineare Trends ermittelt werden. Die Gerüche lassen sich in zwei Hauptgruppen einteilen, die positive oder negative Akzeptanzwerte aufweisen. Bei hohen Intensitäten ist zu erkennen, dass auch die mit positiven Akzeptanzwerten bewerteten Substanzen negativ empfunden werden können. Die hedonische Bewertung der Probandengruppen liefert eine emotionale Einschätzung des Geruchseindrucks. Sie gibt an, wie angenehm oder unangenehm die Probanden die Gerüche empfinden. Die Probanden, die die Intensität bewerteten, empfanden die angenehmen Gerüche als etwas weniger angenehm als die Probanden, die eine Akzeptanzbewertung durchführten. Die Hedonikbewertungen zeigten bei Gerüchen, die in einem positiven Akzeptanzbereich liegen, eine weitgehende Unabhängigkeit von der empfundenen Intensität. Anders verhält es sich bei der Hedonikbewertung der Gerüche, die im negativen Akzeptanzbereich liegen, die eine Abhängigkeit zur Intensität zeigen. Die Probanden, die mit einer Akzeptanzskala arbeiten, konzentrieren sich nicht oder nur wenig auf die Intensität des Geruchs. Es findet keine klare Separation zwischen Intensität und dem hedonischen Eindruck statt. Mit sinkender Akzeptanz verschlechterte sich bei allen Versuchen die Hedonik der Gerüche. In Versuchen mit Kombinationen aus unterschiedlichen Basisgerüchen wurde der Zusammenhang von Intensität, Akzeptanz und Hedonik bei der Überlagerung von zwei angenehmen, zwei unangenehmen Gerüchen sowie einem angenehmen und einem unangenehmen Geruch ermittelt. Das Gemisch aus zwei angenehmen Gerüchen wurde bei den Probanden mit einer schlechteren Akzeptanz und Hedonik bei konstanter Intensität bewertet, die Bewertungen blieben jedoch im positiven Bereich der Akzeptanz. Ein Geruch, der durch mischen von zwei unangenehmen Gerüche entstand, wurde von der Akzeptanz ähnlich bewertet wie die Einzelstoffe. Bei höherer Intensität nahm die Akzeptanz jedoch deutlich stärker ab als bei den Einzelstoffen. Die Hedonik veränderte sich in Bezug auf die Einzelsubstanzen nur unwesentlich. Das Mischen von einem angenehmen und einem unangenehmen Geruch ergab Akzeptanzwerte, die zwischen den Akzeptanzwerten der Einzelstoffe lagen. In den meisten Fällen lagen die Daten jedoch im negativen Akzeptanzbereich. Die Probandenexperimente bei unterschiedlicher Temperatur und relativer Feuchte zeigten, dass eine Zunahme der spezifischen Enthalpie die Akzeptanz nicht generell, wie in früheren Studien ermittelt, abnimmt. Für angenehme Gerüche nehmen die Akzeptanzwerte mit Erhöhung der spezifischen Enthalpie ab, bei unangenehmen Gerüchen können die Akzeptanzwerte bei höherer Temperatur oder relativer Feuchte besser werden. Zusätzlich zu den Experimenten mit der Befragung von Probanden wurden Multigassensoren eingesetzt, um einen Beitrag zur Entwicklung eines elektronischen Messverfahrens für die empfundene Luftqualität zu leisten. Für jeden Basisgeruch konnte ein charakteristisches Signalmuster ermittelt werden. Die gewonnen Erfahrungen können in einem zurzeit laufenden europäischen Forschungsprojekt zur Weiterentwicklung der elektronischen Messverfahren angewendet werden. Auf Basis der gewonnen Messdaten wird ein neues Messverfahren entwickelt, mit dem über eine kombinierte Intensitäts- und Hedonikbewertung die Akzeptanz der Raumluft bestimmt werden kann. Dieses neue Verfahren eröffnet die Möglichkeit, mit einer kleinen Probandengruppe – acht bis zwölf Personen – aussagekräftige Akzeptanzbewertungen zu ermitteln. Dieses Verfahren soll in einem beantragten Projekt (Umweltbundesamt) für typische Baustoffe getestet werden. Die Erkenntnisse werden außerdem in die Weiterentwicklung der elektronischen Messverfahren für die Luftqualität einfließen. Ziel ist es, mittels einer geeigneten Messtechnik online die empfundene Luftqualität in einem Raum zu bestimmen. Ein solches Messverfahren ermöglicht eine bedarfgerechte Lüftung, die bei einem minimalen Energieeinsatz ein Höchstmaß an Komfort für die Gebäudenutzer bieten kann.
Publications
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Clima 2007 WellBeing Indoors, Helsinki, Finland: Basis Odor Model for Perceived Intensity and Air Quality Assessments
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Deutsche Kälte-Klima-Tagung 2006, Dresden: Entwicklung eines Basisgeruchsmodells für die Bewertung der empfundenen Luftqualität.
