Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Fakultet for samfunnsvitenskap og teknologiledelse Institutt for industriell økonomi og teknologiledelse - Prøvetagningsstrategi for indeklimamålinger Rikke Bramming Jørgensen Institutt for industriell økonomi og teknologiledelse 2008
Prøvetagningsstrategi i indeklima Dette notat giver en kort indføring i problematikken knyttet til prøvetagningsstrategi i indeklimasammenhæng. Notatet er baseret på et ISO 16000-1 Indoor Air General Aspects of sampling strategy Indeklimaets specielle karakteristika Et indeklima er sjældent statisk. Koncentrationen af enhver forurening kan og vil forandre sig afhængigt af kilden, menneskelig aktivitet, ventilations raten, eksterne eller interne klimatiske betingelser, kemiske reationer og sink effekter. Sammensætningen af indeluften vil variere indenfor et rum og mellem rum og den er mindre homogen end luften udenfor bygningen. Ligning /1/ viser sammenhængen mellem nogle af de parametre som påvirker koncentrationen af forureninger i indeluften: dc dt Q = + n ca A ci n ct /1/ t hvor c i: koncentrationen af forurening i i indeluften (mg/m 3 ) Q styrken af kilden (mg/h) V volumen af rummet (m 3 ) n antal luftskifter (h -1 ) c a udeluft koncentrationen (mg/m 3 ) A elliminations faktor (h -1 ) t tiden Ventstre siden af ligningen repræsenterer forandringen i koncentrationen af en given forurening over tid. De første to led på højre siden beskriver stigningen i koncentrationen på grund af emission fra en kilde og penetrering fra udeluften, mens de to sidste led representerer faldet i koncentrationen som er et resultat af forureningen fjernes med ventilation eller andre eliminationsmekanismer (så som sorption af forurening i tekstiler i et rum) Det vigtigste led i ligningen er kildestyrken (Q). Denne er ofte observeret at variere over tid, men dette er der ikke taget højde for i ligning (1). For varierende kildestyrke findes der andre og mere avancerede ligninger. Afhængigt af hvordan kildestyrken varierer med tiden kan der skelnes mellem konstant og variabel kildestyrke og begge tilfelde kan opdeles videre i regulær og irregulær emission se figur 1. Kildestyrken vil, selv for en konstant kilde, også variere med temperatur, relativ fugtighed og niveauet på luftbevægelser i rummet og vil kunne ændre sig over længre tidsintervaller (uger eller måneder). Emissions raten for variable kilder er generelt mindre følsom for rumklima-parametre og varierer ofte over meget kortere tidsperioder. Rikke B. Jørgensen 2
Dette kan skitseres i følgende fire kildetyper Kontinuerlig kilde o Regulær (konstant emissionsfaktor) o Irregular (variabel emissionsfaktor) Diskontinuerlig kilde o Regulær (konstant tidsmønster) o Irregulær (variabelt tidsmønster) kontinuerlig, konstant kildestyrke 25 20 Kildestyrke 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Tid (timer) kontinuerlig, variabel kildestyrke 25 20 Kildestyrke 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Tid (timer) Rikke B. Jørgensen 3
ikke kontinuerlig kilde, konstant tidsmønster 25 20 Kildestyrke 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Tid (timer) ikke kontinuerlig kilde, variabelt tidsmønster 25 20 Kildestyrke 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Tid (timer) Sponplade er et eksempel på en kilde som kontinuerlig emitterer forurening til luften. En sådan kilde emiterer formaldehyd over en lang tidsperiode i mængder som afhænger stærkt af miljøfaktorer så som temperatur og relativ fugtighed. Et gas komfur, som bruges på forskellig måde undervejs mens der laves mad, er et eksempel på en periodevis tilbagevendede kilde som har variabel styrke. Men selv en sådan variabel kilde har et meget reulært tilbagevende forløb fra dag til dag, eftersom måltider ofte tilberedes på omtrent samme tid hver dag. Tilfældig brug af insektmiddel-spray repræsenterer en ikke kontinuerlig kilde med et vriabelt tidsmønster. For at kunne udarbejde en god prøvetagningsstrategi er det vigtigt at gøre en grundig vurdering af de kilder som forventes at være en del af årsagen til problemet. I en del sammenhænge kan der gøres ganske enkle målinger hvis man har at gøre med en kontinuerlig og regulær kilde. I andre sammenhænge er det mere krævende at etablere et måleprogram. Men kendskab til kildemønsteret er en vigtig forudsætning. Rikke B. Jørgensen 4
Prøvetagnings strategien En prøvetagningsstrategi skal omfatte svaret på følgende spørgsmål Hvorfor? Hvad? Hvor? Hvordan? Hvornår? Hvorlænge? Hvor ofte? En gennemtænkt prøvetagningsstrategi er grundlaget for gode målinger som kan bruges til at besvare de spørgsmål som var grundlaget for at sætte målingerne i gang. God planlægning sikrer at man måler de nødvendige parametre på det rigtige tidspunkt og sikrer at de penge der bliver brugt på målingerne bruges på den mest fornuftige måde. Svaret på en grundig prøvetagningsstrategi kan minimere behovet for målinger, eller vise at der er behov for flere målinger af flere parametre end først tænkt. Uden en god prøvetagningsstrategi kan man være heldig at måle godt og rigtigt første gang - men ofte vil man måtte sætte i gang med tillægsmålinger for at få svar på sine spørgsmål. Rikke B. Jørgensen 5
Formål med måling (hvorfor?) Indeklima målinger foretages af følgende fire grunde, hvor den første kan være relateret til eller forårsage de øvrige tre a) Klager fra brugerne over dårligt indeklima b) Behovet for at bestemme brugerens eksponering for visse forbindelser c) Ønske om at måle hvorvidt en specificeret grænseværdi er overholdt d) Test af effektiviteten af et forebyggende tiltag e) Observere helseeffekten of I det første tilfælde kan en udvidet undersøgelse af årsagerne til klagerne være nødvendig og ofte vil der være behov for at tilpasse målestrategien til det individuelle tilfælde. De øvrige tilfælde er enklere at håndterer fordi der vil eksistere information om hvilke forbindelser der skal måles for. Egenskaberne til den forbindelse man skal måle på, forbindelsens koncentration og dens effekt på mennesket vil have en væsentlig indflydelse på hvordan et måleoplæg skal lægges op. Hvis en forbindelse har potentielle langsigtige effekter (som f.eks. kræftfremkaldende forbindelser) vil gennemsnitsværdien over en forholdsvis lang periode være mest interessant. For en forbindelse med irriterende virkning (en irritant) vil en korttidsmåling som fanger den maksimale eksponering være mere relevant. Hvad skal måles Svaret på spørgsmålet om hvad som skal måles vil afhænge helt af formålet med målingen. Hvis en indeklimaundersøgelse er sat i gang pga klager fra brugerne over dårligt indeklima er det mest hensigsmæssigt at foretage en spørgeskemaunndersøgelse eller en interview-runde for at få et godt grundlag for at vide hvilke problemer der klages over. En spøgeskemaundersøgelse bør kombineres med en befaring og med samtaler med. Mere tekst her så det hænger sammen med den trinnvise undersøgelse. Rikke B. Jørgensen 6
Prøvetagnings sted (hvor) I indeklimasammenhænge vil der være en del rumlige variationer i koncentrationen af tilstedeværende forureninger og det vigtigt at specificere både hvilket rum der skal måles i og hvor prøvetagningsudstyret skal pladseres i rummet. Valg af rum afhænger af formålet med målingen. En måling vil ofte have som formål at få identificeret en forureningskilde i et givet rum. Dette vil give eet set med anbefalinger omkring prøvetagningsstrategien. Hvis fomålet er at kortlægge den eksponering en tilstedeværende person bliver udsat for i et givet rum vil målestrategien blive anderledes. I privatboliger vil valget normalt stå mellem opholdsrum og soverum. Hvis der er forureningkilder involveret som er associeret med visse aktiviteter hos beboerne vil opholdsrum være det mest velegnede rum. Hvis der er tale om lantidsmåling af en langtidsemitterende kilde s vil soverummet være mere velegnet da beboeren af boligen oftest har længere opholdstid i soveværelset. I privatboliger er det vigtigt at målingerne ikke påvirker den normale brug af rummene. Midten af rummet er normalt betragtet som det mest repræsentative sted at gennemføre målinger. Hvis dette ikke er muligt, skal prøvetageren ikke pladseres nærmere end 1 meter i forhold til enhver væg. Prøvetagning skal foretages 1-1.5 meter over gulvet siden dette er den normale pustesone. Alternativ pladsering kan vurderes hvis der er specielle forhold som taler for det, f.eks. ved måling af emission fra et komfur. Emissioner herfra vil forårsage termiske bevægelser af luften i rummet, hvilket vil resultere i markerede koncentrationsgradienter. Signifikant lavere koncentration af NO2 vil kunne måles under pustesonen for den som laver mad end over pustesonen for vedkommende. Tilsvarende koncentrationsgradienter vil gælde for andre kilder i indeklimaet. Det kan anbefales at inddele et rum efter aktiviteter som foregår i rummet og evt. gennemføre prøvetagning i forskellige dele af rummet. Dette fordrer imidlertid at der er samme ventilationsforhold i hele rummet, noget som ikke nødvendigvis er tilfældet. Hvis målinger skal gennemføres i relation til en spørgeskemaundersøgelse er der flere momenter som bør vurderes i forhold til planlægningen af hvor aktuelle målinger skal gennemføres og et kort over bygningen med markering af hvilke kontorer/lokaler svargiverne sidder på er et vigtigt værktøj. Viden om ventilationsanlæg, hvis dette findes er også nyttigt i denne sammenhæng, forsyner samme ventilationsanlæg alle lokaler, eller findes der forskelle her. lokaler med få klager og mange klager lokaler som vender mod forskellige himmelretninger lokaler med/den mekanisk ventilationsanlæg lokaler med og uden nærliggende forureningskilder (udendørs eller indendørs) lokaler med og uden interne forureningskilder (eks: printer på kontoret) lokaler med kendt forureningshistorie (f.eks. gammel vandskade) Rikke B. Jørgensen 7
Hvis der skal måles i store rum, som f.eks. store kontorer kan det være hensigtsmæssigt at opdele rummet i mindre enheder som vurderes separat specielt hvis der er tale om korttidsmålinger. Prøvetagnings procedure (hvordan) Der findes mange forskellige typer prøvetagningsudstyr som kan anvendes til indeklima relaterede målinger. Tendensen går i retning af at prøvetagningsudstyr bliver mere og mere specialiseret og der findes en stor mængde udstyr på markedet. I pricippet kan vi inddele prøvetagningsudstyr i direktevisende måleudstyr måleudstyr som kræver opsamling og efterfølgende analyse. o Aktiv opsamling (pumpe) o Passiv opsamling (diffusions-prøvetagere) Et andet princip som udstyr kan inddeles efter er hvorvidt måleudstyret er beregnet på kortids målinger langtids målinger Prøvetagnings metoder beregnet for udendørs brug kan ofte også anvendes til prøvetagning indendørs forudsat at udstyret som bruges til målingen ikke på væsentlig måde har negativ indflydelse på den normale brug af lokalet i hvilket det skal bruges, det være sig på grund af størrelse, prøvetagningsfrekvensen eller støj. Dette er specielt vigtigt ved målinger i boliger. Ved boligmålinger skal det brugte instrument være relativt støjfrit og den sampling rate (luft) der bruges i analysen skal ikke påvirke den normale ventilations rate. Når måleudstyret pladseres skal der tages hensyn til at koncentrationen i et indeklima ikke er homogen. Måleudstyr som anvendes til arbejdsmiljømålinger vil også kunne anvendes. Her vil det ofte være et spørgsmål om hvorvidt detektionsgrænsen på instrumentet er tilpasset måleområdet som skal anvendes. Indeklima-relaterede målinger ligger ofte på væsentligt lavere niveau end arbejdsmiljømålinger. Tidsopløsningen på målingen er en vigtig faktor. Forskellige teknikker kan give forskellige opløsninger og dette vil påvirke resultatet. En direktevisende måler med kontinuerlige målinger kan bruges til at få frem oplysning om variationer i løbet af dagen/ugen, hvorimod et instrument som anvender samling af luft med efterfølgende analyse altid vil give et gennemsnit over den periode hvor luften er samplet. Mange på hverandre følgende opsamlinger af luft, vil kunne give tilnærmet samme information som en kontinuerlig måling. For at bestemme den gennemsnitlige koncentration af en forbindelse over lang tid (eksempelvis 8 timer) kan diffusions-baserede prøvetagere bruges. I en del sammenhænge kan dette være det mest hensigtsmæssige. Radon-målinger f.eks. foretages altid med difffusionsbaserede prøvetagere og her bruges der en prøvetagningstid på minimum 2 måneder fordi det ikke er de kortvarige svingninger som er interessante, derimod er man interesseret i det langvarige gennemsnit af radon i boligen. Rikke B. Jørgensen 8
I en del sammenhænge må prøvetagningsproceduren følge de anbefalinger eller retningslinier som er sat fra den myndighed som regulerer det pågældende område. Hvis en måling skal kunne kommenteres jævnfør en norm fra Arbeidstilsynet, eller Statens Institutt for Folkehelsa, bør målemetoden afstemmes efter den norm som er sat. Som eksempel kan nævnes måling af formaldehyd. Her giver Statens Institutt for Folkehelse en anbefaling om at koncentrationen maksimalt bør være 100 µg/m 3 målt som 30 minutters gennemsnit. Her benyttes aktiv opsamling med prøvetagningsrør og brug af pumpe i 30 minutter og efterfølgende gaschromatografisk analyse af indholdet i prøvetagningsrøret jævnfør specifikationerne som er givet i ISO 16000-3 Determination of formaldehyde and other carbonyl compounds active sampling method. Et andet eksempel er måling af CO 2 hvor den tilsvarende anbefaling fra Statens Institutt for Folkehelsa, og tilsvarende anbefaling i Vejledning 444 Klima og Luftkvalitet fra Arbeidstilsynet. Her hedder det at det maksimale niveau af CO2 ikke bør overstige 1000 ppm. Her er der tale om korttidsmålinger, eller direktevisende målinger som ikke bør overskride 1000 ppm. Valg af tidspunkt (hvornår) Det er væsentligt at tage hensyn til variationen i koncentrationen af forureninger over tid, når man evaluerer et måleresultat. En vigtig faktor som der skal tages hensyn til ved valg af tidspunkt for målingen er ventilationen, tilstedeværelsen af brugeren, dennes aktiviteter, hvilken type indemiljø der ønskes målt, temperaturen og den relative fugtighed. Ved at åbne et vindue vil koncentrationen af enhver luftbåren forbindelse i rummet minske, hvis udeluften er mindre forurenet end indeluften og dette vil forstyrre den ligevægt som tidligere havde etableret sig. I tilfælde med korttidsmålinger er det derfor umuligt at opnå repræsentative resultater hvis målingen startes umiddelbart efter ventilationen ændres. Hvis forbindelsen som der måles på emiterer konstant og kontinuerligt for eksempel et byggemateriale skal der flere timer til for at etablere en ligevægt efter forandringer i ventilationen. Denne effekt er også vigtig for langtidsmålinger, det er imidlertid mindre vigtigt specielt hvis prøvetagningen foretages som langtidsmåling i et bolighus, hvor man er interesseret i at måle forholdene under normale leveforhold. Det er vigtigt at planlægge prøvetagningstidspunktet godt, specielt i forhold til ændringer i ventilationsforholdene. I bygninger med ventilationsanlæg vil brugen af anlægget ofte foregå sådan at ventilationsraten øges om morgenen før de ansatte kommer på arbejde og minskes om eftermiddagen/aftenen når de ansatte forlader bygningen. Det vil variere fra bygg til bygg hvordan ventilationsanlægget er indstillet, men driftsansvarlige/vagtmester vil kunne svare på hvordan ventilationsanlægget er indstillet. Hvis det overhovedet er muligt skal korttidsprøvetagninger først foretages flere timer efter at ventilationsforholdene er ændret. Rikke B. Jørgensen 9
Hvis formålet med prøvetagningen er at måle emission fra en periodevis tilbagevendende kilde, må der tages specielle hensyn til kilden og dens tidsforløb. I nogle tilfælde er det ønskeligt at kortlægge den maksimale eksponering, i andre tilfælde ønskes den gennemsnitlige eksponering over en længere tidsperiode. Prøvetagningens varighed og prøvetagningens frekvens Varigheden af en prøvetagning bestemmes af Karakteristika for den forureningsforbindelse der undersøges Helseeffekten af den aktuelle forurening Kildens emissions karakteristika Målemetodens begrænsninger Formålet med målingen I mange tilfælde, specielt hvis der kun tages nogle få prøver, er det nødvendigt at lave kompromisløsninger der ikke tager fuldt ud højde for alle momenter. Varigheden af prøvetagningen er specielt vigtig i relation til potentielle helseeffekter af den målte forureningsforbindelse. Hvis forbindelsen har akutte helseeffekter foretrækkes ofte korttids-målinger. Langtids-prøvetagningsmetoder bruges overfor forbindelser som har mere kronisk effekt på helsen. Langtids-prøvetagnings metoder påviser ikke kortsigtige koncentrations toppe og dette kan gøre det vanskeligt at tolke måleresultatet specielt hvis forbindelsen også har en korttids-effekt på helsen. I relation til emissions karakteristikken for kilden, så vil emissionen fra en kilde som kun emitterer forurening i kort tid måles bedst ved en korttids-måling. Omvendt vil en kilde med langvarig emission bedst kunne vurderes ved en langtids-måling. Der findes imidlertid en del afvigelser fra denne grovregel. Ved kortvarig brug af insektspray vil man kunne have to formål med en måling. Man kan være interesseret i at måle den maksimale koncentration i rummet og/eller man kan være interesseret i den totale eksponering som en person der opholder sig i rummet vil blive udsat for. Måling af den maksimale koncentration foretages bedst med en korttids-måling, hvorimod den totale eksponering for insektspray for de personer som er tilstede i rummet foretages bedst som en langtids-måling. I tilfælde hvor man ikke kender emissions karakteristika for den kilde man skal måle på kan det være aktuelt med kontinuerlig måling i en begrænset tid for at skaffe nok information før der udarbejdes en mere detaljeret prøvetagningsstrategi. F.eks. kan man måle den totale organiske forurening i rummet ved hjælp af en flamme ioniserings detektor (FID) eller en fotoioniserings detektor (PID) i en begrænset periode. Dette siger ikke noget om hvilke enkeltforbindelser som findes i luften, men kan benyttes til at undersøge den tidsmæssige variation før den mere detaljerede måling iværksættes. Varigheden for prøvetagningen bestemmes ofte at detektionsgrænsen for måleinstrumentet. Mængden af opsamlet forurening ved prøvetagningen skal gøre det muligt at foretage en entydigt identificering og en pålidelig kvantitativ bestemmelse. En gammel og velkendt metode som kan benytte når man ønsker at bestemme den totale mængde af støv i rumluften er opsamling af støv på et filter ved hjælp af en pumpe som suger luf fra rummet gennem Rikke B. Jørgensen 10
filteret. Efterfølgende beregnes koncentrationen af støv i luften ved at veje den opsamlede støvmængde og beregne hvor meget luft der er suget gennem filteret. Denne metode kræver at der opsamles så meget støv på filteret at mængden af støv entydigt kan bestemmes. I indemiljø sammenhæng giver dette en lang opsamlingstid for at få støv nok. Der er ikke altid tilfældet at mængden af den forureningsforbindelse som ønskes undersøgt vil stige selvom prøvetagningstiden øges. Hvis intentionen er at bestemme koncentrationen af en forbindelse som stammer fra en variabel kilde, som kun sjældent er aktiv og som kun er aktiv i korte tidsperioder vil der kunne opsamles næsten lige så meget af den ønskede forurening på en 1 times prøve som på en 24 timers prøve, desuden vil en del information kunne mistes hvis prøvetagningstiden er uhensigtsmæssig. I nogle tilfælde skal prøvetagningstiden vælges ud fra den standard eller guideline man ønsker at sammenligne målingen med. Et eksempel på dette er måling af støv i indeluften hvor der i Anbefalte faglige normer for inneklima angives at målingerne skal foretages som PM 2,5 fraktionen og at normen som anbefales er 20 μg/m 3 (24 timers midlingstid). I det tilfælde skal målingen altså foretages som en 24 timers måling Af økonomiske hensyn vil antal individuelle målinger som udføres i et enkelt rum ofte være lavt. Samtidigt er der en tendens til at tage resultatet af en måling (eller nogle få målinger) som repræsentativt for situationen i et rum under studiet. I en sådan konfliktsituation er det vigtigt at skaffe så meget information som muligt om de parametre som kan have indflydelse på resultatet, for med størst mulig sikkerhed at kunne vurdere hvorvidt resultatet repræsenterer gennemsnittet eller en ekstrem-situation. Korttids- prøvetagning udføres ofte i situationer som kan betragtes som ekstrem-situationer for at kunne være i stand til at estimere den maksimale eksponering. Langtids-prøvetagning anvendes ofte for at bestemme niveauet af forurening under normale betingelser. Kontinuerlig prøvetagning med logging af alle data giver ofte de mest anvendelige målinger, her vil man kunne se både kortvarige toppe og beregne gennemsnit over tid. Alternativt kan en kombination af korttids- og langtids-målinger benyttes. Uanset prøvetagningslængde er det vigtigt at brug og tilstedeværelse af rummene der måles i under prøvetagningen er præsist dokumenteret. I en del sammenhænge vil der være tale om årstidsvariationer. Det kan derfor være vigtigt at gennemføre målinger enten på bestemte årstider, eller under forhold som er repræsentative for flere årstider. Måling af formaldehyd fra træbaserede materialer indeholdende urea/formadehyd lim vil temperatur og fugtighedsforhold være bestemmende for emissionen og resultatet vil derfor afhænge væsentligt af de klimatiske forhold i rummet. Et andet eksempel er måling Viable fungi som også er sæsonafhænig. Rikke B. Jørgensen 11
Prøvetagningsstrategien Den færdige prøvetagningsstrategi giver uddybende svar på spørgsmålene: Hvorfor skal der målles? Hvad skal måles? Hvor skal der måles? Hvordan? Hvornår? Hvorlænge? Hvor ofte? Den endelige prøvetagningsstrategi vil nødvendigvis afhænge af tilgængelige ressourcer, økonomi, data behov, og den tid som er afsat til at gennemføre studiet. En del beslutninger vil derfor altid være taget under hensyntagen til disse parametre. Uanset hvilke kompromis som må være gjort så vil en gennemtænkt prøvetagningsstrategi altid være nyttig for at få mest muligt viden om indeklimaforholdene ud fra et vist antal målinger. Dette notat er udarbejdet med tanke på måling af kemiske og fysiske forureninger i indeluften. Principperne kan imidlertid også overføres til andre målinger i indeklimaet som f.eks. støj, men da må der naturligvis gøres tilpasninger til forureningskildens specielle karakteristika. Referancer Folkehelseinstituttet, Miljø og Helse en forskningsbasert kunnskapsbase, revisjon 2003. ISO 16000-1:Indoor Air Part 1: General aspects of sampling strategy Wolkoff, P. (1992) The dynamics of the indoor environment and some strategical aspects of indoor measurements. In: Knöppel, H., Wolkoff P. (Eds.) Chemical, microbiological, health and comfort aspects of indoor air quality state of the art in SBS., Klüver Academis Publishers, The Nederlands Rikke B. Jørgensen 12