Was geschieht wirklich in Filtern, Abscheidern und Luftreinigern?

Warum sind CFD-Analysen von Luftfilter und Aerosol Abscheidern so wichtig und gleichzeitig so komplex?

Partikelbahnen im X-CYCLONE Abscheider
Abb. 1: Die Bahnen von Aerosolen in einem Abscheider

Die Abbildung 1 zeigt eine CFD-Analyse eines X-CYCLONE Aerosol Abscheiders. In dieser Abbildung werden die Strömungsbahnen der Partikel in unterschiedlichen Farben dargestellt, d. h. die unterschiedlichen Farben zeigen den Bereich an, an dem die unterschiedlichen Partikel in Abhängigkeit ihrer Größe (Masse) im Abscheider vom Luftstrom getrennt werden. Dabei ist eine ganz wichtige Erkenntnis, dass sich die luftgetragenen Aerosole (Partikel) nicht immer so wie die Luftströmung verhalten. Wäre das Strömungsverhalten der Luft immer so wie das der der luftgetragenen Partikel, dann wäre der Abscheidegrad jedes Filters und jedes Abscheiders gleich Null! Warum?

Na weil die Luft ja immer einen Weg durch die Filter und Abscheider findet und wäre das bei den luftgetragenen Aerosolen und Partikel auch so, dann würden diese ja auch immer durch den Filter oder Abscheider strömen und eben dann nicht gestoppt, also gefiltert oder abgeschieden werden!

Oft ist das Strömungsverhalten der Luft nicht identisch mit dem Strömungsverhalten der luftgetragenen Aerosole!

XCYCLONE Aerosolabscheider im Einsatz
Abb. 2: Hoch effizienter Aerosol Abscheider im Einsatz

Das hört sich logisch an, aber genau auf dieser Tatsache fußen sehr viele Fehlinterpretationen im Bereich der gewerblichen Küchenlüftung und der industriellen Luftreinigung! Viel zu oft wird nämlich „nur“ das Strömungsverhalten der Luft untersucht und dann stillschweigend eins zu eins auf das der luftgetragenen Schadstoffe, wie z. B. Aerosole oder Rußpartikel, übertragen.

Das ist gefährlich und in den meisten Fällen schlicht und einfach falsch. 

Solche undifferenzierten CFD-Analysen, die nur das Strömungsverhalten der Luft untersuchen, mögen für Hersteller von Lüftungs- oder Klimaanlagen ausreichend sein, denn bei derartigen Systemen geht es wirklich nur um die Luftströmung. Bei einem System zur Luftreinigung geht es aber um mehr!

Bei gewerblich und industriell genutzten Luftreinigern, Abscheidern, Filtern, Erfassungshauben und ähnlichen Systemen, geht es gar nie „nur“ um ein möglichst effizientes und komfortables Lüften, sondern eben auch um ein sehr effizientes Reinigen der Abluftströme, also um ein äußerst effizientes Trennen von luftgetragenen Schadstoffen, wie Aerosolen oder Partikeln. 

Dies ist der Part, der oft sehr aufwendig ist, sehr aufwendig ist bei der messtechnischen Erfassung, sehr aufwendig in der Forschung und Entwicklung und auch sehr aufwendig im Nachweis der Funktion. Genau deshalb machen um diese Aufgaben, viel zu viele Hersteller einen sehr großen Bogen und dann wird begonnen anzunehmen, dann wird begonnen zu schätzen und viel zu viele Halbweisheiten verbreitet, ohne jede fundierte wissenschaftlich aufgearbeitete Analyse und Messungen. 

wenn Du etwas nicht messen kannst dann kannst Du es auch nicht verbessern
Abb. 3: „Wenn Du etwas nicht messen kannst dann kannst Du es auch nicht verbessern“ William Thomson 1st Baron Kelvin

Um fundierte Erkenntnisse und Ergebnisse zu erhalten, muss beispielsweise analysiert und untersucht werden, wie sich die luftgetragenen Partikel verhalten. Es reicht nicht aus, nur zu untersuchen, wie die Luftströmung in einem Abscheider, Filter oder Luftreiniger sich verhält! 

Eine solch differenzierte Untersuchung erfordert aufwendige Messtechnik und macht eine CFD-Analyse äußerst aufwendig, denn es reicht in gar keinem Fall aus, wie oben erläutert beispielsweise nur die Luftströmungen in einem Ölnebelabscheider oder Filter zu analysieren. Alleinig das erstellen eines geeigneten CFD Simulationsmodell ist ein sehr hoher Aufwand und benötigt sehr viel Erfahrung.

CFD Simulationsmodell eines Aerosol Abscheiders
Abb. 4: Vom CAD Model zum CFD Simulationsmodell

Deshalb führen wir einerseits komplexe CFD-Analysen von unseren Systemen durch und validieren diese Analysen dann in der Praxis noch zusätzlich, mit einer aufwendigen Partikelmesstechnik. All dies führt dann in der Summe zu äußerst effizienten Abscheidern, wie auf der Abbildung 2 von oben zu erkennen. Sollten Sie hierzu Anmerkungen, Fragen und weiteres Interesse haben, kontaktieren Sie Sven Rentschler unter ceo@reven.de.