Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Nr. 777: Air pollution from residential wood combustion in a Danish village

Wåhlin, P., Olesen, H.R., Bossi, R. & Stubkjær, J., 2010: Air pollution from residential wood combustion in a Danish village. Measuring campaign and analysis of results. Danmarks Miljøundersøgelser, aarhus Universitet. 49 s. - Faglig rapport fra DMU nr. 777.

Sammenfatning

Baggrund

Forskningsprojektet WOODUSE er et tværfagligt projekt, der dækker mange aspekter omkring brændefyring. Det omfatter bl.a. undersøgelser af emissioner, forureningsniveauer i udeluft og indeluft, helbredseffekter samt sociale aspekter. Projektet har haft deltagelse af 4 institutioner (Danmarks Miljøundersøgelser ved Aarhus Universitet, Det Nationale Forskningscenter for Arbejdsmiljø, Institut for Folkesundhedsvidenskab ved Københavns Universitet samt Institut for Byggeri og Anlæg ved Danmark Tekniske Universitet). Projektet er støttet af Det Strategiske Forskningsråd (bevilling ENMI-2104-05-0010, perioden 2006-2009).

Som en del af WOODUSE foregik en tre måneders målekampagne i Slagslunde i vinteren 2006-2007 med henblik på at bestemme brændefyrings bidrag til den lokale luftforurening. Nærværende rapport beskriver målekampagnen og dens resultater. Rapporten har en relativt teknisk karakter, men den suppleres af en lettere tilgængelig dansksproget rapport (Olesen et al., 2010b), som gengiver centrale resultater og bygger videre på dem ved hjælp af modelberegninger.

Formålet med målekampagnen var at vurdere betydningen af den lokale brændefyring på luftkvaliteten. Det var derfor vigtigt at identificere andre mulige kilder og at kvantificere eller eliminere deres bidrag. Slagslunde blev udvalgt som egnet målested, fordi det er en lille by med velafgrænset udstrækning, og fordi der er få andre kilder til luftforurening end fyring med brændeovne. De vigtigste andre lokale kilder er trafik og et mindre kraftvarmeværk, der bruger naturgas. Værket har en 20 meter høj skorsten og ligger på den lokale folkeskoles område i den vestlige del af landsbyen. Der er en begrænset trafik på lokale biveje nær ved målestederne.  Det var forventet, at effekten af disse kilder ville være lille.

Alle måleinstrumenter blev anbragt i to mobile målestationer. Den ene tæt på huse, hvor der fyres med brændeovne i midten af landsbyens sydlige halvdel, og den anden som baggrundsreference 500 meter VNV for landsbyen. Ved at opstille to målestationer tæt på hinanden er det muligt at eliminere indflydelsen fra langtransport samt regionale kilder, idet man betragter forskellen mellem koncentrationerne målt inde i Slagslunde og koncentrationerne målt i baggrunden udenfor landsbyen. Placeringen af baggrundsstationen er mere optimal end i tidligere studier, hvor baggrundsmålingerne blev foretaget i en afstand på mange kilometer.

Hovedresultater

Et væsentligt resultat fra målekampagnen er en såkaldt "kildeprofil for brænderøg", som relaterer forskellige målestokke for forurening med brænderøg til hinanden. Forurening med brænderøg viser sig ved øget koncentration af fine partikler (PM2.5), men også ved øget koncentration af sod, ved øget partikelvolumen, samt på andre måder. Kildeprofilen er et nyttigt værktøj i forbindelse med analyser af fremtidige målinger.

Brænderøgs bidrag til niveauet af PM2.5 for målevognen i Slagslunde blev bestemt til 2,0 mg/m3 som gennemsnit for en periode på ca. ni uger i en mild vinter.

Rapporten demonstrerer hvorledes målinger af størrelsesfordelingen af partikler er nyttige til at identificere forskellige kilders bidrag, og der gøres rede for brænderøgs indflydelse på størrelsesfordelingen af partikler.

Der blev foretaget målinger af PAH (tjærestoffer) i et beskedent antal dage (10 døgn). Målingerne viste at PAH-niveauet i brændeovnskvarteret var kraftigt forhøjet i forhold til baggrundsniveauet. Datagrundlaget er for lille til at drage nogen konklusion om niveauet af PAH på årsbasis.

Levoglucosan og mannosan benyttes i andre undersøgelser som indikatorer for brænderøg. Det fremgår imidlertid af arbejdet med etablering af en kildeprofil, at målinger af disse stoffer ikke egner sig til at kvantificere brændefyrings bidrag til PM2.5.

Målekampagnen

Slagslunde er en mindre landsbybebyggelse med ca. 400 parcelhuse, som næsten alle er i et plan. Landsbyen har karakter af soveby uden lokal industri og er omgivet af åbent land med landbrug. Ca. halvdelen af husene er udstyret med brændeovne.

Der blev gennemført målinger fra en målevogn centralt i Slagslunde og fra en baggrundsstation ca. 500 meter uden for byen. Samtidige målinger med alle måleinstrumenter foregik i fyringssæsonen i perioden fra 23. december 2006 til 26. februar 2007. Forbruget af træ til fyring i de enkelte huse blev bestemt på grundlag af spørgeskemaer, som beboerne udfyldte.

Landsbyen ligger på en aflang bakke. De meteorologiske målinger blev foretaget på en mast placeret på bakkens top 500 meter NV for landsbyen.

Under den eksperimentelle del af kampagnen blev der foretaget kontinuerte målinger af en række luftforureningskomponenter: PM2.5, partikelantal, størrelsesfordeling af partikelantal, CO, NO og NOx, samt sodsværtning.

Udover de kontinuerte målinger blev der foretaget 10 døgnopsamlinger af partikler og semiflygtige forbindelser til kemisk analyse for PAH, levoglucosan og mannosan. PAH er kræftfremkaldende, mens levoglucosan og mannosan er interessante, fordi de er karakteristiske for afbrænding af biomasse.

I en mindre, to uger lang kampagne blev forholdet mellem indendørs- og udendørs luftforurening undersøgt i to huse: et med brændeovn og et uden.

Behandling af data

Analysen af måleresultaterne tog i høj grad sigte på at identificere andre mulige kilder end brændefyring.

Formålet med målingerne af NOx (og NO) var at kunne foretage korrektioner for trafikken, som er hovedkilde til NOx, men som også i mindre grad kan bidrage til partikelantallet (N) og til PM2.5. Fra andre undersøgelser er N/NOx-forholdet og PM2.5/NOx-forholdet kendt for trafikemissioner. Målinger af NOx kan derfor bruges til at beregne bidragene fra trafikken. Kvalitetskontrollen af NOx-data efter kampagnen viste uheldigvis, at ingen af de to NOx-monitorer havde fungeret tilfredsstillende i hele kampagneperioden, og at der kun var 23 dage med godkendte samtidige målinger. Målingerne kunne derfor ikke bruges til at korrigere for trafikbidraget. På grundlag af målingerne i de 23 dage blev det vurderet, at en lille men ikke helt ubetydelig del af det lokale bidrag til partikelantallet (10-20 %) kan skyldes den lokale trafik. For PM2.5 kunne det imidlertid vises, at det lokale trafikbidrag var ubetydeligt (< 5 %).

Målingerne af størrelsesfordelingen af partikelantallet, beregnet som fordelingen inde i Slagslunde minus fordelingen på baggrundsstationen (inkrementet), viste sig at være velegnede til at afsløre andre mulige forstyrrende kilder. En top af meget små partikler omkring 13 nm var undertiden til stede i størrelsesfordelingen, men kun i perioder med bestemte vindretninger. Toppen var positiv ved vindretninger omkring 280° og negativ ved vindretninger omkring 140°. Dette er præcis retningerne til det lokale kraftvarmeværk fra henholdsvis målestedet i Slagslunde og baggrundsmålestedet uden for Slagslunde. Ved andre vindretninger, eller når gasturbinen på kraftvarmeværket var slukket sent om natten, var der ingen 13 nm top. Episoder med tydelige bidrag fra lokal trafik kunne på lignende måde identificeres ved hjælp af en top i partikelspekteret ved 26 nm.

På grundlag af  målingerne af partikelstørrelsesfordelinger var det muligt at konstruere et ’renset’ datasæt, for hvilket det kan antages, at bidragene til inkrementerne fra andre kilder end lokal fyring med brændeovne er minimal. Data målt under episoder med tydelige bidrag fra trafik, samt data målt i vindretningsintervaller omkring de to ovennævnte retninger til kraftvarmeværket, blev udeladt i det rensede datasæt. Dette datasæt, som udgør 62 % af det samlede datasæt, blev brugt til den videre analyse. Hvorvidt man brugte hele datasættet, eller kun det rensede datasæt, betød imidlertid kun en signifikant forskel for partikel-antallet. Årsagen er, at både trafikken og kraftvarmeværket producerer forholdsvis mange partikler, men meget lidt masse, partikelvolumen og sod i sammenligning med brændeovnene.

Døgnvariationen (beregnet på grundlag af timemiddelværdier for hele det rensede datasæt), viser forhøjede koncentrationer fra midt på eftermiddagen og om aftenen, hvilket svarer godt til fyringsaktiviteten i Slagslunde, som blev detaljeret opgjort ved spørgeskemaundersøgelsen.

Da døgnvariationen af PM2.5, partikelvolumen (V) og sod er næsten ens, peger det på, at kun én væsentlig kilde (brændeovnene) er årsag til inkrementerne ved målestationen i landsbyen. Døgnvariationen af partikelantallet afviger en smule fra de andre, idet koncentrationen midt på dagen er relativt forhøjet, hvilket kan skyldes partikler fra trafik.

Hele rapporten i PDF-format (2,21 MB)