Was bedeuten LEL%, VOL% und PPM bei Gaswarngeräten?

Um eine sichere Produktion zu gewährleisten, GaswarngerätGaswarngeräte finden in verschiedenen Branchen breite Anwendung. Sie überwachen in Echtzeit die Konzentration toxischer, schädlicher und brennbarer Gase in der Luft und beugen so effektiv Unfällen wie Bränden, Explosionen und Vergiftungen vor. Im Alltag begegnen Anwendern auf dem Geräteetikett häufig ähnliche Angaben zum Messbereich, z. B. 0–100 % UEG oder 0–2000 ppm. Auch Angaben wie VOL % oder ppm können auf dem LCD-Display erscheinen. Was bedeuten diese drei Einheiten genau und wie werden sie umgerechnet?

1. VOL% (Volumenprozent des Gases)

VOL ist eine physikalische Einheit, die das Volumen eines Gases beschreibt. Als Prozentwert angegeben, repräsentiert sie den prozentualen Anteil eines bestimmten Gases am Gesamtvolumen der Luft. Beispielsweise bedeutet 5 % VOL Methan, dass der Methananteil in der Luft 5 % beträgt. Der Messbereich vieler Gaswarngeräte wird in VOL% angegeben. Beträgt der Messbereich beispielsweise 0–100 % VOL, kann das Warngerät den Anteil eines bestimmten Gases in der Luft innerhalb dieses Bereichs erfassen. Es lässt sich auch ein bestimmter VOL-Prozentwert als Alarmschwelle festlegen. Sobald der Gehalt eines bestimmten Gases diesen Wert erreicht oder überschreitet, löst das Warngerät einen Alarm aus. Hierbei kommt die Einheit UEG% zum Einsatz.

2. UEG% (Untere Explosionsgrenze)

Der Begriff „brennbares Gas“ bezeichnet ein Gas, das sich in einem bestimmten Konzentrationsbereich gleichmäßig mit Luft (oder Sauerstoff) zu einem Gemisch vermischen lässt, welches bei Kontakt mit einer Zündquelle explodiert. Die niedrigste Volumenprozentkonzentration dieses brennbaren Gases in der Luft, die eine Explosion auslösen kann – die untere Explosionsgrenze (UEG) –, wird als UEG% (untere Explosionsgrenze) bezeichnet. Die Gaskonzentration an der unteren Explosionsgrenze wird in Vol.-% angegeben, die Einheit ist Prozent. Die UEG wird in hundert Teile unterteilt, wobei ein Teil 1 UEG% entspricht.

3. PPM (Parts Per Million of Gas Volume Percentage)

Das Konzept von PPM ähnelt dem von VOL, nur dass PPM ein Millionstel des Gasvolumens darstellt. Beispielsweise bedeutet 10 ppm Kohlendioxid, dass sich 10 ppm Kohlendioxid in der Luft befinden. Da die Einheit PPM dimensionslos ist (der Begriff „dimensionlose Einheit“ stammt aus der Astronomie und umfasst Größen wie Pi (π), die Naturkonstante (e), Radiant (rad), den Goldenen Schnitt (φ) und die relative Molekülmasse (Mr), ist sie besonders geeignet, um Gaslecks frühzeitig zu erkennen. Im Gegensatz dazu sind dimensionsbehaftete Größen wie Länge, Fläche und Zeit dimensionslos. Dimensionslose Größen werden oft als Produkt oder Verhältnis zweier dimensionaler Größen dargestellt, wobei die Dimensionen der beiden Größen voneinander subtrahiert werden. Gaswarngeräte, die PPM-Werte messen können, werden eingesetzt, um selbst kleinste Gaslecks am Arbeitsplatz zu erkennen. Diese Lecks sind sehr gefährlich und können nach längerer Zeit zu schweren Unfällen führen. Daher sind PPM-Gaswarngeräte notwendig, um selbst kleinste Gaslecks rechtzeitig zu lokalisieren und zu beseitigen.

4. 
   Umrechnung zwischen VOL%, LEL% und PPM

Zunächst einmal ist die Umrechnung zwischen Volumen (VOL) und ppm relativ einfach. Da %VOL der Volumenprozentsatz und ppm das Millionstel des Volumens ist, entspricht 1 % (VOL) 10.000 ppm.

Zweitens muss für die Umrechnung zwischen Volumenanteil (VOL) und unterer Explosionsgrenze (UEG) zunächst die untere Explosionsgrenze des brennbaren Gases ermittelt werden. Erreicht die Konzentration des brennbaren Gases in der Luft die UEG, so entspricht dies einer Explosionsgefahr von 100 %. Beispielsweise beträgt die UEG von Wasserstoff 4 Vol.-%. Das heißt, bei einem Volumenanteil von 4 Vol.-% in der Luft kommt es bei Kontakt mit offenem Feuer zu einer Explosion. Daher entspricht ein Volumenanteil von 4 Vol.-% einer 100%igen Gefahr, was als 100 % UEG bezeichnet wird. Somit gilt: 4 Vol.-% = 100 % UEG, und 1 Vol.-% = 25 % UEG.

Drittens ist die Umrechnung zwischen ppm und UEG nicht direkt möglich. Man muss zuerst die UEG in Volumen (VOL) umrechnen und dann das Volumen in ppm. Hier ist die Formel: ppm = %UEG × UEG (Vol.-%) × 100. Nehmen wir Methan (mit einer unteren Explosionsgrenze von 5 %) als Beispiel. Um zu berechnen, wie viele ppm 20 % UEG Methan entsprechen, lautet die Formel: 20 %UEG × 5 %VOL × 100 = 10.000 ppm.

Generell sind Gaswarngeräte, die ppm messen können, sehr genau, während Gaswarngeräte für die untere Explosionsgrenze (UEG) üblicherweise zur Explosionserkennung eingesetzt werden. Die Messgenauigkeit im Bereich der Volumenströme (VOL) ist am größten und wird daher am häufigsten verwendet.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Werte für LEL%, VOL% und PPM in Gasdetektoren miteinander verknüpft sind. Mithilfe geeigneter Umrechnungsformeln können sie ineinander umgerechnet werden, um unterschiedlichen Messanforderungen und Anwendungsszenarien gerecht zu werden. In der Praxis ermöglicht das Verständnis dieser Zusammenhänge eine genauere Bestimmung der Gaskonzentrationen und die korrekte Verarbeitung relevanter Messdaten. Daher ist die korrekte Anwendung und das Verständnis dieser Einheiten von großer Bedeutung für die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Messergebnisse.