Luftfilter

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
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Diese Seiten sind ein Auszug des Schulbuches "Zentralheizungs- und Lüftungsbau - Fachbildung", das im Jahre 2000 vom Gehlen Verlag (jetzt - Bildungsverlag E1NS) herausgegeben wurde. Aufgrund der Neuordnung der Berufe wird es nicht mehr aufgelegt.
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Um feste, (flüssige) und gasförmige Teilchen oder ein Gemisch aus diesen ([Aerosole] Partikeln von ca. 0,001 bis 3000 µm) aus der Luft abzuscheiden, werden Luftfilter eingesetzt. Sie schützen die Bauteile und Kanal- bzw. Luftleitungssysteme einer raumlufttechnischen Anlage (RLT). Aber auch in Ab- bzw. Rauchgassystem werden zunehmend Feinstaubfilter (Elektrofilter) eingebaut.
Die Filterarten
  •  Faserfilter (Flächen- [Matten- oder Plattenfilter], Taschen- bzw. Beutelfilter)
  •  Rollbandfilter
  •  Aktivkohlefilter
  •  Elektrofilter
Die Filterwirkung besteht auf Grund verschiedener Effekte.
  •  Sieb-Effekt: Ein Partikeldurchmesser ist größer als der freie Querschnitt zwischen den Fasern (Porenweite)
  •  Sperr-Effekt: Ein Teilchen liegt auf einer Stromlinie, deren Abstand von der Faser bei der Umströmung kleiner ist als der halbe Teilchendurchmesser
  •  Trägheits-Effekt: Eine Abscheidung an der Faser tritt ein, wenn ein Teilchen eine bestimmte Größe hat und somit dem Verlauf der Stromlinie nicht folgen kann und wenn es innerhalb eines kritischen Abstandes von der Mittellinie liegt
  •  Diffusions-Effekt: Wirkt auf Grund der Brownschen Molekularbewegung und ist nur für sehr kleine Teilchen wirksam. Es entsteht eine diffuse Bewegung des Teilchens um eine gedachte Stromlinie und es wird an der Faser abgeschieden, wenn es genügend nah und lange in der Nähe der Faser verweilt.
Der Abscheidegrad der Filter ist nicht konstant ist, sondern er steigt mit zunehmender Verschmutzung. Deswegen sind die Angaben der Hersteller (Prüfstand) nur bedingt richtig. Zunehmend ist auch die die Schimmelpilzproblematik, denn abgeschiedene Pilzsporen an der Filteroberfläche können hoher relativer Luftfeuchte (>90 %) durch das Filtermedium hindurchwachsen und sich auf der gefilterten Seite wieder ablösen. Hierdurch entsteht eine erhöhte Allergiegefahr.
Faserfilter
Das Vlies dieser Filter wird aus Glas-, Kunststoff-, Metall- oder Naturfasern hergestellt.  Die Formen der Filter sind von dem Werkstoff und dem Einsatzgebiet abhängig. Wobei eine lange Betriebszeit (Standzeit) und eine niedrige Druckdifferenz im Vordergrund stehen. Dabei soll eine möglichst große Filterfläche vorhanden sein. Vliese für Grob- und Feinfilter haben eine größere Dicke und niedrigere Druckdifferenz gegenüber Vliese für Feinst- oder Schwebstofffilter.
Flächenfilter/Grobfilter
Quelle: Trox GmbH
Diese Filter werden mit flachen bzw. ebenen Filterzellen eingesetzt. Das Filtermedium wird in einem Kartonrahmen eingebaut, wo es von gelochten Blechen oder Pappen abgestützt wird. Die Filterzellen können auch zickzackförmig gefaltet angeordnet werden.
Grobfilter dienen primär als Vorfilter zur Abscheidung von grobem bis feinem Staub in raumlufttechnischen Anlagen.
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Z-Line-Filter
Quelle: Trox GmbH
Taschen-/Beutelfilter
Quelle: Trox GmbH
Am häufigsten werden sog. Taschenfilter (Beutelfilter) verwendet. Die Form der "Taschen" werden durch keilförmig ausgeführte Nähte, einzelne Heftfäden, eingeklebte oder genähte keilförmige Vliesstreifen oder geschweißte Nähte gehalten. Dadurch haben sie eine hohe Staubspeicher-fähigkeit und geringe Einbaumaße. Eine Filtereinheit besteht aus 6 bis 12 Taschen, die in einem Rahmen angebracht sind.
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Plisseefilter/Feinstaubfilter
Quelle: Trox GmbH
Normalerweise sind die Faserfilter nicht reinigungsfähig, haben aber eine lange Standzeit. Bei einer entsprechenden Materialauswahl (spezielle Kunststoffasern) können sie mit Wasser gereinigt werden.

Es gibt auch Faserfilter zur Abscheidung von Feinst- oder Schwebstäuben. Die Vliese bestehen aus mikrofeinen Fasern aus Glas, Kunststoff, Zellulose, Mineralien, Metalloxid oder Metall, die zickzackförmig gefaltet in einem Rahmen untergebracht sind. Der Verbund bzw. Abdichtung zum Rahmen wird durch eine Vergußmasse hergestellt (Ein- und Zweikomponenten-Kunststoffmaterial). Vor diesen Filtern sind immer einfachere Faserfilter einzusetzen.
Filterüberwachung
 
Differenzdruckmessgerät mit Sonderskala
Differenzdrucksensor mit Piezoelement
Quelle: Briem Steuerungstechnik GmbH
Filter verringern mit zunehmender Verschmutzung nicht nur die geförderte Luftmenge und verändern dadurch die Luftmengeneinstellung (pneumatischer Abgleich). Der Betreiber schaltet, wenn er es überhaupt bemerkt, die Ventilatorleistung auf die nächsthöhere Drehzahlstufe, was den Stromverbrauch erhöht und die Luftmengen nochmals verändert. Deswegen ist es sinnvoll, eine Druckdifferenzmessung oder noch besser eine Differenzdruckanzeige einzubauen, um ein Filterwechsel rechtzeitig durchzuführen.
Eine Filterüberwachung besteht aus einer Kombination von Differenzdruckmesser mit Schaltkontakt und Anzeigegerät. Mit dem Druckmessgerät wird der Differenzdruck am Filter visualisiert.. Der parallel betriebene Differenzdruckschalter überwacht den voreingestellten Druckwert am Filter. Wird dieser überschritten setzt der Grenzwertschalter eine Meldung ab. In der Regel sind diese Lösungen wartungsfrei.
Messgeräte können auch zu Regelungszwecken eingesetzt werden. Diese Geräte haben einen stetigen Signalausgang (0  - 10 V oder 4 - 20 mA) und eine eingebaute LCD Digitalanzeige, die den aktuellen Messwert vor Ort anzeigt. Das am Ausgang zur Verfügung stehende Messsignal ist linear zum Messbereich.
Messgeräte, die mit flüssigkeitsgefüllten Schrägrohr-Manometern arbeiten, sind prinzipiell ungeeignet, da diese im Laufe der Zeit die Flüssigkeit verdunstet, so dass die Messung nicht genau ist und sie nicht wartungsfrei sind.
Differenzdruck-Überwachung  - Briem Steuerungstechnik GmbH
Differenzdruck-Messgeräte - Hesch Industrie-Elektronik GmbH
Rollbandfilter
Bei dem Rollbandfilter (Bandluftfilter) wird ein Faserfilter (Vlies aus Glas-, Kunststoff-, Metall- oder Naturfasern) von einer Rolle in den Luftstrom gebracht und bei zunehmender Verschmutzung auf eine zweite Rolle durch einen Elektromotor aufgewickelt.
Rollbandfilter
Quelle: Trox GmbH
Der Bandtransport wird durch ein Kontaktmanometer, der bei Erreichen einer eingestellten maximalen Druckdifferenz den Elektromotor einschaltet und wenn eine bestimmte minimale Druckdifferenz unterschritten wird, ausgeschaltet. Es werden auch Steuerautomaten mit eingebauter Membrane oder Zeitsteuerungen (druckunabhängig, löst Bandtransport nach einer bestimmten Zeit aus) eingesetzt. Ein Endschalter meldet das Ende des Bandes.
Die Filter arbeiten mit nahezu konstanter Druckdifferenz. Sie arbeiten mit einer höhenabhängigen Luftverteilung, da im oberen Teil eine höhere Geschwindigkeit auftritt als im unteren Teil. Im oberen Teil befindet sich das unbestaubte Filter und im unteren Teil die höchste Verschmutzung (längste Betriebszeit) vorliegt.
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Aktivkohlefilter
Aktivkohlefilter adsorbieren schädliche oder unerwünschte gas- und dampfförmige Verunreinigungen der Luft. Dabei kann es sich um Gerüche aus Küchen, Toiletten, Büro- und Versammlungsräumen, Dämpfe und Gase aus industriellen Prozessen oder radioaktive Gase handeln.
Quelle: Trox GmbH
Quelle: Extreme-House OHG
Aber auch Geruchsbelästigungen, die von falsch beheizten oder alten Holzheizungen ausgehen, können durch den Einbau dieses Filters in den Außenluftanschluss (Ansaugstutzen) einer kontrollierten Wohnungslüftung (KWL) oder dezentralen Lüftung eingesetzt  werden, um die Gerüche nicht in das Haus zu ziehen. Eine Alternative wäre der Einbau eines Mischgassensors, der die Lüftung abschaltet.
Die Aktivkohle wirkt je nach Schadstoff- und Kohlezustand auf der physikalischen und/oder chemischen Adsorption. Sie besteht aus Steinkohle, Kokosschalen oder Holz. Dieses Material wird so aufbereitet, dass zahlreichen Poren entstehen. Der Porendurchmesser liegt zwischen 1 nm und 1 µm. Dadurch entsteht eine sehr große Oberfläche, an der sich die Schadstoffmoleküle anlagern können. Durch diese Poren hat z. B. 1 g Aktivkohle ein Volumen von ca. 2 cm3 und eine "innere" oder spezifische Oberfläche von 900 bis 1200 m2 besitzt. Die Temperatur des durchströmenden Mediums sollte 35 bis 40 °C nicht überschreiten, weil darüber die Wirkung schnell abnimmt.
Vor dem Filter sollte auf jeden Fall ein Faserfilter gesetzt werden, damit die Staubteilchen der Luft die Poren nicht zu schnell dichtsetzen.
Der Aktivkohlefilter für Kleinanlagen wird mit einem passenden Flexrohr an den Absaugstutzen bzw. -ventilator angeschlossen.

 
Elektrofilter
Die Staubteilchen werden nach dem physikalischen Prinzip der Ablenkung elektrisch geladener Teilchen im elektrischen Feld abgeschieden. Die zu reinigende Luft oder ein Gas (Abgas-Feinstaubfilter) durchströmt die aus Ionisierungszone und Abscheidezone bestehende Filterzelle. In der Ionisierungszone (Ionisator) befinden sich Sprühdrähte, die im Normalfall an positiver Gleichspannung liegen und aus parallel dazu angeordneten, geerdeten Gegenelektroden. Bei dem Durchströmen des Ionisators werden die Staubpartikel unipolar aufgeladen. Die Abscheidezone (Kollektor) ist dem Aufbau nach ein Plattenkondensator mit wechselweise positiv gepolten oder an Erdpotential liegenden Abscheideplatten. An diesen Kollektorplatten werden Staubteilchenl, die eine Ladung im Ionisator aufgenommen haben, in ihrer Bahn abgelenkt und abgeschieden. Die einfachen Filter können von Hand durch das Abspritzen der Filterzellen mit Wasser gereinigt werden.
 
 
Das Prinzip der elektrostatischen Aufladung. Als einziger Elektrofilter im Markt verfügt ELOFIL über einen kurzschlusssicheren HV-Generator.
  
Die doppelte Ionisation gewährleistet eine hohe Abscheidung. Damit sind ELOFIL Elektrofilter geeignet für eine hohe Zahl von Anwendungsfällen in der Industrie: Große Effizienz, geringe Wartung, hohe Absaugleistung.
  
Von links nach rechts: Vorfilter, Ionisator, Kollektor, Nachfilter. Alle Elemente sind wiederverwendbar und einfach zu reinigen.
Elektrofilterprinzip
Quelle: Otto Spanner GmbH
In dem Feinstaubfilter werden die Abgase des Biomasse-Verbrennungssystems mit den enthaltenen Feinstaubteilchen durch ein System aus Abscheiderohren mit konzentrischen Sprühelektroden geführt. Dabei werden die Staub-partikel elektrostatisch aufgeladen. Die aufgeladenen Teilchen werden an der Niederschlagselektrode (Abscheiderohr) abgeschieden.
Auf diese Weise werden 70 % bis 95 % der Feinstaub-teilchen aus dem Abgas entfernt. Die Niederschlags-elektrode ist mit einer Antihaft-Beschichtung verdehen, sodass die Staubteilchen sich anlagern, aber sich nicht festsetzen. Durch ein einfaches, automatisiertes Rütteln werden sie wieder entfernt. Der Feinstaub dann in Form von größeren Staubverbindungen im Aschekasten aufgefangen.
Feinstaubfilter
Quelle: Otto Spanner GmbH