Filterqualität gemäß der neuen DIN EN ISO 16890

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1 Filterqualität gemäß der neuen DIN EN ISO Thomas Klamp TROX GmbH Produktmanagement Funktionsbereichsleiter Filter

2 Filterqualität gemäß der neuen DIN EN ISO Martin Lenz TROX GmbH Forschung und Entwicklung Funktionsleiter Brandschutz, Filter und Lüftungsgeräte

3 Inhalt Kanal/Gerät 2. Filterbewertung nach ISO Außenluft 3. Zuluft Filter äußere Einflüsse Einfluss 4. Raumluft 5. Energetische Aspekte

4 1. Außenluft Kanal/Gerät 2. Filterbewertung nach ISO Außenluft 3. Zuluft Filter äußere Einflüsse Einfluss 4. Raumluft 5. Energetische Aspekte

5 1. Außenluft Was ist Feinstaub? Feinstaub Primärer Feinstaub Sekundärer Feinstaub 10 μm Staub mit Korngröße <10 Mikrometer Freisetzung unmittelbar an der Quelle (bspw. Verbrennungsprozesse) Entstehung durch gasförmige Vorläufer- Substanzen (bspw. Reaktion Ammoniak mit Luft)

6 1. Außenluft PM-Werte 1μm 2,5 μm 10 μm PM1 PM2,5 PM10

7 1. Außenluft Warum ist Feinstaub gefährlich? Bereich des Körpers Nasen- und Rachenraum Luftröhre Bronchien Bronchiolen Alveolen Eintretende Partikelgrößen 5-10 μm 3-5 μm 2-3 μm 1-2 μm 0,1-1 μm

8 1. Außenluft Feinstaubquellen in Deutschland Energie 5% Abfall 3% Haushalte 12% Industrie 42% Verkehr 15% Landwirtschaft 23% Quelle: Umweltbundesamt

9 1. Außenluft Feinstaubgrenzwerte EU Seit 2005: Tagesgrenzwert von 50 μg/m³ (PM10) darf max. 35mal im Jahr überschritten werden max. Jahresmittelwert von 40 μg/m³ (PM10) Seit 2010: nicht verpflichtender Jahresmittel-Zielwert von 25 μg/m³ (PM2,5) Seit 2015: Jahresmittel-Grenzwert von 25 μg/m³ (PM2,5) Ab 2020: Jahresmittel-Grenzwert von 20 μg/m³ (PM2,5)

10 Feinstaub (PM10) in μg/m³ 1. Außenluft Entwicklung der Luftqualität 50 Entwicklung PM10-Jahresmittelwerte von in Deutschland verkehrsnah städtisch ländlich Quelle: Umweltbundesamt

11 1. Außenluft Partikelgrößenverteilung urspr. Vorschlag Norm

12 1. Außenluft Konditionen für Auslegung in der Regel liegen (noch) keine standortspezifischen Partikelgrößenverteilungen vor diverse Organisationen bieten Werte für Feinstaubkonzentration PM10 (bspw. Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz & Umweltbundesamt) ISO bietet ländliche und urbane Normverteilung

13 1. Außenluft Nutzung von Normverteilungen Beispiel Berlin Neuköln Karl-Marx-Str. PM10-Jahresmittelwert 2016: 29 μg/m³ (Quelle Umweltbundesamt) nach urbaner Normverteilung Feinstaubbelastung und Partikelgrößenverteilung für viele Orte abschätzbar zukünftig gibt es möglicherweise viel genauere Daten

14 2. Filterbewertung Kanal/Gerät 2. Filterbewertung nach ISO Außenluft 3. Zuluft Filter äußere Einflüsse Einfluss 4. Raumluft 5. Energetische Aspekte

15 2. Filterbewertung Rückblick EN 779 Gruppe Filterklasse Enddruckdifferenz [Pa] Mittlerer Abscheidegrad des synthetischen Prüfstaubes [%] Mittlerer Wirkungsgrad bei Partikeln von 0,4 µm [%] Mindestwirkungsgrad bei Partikeln von 0,4 µm [%] Grob G A m < Grob G A m < Grob G A m < Grob G A m - - Medium M E m < 60 - Medium M E m < 80 - Fein F E m < Fein F E m < Fein F E m 70

16 2. Filterbewertung Rückblick EN 779 Gruppe Filterklasse Enddruckdifferenz [Pa] Mittlerer Abscheidegrad des synthetischen Prüfstaubes [%] Mittlerer Wirkungsgrad bei Partikeln von 0,4 µm [%] Mindestwirkungsgrad bei Partikeln von 0,4 µm [%] Grob G A m < Grob G A m < Grob G A m < Grob Ashrae-Dust G4 ist A Bewertung bei nur m - einer Partikelgröße - unrealistischer Prüfstaub völlig unzweckmäßig (Labormethode) Medium M E m < 60 - Medium M E m < 80 - Fein F E m < Fein F E m < Fein F E m 70

17 2. Filterbewertung ISO ISO bewertet Filter in Partikelgrößenfraktionen (PM1,PM2.5,PM10) Beispielhafter F7-Filtereinsatz Bezeichnung nach ISO ISO epm1 60 % 60 % der Partikel <1μm werden abgeschieden angegeben wird der Mittelwert zwischen elektrostatisch geladenem und entladenem Medium (relevant für bestimmte Medien) PM1 und PM2.5 werden mit ländlicher, PM10 mit städtischer Verteilung berechnet

18 2. Filterbewertung ISO Messung und Auswertung Partikel mit Größen die in der Außenluft häufiger vorkommen gehen bei der PM-Wirkungsgradbestimmung stärker gewichtet ein!

19 2. Filterbewertung ISO Gruppenname Anforderung Filterbezeichnung E (PM 1 ) min E(PM 2,5 ) min E(PM 10 ) Beispiele ISO Coarse - - < 50 % ISO coarse 60% ISO PM % ISO epm10 60% ISO PM2,5-50 % - ISO epm2,5 50% ISO PM1 50 % - - ISO epm1 90% Die Bewertungsangabe erfolgt in auf 5-%-Schritte abgerundeten Werten. Staubaufgabe mittels realitätsnäherem AC-Finedust

20 2. Filterbewertung ISO Filterklassen (theoretisch möglich) ISO epm1 50% ISO epm1 55% ISO epm2,5 50% ISO epm2,5 55% ISO epm10 50% ISO epm10 55% ISO coarse 35% ISO epm1 60% ISO epm2,5 60% ISO epm10 60% ISO epm1 65% ISO epm2,5 65% ISO epm10 65% ISO epm1 70% ISO epm2,5 70% ISO epm10 70% ISO epm1 75% ISO epm2,5 75% ISO epm10 75% ISO epm1 80% ISO epm2,5 80% ISO epm10 80% ISO epm1 85% ISO epm2,5 85% ISO epm10 85% ISO epm1 90% ISO epm2,5 90% ISO epm10 90% ISO epm1 95% ISO epm2,5 95% ISO epm10 95%

21 2. Filterbewertung ISO16890/EN779 Zuordnungstabellen EN779 epm1 [%] epm2,5 [%] epm10 [%] M5 - - ISO epm10 ( 50 %) * F7 ISO epm1 ( 50 %) * ISO epm2,5 ( 65 %) * F9 ISO epm1 ( 80 %) * In der letzten Filterstufe muss mindestens ein Filter ISO epm1 50 % eingesetzt werden.*

22 2. Filterbewertung ISO Fazit Realitätsnahe und praxisnahe Klassifizierung Filter wird ohne Staubbeladung klassifiziert es ergeben sich völlig neue Auslegungsmöglichkeiten

23 3. Zuluft Kanal/Gerät 2. Filterbewertung nach ISO Außenluft 3. Zuluft Filter äußere Einflüsse Einfluss 4. Raumluft 5. Energetische Aspekte

24 3. Zuluft einf. Betrachtung Beispiel Berlin Neuköln Karl-Marx-Str. PM10-Jahresmittelwert 2016: 29 μg/m³ (Quelle Umweltbundesamt) Außenluft PM10 = 29 μg/m³ F7/ISO epm1 60%-Filtereinsatz epm1 60% epm2,5 69% epm10 89% Zuluft PM10 = 3 μg/m³ Berücksichtigt keine Partikelgrößenverteilung funktioniert nur für erste Filterstufe und ausschließlich annähernd eignet sich ausschließlich für Abschätzungen mit einer Filterstufe

25 3. Zuluft Detailbetrachtung F7/ISO epm1 60%-Filtereinsatz Beispiel Berlin Neuköln Karl-Marx-Str. PM10-Jahresmittelwert 2016: 29 μg/m³ (Quelle Umweltbundesamt) Außenluft (nach städt. Normverteilung) PM10 = 29 μg/m³ Zuluft (nach erster Filterstufe) PM10 = 5 μg/m³

26 3. Zuluft Detailbetrachtung F9/ISO epm1 85%-Filtereinsatz Beispiel Berlin Neuköln Karl-Marx-Str. PM10-Jahresmittelwert 2016: 29 μg/m³ (Quelle Umweltbundesamt) Zuluft (nach erster Filterstufe) PM10 = 5 μg/m³ Zuluft (nach zweiter Filterstufe) PM10 < 1 μg/m³

27 Auslegungsgüte 3. Zuluft Fazit Auslegung abhängig von Außen- und geforderten Zuluftreinheit möglich Ermittlung von Gesamtabscheidegraden mehrere Filterstufen Erkenntnis über Partikelzufuhr der RLT-Anlage Zeit

28 4. Raumluft Kanal/Gerät 2. Filterbewertung nach ISO Außenluft 3. Zuluft Filter äußere Einflüsse Einfluss 4. Raumluft 5. Energetische Aspekte

29 4. Raumluft Grenzwerte im Raum Quelle VDI 6022 Blatt 3 DGUV Vorgehensempfehlung für die Ermittlungen zum Arbeitsumfeld BAUA Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Medizin Technische Regel für Gefahrstoffe Grenzwert PM2,5 = μg/m³ je nach Anwendung(RAL) PM10 < 50 μg/m³ PM2,5 < 25 μg/m³ < 1250 μg/m³ Generell gibt es viele Empfehlungen und Studien die in Räumen zumindest die EU-Grenzwerte für die Außenluft fordern!

30 4. Raumluft Einflussfaktoren Einfluss durch innere Quellen Teppiche Küchenprozesse Handwerkstätigkeiten Fertigungsprozesse Zigarettenrauch Kamine Kerzen Drucker Kaffeemaschinen Pflanzen u.v.m. Einfluss durch Transfer Fenster/Türen Undichtigkeiten RLT-Anlage Luft Anhaftungen an Kleidung, Taschen, Paketen usw. Körper (Haare, Hautschuppen usw.)

31 4. Raumluft Beispiel TROX Office Großraumbüro mit zentraler Lüftung Mischluftsystem große Luftwechselraten F7-Filterung der Außenluft Messung der Partikelkonzentration an verschiedenen Stellen jeweils 7 Tage lang jedoch nicht gleichzeitig

32 4. Raumluft Beispiel TROX Office Außenluftkammer/Vor erster Filterstufe keine Regelmäßigkeiten wetterabhängig verkehrsabhängig abhängig umliegender Industrie und Landwirtschaft

33 4. Raumluft Beispiel TROX Office Zuluftkammer/Hinter F7-Filter keine Regelmäßigkeiten wetterabhängig verkehrsabhängig abhängig umliegender Industrie und Landwirtschaft deutlich reduziert ggü. Außenluft

34 4. Raumluft Beispiel TROX Office Arbeitsplatz Großraumbüro Wochenende Betriebsabhängig (Tageszeiten und Wochenende deutlich sichtbar) Maximalwerte von 10 μg/m³ im PM10-Bereich insbesondere große Partikel

35 4. Raumluft Beispiel TROX Office Großraumbüro unmittelbar neben häufig genutztem Laserdrucker Wochenende Betriebsabhängig (Tageszeiten und Wochenende deutlich sichtbar) Maximalwerte von über 20 μg/m³ im PM10-Bereich insbesondere große Partikel

36 4. Raumluft Zusammenfassung erheblicher und oft unterschätzter Einfluss innerer Quellen generell hilft Lüften (auch Fenster) in Regionen mit geringer Partikelkonzentration in der Außenluft Lüften mittels RLT-Anlage sorgt durch hohe Luftwechsel und durch effiziente Filter für reduzierte Partikelkonzentration in der Zu- und folglich auch in der Raumluft

37 5. Energetische Aspekte Kanal/Gerät 2. Filterbewertung nach ISO Außenluft 3. Zuluft Filter äußere Einflüsse Einfluss 4. Raumluft 5. Energetische Aspekte

38 5. Energetische Aspekte

39 5. Energetische Aspekte Bewährter Ansatz Eurovent Energieeffizienzklasse gutes und bewährtes Vergleichsverfahren gute Marktdurchdringung Aber: Energieverbrauch in kwh/a wird berechnet mit gegebenem Ventilatorwirkungsgrad (50 %) gegebenen jährlichen Betriebsstunden (6000h) gegebenem Volumenstrom (0,944 m³/s) durch konstante Rahmenparameter anwendungs-unspezifisches Vergleichsverfahren!

40 5. Energetische Aspekte Alternativer Ansatz Filterverhalten Abscheide- /Wirkungsgrade Druckverlustanstieg durch Staub Außenluft ungefähre Partikelanzahl & - verteilung (Jahresmittel) RLT-Anlage Betriebszeiten Luftmengen Ventilatorwirkungsgrade Anwendungsspezifische energetische Betrachtung

41 5. Energetische Aspekte Alternativer Ansatz PM10-Jahresmittelwert der Außenluft (bspw. Umweltbundesamt) Standortabhängige Partikelverteilung (städt. oder ländl. nach ISO 16890)

42 5. Energetische Aspekte Alternativer Ansatz PM10-Jahresmittelwert der Außenluft (bspw. Umweltbundesamt) Standortabhängige Partikelverteilung (städt. oder ländl. nach ISO 16890) Staubbelastung der ersten Filterstufe (über Luftmenge und Partikelkonzentrationen) Staubmenge (Zeit) = Volumenstrom X Zeit X Abscheideleistung

43 5. Energetische Aspekte Alternativer Ansatz PM10-Jahresmittelwert der Außenluft (bspw. Umweltbundesamt) Standortabhängige Partikelverteilung (städt. oder ländl. nach ISO 16890) Staubbelastung der ersten Filterstufe (über Luftmenge und Partikelkonzentrationen) Staubbelastung weiterer Filterstufen (mit Hilfe der Abscheidegradkurve vorheriger Filter)

44 5. Energetische Aspekte Alternativer Ansatz Integrales Mittel der Filterdruckverluste über die angefallene Staubmenge

45 5. Energetische Aspekte Alternativer Ansatz PM10-Jahresmittelwert der Außenluft (bspw. Umweltbundesamt) Standortabhängige Partikelverteilung (städt. oder ländl. nach ISO 16890) Staubbelastung der ersten Filterstufe (über Luftmenge und Partikelkonzentrationen) Staubbelastung weiterer Filterstufen (mit Hilfe der Abscheidegradkurve vorheriger Filter) Integrales Mittel der Filterdruckverluste über die angefallene Staubmenge Bestimmung des jährlichen Energiebedarfs mit mittleren Filterdruckverlusten, Ventilatorwirkungsgrad und Luftmenge

46 5. Energetische Aspekte Alternativer Ansatz - Beispiel PM 10 Konzentration in der Außenluft [µg/m³] 35 Gewünschte PM 10 Konzentration in der Zuluft [µg/m³] max. 3 Umgebung (zur Festlegung der normierten Verteilung) Städtisch Volumenstrom [m³/h] / Anströmgeschwindigkeit [m/s] 3400 / 2, / 2 Betriebszeit [h/a] 5000 Systemwirkungsgrad Ventilator [%] 60 Gesamte Staubmenge bezogen auf Betriebszeit [g] Einstufige Filterung ISO epm1 85% / F9 Staubmenge im Gebäude bezogen auf ges. Betriebszeit [g] Energieverbrauch [kwh/a] PM10-Konzentration in der Zuluft [µg/m³] 3 3 Zweistufige Filterung 1. Filterstufe ISO epm1 50% / F7 2. Filterstufe ISO epm1 85% / F9 Staubmenge im Gebäude bezogen auf ges. Betriebszeit [g] Energieverbrauch [kwh/a] PM10-Konzentration in der Zuluft [µg/m³] 2 2

47 5. Energetische Aspekte Alternativer Ansatz Schwachpunkte: Betrachtung auf Basis des Druckverlustanstiegs bei Verschmutzung durch Prüfstaub (insbesondere bei höheren Filterstufen) Wirkungsgradverbesserung durch Verschmutzung nicht berücksichtigt Aber: Trotz Schwachpunkten realitätsnäher als viele andere Ansätze Das Thema ist noch nicht abgeschlossen Es geht weiter!

48 Zusammenfassung ISO ist ein bedeutender Fortschritt (anwendungsspezifische Auslegung) Luftqualität in Räumen gewinnt generell an Bedeutung energetische Kriterien können zukünftig noch besser berücksichtigt werden Wir sollten die neuen Möglichkeiten nutzen! Gute Luft tut allen gut!

49 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit