DE102019002669A1

DE102019002669A1 - Anordnung und Verfahren zur Reduzierung der Feinstaubbelastung von Umgebungsluft der Verkehrsinfrastruktur

Info

Publication number: DE102019002669A1
Application number: DE102019002669.1A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2020-10-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Reduzierung der Feinstaubbelastung von Umgebungsluft einer Verkehrsinfrastruktur umfassend einen Schacht (1) mit einer Abdeckung (2) mit mindestens einer Lufteintrittsöffnung (3), einem im oberen Teil des Schachtes (1) vorgesehenen Einhängung (4) mit einer Luftansaugvorrichtung (5) und einem Antrieb (6) dafür, wobei die Einhängung (4) seitlich umlaufende Rinnen (7) aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren.Mit der Erfindung verbindet sich der besondere Vorzug eines sehr breiten Einsatzgebietes im Rahmen der Verkehrsinfrastruktur. Sie ist für das öffentliche Kanalsystem ebenso anwendbar wie auf Plätzen, Flughäfen, Bahnanlagen, Werkshallen, also überall dort, wo die Reduzierung der Feinstaubbelastung geboten ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Reduzierung der Feinstaubbelastung von Umgebungsluft der Verkehrsinfrastruktur.
Staub, insbesondere der aus anthropogenen Quellen stammende Feinstaub wird heute im Wesentlichen für die Auswirkungen der Luftverschmutzung auf die Gesundheit der Menschen verantwortlich gemacht. Als einen der Hauptverursacher des durch Menschen gemachten Feinstaubes wird der Verkehr angesehen. So wird der Anteil des Verkehrs in der Stadt an der gesamten Feinstaubemission auf 20% geschätzt, im landesweiten Mittel auf 30%. In diesem Zusammenhang wird berichtet, dass Messungen zufolge der verkehrsbedingte Feinstaub der Partikelgröße PM₁₀ (Partikelgröße bis zu 10 Mikrometer Durchmesser) zu rund 85% durch Reifen-, Bremsen- und Straßenabrieb sowie durch die Aufwirbelung der Staubschicht auf den Straßen entsteht. Demzufolge würde der Umstieg auf abgasfreie Elektroautos an dieser Situation nur wenig ändern, denn den Abrieb von Bremsen, Reifen, Straßenbelag und die Wiederaufwirbelung gibt es bei Fahrzeugen mit diesem Antrieb ebenso wie bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor.
Die Weltgesundheitsorganisation empfiehlt in Anbetracht der vom Feinstaub ausgehenden Gefahren für die Gesundheit in ihren WHO-Luftgüte-Richtlinien (Air quality guidelines - global update 2005) folgende Grenzwerte für Feinstaub:

- Jahresmittel PM₁₀ 20 µg/m³
- Jahresmittel PM_2,5 10 µg/m³
- Tagesmittel PM₁₀ 50 µg/m³ ohne zulässige Tage, an denen eine Überschreitung möglich ist,
- Tagesmittel PM_2,5 25 µg/m³ ohne zulässige Tage, an denen eine Überschreitung möglich ist.

Die WHO liegt mit diesen Richtwerten deutlich unter den rechtswirksamen Grenzwerten der Europäischen Union.
Um diese Ziele zu erreichen würde im Kampf gegen den Feinstaub die regelmäßige Straßenreinig die Feinstaubemission zwar etwas reduzieren. Um den Feinstaub jedoch möglichst dauerhaft aus den Straßen, insbesondere der Innenstädte, zu entfernen, wird neben dem Einsatz verbesserter Kehrmaschinen zur Feinstaubrückhaltung intensiv an weiteren technischen Lösungen für den Einsatz unmittelbar an Kraftfahrzeugen, im öffentlichen Straßenverkehr, zur Luftreinigung auf öffentlichen Straßen und Plätzen innerhalb von Städten und Gemeinden gearbeitet.
So schlägt DE 10 2008 029 504 A1 eine Absauganlage für den mechanisch verursachten Abriebfeinstaub der Bremsen von Kraftfahrzeugen vor. Dazu soll in unmittelbarer Nähe der Abriebquelle eine Ansaugdüse angeordnet sein, die durch Unterdruck kontinuierlich oder periodisch mit einem Fluid so beaufschlagt werden kann, dass der entstandene und aufgenommene Feinstaub materialverlustfrei über eine Absaugleitung ausgetragen und nachgeschaltet deponiert werden kann. Abgesehen davon, dass alle Kraftfahrzeuge mit dieser technischen Lösung ausgestattet werden müssen, wäre eine signifikante Reduzierung der Feinstaubbelastung nicht zu erreichen, da nach wie vor die Emission durch den Abrieb an Reifen und Straßenbelag gegeben sowie die Aufwirbelung vorhandenen Feinstaubes vorhanden wäre.
Aus DE 20 2016 102 368 U1 geht ein Filter zum Entfernen von Staub, insbesondere Feinstaub, aus der Luft hervor. Ein Gehäuse, das auf sich bewegenden Fahrzeugen angeordnet ist, enthält Grob- und Feinfilter, mit denen die in der einströmenden Luft enthaltenen Partikel zurückgehalten werden sollen. Mittels einer durch einen Regensensor gesteuerten Klappe soll erreicht werden, dass Niederschlagswasser nicht in das Innere des Filters gelangt.
Andere technische Lösungen machen sich den Umstand zu Nutze, dass schwebende Partikel durch kleinste oder größere Wassertropfen angezogen und zu Boden gerissen werden. So geht aus DE 10 2005 008 936 A1 ein mobiles Luftreinigungssystem hervor, das eine Rahmenkonstruktion mit unterschiedlich ausgebildeten Wasseraustrittsöffnungen umfasst, so dass feiner Nebel ebenso wie ein zusammenhängender Wasserschleier erzeugt und an der zu reinigenden Luft mittels Leitschaufeln hindurchgeführt werden kann.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fangen von Feinstaub aus der Luft gehen aus DE 10 2006 032 753 A1 hervor. Die Erfindung sieht vor, dass neben der Straßendecke Vernebelungseinrichtungen mit einer Anzahl die Straßendecke bestreichenden Wasservernebelungsmundstücke angebracht werden. Der sich über der Straßendecke absenkende Wassernebel nimmt den Feinstaub auf, der dann zusammen mit dem sich bildenden Wasser abgeführt wird.
DE 20 2015 104 984 U1 sowie DE 20 2015 105 972 U1 offenbaren jeweils eine Vorrichtung zur Entfernung von Schwebstaub, insbesondere Feinstaub aus der Umgebungsluft einer von Kraftfahrzeugen genutzten Verkehrsinfrastruktur, insbesondere Straßen oder Schienen. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine quer über der Straße oder Schiene angeordnete Sprüheinrichtung ein flüssiges Lösungsmittel, insbesondere Wasser, in die darunter über der Verkehrsinfrastruktur befindliche Umgebungsluft sprüht und so insbesondere ein Aerosol erzeugt, das die in der Umgebungsluft schwebenden Partikel entfernt. Für eine nachhaltige Reduzierung der Feinstaubemission wäre nicht nur ein relativ hoher materieller Aufwand erforderlich, sondern derartige Sprühanlagen wären für das Bild der Städte und Gemeinden nicht gerade förderlich, denn müssten entlang der Straßen und Schienen in relativ kurzen Abständen zueinander so errichtet werden, dass diese gewissermaßen bogenförmig über die Verkehrswege reichen und so den darunter befindlichen Raum mit der zu entstaubenden Umgebungsluft begrenzen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung und ein Verfahren zur Reduzierung der Feinstaubbelastung ohne Beeinträchtigung der Architektur von Städten und Gemeinden bereitzustellen, das weitestgehend örtliche Gegebenheiten nutzt sowie möglichst kostengünstig realisiert werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Anordnung zur Reduzierung der Feinstaubbelastung von Umgebungsluft der Verkehrsinfrastruktur gelöst, umfassend einen Schacht, eine Abdeckung mit mindestens einer Lufteintrittsöffnungen, einem im oberen Teil des Schachtes vorgesehenen Einhängung mit einer Luftansaugvorrichtung und einem Antrieb dafür, wobei die Einhängung seitlich umlaufende Rinnen aufweist.
Typischerweise ist an der Druckseite der Luftansaugvorrichtung ein sich vertikal verjüngender Trichter angeordnet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist im Schacht ein Zyklonabscheider vorgesehen ist, der über einen Rohrstutzen, welcher tangential am Zyklonabscheider angeordnet ist, mit dem Trichter verbunden ist.
Typischerweise sind die Wände des Schachtes aus Beton geformt und ist der Schacht in seinem unteren Teil zylindrisch und im oberen Teil pyramidenstumpfähnlich ausgebildet.
Vorzugsweise ist der Schacht so positioniert ist, dass er mit seiner Krone und Abdeckung annähernd bündig mit dem umgebenden Straßenbelag oder Erdreich abschließt.
Besonders bevorzugt ist die Anordnung für ein Kanalisationssystem einer Stadt oder Gemeinde vorgesehen.
Typischerweise ist das Kanalisationssystem eine Anlage zur Sammlung und Ableitung von Regen- und/oder Schmelzwasser.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe des Weiteren durch ein Verfahren gelöst, bei dem feinstaubbelastete Umgebungsluft der Verkehrsinfrastruktur in einen unter der Straßendecke oder Erdoberfläche angeordneten Schacht einer Regen- und Abwasserkanalisation abgesaugt wird, anschließend die Strömungsgeschwindigkeit der abgesaugten Luft in dem Schacht durch deren Einleitung in einen sich vertikal verengenden Trichter erhöht wird wobei die Luft sich danach bei ihrem Austritt aus dem Trichter entspannt und die Feinstaubpartikel Feuchtigkeit aus der eine hohe relative Feuchtigkeit aufweisenden Kanalluft aufnehmen und durch eine einsetzende beschleunigte Sedimentation von der Luft getrennt und anschließend als sedimentierte Partikel mit dem Kanalwasser abgeführt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die aus dem Trichter austretende Luft mit ihren Partikeln tangential in einen Zyklonabscheider geleitet und werden die darin abgeschiedenen Partikel anschließend vom Kanalwasser aufgenommen und mit diesem abgeleitet.
Im Folgenden soll die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen

1 in schematischer Darstellung eine einfache Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung,
2 ebenfalls in schematischer Anordnung eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung,
3 in schematischer Darstellung eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung durch Einsatz eines Fliehkraftabscheiders.

Wie aus 1 ersichtlich ist, weist der Schacht 1 die Abdeckung 2, hier einen Gullydeckel, mit den Lufteintrittsöffnungen 3 auf. Die Luftansaugvorrichtung 5, für die eine Vorrichtung bekannter Art eingesetzt werden kann, ist mittels der Einhängung 4 unterhalb der Abdeckung 2 positioniert. Als Antriebsvorrichtung 6 der Luftansaugvorrichtung 5 eignet sich ein entsprechend ausgelegter Elektromotor mit Wasser- und Explosionsschutz. Er kann aus in der Nähe vorhandener Elektroanlagen, z.B. der Straßenbeleuchtung mit Strom versorgt werden.
Diese Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung ist insbesondere für Gebiete geeignet, wo das Temperaturgefälle zwischen Außenluft und Innenraum des Kanalisationssystems besonders groß ist.
Die feinstaubbelastete Umgebungsluft wird mittels der Vorrichtung 5 angesaugt. Im Raum 11 verringert sich deren Strömungsgeschwindigkeit und die Staubpartikel nehmen Feuchtigkeit aus der eine hohe relative Feuchtigkeit aufweisenden Luft des Kanalisationssystems auf. Wasserpartikel lagern sich an Staubpartikel und sinken in mehr oder weniger großen Tröpfchen nach unten und werden mit dem Kanalwasser abgeführt.
Mit dem Luftstrom oder auf andere Weise durch die Lufteintrittsöffnungen 3 gelangende Feststoffteile, wie Winterdienstrückstände, Steinchen, Laub, Baumfrüchte und Holzstücke fallen in die umlaufende Rinne 7 und verbleiben dort bis zu deren Entfernung durch den ohnehin vorhandenen Reinigungsdienst.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung geht aus 2 hervor. An der Druckseite der Luftansaugvorrichtung 5 ist hier der sich vertikal verengende Trichter 9 angeordnet. Die Strömungsgeschwindigkeit der angesaugten feinstaubbelasteten Luft wird im Trichter 9 beschleunigt. Beim Austritt aus dem Trichter 9 verliert die Luft durch Entspannung im Raum 11 sehr schnell an kinetischer Energie und damit an Strömungsgeschwindigkeit, während die Staubpartikel diese noch behalten. Es erfolgt eine Trennung von Luft und Staubpartikeln durch beschleunigte Sedimentation. Abgetrennte Partikel werden vom Kanalwasser aufgenommen und mit diesem abgeführt.
In Abhängigkeit von den örtlichen Bedingungen der Verkehrsinfrastruktur und dem Feinstaubaufkommen kann der Einsatz einer erfindungsgemäßen Anordnung gemäß 3 von Vorteil sein. Diese Anordnung sieht den Einsatz eines Zyklonabscheiders 10 vor. Über den Rohrstutzen 8, der tangential am Zyklonabscheider 10 angeordnet ist, ist dieser mit dem Trichter 9 verbunden.
Die aus dem Trichter 9 austretende Luft wird folglich tangential in das zylindrische Oberteil des Zyklonabscheiders 10 geführt und dort in eine Drehbewegung versetzt. Die auf die Staubpartikel wirkenden Zentrifugalkräfte bewirken deren Wanderung nach außen. Sie werden auf diese Weise mechanisch vom Luftstrom getrennt, der nach innen geleitet und durch den Rohrstutzen 12 nach oben abgeführt wird, während die abgeschiedenen Partikel nach unten in den Entspannungsraum 11 sinken und schließlich mit dem Kanalwasser abgeführt werden.
Durch stetes Absaugen von feinstaubbelasteter Umgebungsluft wirkt die erfindungsgemäße Anordnung gleichwohl wo sie installiert ist, wie eine Senke, die stehende Luftschichten mit ihrem Gehalt an Brems-, Kupplungs-, Reifen- und Straßenabrieb sowie anderen Feinstaubpartikeln in Bewegung bringt. Durch die leichte und stete Bewegung des Luftstromes in Richtung der Senke wird der in der Umgebungsluft enthaltene Feinstaub abgesaugt. Der gleiche Effekt wirkt bei Aufwirbelung von Feinstaub durch Fahrtwind. Während der Beruhigungsphase der Wirbel entsteht eine leichte Strömung in Richtung der Senke und der ursprünglich aufgewirbelte Staub wird ebenfalls abgesaugt und lagert sich nicht wieder ab.
Mit der Erfindung verbindet sich der Vorzug eines sehr breiten Einsatzgebietes im Rahmen der Verkehrsinfrastruktur. Sie ist für das öffentliche Kanalsystem ebenso anwendbar wie auf Plätzen, Flughäfen, Bahnanlagen, Werkshallen, also überall dort, wo die Reduzierung der Feinstaubbelastung geboten ist.
Insbesondere durch die Nutzung der in Städten und Gemeinden vorhandenen Regen- und Abwasserkanalisation für die Feinstaubabsaugung kann die Feinstaubbelastung in den entsprechenden Straßenzügen mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand deutlich reduziert werden. Durch die Installation der erfindungsgemäßen Anordnung in vorhandene Kanalisationssysteme könnte so eine großflächige Absaugung von Feinstaub erreicht werden.
Bezugszeichenliste

1: Schacht
2: Abdeckung
3: Lufteintrittsöffnung
4: Einhängung
5: Luftansaugvorrichtung
6: Antriebsvorrichtung
7: Rinne
8: Rohrstutzen
9: Trichter
10: Zyklonabscheider
11: Entspannungsraum
12: Rohrstutzen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008029504 A1 [0006]
DE 202016102368 U1 [0007]
DE 102005008936 A1 [0008]
DE 102006032753 A1 [0009]
DE 202015104984 U1 [0010]
DE 202015105972 U1 [0010]

Claims

Anordnung zur Reduzierung der Feinstaubbelastung von Umgebungsluft einer Verkehrsinfrastruktur umfassend einen Schacht (1) mit einer Abdeckung (2) mit mindestens einer Lufteintrittsöffnung (3), einem im oberen Teil des Schachtes (1) vorgesehenen Einhängung (4) mit einer Luftansaugvorrichtung (5) und einem Antrieb (6) dafür, wobei die Einhängung (4) seitlich umlaufende Rinnen (7) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Druckseite der Luftansaugvorrichtung (5) ein sich vertikal verjüngender Trichter (9) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schacht (1) ein Zyklonabscheider (10) vorgesehen ist, der mittels des Stutzens (8) mit dem Trichter (9) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (8) tangential am Oberteil des Zyklonabscheiders (10) angeordnet ist.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schacht (1) in seinem unteren Teil zylindrisch und im oberen Teil pyramidenstumpfähnlich ausgebildet ist.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schacht (1) so positioniert ist, dass er mit seiner Krone und Abdeckung (2) annähernd bündig mit dem umgebenden Straßenbelag oder Erdreich abschließt.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Kanalisationssystem einer Stadt oder Gemeinde vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalisationssystem eine Anlage zur Sammlung und Ableitung von Regen- und/oder Schmelzwasser ist.
Verfahren zur Reduzierung der Feinstaubbelastung der Umgebungsluft einer Verkehrsinfrastruktur indem feinstaubbelastete Luft in einen unter der Straßendecke oder Erdoberfläche angeordneten Schacht (1) einer Regen- und/oder Abwasserkanalisation abgesaugt wird, anschließend die Strömungsgeschwindigkeit der abgesaugten Luft in dem Schacht (1) durch deren Einleitung in einen sich vertikal verengenden Trichter (9) erhöht wird, die Luft sich danach bei ihrem Austritt aus dem Trichter (9) entspannt, Feinstaubpartikel Feuchtigkeit aus der eine hohe relative Feuchtigkeit aufweisenden Luft des Kanalisationssystems aufnehmen, Wasserpartikel an Staubpartikel gelagert werden und diese durch eine einsetzende beschleunigte Sedimentation von der Luft getrennt und anschließend als sedimentierte Partikel mit dem Kanalwasser abgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Trichter (9) austretende Luft mit ihren Partikeln tangential in einen Zyklonabscheider (10) geleitet wird und die darin abgeschiedenen Partikel mit dem Kanalwasser abgeleitet werden.