Blitze im Luftkanal: Der Einsatz bipolarer Ionisation schafft neue Möglichkeiten für geruchsfreie Luft

Eine der bekanntesten derartigen Technologien, insbesondere zur Beseitigung von gasförmigen Schadstoffen, ist der Einsatz von Aktivkohle. Aber die Wirkweise von Aktivkohle ist genau betrachtet auch nur die eines Filters, der Schadstoffe mechanisch abscheidet, wodurch die Schadstoffe auf dem Filtermaterial verbleiben. Dies bedeutet neben der Notwendigkeit eines regelmäßigen Austausches des Aktivkohlematerials einen nicht unerheblichen Druckverlust, der von dem Ventilator der RLT-Anlage überwunden werden muss. Auch wirken Aktivkohlefilter nur stationär in der RLT-Anlage, vermögen aber nicht, die reinigende Wirkung in die Räume selbst zu tragen und Schadstoffe, die dort entstehen oder über geöffnete Türen und Fenster eingebracht werden, abzubauen. Sowohl energiewirtschaftlich als auch für die Raumluftqualität als Ganzes interessanter sind somit Technologien, die andere Wege als das Filterprinzip beschreiten. Hier setzt die bipolare Ionisation an.

Das Prinzip der bipolaren Ionisation
Bei dem Vorgang der bipolaren Ionisation wird nach dem Vorbild der Natur die Luft von Schadstoffen gereinigt. Hochspannungsentladungen, die in der Natur in Form von Blitzen auftreten und bei bipolaren Ionisationsgeräten künstlich erzeugt werden, sind in der Lage, Sauerstoff- und Wassermoleküle in der Luft in positiv und negativ geladene Ionen zu zerlegen (Bild 1). Diese energetisch angeregten Ionen sind bestrebt, durch Reaktion mit anderen Molekülen wieder in einen stabilen Zustand zu gelangen. Hierbei bieten sich Schadstoffe in der Luft, insbesondere organische Geruchsmoleküle, als Reaktionspartner an, wodurch diese Schadstoffe schrittweise zu Wasser und Kohlendioxid abgebaut werden. Auch Keime wie Schimmelpilze und Bakterien werden von den Ionen inhibiert.
Zusätzlich trägt Ozon, das in geringen, für die Gesundheit von Menschen und Tieren harmlosen Mengen bei der Hochspannungsentladung entsteht, seinen Teil zum Abbau der Schadstoffe bei. Zusammen mit den vorgenannten Ionen bilden sie ein Gemisch, das als „aktivierter Sauerstoff“ bezeichnet wird. Hierbei hat bipolare Ionisation den entscheidenden Vorteil, Reaktionspartner für Schadstoffe beider Polaritäten zu erzeugen. Damit kann ein größeres Spektrum an Schadstoffen abgebaut werden als mit einer einfachen, negativen Ionisation, die überwiegend nur mit Schadstoffen positiver Polarität eine Reaktion eingeht.
Dabei hat der Einsatz von bipolaren Ionisationsgeräten in RLT-Anlagen auch ener­giewirtschaftliche Vorteile. Je nach Luftbelastung können bei einem Energieverbrauch von gerade einmal 100 W zwischen 5000 und 8500 m³/h Zuluft gereinigt werden. Zudem ist die Bauweise von bipolaren Ionisationsgeräten so angelegt, dass es zu keinem Druckverlust in der RLT-Anlage kommt.
Doch auch dem Umweltgedanken wird Rechnung getragen. Dies zeigt sich zum einen in der angestrebten Langlebigkeit der bipolaren Ionisationsgeräte gegenüber herkömmlichen Filtern. Zum anderen aber auch in den bei der Fertigung eingesetzten recyclebaren Materialien wie Kunststoff, Metall und Glas.
Einer der größten Vorteile dieser Technologie ist, dass die bipolare Ionisation in ihrer Wirkung nicht auf den stationären Einbauort beschränkt ist. Der durch die Hochspannungsentladungen erzeugte aktivierte Sauerstoff wird durch den Luftstrom der RLT-Anlage mitgetragen, sodass ein Abbau von Schadstoffen und eine Inhibierung von Keimen sowohl im anschließenden Lüftungskanal als auch nach dem Luftaustritt in den entsprechenden Räumen stattfindet (Bild 2). Dies bringt auch in Hinblick auf die Hygieneinspektion nach VDI 6022 Vorteile. Wird durch die reinigende Wirkung doch verhindert, dass sich Keime an den Wänden der Lüftungskanäle anlagern und die RLT-Anlage zur Keimquelle wird.

Von der kleinen Anlage bis zum Großobjekt
Doch wie gestalten sich Wahl und Auslegung von bipolarer Ionisation für Planer und Betreiber von RLT-Anlagen? Muss sein Einsatz von vornherein in das Konzept der RLT-Anlage mit aufgenommen werden oder können auch bestehende Anlagen nachgerüstet werden? Für RLT-Anlagen welcher Größe ist ein Einsatz der bipolaren Ionisation interessant?
Viele bipolare Ionisationssysteme sind so konzipiert, dass sie sich den individuellen Konzepten anpassen lassen. Das ermöglicht sowohl eine nachträgliche Ausrüstung bestehender Lüftungsanlagen (Bild 3) als auch eine Integrierung in Neuanlagen (Bild 4). Bei der Auslegung des bipolaren Ionisationssystems, das stets individuell entsprechend der Kundensituation erfolgt, um ein Optimum für die Raumluftqualität zu erreichen, stehen den Planern die Systemhersteller zur Seite.
Folgende Faktoren beeinflussen die Auslegung:

• Luftmenge (Volumenstrom),
• Kanaldimensionen bzw. verfügbarer Platz innerhalb der RLT-Anlage zum Einbau der Ionisationseinheiten,
• zu erwartende Belastung der Außenluft,
• zu erwartende Belastung durch Kontaminationsquellen in den Räumen,
• weitere Vorgaben an die Raumluftqualität.

Da Ionisationssysteme prinzipiell für den Dauerbetrieb konzipiert sind, müssen Vorkehrungen in Form von einer Regelung der Ionisationsintensität getroffen werden. Schließlich ist es Ziel, zeitlich begrenzte Schwankungen in der Belastung, aber auch im Volumenstrom der RLT-Anlage (Tag-, bzw. Nachtschaltung) ohne Verlust der Raumluftqualität auszugleichen. Die Möglichkeiten der Regelung reichen hier von simplen, manuellen Regelungen bis hin zu sensorgesteuerten, automatischen Regeleinheiten, bei denen Luftqualität, Ozonkonzentration und weitere Parameter herangezogen werden. Dabei ist es unerheblich, ob die RLT-Anlage für ein verhältnismäßig kleines Gebäude mit eher wenigen Räumen oder für einen großen Gebäudekomplex mit einer Vielzahl von Lüftungssträngen geplant wird. Aufgrund der Flexibilität der Ionisationssysteme können bereits Einfamilienhäuser von den Vorteilen dieser Technologie für die Luftqualität profitieren. Hinweise zur WartungDie Elektronikkomponenten der Geräte sind meist in geschlossenen Gehäusen angeordnet und so vor eventueller Verschmutzung durch Staub geschützt. Lediglich die Elektroden, an denen die Hochspannungsentladungen zur Erzeugung der Ionisation stattfinden, müssen regelmäßig gerei­nigt werden. Bei geeigneter Vorfilterung jedoch ist eine solche Reinigung nur einmal im Jahr vonnöten. Zudem sind die Ionisationsgeräte in der Regel so konzipiert, dass die zu reinigenden Elektroden leicht zugänglich und ohne größeren Aufwand zu entfernen sind. Das macht eine Reinigung durch den Kunden in Eigenregie möglicht. Auch ein Austausch der Elektroden nach Erreichen des Lebensendes gemäß Herstellerempfehlung kann durch den Kunden selbst vorgenommen werden. In den meisten Fällen ist die jährliche Reinigung bzw. der Elektrodenaustausch die einzige Wartungsarbeit, die es bei den Ionisationsgeräten durchzuführen gilt. Somit hält sich der Gesamtwartungsaufwand in engen Grenzen. EinsatzgrenzenJede Technologie hat aber auch ihre Grenzen. So ist bei seriösen Herstellern von bipolaren Ionisationsgeräten die Hochspannung aus Sicherheitsgründen auf ca. 3000 V begrenzt, obgleich damit auch die Ionisationsleistung begrenzt wird. Denn je größer die Hochspannung, desto höher die Ionisationsleistung. Doch oberhalb von 3000 V werden nicht nur die sauerstoffhaltigen Bestandteile der Luft ionisiert, sondern auch die natürlichen Stickstoffmoleküle, die in ionisierter Form das Potenzial zur Stickoxidbildung haben. Dies hätte zur Folge, dass neben der eigentlich angestrebten Geruchsreduzierung wiederum geruchsintensive Stoffe erzeugt würden. Ein Umstand, der alles andere als befriedigend für den Kunden wäre. Eine naturgegebene Grenze der Technologie ist die Abtötung von Viren. Die schützende Proteinhülle von Viren ist so gestaltet, dass der Ionisation keine Angriffsfläche geboten wird. Somit ist es dem aktivierten Sauerstoff nicht möglich, das Virus in seiner Struktur zu stören und so abzutöten. Hier bieten Kombinationssysteme Möglichkeiten, mit zusätzlicher UV-C-Strahlung die Viren abzutöten. Die bipolare Ionisation entfaltet parallel ihre reinigende Wirkung in Bezug auf Gerüche und schafft so eine gute Gesamtraumluftqualität. FazitInsgesamt bietet die Technologie der bipolaren Ionisation mit ihren Anpassungs- und Erweiterungsmöglichkeiten eine energiebewusste Ergänzung für RLT-Anlagen aller Größen. Mit ihr lässt sich eine gute Raumluftqualität sicherstellen.

Autorin: Dipl.-Ing. Nicole Achilles, Produktmanagerin (Chemie) bei Bioclimatic GmbH, Bad Nenndorf

Bilder: Bioclimatic GmbH

www.bioclimatic.de

 Nachgefragt
IKZ-Fachplaner: Definieren Sie bitte die kleinste und die größte Luftleistung, mit der die bipolare Ionisationstechnik ausgestattet werden kann

Achilles: Aufgrund der verschiedenen Modulgrößen und Bestückungsmöglichkeiten von Ionisationsgeräten können bereits Lüftungsanlagen mit Luftmengen von 100 m³/h mit der Technologie ausgestattet werden. Nach oben hin gibt es keine Grenzen. So ist es nicht ungewöhnlich, Lüftungsanlagen mit 60.000 m³/h oder mehr mit der Technologie auszustatten.

IKZ-Fachplaner: Vielleicht nennen Sie als Ergänzung dazu einige Beispiele als prädestinierte Fälle für den Einsatz dieser Technik.

Achilles: Prinzipiell sind alle Gebäude, in denen Menschen sich aufhalten, prädestiniert für den Einsatz der Ionisationstechnologie. Aber um einen Überblick über die Bandbreite der Einsatzmöglichkeiten zu geben, wäre da etwa eine Bankfiliale mit Kundenverkehr zu nennen, genauso aber das Bürogebäude, in dem Mitarbeiter sich täglich acht Stunden und mehr aufhalten, oder auch Gebäudekomplexe mit großen Menschenansammlungen wie Messezentren oder Flughäfen. Ebenso Schulen, Krankenhäuser und Hotels unterschiedlichster Größe. Auch überall dort, wo durch geruchs­intensive Nachbarschaft, z.B. Kläranlagen, die Luftqualität beeinträchtigt wird, ergeben sich Situationen, die prädestiniert für den Einsatz der Technik sind.

IKZ-Fachplaner: Schauen wir mal auf die regelmäßig anfallenden Arbeiten: Die Wartung der Anlage soll Ihren Aussagen nach der Endkunde durchführen. Ist er so qualifiziert, dass er Arbeiten an der technischen Anlage vornehmen darf?

Achilles: Die Technologie ist auf Benutzerfreundlichkeit ausgelegt. Unter Beachtung der goldenen Regel, dass an elektrischen Geräten nur im stromlosen Zustand Arbeiten vorgenommen werden dürfen, ist die Wartung von Ionisationsgeräten nicht komplizierter als das Wechseln einer DVD im heimischen DVD-Spieler. Von daher ist der Kunde durchaus qualifiziert.

IKZ-Fachplaner: Auch wenn Wartung offensichtlich keine Probleme darstellt, sind die Menschen bislang auch ohne Geruchsfilter ausgekommen. Warum sollte der Betreiber seine Klimaanlage mit der Ionisationstechnik aus- oder nachrüsten?

Achilles: Unsere Umgebung, aber auch die Vorschriften für die Errichtung und die Nutzung von Gebäuden ändern sich fortwährend und nehmen damit Einfluss auf die Luftqualität. So hat sich allein die Anzahl an Automobilen in Deutschland in den letzten zehn Jahren um über 10% vermehrt, was sich auch in den gefahrenen Kilometern niederschlägt und in einer entsprechend höheren Belastung der Außenluft, die über die Klimaanlage in das Gebäude eingebracht wird, resultiert.
Verbesserte Technologien, die Belastungen bereits in der Entstehung minimieren, können dies nur zu einem gewissen Teil kompensieren, sodass die Luftqualität ohne ergänzende Maßnahmen auf Dauer sinkt. Eine schlechte Luftqualität aber führt in Gebäuden zum Auftreten des sogenannten Sick-Building-Syndroms, bei dem Mitarbeiter über Kopfschmerzen, Reizung der Atemwege und Augen, Allergien und Konzentrationsmangel klagen. Ein Umstand, der durch Einsatz entsprechender Technologien leicht vermieden werden kann.

IKZ-Fachplaner: Das sind viele Vorteile, die Sie mit der Technik verbinden. Wie kommt es dann, dass selbst der Fachwelt die Ionisationstechnik so wenig bekannt ist?

Achilles: Wie Sie zuvor erwähnten, kommen bislang viele RLT-Anlagen ohne eine ergänzende Technologie zur Luftqualitätsverbesserung aus, einfach weil vielfach das Bewusstsein in puncto Luftqualität noch nicht in dem Maße vorhanden ist, sich erst entwickelt. Und dort, wo ein entsprechendes Bewusstsein bereits vorhanden ist, werden vorrangig erst einmal leicht verständliche Systeme wie Filter eingesetzt. Ionisationstechnik hingegen ist etwas erklärungsintensiver, gewinnt aber im Zuge des wachsenden Bewusstseins der Nachhaltigkeit immer mehr an Bedeutung.

IKZ-Fachplaner: Sie sagen, die Technik setzt Ozon frei. Dieser Stoff kann beim Menschen gesundheitliche Beeinträchtigungen hervorrufen. Aktivkohlefilter haben hingegen den Vorteil, dass erstens kein Ozon entsteht und zweitens sogar das Ozon aus der Außenluft zurückhält. Argumente, die gegen die Ionisation sprechen.

Achilles: Wie bereits in Ihrer Frage angeklungen, ist der Mensch auch in der Natur stets einer gewissen Ozonkonzentration ausgesetzt, die, solange sie nicht durch etwa Smog zu erhöhten Konzentrationen führt, die Gesundheit nicht beeinträchtigt. Daher ist die Präsenz von Ozon in Hinblick auf eine mögliche Beeinträchtigung der Gesundheit stets auch mit der vorhandenen Konzentration zu betrachten.
Es ist korrekt, dass bei der Ionisierung auch zu einem gewissen Maß Ozon entsteht. Allerdings sprechen wir hier von Konzentrationen im Bereich von 0,01 ppm. Zum Vergleich: Die aktuell geltende EU-Richtlinie benennt für Ozon einen Wert von 0,051 ppm unterhalb dessen bei längerem Aufenthalt – z.B. 8 Stunden am Tag, 5 Tage die Woche – für den Menschen keinerlei Gesundheitsrisiko besteht. Zusätzlich bieten moderne Ionisationssysteme für RLT-Anlagen sensorgesteuerte Regelungen, bei denen Ozonsensoren zur Absicherung eingesetzt werden, sodass kein Gesundheitsrisiko besteht.