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Vor dem Hintergrund der anhaltenden öffentlichen Diskussion um mögliche gesundheitliche Risiken von Ultrafein- und Feinstaubemissionen aus Bürogeräten mit Laserdruckfunktion (LPD, Laser Printing Device) wurde vom Umweltbundesamt ein Forschungsvorhaben zur Entwicklung einer Prüfprozedur für die Quantifizierung der emittierten Partikel durch Zählung unter Standardbedingungen in Emissionsmesskammern, sowie zur physikalischen und chemischen Charakterisierung dieser Aerosole initiiert. Als Ergebnis konnte die Partikelzählung in den Entwurf des Prüfverfahrens für die Bestimmung von Emissionen (RAL-UZ-122, Anhang S-M) des Umweltzeichens "Blauer Engel" für Bürogeräte sowie in den Prüfstandards ECMA-328 und den Entwurf der ISO/IEC 28360 integriert werden. Die Methode wurde in einem internationalen Ringversuch erfolgreich getestet. Auf dieser Basis können Vergabekriterien und -werte für die Emission von Fein- und Ultrafeinpartikeln im Rahmen der Vergabe des Umweltzeichens Blauer Engel vereinbart und Produktprüfungen vorgenommen werden.
Kurzfassung An neun verschiedenen Hardcopygeräten wurden in unterschiedlichen Emissionsmesskammern (zwei verschiedene 1 m³ - Kammern und eine 20 m³ - Kammer) in Kombination mit geeigneten Probenahme- und Analysenverfahren Untersuchungen zum Emissionsverhalten dieser Geräte hinsichtlich Staub, Ozon und VOC (TVOC) durchgeführt. Luftprobenahme und Analytik erfolgten für VOC mittels Tenax TA und anschließender Thermodesorption (TDS) in Verbindung mit GC / MS. Ozon wurde kontinuierlich bestimmt. Der Ozonanalysator arbeitete auf der Grundlage der flammenlosen Reaktion von Ozon mit Ethylen nach dem Prinzip der Chemilumineszenz. Die Staubbestimmung erfolgte gravimetrisch mittels Glasfaserfilter und Ultramikrowaage. Zusätzlich wurde die Partikelemission während des Druckbetriebes mit einem Partikelzähler bestimmt. Aufgrund der technischen Rahmenbedingungen standen nur kurze Druckzeiten von maximal 36 Minuten zur Verfügung. Um die Gleichgewichtskonzentration in der Prüfkammer zu erreichen, wurde die Luftaustauschrate in den 1 m³ - Kammern auf n = 4,0 bis 4,7 pro Stunde erhöht. Zusätzlich zur Prüfung in den Emissionsmesskammern sind verschiedene Papiere mittels Direkt - TDS sowie unter- schiedliche Toner mittels Headspaceprobenahme in Kombination mit GC / MS hinsichtlich ihres Emissionsverhaltens untersucht worden.
Für die untersuchten Geräte wurden Emissionsraten ermittelt. Sie betrugen für TVOC 0,41 bis 22,4 mg pro Stück und Stunde, für Ozon kleiner 0,02 bis 4,6 mg pro Stück und Stunde sowie für Staub 0,10 bis 7,63 mg pro Stück und Stunde. Verglichen mit Frischfaserpapier wurden bei den Untersuchungen mit Recyclingpapier deutlich höhere SVOC - Konzentrationen nachgewiesen. Im Ergebnis der Untersuchungen wurde ein Prüfverfahren entwickelt, das die Basis für Emissionsmessungen im Rahmen der Umweltzeichen RAL UZ 62, RAL UZ 85 sowie des neuen RAL UZ 114 für Multifunktionsgeräte darstellt. Abstract The emission behaviour with regard to dust, ozone and VOC (TVOC) of nine different hardcopy devices in combination with suitable air sampling and analysis procedures was investigated in different emission test chambers (two different 1 m³ - chambers and one 20 m³ - chamber). Air sampling and analysis for VOC were done by means of Tenax TA and subsequent thermal desorption (TDS) in connection with GC / MS. Ozone was determined continuously. The ozone analyser worked on the basis of the flame rid reaction of ozone with ethylene according to the principle of chemiluminescence. The dust determination was done gravimetrically by means of glass fibre filter and an ultra micro - balance. Additional the particle emission during the printing process was measured with a particle counter. The general technical conditions of the tested hardcopy devices were the reason for short printing times with a maximum of 36 minutes. In order to achieve the equilibrium concentration in the test chambers the air exchange rate in the 1 m³ - test chambers had to be increased to a value of n = 4,0 to 4,7 per hour. Additional to the examination of the hardcopy devices in the emission test chambers different papers were investi- gated by means of direct - TDS and different toners were tested by means of head space sampling in combination with GC / MS. For the examined hardcopy devices emission rates were determined. The emission rates for TVOC ranged from 0,41 to 22,4 mg per piece and hour, for ozone from less than 0,02 to 4,6 mg per piece and hour and for dust from 0,10 to 7,63 mg per piece and hour. The comparison between recycling paper and paper produced from primary fibres showed in general higher SVOC emissions from recycling paper. As the result of the investigations a test method for the determination of emissions from hardcopy devices was developed. This test method is the basis for emission tests in the framework of the German Award of the Environmental Label for office devices RAL -UZ 62, RAL -UZ 85 and the new RAL -UZ 114 for multifunctional devices.
An neun verschiedenen Hardcopygeräten wurden in unterschiedlichen Emissionsmesskammern (zwei verschiedene 1 m³ - Kammern und eine 20 m³ - Kammer) in Kombination mit geeigneten Probenahme- und Analysenverfahren Untersuchungen zum Emissionsverhalten dieser Geräte hinsichtlich Staub, Ozon und VOC (TVOC) durchgeführt. Luftprobenahme und Analytik erfolgten für VOC mittels Tenax TA und anschließender Thermodesorption (TDS) in Verbindung mit GC / MS. Ozon wurde kontinuierlich bestimmt. Der Ozonanalysator arbeitete auf der Grundlage der flammenlosen Reaktion von Ozon mit Ethylen nach dem Prinzip der Chemilumineszenz. Die Staubbestimmung erfolgte gravimetrisch mittels Glasfaserfilter und Ultramikrowaage. Zusätzlich wurde die Partikelemission während des Druckbetriebes mit einem Partikelzähler bestimmt. Aufgrund der technischen Rahmenbedingungen standen nur kurze Druckzeiten von maximal 36 Minuten zur Verfügung. Um die Gleichgewichtskonzentration in der Prüfkammer zu erreichen, wurde die Luftaustauschrate in den 1 m³ - Kammern auf n = 4,0 bis 4,7 pro Stunde erhöht. Zusätzlich zur Prüfung in den Emissionsmesskammern sind verschiedene Papiere mittels Direkt - TDS sowie unterschiedliche Toner mittels Headspaceprobenahme in Kombination mit GC / MS hinsichtlich ihres Emissionsverhaltens untersucht worden. Für die untersuchten Geräte wurden Emissionsraten ermittelt. Sie betrugen für TVOC 0,41 bis 22,4 mg pro Stück und Stunde, für Ozon kleiner 0,02 bis 4,6 mg pro Stück und Stunde sowie für Staub 0,10 bis 7,63 mg pro Stück und Stunde. Verglichen mit Frischfaserpapier wurden bei den Untersuchungen mit Recyclingpapier deutlich höhere SVOC - Konzentrationen nachgewiesen. Im Ergebnis der Untersuchungen wurde ein Prüfverfahren entwickelt, das die Basis für Emissionsmessungen im Rahmen der Umweltzeichen RAL UZ 62, RAL UZ 85 sowie des neuen RAL UZ 114 für Multifunktionsgeräte darstellt.
Beschichtete Holzwerkstoffe und daraus hergestellte Produkte, wie z.B. Möbel, sind in nahezu jedem Innenraum mit vergleichsweise großen Oberflächen anzutreffen. Vor dem Hintergrund einer Vielzahl von in Innenräumen verwendeten unterschiedlichen Materialien und Produkten und dem Ziel, die Belastung der Innenraumluft mit flüchtigen organischen
Verbindungen möglichst gering zu halten, ist eine weitgehende Minimierung von Emissionen dieser Verbindungen aus den genannten möglichen Quellen notwendig. Zu diesem Zweck, auch im Hinblick auf die Umsetzung der Konzeption der Bundesregierung zur Verbesserung der Luftqualität in Innenräumen wurde das bestehende deutsche Umweltzeichen RAL-UZ 38 (Blauer Engel) Formaldehydarme Produkte aus Holz und Holzwerkstoffen überarbeitet. Für das Ziel einer Erweiterung von der Einzelverbindung Formaldehyd auf ein breites Spektrum an flüchtigen organischen Verbindungen war ein geeignetes Prüfverfahren als Basis der neuen Umweltzeichen-Vergabegrundlage zu entwickeln. Die Ergebnisse der hierfür durchgeführten Untersuchungen können dem Abschlußbericht entnommen werden.
Das entwickelte Pruefverfahren zum Nachweis der Emission von Holzschutzmittelwirkstoffen in die Luft basiert auf einer Emissionsmesskammer in Kombination mit einem geeigneten Probenahme- und Analysenverfahren. Unter Beruecksichtigung der insbesondere bei schwererfluechtigen Holzschutzmittelwirkstoffen auftretenden Senken- bzw. Wandeffekte hat sich eine Emissionsmesskammer auf der Basis eines 20 I-Exsikkators unter den gewaehlten Randbedingungen als besonders geeignet erwiesen. Fuer die Probenahme (Adsorption) eines breiten Spektrums an untersuchten Wirkstoffen (Pentachlorphenol, Lindan, Furmecyclox, Dichlofluanid, Propiconazol, Tebuconazol, Permethrin, Deltamethrin) laesst sich spezieller Polyurethanschaum vorteilhaft einsetzen. Unterschiedliche Desorptionsverfahren (Soxhletextraktion, superkritische Fluessigextraktion (SFE), Elution) haben sich als geeignet erwiesen. Insbesondere die Elution mit Aceton als Loesemittel ist unter dem Aspekt von Zeit- und Geraeteaufwand besonders empfehlenswert. Fuer die Analytik kam insbesondere die Kapillar-Gaschromatographie mit unterschiedlichen Detektoren (FID, NPD, ECD, MSD, AED) zur Anwendung. Beim Einsatz der Kapillar-Gaschromatographie laesst sich prinzipiell halbquantitativ auch die Probenahme auf anderen Adsorbentien (Tenax oder Glaswolle) in Kombination mit einer nachfolgenden Thermodesorption einsetzen. Bei Verwendung von Tenax in Kombination mit nachfolgender Thermodesorption ist auch der quantitative Nachweis einiger leichter fluechtiger Wirkstoffe (Lindan, Furmecyclox, Dichlofluanid) und auch anderer Holzschutzmittel-Inhaltsstoffe, wie Loesemittel und Weichmacher, moeglich. Mit dem eingesetzten Verfahren laesst sich die Emission der Wirkstoffe Lindan, Furmecyclox, Dichlofluanid, Propiconazol, Tebuconazol, Permethrin und mit Einschraenkung Deltamethrin, sowie Pentachlorphenol nachweisen. Auch fuer andere biozide Wirkstoffe in einem vergleichbaren Fluechtigkeitsbereich, sowie fuer andere Materialien als Holz und Holzwerkstoffe, ist eine Eignung anzunehmen, im Einzelfall jedoch naeher zu untersuchen.
Berichtet wird über ein abgeschlossenes Folgeprojekt zu vorangegangenen Forschungsprojekte zum gleichen Thema. In diesem Projekt wurde das Messverfahren und der Prüfwert für die Partikelemission aus Bürogeräten (siehe Vergabegrundlage DE-UZ 205, Anhang S-M) validiert und weiterentwickelt. Dies geschah erstens durch Auswertung der Qualität der im Zuge der Antragsbearbeitung für das Umweltzeichen beim RAL vorgelegten Prüfberichte der zugelassenen Prüfinstitute und - basierend darauf - durch Erarbeitung von technisch-methodischen Veränderungsvorschlägen für die Prüfung der chemischen Emissionen, inklusive der Partikelemissionen. Zweitens wurde zur Beurteilung der Veränderung der Emissionen aktueller gegenüber älteren Geräte-generationen ein nicht repräsentativer Pool von table-top-Laserdruckern aufgebaut und die chemischen Emissionen wurden gemäß DE-UZ-205, Anhang S-M gemessen. Ergänzend wurde eine quantitative chemische Analyse der anorganischen Feststoffe - insbesondere der Metalle - in den emittierten Aerosolen vorgenommen die Feststoffgehalte um 2 Massen-% ergaben. Diese Ergebnisse wurden gemeinsam mit neueren wissenschaftlichen Untersuchungen zur gesundheitlichen Bewertung der Emissionen aus Laserdruckern ausgewertet, es besteht kein Handlungsbedarf hinsichtlich einer Veränderung von Prüfkriterien und Prüfwerten. Drittens wurde untersucht und bestätigt, dass mit dem Ziel eines zukünftigen Umweltzeichens das Emissionsverhalten Kunststoff verarbeitender 3D-FDM-Drucker und/oder die darin verarbeiteten Verbrauchsmaterialien (Filamente) mit dem für Laserdrucker entwickelten Mess- und Prüfschema charakterisiert und quantifiziert werden können. Untersuchungen an Stereo-lithografie (SLA)-Druckern und Vorrichtungen zur Nach-Aushärtung (Curing Units) ergaben keine nachweisbaren Partikelemissionen.
In den Grundsätzen des DIBt zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten in Innenräumen ist das Bewertungsschema des Ausschusses zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten (AgBB-Schema) als wesentliche Grundlage enthalten.
Dieses Schema bewertet die mit Hilfe einer Prüfkammermessung bestimmten Emissionen von flüchtigen und schwer flüchtigen organischen Verbindungen (VOC und SVOC). Die Prüfkammer dient dabei der Einhaltung standardisierter Klimabedingungen (Temperatur 23°C, relative Luftfeuchtigkeit 50 %) sowie der Einstellung bestimmter Prüfparameter wie Luftwechselrate und Beladungsfaktor. Die Anforderungen an eine Prüfkammer sind in DIN EN ISO 16000-9 beschrieben. Die Analytik und Quantifizierung der VOC geschieht mittels Tenax-Thermodesorption und nachfolgender Gaschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie und ist in DIN ISO 16000-6 beschrieben.
Probenahmen werden am 3. und 28. Tag der Prüfkammermessung durchgeführt. Am dritten Tag erfolgt eine Bewertung der Emissionen aus dem Bauprodukt anhand des TVOC-Wertes und der Summe der detektierten cancerogenen Stoffe (nach 67/548/EWG, Einstufung als cancerogen der Kategorie 1 und 2). Ein Produkt erfüllt die Kriterien, wenn der TVOC-Wert nach 3 Tagen nicht größer als 10 mg/m³ ist und die Summe der Cancerogene 10 μg/m³ nicht übersteigt. Am 28. Tag wird zusätzlich zum TVOC-Wert und den Cancerogenen die Emission von SVOCs berücksichtigt und eine Einzelstoffbewertung anhand von NIK-Werten vorgenommen. Der TVOC-Wert nach 28 Tagen darf nicht größer als 1 mg/m³ sein, die Summe der Cancerogenen nicht größer als 1 μg/m³. Die Summe an SVOCs darf eine Konzentration von 0,1 mg/m³ nicht überschreiten. Der sogenannte R-Wert, die Summe aller Quotienten aus Einzelstoffkonzentration und dem NIK-Wert des Einzelstoffes, darf einen Wert von 1 nicht übersteigen. Außerdem darf die Summe von Substanzen, die keinen NIK-Wert besitzen, nicht größer als 0,1 mg/m³ sein.
Der Ringversuch, der im Rahmen der Untersuchungen zur Verbesserung der Prüfkammermessungen durchgeführt wurde, hatte vor allem den Zweck, den Einfluss unterschiedlicher Methodenparameter bei der Prüfkammermessung in unterschiedlichen Prüflaboratorien zu erfassen. Anhand der Ergebnisse sollte eine Ursachenforschung für die großen Abweichungen der bisher durchgeführten Ringversuche erfolgen. Durch die drei aufeinander aufbauenden Schritte sollte der Einfluss der Analytik, der Probenahme und der Prüfkammer geklärt werden.
Der Ringversuch diente nicht der Anerkennung der teilnehmenden Prüflaboratorien im Bereich der Bauproduktenprüfung für eine DIBt-Zulassung.
Ausgehend von den Prüflaboratorien, die in der Projektgruppe „Prüf- und Messverfahren zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten“ des DIBt mitarbeiteten, wurde der Kreis auf europäische Prüflaboratorien erweitert, die sich ebenfalls mit Prüfkammermessungen an Bauprodukten beschäftigen. Dazu erging ein Einladungsschreiben an alle von vorangegangenen Ringversuchen bekannten Teilnehmer. Insgesamt ergab sich ein Teilnehmerkreis von 29 Instituten, davon 16 aus Deutschland, jeweils zwei aus Österreich, Belgien, Schweden, Dänemark und jeweils eins aus Finnland, Großbritannien, Frankreich, Italien und Portugal. Vor Beginn des Ringversuches waren davon 11 im Zulassungsbereich tätig.
Zur wissenschaftlichen Begleitung wurde durch das DIBt ein Betreuergremium einberufen. In zwei Sitzungen (April und November 2007) wurden die aktuellen Ergebnisse vorgestellt und diskutiert sowie die weitere Vorgehensweise besprochen. Eine Abschlussveranstaltung nach der Auswertung des dritten Schrittes des Ringversuches fand im April 2008 im DIBt statt. Dazu waren alle Teilnehmer eingeladen.
Für die Emissionsmessung von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) aus Materialien mit Hilfe von Emissionsprüfkammern sind bisher nur wenige Ringversuche durchgeführt worden (De Bortoli et al. 1999; Jann et al. 2000; Hansen et al. 2000; Oppl and Winkels 2002; Windhövel and Oppl 2005; Kirchner 2007; Oppl 2008). Dabei zeigten sich meist große Streuungen der Ergebnisse.
Ein großes Problem für die Durchführung solcher Ringversuche ist das Fehlen von Referenzmaterialien mit bekannter Emissionsrate von Zielsubstanzen. Deshalb orientiert man sich für die Auswertung solcher Ringversuche am Mittelwert aller Ergebnisse. Dafür ist die Homogenität des Testmaterials von größter Bedeutung. Diese wurde in früheren Ringversuchen nicht wirklich sichergestellt.
Im hier beschriebenen Forschungsprojekt wurde auf die Homogenität des Probenmaterials besonderen Wert gelegt.
Der gesamte Ringversuch wurde in drei Schritte unterteilt. Die einzelnen Schritte wurden dabei von Schritt zu Schritt immer komplexer. Im ersten Schritt erfolgte die Analyse von flüssigen Lösungen, im zweiten die Bestimmung von VOCs in Prüfkammerluft und im dritten Schritt erfolgte eine komplette Emissionsprüfkammermessung bei den Teilnehmern.