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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Luftreinigungsanlage, insbesondere
Luftwäscher,
durch die ein Schadstoff enthaltender Abluftstrom von einem Ablufteinlass
zu einem Abluftauslass geführt wird,
wobei im Strömungsweg
zwischen Ablufteinlass und Abluftauslass eine Reinigungsvorrichtung, insbesondere
Waschvorrichtung, angeordnet ist, in welcher der Abluftstrom wenigstens
teilweise von Schadstoffen gereinigt wird.
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Bei
den hier angesprochenen Luftreinigungsanlagen handelt es sich insbesondere
um kompakte, in der Regel senkrecht stehende oder hängend angeordnete
Anlagen, vorzugsweise Luftwäscher,
welche bevorzugt zur Luftreinigung in Tierställen eingesetzt werden.
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Die
insbesondere mittels einer Waschvorrichtung durchgeführte Reinigung
des Abluftstroms führt
in der Regel nur zu einem teilweise von Schadstoffen befreiten Abluftstrom,
welcher an die Umgebungsluft eines Gebäudes, insbesondere Tierstalles abgegeben
wird. Es besteht daher der Bedarf, die Reinigungsleistung einer
solchen Luftreinigungsanlage weiter zu verbessern. Ferner werden
durch derartige Luftreinigungsanlagen auch große Volumen erwärmter Luft
aus dem Gebäude
bzw. Stall an die in der Regel kältere
Umgebungsluft abgegeben, was hinsichtlich der Energiebilanz eines
solchen Gebäudes
bzw. Stalls von Nachteil ist.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Luftreinigungsanlage der genannten
Art derart weiterzubilden, dass die obigen Nachteile verringert oder
vermieden werden können.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass die Luftreinigungsanlage
wenigstens einen mit der Reinigungsvorrichtung in Strömungsverbindung stehenden
Wärmetauscher
umfasst, wobei der Abluftstrom und ein Zuluftstrom getrennt voneinander
durch den Wärmetauscher
durchleitbar sind, derart, dass der Zuluftstrom von seinem Zulufteinlass
zu seinem Zuluftauslass hin erwärmt
und der Abluftstrom zu seinem Abluftauslass hin abgekühlt wird.
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Durch
die Kombination eines Wärmetauschers
mit der Reinigungsvorrichtung bzw. dem Luftwäscher kann dem Abluftstrom
wirksam Wärme
entzogen werden, welche einem von außen kommenden Frischluftstrom
zugeführt
wird, so dass in das Gebäude
bzw. den Stall erwärmte
Frischluft zugeführt
weden kann. Hierdurch wird die Energiebilanz des Gebäudes bzw.
des Stalls verbessert, so dass Energie- und Kosteneinsparungen beim
Heizen des Raums möglich
sind.
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Um
die Luftreinigungsanlage für
einen jeweiligen Einsatzzweck entsprechend zusammenstellen bzw.
dimensionieren zu können,
wird vorgeschlagen, dass sie mehrere miteinander lösbar verbundene Module
umfasst mit wenigstens einem Reinigungsmodul, das die Reinigungsvorrichtung
enthält,
und einem Wärmetauschermodul,
das den Wärmetauscher enthält. Hierdurch
wird es beispielsweise auch möglich,
für eine
noch effizientere Wärmerückführung zwei
Wärmetauschermodule
einzusetzen, so dass die Energiebilanz noch weiter verbessert werden kann.
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Vorzugsweise
ist das Wärmetauschermodul dem
Reinigungsmodul in Strömungsrichtung
des Abluftstroms nachgeschaltet, so dass ein vorzugsweise feuchtigkeitsgesättigter
Abluftstrom dem Wärmetauscher
zugeführt
werden kann.
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Ferner
umfasst die Luftreinigungsanlage vorzugsweise wenigstens ein Ventilatormodul,
welches dazu dient, die schadstoffenthaltende Abluft in die Luftreinigungsvorrichtung
zu leiten, wobei die Abluft mittels des Ventilatormoduls insbesondere
angesaugt wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform umfasst
das Ventilatormodul einen Radialventilator, welcher die angesaugte
Abluft im wesentlichen radial nach außen gegen Innenseiten eines
Gehäuses
der Luftreinigungsanlage, insbesondere des Ventilatormoduls oder/und
des Reinigungsmoduls leitet. Ferner wird vorgeschlagen, dass das
Reinigungsmodul und das Ventilatormodul derart miteinander verbunden
sind, dass in die Luftreinigungsvorrichtung eingeleitete Waschflüssigkeit
wenigstens teilweise durch den Radialventilator ebenfalls nach radial
außen
transportiert wird, derart, dass an der Innenseite des Gehäuses ein
Waschflüssigkeitsfilm
gebildet wird. Natürlich
kann die Anlage auch mehrere Ventilatormodule bzw. Ventilatoren
in einem Modul aufweisen, um ggf. einen höheren Volumendurchsatz zu erreichen.
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Durch
den Radialventilator wird die mit Schadstoffen belastete Abluft über eine
Einlaufdüse angesaugt
und radial stark beschleunigt. Hierdurch werden hohe Differenzgeschwindigkeiten
zu einem Tröpfchenschwall
aus Waschflüssigkeit,
welche in der Regel Wasser, ggf. mit Zusatzstoffen, ist, erzielt, so
dass eine große
Absorptionsleistung erhalten werden kann. Der Strom aus Abluft und
Waschflüssigkeit trifft
aufgrund der radialen Beschleunigung auf die Innenwand des Gehäuses, welche
mit einem Film aus Waschflüssigkeit überzogen
ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise nochmals ein intensiver
Kontakt der Abluft bzw. des Gases mit der Waschflüssigkeit,
so dass Feststoffe (Stäube)
und Schadgasbestandteile in der Waschflüssigkeit gebunden werden können.
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Das
Wärmetauschermodul
ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass durch Kondensatbildung
an abluftseitigen Flächen
des Wärmetauschers
eine weitere Reinigung des Abluftstroms erfolgt. Dabei ist es besonders
vorteilhaft, wenn das Wärmetauschermodul
ferner derart ausgebildet ist, dass im Betrieb der Luftreinigungsvorrichtung
an abluftseitigen Flächen
des Wärmetauschers
ein Biofilm ausgebildet wird, durch den bestimmte Schadstoffbestandteile, insbesondere
Geruchskomponenten, abbaubar sind.
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Die
Anordnung eines Wärmetauschers
in solchen Luftreinigungsanlage ist somit nicht nur vom Standpunkt
der verbesserten Energiebilanz vorteilhaft, sondern führt auch
zu einer verbesserten Reinigung des Abluftstroms. Dabei wirkt einerseits
die im Wärmetauscher
stattfindende Kondensation als zusätzliche Auswaschung von Schadstoffen
aus dem Abluftstrom. Andererseits kann sich durch im Abluftstrom
enthaltene organische Partikel bzw. aufgrund bakterieller Zersetzungsprozesse
enthaltener organischer Zersetzungsprodukte ein Biofilm entlang
den abluftseitigen Flächen
des Wärmetauschermoduls bilden,
wobei durch diesen Biofilm eine Art biologische Reinigung des Abluftstroms
ermöglicht
wird. Dabei wird durch den starken Anfall von Kondensat im Wärmetauscher
das Wachstum des Biofilms begrenzt, so dass die Funktionsfähigkeit
des Wärmetauschers
trotz des an den abluftseitigen Flächen ausgebildeten Biofilms
erhalten bleibt.
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Somit
kann eine Luftreinigungsanlage mit Wärmetauschervorrichtung in vorteilhafter
Weise für die
Reinigung von Abluft aus einem Stall verwendet werden, wobei gerade
diese mit verschiedenen organischen Komponenten, insbesondere Partikel
und Gasen und Bakterien, versehene Stallabluft den Aufbau eines
Biofilms im Wärmetauscher
ermöglicht, wodurch
die Reinigungsleistung der Luftreinigungsanlage bzw. des Luftwäschers noch
verbessert werden kann.
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Das
Reinigungsmodul weist vorzugsweise wenigstens eine Düsenanordnung
auf, durch welche Waschflüssigkeit
in die Luftreinigungsvorrichtung eingesprüht wird. Dabei können je
nach Einsatzzweck Düsen
unterschiedlicher Bauart verwendet werden, um ein optimales Tröpfchenspektrum
bereitstellen zu können
im Hinblick auf eine möglichst
vollständige Reinigung
des Abluftstroms. In diesem Zusammenhang wird ferner vorgeschlagen,
dass die Düsenanordnung
derart ausgebildet ist, dass ein Teil der Waschflüssigkeit
in Richtung von Innenseiten eines Gehäuses der Luftreinigungsvorrichtung,
insbesondere des Ventilatormoduls oder/und des Reinigungsmoduls
gesprüht
wird. Dabei erfolgt im Bereich zwischen dem Ventilator und der Düsenanordnung
eine starke Vermischung von Waschflüssigkeit und Abluft infolge
der Verwirbelung des Abluftstromes, was eine optimierte Reinigung
des Abluftstroms bewirkt.
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Die
verschiedenen Module sind im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet, derart, dass
durch den Zusammenbau mehrerer Module eine rohrförmige Luftreinigungsanlage
gebildet wird. Dabei weist die Luftreinigungsanlage einen im wesentlichen
runden Querschnitt auf, wobei sich der Durchmesser nach der benötigten Leistung,
also dem durch die Luftreinigungsanlage zu fördernden Volumenstrom, richtet.
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Die
Luftreinigungsanlage kann ferner eine Füllkörperpackung aufweisen, die
vorzugsweise im Reinigungsmodul untergebracht ist und in Strömungsrichtung
des Abluftstroms der Reinigungsvorrichtung nachgeschaltet ist, so
dass sie als Flüssigkeitsabscheider
für den
Abluftstrom dient. Die Füllkörperpackung übernimmt
dabei die Funktion, überschüssige Feuchtigkeit
aus dem Abluftstrom durch Tröpfchenbildung
abzuschneiden, so dass ein feuchtigkeitsgesättigter Abluftstrom in Richtung
des Wärmetauschers
weitergeleitet werden kann.
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Die
Schadstoff enthaltende Waschflüssigkeit bzw.
das Schadstoffe enthaltende Kondensat ist aus der Luftreinigungsanlage
abführbar
und vorzugsweise nach einer Wiederaufbereitung der Luftreinigungsanlage
erneut zuführbar.
Hierdurch kann das verwendete Waschwasser mehrfach verwendet werden,
so dass auch diesbezüglich
Einsparungen möglich
sind.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Luftreinigungsanlage
kann ein Reinigungsverfahren für schadstoffenthaltende
Abluft mit folgenden Schritten durchgeführt werden: Einleiten der Abluft
in das Ventilatormodul, vorzugsweise durch Ansaugen der Abluft,
weiterleiten des Abluftstroms in das Reinigungsmodul, in welchem
Reinigungsflüssigkeit
eingesprüht wird,
so dass im Abluftstrom enthaltene Schadstoffe in der Reinigungsflüssigkeit
gebunden werden, Weiterleiten des feuchtigkeitsgesättigten
Abluftstroms vom Reinigungsmodul in das Wärmetauschermodul, in welchem
durch Kondensatbildung an den abluftseitigen Flächen eine weitere Reinigung
des Abluftstroms erfolgt, wobei im Betrieb vorzugsweise ein Biofilm
im Wärmetauschermodul
ausgebil det wird, welcher dem Abluftstrom Schadstoffe, insbesondere
Gerüche,
entzieht, und Ausblasen des gereinigten Abluftstroms aus der Reinigungsvorrichtung
in die Umgebungsluft. Dabei kann durch die Reinigung des Abluftstroms
anfallende, Schadstoffe enthaltende Reinigungsflüssigkeit bzw. anfallendes Kondensat
einer Wiederaufbereitung zugeführt
werden, so dass die wiederaufbereitete Reinigungsflüssigkeit
erneut der Reinigungsvorrichtung zugeführt werden kann.
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Durch
die hier vorgeschlagene Kombination eines Luftwäschers mit einem Wärmetauscher
kann die im Abluftstrom enthaltene Wärme, insbesondere auch der
durch Kondensation von Abluftfeuchte frei werdende Wärmestrom
wenigstens teilweise auf den Frischluftstrom übertragen werden, so dass dem
Gebäude
bzw. dem Stall vorgewärmte
Frischluft zugeführt
werden kann. Ferner können
durch Kondensatbildung im Wärmetauscher
weitere Schadstoffe aus dem Abluftstrom abgeschieden werden. Je
nach Zusammensetzung des Abluftstroms bildet sich im Wärmetauscher
ein Biofilm aus, über
den insbesondere Geruchskomponenten biologisch abgebaut werden können, wobei
der starke Kondensatanfall das Wachstum dieses Biofilms begrenzt,
wodurch die Funktionsfähigkeit
des Wärmetauschers
erhalten bleibt.
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Bei
hohen Außentemperaturen
(> 25°C) steigen
auch die Stallinnentemperaturen schnell an. Das führt insbesondere
in der Schweinemast und bei Zuchttieren zu starken gesundheitlichen
Belastungen mit Leistungsdepressionen und kann sogar zum Kreislaufkollaps
führen.
Aus diesem Grund ist die Zuführung
gekühlter
Luft bei hohen Außentemperaturen wünschenswert.
Bei hohen Außentemperaturen
werden Ställe
in der Regel mit einem um etwa 70% erhöhten Luftdurchsatz belüftet, wobei
die relative Luftfeuchtigkeit im Stall auf etwa 30% sinkt. Im Luftwäscher stellen
sich dann hohe Verdunstungsraten von Waschwasser ein aufgrund der
hohen Temperaturen und der vergleichsweise geringen relativen Luftfeuchtigkeit
im Abluftstrom, so dass die Temperatur des Abluftstromes im Wäschermodul
deutlich abgesenkt wird. Das überträgt sich
im Wärmetauscher
auf den Zuluftstrom, so dass die Zulufttemperatur um bis zu 5°K abgesenkt
werden kann. Der etwas verringerte Abreinigungsgrad durch Verringerung
bzw. Ausbleiben der Kondensation von Abluftfeuchte kann im allgemeinen
bei den hohen Sommerluftraten (erhöhter Luftdurchsatz) und der
damit verbundenen geringeren Geruchskonzentration in der Abluft
in Kauf genommen werden.
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Verallgemeinert
kann die Luftreinigungsanlage, insbesondere der Abluftdurchsatz
durch diese hindurch, abhängig
von der Außentemperatur
betrieben werden. Bei tiefen Außentemperaturen
ist es vorteilhaft, wenn die Abluft einen hohen Feuchtigkeitsgehalt
aufweist und eine möglichst
starke Kondensation im Wärmetauscher
stattfindet, so dass die zugeführte
Frischluft erwärmt
wird. Umgekehrt ist es bei hohen Außentemperaturen vorteilhaft,
wenn die Abluft einen geringen Feuchtigkeitsgehalt aufweist, so dass
in der Luftreinigungsanlage Waschwasser im Abluftstrom aufgenommen
werden kann. Durch Verdunstung des Waschwassers im Wärmetauscher kann
der Abluftstrom dem wärmeren
Frischluftstrom im Wärmetauscher
Wärme entziehen,
so dass zugeführte
Frischluft gekühlt
wird. Die Luftreinigungsanlage kann somit in zwei Betriebsmodi mit
unterschiedlichem Abluftdurchsatz betrieben werden, insbesondere
einem Sommerbetriebsmodus mit hohem Durchsatz und einem Winterbetriebsmodus
mit geringem Durchsatz, wobei sich der Luftdurchsatz insbesondere
am Temperaturunterschied zwischen Innen und Außen orientiert.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme
auf die anliegende Figur beispielhaft und nicht einschränkend beschrieben.
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Die 1 zeigt
einen schematischen und vereinfachten Längsschnitt durch eine Luftreinigungsanlage 10,
welche an ihrer Unterseite eine Ablufteinlassöffnung 12 umfasst,
durch welche mittels eines Ventilators, insbesondere Radialventilators 14 Abluft 16 (angedeutet
durch Pfeile) aus einem Gebäude,
insbesondere Tierstall, angesogen wird. An ihrem oberen Ende weist
die Luftreinigungsanlage einen Abluftauslass 18 auf, durch
welchen gereinigte Abluft 16' die
Luftreinigungsanlage verlässt,
wobei diese Abluftauslassöffnung 18 vorzugsweise
mit der Umgebung des Gebäudes
bzw. Stalls verbunden ist, so dass der gereinigte Abluftstrom 16' außerhalb
des Gebäudes
bzw. Stalls ausgeblasen werden kann.
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Der
Ventilator 14 ist in dieser Ausführungsform als Radialventilator
ausgeführt,
so dass die angesaugte Abluft 16 bezogen auf eine Längsachse
L der Luftreinigungsanlage 10 im wesentlichen radial in Richtung
von Innenseiten 20 des Gehäuses 22 der Luftreinigungsanlage 10 geführt bzw.
beschleunigt wird.
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Oberhalb
des Radialventilators 14 ist eine Düsenanordnung 24 untergebracht,
welche hier durch eine einzelne Einspritzdüse 25 für Wasch-
bzw. Reinigungsflüssigkeit
repräsentiert
ist. Selbstverständlich
kann eine solche Düsenanordnung 24 auch mehrere,
insbesondere auch verschiedenartige Düsen aufweisen, so dass eine
gewünschte
Verteilung von Tröpfchengrößen erzeugt
werden kann. Die von außerhalb
der Luftreinigungsanlage 10 kommende Waschflüssigkeit 26,
die in der Regel Wasser, ggf. mit Zusatzstoffen, ist, wird durch
eine Zuleitung 28 zur Düse 25 geführt und
dort versprüht,
was durch gestrichelte Linien angedeutet ist.
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Durch
den Radialventilator wird die Abluft 16 in radialer Richtung
sehr stark beschleunigt, wodurch hohe Differenzgeschwindigkeiten
zum Tröpfchenschwall
aus Waschflüssigkeit
erzielt werden kann, was zu einer großen Absorptionsleistung führt. Der Strom
aus Abluft und Waschflüssigkeit
trifft auf die Innenseite 20 des Gehäuses 22, wo sich ein
Film 30 aus Waschflüssigkeit
bildet. Hieraus ergibt sich ein intensiver Kontakt der Abluft mit
der Waschflüssigkeit,
wobei Feststoffe (Stäube)
und Schadgasbestandteile in der Waschflüssigkeit gebunden werden.
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Die
mit Schadstoffen beladene Waschflüssigkeit 34 sammelt
sich im unteren Bereich der Luftreinigungsanlage 10 und
wird über
ein Ablaufrohr 32 abgeleitet. Sie wird vorzugsweise zu
einer hier nicht dargestellten Aufbereitungs anlage geführt, so
dass sie wenigstens zu einem großen Teil wiederverwendet werden
kann und der Düsenanordnung 24 erneut zugeführt werden
kann.
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Der
mit Waschflüssigkeit
verwirbelte Abluftstrom 16'' wird durch
den Ventilator 14 nach oben geblasen und trifft auf eine
optionale Füllkörperpackung 36,
die als Tröpfchenabscheider
dient, wobei im Abluftstrom 16'' mitgerissene
Tröpfchen
einschließlich der
darin gelösten
bzw. gebundenen Schadstoffbestandteile sich an der Füllkörperpackung
niederschlagen, zu größeren Tropfen 32' agglomerieren und
dann nach unten abfließen.
Oberhalb der Füllkörperpackung 36 strömt der noch
feuchtigkeitsgesättigte
Abluftstrom 16''' in Richtung eines Wärmetauschers 40.
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Dem
Wärmetauscher 40 wird über einen Frischlufteinlass 42 Frischluft
von außerhalb
des Gebäudes
bzw. des Stalls zugeführt,
und diese Frischluft wird durch einen Frischluftauslass 44 in
das Gebäude
bzw. den Stall eingeleitet. Wie aus der schematischen Darstellung
des Wärmetauschers 40 ersichtlich,
strömen
der Abluftstrom 16''' und der Frischluftstrom 46 in
getrennten Kammern aneinander vorbei, wobei durch die im Wärmetauscher 40 vorhandenen
Wärmetauscherplatten
Wärme aus dem
Abluftstrom 16''' an den Frischluftstrom 46 abgegeben
wird, so dass beim Frischluftauslass 44 ein vorgewärmter Frischluftstrom 46' austritt. Die
im Abluftstrom 16''' enthaltene Wärme, insbesondere auch der
durch Kondensation von Abluftfeuchte freiwerdende Wärmestrom
wird also wenigstens teilweise auf den Frischluftstrom 46 übertragen.
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An
abluftseitigen Flächen 48 des
Wärmetauschers 40 kondensiert
die im Abluftstrom 16''' enthaltene Waschflüssigkeit,
wobei mit dem sich bildenden Kondensat weitere noch im Abluftstrom
befindliche Schadstoffe abgeschieden werden. Ferner kann sich an
den abluftseitigen Flächen 48 des
Wärmetauschers 40 ein
Biofilm ausbilden, über
den bestimmte Schadstoffbestandteile, insbesondere Geruchskomponenten,
biologisch abgebaut werden. Ein solcher Biofilm bildet sich insbesondere
dann aus, wenn der Abluftstrom 16 hohe Anteile an Bakterien,
bakteriellen Zersetzungsprodukten bzw. organischen Gasen enthält. Das
Wachstum eines solchen Biofilms wird dabei in vorteilhafter Weise
durch den starken Kondensatanfall begrenzt, so dass die Funktionsfähigkeit des
Wärmetauschers 40 trotz
Biofilmbildung erhalten bleibt.
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Durch
zwei strichpunktierte Linien 50 ist angedeutet, dass die
Luftreinigungsanlage 10 durch mehrere miteinander lösbar verbundene
Module gebildet ist, hier nämlich
einem Ventilatormodul 52, einem Reinigungsmodul 54 und
einem Wärmetauschermodul 56.
Ein derartiger moduler Aufbau ermöglicht eine dem Einsatzzweck
der Luftreinigungsanlage 10 angepassten Aufbau, wobei es
beispielsweise denkbar ist, dass ein Modul oder mehrere Module mehrfach
vorkommen, sofern dies erforderlich sein sollte. Selbstverständlich ist
es auch denkbar, dass beispielsweise die hier dem Reinigungsmodul 54 zugeordnete
Füllkörperpackung 36 als
ein eigenes Füllkörpermodul
ausgebildet ist, da eine solche Füllkörperpackung nicht zwangsweise
in einer solchen Luftreinigungsanlage vorgesehen sein muss. Die
verschiedenen Module können
turmartig aufeinander gestapelt und in geeigneter Weise miteinander verbunden
werden, so dass die Luftreinigungsanlage 10 insgesamt entweder
aufgestellt oder mittels entsprechender Verbindungsstücke an einer
Innenwand des Gebäudes
bzw. des Stalls aufgehängt
werden kann.
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Die
hier vorgestellte Luftreinigungsanlage 10 eignet sich besonders
für die
Reinigung von Abluft aus Tierställen,
da die dort anfallende Abluft einen hohen Anteil an Bakterien, bakteriellen
Zersetzungsprodukten bzw. organischen Gasbestandteilen enthält, so dass
im Wärmetauscher
der durchaus gewünschte
Biofilm gebildet wird, welcher den Abluftstrom einer biologischen
Reinigung unterzieht. Allerdings kann ein solcher Luftwäscher auch
für andere Räume, in
denen beispielsweise viel Feinstaub anfällt, verwendet werden, wobei
dann allerdings nicht mit der Ausbildung eines Biofilms zu rechnen
ist. Allerdings hat in einem solchen Fall der Wärmetauscher den Vorteil, dass
durch die Kondensatbildung weitere Schwebstoffe im Abluft strom gebunden
und ausgeschieden werden können.
Insgesamt ergibt sich also durch die Kombination von Reinigungsvorrichtung
und Wärmetauscher
eine bessere Reinigung eines Abluftstroms, da nicht nur durch Verwirbelung
von Tröpfchen
im Abluftstrom eine Bindung von Schadstoffen hervorgerufen wird,
sondern auch durch Kondensatbildung im Wärmetauscher. Ferner wird durch
die Aufnahme eines Wärmetauschers
die Energiebilanz deutlich verbessert und es kann gleichzeitig vorgewärmte Frischluft
in das Gebäude bzw.
den Stall eingeleitet werden.