DE10313385A1

DE10313385A1 - Verfahren und Anordnung von Systembauteilen zum geregelten Abbau von VOC-Lasten in der Abluft und zur Reduzierung von brandbeschleunigenden Stoffen und Ablagerungen in abluftführenden Lüftungssystemen

Info

Publication number: DE10313385A1
Application number: DE10313385A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Ing. Lehmann; Rainer Dipl.-Ing. Laskowski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-14

Abstract

Der Erfindung, die ein Verfahren und die Anordnung von dazu benötigten Systembaugruppen zur Reduzierung von VOC-Lasten sowie brandbeschleunigenden Aerosolen in der Abluft, Ablagerungen von Brandbeschleunigern, wie Fetten, oder geruchsbildenden Stoffen auf Flächen in abluftführenden Teilen und den angeschlossenen Belüftungsanlagen unter Verwendung von aktiviertem Sauerstoff betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung von Systembauteilen unter Verwendung von Ozon oder Sauerstoffionen zu schaffen. Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe verfahrensseitig dadurch gelöst, dass eine bedarfsgerechte Erzeung von aktiviertem Sauerstoff stattfindet, welche eine Reduzierung der Ozonbelastung ausgangsseitig ermöglicht und nach Abbau der Lasten auf den Oberflächen einen Angriff des Oxidativs auf die luftführenden Teile und damit deren Korrosion reduziert oder verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die Anordnung von dazu benötigten Systembaugruppen zur Reduzierung von VOC-Lasten sowie brandbeschleunigenden Aerosolen in der Abluft, Ablagerungen von Brandbeschleunigern, wie Fetten, oder geruchsbildenden Stoffen auf Flächen in abluftführenden Teilen und den angeschlossenen Belüftungsanlagen unter Verwendung von aktiviertem Sauerstoff, insbesondere Ozon, wobei die ozonerzeugenden Einheiten in Verbindung mit entsprechender Sensorik als Regelung oder Steuerung logisch so geschalten sind, dass eine bedarfsgerechte Erzeugung von aktiviertem Sauerstoff stattfindet, welche eine Reduzierung der Ozonbelastung ausgangsseitig ermöglicht und nach Abbau der Lasten auf den Oberflächen einen Angriff des Oxidativs auf die luftführenden Teilen reduziert oder verhindert.
Bislang wurden Anlagen zur Abluftbehandlung auf Basis von aktiviertem Sauerstoff in Form von Sauerstoffionen oder Ozon hauptsächlich zur Reduzierung von Geruchsbelastungen eingesetzt, Zur Erzeugung der notwendigen Menge von Sauerstoffionen oder Ozon dienen dabei Geräte oder Anlagen, welche auf Basis von UV-Strahlung, Koronarer Entladungen, dielektrisch behinderter Entladungen oder der Bildung von Plasma arbeiten. Diese Geräte werden oft mit nachgeschalteten Systembaugruppen kombiniert, welche einerseits eine Vergrößerung der notwendigen Reaktionsoberfläche garantieren und in einigen Fällen die auf dieser Oberfläche stattfindenden Reaktionen katalytisch beeinflussen. Derartige Baugruppen sind auch unter dem Begriff Sorbtionskatalysator oder einfach Katalysator bekannt. In einigen Fällen wird ein Geruchssensor genutzt, um eine lastabhängige Behandlung der Abluft und eine Reduzierung der ausgangsseitig noch vorhandenen hohen Luftbelastung durch Sauerstoffionen oder Ozon, welches als gesundheitsschädlich einzustufen ist, sicherzustellen. Einen Einfluß auf die Reaktionen der Oxidative (Ozon oder Sauerstoffionen) mit den von Ablagerungen befreiten abluftführenden Teilen haben derartige Systeme nicht, was in vielen Fällen zu chemisch unerwünschten Reaktionen über die Bildung von -OH Radikalen aus der vorhandenen Luftfeuchtigkeit der Abluft und dem aktivierten Sauerstoff mit metallischen Flächen führt. Frühzeitige korrosive Zerstörung von abluftführenden Teilen oder der Ausfall von Baugruppen der Lüftungsanlage sind das Ergebnis.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung von Systembauteilen unter Verwendung von Ozon oder Sauerstoffionen zu schaffen, welches einerseits die Reduzierung von brandbeschleunigenden Ablagerungen, insbesondere Fetten, auf Oberflächen der abluftführenden Teile sicherstellt und zusätzlich die Geruchsbelastung ausgangsseitig der Abluftanlage reduziert, sowie andererseits die möglichen Angriffe auf von brandbeschleunigenden Stoffen, wie z.B. Fetten, gereinigte luftführende Teile durch diese starken Oxidative verringert oder ganz ausschließt und eine Konzentration von aktiviertem Sauerstoff oder Ozon unterhalb der gesundheitlich bedenklichen Werte ausgangsseitig der Abluftanlage ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass aktivierte Sauerstoff oder Ozon an einer definierten Stelle des Abluftkanals, nahe der Einspeisung der belasteten Luft in den Abluftkanal, direkt im Luftstrom durch entsprechende Erzeugereinheiten gebildet wird oder ein sekundärer Luftstrom mit aktiviertem Sauerstoff oder Ozon der durch brandbeschleunigenden Stoffen wie Fetten oder anderen Aerosolen aber auch VOC belasteten Abluft zugeführt wird. Die Anordnung und Schaltung der Ozonerzeugung oder Einspeisung erfolgt dabei so, dass diese grundsätzlich vor Feuerschutzabschlüssen zur Verhinderung von deren Funktion beeinflussenden Ablagerungen vorgenommen sowie eine Belastung der Räume, in welchem sich Personen aufhalten könnten und durch welche der Kanal führt, ausgeschlossen wird.
In Folge werden nach der Erzeugung aktivierten Sauerstoffs oder Ozon unter Verwendung von entsprechenden Filterelementen, die auch aus katalytischem Material bestehen können, Lastspitzen ausgangsseitig der Luftbehandlungsstrecke zwischengespeichert und kontinuierlich aboxidiert sowie Ozon-Spitzen abgebaut. Derartige Filterelemente können beispielsweise aus behandelter Aktivkohle aber auch aus metallischem katalytisch wirkendem Material bestehen.
Zur Vermeidung einer zu hohen Last an aktiviertem Sauerstoff ausgangsseitig des Abluftkanals und nach erfolgreichem Abbau der VOC-Lasten und brandbeschleunigenden Ablagerungen im Kanal, wird die Erzeugung von aktiviertem Sauerstoff oder Ozon geregelt. Die Regelung erfolgt dabei so, dass entsprechende Sensorik VOC-Lasten oder der Stärke der Ablagerungen von brandbeschleunigenden Stoffen auf den luftführenden Teilen misst, und eine Rückkopplung auf die Regeleinheit erfolgt. Bei alleiniger Nutzung eines VOC-Sensors erfolgt die Signalverarbeitung in der Regelung über einen Regelalgorithmus so, dass durch diesen ein signifikanter Zusammenhang zwischen VOC-Last und Belastung der Kanaloberfläche hergestellt und so ein entsprechendes Stellsignal für die Leistungseinheiten ausgegeben werden kann. Bei Nutzung von Sensoren zur Erfassung der Stärke der Ablagerungen, wie z.B. Schichtdickenmesser, oder einer Kombination aus beiden Sensorsystemen, erfolgt die Signalverarbeitung über eine Regelalgorithmus so, dass dar Messwert der Ablagerungsstärke auf den Kanaloberflächen das primäre Signal für die Ausgabe des Stellsignals an die Leistungsteile zur Erzeugung von aktiviertem Sauerstoff oder Ozon darstellt.
Die Regelung kann durch einfaches Umschalten als Steuerung oder Messeinrichtung genutzt werden, wobei manuell das Ausgangssignal eingestellt werden kann.
Zur Vermeidung einer zu hohen Last an Ozon oder aktivierten Sauerstoff ausgangsseitig können Verfahren oder Baugruppen separat angebracht oder in das gesamte Luftbehandlungssystem fest integriert werden, welche diese Lasten unter die gesundheitlich bedenklichen Werte reduzieren. Einsatz können dabei katalytisch wirkenden Systeme finden aber auch Sensortechnik, welche dies Lasten dedektieren und das entsprechende Signal der vorhandenen Regelung als weitere Eingangsgröße liefern.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird durch nachfolgende Prinzipskizzen, 1 und 2 und Ausführungsbeispielen 3 und 4 näher erläutert.
Es zeigen:
1 Grundlegendes Verfahren und Systemanordnung ohne Katalysator
2 Grundlegendes Verfahren und Systemanordnung mit Katalysator
3 Anwendung in einer Abluftanlage mit mittlerer Belastung
4 Einbau als Kompakteinheit gegen hohe Abluftbelastungen
In 1 ist das grundlegende Verfahren und die Anordnung der Elemente sowie die Regelung ohne Verwendung eines Katalysators dargestellt. In einem Abluftkanal, in welchem Luft zwangsgeführt und transportiert wird (1) befindet sich nach den lufttechnischen Elementen Abzugshaube (2) Fettabscheidefilter (3) und Feinfilter (4) als nachfolgendes Einbauteil die Ozonisierungs- oder Sauerstoffaktivierungseinheit (5) mit entsprechender Regeleinheit (6). Ausgangsseitig der Kanalstrecke sind die notwendigen Sensoren zur Ermittlung der noch vorhandenen VOC-Last (7) und der noch vorhandenen Ozon-Last (8) angebracht. Zur Dedektierung der Belastung der Kanaloberfläche durch Ablagerungen mit brandbeschleunigenden Stoffen ist ein entsprechender Sensor (9) im Kanal angebracht. Als Sensoren können hier optoelektronische Elemente, herkömmliche hochintegrierte mikroelektronische aber auch mikromechanische Sensoren, Systeme der Nanotechnologie, spektroskopische, chemische sowie Biosensoren zum Einsatz kommen. Die Sensortechnik kann in der Regelung jeweils dem neuesten Stand der Technik angepasst werden. Die Verarbeitung der eingehenden Messgrößen oder Störgrößen in der Regelung erfolgt dabei so, dass diese über einen vorab in der Regeleinheit programmierten oder digital fest verschaltetem Programmablauf ausgewertet, und eine entsprechende Führungsgröße oder Stellgröße (12) für die Leistungsteile (10) der Ozonisierungs- oder Sauerstoffaktivierungseinheiten ausgegeben werden.
Die Regelung kann dabei als Kaskaden-, PD- oder PID-Regler aufgebaut sein, wobei die primäre zu verarbeitende Messgröße in der Regelung die Belastung der Kanaloberfläche mit brandbeschleunigenden Stoffen darstellt. Zur Reduzierung der Abluftbelastung durch eine zu hohe Ozonlast ausgangsseitig des Kanals, kann der saugseitig eingebaute Ventilator (11) mit einem ozonreduzierenden, katalytisch wirkenden Material beschichtet sein.
Durch manuelles Aufheben einer sicherungstechnischen Schaltung ist die Erzeugung einer frei wählbaren Konzentrationen an Sauerstoffionen oder Ozon und die freie Programmierung der Regelung möglich, wobei beim Betrieb unter diesen Leistungsstufen entsprechende dauernde markante Warnsignale abgegeben werden können.
2 zeigt eine weiter bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Systembaugruppenanordnung. Dabei wird die Systemanordnung als Filtereinheit mit einem Aktivkohlefilter als Sorbtionskatalysator genutzt. Eine Regeleinheit (6), bei welcher die zugeführten Störgrößen oder Messgrößen (7, 9), wie die Belastung der Abluft mit VOC oder brandbeschleunigenden Ablagerungen auf der Oberfläche des Kanals qualitativ und quantitativ mittels geeigneter Mess- und Sensortechnik kontinuierlich aufgenommen werden, liefert eine entsprechende Stellgröße (12) für die Leistungsteile der Ozon- oder Sauerstoffaktivierungseinheiten (10) nach einem vorab in der Steuereinheit programmierten oder digital fest verschalteten Programmablauf. In Abhängigkeit der eingehenden Störgrößen wird nach dem Programmalgorithmus der Regelung der Anteil an erzeugtem Ozon oder Sauerstoffionen erhöht. Die VOC- und Lasten an brandbeschleunigenden Stoffen in Form von Aerosolen der Abluft werden im Sorbtionskatalysator (13) zwischengespeichert und mittels des Ozons oder der Sauerstoffionen und die daraufhin erfolgte Bildung von -OH-Radikalen und Wasserstoffsuperoxiden aus Wasser, welches über die relative Luftfeuchtigkeit im Katalysator zum Teil mit gebunden wird, im Sorbtionskatalysator aboxidiert.
Treten Ozon-Lasten durch den Sorbtionskatalysator durch, erfolgt über einen nachgeschalteten Ozon-Sensor (8) der der Regelung aufgeschaltet ist, eine kontinuierliche und bedarfsabhängige Absenkung der Ozon-Erzeugung auf das notwenige und zugelassene Maß.
Durch manuelles Aufheben einer sicherungstechnischen Schaltung ist die Erzeugung einer frei wählbaren Konzentrationen an Sauerstoffionen oder Ozon wobei die Regelung auf einen Steuerungsbetrieb umgeschaltet wird. Die eingehenden Störgrößen werden dabei lediglich als Messgrößen zu Anzeigezwecken oder zur Datenspeicherung genutzt.
Ausführungsbeispiel 1
Anwendung in einer Abluftanlage mit mittlerer Belastung
3 stellt das Verfahren und die Systemkonfiguration für eine zentrale Abluftanlage mit mittlerer Abluftbelastung an brandbeschleunigenden Stoffen und VOC dar. Dabei werden die Ozon-Erzeugungseinheiten oder Sauerstoffaktivierungseinheiten (5) form- oder kraftschlüssig, luftdicht und direkt in den Abluftkanal nach den lufttechnischen Elementen Abzugshaube (2), Fettabscheidefilter (3), Feinfilter (4) und vor den Feuerschutzabschlüssen (14) in Luftvolumenstromrichtung eingebracht. Die sicherheitstechnische Schaltung zur Vermeidung von Rückschlägen an aktiviertem Sauerstoff in die von Personen belegten Räume wie Küchen erfolgt dabei so, dass ein zeitlich versetztes Zu- und Abschalten mit dem Abluftventilator in der Form erfolgt, als bei Anlauf der Anlage zunächst der Abluftventilator seine volle Betriebslast erreicht und dann die Ozon- oder Sauerstoffaktivierungseinheiten zugeschalten werden. Beim Abschaltend der Anlage wird zunächst die Ozon- oder Sauerstoffaktivierungseinheit abgeschalten und in Folge der Abluftventilator. Im Kanal, zwischen den Ozon-Erzeugungseinheiten oder Sauerstoffaktivierungseinheiten (5) und dem Feuerschutzabschluss (14) wird ein Sensor zur Dedektierung der Belastung der Kanaloberfläche durch Ablagerungen mit brandbeschleunigenden Stoffen (9) plaziert, welcher ein Störgröße oder eine entsprechende Meßgröße an die Regelung (5) liefert. Ausgangsseitig des Abluftkanals befindet sich ein weiterer Sensor zur Aufnahme der noch vorhandenen VOC-Lasten (7). Die abgegebene Messgröße wird in der Regelung als untergeordnete Störgröße mit verarbeitet und in einem internen Programmalgorithmus zur Ausgabe eines entsprechenden Stellsignals verarbeitet. Durch diese Schaltungsanordnung wird sichergestellt, dass zum Schutz der Kanaloberfläche und lüftungstechnischen Einbauten vor Angriffen durch Ozon oder aktiviertem Sauerstoff die Höhe der Erzeugung von Oxidativen primär von den sich absetzenden Ablagerungen an brandbeschleunigenden Stoffen im Kanal abhängt. Nach deren Reduzierung unter einen definierten Wert startet ein untergeordneter Regelalgorithmus auf Grundlage noch vorhandener, ausgangsseitig gemessener VOC-Last der Abluftanlage zur Regelung der Ozonmenge oder Menge an aktiviertem Sauerstoff oder die Anlage stellt sich selbstständig auf eine Betriebsweise, die eine vorzeitige Korrosion der abluftführenden Teile ausschließt.
Ausführungsbeispiel 2
Einbau als Kompakteinheit gegen hohe Abluftbelastungen
5 zeigt die Anwendung als Kompakteinbaugerät für hoch belastete Abluft mit brandbeschleunigenden Stoffen und VOC. Dabei werden die Ozon-Erzeugungseinheiten oder Sauerstoffaktivierungseinheiten (5) form- oder kraftschlüssig und luftdicht in ein mit zusätzlichen lüftungstechnischen Komponenten wie Lüfter und Filter versehenes Zuluftgerät (15) eingebaut. Dieses ist luftdicht mit der eigentlichen Kompakteinheit (16), welche wiederum einen Sorbtionskatalysator (13) als Filtereinheit, der die Bildung von -OH Radikalen aus dem aktivierten Sauerstoff oder Ozon beschleunigt, auswaschbar ist eine hohe Filterfläche und geringen Druckverlust aufweist, verbunden. Die Einspeisung des Ozons oder aktiviertem Sauerstoffs erfolgt vor dem Sorbtionskatalysator so, dass eine gute Durchmischung der Abluft erfolgt und ein Rückschlag von aktiviertem Sauerstoff oder Ozon in die mit Personen belegten Räume verhindert wird. Die gesamte Kompakteinheit ist aus korrosionsträgem oder -stabilen Material gefertigt. Die Regelung der Ozonerzeugung oder Erzeugung von aktiviertem Sauerstoff in der Kompakteinheit erfolgt dabei so, dass nach dem Sorbtionskatalysator ein VOC-Sensor (7) zur Ermittlung der noch vorhandenen Geruchslast angebracht ist und ein entsprechendes Messsignal an die Reglung abgibt.
Die sicherheitstechnische Schaltung zur Vermeidung von Rückschlägen an aktiviertem Sauerstoff in die von Personen belegten Räume wie Küchen erfolgt dabei so, dass ein zeitlich versetztes Zu- und Abschalten mit dem Abluftventilator in der Form erfolgt, als bei Anlauf der Anlage zunächst der Abluftventilator seine volle Betriebslast erreicht und dann die Ozon- oder Sauerstoffaktivierungseinheiten zugeschalten werden. Beim Abschaltend der Anlage wird zunächst die Ozon- oder Sauerstoffaktivierungseinheit abgeschalten und in Folge der Abluftventilator.
Diese Ausführung gibt die Gewähr, dass bei Verwendung von Ozon-Erzeugungseinheiten oder Sauerstiffaktivierungseinheiten auf Basis elektrischer Entladungen, wie beispielsweise Kaltplasma oder dielektrisch behinderte Entladungen, bei anstehenden hohen Belastungen der Abluft mit brandbeschleunigenden Aerosolen oder explosionsgefährdenden Stoffen eine Brandauslösung durch diese Einheiten verhindert wird.

1: Abluftkanal
2: Abzugshaube
3: Fettabscheidefilter
4: Feinfilter
5: Ozon- oder Sauerstoffaktivierungseinheit
6: Regeleinheit
7: VOC-Sensor
8: Ozon-Sensor
9: Sensor zur Erfassung von Ablagerungsstärken auf Oberflächen
10: Leistungsteil
11: Ventilator
12: Stellgröße
13: Sorbtionskatalysator
14: Feuerschutzabschluß
15: Zuluftgerät
16: Kompakteinheit

Claims

Verfahren und die Anordnung von Systembaugruppen zur Reduzierung von VOC-Lasten sowie brandbeschleunigenden Aerosolen in der Abluft, Ablagerungen von Brandbeschleunigern oder geruchsbildenden Stoffen auf Flächen in abluftführenden Teilen und den angeschlossenen Lüftungsanlagen unter Verwendung von aktiviertem Sauerstoff, insbesondere Ozon, dadurch gekennzeichnet, dass eine bedarfsgerechte Erzeugung von aktiviertem Sauerstoff stattfindet, welche eine Reduzierung der Ozonbelastung ausgangsseitig ermöglicht und nach Abbau der Lasten auf den Oberflächen einen Angriff des Oxidativs auf die luftführenden Teilen und damit deren Korrosion reduziert oder verhindert.
Verfahren und Anordnung von dazu benötigten Systembaugruppen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung von Ozon und Sauerstoffionen durch elektrische Felder, Koronarentladungen, Photoionisation, Strahlenionisation, elektromagnetische Wechselfelder, Niedertemperaturplasma, dielektrisch behinderter Entladung oder einer Kombination daraus erfolgt und die gewünschten Leistungsdaten durch ein entsprechend dimensioniertes Gerät oder einer Kombination aus mehreren Geräten, welche über die überlagerte Regelung nach einem Algorithmus einzeln angesteuert werden, erreicht wird.
Verfahren und Anordnung von dazu benötigten Systembaugruppen nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Ozonmenge oder der Menge an aktiviertem Sauerstoff über entsprechende Sensorik zum Erfassen der VOC-Lasten oder der Stärke der Ablagerungen von brandbeschleunigenden Stoffen auf den luftführenden Teilen erfolgt, und eine Rückkopplung auf die Regeleinheit stattfindet.
Verfahren und Anordnung von dazu benötigten Systembaugruppen nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Ozonmenge oder der Menge an aktiviertem Sauerstoff über entsprechende Sensorik in Abhängigkeit von der ausgangsseitig des Abluftkanals gemessenen Ozonstärken und Ionisationsstärken erfolgt.
Verfahren und Anordnung von dazu benötigten Systembaugruppen nach jeweils einem der Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass zur Zwischenspeicherung der brandbeschleunigenden Aerosole oder VOC-Lasten nach den Ozonerzeugungs- oder Sauerstoffaktivierungseinheiten ein Sorbtionskatalysator zur beschleunigten Bildung von -OH Radikalen und zum Ozonabbau eingesetzt ist.
Verfahren und Anordnung von dazu benötigten Systembaugruppen nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Sorbtionskatalysator auswaschbar ist.
Verfahren und Anordnung von dazu benötigten Systembaugruppen nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Ozonerzeugungs- oder Sauerstoffaktivierungseinheiten luftdicht und form- oder kraftschlüssig mit den abluftführenden Teilen verbunden sind.
Verfahren und Anordnung von dazu benötigten Systembaugruppen nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer Kompakteinheit zur Abluftbehandlung als Einbauteil dieses aus korrosionsträgem oder korrosionsfestem Material besteht.
Verfahren und Anordnung von dazu benötigten Systembaugruppen nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung als Steuerung verwendet werden kann.
Verfahren und Anordnung von dazu benötigten Systembaugruppen nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass zur Dedektierung der Belastung der Kanaloberfläche auf Ablagerungen mit brandbeschleunigenden Stoffen als Sensoren optoelektronische Elemente, herkömmliche hochintegrierte mikroelektronische aber auch mikromechanische Sensoren, Systeme der Nanotechnologie, spektroskopische, chemische sowie Biosensoren zum Einsatz kommen und Sensortechnik jeweils dem neuesten Stand der Technik angepasst werden kann.