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Die Luftqualität von Innenräumen für eine gesündere Umwelt überwachen

Im Zuge eines EU-finanzierten Projekts wurden Schritte unternommen, um sicherzustellen, dass die Energieeffizienz von Heizungs-, Belüftungs- und Klimaanlagen nicht auf Kosten der Gesundheit von Gebäudeeinwohnern geht.
Die Luftqualität von Innenräumen für eine gesündere Umwelt überwachen
Eine Verringerung der Menge kalter, frischer Luft, die in Wärmetauscher eindringt und eine gleichzeitige Steigerung der Menge rezirkulierender Luft ist eine effektive Methode, um den Energiebedarf zu senken – hierbei können sich in Innenräumen jedoch Luftschadstoffe bilden, die die Gesundheit des Menschen gefährden. Im Rahmen des Projekts INTASENSE (Integrated air quality sensor for energy efficient environment control) wurde eine Technik entwickelt, mit der eine Überwachung dieses Risikos möglich ist.

„Unser Projekt war auf die Einbindung von Mikro- und Nanosensortechniken in eine Detektionsplattform ausgerichtet, welche die Luftqualität eines Gebäudes messen und Schadstoffe identifizieren könnte“, erklärt Projektkoordinator Dr. Rob Bell. „Das Ziel war die drahtlose Verbindung einer Überwachung der Luftqualität mit einer Luftregelungseinheit, um die Luftqualität und Belüftung effizienter managen zu können.“

INTASENSE hat in mehreren Schlüsselbereichen Fortschritte im Hinblick auf die Erreichung der Ziele erreicht. Das Team einigte sich auf eine Prioritätsliste für Luftschadstoffe in Innenräumen, die im Fokus stehen sollten. Diese wichtigen Schadstoffe lassen sich in Verbrennungsgase (Stickstoffdioxid (NO2), Kohlenstoffdioxid (CO2), Kohlenmonoxid (CO) und Ozon (O3)); flüchtige organische Verbindungen (VOCs) (Benzol, Toluol, Formaldehyd und p-Dichlorobenzene) und Schwebstoffe (PM) (Fraktionen PM2.5 und PM10) gruppieren.

Um die Verbrennungsgase und flüchtigen organischen Verbindungen zu erkennen, fokussierte sich das Team auf die Entwicklung konduktometrischer Sensoren und deren Validierung für Anwendungszwecke im Bereich der Luftqualität von Innenräumen. In zwei wichtigen Bereichen wurden Fortschritte erzielt. Zum einen wurden drei geeignete Materialien für die Erkennung der einzelnen Gase ausgewählt – Zinnoxid, Nickeloxid und Zinkoxid. Diese wurden daraufhin auf einer nur wenige hundert Nanometer breiten Folie oder als Nanostrukturen hergestellt. Zum anderen wurde eine Plattform für das Sensormaterial ausgewählt, die auf einem quaderförmigen Aluminium-Chip beruht.

Maßnahmen zur Erkennung von Teilchen waren hierbei auf die Entwicklung eines nicht optischen Detektionsmoduls ausgerichtet. Zu Fortschritten in diesem Projektbereich zählt die Einreichung eines Patentantrages beim deutschen Patentamt bezüglich eines neuen Systementwurfs. Die Forschung befindet sich nach wie vor im Gange und die Chancen für eine Kommerzialisierung in Zukunft stehen gut.

Im Rahmen von INTASENSE ist ebenfalls eine Fluidikplattform entwickelt worden, die eine Regelung und Voreinstellung des Luftstroms zu den Sensoren ermöglicht, während die Sensorgeräte geschützt und gestützt werden. Die ausgehenden Sensordaten können drahtlos an einen Standardcomputer übertragen und unter Verwendung einer benutzerdefinierten graphischen Schnittstelle angezeigt werden. Diese Schnittstelle kann zur Steuerung der Pumpengeschwindigkeit, zur Auswahl von Sensortypen und zur Anpassung an spezifische Umweltanforderungen in Innenräumen verwendet werden.

„Die Entwicklung des vollständigen INTASENSE-Multifunktionssystems war auf eine Einbindung aller vorausgehenden Forschungs- und Entwicklungsergebnisse in eine Prototypeneinheit ausgerichtet“, meint Dr. Bell.

Es wurden Tests hinsichtlich Zuverlässigkeit und Leistung durchgeführt, um die Funktionalität des Prototyps zu bewerten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Einheit in der Lage dazu ist, die Zielgase bei verschiedenen Konzentrationsniveaus zu erkennen und die Resultate drahtlos zu übertragen. Die Flexibilität des Systems ermöglicht es, dass eine Reihe von INTASENSE-Plattformen gleichzeitig in Form eines Netzwerks innerhalb eines Raums oder eines Gebäudes betrieben werden kann.

„Die Projektergebnisse werden dazu beitragen, Projektpartnern Möglichkeiten auf den Märkten im Bereich der Luftqualität und Sensorik zu eröffnen“, so Dr. Bell weiter. „Es gibt ebenfalls Spinoff-Forschungsmöglichkeiten – im VK ist bspw. ein Projekt in Vorbereitung, um die Luftqualität von Außenbereichen drahtlos zu überwachen und die Daten in ein Verkehrsmanagement einzubinden, damit Schadstoff-Hotspots in Städten abgeschwächt werden können, die auf den Straßenverkehr zurückzuführen sind.“

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Schlüsselwörter

INTASENSE, Sensoren, Luftqualität von Innenräumen, Gebäude, Energieeffizienz, Klimaanlage, Belüftung, VOCs, CO2, NO2
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