Stationäre Luftgüte-Mess-Stationen
Ende November 2019 ist in Wetzelsdorf bei Graz unsere erste stationäre Mess-Station für Luftverschmutzung in den Testbetrieb gegangen. Kunde ist das Umweltamt der Stadt Graz.
Das System misst Feinstaub mit verschiedenen Sensoren, Stickoxide, Ozon, Temperatur, sowie Luftfeuchtigkeit und -druck. Dabei vergleichen wir die Werte verschiedener Sensoren und gleichen diese auch mit einer anderen, teureren Messstation ab.
Ziele
In Graz sind 8 offizielle Luftmess-Stationen installiert, die die offiziellen Luftwerte für Graz liefern. Sie tun das mit hoher Genauigkeit, kalibriert und jede halbe Stunde, um den Halbstundenmittelwert zu generieren. Nachteil dieser Stationen ist, dass sie sehr aufwändig aufgebaut und daher teuer sind und die verwendeten Mess-Methoden auch keine häufigeren Messwerte zulassen. Für den Anwendungsfall, für den sie verwendet werden, sind sie perfekt geeignet.
Wir sehen schön wann wir bessere und wann schlechtere Luftwerte in Graz (und anderen Städten) haben und in der Vergangenheit gehabt haben. Wir können vergleichen wie sich die Daten im Verlauf der Monate und Jahre verhalten daraus unsere Schlüsse ziehen und Maßnahmen ableiten. Schon jetzt wird laufend auf erhöhte Luftschadstoffwerte reagiert und z.B. mit Geschwindigkeitsbegrenzungen entgegen gehalten (Stichwort: Immissionsschutzgesetz).
Oft bleiben aber Fragen offen, die mit den aktuellen Systemen nicht beantwortet werden können.
- Wie kommen bestimmte Situationen zustande?
- Wie schnell verändern sich Werte, wenn Maßnahmen gesetzt werden?
- Woher kommen die Schadstoffe und
- Wie verteilen sie sich in der Stadt?
- Wo sind lokale Hotspots?
- etc..
Um solche und andere Fragen beantworten zu können benötigt man eine viel größere Anzahl an Messpunkten und viel häufigere Messungen. Die offiziellen Messstationen sind allerdings viel zu teuer und aufwändig um eine große Anzahl anschaffen und warten zu können.
Ein Ziel ist es daher kostengünstig möglichst viele Mess-Stationen in der Stadt zu verteilen um die Luftqualität zu monitoren. Der Anspruch an die Stationen ist es zuverlässig und mit hoher Frequenz Werte zu liefern um die offiziellen Messstationen zu ergänzen.
Weiterentwicklung
Die Mess-Stationen werden kontinuierlich weiterentwickelt.
Durch die Mitarbeit in zahlreichen Forschungsprojekten fließen die neuesten Erkenntnisse der Gasmessung laufend in die Systeme mit ein.
Hohe zeitliche Auflösung
Das System zeichnet sich durch eine sehr hohe zeitliche Auflösung aus. In Kombination mit einer schnellen Windrichtungsmessung können Schlieren mit hoher Schadstoffkonzentration zuverlässig erfasst und deren Quelle lokalisiert werden.
Die Messung von Schadstoffen aus dem Straßenverkehr, wie Stickoxiden, ist möglich mit einer Frequenz von mehr als 10 Hz. Bei der Feinstaubmessung können Abtastraten von bis zu 1 Hz erreicht werden, die Größenklassifizierung erfolgt in 26 Klassen von 0,35 bis 40 µm. Zur Vermeidung von Nebelfehlermessungen kann eine Vorab-Aerosolaufbereitung vorgenommen werden.
Die Messung der Stickoxide (NOX = NO + NO2) sowie der Ozonkonzentration, des CO2-Gehalts und der VOCs (Volatile Organic Compounds) erfolgt ebenfalls.
Technische Details
Je nach Kundenwunsch können Sensoren für folgende Parameter eingesetzt werden:
- Feinstaub PM 0.5 — PM 40 (z.B. PM 1, PM 2.5, PM 10)
- Stickoxide: NO, NO2
- Ozon: O3
- Schwefeldioxid: SO2
- VOCs
- Kohlenmonoxid: CO
- Kohlendioxid: CO2 (siehe Indoor-Anwendungen)
- rel. und absolute Luftfeuchte, Lufttemperatur, barometrischer Luftdruck
- Windgeschwindigkeit, Richtung
- GPS-Position
- …weitere auf Anfrage
Zusätzlich
- Temperaturüberwachung und -regelung
- Fernwartung
- Web-Frontend mit Visualisierung nach Kundenwunsch
- Dashboards
- Auf Wunsch kann eine USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung) eingebaut werden, die das Sensorsystem stabil gegenüber Stromausfällen und Über-/Unterspannungen macht.
- Datenübertragung bis zu 1x/Sekunde
- Funktechnologien: 3-5G Mobilfunk, WLAN, Bluetooth, LoRa.
- Alarmierung bei Grenzwertüberschreitung oder Sensorausfall
- Diagnose & Updates je nach Funkanbindung über Fernwartungszugang.
Messwerte
| Schadstoff | min. Messintervall | Messbereich | Datenpunkte / s |
|---|---|---|---|
| Feinstaub | 1s | 0.35 – 40µm, max 2000 µg/m³ | 42 |
| NO₂ | 0.1s / 10Hz | 1ppb – 20ppm | 10 |
| NO | 0.1s / 10Hz | 1ppb – 20ppm | 10 |
| O₃ | 0.1s / 10Hz | 1ppb – 20ppm | 10 |
| CO₂ | 1s / 1Hz | 0ppm – 40000 ppm | 3 |
| VOCs | 0.1s / 10Hz | 1ppb – 40ppm | 10 |
Meteorologische Sensoren
Auf Wunsch kann die Station mit akkuraten meteorologischen Sensoren ausgestattet werden (Wind Ultraschall, Temperatursensor in zwangs-belüftetem Strahlungsschutz).
| Parameter | Messintervall | Messbereich | Auflösung | Genauigkeit |
|---|---|---|---|---|
| Windgeschwindigkeit | 1s / 1Hz | 0 – 30m/s | 0.01 m/s | max(0.3m/s , 3%) |
| Windrichtung | 1s / 1Hz | 0 – 359° | 1° | 5° |
| Temperatur | 0.1s / 10Hz | -20 – 70°C | 0.01K | 0.5K |
| Feuchte | 0.1s / 10Hz | 0 – 100% | 0.01% | ±1.5% |
| Luftdruck | bis 182 Hz | 300 – 1100 hPa | 0.18 Pa | 1 hPa |
Schnittstellen
Als Datenschnittstelle bieten wir an:
- Aggregierung auf eigene Server mit Frontend
- MQTT
- Azure IoT-Hub (via MQTT)
- UL2
- SNMP
- Export für Zeitserien-Datenbanken Influx oder Prometheus
- .CSV-Export (MS Excel, LibreOffice, etc.)
- …weitere auf Anfrage
Datenaquisition und -übertragung
Je nach Messfrequenz werden im Vollausbau bis zu 100 Datenpunkte erhoben und in einer internen Datenbank abgelegt, in der sie für bis zu 3 Monate gespeichert werden können.
Sie werden über Mobilfunk (3, 4, 5 G) oder WLAN an einen zentralen Server gesendet. Dort können sie in einem Web-Dashboard angezeigt, analysiert und heruntergeladen werden. Es ist möglich, die Daten in komprimierten Paketen zu übertragen oder sie live zu streamen.
Energieversorgung
Als Spannungsversorgung können an 230V Netzspannung oder Gleichspannung größer oder gleich 12V betrieben werden, ebenso ist eine autonome Versorgung über Solarzellen und Batteriepufferung möglich.
Montage
Optimalerweise wird das System in > 2,5 m Höhe an einem Mast montiert, der Windsensor für meteorologisch vergleichbare Werte am besten in 10 m Höhe.
Wartung
Einmal im Jahr findet eine Wartung der Hardware statt, und für die Software-Fernwartung ist ein dauerhafter, verschlüsselter Tunnel zum System verfügbar. UnravelTEC bietet regelmäßig Softwareupdates an, die am besten vollständig automatisch eingespielt werden sollten
Heizung/Kühlung
Das Messgerät verfügt über eine Heizung im Winter und eine aktive Kühlung im Sommer.Darüber hinaus erfasst das System Betriebsparameter wie Lüfterdrehzahlen und Innentemperaturen und alarmiert bei Ausfällen oder Grenzwertüberschreitungen.
Interessiert?
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