Luftfeuchte Korrektur

Language: EN

Theoretischer Hintergrund

Abhängig von der Luftfeuchtigkeit, der chemischen Beschaffenheit und der Größe, kondensiert eine bestimmte Menge Wasser an den Feinstaubpartikeln. Dadurch wird der Wirkungsquerschnitt bzw. die Streuwahrscheinlichkeit der Laserstrahlen an den Partikeln im Detektor erhöht. Das führt dazu, das Partikel, die bei geringer Luftfeuchtigkeit nicht detektiert werden, bei hoher Luftfeuchtigkeit gemessen werden. Diese Erhöhung der Streuwahrscheinlichkeit wird auch Wachstumsfaktor mit dem Formelzeichen g genannt. Mit
g=Meßwert_feucht/Meßwert_trocken

Für bestimmte Partikelsorten wurde der Wachstumsfaktor in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit vermessen und veröffentlicht siehe z.B.¹,². Der Wachstumsfaktor ist nicht linear und macht sich in ab etwa 70 % Luftfeuchtigkeit deutlich bemerkbar. Dies ist der Grund warum im Datenblatt des SDS011 steht, dass der Arbeitsbereich des Sensor bei maximal 70 % Luftfeuchtigkeit endet. Das bedeutet, dass alle Messungen, die bei einer Luftfeuchtigkeit von mehr als 70 % gemacht wurden, teilweise stark erhöhte Messwerte aufweisen und aufgrund dieses Fehlers, streng genommen, nicht verwendet werden dürfen.

Mit Hilfe des Wachstumsfaktors, kann man Messwerte, die außerhalb des Arbeitsbereichs des Sensors liegen, korrigieren und diese dann verwenden. Da der Wachstumsfaktor aber neben der Luftfeuchtigkeit, auch von der chemische Beschaffenheit und der Größenverteilung der Partikel abhängt, und man diese in der Regel nicht kennt, lässt sich dieser nicht allgemeingültig mit einer nur von der Luftfeuchtigkeit abhängenden Formel beschreiben². Wenn man jedoch von einer gegebenen Partikelzusammensetzung ausgeht und einen gewissen Fehler in Kauf nimmt, kann man versuchen empirisch eine Formel für den Wachstumsfaktor zu finden, die den Einfluss von der Luftfeuchtigkeit, einigermaßen beschreibt.

Formeln für den Wachstumsfaktor g(h)

Für verschiedene gegebene Partikelzusammensetzungen wurden folgende Formeln gefunden:

aus Polen, genutzt bei HackAir (https://github.com/piotrkpaul/esp8266-sds011/blob/master/sds011_nodemcu/sds011_nodemcu.ino):
g_PM10 = 1 + 0.816∙h^5.83
g_PM2.5 = 1 + 0.488∙h^8.60

aus der Literatur (von Norbert⁴, er empfiehlt die Köhler-Formel, h normiert auf 0<h<1):
g_Soneja³ = 1 + α∙h²/(1-h)
g_Hänel = (1-h)^-β
g_Köhler = 1 + γ/(1/h-1)
mit α=0.25, β=0.47, γ=0.22

aus den Niederlanden vom RIVM. Formel nach Hänel mit einem Multiplikator:
g_RIVM = δ* (1-h)^-β
mit verscheidenen Werten für β und δ. Die Werte für die Luftfeuchtigkeit wurden vom KNMI bezogen⁵.
für PM2,5 (Amsterdamm: β=0.38, δ=2.3; Amersfoort : β=0.40, δ=3.4; Venlo: β=0.43, δ=3.9)
für PM10 β=0.65, δ=4.56 (mit DHT22 als Luftfeuchte-Sensor)

Liste von Sensoren direkt an Luftmessstationen (als Rechenbasis):

Bulgarien:
10001 10002 (42.669798,23.26841) Station Pavlovo
10003 10004 (42.655486,23.383278) Station Mladost

Österreich
Linz:
11149, 11150 Luftprüfstation S341 Römerberg (http://www.land-oberoesterreich.gv.at/125879.htm)
17654, 17655 Luftprüfstation S341 Römerberg (http://www.land-oberoesterreich.gv.at/125879.htm)

Schweiz
Zürich:
574, 575 Station Stampfenbachstr.
601, 602 Gerhardstrasse 1, keine Station???

Belgien
10975, 10976 Ukkel (Brüssel), Station 41R012 (http://www.irceline.be/de/luftqualitat/messungen/feinstaub/pro-messstation)
21466 official VMM reference station R802
22585 official VMM reference station R805
22587 official VMM reference station R817
22589 official VMM reference station R701
22591 official VMM reference station R702
22593 official VMM reference station R750
22595 official VMM reference station R834

Australia
Sydney:
17733, 17734 Located at the Environment Protection Authority's Rozelle Air Monitoring Station.
17735, 17736 Located at the Environment Protection Authority's Rozelle Air Monitoring Station.

Einzelnachweise

1. Laulainen, N. S. (1993). Summary of Conclusions and Recommendations from a Visibility Science Workshop; Technical Basis and Issues for a National Assessment for Visibility Impairment, Prepared for US DOE, Pacific Northwest Laboratory, PNL-8606.

2. Day, D. E., Malm, W. C., Aerosol light scattering measurements as a function of relativehumidity: a comparison between measurements made at threedifferent sites, Atmospheric Environment 35 (2001) 5169–5176

3. Ramachandran, G., Adgate, J. L., Pratt, G.C., Sexton, K. (2003). Characterizing Indoor and Outdoor 15 Minute Average PM2.5 Concentrations in Urban Neighborhoods; Aerosol Science and Technology 37:1, 33 - 45

4. Streibl Norbert Influence of Humidity on the Accuracy of Low-Cost Particulate Matter Sensors; ResearchGate

5. RIVM Ervaringen RIVM SDS011 sensor 12-7-2018