Umweltmesstechnik (noch in der Entwicklung)

Worum geht es?

 

Nachdem nun sowohl die Funktionsweise (Modul 1), als auch das Prinzip der Kalibrierung (Modul 2a) behandelt wurde, werden in Modul 2b) Messungen der Innenraumluft durchgeführt.

Ein wichtiger Faktor für die Bewertung der Luftqualität ist die Konzentration der sogenannten "volatile organic compounds" (deutsch: flüchtige organische Verbindungen, kurz VOCs). Diese fassen eine Reihe von über 100 gesundheitsschädlichen Komponenten zusammen, wie beispielsweise Formaldehyd, Benzol oder Toluol. Typischerweise werden alle diese Stoffe zusammengefasst und nur der TVOC-Wert ("total volatile organic compounds") gemessen.

Quellen für TVOCs sind unter anderem Möbel, Lacke, Farben, Bodenbeläge, Lösungsmittel, Weichmacher, aber auch der Mensch selber dünstet gesundheitsschädliche Stoffe aus. Umso wichtiger ist eine ordentliche und regelmäßige Lüftung der Innenräume.

Falls der Mensch die alleinige TVOC-Quelle in einem Innenraum ist, so kann auch der CO2 Wert als Indikator für die Luftqualität dienen. Die CO2-Konzentration in Innenräumen, erhöht sich durch Ausatmen parallel zur TVOC Konzentration. Dabei ist CO2 selbst erst ab extrem hohen Konzentrationen gesundheitsschädlich.

Auch Feinstaub kann eine Quelle für gesundheitliche Gefahren sein. Jedoch gibt es auch Feinstaubarten, die sogar gesundheitsfördernd sein können (Salz in der Meeresluft).

 

In diesem Modul messen die Schülerinnen und Schüler unterschiedliche Luftqualitätparameter und führen insgesamt 4 kleinere Experimente durch, die sich jeweils mit einem Aspekt der Luftqualität auseinandersetzen.

 

 

Was lernen die Schüler hier?

 

Die Schülerinnen und Schüler lernen zunächst die wichtigsten Luftqualitätsparameter, ihre Quellen und Grenzwerte kennen. Gleichzeitig wird aufgezeigt, wie schlechte Luft vermieden werden kann.

 

Nach dieser Einführungsphase arbeiten die Schülerinnen und Schüler in Gruppen an insgesamt 4 Stationen. In diesen bekommen sie unterschiedliche Aufgaben.

 

Station 1 - Feinstaubemission von Kreideschwämmen

 

In dieser Station wird zunächst die Funktionsweise eines Feinstaubsensors, der auf Lichtstreuung basiert, vorgestellt. Die Gruppen haben anschließend die Aufgabe, die Feinstaubemission eines trockenen und nassen Tafelschwamms zu messen und miteinander zu vergleichen.

Station 2 - Mensch vs. Sensor

 

In dieser Station wird zunächst, sofern Station 3 noch nicht absolviert wurde, die Funktionsweise eines Halbleiter-Gassensors wiederholt. Anschließend erhalten die Schülerinnen und Schüler fünf Gläser mit unterschiedlich stark verdünntem Ethanol, welche sie ihrer Konzentration nach ordnen sollen.

Dabei liegen drei der fünf Konzentrationen unterhalb der menschlichen Geruchsschwelle, sodass mit bloßer Nase keine Unterscheidung mehr möglich ist. Danach schätzen die Schülerinnen und Schüler mit Hilfe des Sensors die einzelnen Konzentrationen ab. Am Schluss wird die wahre Reihenfolge aufgedeckt und die Schülerinnen und Schüler können ihre Vorhersage mit jener des Sensors vergleichen.

 

Station 3 - TVOC-Duelle

 

In dieser Station wird zunächst, sofern Station 2 noch nicht absolviert wurde, die Funktionsweise von Halbleiter-Gassensoren wiederholt. Anschließend erhalten die Schülerinnen und Schüler insgesamt fünf Paare an Alltagsgegenständen, z. B. Fußbodenbeläge, Farben, Plastikspielzeug und Stifte.
Zunächst sollen sie die Emission schädlicher Stoffe abschätzen und Punkte zwischen 1 (keine Emission) und 6 (sehr starke Emission) vergeben. Anschließend vermessen sie mit dem Sensor diese Stoffe und verteilen auf Basis der Messergebnisse ebenso Punkte zwischen 1 und 6.
Am Ende erhalten die Schülerinnen und Schüler eine detaillierte Auflistung aller Inhaltsstoffe dieser Gegenstände und können so ihre Einschätzung mit der des Sensors vergleichen.

Station 4 - Messung der Innenraumluftqualität

 

In dieser Station wird die Funktionsweise eines CO2 Sensors, auf Basis von Infrarot-Absorption und der Zusammenhang zwischen CO2- und TVOC-Konzentration in Innenräumen, sofern der Mensch die einzige Quelle im Raum darstellt, erklärt. Dabei ist wichtig zu vermitteln, dass CO2 an sich erst ab sehr hohen Konzentrationen (über 5.000 ppm) gesundheitsschädlich ist, aber dennoch als Indikator für schlechte Luftqualität herangezogen werden kann, da bei Anwesenheit von Menschen durch die Ausatemluft mit einer hohen CO2-Konzentration auch ein hoher TVOC Wert einhergeht (de Gids & Wouters 2010).