Simulation von Aerosolen im Gebäude sowie der Partikeldeposition im menschlichen Respirationstrakt
Creators: name: Drzymalla, Jan Stefan
Publisher: name: Hannover : Institutionelles Repositorium der Leibniz Universität Hannover
Year: 2024
Subjects: subject: respiratory tract
subject: Aerosols
subject: particle deposition
subject: Respirationstrakt
subject: Aerosole
subject: Partikeldeposition
subject: Dewey Decimal Classification::600 | Technik

description: Diese Arbeit befasst sich mit der Simulation von Aerosolen im Gebäude. Eine mögliche Deposition von Aerosolpartikeln im menschlichen Respirationstrakt wird in Abhängigkeit der Gebäude- und Raumluftqualität untersucht. Ziel ist es, einen Beitrag zur Steigerung der Raumluftqualität und zur Bewertung von Gesundheitsrisiken im Zusammenhang mit der Exposition gegenüber luftgetragenen Aerosolpartikeln zu liefern. Hierzu wird ein methodischer Simulationsansatz zur modellbasierten Abschätzung von Aerosolkonzentrationen in der Raumluft sowie der Partikeldeposition im menschlichen Respirationstrakt entwickelt. Im ersten Teil dieser Arbeit wird unter dem Einsatz der kooperativen Arbeitsmethode Building Information Modeling (BIM) der Anwendungsfall „Indoor Aerosol Modeling“ beschrieben. Dieser definiert u. a. die notwendigen Prozessschritte für eine Aerosolsimulation und analysiert die Integrierbarkeit der zu Grunde liegenden Bilanzierungs- und Modellierungsansätze in das offene Datenformat Industry Foundation Classes (IFC). Des Weiteren wird die Methode „BIM4IAM“ vorgestellt, welche die Umsetzung des zuvor definierten Anwendungsfalls in der BIM-Umgebung beschreibt. Die Anwendung erfolgt am Beispiel eines fiktiven Szenarios, bei dem die Lungendeposition von Aerosolpartikeln untersucht wird. Die theoretische Untersuchung zeigt, dass von einer Partikeldeposition im menschlichen Respirationstrakt auszugehen ist, welche überdies zu einer Reduzierung der Aerosolkonzentration in der Raumluft führen kann. Im zweiten Teil der Arbeit erfolgt eine Genauigkeitsuntersuchung des Simulationsmodells in Form einer theoretischen und experimentellen Validierung. Teil davon ist eine Sensitivitätsanalyse, die den Einfluss und die Empfindlichkeit der Modell-Eingabeparameter untersucht. Es ist festzustellen, dass die in den Atemwegen deponierte Aerosoldosis von unterschiedlichen Parametern abhängt, jedoch maßgeblich von der Partikelgröße sowie dem Aktivitätsgrad beeinflusst wird. Bei Männern liegt die maximale Totaldeposition (98,52 %) für Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser von 0,001 µm vor, die bei leichter Tätigkeit nasal eingeatmet werden. Darüber hinaus ist dem methodischen Simulationsansatz eine gute Performance zu konstatieren, die durch den Vergleich zwischen Simulations- und Messergebnissen belegt wird.
description: This thesis deals with the simulation of aerosols in buildings. The possible deposition of aerosol particles in the human respiratory tract is being investigated as a function of building and indoor air quality. The aim is to contribute to the improvement of indoor air quality and the assessment of health risks associated with exposure to airborne aerosol particles. For this purpose, a methodical simulation approach for the model-based estimation of aerosol concentrations in indoor air and particle deposition in the human respiratory tract is being developed. In the first part of this thesis, the use case "Indoor Aerosol Modeling" is described using the cooperative working method Building Information Modeling (BIM). Among other things, this defines the necessary process steps for an aerosol simulation and analyzes the integrability of the underlying balancing and modeling approaches in the open data format Industry Foundation Classes (IFC). Furthermore, the "BIM4IAM" method is presented, which describes the implementation of the previously defined use case in the BIM environment. The application is based on the example of a fictitious scenario in which the lung deposition of aerosol particles is investigated. The theoretical investigation shows that particle deposition in the human respiratory tract can be assumed, which can also lead to a reduction in the aerosol concentration in the indoor air. The second part of the thesis examines the accuracy of the simulation model in the form of a theoretical and experimental validation. Part of this is a sensitivity analysis, which investigates the influence and sensitivity of the model input parameters. It can be seen that the aerosol dose deposited in the airways depends on various parameters, but is significantly influenced by the particle size and the level of exertion. In men, the maximum total deposition (98.52 %) is for particles with an aerodynamic diameter of 0.001 μm, which are inhaled nasally during light activity. In addition, the methodological simulation approach is characterized by good performance, which is confirmed by the comparison between simulation and measurement results. Keywords: Aerosols, particle