<\/p>\n
<\/p>\n
<\/p>\n
<\/p>\n\n\n\n
Die nachfolgend beschriebene Messung in einem Audi Q5 zeigt die Eignung der Tracergasmesstechnik \u00fcber ECD-Gaschromatograph und Probenahmespritzen und zeigt die Vorteile gegen\u00fcber anderen Verfahren auf. Die Messung dient nicht vorrangig dazu, das Str\u00f6mungsmuster in einem Pkw unter allen m\u00f6glichen L\u00fcftungskonstellationen zu untersuchen. Dennoch ist das Ergebnis interessant und zeigt, dass die Vorstellung einer mehr oder weniger gerichteten Luftstr\u00f6mung von vorne nach hinten falsch ist.<\/p>\n\n\n\n
Die Ansteckungsgefahr \u00fcber luftgetragene Aerosolpartikel, an denen Viren angedockt sind, ist derzeit ein wichtiges Thema. Messungen in realen Fahrzeugen, Bahnen und Bussen sind rar, obwohl gerade da die Ansteckungsgefahr aufgrund der N\u00e4he von Personen hoch ist. Mit Computersimulationen wurde versucht, Luftstr\u00f6mungen bei ganz speziellen Randbedingungen zu berechnen. Doch bleiben gro\u00dfe Zweifel, weil<\/p>\n\n\n\n
- die Abbildung der Geometrie sehr komplex ist und meist aufgrund sehr hoher Rechenzeiten stark vereinfacht wird<\/li>
- Personen meist als bewegungslose K\u00f6rper abgebildet sind, obwohl gerade in Stadtbussen viel Bewegung herrscht und<\/li>
- eine verl\u00e4ssliche Verifikation der Str\u00f6mungsmodelle f\u00fcr diese spezielle Anwendung nicht vorhanden ist.<\/li><\/ul>\n\n\n\n
Allein die Abbildung der geometrischen Verh\u00e4ltnisse und der Einlassd\u00fcsen und die ben\u00f6tigte Rechenzeit erfordern einen enormen Zeitaufwand … und eine gro\u00dfe Unsicherheit bleibt.<\/p>\n\n\n\n
Im Folgenden wird eine Tracergasmethodik vorgestellt, mit der sich in wenigen Minuten das Str\u00f6mungsmuster im Fahrzeug f\u00fcr eine typische Fahrkonstellation mit Personen einfach, sicher und pr\u00e4zise vermessen l\u00e4sst. Der hierzu ben\u00f6tigte Messaufwand ist vergleichsweise gering. Ein weiterer gro\u00dfer Vorteil liegt darin, genauso einfach wie im Stand auch bei fahrendem Fahrzeug die Messungen durchf\u00fchren zu k\u00f6nnen. Die Ergebnisse k\u00f6nnen sich dabei deutlich unterscheiden. F\u00fchrt man die im Folgenden beschriebene Messung bei stehendem PkW bei einer bestimmten L\u00fcfterstufe durch, so stellt sich ein bestimmter Zuluftvolumenstrom ein. F\u00e4hrt das Fahrzeug, dann \u00e4ndert sich die Druckverteilung an der Pkw Au\u00dfenh\u00fclle. Da wo Abstr\u00f6m\u00f6ffnungen liegen, herrscht meist ein betr\u00e4chtlicher Unterdruck, vorne am Lufteinlass ein \u00dcberdruck. Das \u00e4ndert den Luftdurchsatz in der Kabine merklich und damit auch das Str\u00f6mungsmuster in der Kabine.<\/p>\n\n\n\n
Quantitative Bewertungsgr\u00f6\u00dfen der L\u00fcftungseffektivit\u00e4t einer Luftstr\u00f6mung in einem Raum haben als Bezugsgr\u00f6\u00dfe entweder die Mischl\u00fcftung oder die ideale Verdr\u00e4ngungsstr\u00f6mung als Basis. Das Kabinenvolumen und der eintretende Luftstrom sind weitere wichtige Kenngr\u00f6\u00dfen.<\/p>\n\n\n\n
Bestimmung des Fahrzeuginnenvolumens<\/h1>\n\n\n\n
Obwohl das Kabinenvolumen mit den zahlreichen Einbauten sehr aufwendig zu berechnen ist, erm\u00f6glicht die Tracergastechnik hierzu eine einfache und genau M\u00f6glichkeit, die sogar mitfahrende Personen bei Bedarf ber\u00fccksichtigt. Das sei am Beispiel des Q5 erl\u00e4utert.<\/p>\n\n\n\n
Man nimmt eine von TracerTech gelieferte 60ml Plastikspritze gef\u00fcllt mit einem SF6<\/sub>\/Luftgemisch, hier aus einer vorhandenen Eichgas-flasche von cT<\/sub> = 988ppm, verteilt das Gas im Innenraum und durchmischt dieses so gut, bis dass alles vollst\u00e4ndig verteilt ist. Anschlie\u00dfend nimmt man mit 3-5 leeren Spritzen an verschiedenen Stellen im Inneren Luftproben, um zu validieren, dass sich das Tracergas gleichm\u00e4\u00dfig verteilt hat. Anschlie\u00dfend werden die Proben analysiert. Die mittlere Konzentration ck<\/sub> der lokalen Proben betrug bei der Messung im Q5 15,6ppb bei einer Standardabweichung von 2,2%. Aus diesem Messergebnis berechnet sich das Volumen einschl. der ca. 75 Liter der im Fahrzeug probennehmenden Person zu 3,79m\u00b3. Die Dauer der Messung betrug 5 Minuten.<\/p>\n\n\n\n
Messung des Zuluftvolumenstromes<\/h1>\n\n\n\n
Hierzu wird eine Injektionsapparatur zur kontinuierlichen Injektion des Tracergases ben\u00f6tigt. Diese besteht aus einer 1 Liter Gasflasche (pmax<\/sub> = 15 bar) gef\u00fcllt mit der zuvor schon verwendeten Tracergaskonzentration von 988 ppm, einem Druckminderer und einem Massenstromregler, entweder batteriebetrieben oder \u00fcber das 12V Netz des Fahrzeugs. Bild 1 zeigt die benutzte Injektionseinrichtung mit der Versuchsperson auf dem linken R\u00fccksitz.<\/p>\n\n\n\n
Die Apparatur wird auf einem Sitz befestigt. Ein 3mm PE-Schlauch wird \u00fcber die T\u00fcre nach au\u00dfen unter die Motorhaube in den Zuluftkanal der L\u00fcftungsanlage gef\u00fchrt. Je nach M\u00f6glichkeit kann eine Injektionslanze die Vermischung in den kurzen Kan\u00e4len verbessern.<\/p>\n\n\n\n
Zun\u00e4chst ist zu pr\u00fcfen, ob aus allen Einstr\u00f6mregistern die gleiche Konzentration an Tracergas herausstr\u00f6mt. Das ist einfach machbar, indem man ein kurzes St\u00fcck des 3mm PE Schlauches ca. 5cm in die Ausstr\u00f6m\u00f6ffnung steckt und mit der angesteckten Spritze am anderen Ende eine Probe nimmt. Das macht man nacheinander an allen \u00d6ffnungen f\u00fcr eine definierte Einstellung der L\u00fcfterstufe und wiederholt das dann f\u00fcr alle weiteren L\u00fcfterstufen.<\/p>\n\n\n\n
Bei der Messung im Q5 bei stehendem Fahrzeug wurde das f\u00fcr die L\u00fcfterstufen von 2, 6 und 10 Anzeigebalken gemacht. Die Volumenstr\u00f6me wurden nach dem ASTM E2029-99 Standard ausgewertet. Die Gesamtunsicherheit betrug je nach L\u00fcfterstufe 5,9%, 7,3% resp. 8,4%.<\/p>\n\n\n\n
Die Messung h\u00e4tte in identischer Weise auch bei fahrendem Fahrzeug so durchgef\u00fchrt werden k\u00f6nnen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/tracertech.de\/wp-content\/uploads\/2022\/01\/Auto-575x1024.jpg\")
Bild 1: Injektionseinrichtung mit Versuchsperson<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n ![\"\"](\"https:\/\/tracertech.de\/wp-content\/uploads\/2022\/01\/Tabelle1_Q5.png\")
Tabelle 1: Ergebnisse der Volumenstrommessung<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n Messung der Virenausbreitung in der Fahrzeugkabine<\/h1>\n\n\n\n
Simuliert wurde die Ausbreitung von Viren durch eine Mitfahrerin auf dem R\u00fccksitz, siehe Bild 1. Ein konstanter Tracergasstrom str\u00f6mte direkt vor ihrem Mund aus. 99,9% der ausgeatmeten Sars-CoV-2 Viren sind <5\u00b5m und k\u00f6nnen bei den hohen Luftgeschwindigkeiten im PkW als vollkommen luftgetragen angenommen und deshalb \u00fcber die Ausbreitung eines Tracergases nachgestellt werden. Das Tracergas muss aber hierzu folgende Anforderungen erf\u00fcllen:<\/p>\n\n\n\n
- Die Dichte muss identisch mit der Dichte der Luft im Fahrzeug sein, damit es direkt von der ausgeatmeten Luft mitgetragen wird. Das ist wegen der geringen SF6<\/sub>-Konzentration von 988ppm in Luft gegeben.<\/li>
- Der konstant injizierte Tracergasstrom muss so gering sein, dass das Tracergas nur mit geringem Impuls aus dem Schlauch austritt. F\u00fcr Fahrzeuge reichen Injektionsstr\u00f6me von 10-30 ml\/min meist aus, so dass Austrittsgeschwindigkeiten unter 0,1 m\/s und damit unterhalb der lokalen Luftgeschwindigkeiten im Fahrzeug liegen<\/li>
- Das Tracergas muss von der ausgeatmeten Luft (beim Atmen, Sprechen, Niesen oder Husten) vollst\u00e4ndig mitgenommen werden. Das wird dadurch erreicht, dass das Austrittssende des Schlauches direkt vor den Mund der Person gef\u00fchrt wird<\/li>
- Die geringen Konzentrationen stellen sicher, dass die Versuchsperson in keiner Weise durch das Einatmen von Tracergas gesundheitlich gesch\u00e4digt wird.<\/li><\/ul>\n\n\n\n
Diese Anforderungen sind sowohl f\u00fcr SF6<\/sub> als auch f\u00fcr den hier verwendeten Perfluorocarbon Tracer PDCB erf\u00fcllt. Beide sind in dem hier verwendeten Bereich gesundheitlich unbedenklich und lassen sich mit der Analytik von TracerTech bis in den unteren ppt-Bereich nachweisen.<\/p>\n\n\n\n
Versuchsaufbau und -durchf\u00fchrung<\/h1>\n\n\n\n
Eine zweite Injektionsapparatur mit dem PDCB Tracer (Konzentration von 0,219 vol%) wird ebenfalls auf der R\u00fcckbank befestigt. Die vermeintlich infekti\u00f6se Versuchsperson auf der R\u00fcckbank h\u00e4lt w\u00e4hrend der gesamten Messdauer das Schlauchende des austretenden Tracers vor dem Mund und atmet und spricht wie bei einer normalen Autofahrt.<\/p>\n\n\n\n
Um die Virenexposition des Fahrers zu messen, wurde ein Schlauch vor dem Mund des Fahrers positioniert (Probenahmeschlauch mit Klebeband am Kinn befestigt), um die eingeatmete PDCB-Konzentration messen zu k\u00f6nnen. Die Analogie von injiziertem Tracer zu Virenquellst\u00e4rke erlaubt einen direkten R\u00fcckschluss auf die Virenexposition. Aus Interesse wurde ein zweiter Probenahmeschlauch hinten neben dem Beifahrer positioniert und \u00fcber einen dritten Schlauch wurde wieder die SF6<\/sub>-Konzentration an einer Luftaustrittsd\u00fcse gemessen.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n
Neben dem Fahrer und dem Beifahrer befand sich eine dritte Person auf dem vorderen Beifahrersitz. Zu ihr waren alle drei Probenahmeschl\u00e4uche hin verlegt worden. Er war f\u00fcr die Probenahme zust\u00e4ndig. Jede Messung bestand in der Einstellung einer L\u00fcfterstufe, der Positionierung aller D\u00fcsen und der Einstellung der L\u00fcftungsart (Fu\u00dfraum, Scheibe etc.).<\/p>\n\n\n\n
Der Test begann mit dem Start der Injektion der beiden Tracergase. Anschl. nahm der vordere Beifahrer an allen drei Schl\u00e4uchen \u00fcber 90s zeitlich integrale Proben, tauschte die drei Spritzen innerhalb von 15s und begann mit dem n\u00e4chsten Messpunkt, so dass alle 2 Minuten der n\u00e4chste Probenahmezyklus starten konnte. Aufgrund der hohen Luftwechselrate ergibt sich der Gleichgewichtszustand bereits nach wenigen Minuten, so dass die Vermessung eines Str\u00f6mungsmusters im Maximum 12 Minuten betrug.<\/p>\n\n\n\n
Tabelle 1 zeigt die eintretenden Luftvolumenstr\u00f6me Q<\/em>, den berechneten Luftwechsel n<\/em>, die sich bei Mischl\u00fcftung einstellende Gleichgewichtskonzentration C\u221e<\/sup><\/em> sowie die Zeitdauer Dt98<\/sub><\/em>, bis das 98% der Gleichgewichtskonzentration erreicht ist.<\/p>\n\n\n\n
Es wurden insgesamt 4 Tests durchgef\u00fchrt:<\/p>\n\n\n\n
Test 1, L\u00fcfterstufe 2 Balken, L\u00fcftung nur durch horizontal ausblasende Frontschlitze<\/p>\n\n\n\n
Test 2, L\u00fcfterstufe 6 Balken, L\u00fcftung nur durch horizontal ausblasende Frontschlitze<\/p>\n\n\n\n
Test 3, L\u00fcfterstufe 9 Balken, L\u00fcftung nur durch horizontal ausblasende Frontschlitze<\/p>\n\n\n\n
Test 3, L\u00fcfterstufe 6 Balken, L\u00fcftung nach oben gegen Frontscheibe<\/p>\n\n\n\n
Bild 2 zeigt f\u00fcr jeden Test links die PDCB-Konzentration beim Fahrer und Beifahrer hinten rechts auf der R\u00fcckbank (Index RB) als auch die aus Injektionsrate und Zuluft berechnete Mischkonzentration. Rechts in Bild 2 ist jeweils die SF6<\/sub>-Konzentration im Zuluftkanal, vor dem Mund des Fahrers und auf der rechten Seite der R\u00fcckbank aufgezeichnet. Erwartungsgem\u00e4\u00df liegen f\u00fcr alle 4 Tests die Konzentrationen bis auf ein leichtes Einpendeln am Anfang jedes Tests nahezu deckungsgleich \u00fcbereinander.<\/p>\n\n\n\n
Lediglich das Konzentrationsniveau ist aufgrund der verschiedenen L\u00fcfterstufen verschoben. Die vier PDCB- Diagramme zeigen, dass es bei wenig Zuluft (2 Balken) ca. 5 Minuten (15:10-15:15) dauert, bis dass sich die PDCB-Konzentration vom rechten R\u00fccksitz auf eine Gleichgewichtskonzentration um 25ppb ausgebildet hat. Hierbei liegt die Konzentration beim Fahrer sogar oberhalb der Konzentration bei vollst\u00e4ndiger Durchmischung.<\/p>\n\n\n\n
Je mehr Zuluft nun in die Fahrzeugkabine str\u00f6mt, so intensiver durchmischt sich die Luft in der Fahrzeugkabine aufgrund der gro\u00dfen Induktionswirkung der Zuluftausl\u00e4sse. Es zeigt, dass sich in der Fahrzeugkabine keine gerichtete Luftstr\u00f6mung von vorne nach hinten einstellt, sondern die Luft gut durchmischt ist. Bei geringen L\u00fcfterstufen k\u00f6nnte man sogar vermuten, dass sich eine Walze ausbildet, die sogar verst\u00e4rkt kontaminierte Luft vom Fonds in den Frontbereich bef\u00f6rdert. Zu dieser Best\u00e4tigung w\u00e4ren sicherlich weitere Messungen erforderlich. Erw\u00e4hnenswert ist das Ergebnis in Test 4, wenn die Zuluft direkt unter der Frontscheibe nach oben ausstr\u00f6mt. Hier liegt die Konzentration sowohl beim Fahrer als auch beim rechten Beifahrer im Fonds ca. 50% unterhalb der Mischkonzentration, was vermuten l\u00e4sst, dass die Durchmischung weniger intensiv und mehr horizontal von vorne nach hinten gerichtet ist<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/tracertech.de\/wp-content\/uploads\/2022\/01\/Bild2-Q5-728x1024.png\")
Bild 2: PDCB und SF6 Konzentrationsverl\u00e4ufe in der Einatemluft des Fahrers und des Beifahrers hinten rechts auf der R\u00fcckbank<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n F\u00fcr tragf\u00e4hige Aussagen sind sicherlich weitere Versuche von N\u00f6ten. Die Ergebnisse aber zeigen, dass die verwendete Versuchstechnik f\u00fcr derartige Untersuchungen pr\u00e4destiniert ist.<\/p>\n\n\n\n
Die Tests wurden von TracerTech durchgef\u00fchrt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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