ISU Extension Pub # AEN-175
Autor: Thomas H. Greiner, Extension Agricultural Engineer
Department of Agricultural and Biosystems Engineering, Iowa State University.
September, 1997
CARBON MONOXIDE POISONING
Checking for Complete Combustion
Fossile Brennstoffe enthalten Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H). Bei vollständiger Verbrennung verbinden sich Kohlenstoff und Wasserstoff mit Sauerstoff (O2) zu Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O). Bei einer unvollständigen Verbrennung wird ein Teil des Kohlenstoffs nicht vollständig oxidiert, wodurch Ruß oder Kohlenmonoxid (CO) entsteht. Eine unvollständige Verbrennung nutzt den Brennstoff ineffizient und das entstehende Kohlenmonoxid ist gesundheitsschädlich.
Eine ordnungsgemäß ausgelegte, eingestellte und gewartete Gasflamme erzeugt nur geringe Mengen Kohlenmonoxid, wobei 400 Teile pro Million (ppm) der maximal zulässige Wert in Abgasprodukten ist. Die meisten Brenner produzieren viel weniger, wobei zwischen 0 und 50 ppm typisch sind. Bei unvollständiger Verbrennung kann die Kohlenmonoxidkonzentration Werte von über 7.000 ppm erreichen. Selbst eine kleine Menge, die von Geräten, die große Mengen CO produzieren, in bewohnte Gebäude gelangt, stellt ein Gesundheitsrisiko dar und kann lebensbedrohlich sein.
Unvollständige Verbrennung tritt auf aufgrund von:
* Unzureichender Vermischung von Luft und Brennstoff.
* Unzureichender Luftzufuhr zur Flamme.
* Unzureichende Verbrennungszeit.
* Abkühlung der Flammentemperatur vor Abschluss der Verbrennung.
Typische Gründe für eine unvollständige Verbrennung in Heizgeräten im Wohnbereich sind:
* Verstopfte Abgasanlagen.
* Verstopfte Rauchgaszüge in Heizgeräten.
* Nicht ausreichend geöffnete Luftklappe am Brenner.
* Zu große oder zu kleine Gasdüsen (meist zu groß).
* Zu hoher oder zu niedriger Gasdruck im Verteiler (meist zu hoch).
* Rost, Zunder oder Ruß am Brenner.
* Falsch installierter Brenner.
* Auftreffen der Flamme auf kalte Oberfläche.
* Unzureichende Verbrennungsluftzufuhr zum Gerät.
* Zugluft im Abluftsystem.
* Ausfall von Gebläsen oder Saugzuggebläsen.
* Verlust der Integrität des Wärmetauschers (Risse, Rost oder Löcher im Wärmetauscher).
* Physikalische Störung der Flamme (d.h., starke Luftströme, die auf die Flamme blasen)
Um das Risiko einer CO-Vergiftung zu verringern, besorgen Sie sich alle Empfehlungen des Herstellers für Inspektion und Wartung und befolgen Sie diese sorgfältig. Im Folgenden werden zusätzliche Schritte zur Wartung und Inspektion von Gasheizgeräten empfohlen:
1. Führen Sie eine Sichtprüfung des Brenners und der Flamme durch und achten Sie dabei auf Rost, Ruß, Verfärbungen und abnormale Flammenfarbe oder -muster.
2. Führen Sie eine Sichtprüfung des Heizgeräts durch und achten Sie dabei auf Anzeichen für ein Ausrollen der Flamme, Fallwinde und Verschüttungen. Verbrannte Drähte, Ruß, Rost, Kesselstein und „Spuren“ von Verbrennungsprodukten sind Anzeichen für Probleme.
3. Prüfen Sie das Entlüftungssystem auf ordnungsgemäße Konstruktion, Unversehrtheit und Zugluft.
4. Prüfen Sie die Angemessenheit der Verbrennungsluft und der Zusatzluft.
5. Prüfen Sie, ob das Abgassystem bei einem „Worst-Case“-Druckabfall in der Wohnung funktioniert.
6. Prüfen Sie die Abgaswege im Gerät auf Verstopfung oder Verengung – reinigen Sie sie, falls erforderlich.
7. Prüfen Sie den Wärmetauscher visuell auf Unversehrtheit.
8. Prüfen Sie den Gasdruck am Verteiler mit einem Manometer und stellen Sie ihn gegebenenfalls ein.
9. Prüfen Sie die Gasdurchflussrate zum Gerät (bei dosierten Geräten).
10. Messen Sie das CO in den Abgasprodukten mit einem elektronischen CO-Analysator mit digitaler Anzeige.
Zusätzliche Schritte, die helfen, die Ursache eines Kohlenmonoxidproblems in einem Heizgerät zu bestimmen, sind:
11. Überprüfen Sie die ordnungsgemäße Verbrennung mit einem Verbrennungsanalysator, der den Kohlenmonoxid- und Sauerstoffgehalt messen kann.
12. Bestimmen Sie Leckagebereiche und Druckunterschiede in der Struktur und im Entlüftungssystem mit einer Gebläsetür und einem Mikromanometer.
13. Prüfen Sie die richtige Größe der Gasdüse.
14. Kontinuierliche Überwachung der Kohlenmonoxidkonzentration in der Struktur.
Sichtprüfung der Flamme
Die Sichtprüfung des Brenners zeigt offensichtliche Probleme wie Rost, Zunder oder Ruß. Offensichtliche Unterbrechungen des Flammenmusters oder eine unpassende Farbe weisen auf ein Problem mit der Verbrennung hin. Leider ist eine Sichtprüfung NICHT ausreichend, um eine ordnungsgemäße Verbrennung zu überprüfen. Brenner, die EXTREM hohe Konzentrationen von Kohlenmonoxid produzieren, können blau brennen. Umgekehrt können Brenner, die wenig Kohlenmonoxid produzieren, gelb brennen.
Kohlenmonoxid ist ein farbloses, geruchloses, geschmackloses, nicht reizendes und bei niedrigen Konzentrationen hochgiftiges Gas. Da es nicht möglich ist, zuverlässig festzustellen, ob ein Brenner übermäßig viel Kohlenmonoxid produziert, wird die Verwendung eines elektronischen Kohlenmonoxid-Analysators mit Digitalanzeige empfohlen. Die American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers, Inc. stellt fest: „Es ist wünschenswert, durch die Verwendung geeigneter Indikatoren festzustellen, ob Kohlenmonoxid in den Rauchgasen vorhanden ist oder nicht“ (ASHRAE Handbook, pg 26.3). Die Verwendung eines Instruments zur Messung der Kohlenmonoxidkonzentration im Freien, im Gebäude und in den Abgasen ist entscheidend, um sicherzustellen, dass das Heizgerät sicher arbeitet.
Blaue Flamme Brenner
Flammenfarbe: Blau
Kann entweder hohes oder niedriges CO bedeuten, keine zuverlässige visuelle Methode zur Bestimmung der CO-Produktion.
Flammenfarbe: Gelb
Gemeinsam zeigt hohe CO-Produktion an. Eine Ursache – unzureichende Primärluftöffnung.
Flammenfarbe: Gelb
Flammenfarbe: Blau
Verbrennung nicht wie vorgesehen, kann entweder hohes oder niedriges CO sein, keine zuverlässige visuelle Methode zur Bestimmung der CO-Produktion.
Flammenfarbe: Gelb
Kann entweder hohes oder niedriges CO sein, hängt von ausreichender Sekundärluft für eine vollständige Verbrennung ab, keine zuverlässige visuelle Methode zur Bestimmung der CO-Produktion.
ERZEUGUNG VON KOHLENMONOXID
Die Konstruktion des Brenners und der Brennkammer beeinflusst die Menge des erzeugten Kohlenmonoxids. Zu den Methoden zur Reduzierung der Kohlenmonoxidproduktion gehören die Bereitstellung von überschüssiger Luft, die Erhöhung der Brennkammertemperatur und die Bereitstellung einer großen Verbrennungszone. Unverbrannte Verbrennungsprodukte werden in einer heißen Brennkammer mit Luftüberschuss weiter oxidiert. Leider reduzieren Luftüberschuss, hohe Temperaturen und große Verbrennungszonen die Effizienz und erhöhen die Kosten.
Einfache Handlungen, wie z. B. das Aufstellen einer kalten Pfanne auf einem Küchenherd oder das Blasen von Luft aus einem Ventilator über einen Brenner ohne Entlüftung, können die Kohlenmonoxidproduktion erhöhen. Die Oxidation der Verbrennungsgase wird gestoppt, wenn die heißen Gase auf die kalte Pfanne treffen oder durch die Luft des Ventilators abgekühlt werden. Noch nicht oxidiertes Kohlenmonoxid wird in den Raum abgegeben.
Die Einstellung des Brenners beeinflusst die Menge des produzierten CO. Unzureichende Primärbrennerluft erhöht die CO-Produktion. Eingeschränkte Luftzufuhr führt oft zu einer spürbaren Störung der Flamme und einem Wechsel von blau zu gelb.
Eine weitere Ursache für unzureichende Primärluft und unvollständige Verbrennung ist ein zu hoher Gasstrom zum Brenner. Ein zu hoher Gasstrom führt selten zu einer merklichen Unterbrechung der Flamme oder einer Farbänderung. Übermäßiger Gasstrom kann durch zu hohen Gasdruck oder zu große Gasdüsen verursacht werden. Gasregler können ausfallen, verstellt werden, nicht korrekt auf die Höhe eingestellt sein oder von Technikern vor Ort nach oben verstellt werden, um die Heizleistung zu erhöhen. Eine Überzündung ist besonders gefährlich, weil:
* Eine hohe CO-Produktion auftreten kann.
* Überschüssige Wärme produziert wird, die Wärmetauscher beschädigen kann.
* Überschüssige Verbrennungsprodukte produziert werden, die die Kapazität von Heizgeräteabzügen und Entlüftungssystemen überschreiten können.
* Die Flamme kann weiterhin blau brennen und keinen offensichtlichen optischen Hinweis auf das Problem geben.
Typischerweise verlangen die Hersteller von Warmluftöfen eine Überprüfung des Gasflusses und des Gasdrucks bei der ersten Inbetriebnahme und erlauben keine Überfeuerung. Um Probleme zu finden und zu beheben, die durch einen zu hohen Gasfluss verursacht werden, ist es wichtig, den Gasfluss, den Gasdruck, die Dimensionierung der Düsen und die Kohlenmonoxidkonzentration in den Verbrennungsprodukten zu überprüfen.
LÖCHER IM WÄRMETAUSCHER
Große Löcher in einem Wärmetauscher sind gefährlich. Luft, die vom Umwälzgebläse durch die Löcher gepresst wird, erhöht die CO-Produktion durch Unterbrechung der Flamme. Der Luftstrom erhöht die Menge der Verbrennungsprodukte, die in die Wohnräume gelangen, indem er den Luftstrom durch den Abzug des Geräts unterbricht. Bei den meisten Naturzug- und Saugzugöfen verhindert ein hoher Druck auf der Gebläseseite des Wärmetauschers, dass Verbrennungsprodukte direkt in die Umluft fließen. In der Regel gelangen die Verbrennungsprodukte aufgrund von Entlüftungsfehlern oder Verschüttungen in das Haus. Bei Power-Vent- und Impulsverbrennungsöfen können hohe Drücke auf der Verbrennungsseite Verbrennungsprodukte direkt durch Löcher in die Umluft und das Haus drücken. Verbrennungsprodukte enthalten große Mengen an Kohlenmonoxid und Wasserdampf, die Flammen ersticken oder zu erhöhtem Rost und Korrosion des Wärmetauschers führen können. In schwerwiegenden Fällen kommt es zum Flammendurchschlag.
Löcher in Wärmetauschern können durch direkte Beobachtung gefunden werden, entweder mit Hilfe von Spiegeln oder durch Demontage des Geräts. Einige direkt entlüftete, abgedichtete Verbrennungseinheiten können durch Versiegeln des Ein- und Auslasses und Druckprüfung getestet werden. Rauchbomben, Geruchsprüfung und Salzsprühnebel wurden verwendet, waren aber nicht völlig akzeptabel. Die American Gas Association hat eine Wärmetauscher-Testmethode entwickelt, bei der Tracergase verwendet werden, die sie als zuverlässiger und genauer erachtet. Die Beobachtung der Flammenunterbrechung beim Einschalten des Ofengebläses lässt große Löcher erkennen. Die Messung von Kohlenmonoxid in Rauchgasen mit CO-Analysatoren zeigt eine unvollständige Verbrennung, die durch den Luftstrom durch die Löcher verursacht wird.
Verbrennungsgase sollten vor der Verdünnung der Dunstabzugshaube beprobt werden. Bei Geräten mit natürlichem Zug können die Rauchgaszüge (Kammern) an der Oberseite des Geräts in der Regel mit einer Sonde durch den Zugumlenker oder die Haube erreicht werden. Bei Geräten mit mehreren Brennern und separaten Rauchgaszügen (Kammern) muss jeder Brenner separat überprüft werden, indem die Sonde in die Oberseite jeder Kammer eingeführt wird. Es ist wichtig, die Sonde weit genug in die Abgaskammern einzuführen, um sicherzustellen, dass unverdünnte Verbrennungsprodukte entnommen werden. Abgedichtete Feuerungsanlagen können oft am einfachsten am Außenabgasausgang beprobt werden. Zu den Orten, die keine genauen Messwerte für Verbrennungsgase liefern, gehören: der Umfang der Abzugshaube (diese repräsentiert die Raumluft), direkt über der Flamme (die Probenahme kann hier einen fehlerhaft hohen Messwert ergeben) und an Ofenluftauslässen (die eine gemischte Probe enthalten).
Kohlenmonoxid-Analysatoren und -Detektoren
Es gibt viele mögliche Ursachen für die Produktion von Kohlenmonoxid und das Austreten von Verbrennungsprodukten in Wohnbereiche. Viele Ursachen sind zufällig und unvorhersehbar, z. B. entstehen oder vergrößern sich Löcher in Wärmetauschern nach der Inspektion, Entlüftungssysteme versagen bei starkem Wind, Druckregler klemmen oder Lufteinlässe und Entlüftungen frieren ein.
Zum Schutz vor versehentlichen Kohlenmonoxid-Vergiftungen empfehlen die U.S. Consumer Product Safety Commission, das Iowa Department of Public Health und die Iowa State University Extension, dass jedes Haus mindestens einen U-L-gelisteten Kohlenmonoxid-Detektor auf jeder Etage mit Schlafräumen hat. Heizgeräte sollten jährlich von einem qualifizierten Heizungsfachmann überprüft und gewartet werden. Da die Flammenfarbe kein zuverlässiger Indikator für die Kohlenmonoxidproduktion eines Brenners ist, muss der Heizungsinstallateur ein Kohlenmonoxid-Analysegerät verwenden, um Brenner zu inspizieren und zu warten.