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Institut fr Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik
Professor Horst Cerjak, 19.12.2005
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Graz, Mrz 2016 Peter SturmEinfhrung in den Maschinenbau
Institut fr Verbrennungskraftmaschinenund Thermodynamik
Forschungsbereich Verkehr und Umwelt
A.Univ.-Prof. Peter Sturm
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Verkehr & Umwelt Verkehr
Strae, Schiene, Luftfahrt,Schifffahrt
Energiequellen
Umweltauswirkungen Klima
Luftqualitt
Lrm
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Schadstoffe und deren Quellen
Antropogene Emissionen Natrliche Emissionen
Verbrennungs-
prozesse
Produktions-
vorgnge
BiogeneEmissionen
GeogeneEmissionen
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Verbrennung fossiler Brennstoffe Schadstoffbildung ist abhngig vom
Luftverhltnis = Lreal/Lstchometrisch
Lreal zur Verfgung stehende LuftmengeLstchometrisch Luftmenge bei stchometrischerVerbrennung
1Verbrennung bei Luftberschuss
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Verbrennung fossiler Brennstoffe Aufgrund unvollstndiger Verbrennung (= zu
wenig Sauerstoff) resultieren Schadstoffe wie Kohlenmonoxid (CO) unverbrannte Kohlenwasserstoffe (z.B. Benzol)
Partikel (Ru und angelagerteKohlenwasserstoffe wie PAH, Leitsubstanz B(a)Pusw.)
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Verbrennung fossiler Brennstoffe Aufgrund Verbrennungsvorgngen bei hohen
Temperaturen entstehen Stickoxide (NOx) NOx Summe der Stickoxide Hauptteil NO
Humanmedizinisch von grerer Bedeutung istjedoch NO2
Verbrennung von Brennstoffbestandteilen Schwefel resultiert in SO2 (SOx)
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Verbrennung fossiler Brennstoffe Schadstoffe
CO2 Klimagas, fr lokale Luftgte nicht vonInteresse, global sehr wohl.
Gasfrmige Schadstoffe (CO, NOx, HC)
relevant fr lokale Luftgte Flssige/feste Schadstoffe (Aerosole und
Partikel) relevant fr lokale Luftgte P
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Schadstoffausbreitung
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Emission - ImmissionEmission (E) = Aussto aus einer Quelle [mg/s]
Immission (I) = Einwirkung auf die Umwelt [mg/m]Dazwischen liegt die Verdnnung durch Transport(Advektion und Diffusion) Volumenstrom (V) [m/s]
Hhe der Emission ist von den einzelnen Quellen
abhngigHhe der Immissionskonzentration ist stark von derVerdnnung (= meteorologische Situation) abhngig
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Messung von Luftschadstoffen - mobiler
Messcontainer
Meteorologie
Gasfrmige Schadstoffe undAerosole
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Messung von Luftschadstoffen Gasfrmige Stoffe
Messung erfolgt in der Regel in Volumskonzentrationen[ppb, ppm, %Vol]
Grenzwert (Vergleichsnormale) hat Massebezug
Umrechnung Volumen Masse notwendig
Ausgangsgleichung ideale Gasgleichung /
molare Gaskonstante Rm = 8,3145 kJ/kmol/KMolare Masse M [mol/g] oder [kmol/kg]
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Messung von Luftschadstoffen Gasfrmige Stoffe
bliche Messgren in Volumskonzentrationen
ppm (parts per million) ..10-6 ppb (parts per billion) ..10-9
bliche Messgren in Massekonzentration mg/m; g/m
Molare Masse Standardgase CO ~ 28 [kg/kmol]
NO ~ 30 [kg/kmol]
NO2 ~ 46 [kg/kmol] SO2 ~ 64 [kg/kmol]
Aerosole werden als Masse gemessen (z.B. [g/m])
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Beispiel: Umrechnung ppm mg/m
z.B. 1 ppm CO = 1,2492 mg/mBezug auf 20C und 1,01325 bar
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Messung von Luftschadstoffen Umrechnung Volumskonzentration in
Massekonzentration
Immissionsmessungen Bezugsgre t = 20C, p = 1013,25hPa
vgl.: Standardatmosphre p = 1,01325 bar; t=15C
vgl.: Normatmosphre p = 1,01325 bar; t=0C
Emissionsmessungen Bezugsgre t = 0C, p = 1013,25 hPa
Rauchgas trocken Bezugssauerstoffgehalt anlagenspezifisch (z.B. 3% bei
gasfrmigen und flssigen Brennstoffen, 11% bei Holz)
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Messung von Luftschadstoffen EmissionsmessungBeispiel
Messwert CO Konzentration 5600 ppm
Druck 1,023 bar Temperatur 30c
O2 Restkonzentration 10%
Bezugsgren
Druck 1,01325 bar Temperatur 0C
O2 Restkonzentration 3%
Gesucht CO Konzentration in mg/mN bei Bezugszustand Ergebnis CO =11447 mg/mN
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