IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 6/1996, Seite 102 ff.
LÜFTUNG
Luftfilter - Grundbegriffe und Leistungsbewertung
Einführung in die Luftfiltertechnik
Dipl.-Ing. Herbert Mürmann
Die zunehmende Verschmutzung der Luft bildet nicht nur eine Gefahr für die Gesundheit. Sie ist auch die Ursache einer Vielzahl von Störungen in allen Bereichen der industriellen Fertigung. Um sich gegen diese Luftverschmutzung zu schützen, werden Lüftungs- und Klimaanlagen mit Luftfiltern ausgestattet. Die Wahl nach dem Luftfilter ist abhängig vom Einsatzzweck und von dem geforderten Abscheidegrad. Die Ermittlung des Abscheidegrades erfolgt in sogenannten Prüfverfahren. Über diese Prüfverfahren soll in den weiteren Ausführungen berichtet werden. Die Beurteilung von Luftfiltern erfolgt jetzt in Europa einheitlich nach DIN EN 779 [1].
1. Grundbegriffe
1.1 Was versteht man unter Luftfilter?
Luftfilter sind Einrichtungen zum Abscheiden fester und flüssiger Verunreinigungen geringer Konzentration, im allgemeinen weniger als 5 mg/m3 aus Luft und Gasen. Insbesondere sind es Einrichtungen, die zur Reinigung der atmosphärischen Luft und auch der Umluft bei Lüftungs-, Luftheizungs- und Klimaanlagen benötigt werden. In Lüftungs- und Klimaanlagen werden oft sogenannte Adsorptionsfilter*) eingesetzt. Diese Adsorptionsfilter sind Zellen, gefüllt mit Adsorpentien wie z.B. Aktivkohle oder Kieselgel, zur Abscheidung gasförmiger Verunreinigungen.
Ganz andere Aufgaben als Luftfilter haben Staubabscheider zu erfüllen. Sie sollen große Staubmengen, wie sie oft bei industriellen Arbeitsvorgängen entstehen, aus der Luft entfernen. Sei es, weil sie eine Belästigung für die Umgebung sind oder weil die Luft zur Einsparung von Heizkosten dem Raum zurückgeführt werden soll oder auch um wertvolle Materialien zurückzugewinnen. Natürlich verschwimmt auch manchmal die Grenze zwischen Luftfilter und Staubabscheider. Außerdem gibt es Abscheideprobleme, die nur mehrstufig gelöst werden können, z.B. durch Nachschaltung eines Luftfilters hinter einem Staubabscheider u.ä.
1.2 Luftverunreinigungen
In der atmosphärischen Luft befinden sich eine Menge verschiedener Fremdstoffe, hervorgerufen von natürlichen Prozessen wie Winderosion, Verdunstung aus Meeren, Erdbeben und Vulkanausbrüchen sowie von technischen Vorgängen wie Verbrennungsprozesse, Abgase von Autos, verschiedene industrielle Fertigungsvorgänge usw.
Atmosphärischer Staub ist eine Mischung aus Nebel, Rauchgasen, körnigen, trockenen Partikeln sowie Fasern. Eine Analyse der Luft ergibt gewöhnlich das Vorhandensein von Ruß, Quarz, Lehm, Spuren von verwitterten Tieren und Pflanzen, organischen Materialien in Form von Baumwolle- und Pflanzenfasern sowie Metallfragmenten. Sie enthält ferner Organismen wie Keime, Sporen und Pollen von Pflanzen. Diese in der Luft oder in Gasen schwebenden Partikel werden "Aerosole" genannt. Obwohl in normaler Luft die Verunreinigungen in kleinen Mengen vorkommen, haben sie eine entscheidende Bedeutung für unsere Umwelt. Elektrische Effekte in der Atmosphäre, Wolkenbildung und die Absorption der Sonnenstrahlung werden mehr oder weniger von den Verunreinigungen in der Luft beeinflußt. Besonders auffällig ist die Wirkung der atmosphärischen Verunreinigungen auf Materialien und Lebewesen.
1.3 Größe von Staubpartikeln
Die Größe der Partikel wird in µm (Mikrometer) angegeben; 1 µm = 1/1000 mm. Partikel kommen in der Atmosphäre in der Größe von weniger als 0,1 µm bis zu der Größe von Fasern, Insekten und Laub vor. Fast alle denkbaren Formen und Größen sind vertreten.
Unter Staub werden im allgemeinen Partikel verstanden, die kleiner als 500 µm sind. Dabei wird unterschieden zwischen:
Grobstaub mit einer Korngröße von ca. 50 bis 500 µm
Feinstaub mit einer Korngröße von ca. 0,5 bis 50 µm
Schwebstoffe mit einer Korngröße von ca. 0,5 bis 1 µm
Mit Ultrastaub oder lungengängigem Staub werden Partikel bezeichnet, die eine Korngröße von 0,5 bis 1,0 µm aufweisen und deshalb besonders leicht in den Bronchien und Lungenbläschen abgelagert werden.
Eine Verteilung von flüssigen Stoffen in der Luft bezeichnet man als Nebel. Natürliche atmosphärische Bedingungen vorausgesetzt, handelt es sich dabei um Tropfendurchmesser zwischen 0,5 und 100 µm. Infolge von Verdunstungs- und Kondensationsvorgängen unterliegt jedoch die Tropfengröße breiteren Schwankungen.
Der Begriff Abgas wird gewöhnlich für eine Mischung aus festen Partikeln verwendet, die bei der Verbrennung von flüssigen, gasförmigen und festen Stoffen entsteht. Abgas besteht aus äußerst kleinen Partikeln in festem oder flüssigem Zustand, die durch unvollständige Verbrennung organischer Substanzen wie Tabak, Holz, Kohle, Öl, Gas usw. entstehen. Abgaspartikel sind in der Größe sehr unterschiedlich. Die meisten sind kleiner als 1 µm, oft zwischen 0,1 und 0,3 µm. Zigarettenrauch z.B. hat eine mittlere Partikelgröße von 0,5 µm.
Viren haben eine Größe von 0,005 bis 0,1 µm. Sie kommen meistens in Kolonien oder zusammen mit anderen Partikeln vor. Die Größe der meisten Keime liegt zwischen 0,4 und 0,5 µm. Sie werden im allgemeinen durch größere Staubpartikel, an die sie angelagert sind, verbreitet.
Bild 1: Größe von Staubteilchen und Einsatz von Luftfilter.
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Die Größe der Schwammsporen liegt zwischen 10 und 30 µm, während Pollensamen 10 bis 100 µm groß sind. In Bild 1 sind die Partikelgrößen einiger gewöhnlicher Luftverunreinigungen eingezeichnet.
1.4 Korngrößenverteilung von Staubpartikel
Die Korngrößenverteilung der Partikel in atmosphärischem Staub kann auf verschiedene Weise nachgewiesen werden. In Bild 2 ist dargestellt, wie die Partikel sich der Teilchengröße, der Teilchenzahl und dem Volumen entsprechend verteilen. Es ist z.B. erkennbar, daß kleine Teilchen unter 0,25 µm 92% der Teilchenzahl ausmachen und dabei nur 1% des Volumens von atmosphärischem Staub darstellen.
| Bild 2: Mittlere Größenverteilung des Luftaerosols. |
1.5 Staubkonzentration
Die Gesamtverteilung und die Konzentration des atmosphärischen Staubes ist je nach Ort, Jahreszeit, Tageszeit usw. sehr unterschiedlich. In der Atmosphäre ist aber in einigen Kilometern Höhe die Verteilung ziemlich konstant, unabhängig davon, ob die Proben über Land oder über dem Meer genommen werden.
In der atmosphärischen Luft ist die Staubkonzentration bis zu ca. 5 mg/m3. Größere Konzentrationen treten im allgemeinen nur in der Abluft industrieller Prozesse auf. Diese Abluft wird durch Entstaubungsanlagen gereinigt. Typische Staubkonzentrationen in Abhängigkeit des Ortes und der Wetterlage für den Luftfiltereinsatz zeigt Tabelle 1. Beispielhafte Staubkonzentrationen für Entstaubung wurden zum Vergleich dargestellt.
Tabelle 1: Staubkonzentrationen an verschiedenen Meßorten
Meßort | Staubgehalt in mg/m3 | Luftfiltration |
Kurort Industriegebiet Luft in ländlichen Gebieten |
0,05 - 0,10 | |
Meßort | Staubgehalt in mg/m3 | Entstaubung |
Eisenhüttenstadt | 10 - 20 |
1.6 Technische Daten eines Luftfilters
Technische Daten zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit von Luftfiltern sind:
- Anströmgeschwindigkeit,
- Druckdifferenz,
- Staubspeicherfähigkeit,
- Abscheidegrad,
- Standzeit.
In Bild 3 sind die technischen Daten für ein Glasfaser-Filtermedium in einem Diagramm zusammengestellt.
1.7 Anströmgeschwindigkeit
Die Anströmgeschwindigkeit in m/s ergibt mit der entsprechenden Anströmfläche den Volumenstrom. Den spezifischen Volumenstrom, also den Volumenstrom auf eine Filtereinheit, nennt man die Beaufschlagung.
Die Druckdifferenz eines Luftfilters in Pa (1 Pa entspricht ca. 0,1 mmWS) ist abhängig von der Anströmgeschwindigkeit, vom Filtermedium, von der Staubbeaufschlagung und von der Bauart. In den Listen der Herstellerfirmen wird im allgemeinen die Anfangs-Druckdifferenz des Filters (also im unbestaubten Zustand) und eine End-Druckdifferenz angegeben. Die Anfangs-Druckdifferenz im unbestaubten Zustand erhöhte sich bei zunehmender Verschmutzung des Filters bis zu einer empfohlenen End-Druckdifferenz. Darüber hinaus gibt die maximale End-Druckdifferenz den Wert an, der auf keinen Fall überschritten werden soll, um einmal ein Mitreißen von abgeschiedenem Staub zu verhindern und zum anderen eine Zerstörung des Filtermediums zu vermeiden (Bild 3).
Bild 3: Technische Daten eines Luftfiltermediums.
Kurve 1: Anfangsdruckdifferenz in Abhängigkeit der Anströmgeschwindigkeit.
Kurve 2: Empfohlene End-Druckdifferenz in Abhängigkeit der Anströmgeschwindigkeit.
Kurve 3: Maximale End-Druckdifferenz in Abhängigkeit der Anströmgeschwindigkeit.
Kurve 4: Maximale Staubspeicherfähigkeit in Abhängigkeit der Anströmgeschwindigkeit.
Kurve 5: Staubspeicherfähigkeit bei empfohlener End-Druckdifferenz in Abhängigkeit derAnströmgeschwindigkeit.
Kurve 6: Fraktionsabscheidegrad in Abhängigkeit der Korngröße.
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Unter der Staubspeicherfähigkeit eines Luftfilters versteht man die Staubmenge, die ein Luftfilter aufnehmen kann, ohne daß sich seine Wirkung verringert oder der Druckabfall auf Werte ansteigt, die eine zu hohe Beanspruchung bedeuten. Die Staubspeicherfähigkeit ist ein wesentliches Kriterium für die Beurteilung eines Filters. Sie ist neben anderen Faktoren maßgeblich für die Bestimmung der Betriebskosten einer Filteranlage.
Ein Vergleich zwischen den erzielten Speicherfähigkeiten von Filtern im praktischen Einsatz - unter Berücksichtigung gleicher Beaufschlagung, Druckdifferenz bzw. Enddruck - ist nur annäherungsweise möglich. Der Grund liegt darin, daß atmosphärischer Staub einen sehr unterschiedlichen Kornaufbau aufweist und zudem auf die Luftfeuchte verschieden reagiert (Verklebung, Bildung größerer Zusammenschlüsse).
1.8 Abscheidegrad
Der Gesamt-Abscheidegrad eines Filters entspricht dem Verhältnis von der Abnahme an Aerosol-Konzentration zur Eingangs-Konzentration.
h = 
Es bedeuten:
h Abscheidegrad
S1 Eingangs-Staubkonzentration (Rohluft)
S2 Ausgangs-Staubkonzentration (Reinluft)
Das Verhältnis der Ausgangs-Konzentration zur Eingangs-Konzentration ergibt die Durchlässigkeit oder Penetration P.
P = 
= 1 - h
Der reziproke Wert der Penetration (Kehrwert, 1/P) wird als Dekontaminations-Faktor D bezeichnet. Er vermittelt vor allem im Bereich der hochqualifizierten Filter ein übersichtlicheres Bild der Qualitäts-Unterschiede.
D = 
= 
Beispiel:
Filter A: h = 99,75%; P = 0,25% (0,0025)
Filter B: h = 99,97%; P = 0,03% (0,0003)
Welcher Qualitätsunterschied besteht zwischen Filter A und Filter B?
Filter A: D = 
= 400
Filter B: D = 
= 3330
Das Filter B ist demnach
= 8,3 mal besser als das Filter A
Aus diesem Grunde ist es wichtig zu wissen, ob der Abscheidegrad gewichtsmäßig, teilchenmäßig oder oberflächenproportional gemessen wurde. Das Prüfverfahren muß deshalb bekannt sein.
1.9 Standzeit
Die Standzeit oder die Lebensdauer eines Luftfilters ergibt sich aus der Betriebszeit bis zur Erreichung des höchstzulässigen Druckabfalles. Dieser Druckabfall unterscheidet sich von Anlage zu Anlage - er ist abhängig von dem Luftstrom des vorhandenen Ventilators (wirtschaftlich und regeltechnisch). Die Standzeit hängt sehr stark von den auftretenden Staub-Konzentrationen, den Staub-Arten (Korngröße und Dichte), der gewählten Vorfilterung, der Durchtrittsgeschwindigkeit sowie der aktiven Filterfläche ab. Deshalb wird möglichst viel Filtermedium eingesetzt. Die Standzeiten t1 und t2 von zwei Anlagen mit gleichem Luftstrom, jedoch unterschiedlicher aktiver Filterfläche A1 und A2, verhalten sich ungefähr quadratisch zum Flächenverhältnis. Man spricht deshalb von dem Quadratgesetz.
Durch eine Vorfilterung und eine richtige Beanspruchung können Standzeiten von fünf Jahren und mehr erreicht werden.
1.10 Einfluß der Verschmutzung auf den Volumenstrom
Durch Verschmutzung des Luftfilters tritt eine Veränderung der Anlagenkennlinie auf und damit eine Verschiebung des Betriebspunktes. Bei der Auslegung einer lüftungstechnischen Anlage erhebt sich daher immer wieder die Frage, mit welchem Druckabfall soll bei der Berechnung des Anlagensystems das Luftfilter eingesetzt werden. Anhand der Darstellung in Bild 4 soll der Einfluß der Filterverschmutzung auf die Anlagenkennlinie untersucht werden. Die Kurve 1 stellt die Kennlinie des Ventilators dar, Kurve 2 die Anlagenkennlinie ohne eingebauten Filtereinsatz. Wird nun in die Anlage ein Filtereinsatz mit dem Druckabfall pF1 im sauberen Zustand eingebaut, so ergibt sich auf der Ventilatorkennlinie der Betriebspunkt 4. Mit zunehmender Verschmutzung des Filtereinsatzes verschiebt sich der
Betriebspunkt auf der Ventilatorkennlinie bis zum Punkt 5. Bei erreichen dieses Betriebspunktes bzw. anwachsen des Druckabfalles in dem bestaubten Filtereinsatz auf den Wert pF2 sollte ein Auswechseln des verstaubten Filtereinsatzes erfolgen. Für die Auslegung des Ventilators empfiehlt sich ein mittlerer Wert zwischen dem Betriebspunkt bei sauberem Filter und dem Betriebspunkt bei verschmutztem Filter. In Bild 4 ist dieser Betriebspunkt mit 3 bezeichnet.
| Bild 4: Einfluß der Filterverschmutzung auf die Anlage. |
Wird also für die Auslegung des Ventilators der Betriebspunkt 3 gewählt, so ergibt sich bei sauberem Filtereinsatz ein etwas höherer Luftdurchsatz und bei verschmutztem Filtereinsatz ein etwas niedrigerer Luftdurchsatz. Im allgemeinen ist bei Faserluftfiltern eine Zunahme des Druckabfalles infolge Verschmutzung von 100 bis 150 Pa zulässig. Bei dieser Zunahme des Druckabfalles ergibt sich eine Luftmengenänderung innerhalb der Anlage von ca. ± 5%. Für die Änderung der Luftmenge ist im wesentlichen die Kennlinie des Ventilators maßgebend (Bild 4). Bei einer "flachen" Kennlinie wird die Änderung der Luftmenge kleiner sein als bei einer "steilen" Kennlinie. Wählt man als Luftfilter sogenannte Langstandzeitfilter, so wird sich die Änderung der Luftmenge über den Zeitraum von ein bis zwei Jahren hinziehen.
Kommen Luftfilter zum Einsatz, die eine höhere Zunahme des Druckabfalles infolge Luftverschmutzung hervorrufen, so ist die Änderung der Luftmenge durch geeignete Einrichtungen und Maßnahmen zu korrigieren. Als geeignet können hier genannt werden:
- manuell oder automatisch geregelte Drosselklappen,
- Drehzahlregelung des Ventilators,
- Austausch jeweils von nur einem Teil der Filterzellenkammer, wobei der Druckabfall auf einem etwas höheren Wert als Mitteldruckabfall gehalten wird.
Wenn für bestimmte Fälle eine Abnahme der Luftmenge nicht zulässig ist, so ist für die Auslegung des Ventilators der Druckabfall bei verschmutztem Filtereinsatz zu wählen; in Bild 4 also der Betriebspunkt 5.
2. Leistungsbewertung - neue Filterklassen
Zur Beurteilung von Luftfiltern hat sich die Einteilung in Filterklassen bewährt. Die Klassifikation der Luftfilter aufgrund ihrer Abscheideleistung erfolgte in Deutschland bisher nach der Norm DIN 24185 [2]. Die Klassenbezeichnungen lauteten EU 1 bis EU 9 (Tabelle 2).
Tabelle 2: Neue Filterklassen nach DIN EN 779 und Gegenüberstellung nach DIN 24185
Anfangswirkungsgrad EA | EA < 20% | EA > 20% | ||
Mittlerer Abscheidegrad Am | Mittlerer Wirkungsgrad Em | |||
Filtergruppe | Filterklasse nach DIN EN 779 | Filterklasse nach DIN 24185 | Klassengrenzen | |
Grob (G) | G 1 | EU 1 | Am < 65 | |
Fein (F) | F 5 | EU 5 | 40 < Em < 60 | |
Das in DIN 24185 genormte Prüfverfahren entspricht dem weltweit angewandten Verfahren nach ASHRAE-Standard 52-76 [3]. Die Norm DIN 24185 Teil 1 ist identisch mit dem EUROVENT-Dokument 4/5 [4], das als Basis für eine entsprechende europäische Normung gedient hat. Die jetzt fertiggestellte Europäische Norm EN 779 [1] stimmt inhaltlich überein mit DIN 24185, mit Ausnahme der Klassifikation und der Festlegung der Enddruckdifferenzen. Sie ist im September 1994 national als DIN EN 779 übernommen worden und an die Stelle der DIN 24185 getreten, die vom DIN zurückgezogen worden ist entsprechend den Regeln des Europäischen Komitees für Normung (CEN).
Die Mitglieder von CEN (DIN ist das deutsche Mitglied) sind verpflichtet, eine Europäische Norm zu übernehmen, die nach den Regeln des CEN verabschiedet worden ist. Etwaige entgegenstehende nationale Normen müssen zurückgezogen werden [5].
Klassifizierung
Filter werden entsprechend ihrer Filtrationsleistung in Gruppen und Klassen eingeteilt.
Filtergruppen
Entsprechend dieser Norm kommen für die Zuordnung der Filter folgende Gruppen in Betracht:
G: Grobstaubfilter
F: Feinstaubfilter
Filterklassen
Filter der Gruppe G und F werden entsprechend ihrer Leistung (mittlerer Abscheidegrad gegenüber synthetischem Staub oder mittlerer Wirkungsgrad gegenüber atmosphärischem Staub) klassifiziert.
Filter der Gruppe G werden in vier Klassen unterteilt:
G1, G2, G3, G4
Filter der Gruppe F werden in fünf Klassen unterteilt:
F5, F6, F7, F8, F9
Der Vorteil der Europäischen Norm liegt vor allem darin, daß diese Klassifikation jetzt einheitlich in allen europäischen Ländern gilt und dort auch zur Anwendung kommen wird. Denn bisher gab es zum Teil noch abweichende Klassifikationen, und einige Länder haben solche Klassenbezeichnungen überhaupt nicht oder kaum verwendet.
Es ist anzunehmen, daß es noch einige Zeit dauern wird, bis die alten EU-Klassen gänzlich vom Markt verschwunden sind. Die Hersteller benötigen wahrscheinlich eine Übergangszeit von 2 bis 3 Jahren, um ihr komplettes Filterprogramm nach der neuen Form zu klassifizieren. Außerdem bezieht sich das gesamte technische Regelwerk hinsichtlich der Anwendung von Luftfiltern in Deutschland noch immer auf die alten EU-Klassen. Und die notwendige Änderung ist nicht von heute auf morgen möglich.
3. Prüfverfahren für Luftfilter
Der Unterschied der bekannten Prüfverfahren besteht außer in der Verschiedenheit der Prüfeinrichtung und des Prüfstabes hauptsächlich darin, daß die Partikel einen dominierenden Einfluß auf das Resultat ausüben, wenn das Gewicht des abgeschiedenen Staubes zugrundegelegt wird. Das Gewicht variiert bei einem atmosphärischen Partikel mit der dritten Potenz des Durchmessers. Somit ist ein Partikel mit dem Durchmesser 10 µm 1000 mal schwerer als ein Partikel mit dem Durchmesser 1 µm.
Nach Methoden, bei denen die Konzentration fotometrisch gemessen werden, ist die Querschnittsfläche der Partikel entscheidend. Bei verschiedenen Partikelgrößen variiert die Fläche mit der zweiten Potenz. Das spezifische Gewicht der Partikel beeinflußt hier nicht das Resultat, und der große Wert dieser Prüfmethoden besteht darin, daß sie die Fähigkeit des Filters, eine Verschmutzung durch die Zuluft zu verhindern, direkt nachweist, besonders weil atmosphärischer Staub bei den Prüfungen verwendet wird.
4. Prüfung von Luftfiltern nach DIN 24185
Der ASHRAE-Standard 52-76 ist seit langem das anerkannte Prüfverfahren in den USA [3] und ist die Grundlage der DIN 24185 [2]. Mit der Empfehlung 4/5 des Eurovent, den ASHRAE-Standard in die europäischen, nationalen Normen aufzunehmen, hat dieser Standard weltweite Verbreitung gefunden. Er dient zur Prüfung von Luftfiltern in der Raumlufttechnik in der jeweiligen Bauart und in der jeweiligen Betriebsart (z.B. Rollbandfilterbetrieb). Für Schwebstoffilter gelten jedoch Prüfverfahren nach DIN 24184.
Mit Hilfe von zwei unterschiedlichen Staubarten - ein synthetischer, dem natürlichen Grobstaub angeglichener Staub für eine gravimetrische (gewichtsmäßige) Abscheidegradmessung und ein atmosphärischer Feinstaub für eine Wirkungsgradmessung - werden die wesentlichen Kenndaten ermittelt:
- Druckdifferenz in Abhängigkeit vom Luftvolumenstrom,
- Druckdifferenz in Abhängigkeit von der eingespeicherten Staubmenge,
- Wirkungsgrad in Abhängigkeit der eingespeicherten Staubmenge,
- Abscheidegrad in Abhängigkeit der eingespeicherten Staubmenge.
Mit der Einlagerung von synthetischem Staub in erhöhter Konzentration wird die Einlagerung von Praxisstaub innerhalb der Standzeit eines Filters simuliert. Der gravimetrische Abscheidegrad ist schwerpunktmäßig zur Beschreibung von Grobfiltern geeignet, während der Wirkungsgrad höherwertigere Feinfilter charakterisiert.
Die Wirkungsgradmessung beschreibt die Filterleistung gegenüber den jeweils vorhandenen atmosphärischen Staubteilchen.
5. Ablauf der Filterprüfung (6)
1. Die Messung der Druckdifferenz des unbestaubten Filterprüflings bei 50%, 75%, 100% und 125% des Nennvolumenstromes
2. Messung des Wirkungsgrades mit natürlichem Aerosol
Hierbei werden Teilvolumenströme vor und hinter dem Prüfling entnommen. Die atmosphärischen Staubteilchen werden auf Meßobjekten aus Filterpapier gesammelt und verursachen einen Staubfleck (Dust-Spot), der die Lichtdurchlässigkeit verringert. Dies ist eine indirekte Meßgröße der Partikelkonzentration. Der Vergleich der Trübung der Meßobjekte mittels eines Photometers ergibt zusammen mit dem Verhältnis der abgesaugten Teilvolumenstränge den Wirkungsgrad. Um die Vergleichbarkeit, Reproduzierbarkeit und die Meßgenauigkeit des Prüfverfahrens zu erhöhen, werden die Meßobjekte so beaufschlagt, daß bei beiden etwa die gleiche Trübung auftritt. Da das staubluftseitige Meßobjekt sich stärker verfärben würde, wird es mit Luft zeitlich nicht so lange beaufschlagt wie das Meßobjekt nach dem Prüfling (z.B. bei einem Wirkungsgrad von 90% wird ein Teilvolumenstrom-Verhältnis von 1:10 eingestellt).
3. Die Messung des Abscheidegrades
Im Anschluß an die Messung des Wirkungsgrades erfolgt die Messung des Abscheidegrades. Dem Nennvolumenstrom wird synthetischer Prüfstaub so zugegeben, daß sich eine Staubkonzentration von 70 mg/m3 einstellt. Nach Wägung des hinter dem Prüfling installierten Endfilters wird aus dem Gewichtsverhältnis des aufgegebenen zu dem im Nachfilter gesammelten Staubes der prozentuale Abscheidegrad berechnet.
Die Messungen nach Punkten 2 und 3 werden abwechselnd so oft durchgeführt, bis die Enddruckdifferenz des Prüflings erreicht wird. Aus den einzelnen Meßpunkten ergeben sich die das Filter kennzeichnenden Kurven. Der mittlere Wirkungsgrad bzw. der mittlere Abscheidegrad und das Staubspeichervermögen werden nach Abschluß der Messung nach festgelegten Verfahren errechnet. Alle Daten werden in einem Prüfprotokoll festgehalten und die charakteristischen Kurven des Luftfilters aufgetragen (Bild 5).
Bild 5: Zeichnerische Darstellung der Filterprüfung-Meßergebnisse:
Kurve 1: Abscheidegrad in Abhängigkeit der Staubaufgabe bei Nennvolumenstrom
Kurve 2: Wirkungsgrad in Abhängigkeit der Staubaufgabe bei Nennvolumenstrom
Kurve 3: Druckdifferenz in Abhängigkeit der Staubaufgabe bei Nennvolumenstrom
Kurve 4: Druckdifferenz in Abhängigkeit vom Volumenstrom (sauberer Prüfling)
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Schwebstoffilter
Für höhere Ansprüche an Luftfilter, die über die Filterklasse F9 hinausgehen, kommen Schwebstoffilter zur Anwendung. Standard-Schwebstoffilter werden gegenwärtig nach verschiedenen Normen bzw. Standards geprüft. Das sind:
- DIN 24 184 (Deutschland),
- Military Standard 282 (USA),
- British Standard 3928 (GB).
Da bei den Prüfverfahren unterschiedliche Prüfaerosole verwendet werden, sind die Ergebnisse nicht miteinander vergleichbar. Eine einheitliche Beurteilung von Schwebstoffiltern ist daher in der Praxis kaum möglich.
Beim europäischen Normungskomitee CEN ist eine neue Klassifizierung von Schwebstoffilter-Elementen zur Zeit in Bearbeitung.
6. Anwendung der Luftfilter mit unterschiedlichen Filterklassen nach DIN EN 779
Filterklasse G1
Vorfilter für sehr grobe Stäube in Lüftungsanlagen mit geringen Anforderungen an die Luftreinheit.
Filterklasse G2
Vorfilter bei hoher Staubkonzentration in Klima- und Lüftungsanlagen mit geringen Anforderungen an die Luftreinheit in Fenster-Klimageräten, Zuluft für die Kühlung von Großmaschinen und Schaltgeräten, Filter gegen spezifische grobe Stäube (z.B. Zementindustrie).
Filterklasse G3 und G4
Filter für die Klima- und Lüftungstechnik zur Feinstaubabscheidung, Vorfilter für Schwebstofffilter, Vorfilter in der Stahl- und Hüttenindustrie, für Offshore-Anlagen, in ariden (trockenen) Zonen, Filter für Maschinenraumbelüftung, Filter zum Schutz von Wärmetauscher-Aggregaten.
Filterklasse F5
Feinstaubabscheidung in klima- und lüftungstechnischen Systemen mit hoher Luftreinheit, Restaurant- und Saallüftung, Luftvorhänge für Lebensmittelgeschäfte, Zuluftfilterung für empfindliche Schaltgeräte, Zuluft für Farbspritzkabinen, einfache Behandlungszimmer, Bettenzimmer im medizinischen Bereich, Vorfilter für Schwebstoffilter.
Filterklasse F6
Feinstaubabscheidung in der Pharma-, Elektro- und Fotoindustrie, Zuluftfilter für Lackierstraßen und Trocknungsanlagen, Teil- und Vollklimaanlagen mit hoher Luftreinheit, Laboratorien, Krankenzimmer.
Filterklasse F7 und F9
Feinstaubabscheidung in klimatechnischen Systemen mit sehr hoher Luftreinheit, Zuluftfilter für hochwertige Montageräume, Schaltanlagen, bei der Lebensmittelerzeugung, Vorfilter für Reinraumanlagen in der pharmazeutischen Industrie, Sterilisations- und OP-Räume.
| Bild 6: Anordnung der Luftfilter in einer Klimazentrale |
6.1 Luftfilter-Kombinationen
Wie den vorherigen Ausführungen zu entnehmen ist, läßt sich nicht jede filtertechnische Aufgabe durch eine einstufige Luftfilteranlage lösen. Besonders bei höheren Ansprüchen an den Reinheitsgrad der Luft oder bei unterschiedlicher Staubzusammensetzung der Rohluft empfiehlt sich der Einsatz mehrerer Luftfilterstufen. Luftfilter der Filterklasse F9 und Schwebstoff-Luftfilter rechtfertigen immer den Einsatz eines Vorfilters zur Abscheidung der größeren Staubteilchen, weil dadurch die Standzeit der Filter wesentlich heraufgesetzt wird.
6.2 Anordnung im Anlagensystem
Die Anordnung des Vor- und Nachfilters bei 2-stufigen Luftfilter-Kombinationen sollte zweckmäßigerweise wie in Bild 6 dargestellt erfolgen. Die Zuluft wird beim Eintritt in das zentrale Luftaufbereitungsgerät durch ein Vorfilter vom Grobstaub gereinigt. Diese Vorfilter-Stufe hat den Zweck, die nachgeschalteten Klimageräteelemente - insbesondere den Wärmetauscher - vor Verschmutzung zu schützen. Eine nachgeschaltete Filterstufe mit Feinstaubfilter scheidet aus der bereits aufbereiteten Luft die feinsten Verunreinigungen wie Straßenstaub, Pollen oder Ruß ab. Damit wird die Ablagerung von Feinstaub in den nachgeschalteten Anlagenteilen wie Kanäle, Induktionsgeräte, Mischkästen, Doppeldecken-Hohlräume und Luftauslässe vermieden. Die Menschen an ihren Arbeitsplätzen erhalten unverschmutzte Luftraten. Für besonders hohe Ansprüche kann eine dritte Filterstufe entweder direkt vor dem Luftausblas eingebaut werden oder das Filter selbst wird zur Luftverteilung herangezogen. Als Beispiele hierfür gelten Farbspritzräume mit Luftfilterdecken (Bild 7) und die Zulufteinführung in Operations- und Laborräume, wobei im letzteren Fall die Zuluftdurchlässe mit Schwebstoff-Luftfilter kombiniert sind.
| Bild 7: Anordnung von Vorfilter, Nachfilter und Filterdecke für einen Farbspritzraum. |
L i t e r a t u r :
[1] DIN EN 779: Partikel-Luftfilter für die allgemeine Raumlufttechnik. Anforderungen, Prüfung, Kennzeichnung
[2]DIN 24185: Prüfung von Luftfiltern für die allgemeine Raumlufttechnik
Teil 1: Begriffe, Einheiten, Verfahren
Teil 2: Filterklasseneinteilung, Kennzeichnung, Prüfung
[3] ASHRAE-Standard 52 (RA 76)
[4] EUROVENT-Dokument 4/5: Prüfung von Luftfiltern für die Lüftungs- und Klimatechnik
[5] Luftfilter-Information Nr. 1/94 des VDMA-Arbeitskreises "Luftfilter" in der "Fachgemeinschaft Allgemeine Lufttechnik" des VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V.)
[6] Mürmann, H.: Luftfilterung - Grundbegriffe, Prüfverfahren und Bauformen (Teil 2); IKZ-HAUSTECHNIK 18/1992
[7] Luftfilter-Information Nr. 1/91 des VDMA-Arbeitskreises "Luftfilter" in der "Fachgemeinschaft Allgemeine Lufttechnik" des VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V.)
*) Adsorption: (hier:) Gase auf der Oberfläche fester Stoffe (Adsorpentien) anlagern, binden; (allg.: das Anlagern)Absorption: (hier:) Aufnahme eines Gases oder Dampfes durch feste Körper oder Flüssigkeiten unter vollständiger Durchdringung; (allg.: das Aufsaugen, Durchdringen)
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