ISU Extension Pub # AEN-175
Auteur: Thomas H. Greiner, Extension Agricultural Engineer
Department of Agricultural and Biosystems Engineering, Iowa State University.
September, 1997
CARBON MONOXIDE POISONING
Checking for Complete Combustion
Fossiele brandstoffen bevatten koolstof (C) en waterstof (H). Bij volledige verbranding verbinden koolstof en waterstof zich met zuurstof (O2) en ontstaan kooldioxide (CO2) en water (H2O). Bij onvolledige verbranding wordt een deel van de koolstof niet volledig geoxideerd, waarbij roet of koolmonoxide (CO) ontstaat. Onvolledige verbranding maakt inefficiënt gebruik van brandstof en de geproduceerde koolmonoxide is een gevaar voor de gezondheid.
Een goed ontworpen, afgestelde en onderhouden gasvlam produceert slechts kleine hoeveelheden koolmonoxide, met 400 deeltjes per miljoen (ppm) als maximum toegestaan in rookgassen. De meeste branders produceren veel minder, tussen 0 en 50 ppm is typisch. Bij onvolledige verbranding kan de concentratie koolmonoxide oplopen tot meer dan 7.000 ppm. Zelfs een kleine hoeveelheid CO die in bewoonde ruimten terechtkomt uit apparaten die grote hoeveelheden CO produceren, is een gezondheidsrisico en kan levensbedreigend zijn.
Onvolledige verbranding ontstaat door:
* Onvoldoende menging van lucht en brandstof.
* Onvoldoende luchttoevoer naar de vlam.
* Onvoldoende tijd om te branden.
* Afkoeling van de vlamtemperatuur voordat de verbranding is voltooid.
Typische redenen voor onvolledige verbranding in huishoudelijke verwarmingstoestellen zijn:
* Geblokkeerde ventilatiesystemen.
* Geblokkeerde schoorsteenkanalen in verwarmingstoestellen.
* Luchtklep op brander niet voldoende geopend.
* Te grote of te kleine gasopeningen (meestal te groot).
* Te hoge of te lage verdeelgasdruk (meestal te hoog).
* Roest, aanslag, of roet op brander.
* Brander onjuist geïnstalleerd.
* Vlam stoot tegen koud oppervlak.nvoldoende verbrandingslucht naar de brander.
* Downdraft van ontluchtingssysteem.
* Falen van ventilator of inductieventilator.
* Verlies van integriteit van warmtewisselaar (gebarsten, verroeste, of gaten in warmtewisselaar).
* Fysieke verstoring van de vlam (d.w.z, sterke luchtstromen die op de vlam blazen.)
Om het risico van CO-vergiftiging te verminderen, dient u alle aanbevelingen van de fabrikant voor inspectie en onderhoud te verkrijgen en zorgvuldig op te volgen. De volgende extra stappen worden aanbevolen voor het onderhouden en inspecteren van gasverwarmingstoestellen:
1. Inspecteer de brander en de vlam visueel op roest, roet, verkleuring en abnormale vlamkleur of -patroon.
2. Controleer het verwarmingstoestel visueel op sporen van vlamuitslag, neerwaartse druk en morsen. Verbrande draden, roet, roest, kalkaanslag en het “volgen” van verbrandingsproducten zijn tekenen van problemen.
3. Controleer het ontluchtingssysteem op het juiste ontwerp, integriteit en trekkracht.
4. Controleer de geschiktheid van verbrandingslucht en luchttoevoer.
5. Controleer of het ontluchtingssysteem functioneert bij een “worst-case” drukverlaging in de woning.
6. Controleer de rookgasafvoerkanalen in het toestel op verstopping of restrictie – reinig deze indien nodig.
7. Inspecteer de warmtewisselaar visueel op integriteit.
8. Controleer de gasdruk in het verdeelstuk met behulp van een manometer en stel deze indien nodig bij.
9. Controleer het gasdebiet naar het toestel (op toestellen met meter).
10. Meet de CO in rookgassen met behulp van een elektronische CO-analysator met digitale display.
Extra stappen die helpen bij het vaststellen van de oorzaak van een koolmonoxideprobleem in een verwarmingsapparaat zijn:
11. Controleer de juiste verbranding met behulp van een verbrandingsanalyzer die het koolmonoxide- en zuurstofgehalte kan meten.
12. Bepaal lekkagegebieden en drukverschillen in de constructie en het ontluchtingssysteem met behulp van een ventilatordeur en micromanometer.
13. Controleer of de gasopening de juiste grootte heeft.
14. Controleer voortdurend de koolmonoxideconcentraties in de constructie.
VISUELE INSPECTIE VAN DE VLAM
Visuele inspectie van de brander zal duidelijke problemen aan het licht brengen, zoals roest, aanslag, of roet. Duidelijke verstoringen van het vlambeeld of een onjuiste kleur duiden op een probleem met de verbranding. Helaas is visuele inspectie NIET voldoende om een goede verbranding te controleren. Branders die ZEER hoge concentraties koolmonoxide produceren kunnen blauw branden. Omgekeerd kunnen branders die weinig koolmonoxide produceren geel branden.
Koolmonoxide is een kleurloos, reukloos, smaakloos, niet-irriterend en zeer giftig gas in lage concentraties. Omdat het niet mogelijk is om op betrouwbare wijze visueel vast te stellen of een brander overmatig koolmonoxide produceert, wordt het gebruik van een elektronische koolmonoxide-analysator met digitale display aanbevolen. De American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers, Inc. stelt: “Het is wenselijk om door middel van geschikte indicatoren vast te stellen of er al dan niet koolmonoxide aanwezig is in rookgassen” (ASHRAE Handbook, pg 26.3). Het gebruik van een instrument om de koolmonoxideconcentraties buiten, binnen de constructie en in de rookgassen te meten is van cruciaal belang om te verzekeren dat het verwarmingstoestel veilig werkt.
Blauwe Vlam Brander
Vlamkleur: Blauw
Kan zowel hoge als lage CO-productie zijn, geen betrouwbare visuele methode om CO-productie vast te stellen.
Vlamkleur: Geel
Geduid duidt gewoonlijk op hoge CO-productie. Eén oorzaak – onvoldoende primaire luchtopening.
Gele Vlam Brander
Vlam Kleur: Blauw
Verbranding niet zoals ontworpen, Kan zowel hoge als lage CO zijn, geen betrouwbare visuele methode om CO productie vast te stellen.
Vlamkleur: Geel
Kan zowel veel als weinig koolmonoxide produceren, afhankelijk van voldoende secundaire lucht voor volledige verbranding, geen betrouwbare visuele methode om de CO-productie vast te stellen.
PRODUCTIE VAN KOOLMONOXIDE
Het ontwerp van de brander en de verbrandingskamer beïnvloedt de hoeveelheid koolmonoxide die wordt geproduceerd. Methoden om de productie van koolmonoxide te verminderen zijn onder meer het toevoeren van een teveel aan lucht, het verhogen van de temperatuur van de branderkamer en het voorzien in een grote verbrandingszone. Niet-verbrande verbrandingsproducten zullen blijven oxideren in een hete verbrandingskamer met een teveel aan lucht. Helaas verlagen een teveel aan lucht, hoge temperaturen en grote verbrandingszones het rendement en verhogen ze de kosten.
Eenvoudige handelingen, zoals het plaatsen van een koude pan op de brander van een fornuis of het blazen van lucht met een ventilator over een brander zonder ontluchting, kunnen de productie van koolmonoxide verhogen. De oxidatie van de verbrandingsgassen stopt wanneer de hete gassen tegen de koude pan botsen of worden afgekoeld door de lucht van de ventilator. Koolmonoxide dat nog niet geoxideerd is, komt vrij in de ruimte.
De afstelling van de brander heeft invloed op de hoeveelheid geproduceerde CO. Onvoldoende primaire branderlucht verhoogt de CO-productie. Beperkte luchtinlaten veroorzaken vaak een merkbare verstoring van de vlam en een verandering van blauw naar geel.
Een andere oorzaak van onvoldoende primaire lucht en onvolledige verbranding is een te grote gasstroom naar de brander. Een te grote gasstroom geeft zelden een merkbare verstoring van de vlam of verandering van kleur. Een te grote gasstroom kan worden veroorzaakt door een te hoge gasdruk of door te grote gasopeningen. Gasregelaars kunnen defect raken, verkeerd afgesteld zijn, niet correct zijn afgesteld voor de hoogte, of hoger afgesteld zijn door technici om de warmteafgifte te verhogen. Oververhitting is vooral gevaarlijk omdat:
* Hoge CO productie kan optreden.
* Overtollige warmte wordt geproduceerd die warmtewisselaars kan beschadigen.
* Overtollige verbrandingsproducten worden geproduceerd die de capaciteit van rookgasafvoerkanalen en ontluchtingssystemen van verwarmingstoestellen kunnen overschrijden.
* De vlam blauw kan blijven branden, zonder een duidelijke visuele indicatie van het probleem.
Typisch schrijven fabrikanten van warmeluchtovens voor dat bij de eerste ingebruikname de gasstroom en de gasdruk worden gecontroleerd en dat er niet mag worden overgestookt. Om problemen veroorzaakt door een te grote gasstroom op te sporen en te corrigeren, is het belangrijk de gasstroom, de gasdruk, de grootte van de opening en de koolmonoxideconcentraties in de verbrandingsproducten te controleren.
GATEN IN DE WARMTEWISSELAAR
Grote gaten in een warmtewisselaar zijn gevaarlijk. Lucht die door gaten wordt geperst door de circulatieventilator verhoogt de productie van CO door het verstoren van de vlam. De luchtstroom verhoogt de hoeveelheid verbrandingsproducten die in de woonvertrekken terechtkomen, doordat de luchtstroom door het rookkanaal van het toestel wordt verstoord. Bij de meeste ovens met natuurlijke en geïnduceerde trek verhindert de hoge druk aan de ventilatorzijde van de warmtewisselaar dat verbrandingsproducten rechtstreeks in de circulatielucht terechtkomen. Meestal komen verbrandingsproducten in de woning terecht door een defecte ontluchter of door morsen. Bij power-ventilatie- en pulsverbrandingsovens kunnen verbrandingsproducten door de hoge druk aan de verbrandingszijde rechtstreeks door openingen in de circulatielucht en het huis worden geperst. Verbrandingsproducten bevatten grote hoeveelheden koolmonoxide en waterdamp, die vlammen kunnen smoren of kunnen leiden tot meer roest en corrosie van de warmtewisselaar. In ernstige gevallen treedt vlamdoorslag op.
Holes in warmtewisselaars kunnen worden gevonden door directe observatie, met behulp van spiegels of door de eenheid te demonteren. Sommige gesloten verbrandingstoestellen met directe ontluchting kunnen worden getest door de inlaat en uitlaat af te dichten en de druk te testen. Er zijn rookbommen, geursporen en zoutsproeiers gebruikt, maar deze zijn niet volledig aanvaardbaar gebleken. De American Gas Association heeft een testmethode voor warmtewisselaars ontwikkeld waarbij gebruik wordt gemaakt van indicatorgassen, waarvan zij hebben vastgesteld dat deze betrouwbaarder en nauwkeuriger is. Observatie van de verstoring van de vlam wanneer de aanjager van de oven wordt ingeschakeld, zal grote gaten aan het licht brengen. Meting van koolmonoxide in rookgassen met CO-analysatoren toont onvolledige verbranding aan, veroorzaakt door luchtstroming door gaten.
Verbrandingsgassen moeten worden bemonsterd vóór verdunning door de trekkap. Bij toestellen met natuurlijke trek kunnen de rookkanalen (kamers) aan de bovenkant van het toestel gewoonlijk met een sonde worden bereikt via de trekklep of de kap. Bij toestellen met meerdere branders en gescheiden rookgasafvoerkanalen moet elke brander afzonderlijk worden gecontroleerd door de sonde bovenin elke kamer in te brengen. Het is belangrijk dat de sonde op voldoende afstand in de rookkamers wordt gestoken om ervoor te zorgen dat onverdunde verbrandingsproducten worden bemonsterd. Gesloten verbrandingstoestellen kunnen vaak het gemakkelijkst worden bemonsterd bij de uitlaat van de buitenlucht. Plaatsen die geen nauwkeurige meting van verbrandingsgassen geven zijn: de omtrek van de afzuigkap (dit vertegenwoordigt de lucht in de ruimte), direct boven de vlam (bemonstering hier kan een foutieve hoge meting geven), en bij de luchtuitlaten van de oven (die een gemengd monster bevatten).
CARBON MONOXIDE ANALYZERS EN DETECTOREN
Er zijn vele mogelijke oorzaken van koolmonoxideproductie en het vrijkomen van verbrandingsproducten in woonruimten. Veel oorzaken zijn toevallig en onvoorspelbaar, b.v. gaten in warmtewisselaars die na inspectie ontstaan of groter worden, ontluchtingssystemen die bij sterke wind falen, drukregelaars die blijven hangen, of luchtinlaten en ontluchters die bevriezen.
Ter bescherming tegen onbedoelde koolmonoxidevergiftiging bevelen de U.S. Consumer Product Safety Commission, het Iowa Department of Public Health, en Iowa State University Extension aan dat elk huis ten minste één koolmonoxidedetector met U-L-vermelding heeft op elke verdieping met slaapvertrekken. Verwarmingstoestellen dienen jaarlijks te worden geïnspecteerd en onderhouden door een gekwalificeerde verwarmingsinstallateur. Omdat de kleur van de vlam geen betrouwbare indicator is voor de koolmonoxideproductie van een brander, moet de verwarmingsinstallateur een koolmonoxide-analysator gebruiken om de branders te inspecteren en te onderhouden.