Unterteilung von Luftfilteranlagen in der technischen Gebäudeausrüstung

Luftfilteranlagen sind ein essenzieller Bestandteil der technischen Gebäudeausrüstung (TGA) und spielen eine Schlüsselrolle bei der Sicherstellung einer gesunden, komfortablen und energieeffizienten Raumluftqualität. In diesem Fachbeitrag werden die Unterteilung von Luftfilteranlagen, relevante Berechnungsformeln, historische Entwicklungen sowie gesetzliche Grundlagen detailliert erläutert.

Grundlagen

Die Unterteilung von Luftfilteranlagen erfolgt in der Regel nach folgenden Kriterien:

Filterklasse: Nach DIN EN ISO 16890 und früher EN 779 werden Luftfilter in verschiedene Klassen eingeteilt. Diese basieren auf ihrer Fähigkeit, Partikel unterschiedlicher Größe aus der Luft zu entfernen.

ISO Coarse: Filter für grobe Partikel, wie Pollen und Staub.
ISO ePM10/ePM2.5/ePM1: Filter für feinere Partikel (z. B. Feinstaub, Ruß).

Bauart:

Flachfilter: Einfach und günstig, vor allem für Vorfiltration.
Taschenfilter: Flexibel einsetzbar mit hohem Staubspeichervermögen.
Schwebstofffilter (HEPA und ULPA): Hochleistungsfilter für Reinräume.

Anwendungsbereich:

Komfortlüftung: Einsatz in Bürogebäuden, Schulen, Wohnhäusern.
Industrieanlagen: Zum Schutz von Maschinen und Prozessen.
Medizinische Einrichtungen: Zum Schutz vor Keimen und Schadstoffen.

Filtermedium: Materialien wie Glasfaser, Synthetik oder Aktivkohle unterscheiden sich in Filtrationsleistung und Haltbarkeit.

Formeln

Berechnung des Druckverlustes:

Der Druckverlust über einen Luftfilter wird häufig mit der Darcy-Weisbach-Gleichung modelliert:

$\Delta p = \frac{\rho \cdot v^2}{2} \cdot \zeta$

$\Delta p$ : Druckverlust [Pa]
$\rho$ : Dichte der Luft [kg/m^3]
$v$ : Strömungsgeschwindigkeit [m/s]
$\zeta$ : Widerstandsbeiwert des Filters

Wirkungsgrad eines Filters:

Der Abscheidegrad wird nach der Partikelgrößenverteilung bestimmt:

$\eta = \frac{C_{\text{vor}} - C_{\text{nach}}}{C_{\text{vor}}} \cdot 100$

$\eta$ : Abscheidegrad [%]
$C_{\text{vor}}$ : Partikelkonzentration vor dem Filter
$C_{\text{nach}}$ : Partikelkonzentration nach dem Filter

Lebensdauerberechnung:

Zur Bestimmung der Lebensdauer kann die Filterbeladung herangezogen werden:

$M = \int_0^t Q \cdot C_{\text{Z}} \, dt$

$M$ : Gesamte Staubbeladung [g]
$Q$ : Luftvolumenstrom [m^3/s]
$C_{\text{Z}}$ : Partikelkonzentration in der Zuluft [g/m^3]

Anwendungsbeispiel

Ein typisches Anwendungsbeispiel ist die Filtration in Bürogebäuden. Die Luftfilteranlage eines modernen Bürokomplexes verwendet:

Taschenfilter der Klasse ISO ePM1 in der zentralen Lüftungsanlage, um Feinstaub und Allergene zu entfernen.
Schwebstofffilter (HEPA H13) in speziellen Bereichen, etwa Serverräumen, um empfindliche Elektronik vor Partikeln zu schützen.

Geschichte des Themas innerhalb Deutschlands

Die Entwicklung moderner Luftfilteranlagen begann in Deutschland im frühen 20. Jahrhundert. Mit dem industriellen Wachstum stieg der Bedarf an sauberer Luft, sowohl für die Gesundheit der Arbeiter als auch für die Prozesssicherheit. Meilensteine:

1930er Jahre: Einführung von Schwebstofffiltern für militärische und industrielle Zwecke.
1970er Jahre: Mit der ersten Energiekrise wurde die Effizienz von Filtrationssystemen ein zentrales Thema.
Ab 2018: Einführung der Norm DIN EN ISO 16890, die eine global einheitliche Bewertung von Luftfiltern ermöglicht.

Vor- und Nachteile

Vorteile:

Gesundheitsschutz: Reduzierung von Schadstoffen und Allergenen.
Energieeffizienz: Verbesserte Systeme senken den Energieverbrauch.
Flexibilität: Große Auswahl an Filterklassen und Bauarten.

Nachteile:

Kosten: Hochleistungsfilter sind teuer in Anschaffung und Betrieb.
Wartung: Regelmäßiger Austausch erforderlich, was Arbeitsaufwand und Kosten verursacht.
Druckverlust: Erhöhter Druckverlust führt zu höherem Energieverbrauch.

Ergänzende und wichtige Gesetze innerhalb Deutschlands

DIN EN ISO 16890: Internationale Norm zur Klassifizierung von Luftfiltern.
Lüftungsanlagenrichtlinie (VDI 6022): Hygienestandards für Lüftungssysteme.
Arbeitsstättenverordnung (ArbStättV): Anforderungen an Luftqualität in Arbeitsstätten.
EnEV/GEG: Energieeffizienzanforderungen für Gebäude, inklusive Lüftungsanlagen.