DE19952618B4

DE19952618B4 - Verfahren zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades von Luftkanalsystemen

Info

Publication number: DE19952618B4
Application number: DE1999152618
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing.habil. Döge; Uwe Dr.-Ing. Franzke; Ralph Dipl.-Ing. Krause
Original assignee: Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Current assignee: Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: DE19952618A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung des Verschmutzungsgrades von Luftkanalystemen, das die Schallabsorbtion im Luftkanalystem als Maß für den Verschmutzungsgrad verwendet, indem
– zunächst mittels einer Schallquelle innerhalb der Wandung des vermeintlich sauberen Kanalsystems an einer Stelle des Kanals, vorzugsweise an dessen Anfang, ein akustisches Signal als Luftschall erzeugt wird, welches an einer beabstandeten Stelle, vorzugsweise am Ende des Kanalsystems, mittels eines Mikrofons empfangen und registriert wird,
– nach einer bestimmten Betriebsdauer die Messung mit dem gleichen Signal wiederholt wird und
– aus der Differenz der empfangenen Signale, nämlich der Erhöhung der Schallabsorption, die Schichtdicke des abgelagerten Staubes im Kanalsystem bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades von Luftkanalsystemen, wie sie insbesondere bei Lüftungs- und Klimaanlagen vorhanden sind.
Das sogenannte Sick-Building-Syndrome wird wesentlich von der Verschmutzung der RLT-Anlagen (Raumlufttechnischen Anlagen) beeinflußt. Deshalb wird seit geraumer Zeit der hygienebewußten Planung, Ausführung und Instandhaltung von RLT-Anlagen besondere Aufmerksamkeit geschenkt.
Insbesondere in Gegenden mit einer hohen Umweltbelastungen oder auch bei schmutzbelasteter Abluft ist trotz eingebauter Filter nach mehr oder weniger langen Betriebszeiten mit erheblichen Verschmutzungen der RLT-Anlagen, und damit auch der Luftkanalsysteme zu rechnen. Verantwortungsbewußte Betreiber solcher Anlagen veranlassen in bestimmten Zeitintervallen eine Reinigung, ohne daß sie hinreichende Erkenntnisse zum tatsächlichen Verschmutzungsgrad der Anlagen haben. Da eine Reinigung jedoch beträchtliche Kosten verursacht und das Innere der Luftkanäle meist schlecht zugänglich ist, hat die Bestimmung des optimalen Zeitpunkts der Reinigung große Bedeutung. Durch die Entnahme von Proben oder visuelle Kontrollen können zwar gewisse Erkenntnisse über den Zustand der Anlage gewonnen werden, aber hier besteht die Gefahr, daß die Entnahme der Proben bzw. die visuellen Kontrollen nicht an den Stellen der höchsten Verschmutzung entnommen werden. Es ist auch bekannt, sogenannte Kanalroboter zur Überwachung der Anlage einzusetzen Deren Einsatz ist jedoch relativ teuer, so daß er heute noch die Ausnahme darstellt.

Aus der Fachliteratur und patentamtlichen Schriften sind dagegen vielfältige Maßnahmen zur Erfassung des Zustandes der Luft im Luftkanalsystem, namentlich im Bereich der Hausgeräte und hier besonders für Dunstabzugshauben, bekannt. Herausragende Lösungen nutzen hierfür kalibrierte Ultraschall-Meßstrecken, so bei spielsweise die im EP 0 603 538 A1 und EP 0 603 539 A offenbarte Dunstabzugshauben. Hier aber auch in weiteren Vorschlägen, die auf die zweckmäßige Einbringung von Ultraschall- Strecken in schmalen Kanälen von Gehäusen (vgl. z. B. DE 195 10 731 A1 ) abzielen, geht es ausschließlich darum, mit einer Meßanordnung, die durch einen Wellensender und einen Wellensensor gebildet wird, den Zustand der Luft sicher zu erfassen und die Meßsignale zur optimierten Betriebssteuerung der Abzugshauben zu nutzen. Der in einem Luftkanalsystem abgelagerte Schmutz kann so nicht ermittelt werden; dies ist aber durchgängig auch keine Aufgabe der genannten Erfindungsvorschläge.

Die Eigenschaften von Ultraschall meßtechnisch zu nutzen, ist hinlänglich bekannt, so beispielgebend auch für Wand- und Schichtdickenmessungen (vgl. J. + H. Krautkrämer: Werkstoffprüfung mit Ultraschall. 5. Auflage, 1986, S. 577). Demgemäß sind Ablagerungen im Inneren von Rohren und dergleichen für die exakte Messung kein Problem, da „die Ultraschallwelle praktisch vollständig an der Grenze, Wand/Ablagerung reflektiert wird und nur die reine Wanddichte gemessen wird." Es wird zwar auf mögliche Störungen im Einzellfall hingewiesen (Rohre aus 14 Cr-1 Si-Stahl), aber gleichzeitig die Empfehlung gegeben, „durch kräftige Hammerschläge den Belag stellenweise abzusprengen, um dort die reine Wanddicke kontrollieren zu können." Eine Lehre, das Problem der Erfindung zu lösen, kann der Fachmann dieser einschlägig bekannten Quelle gleichfalls nicht entnehmen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Methode zur Überwachung des Verschmutzungsgrades von Luftkanalsystemen zu finden, die eine einfache und zuverlässige Kontrolle des gesamten Kanalsystems ermöglicht und nach Möglichkeit auch vom Wartungs-personal der RLT-Anlagen vorgenommen werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Die Unteransprüche enthalten spezielle Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Überraschend wurde gefunden, daß bereits geringfügige, im μm-Bereich befindliche Staubablagerungen im Kanalsystem zu Veränderungen des Schallabsorptions- bzw. Reflexionsverhaltens des Luftkanalsystems führen. Außerdem hat sich gezeigt, daß zwischen Schichtdicke des Staubes und dem Absorptions- bzw. Reflexionsverhalten ein funktioneller Zusammenhang besteht, so daß relativ zuverlässig aus den am Mikrofon empfangenen Signalen auf den Umfang der Verschmutzung geschlossen werden kann.

An folgenden Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert werden:
1. zeigt ein erfindungsgemäß ausgerüstetes Kanalstück
2 zeigt eine Anordnung zur Erfassung des Verschmutzungsgrades an einem Kanalteilstück
3 zeigt den Verlauf des Absorptionsverhaltens in Abhängigkeit von der Schichtdicke des Staubes Gemäß 1 ist die Schallquelle 1 und das Mikrofon 2 in einem Abschnitt eines Kanalsystems angeordnet, das durch zwei 90°-Krümmer 3 und drei gerade Kanalabschnitte 4 gekennzeichnet ist. Es wurde demnach ein Beispiel gewählt, bei dem nur ein Teil des Kanalsystems auf Schmutzablagerungen untersucht werden soll. Zweckmäßiger Weise wird man einen solchen Teil des Kanalsystems auswählen, an dem repräsentative Ergebnisse für das gesamte Kanalsystem erwartet werden.
Mit der Schallquelle 1 wird z.B. ein breitbandiges Schalldruckspektrum erzeugt, das vom Mikrofon 2 bei einem sauberen Kanalsystem kaum gedämpft aufgenommen wird. Entsprechend der nach einer bestimmten Betriebsdauer erfolgten Staubablagerung werden dann abhängig von der Staubdicke am Mikrofon 2 höhere Dämpfungen gemessen.
Da es sich sowohl bei der Schallquelle 1 als auch dem Mikrofon 2 um empfindliche und relativ teuere Apparaturen handelt, ist es zweckmäßig, diese in nicht näher dargestellte Weise so anzuordnen, daß sie mit wenigen Handgriffen montierbar sind und während des normalen Betriebes nicht am Kanalsystem installiert sind. Die diesbezüglichen Öffnungen sind dann verschlossen.
In 2. ist ein Kanalabschnitt 5 dargestellt, der mit einer Schallquelle 1 und einem Mikrofon 2 zur Reflexionsmessung ausgerüstet ist. Dazu befindet sich die Schallquelle 1 und das Mikrofon 2 in unmittelbarer Nähe in einer Ebene. Der ausgesandte Schall 6 reflektiert an der gegenüberliegenden Kanalwand und gelangt als meßbarer Schall 7 zum Mikrofon 2.
Durch Vergleichsmessung kann auch bei dieser Ausführung auf die Dicke des abgelagerten Staubes geschlossen werden. Mit den Pfeilen 8 ist der Körperschall des Kanalabschnittes 5 angedeutet.
3 zeigt die Abhängigkeit einer aus dem akustischen Signal berechneten absorptionsproportionalen Größe von der Staubbelastung der Kanalwand in g/m². Mit zunehmender Staubablagerung ist ein stetiger Anstieg der Meßgröße zu erkennen, so daß jederzeit die Staubbelastung im Kanal diagnostiziert werden kann.

Claims

Verfahren zur Ermittlung des Verschmutzungsgrades von Luftkanalystemen, das die Schallabsorbtion im Luftkanalystem als Maß für den Verschmutzungsgrad verwendet, indem – zunächst mittels einer Schallquelle innerhalb der Wandung des vermeintlich sauberen Kanalsystems an einer Stelle des Kanals, vorzugsweise an dessen Anfang, ein akustisches Signal als Luftschall erzeugt wird, welches an einer beabstandeten Stelle, vorzugsweise am Ende des Kanalsystems, mittels eines Mikrofons empfangen und registriert wird, – nach einer bestimmten Betriebsdauer die Messung mit dem gleichen Signal wiederholt wird und – aus der Differenz der empfangenen Signale, nämlich der Erhöhung der Schallabsorption, die Schichtdicke des abgelagerten Staubes im Kanalsystem bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des akustischen Signals höher als die äußeren akustischen Einflüsse auf das Kanalsystem ist.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich zur abschnittsweisen Bestimmung des Verschmutzungsgrades Schallquelle und Mikrofon in unmittelbarer Nähe befinden.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere bei langen und verzweigten Kanalsystemen mehrere Schallquellen mit zugeordneten Mikrofonen eingesetzt werden.