VDI 2463 Blatt 1-1999 Particulate matter measurement - Gravimetric determination of mass concentration of suspended particulate matter in ambient air - General principles.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREMessen von PartikelnGravimetrische Bestimmung der Massenkonzentrationvon Partikeln in der AuenluftGrundlagenParticulate matter measurementGravimetric determination of the mass concentrationof suspended particulate matter in ambient airGeneral principlesVDI 2463Blatt 1 / Par

2、t 1Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishKommission Reinhaltung der Luft (KRdL) im VDI und DIN NormenausschuArbeitsgruppe Messen von Partikeln in der Auenluftim Ausschu ImmissionsmeverfahrenVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 4VDI-RICHTLINIENZubeziehen durch / Available fromBeuth VerlagG

3、mbH, 10772 Berlin AlleRechtevorbehalten / Allrights reservedVereinDeutscherIngenieure, Dsseldorf 1999Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedDer Entwurf der Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Ein

4、spruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 13.040.20November 1999The draft of this guideline has been subject to public scrutinyafter announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).No guarantee can be given with respect to the English transla-tion.

5、The German version of this guideline shall be taken asauthoritative.Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Allgemeine Grundlagen . . . . . . . . . . . . 43 Ablauf einer Schwebstaubmessung. . . . . . 114 Probenahme . .

6、 . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.1 Einflugren . . . . . . . . . . . . . . . . 124.2 Auslegung von Probenahmesystemen. . . . 134.3 Partikelabscheidung . . . . . . . . . . . . . 145 Bestimmung der Massenkonzentration. . . . 205.1 Bestimmung der Masse . . . . . . . . . . . 205.2 Bestimmung des Be

7、zugsvolumens . . . . . 225.3 Berechnung der Ergebnisse . . . . . . . . . 306 Sicherheit der Meaussage . . . . . . . . . . 317 Bewertung der Meverfahren . . . . . . . . . 33Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Anhang A Wirkungsaspekte . . . . . . . . . . . . 40Contents PagePrelimi

8、nary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Procedure for the measurement ofsuspended particulate matter. . . . . . . . . . 114 Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.1 I

9、nfluencing variables . . . . . . . . . . . . . 124.2 Design of sampling systems . . . . . . . . . 134.3 Particle separation . . . . . . . . . . . . . . 145 Determination of mass concentration . . . . . 205.1 Determination of mass . . . . . . . . . . . . 205.2 Determination of the reference volume .

10、. . 225.3 Calculation of the results . . . . . . . . . . . 306 Reliability of the measurement information . . 317 Assessment of the measurement methods . . 33References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Annex A Health aspects . . . . . . . . . . . . . . . 40Frhere Ausgaben: 1.74; 12.97En

11、twurf,deutschFormer editions: 1/74; 12/97draft,inGerman onlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1999 2 VDI 2463 Blatt 1 / Part 1VorbemerkungIn der Kommission Reinhaltung der Luft (KRdL) imVDI und DIN Normenaus

12、schu erarbeiten Fach-leute aus Wissenschaft, Industrie und Verwaltung infreiwilliger Selbstverantwortung VDI-Richtlinienund DIN-Normen zum Umweltschutz. Diese be-schreiben den Stand der Technik bzw. Stand der Wis-senschaft in Deutschland und dienen als Entschei-dungshilfen bei der Erarbeitung und An

13、wendung vonRechts- und Verwaltungsvorschriften. Die Arbeits-ergebnisse der KRdL flieen ferner als gemeinsamerdeutscher Standpunkt in die europische technischeRegelsetzung bei CEN (Europisches Komitee frNormung) und in die internationale technischeRegelsetzung bei ISO (Internationale Organisationfr N

14、ormung) ein.Folgende Themenschwerpunkte werden in vier Fach-bereichen behandelt:Fachbereich I Umweltschutztechnik“Produktionsintegrierter Umweltschutz; Verfahrenund Einrichtungen zur Emissionsminderung;ganzheitliche Betrachtung von Emissionsminde-rungsmanahmen unter Bercksichtigung vonLuft, Wasser u

15、nd Boden; Emissionswerte frStube und Gase; anlagenbezogene metechni-sche Anleitungen; Handhabung brennbarerStube; Minderung der Exposition gegenber luft-fremden Stoffen am Arbeitsplatz, Umweltschutz-kostenrechnungFachbereich II Umweltmeteorologie“Ausbreitung von Luftverunreinigungen in derAtmosphre;

16、 strfallbedingte Freisetzungen;mikro- und mesoskalige Windfeldmodelle; Wech-selwirkung zwischen Atmosphre und Oberfl-chen; meteorologische Messungen; angewandteKlimatologie; Lufthygienekarten; human-bio-meteorologische Bewertung von Klima und Luft-hygiene; bertragung meteorologischer DatenFachbereic

17、h III Umweltqualitt“Wirkung von Luftverunreinigungen auf Mensch,Tier, Pflanze, Boden, Werkstoffe und Atmosphre;wirkungsbezogene Me- und Erhebungsverfah-ren; Erfassung und Wirkung mikrobieller Luftver-unreinigungen; Olfaktometrie; UmweltsimulationFachbereich IV Umweltmetechnik“Emissions- und Immissio

18、nsmetechnik fr anor-ganische und organische Gase sowie fr Partikel;optische Fernmeverfahren; Messen von Innen-raumluftverunreinigungen; Messen von Boden-luftverunreinigungen; Verfahren zur HerstellungPreliminary noteIn the Commission on Air Pollution Prevention of theVDI and DIN Standards Committee

19、(KRdL) ex-perts from science, industry and administration, act-ing on their own responsibility, establish VDI guide-lines and DIN standards in the field of environmentalprotection. These describe the state of the art in sci-ence and technology in the Federal Republic of Ger-many and serve as a decis

20、ion-making aid in the pre-paratory stages of legislation and application of legalregulations and ordinances. KRdLs working resultsare also considered as the common German point ofview in the establishment of technical rules on theEuropean level by CEN (European Committee forStandardization) and on t

21、he international level byISO (International Organization for Standardization).The following topics are dealt with in four subdivi-sions: Subdivision I ”Environmental Protection Techniques“Integrated pollution prevention and control for in-stallations; procedures and installations for emis-sion contr

22、ol; overall consideration of measures foremission control with consideration given to theair, water and soil; emission limits for dusts andgases; plant-related measurement instructions; thesafe processing of combustible dusts; reduction ofexposure to air pollutants in the workplace atmos-phere, envi

23、ronmental industrial cost accountingSubdivision II ”Environmental Meteorology“Dispersion of pollutants in the atmosphere; emis-sions from accidental releases; micro- and meso-scale wind field models; interaction between theatmosphere and surfaces; meteorological measure-ments; applied climatology; a

24、ir pollution maps;human-biometeorological evaluation of climateand air hygiene; transfer of meteorological dataSubdivision III ”Environmental Quality“Effects of air pollutants on man, farm animals,vegetation, soil, materials, and the atmosphere;methods for the measurement and evaluation ofeffects; d

25、etermination of microbial air pollutantsand their effects; olfactometry; environmental sim-ulation Subdivision IV ”Environmental Measurement Techniques“Techniques for emission and ambient air measure-ments of inorganic and organic gases as well asparticulate matter; optical open-path measurementmeth

26、ods; measurement of indoor air pollutants,measurement of soil air pollutants; procedures forB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1999 VDI 2463 Blatt 1 / Part 1 3 von Referenzmaterialien; Prfplne fr Mege-rte

27、; Validierungsverfahren; Meplanung; Aus-werteverfahren; QualittssicherungDie Richtlinien und Normen werden zunchst alsEntwurf verffentlicht. Durch Ankndigung im Bun-desanzeiger und in der Fachpresse erhalten alle inter-essierten Kreise die Mglichkeit, sich an einemffentlichen Einspruchsverfahren zu

28、beteiligen.Durch dieses Verfahren wird sichergestellt, da unter-schiedliche Meinungen vor Verffentlichung der end-gltigen Fassung bercksichtigt werden knnen.Die Richtlinien und Normen sind in sechs Bndendes VDI/DIN-Handbuches Reinhaltung der Luft zu-sammengefat.1 EinleitungDie Richtlinie VDI 2463 is

29、t in mehrere Bltter aufge-teilt. Sie gibt Anleitungen zum Messen der Massen-konzentration von Partikeln in der Auenluft. In die-sem Blatt 1 werden die Grundlagen der manuellengravimetrischen Messung beschrieben.In stdtischen Gebieten betrgt der Massenanteil derPartikel mit Durchmessern oberhalb von

30、30 m ohneden unmittelbaren Einflu von Grobstaub emittieren-den Quellen in Bodennhe nur noch etwa 5 % bis10 % der Gesamtmasse aller in der Auenluft vorhan-denen Partikel 1 bis 4. Wegen des anwachsendenTrgheitsverhaltens unter Windeinflu sowie dersteigenden Sedimentationsfhigkeit mit anwachsen-der Mas

31、se sind Partikel mit aerodynamischen Durch-messern 30 m im statistischen Sinne in der Regelnicht mehr homogen in der Auenluft verteilt 5. Siegelangen zum Beispiel durch Winderosion, Aufwir-beln vom Untergrund oder auch durch anthropogeneGrobstaubquellen in die Luft und weisen in demmeist rtlich begr

32、enzten Einwirkungsbereich ihrerQuellen einen in Bodennhe stark anwachsenden,hufig nichtlinearen Gradienten der Massenkonzen-tration auf. Daher knnen solche luftgetragenen Par-tikel auch nicht mehr dem weitgehend homogenen,lngere Zeit im Schwebezustand verbleibenden at-mosphrischen Aerosol zugerechne

33、t werden, sondernsind ganz berwiegend als grobe Niederschlagsparti-kel (Staubniederschlag 6) anzusehen. Unter dem inder Immissionsmetechnik verwendeten BegriffSchwebstaub“ ist daher in Abgrenzung zu grobenPartikeln des Staubniederschlages die Aerosolkom-ponente der in der Luft vorhandenen Partikel b

34、is zueinem oberen aerodynamischen Durchmesser vonrund 30 m zu verstehen. Somit umfat der Schweb-staub nur die weitgehend homogen in der Auenluftdispergierten Partikel.establishing reference material; test procedures formeasurement devices; validation procedures;measurement planning; evaluation metho

35、ds; qual-ity assuranceThe guidelines and standards are first published asdrafts. These are announced in the Bundesanzeiger(Federal Gazette) and in professional publications inorder to give all interested parties the opportunity toparticipate in an official objection procedure. Thisprocedure ensures

36、that differing opinions can be con-sidered before the final version is published.The guidelines and standards are published in the six-volume VDI/DIN Reinhaltung der Luft (Air Pollu-tion Prevention) Manual.1 IntroductionThe Guideline VDI 2463 is subdivided into severalparts. It gives instructions fo

37、r measuring the massconcentration of suspended particulate matter (SPM)in ambient air. In this Part 1, a description is given ofthe fundamentals of the manual gravimetric measure-ment.In urban areas, the mass fraction of the particles withdiameters above 30 m, without the direct influenceof sources

38、emitting coarse dust close to the ground, isstill about 5 % to 10 % of the total mass of all the par-ticles present in the ambient air 1 to 4. Due to thegrowing inertial behaviour under the influence ofwind, and the rising sedimentation capability with in-creasing mass, particles having aerodynamic

39、diame-ters 30 m are generally, in the statistical sense, nolonger homogeneously distributed in the ambient air5. They pass into the air, for example as a result ofwind erosion, being resuspended from the ground orelse as a result of anthropogenic coarse dust sourcesand, in the primarily locally limi

40、ted effective range oftheir sources, exhibit a mass concentration gradientwhich rises sharply close to the ground and is oftennon-linear. For this reason, such airborne particlescan also no longer be attributed to the largely homo-geneous atmospheric aerosol, which remains in thesuspended state for

41、a relatively long time, but have tobe viewed quite predominantly as coarse particles ofprecipitation (dust precipitation 6). The term ”sus-pended particulate matter“ (SPM) used in ambient airmeasuring technology is therefore to be understood,as distinct from coarse particles in the dust precipita-ti

42、on, to mean the aerosol component of the particlespresent in the air up to an upper aerodynamic diame-ter of around 30 m. SPM therefore comprises onlythe particles which are largely homogeneously sus-pended in the ambient air.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All ri

43、ghts reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1999 4 VDI 2463 Blatt 1 / Part 1In Blatt 8 dieser Richtlinie VDI 2463 7 ist ein Ba-sisverfahren fr den Vergleich von nichtfraktionie-renden Verfahren zum Messen der Massenkonzentra-tionen von Partikeln in der Auenluft (Schwebstaub)beschrieben. Die

44、ses Verfahren erfat nach Unter-suchungen mittels Prfaerosolen und Vergleichsmes-sungen an der Auenluft 3; 4 den Partikelgren-bereich des gesamten Schwebstaubes bis zu 30 maerodynamischem Partikeldurchmesser in Boden-nhe ohne starre obere Abscheidegrenze. Das Basis-verfahren dient als Standard im Sin

45、ne eines Konven-tionsverfahrens fr die Bewertung anderer nichtfrak-tionierender Verfahren zum Messen des gesamtenSchwebstaubes.In den weiteren Blttern der Richtlinie VDI 2463 8sind einzelne Verfahren zur nichtfraktionierendenMessung der Schwebstaub-Massenkonzentration be-schrieben. Diese Meverfahren

46、 knnen zur Beurtei-lung der Immissionbelastung durch partikelfrmigeLuftverunreinigungen herangezogen werden. Die mitden entsprechenden Gerten gesammelten Staubpro-ben eignen sich auch fr Stoffbestimmungen an Parti-keln 9 und in speziellen Fllen auch zur Bestim-mung der Partikelform und/oder der Part

47、ikelanzahl(z.B. Fasern 10). Meverfahren zur Untersuchungspezieller stofflicher Eigenschaften von Partikeln sindin den VDI-Richtlinien VDI 2119, VDI 2267, VDI3492 und VDI 3497 beschrieben, siehe z.B. 10; 11.In der DIN EN 12341 12 sind drei Referenzverfah-ren zur Erfassung des Schwebstaubanteils PM10(

48、aerodynamischer Partikeldurchmesser GA3 10 m) auf-gefhrt. Diese Verfahren sind sowohl fr einen gerin-gen Luftdurchsatz (Low-Volume-Air-Sampler, Luft-durchsatz: 2,3 m3/h) als auch fr einen hohen Luft-durchsatz (High-Volume-Air-Sampler, Luftdurch-stze: 68 m3/h bzw. 78 m3/h) ausgelegt. Die Verfah-ren w

49、urden in einer europischen Feld-Testprozedurgeprft und dienen als Standards, ebenfalls im Sinnevon Konventionsverfahren, fr die Bewertung ande-rer fraktionierender Verfahren zum Messen derPM10-Schwebstaubfraktion.Im Anhang A sind die Aspekte zur gesundheitlichenWirkung von Schwebstaubpartikeln, aus denen sichdie Anforderungen an die Schwebstaubmetechnikableiten, zusammenfassend dargestellt.2 Allgemeine Grundlag