Wissenswertes über Luftfilter

Transkript

1 Wissenswertes über Luftfilter von Dipl. Ing. Horst Wilkens Camfil Farr 2012

2 Qualität der Luft von der Ansaugung bis zum Einlass

3 Was sind Luftverunreinigungen? Stoffe, die in der Atmosphäre vorkommen, ohne zu deren natürlichen Bestandteilen zu zählen. Stoffe, die in der Innenluft vorkommen und sich, vor allem bei erhöhtem Gehalt, schädlich auf Menschen und Material auswirken. Feste Stoffe: Partikel, Staub, Ruß Gase und Dämpfe Stoffe in flüssiger Form: Dunst, Tau, Tropfen Strahlung: zum Beispiel radioaktive

4 Große und kleine Partikel Feinpartikel Submikro Partikel Ultrafeine Partikel Nanopartikel < 2,5 μm < 1 μm < 0,1 μm < 0,05 μm (<50 nm) Wie groß sind diese Partikel? Versuchen Sie aus einem Flugzeug in Metern Höhe einen Gegenstand am Boden zu erkennen! Ein Stecknadelkopf misst 50 nm Eine grüne Erbse misst 0,4 μm (EN 779:2002) Ein Fußball ist möglicherweise als kleiner weißer Punkt mit 20 μm sichtbar PM 2.5 (µg/m³) Massenkonzentration von Partikeln, Durchmesser kleiner als 2,5μm Copyright Lennart Nilsson PH AB / Camfil Farr PM 10 (µg/m³) Massenkonzentration von Partikeln, Durchmesser kleiner als 10μm

5 Große und kleine Partikel: Nanopartikel Definition: Partikel, dessen Größe mindestens in einer Dimension die Größenordnung von 100 nm oder weniger besitzt. Größenverhältnisse im Vergleich: Molekül/ Partikel Wassermolekül (H 2 O) 0,1 DNA-Breite 1 Protein 10 Virus Bakterien/ - sporen Haar Durchmesser in nm (0, mm)

6 Staubinhalte der Umgebungsluft

7 Nanotechnologie auf dem Vormarsch Allein in Deutschland sollen sich ca. 800 Unternehmen mit [UBA 2009] Nanotechnologie befassen Es wird ein rasantes Wachstum der Nanotechnologie vorausgesagt. Sie gilt als eine der Schlüsseltechnologien der Zukunft. Arbeitsfelder der Nanotechnologie sind: - Lebensmittelindustrie - Verpackungen - Landwirtschaft - Reinigungsartikel - Kosmetika - Textilien - Umwelttechnologien - Medizin

8 Beispiele der Einsatzgebiete von Nanopartikeln Lebensmittelindustrie: Bsp.: Als Lebensmittelzusatz; in Verpackungen; als Verarbeitungshilfe Nano-Siliziumdioxid wird als Rieselhilfe in pulvrigen Lebensmitteln eingesetzt. [Bund] Kosmetika: Bsp.: Als Make-Up oder Sonnenschutzcreme Viele Sonnenschutzcremes beinhalten Nano-Titandioxid- oder Nano-Zinkoxidpartikel sie reflektieren wie Milliarden kleinster [Bund] Spiegel das Sonnenlicht. Medizin: Bsp.: Medikamente; nanobeschichtete med. Hilfsmittel; verbesserte Diagnostik; neue Therapien; Implantate Magnetische Nano-Eisenoxidpartikel soll das Tumorgewebe durch elektromagnetische Schwingungen erhitzen, was zum [Bund] Absterben der Krebszellen führt.

9 Partikel beinhalten häufig andere Stoffe, die für die Gesundheit schädlich sind. Verhältnismäßig harmlose Partikel sind oft schädlicher, als man es für möglich hält. Kleine Partikel sind häufig gesundheitsschädlicher als große.

10 0,25 mg/m³ 0,20 0,15 0,10 0,05 0 Einwohner

11 Variierende Staubmengen in der Luft µg/m³ Größere Orte Kleinere Orte Landschaft Winter Frühling Sommer Herbst Winter Der Staubgehalt variiert je nach Jahreszeit und Standort. Ungefähre Entwicklung im Laufe des Jahres.

12 % kleiner als Partikeldurchmesser Partikelverteilung des atmosphärischen Staubes Prof. K.T. Whitby ,9% aller Partikel < 1 µm 0,1% > 1 µm Anzahl Oberfläche Gewicht 70% Gewicht 0,10 0,01 1,0 0, 1 10 Partikeldurchmesser µm

13 Welche sind Partikel kleiner 1 Mikrometer? Ölrauch, metallurgischer Rauch, Ruß Verbrennungsrückstände von Motoren, Triebwerken Crackprodukte, Öl, Kerosin, Diesel, Blei Tabakrauch Bakterien, Viren AMC Pollen 10 µm Sporen

14 Unterschiedliche Partikel in unserer Umgebung Haar, ca 70µm Pollen, ca µm Sporen, 3-50µm Luftstaub < 1µm

15 Größe verschiedener schwebender Stoffe µm Viren Öldämpfe Tabakrauch HEPA-Filter Feinfilter Bakterien Asbest Lungenschädliche Stoffe Flugasche Gießereistaub Zementstaub Kohlenstaub Grobfilter Pollen Pflanzensporen Sichtbar fürs Auge Haare Milben Sand nm QUELLE : ASHRAE Handbuch

16 2. Bedarf an Luftfiltern

17 Filter schützen Menschen Der Mensch isst etwa 1 kg Speisen und trinkt 2 3 kg (Liter) Flüssigkeit, atmet aber etwa 20 bis 30 kg Luft am Tag. Luftaustausch wird beibehalten Umluftreiniger mit Mikrofilter verbessern die Rauminnenluftqualität (IAQ) Schlechte Innenluft wird entlüftet und durch gefilterte Außenluft ersetzt. Filter schützen auch in besonderen Situationen, zum Beispiel bei chirurgischen Operationen. Wir halten uns bis zu 90 Prozent des Tages in geschlossenen Räumen auf. Eine gute Rauminnenluftqualität (IAQ) ist wichtig für Gesundheit und Lebensqualität!

18 Filterbauarten Partikel - Filter Grobstaub-Filter Feinstaub-Filter Schwebstoff - Filter Sorptions - Filter

19 Lüftungsanlage Pharma - Hersteller H13 HEPA Filters Dampers F9 Bag Filter G4 Panel Filter % of the air is dumped to the outside air S. C. U. F6 Bag Filter Outside air DC H13 Oven tunnel Class A/B L.A.F. Grade D (100,000) Areas Grade C (10,000) Cleanroom Offices & other non-classified areas H14 HEPA F9 Bag Filters G4 Panel Filters H13 HEPA F6 Bag Filters Return Air Prepared by : Don Donovan

20 Bedeutung gefilterter Luft Atmosphärische Luft m³/h nach 1 Jahr ungefiltert unzureichend = Außenluft gefiltert mit Luftfilter G3 F6 F7 H13 87 kg Schmutz 27 kg 14 kg 2.9 kg 0.13 kg

21 Abscheideeffekt von Partikelfiltern Außenluft

22 Filter schützen Prozesse und Abläufe Luftfilter werden benötigt, um Betriebsstörungen zu vermeiden Mängel an Fertigprodukten zu vermeiden Objekte in Museen, Kunstgalerien, Bibliotheken usw. zu schützen Die Reinigung von Räumen zu reduzieren

23 Energiebedarf für Wärmerückgewinner: 2,5 m³/s (9.000 m³/h) Beispiel Richtige Filterfunktion; Voller Wirkungsgrad 70% Fehlerhafte Filterfunktion; Reduzierter Wirkungsgrad bis 60% kwh/jahr kwh/jahr Extrakosten im Jahr: kwh x 0,10 = Betriebszeit 12 h/tag. Zuluft 20 C. Abluft 22 C.

24 Filter schützen die Umwelt Luftfilter sind manchmal in der Abluft/Fortluft erforderlich, um die Umgebung vor Emissionen aus: gesundheitsschädlichen Herstellungsprozessen Kernkraftwerken Gruben Herstellung von und Umgang mit Chemikalien Laboren zu schützen Achtung: Nicht zu verwechseln mit industrieller Staubabsonderung > 0,25 mg/m³.

25 Zusammenfassung Was wir über Luftqualität gelernt haben

26 Physikalische Eigenschaften und Entscheidungshilfen bei der Auswahl von Partikelfilter

27 Partikelaufkommen in der Luft Partikelgröße in µm. Der Pfeil zeigt die Fallgeschwindigkeit der Partikel an.

28 100 % 80 Kombinierte Filterungseffekte Einfluss der Filterungsmethoden auf die Filterungseffizienz Discharged Efficiency MPPS ,1 1 µm 10

29 Dünne Fasern kleine Partikel!

30 Normale Filtertypen zur Schadgasreinigung Filtertyp Adsorptionsfilter (Kohlenfilter) Filtermaterial: Aktivkohle Chemiesorptionsfilter (Chemiefilter) Filtermaterial: Pellets aus imprägniertem Aluminiumoxid

31 Chemische Eigenschaften der Molekularfilter

32 AMC Filtermedium (airborne molekular contamination) Aktivkohle ist ein Material mit einer sehr großen inneren Oberfläche ( m²/g) Diese Oberfläche entsteht durch Aktivierung organischer Rohstoffe wie: Kokusnußschalen Kohle Torf Holz Harz

33 Adsorption gasförmiger Substanzen an Aktivkohleoberflächen Makroporen (>50 nm) Transport Mesoporen (2-50) nm Transport/Adsorption Für gasförmige Substanzen, die im Wesentlichen durch Physisorption in der Aktivkohle eingelagert werden, erfolgt die Abscheidung hauptsächlich in den Mikroporen. Submikroporen (< 0,4 nm) Adsorption Mikroporen (>0,4 < 2 nm) Adsorption

34 Abscheideffekte: Physikalische Adsorption Diffusion Bindung zwischen Molekül und Oberfläche. Desorption möglich Adsorption

35 Abscheideffekte: Chemisorption Chemisorption Keine Desorption Bindung zwischen irreversibles chemische Molekül und der Imprägnierung.

36 5 Filterprüfung und Filterklassen

37 Test von Grob- und Feinfiltern Aktuelle Norm In Europa gilt EN 779 : 2012

38 Neuer Standard EN779: 2012 Group Class Final test pressure drop Table 1 Classification of air filters 1) Average Average arrestance (Am) efficiency (Em) of synthetic dust of 0,4 µm particles Pa % % % Minimum Efficiency 2) of 0,4 µm particles Coarse G Am G Am G Am G Am - - Medium M Em 60 - M Em 80 - Fine F Em F Em F Em 70 NOTE 1) The characteristics of atmospheric dust vary widely in comparison with those of the synthetic loading dust used in the tests. Because of this the test results do not provide a basis for predicting either operational performance or life. Loss of media charge or shedding of particles or fibres can also adversely affect efficiency. 2) Minimum efficiency is the lowest efficiency among the initial efficiency, discharged efficiency and the lowest efficiency throughout the loading procedure of the test.

39 Filtertest DIN EN 1822 Die DIN EN 1822 beschreibt eine Testmethode und ein Klassifizierungssystem für HEPA/ULPA-Filter HEPA/ULPA Filter haben einen Minimum-Abscheidegrad (Maximum- Penetration) bei einer bestimmten Partikelgröße = MPPS (Most Penetrating Particle Size) Partikelgröße: zwischen 0,1 bis 0,25 µm

40 Filtertest DIN EN 1822

41 Filterklassen DIN EN 1822 Filter class Overall value Local value 1)2) Efficiency (%) Penetration (%) Efficiency (%) Penetration (%) E E E12 99,5 0, H13 99,95 0,05 99,75 0,25 H14 99,995 0,005 99,975 0,025 U15 99,9995 0, ,9975 0,0025 U16 99, , , ,00025 U17 99, , ,9999 0,0001 1)see and pren ) local value low er than those given in the tabel may be agreed betw een supplier and purchaser

42 Die Filterklassen im Vergleich Mikrofilter Abscheidegrad im MPPS - min. [%] 99, % U17 99,99995 U16 99,9995 U15 99,995 H14 99,95 H13 99,5 E12 95 E11 85 E10 Feinfilter Mittlerer Wirkungsgrad 0,4 µm - min. [%] Grobfilter Mittlerer Abscheidegrad - min. [%] 95 % F9 90 F8 80 F7 60 M6 40 M5 90 % G4 80 G3 65 G2

43 Zusammenfassung Was wir über die Leistungsnachweise der Partikelfilter gelernt haben

44 10 Richtigen Filter und richtige Filterklasse wählen

45 Neues europäische Energie-Rating-System von Energy Energy Camfil Camfil Farr Farr Energy Energy Hi-Flo Hi-Flo XLT 7 Manufacturer XLT Manufacturer 7 Eurovent Eurovent Guideline Model Guideline 4/11 4/11 Model Air Filters Air Filters Air Filters EUROVENT 2011 / 2012 F7 Logo F7 Logo EN779 XYZ EN779 XYZ Energy Energy Air Filters Model XYZ Manufacturer Logo Logo Manufacturer Model XYZ Yearly Yearly Energy Yearly Energy Yearly Energy Energy consumption, consumption, kwh kwh per annum kwh per per kwh annum annum per annum at at m 3 m³/h at at m 3 m³/h (the (the actual actual energy energy consumption depends on (the (the actual actual energy energy consumption depends on the on operating the operating conditions) the operating conditions) conditions) on the operating conditions) Initial efficiency Initial efficiency 0,4 μm 57% Filter class 0,4 μmto EN % Filter class to EN 779 F7 Energy consumption, Yearly Energy consumption, Yearly

46 EUROVENT Zertifikation von Feinstaubfilter Energie-Klassifizierung 2011 Beginn der Messung des ME - für den internen Gebrauch im EUROVENT 2012 Zertifiziert die Messung des ME Klassifiziert Filter qualifiziert teilnehmende Filterhersteller

47 Anforderungen definieren Anforderungen, Vorschriften und Empfehlungen: Behörden und Branchenorganisationen Was soll geschützt werden: Systemtyp /z.b. VAV, Wärmewiedergewinnung etc.) spezielle Anforderungen an Menschen, Prozesse und Aktivitäten Ventilationsanlage: Luftvolumenstrom, vorgesehener Druckabfall. Vorhandener Platz für Filter. Platzierung des Filters. Platzierung der Luftzuführung. Falls Stopp und Start häufig eingesetzt werden. Spezifische Faktoren bei der Anwendung: Temperatur, relative Feuchtigkeit, Gefahr des Eindringens von Regen. Spezielle Verunreinigungen in der Abluft.. Umgebung: Lage, Industriegebiet, Großstadt, Landschaft etc. Außergewöhnliche Staubemissionen in der näheren Umgebung.

48 EU-Standard EN13779:2007 Hilfen zur Wahl der richtigen Filterklasse Gilt für andere Gebäude als Wohnhäuser Schwerpunkt ist das Erreichen eines gesunden und behaglichen Innenraumklimas zu akzeptablen Installations- und Betriebskosten Indoor Air Quality IAQ Schritt 1: Feststellung der Qualität der Außenluft Concentration levels of outdoor air Descripion of air quality Concentration levels* CO 2 (ppm) CO (mg/m 3 ) NO 2 (µg/m 3 ) SO 2 (µg/m 3 ) PM 10 (µg/m 3 ) Category of outdoor air Rural areas with no significant sources 350 < < 5 < 20 ODA 1 Smaller towns ODA 2 City centries ODA 3 * Most European cities publish current daily pollution raports on the internet!

49 EU-Standard EN13779:2007 Schritt 2: Festlegung der gewünschten Qualität der Innenraumluft Classification of indoor air quality Category Description Nach Feststellung der Qualität der Außenluft sowie Festlegung der gewünschten Innenraumluft wird von EN13779 die Filterklasse angegeben, die zum Erreichen der Qualität der Innenraumluft (IAQ) erforderlich ist. Outdoor air quality Indoor air quality IDA 1 (High) IDA 2 (Medium) IDA 3 (Moderate) IDA 4 (Low) ODA 1 (pure air) F9 F8 F7 F5 ODA 2 (dust) F7+F9 F6+F8 F5+F7 F5+F6 ODA 3 (very high concentrations of dust or gases) F7+GF*+F9 F7+GF*+F9 F5+F7 F5+F6 *GF=Gas filter (carbon filter) and/or chemical filter CO 2 -level above level of outdoor air (ppm) Typical range Rate of outdoor air (m 3 /h/person) Typical range, non smoking area IDA 1 High IAQ < 400 > 54 IDA 2 Medium IAQ IDA 3 Moderate IAQ IDA 4 Low IAQ > 100 <22

50 Zusammenfassung Was wir über die physikalischen Eigenschaften der Luftfilter gelernt haben

51 C L E A N A I R S O L U T I O N S Fragestunde Sie haben das Wort...