DE202020004128U1 - Mobile Luftreinigungsanlage für vierstufige Reinigung von Umgebungsluft - Google Patents
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Abstract
Die Luftreinigungsanlage ist vierstufig aufgebaut.
Description
- Das weltweite Gesundheitsrisiko durch die Verbreitung von Viren und Bakterien über die Luft steigt - nicht nur während einer Pandemie wie während des Virusausbruchs SARS-CoV-2 im Jahr 2020. Saubere Luft wird immer wichtiger, da verschmutzte Luft ein echtes Gesundheitsrisiko für alle darstellt. Da wir etwa 90% unserer Zeit in geschlossenen Räumen und Gebäuden verbringen, kann das ständige Einatmen verunreinigter Raumluft zu schweren Lungenerkrankungen oder sogar zu Krebs führen.
- Das Aufeinandertreffen von großen Menschenmengen, nicht in nur Zeiten von Epidemien wie zum Beispiel der Coronakrise, löst bei vielen Menschen Ängste und Sorgen aus. Dies kann dazu führen, dass Menschansammlungen vermieden werden und das kulturelle Leben darunter leidet. Kinder und Erwachsene werden verpflichtet, in Schul- und Besprechungsräumen Infektionsschutzmasken zu tragen. Dies reduziert das Interesse, an freiwilligen Veranstaltungen teilzunehmen, und führt bei Pflichtveranstaltungen zu verminderter Aufmerksamkeit und ggf. sogar zu Gesundheitsbeeinträchtigungen.
- Um die verordneten Grenzwerte in der Luft von öffentlichen, geschlossenen Räumen einzuhalten und die Luft aufzubereiten, planen wir die Entwicklung einer mobilen Luftreinigungsanlage für vierstufige Reinigung von Umgebungsluft.
- Die WHO Richtlinie [1] definiert den Grenzwert für PM10 im 24Stundel-Mittel bei 50µg/m3. Diese Konzentration darf in Deutschland gemäß der 39. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (39. BlmSchV) nicht öfter als 35 mal im Jahr überschritten werden. Gleichzeitig legt die 39.BlmSchV einen absoluten Grenzwert von 40µg/m3 für PM10 fest [2]. Diese Grenzwerte gelten prinzipiell für die Konzentrationen im Außenbereich. Messungen an U-Bahnstationen haben gezeigt, dass die dort vorliegenden Konzentrationen um ein Vielfaches höher sind [3]. Die hohen Werte ergeben sich aufgrund der unterirdischen Lage und des begrenzten Luftaustauschs mit der Umgebung. Quellen für Partikel und gasförmige Schadstoffe sind Bremsabrieb der U-Bahn, eingetragene Schmutzpartikel, die durch die U-Bahn erzeugte Strömung wieder aufgewirbelt werden und die Wartenden selbst, besonders zur Hauptverkehrszeit.
- Die Idee der Anlage...
- Unser Filter verbessert die (Raum)-Luftqualität, indem feste Verunreinigungen gefiltert, gasförmige Schadstoffe abgeschieden und alle schädlichen Mikroorganismen neutralisiert werden.
- Die Lösung für einen Wartebereich soll darin bestehen, dass wir einen unsichtbar abgegrenzten Raum - die Frischluftzelle - mit Hilfe von Luftschleiern und einem geringen Überdruck kreieren. Luft wird größtenteils aus der Umgebung und teilweise auch aus der Frischluftzelle angesaugt und durch die Luftreinigungsanlage von Stäuben, Aerosolen und anderen Inhaltsstoffen gereinigt. Dadurch wird einerseits belastete Umgebungsluft den Qualitätsanforderungen der Frischluftzelle angepasst. Andererseits werden in der Zelle erzeugte Belastungen, z.B. aus der Atemluft von Personen, die sich in der Zelle aufhalten, ebenfalls entfernt.
- Die einzelnen Filterstufen sind wie folgt definiert:
- 1. Stufe: Grobfilter (Vorfilter) zum Zurückhalten großer Gegenstände wie Kunststoffabfälle, Zigarettenstummel, Laub, größere Insekten (Pos. 1,
- 2. Stufe: Elektrofilter zur Abscheidung von Partikeln und Aerosolen im Bereich von unter 1µm bis 10 µm (Pos. 2,
- 3. Stufe: Aktivkohlefilter zur Entfernung von gasförmigen Schadstoffen und Gerüchen (Pos. 3,
- 3.1 Ventilator (
- 3.1a Luft für Schleier (Pos. 5,
- 3.1b Luft für die UV-C Einheit (Pos. 4,
- 3.1 Ventilator (
- 4. Stufe: Sterilisationskammer zum Abtöten von Keimen, Bakterien und Viren mit Hilfe von Ozon und UV-C-Licht (Pos. 4,
- Durch eine geeignete Luftführung und zu entwickelnde, optimale Auslassvorrichtungen wird sichergestellt, dass die Strömungsgeschwindigkeit auf ein für den Wartenden angenehmes Maß reduziert wird. Die gesäuberte Luft kann auch durch Aromen und wohltuende Düfte angereichert werden, die zusätzlich das Wohlbefinden von Körper, Seele und Geist der Personen in der Frischluftzelle verbessern. Weiterhin kann die Technik bzw. der Aromazusatz im Retailbereich eingesetzt werden, um Kaufimpulse zu setzen (auch Sponsoring bzw. als Werbemaßnahme).
- Durch die Verwendung des Luftschleiersystems wird der Raum seitlich abgegrenzt, ohne eine physische Seitenwand zu besitzen. Dadurch ist der Raum optisch unbegrenzt und verhindert den Eindruck des Eingeschlossen seins. Gleichzeitig wird eine klar definierte Abgrenzung zur ungereinigten Umgebungsluft erreicht. Die Luft die für die Luftschleier benötigt wird, besteht zu 100% aus gereinigter Luft.
Im durch die Luftschleier begrenzten Raum herrscht ein leichter Überdruck, was eine Vermischung mit der Außenluft minimiert. Gleichzeitig werden Personen nicht mehr baulich von der Allgemeinheit abgetrennt (ähnlich der Raucherkabine), um frische, saubere Luft zu atmen. Der Wartende muss keinen geschlossenen Raum betreten, welcher häufig mit erhöhtem Infektionsrisiko assoziiert wird - Mit der mobilen Luftreinigungsanlage für vierstufige Reinigung von Umgebungsluft wird eine effiziente Filtereinheit zur Verfügung stehen, mit der z. B. in öffentlichen Bereichen mit hohem Personenaufkommen, an Stellen mit hoher Feinstaub-, Stickoxid- und/oder Keimbelastung die Luft effizient und umweltschonend gereinigt werden kann. Durch den einfachen und leichten Aufbau der Anlage kann die Luftreinigungsanlage binnen kurzer Zeit und mit geringem Aufwand an Verschmutzungsbrennpunkten aufgestellt und als Frischluftstation in Betrieb genommen werden. Bevorzugte Einsatzgebiete sind stark frequentierte Warte-, Schulungs- oder Gastronomiebereiche sowie verschiedene Zonen bei kulturellen Veranstaltungen (Konzert, Theater, Museen, Tagungen, ...).
- Eine weitere Variante der mobilen Luftreinigungsanlage verzichtet auf die Luftschleier und die Überdachung. Sie soll parallel mitentwickelt werden. Ihr Einbau ist in mobilen, teils raumhohen Einheiten vorgesehen, um zum Beispiel die Luft in Schulen und Gastronomiebereichen in Zeiten von COVID-19 reinzuhalten und die Ansteckungsgefahr zu minimieren. Die Anzahl der Stoßlüftungen kann so reduziert werden, was die Heizkosten und damit den ökologischen Fußabdruck verringert.
- Zum Stand der Technik zur Reinigung der Luft von Partikeln und Aerosolen gehören hauptsächlich zwei verschiedene Technologien - die Gewebefilter einerseits und die elektrostatischen Staubabscheider andererseits.
- Gewebefilter vs. Elektrofilter
- Gewebefilter sind vom Funktionsprinzip her sehr einfach aufgebaut: Eine aus Gewebe, Filz oder ähnlichem Material hergestellte Membran oder Matte liegt im Gasstrom. Die Partikel und Aerosole, die größer sind als die gasdurchlässigen Poren der Membran oder Matte, werden festgehalten oder haften daran an. Die gereinigte Luft strömt durch die Poren. Mit der Zeit setzen sich die Poren durch abgeschiedene Partikel teilweise zu und an der Oberfläche des Filtermaterials bilden sich Ablagerungen, der Filterkuchen. Dadurch können im Verlauf der Verwendung des Filters auch Partikel mit kleinerem Durchmesser als die Porengröße abgeschieden werden. Der Druckabfall an diesen Membranen oder Matten ist relativ hoch und steigt mit dem Verschmutzungsgrad stark an, weil die festgehaltenen Partikel die Poren verengen oder verstopfen. Eine Reinigung der Membranen oder Matten ist bis zu einem gewissen Grad möglich, indem man sie ausklopft oder die Partikel durch Druckluftstöße oder mit einem Gegenstrom wieder aus der Membran oder Matte entfernt. Langfristig muss die Membran oder Matte jedoch immer wieder erneuert werden. Es entstehen somit regelmäßige Kosten für Neukauf und Entsorgung der beladenen Filtermatten.
- Elektrostatische Staubabscheider sind technisch komplexer. Sie bestehen aus Elektroden und Kollektorplatten zur Anlagerung der abzuscheidenden Partikel, die Gassen bilden, durch die das zu reinigende Gas strömt. Die Elektroden werden mit positiver oder negativer Spannung beaufschlagt, während die Kollektorplatten geerdet sind und damit als entgegengesetzt geladener Pol fungieren. Dadurch entstehen starke elektrostatische Felder in den Gassen, die Partikel werden elektrostatisch aufgeladen und lagern sich dann an die jeweils entgegengesetzt geladenen Elektroden an. Die elektrostatischen Felder werden mit einer Hochspannungsquelle erzeugt. Im Unterschied zur klassischen Reinigungsmethode durch Abklopfen oder Abspülen mit Wasser erfolgt die Reinigung der Elektroden im neu entwickelten Filter durch Abbürsten. Dazu ist am Elektrofilter ein Bürstenkopf (ähnlich eines Lamellenkamms) installiert. Mit diesem wird der Elektrofilter nach einem gewissen Zeitraum, den ein Indikator optisch und oder auch akustisch anzeigt, automatisch oder nach Kundenwunsch manuell gereinigt. Durch diese Reinigung werden die abgeschiedenen Partikel von den Kollektorplatten entfernt und können entsorgt werden. Dieser Müll ist gesundheitlich unbedenklich und enthält nachgewiesener Maßen keine Schadstoffe in höheren, als den gesetzlich für allgemeinen Müll zugelassenen Konzentrationen.
- Durch die offene Struktur, deren Abmessungen um Größenordnungen über der Korngröße der abzuscheidenden Partikel oder Aerosole liegen, ergibt sich ein nur sehr geringer Druckabfall. Das bedeutet, die eingesetzte Lüftungstechnik kommt mit relativ geringen Leistungen aus [4]. Zusätzlich ist der Druckabfall, anders als bei Gewebefiltern, im Prinzip unabhängig vom Verschmutzungsgrad des Staubabscheiders. Der Lebensdauer eines elektrostatischen Staubabscheiders sind keine systematischen Grenzen gesetzt und für die Abscheidefähigkeit gibt es keine systematische Grenzkorngröße.
- Im Bereich der Straßentunnel hat FILTRONtec zur Reinigung der Luft von Partikeln, Aerosolen und Stickoxiden bereits die Patente
EP 1 039 963 B1 undDE000019846320C1 .Die darin beschriebene Technik ist der aktuelle Stand der Technik und weltweiter Standard für stationäre Anlagen. - Feinstaub (PM)
- Feinstaub (englisch „particulate matter“ - PM) ist ein Teil des Schwebstaubs und mit bloßem Auge in der Regel nicht erkennbar. Die komplexe Mischung aus festen und flüssigen Partikeln in der Umgebungsluft wird allgemein als PM2,5 und PM10 beschrieben [5]. Diese Partikel, die kleiner als 10 Mikrometer (PM10) bzw. sogar kleiner als 2,5 Mikrometer (PM2,5) sind, sind besonders gefährlich, weil sie ins tief ins Lungensystem eindringen können. Typische vom Menschen verursachte Quellen für PM-Schadstoffe sind Verbrennungsprozesse, industrielle Abgase, der Straßenverkehr (Fahrzeugabgase, Reifen- und Straßenabrieb), Bautätigkeiten und die Landwirtschaft. Feinstaub wird aber auch von natürlichen Prozessen erzeugt, z.B. durch Vulkanausbrüche, Meere, Wald- und Buschfeuer und biologische Prozesse (z.B. Freisetzung von Sporen und Pollen) [6].
- Flüchtige organische Verbindungen (VOC)
- Flüchtige organische Verbindungen (englisch „volatile organic compounds“ - VOC) sind eine komplexe Gruppe gasförmiger Verunreinigungen organischen Ursprungs, die aus Feststoffen und Flüssigkeiten freigesetzt werden. Typische Quellen flüchtiger organischer Verbindungen sind eine große Anzahl regelmäßig eingesetzter Produkte wie Lacke und Farben, Reinigungsmittel, Baumaterialien, Kosmetika, Pestizide und viele mehr. Außerdem werden sie bei unvollständiger Verbrennung und diversen biologischen Prozessen (Fäulnis, Pflanzenstoffwechsel, ...) freigesetzt [6]. VOC lösen diverse schädliche Wirkungen aus, vor allem natürlich bei hohen Konzentrationen. Als besonders störend wird of auch die Geruchsbelästigung empfunden.
- Mikrobiologische Verunreinigungen
- Dies sind in erster Linie Bakterien, Viren und Pilzsporen, aber auch Hautschuppen und Speichel von Menschen oder Tieren. Es gibt viele Quellen wie Abfallbehälter, Haustiere, HLK-Anlagen, Küchen, gefährliche Mikroorganismen in Krankenhäusern usw.
- Literaturverzeichnis
-
- [1] WHO Air quality guidelines for particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide, Global update 2005, Summary of risk assessment
- [2] https://www.umweltbundesamt.de/daten/luft/feinstaub-belastung
- [3] https://www.zeit.de/mobilitaet/2019-04/u-bahnen-feinstaub-luft-lokfuehrer-frankreichgrenzwerte?utm referrer=https%3A%2F%2Fwww.google.com https://www.focus.de/auto/news/abgas-skandal/ueberraschende-messungen-doppeltertagesgrenzwert-soviel-feinstaub-schlucken-sie-in-der-u-bahn id 8932224.html https://www.welt.de/print/welt kompakt/print wirtschaft/article203598940/Feinstaubschleud er-im-Untergrund .html https://www.fr.de/frankfurt/feinstaub-alarm-hauptwache-frankfurt-13653041.html https://www.heute.at/s/in-der-u-bahn-lauert-mehr-feinstaub-als-im-auto-48294017
- [4] Josef von Stackelberg/Manfred Schmoch, Handbuch Elektrofilter, Verlag Springer Vieweg, ISBN 978-3-658-20016-9, Seite 172[4]
- [5] https://www.umweltbundesamt.de/service/uba-fragen/was-ist-feinstaub
- [6] https://www.umweltbundesamt.de/service/uba-fragen/aus-weichen-quellen-stammt-feinstaub
- [7] https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/umwelteinfluesse-auf-denmenschen/chemische-stoffe/fluechtige-organische-verbin dungen
- 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
-
- EP 1039963 B1 [0016]
- DE 000019846320 C1 [0016]
Claims (8)
- Die Luftreinigungsanlage ist vierstufig aufgebaut.
- In der ersten Stufe werden am Eingangsgitter grobe Schmutzteile, z.B. Blätter, Taschentücher, Papierschnipsel, Bananenschalen o.ä., aufgefangen und davon abgehalten, in den nachgelagerten elektrostatischen Staubabscheider zu gelangen. Position Vorfilter (Pos. 1,
- Die zweite Stufe besteht aus einem elektrostatischen Staubabscheider. Er ist zweistufig aufgebaut: In der Ionisationseinheit wird ein starkes elektrostatisches Feld erzeugt. Die Ladungsträger (Elektronen und Ionen) lagern sich an die in der Luft enthaltenen Partikel und Aerosole an und laden diese so positiv oder negativ auf. Anschließend gelangt die Luft mit den geladenen Partikeln und Aerosolen zur Kollektoreinheit, in dem sich ein elektrostatisches Feld befindet. Dort werden die festen und flüssigen Teilchen gemäß ihrer Ladung abgelenkt und lagern sich an der entsprechend entgegengesetzt geladenen Kollektorplatte ab. Position ESP (Pos. 2,
- Die dritte Stufe bildet ein Aktivkohlefilter, der aus der vorgereinigten Luft noch gasförmige Schadstoffe, vor allem Stickoxide und Geruchsstoffe, abscheidet. Position Aktivkohle (Pos. 3,
- Nach dem Ventilator (Pos. 3.1,
- Die vierte Stufe besteht aus einer Kammer, die mit UV-C-Quellen bestückt ist, um die in der durchströmenden Luft befindlichen Keime abzutöten. UV-C Licht ist Licht in einem Wellenlängenbereich von 254 nm und sehr energiereich. Es zerstört bzw. inaktiviert verschiedene Keime (Bakterien, Viren, Sporen) und wird nach dem Stand der Technik u.a. zur Trinkwasserreinigung oder Desinfektion von öffentlichen Verkehrsmitteln verwendet. Position UV-C (Pos. 4,
- Durch die Verwendung des Luftschleiersystems (Pos. 5,
- Wie bereits oben beschrieben, verursacht der elektrostatische Staubabscheider mit seiner strömungstechnisch offenen Bauweise nur einen geringen Druckabfall. Der Aktivkohlefilter (3,
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