Filtertechnik
Filtertechnik
Technik
Filtertechnik
Einleitung Filtertechnik
Die Umgebungsluft ist eine der wichtigsten Lebensgrundlagen für alle Lebewesen auf unserem Planeten. Durch äussere Einflüsse wird das Gleichgewicht der Atemluft erheblich beeinflusst und gestört. Daher ist es wichtig, dass wir in den Räumen mindestens die Gleiche oder bessere Luftqualität haben als in der Aussenluft. Die Filtration ist daher ein gutes mechanisches Trennverfahren, um die Luft zu reinigen und die Luftqualität zu verbessern. Das Ziel ist es, unerwünschte Verunreinigungen in der Luft durch Schadgase, beziehungsweise Staubpartikel zu entfernen.Partikelabscheidung im Filter
Im Gegensatz zur weitverbreiteten Vorstellung, werden nicht nur Partikel im Filter zurückgehalten, die grösser sind als die Porengrösse des Filters, sondern auch jene die kleiner sind. Diese werden aufgrund verschiedener Effekte ebenfalls zurückgehalten. Es werden grundsätzlich vier verschiedene Abscheideeffekte unterschieden: Der Sieb-, Trägheits-, Sperr- und der Diffusionseffekt. Die Abscheidetheorie betrachtet immer nur die einzelne Faser (grauer Punkt) sowie auch das einzelne Staubpartikel (Farbpunkt). Der Siebeffekt (Siebwirkung) hat für unsere Luftfiltration eine kleine Bedeutung. Der Trägheits- und der Sperreffekt weisen grosse Ähnlichkeiten auf, weshalb diese teilweise auch als „Direktabscheidung“ bezeichnet werden. Der elektrostatische Effekt wird zum allgemeinen Verständnis aufgeführt. Dieser Effekt ist mit dem Diffusionseffekt vergleichbar, wird aber künstlich erzeugt und wirkt nur bis an ein physikalisches Maximum danach wird der Staub wieder an die Luft abgegeben.
Siebeffekt > 50/100 μm
Vom Siebeffekt spricht man, wenn der Partikeldurchmesser grösser ist als der Faserabstand. In unseren Bereichen der Luftfiltration sind die Staubpartikel zu 99% kleiner als die Abstände der Fasern, weshalb der Siebeffekt keine besondere Bedeutung hat.
Trägheitseffekt > 1 – 10 μm
Dieser Effekt wird auch „Impaktion“ genannt. Die Ablagerung geschieht durch die „Trägheit“ der Partikel. Diese können der Faser nicht ausweichen, weil sie zu „schwer“ oder eben zu träge sind. Je grösser die Partikel und je höher die Anströmgeschwindigkeiten umso mehr kommt der Trägheits- und Sperreffekt zum Tragen.
Sperreffekt 0,5 – 5 μm
Dieser Effekt wird auch „Interzeption“ genannt. Die Ablagerung kommt immer noch durch eine gewisse Trägheit zustande. Das Partikel fliegt mit dem Luftstrom um die Faser, allerdings ist es immer noch zu träge, um an der Faser vorbei zu kommen und wird schliesslich seitlich an der Faser abgeschieden. Der Übergang vom Trägheitseffekt zum Sperreffekt ist fliessend. Das gleiche gilt auch für den Diffusionseffekt.
Diffusionseffekt < 1 μm
Kleine Partikel werden durch Eigendynamik sowie auch durch Zusammenstösse mit Molekülen bewegt. Es entsteht eine zufällige „Diffusions-Bewegung“ (Schwingung) im Luftstrom. Die Wahrscheinlichkeit an einer Faser abgeschieden zu werden, ist durch diese dauernde Bewegung sehr hoch. Allerdings braucht es dazu in der Tiefe des Mediums viele und sehr feine Fasern. Zudem sollte die Anströmgeschwindigkeit unter 5 cm/s liegen. Ist ein Partikel einmal auf der Faser abgeschieden wird es durch die „van-der-Waals-Kräfte“ (Oberflächenspannung, hervorgerufen durch Molekular-Kräfte, die zwischen neutralen Molekülen wirken) festgehalten. Diese Kräfte sind sehr gross. Eine Abreinigung dieser feinen Partikel ist praktisch unmöglich.
Elektrostatischer Effekt
Elektrostatische Felder werden entweder in Form von Kondensatoren als aktives Filterelement eingesetzt oder es können Fasern von synthetischen Filtermedien bei der Herstellung ausgeprägt werden. Dadurch bildet sich um die Faser bzw. um die Kollektoren ein statisches Feld, welches jeweils geladene Partikel anzieht. Vorgeladene Elektrostatik bei Filtermedien bauen sich während der Einsatzdauer allmählich ab. Äussere Einflüsse können den Effekt begünstigen (trockene Luft) oder schwächen (feuchte Luft).