Wist u dat de lucht die u inademt schadelijke deeltjes bevat? Overal zweven kleine deeltjes in de lucht die uw gezondheid kunnen schaden. De deeltjes met de grootste negatieve invloed worden aangeduid als ‘fijn stof’. Ventilatiefilters kunnen helpen om de hoeveelheid fijn stof in binnenruimtes te verminderen, maar in mijn thesis toon ik via simulaties aan dat deze filters niet altijd voldoende effectief zijn. Daarnaast belicht ik ook hiaten in de regelgeving en standaarden die een gezonde luchtkwaliteit bemoeilijken. Om de lucht weer gezond te maken, zijn strengere normen en aanvullende maatregelen zoals luchtzuivering en broncontrole nodig.
Wat is fijn stof?
Fijn stof bestaat uit vaste en vloeibare deeltjes die in de lucht zweven, met een diameter kleiner dan 10 micrometer (µm). Verkeer en industrie zijn belangrijke bronnen van fijn stof. Ook binnenshuis wordt fijn stof geproduceerd, bijvoorbeeld door koken en huisdieren.
De samenstelling van fijn stof kan sterk variëren en bijvoorbeeld metalen, organische verbindingen of ionen bevatten. Ook de grootte van de deeltjes is sterk bronafhankelijk. De grootte en samenstelling van deze deeltjes verschillen per bron en kunnen leiden tot uiteenlopende gezondheidseffecten.
Gezondheidsrisico’s van fijn stof
Elk jaar is fijn stof wereldwijd verantwoordelijk voor meer dan 2 miljoen sterfgevallen. Daarnaast lijden miljoenen mensen aan tijdelijke of blijvende gezondheidsproblemen door blootstelling aan fijn stof. Vooral de kleinste deeltjes kunnen diep in het lichaam doordringen en schade veroorzaken aan verschillende organen en systemen. Dit kan leiden tot ademhalingsproblemen zoals astma, maar ook tot hartaandoeningen. Blootstelling aan fijn stof wordt ook in verband gebracht met diabetes en hormonale stoornissen. Bij zwangere vrouwen kan het inademen van fijn stof zelfs leiden tot miskramen of aangeboren afwijkingen bij de baby.
Sommige bestandsdelen van fijn stof zijn schadelijker dan andere. Blootstelling aan deze deeltjes kan de kans op ernstige ziekten, zoals kanker, vergroten.
Normen en richtlijnen
Fijn stof wordt meestal ingedeeld in twee categorieën: PM10 (deeltjes kleiner dan 10 µm) en PM2.5 (deeltjes kleiner dan 2,5 µm). De Europese luchtkwaliteitsnormen stellen maximale gemiddelde vast voor PM10 en PM2.5. De aanbevolen concentraties van de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) zijn echter veel strenger.
Figuur 1: Richtlijnen voor fijn stof concentraties bepaald door de Wereldgezondheidsorganisatie ten opzichte van de Europese luchtkwaliteitsstandaarden.
Deze indeling is niet altijd voldoende om de risico’s voor de gezondheid goed te beoordelen. De categorieën overlappen elkaar en houden geen rekening met de chemische samenstelling van de deeltjes, wat gerichte maatregelen ten opzichte van bepaalde gezondheidseffecten lastig maakt.
Nieuwe indeling voor fijn stof
Daarom wordt een nieuwe classificatie voorgesteld, die fijn stof in tien categorieën op verdeelt op basis van grootte en samenstelling. Deze meer gedetailleerde verdeling kan helpen om gezondheidsgerichtere strategieën te ontwikkelen. Hierbij werd ook rekening gehouden met de luchtdichtheid van gebouwen en de effectiviteit van filters. Aangezien op dit moment vaak enkel de klassieke verdeling wordt gebruikt, zijn hier momenteel weinig gegeven voor beschikbaar. Dit bemoeilijkt de implementatie van deze verdeling.
Filters als oplossing voor binnenlucht
Omdat we gemiddeld 90% van onze tijd binnenshuis doorbrengen, is de luchtkwaliteit binnenshuis cruciaal voor onze gezondheid. De gemiddelde buitenconcentratie aan fijn stof in België continue hoger ligt dan de vooropgestelde waarden van de Wereldgezondheidsorganisatie. Een ventilatiesysteem met een filter kan daarom helpen om de hoeveelheid fijn stof die de binnenlucht binnenkomt, te verlagen. Simulaties tonen aan dat vooral HEPA-filters (High Efficiency Particulate Air) zeer effectief zijn. Deze filters verwijderen meer dan 99% van de schadelijke deeltjes en zorgen ervoor dat de binnenlucht veel schoner is.
Het openzetten van ramen verstoort de werking van deze filters, aangezien zo terug vervuilde lucht binnenkomt. Daarom is het beter om de ramen gesloten te houden wanneer u een ventilatiesysteem gebruikt.
Fijn stof in huis
Verder zijn er ook belangrijke bronnen van fijn stof in de binnenomgeving. Koken is hierbij de grootste boosdoener, omdat dit zeer kleine deeltjes produceert. Deze deeltjes worden niet gefilterd door het ventilatiesysteem. Een luchtreiniger met een filter of een goede afzuigkap kan helpen om het probleem bij de bron aan te pakken. Ook het openen van ramen tijdens het koken kan tijdelijk helpen om de zeer hoge pieken in fijn stof concentratie te verminderen. Deze zaken worden geïllustreerd in Figuur 2.
Figuur 2: Dagelijkse fijn stof concentratie voor het kleinste fijn stof bereik volgens de ontwikkelde verdeling in de keuken van een standaard appartement.
Testnormen voor filters
In de huidige testnormen voor filters worden bepaalde factoren, zoals luchtsnelheid en luchtvochtigheid, vaak niet vastgelegd. Dit maakt het moeilijk om de effectiviteit van verschillende filters te vergelijken. Bovendien wordt de levensduur van filters vaak niet voldoende getest. Wanneer filters verzadigd raken, neemt de weerstand toe en is er meer energie nodig om lucht door de filter te laten stromen. Dit verhoogt de energiekosten van het ventilatiesysteem.
Gezondheidseffecten meten: DALYs
Om de gezondheidseffecten van fijn stof blootstelling te meten, wordt vaak de DALY-metric gebruikt (Disability-Adjusted Life Years). Deze metric geeft aan hoeveel gezonde levensjaren verloren gaan door blootstelling aan een bepaalde stof. Uit simulaties blijkt dat het gebruik van filters het aantal DALYs aanzienlijk kan verminderen. Zelfs in woningen met een interne bron van fijn stof, zoals koken, kunnen HEPA-filters de gezondheidsschade met twee derde verminderen. Dit betekent ook dat de kosten voor gezondheidszorg dalen, wat de investering in ventilatiesystemen en filters kan rechtvaardigen.
Conclusie
Om de luchtkwaliteit binnenshuis te verbeteren en de gezondheidsrisico’s van fijn stof te beperken, is een combinatie van maatregelen nodig. Allereerst is een ventilatiesysteem met een goed filter essentieel. Het is eveneens belangrijk om de ramen gesloten te houden om te voorkomen dat er fijn stof van buiten naar binnen komt. Voor fijn stof dat binnenshuis ontstaat, zoals bij het koken, kunnen luchtreinigers of afzuigkappen gebruikt worden. Op grotere schaal zijn strengere normen en testprocedures nodig, gebaseerd op een meer gedetailleerde indeling van fijn stof. Alleen door deze aanpak kunnen we de schadelijke effecten van fijn stof effectief bestrijden en de lucht die we dagelijks inademen weer gezond maken.
Ari, A. (2020). A comprehensive study on gas and particle emissions from laser printers: Chemical composition and health risk assessment. Atmospheric Pollution Research, 11(2), 269-282.
Belias, E., & Licina, D. (2023a). Influence of Ambient Air Pollution on Natural Ventilation Potential in Europe. IAQ 2020: Indoor Environmental Quality Performance Approaches, PT 2, 2_A11.
Belias, E., & Licina, D. (2023b). Influence of outdoor air pollution on European residential ventilative cooling potential. Energy and Buildings, 289, 113044.
Belias, E., & Licina, D. (2024). European residential ventilation: Investigating the impact on health and energy demand. Energy and Buildings, 304, 113839.
Bourrous, S., Bouilloux, L., Ouf, F.-X., Appert-Collin, J.-C., Thomas, D., Tampere, L., & Morele, Y. (2014). Measurement of the Nanoparticles Distribution in Flat and Pleated Filters During Clogging. Aerosol Science and Technology, 48(4), 392-400.
Bourrous, S., Bouilloux, L., Ouf, F.-X., Lemaitre, P., Nerisson, P., Thomas, D., & Appert-Collin, J. C. (2016). Measurement and modeling of pressure drop of HEPA filters clogged with ultrafine particles. Powder Technology, 289, 109-117.
Chen, C., Ji, W., & Zhao, B. (2019). Size-dependent efficiencies of ultrafine particle removal of various filter media. Building and Environment, 160, 106171.
Chen, C.-F., Hsu, C.-H., Chang, Y.-J., Lee, C.-H., & Lee, D. L. (2022). Efficacy of HEPA Air Cleaner on Improving Indoor Particulate Matter 2.5 Concentration. International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(18), 11517.
De Jonge, K. (2023). Holistic performance assessment of residential ventilation systems. Ghent University. Faculty of Engineering and Architecture, Ghent, Belgium.
D’Evelyn, S. M., Vogel, C. F. A., Bein, K. J., Lara, B., Laing, E. A., Abarca, R. A., Zhang, Q., Li, L., Li, J., Nguyen, T. B., & Pinkerton, K. E. (2021). Differential inflammatory potential of particulate matter (PM) size fractions from imperial valley, CA. Atmospheric Environment, 244, 117992.
Dubey, S., Rohra, H., & Taneja, A. (2021). Assessing effectiveness of air purifiers (HEPA) for controlling indoor particulate pollution. Heliyon, 7(9), e07976.
The European Parliament and the Council of the European Union. (2008). Directive 2008/50/EC of the European Parliament and of the Council of 21 May 2008 on ambient air quality and cleaner air for Europe. Croatian, 029(15),OJ L 152.
Eurovent 4/10. (2005). In situ determination of fractional efficiency of general ventilation filters. (2005).
Fantke, P., McKone, T. E., Tainio, M., Jolliet, O., Apte, J. S., Stylianou, K. S., Illner, N., Marshall, J. D., Choma, E. F., & Evans, J. S. (2019). Global Effect Factors for Exposure to Fine Particulate Matter. Environmental Science & Technology, 53(12), 6855-6868.
Feng, Y., Li, Y., & Cui, L. (2018). Critical review of condensable particulate matter. Fuel, 224, 801-813.
Guyot, G., Kolarik, J., Breesch, H., De Jonge, K., Poirier, B., Al Assaad, D., Alonso, M.V. Rating existing smart ventilation strategies (working document - version 28/05/2024).
Herreweghe, J. V., Caillou, S., Haerinck, T., & Dessel, J. V. (2019). Out2In: Impact of filtration and air purification on the penetration of outdoor air pollutants into the indoor environment by ventilation.
Herreweghe, J. V., Caillou, S., Haerinck, T., Graindorge, F., Delmez, C., & Huffel, P. V. (2022). Real-life ventilation filter performance: Final results of an in-depth study.
Kang, K., Kim, H., Kim, D. D., Lee, Y. G., & Kim, T. (2019). Characteristics of cooking-generated PM10 and PM2.5 in residential buildings with different cooking and ventilation types. Science of the Total Environment, 668, 56-66.
Karagulian, F., Belis, C. A., Dora, C. F. C., Pruess-Ustuen, A. M., Bonjour, S., Adair-Rohani, H., & Amann, M. (2015). Contributions to cities’ ambient particulate matter (PM): A systematic review of local source contributions at global level. Atmospheric Environment, 120, 475-483.
Kim, K.-H., Kabir, E., & Kabir, S. (2015). A review on the human health impact of airborne particulate matter. Environment International, 74, 136-143.
Kim, M., Jeong, S.-G., Park, J., Kim, S., & Lee, J.-H. (2023). Investigating the impact of relative humidity and air tightness on PM sedimentation and concentration reduction. Building and Environment, 241, 110270.
Kyung, S. Y., & Jeong, S. H. (2020). Particulate-Matter Related Respiratory Diseases. Tuberculosis and Respiratory Diseases, 83(2), 116-121.
Li, N., Sioutas, C., Cho, A., Schmitz, D., Misra, C., Sempf, J., Wang, M. Y., Oberley, T., Froines, J., & Nel, A. (2003). Ultrafine particulate pollutants induce oxidative stress and mitochondrial damage. Environmental Health Perspectives, 111(4), 455-460.
Li, N., Wang, M., Bramble, L. A., Schmitz, D. A., Schauer, J. J., Sioutas, C., Harkema, J. R., & Nel, A. E. (2009). The Adjuvant Effect of Ambient Particulate Matter Is Closely Reflected by the Particulate Oxidant Potential. Environmental Health Perspectives, 117(7), 1116-1123.
Li, N., Xia, T., & Nel, A. E. (2008). The role of oxidative stress in ambient particulate matter-induced lung diseases and its implications in the toxicity of engineered nanoparticles. Free Radical Biology and Medicine, 44(9), 1689-1699.
Lowther, S. D., Deng, W., Fang, Z., Booker, D., Whyatt, D. J., Wild, O., Wang, X., & Jones, K. C. (2020). How efficiently can HEPA purifiers remove priority fine and ultrafine particles from indoor air? Environment International, 144, 106001.
Lu, J., Wu, K., Ma, X., Wei, J., Yuan, Z., Huang, Z., Fan, W., Zhong, Q., Huang, Y., & Wu, X. (2023). Short-term effects of ambient particulate matter (PM1, PM2.5 and PM10) on influenza-like illness in Guangzhou, China. International Journal of Hygiene and Environmental Health, 247, 114074.
Manigrasso, M., Soggiu, M. E., Settimo, G., Inglessis, M., Protano, C., Vitali, M., & Avino, P. (2022). PM Dimensional Characterization in an Urban Mediterranean Area: Case Studies on the Separation between Fine and Coarse Atmospheric Aerosol. Atmosphere, 13(2), 227.
Manojkumar, N., & Srimuruganandam, B. (2021). Size-segregated particulate matter and health effects in air pollution in India: A review. Environmental Chemistry Letters , 19(5), 3837-3858.
Mocho, V. M., & Ouf, F.-X. (2011). Clogging of industrial pleated high efficiency particulate air (HEPA) filters in the event of fire. Nuclear Engineering and Design, 241(5), 1785-1794.
Mukherjee, A., & Agrawal, M. (2017). World air particulate matter: Sources, distribution and health effects. Environmental Chemistry Letters, 15(2), 283-309.
Neas, L. M. (2000). Fine particulate matter and cardiovascular disease. Fuel Processing Technology, 65, 55-67.
Novak, J., Hilscherova, K., Landlova, L., Cupr, P., Kohut, L., Giesy, J. P., & Klanova, J. (2014). Composition and effects of inhalable size fractions of atmospheric aerosols in the polluted atmosphere. Part II. In vitro biological potencies. Environment International, 63, 64-70.
Novak, J., Vaculovic, A., Klanova, J., Giesy, J. P., & Hilscherova, K. (2020). Seasonal variation of endocrine disrupting potentials of pollutant mixtures associated with various size-fractions of inhalable air particulate matter. Environmental Pollution, 264, 114654.
O’Leary, C., Jones, B., Dimitroulopoulou, S., & Hall, I. P. (2019). Setting the standard: The acceptability of kitchen ventilation for the English housing stock. Building and Environment, 166, 106417.
Owen, K., & Kerr, C. (2020). What You Can and Can’t Do With ASHRAE Standard 52.2. ASHRAE Journal, 62(12), 18-21.
Park, S.-H., Jo, J.-H., & Kim, E.-J. (2021). Data-Driven Models for Estimating Dust Loading Levels of ERV HEPA Filters. Sustainability, 13(24), 13643.
Park, S.-R., Lee, J. W., Kim, S.-K., Yu, W.-J., Lee, S.-J., Kim, D., Kim, K.-W., Jung, J.-W., & Hong, I.-S. (2021). The impact of fine particulate matter (PM) on various beneficial functions of human endometrial stem cells through its key regulator SERPINB2. Experimental and Molecular Medicine, 53(12), 1850-1865.
Pikmann, J., Drewnick, F., Fachinger, F., & Borrmann, S. (2023). Particulate emissions from cooking activities: Emission factors, emission dynamics, and mass spectrometric analysis for different preparation methods. EGUsphere, 1-36.
Pitz, M., Cyrys, J., Karg, E., Wiedensohler, A., Wichmann, H. E., & Heinrich, J. (2003). Variability of apparent particle density of an urban aerosol. Environmental Science & Technology, 37(19), 4336-4342.
Scapellato, M. L., & Lotti, M. (2007). Short-term effects of particulate matter: An inflammatory mechanism? Critical Reviews in Toxicology, 37(6), 461-487.
Sondreal, E. A., Benson, S. A., Pavlish, J. H., & Ralston, N. V. (2004). An overview of air quality III: Mercury, trace elements, and particulate matter. Fuel Processing Technology, 85(6-7), 425-440.
Sun, L., & Wallace, L. A. (2021). Residential cooking and use of kitchen ventilation: The impact on exposure. Journal of the Air & Waste Management association, 71(7), 830-843.
Technical Committee ISO/TC 142 "Cleaning equipment for air and other gases"., Technical Committee CEN/TC 195 "Air filters for general air cleaning". (2017). Air filters for general ventilation (NBN EN ISO 16890).
Technical Committee ISO/TC 142 "Cleaning equipment for air and other gases"., Technical Committee CEN/TC 195 "Air filters for general air cleaning". (2018). High-efficiency filters and filter media for removing particles in air (NBN EN ISO 29463).
Technical Committee CEN/TC 195 "Air filters for general air cleaning". (2012). Particulate air filters for general ventilation - Determination of the filtration performance (NBN EN 779).
Technical Committee CEN/TC 195 "Air filters for general air cleaning". (1998). High efficiency air filters ( HEPA and ULPA) (NBN EN 1822-1).
Technical Committee CEN/TC 195 "Air filters for general air cleaning". (2009). High efficiency air filters (EPA, HEPA, ULPA) - Part 1 : Classification, performance testing, marking (NBN EN 1822-1).
Todea, A. M., Schmidt, F., Schuldt, T., & Asbach, C. (2020). Development of a Method to Determine the Fractional Deposition Efficiency of Full-Scale HVAC and HEPA Filter Cassettes for Nanoparticles ≥3.5 nm. Atmosphere, 11(11), 1191.
Tolbert, P. E. (2007). Invited commentary: Heterogeneity of particulate matter health risks. American Journal of Epidemiology, 166(8), 889-891.
Verbruggen, S., Janssens, A., & Laverge, J. (2021). Window use habits as an example of habitual occupant behaviour in residential buildings. Ghent: Ghent University.
Verheyleweghen, S., Herreweghe, J. V., & Pecceu, S. (2022). The role of ventilation in the penetration of outdoor air pollutants.
Vu, T. V., Delgado-Saborit, J. M., & Harrison, R. M. (2015). Review: Particle number size distributions from seven major sources and implications for source apportionment studies. Atmospheric Environment, 122, 114-132.
Wepfer, R. (1995). Characterization of Hepa and Ulpa Filters by Proposed New European Test Methods. Filtration & Separtation, 32(6), 545-550.
World Health Organization, Ed. WHO global air quality guidelines: particulate matter (PM2.5 and PM10), ozone, nitrogen dioxide, sulfur dioxide and carbon monoxide. WHO, 2021.
Xia, T., & Chen, C. (2021). Evolution of pressure drop across electrospun nano fiber filters clogged by solid particles and its influence on indoor particulate air pollution control. Journal of Hazardous Materials, 402, 123479.
Yang, M., Zeng, H.-X., Wang, X.-F., Hakkarainen, H., Leskinen, A., Komppula, M., Roponen, M., Wu, Q.-Z., Xu, S.-L., Lin, L.-Z., Liu, R.-Q., Hu, L.-W., Yang, B.-Y., Zeng, X.-W., Dong, G.-H., & Jalava, P. (2023). Sources, chemical components, and toxicological responses of size segregated urban air PM samples in high air pollution season in Guangzhou, China. Science of the Total Environment, 865, 161092.
Zhang, Q., Mao, H., Zhang, Y., & Wu, L. (2021). Characterization of PM-Bound Heavy Metal at Road Environment in Tianjin: Size Distribution and Source Identification. Atmosphere, 12(9), 1130.
Zhang, W., Deng, S., Zhang, S., Yang, Z., & Lin, Z. (2022). Energy consumption performance optimization of PTFE HEPA filter media during dust loading through compositing them with the efficient filter medium. Sustainable Cities and Society, 78, 103657.
Zhang, X., Liu, J., Liu, X., Liu, C., & Chen, Q. (2022). HEPA filters for airliner cabins: State of the art and future development. Indoor Air, 32(9), e13103.