Betriebsverfahren

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrichtung und ein Be triebsverfahren für diese.

Stand der Technik

Weltweit besteht in vielen Ballungszentren das Problem, dass die Umgebungsluft durch Industrieabgase, den Straßenverkehr und private Feuerstätten vor allem bei widrigen Wetterlagen (kein Regen, Inversion, geringe Windgeschwindigkeiten, kein Luftaustausch zwischen Höhenschichten) Grenzwerte für Feinstaub und/oder Schadgase wie Ozon, NOx, CO um ein Vielfaches überschritten werden können. Maßnahmen, die zu einer Reduktion der Schadstoffkonzentrationen führen, können entweder in der Vermeidung oder Reduzierung von Emissionen und/oder der Abscheidung dieser Schadstoffe aus der Umgebungsluft liegen.

Es ist ein bereits im Stand der Technik dokumentierter Ansatz, stationär montierte Umgebungsluftreiniger zur Abscheidung von Luftschadstoffen einzusetzen. Solche Geräte verfügen in der Regel über ein durchströmbares Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass, in dem ein Gebläse und ein Filter angeordnet sind, wobei es sich bei den Filtern um klassische Filterelemente aus porösen und für Luft durchlässigen Filtermedien und/oder um Elektroabscheider handeln kann. Die Umgebungsluftreiniger werden vorteilhaft an Orten mit lokal erhöhrter Schadstoffkonzentration aufgestellt, etwa im Außenbereich als auch im Innenbereich, Tunneln, unterirdische Bahnhöfen, Bushalte stellen etc.

Umgebungsluftreiniger, die in erster Linie Feinstäube adressieren sind beispielsweise aus der DE 20 2016 102 373 U1 in Form einer Werbesäule oder FR 27 87 175 A bekannt.

Ferner ist aus der W01721661 1 A1 eine Umgebungsluftreinigungsvorrichtung mit meh reren Filterstufen bekannt, mittels der neben PM10-Feinstäuben auch Schadgase wie Stickoxide (NOx), insbesondere Stickstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid und/oder Schwefeloxide gefiltert werden können. Nach welchem Abscheideprinzip die Schadgase aus der Luft entfernt werden sollen bleibt dort offen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Umgebungsluftreinigungsvorrichtung zu schaffen, die sich durch ihre Fähigkeit auszeichnet, sowohl Feinstäube (insbesondere PM10) als auch Schadgase, insbesondere Stickoxide, wirksam aus der Luft abzuscheiden und hierbei besonders energieeffizient betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Umgebungsluftreinigungsvorrichtung mit den Merk malen des Anspruchs 1 .

Darüber hinaus ergibt sich die Aufgabe, ein Betriebsverfahren zu schaffen, welches es ermöglicht, eine erfindungsgemäße Umgebungsluftreinigungsvorrichtung unter einem re alen Einsatzszenario technisch sinnvoll und wirtschaftlich zu betreiben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des An spruchs 15.

Bevorzugte Weiterbildungen werden durch die jeweiligen abhängigen Ansprüche ange geben.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrich tung zur Entfernung von Stäuben, insbesondere Feinstaub, und Schadgasen, insbeson dere Stickoxiden, aus der Umgebungsluft ausgebildet und weist ein Gehäuse mit zumin dest einer Strömungseintrittsöffnung und zumindest einer Strömungsaustrittsöffnung auf. Zwischen der Strömungseintrittsöffnung und der Strömungsaustrittsöffnung ist ein Fil terelement angeordnete. Ferner weist diese eine Luftstromerzeugungsvorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, einen Luftstrom von der Strömungseintrittsöffnung durch das Filterelement zu der Strömungsaustrittsöffnung zu erzeugen, wobei das Filterelement zu mindest einen Filterbalg aus einem gefalteten Kombifiltermedium aufweist, das zumin- dest eine Partikelfilterlage und zumindest eine Aktivkohlelage aufweist, die auf der Parti kelfilterlage angeordnet ist, wobei die Aktivkohlelage Aktivkohlepartikel aus einem Aktiv kohlematerial aufweist. Die Aktivkohlelage hat ein Flächengewicht von 200 bis 1200 g/m ² und das Kombifiltermedium ist elektrostatisch aufgeladen und die Partikelfilterlage des Kombifiltermediums weist eine Luftdurchlässigkeit bei 200 Pa von zumindest 300 l/m ² s auf.

Bevorzugt liegt die untere Grenze für das Flächengewicht der Aktivkohlelage bei 350 g/m ² .

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung beträgt die Luftdurchlässigkeit der Partikelfilter lage des Kombifiltermediums bei 200 Pa zumindest 800 l/m ² s, stärker bevorzugt zumin dest 1500 l/m ² s. So ist ein noch geringerer Druckverlust erzielbar, während aufgrund der Elektreteigenschaften des Kombifiltermediums eine dennoch gute Abscheideleistung er reicht werden kann.

Durch die elektrostatische Aufladung der Partikelfilterlage handelt es sich bei dieser um eine so genannte Elektretfilterlage.

Im Bereich der Raumluftfilter sind elektrostatisch geladene Filtermedien bekannt. Die La dung und damit Wirksamkeit der elektrostatischen Partikelabscheidung baut sich jedoch im Laufe der Betriebszeit ab. In bisher bekannten Umgebungsluftreinigungsvorrichtungen zur Abscheidung von PM-Fraktionen werden zur Sicherstellung einer über einen mög lichst großen Zeitraum gleich bleibend hohen Abscheideleistung bisher keine elektrosta tisch geladenen Filtermedien eingesetzt, sondern ausschließlich Filtermedien, die auf mechanischer Abscheidung beruhen (so genannter Sperreffekt).

Lösungen zur Feinstaubabscheidung aus der Umgebung nach dem Stand der Technik, insbesondere PM 10, nutzen häufig Mikroglasfasermedien oder Polymerfasermedien in relativ hoher Faser-Packungsdichte und einer Luftdurchlässigkeit < 300 l/m ² s bei 200 Pa. Bezogen auf ein V-Zellen-Filtermodul mit standardisiertem Rastermaß (Querschnitt von 600 mm x 600 mm) und einem Volumenstrom von 3.400 m ³ /h ergäbe sich mit einem solchen Filtermedium (nur Partikelfiltration) damit ein Druckverlust von ca. 150 Pa und mithin eine Strömungsverlustleistung von 142 W. Unter Annahme eines für Kleinventila toren üblichen Wirkungsgrad von <=50 % resultiert ein elektrischer Leistungsbedarf von ca. 300 W.

Der Leistungsbedarf, der erforderlich wäre, um eine kombinierte PM10 und N02 Reduk tion zu erzielen, würde bei Verwendung der oben beschriebenen Technologie mit hoch- abscheidendem Filtermedium mit geringer Luftdurchlässigkeit deutlich über 300 W pro V- Zellen-Filtemnodul hinausgehen, da zusätzliche Strömungsleistung erforderlich ist, um die Strömung durch eine zur Adsorption von NO2 vorgesehen Aktivkohleschicht zu för dern. Der zusätzliche Druckverlust bei Verwendung eines Kombinationsmediums aus hochabscheidender Partikelfilterlage (bspw. mit PM10 Abscheidung > 80 %) und Aktiv kohlelage resultiert aus dem zusätzlichen Druckverlust bei Durchströmung der Aktivkoh lefilterlage sowie der durch die notwendige Reduzierung der Faltenzahl erhöhte Filterflä chenbelastung. Die Faltenzahl ist bei einem Kombinationsfiltermedium mit einer mehr als verdoppelten Filtermediendicke etwa um 50 % zu reduzieren. Für den Betrieb des oben genannten V-Zellen-Filtemnoduls ergäbe sich ein Leistungsbedarf von ca. 800 W (2 x (300 W + 100 W für Aktivkohlelage)).

Gemäß der Erfindung ist nun jedoch vorgesehen, ein vergleichsweise„offenes“ Partikel filtermedium (Luftdurchlässigkeit > 300 l/m2 h bei 200 Pa, insbesondere > 800 l/m ² s, be vorzugt sogar > 1500 l/m ² s) einzusetzen, welches elektrostatisch aufgeladen ist, wodurch der Druckverlust der Partikelfilterlage gering gehalten werden kann. Konkret kann dieser ca. auf 1/3 des o.g. Wertes gesenkt und der Leistungsbedarf für den Betrieb eines V- Zellen-Filtemnoduls dadurch um 50 % auf ca. 400 W reduziert werden (2 x (100 W für Partikelfilterlage + 100 W für Aktivkohlelage)).

Zur Sicherstellung eines hohen PM10 Abscheidegrades von beispielsweise > 80 % nutzt die erfindungsgemäße Lösung nun das Zeitverhalten des Fraktionsabscheidegrades der elektrostatisch wirkenden Partikelfilterlage (Elektretfilterlage) im Zusammenspiel mit der Gasdurchbruchscharakteristik der Aktivkohlefilterlage aus. Durch die - im Vergleich zur reinen Feinstaubabscheidung - deutlich kürzeren Serviceintervalle der Aktivkohlefilter lage wird die Elektretfilterlage immer im optimalen Funktionsbereich betrieben, in dem der initiale elektrostatische Abscheideeffekt noch weitgehend erhalten ist und eine PM10 Abscheidung > 80 % gewährleistet ist.

Die erfindungsgemäße Umgebungsluftreinigungsvorrichtung ist dazu vorgesehen, im öf fentlichen Außen- oder Innenraum, etwa an innerstädtischen Schadstoff-Hotspots, ins besondere in unmittelbarer Nähe eines Fahrwegs, aufgestellt zu werden.

Die Luftdurchlässigkeit der Partikelfilterlage beträgt in einer bevorzugten Ausführung bei 200 Pa zumindest 2000 l/m ² s, am meisten bevorzugt werden sogar noch höhere Werte. Hinsichtlich des Flächengewichts der Aktivkohleauflage wird ein Bereich zwischen 200 und 1200 g/m ² als technisch sinnvoll angesehen, da hier ein vorteilhaftes Verhältnis zwi schen dem Druckverlust und der vorgehaltenen Adsorptionskapazität besteht.

Die sich bei einer Aktivkohlelage mit hierin spezifiziertem Flächengewicht und einer Par tikelfilterlage mit hierin spezifizierter Luftdurchlässigkeit ergebende Dicke des Kombifil termediums beträgt etwa 1 ,5 bis 3,5 mm. Das sich hieraus ergebende Flächengewicht des Kombifiltermediums (inkl. Aktivkohle) wird in einem Bereich zwischen 400 und 1200 g/m ² liegen.

Filtermedien, welche sowohl eine Partikelfiltrationsfunktion als auch eine Adsorptions funktion haben werden üblicherweise als Kombifiltermedien bezeichnet. Die Aktivkohle partikel sind bevorzugt bezüglich der Partikelfilterlage immobilisiert, etwa durch Schmelz kleberfäden, welche bei der Herstellung des Kombifiltermediums als dünnes Netzwerk aufgebracht werden.

Die Aktivkohlelage selbst kann bevorzugt auch eine Mehrzahl von verschiedenen Aktiv kohlen aufweisen, welche jeweils ein unterschiedliches Zielgasspektrum haben können. Insbesondere können imprägnierte Aktivkohlen zum Einsatz kommen, bevorzugt basisch imprägnierte Aktivkohlen. Es können aber auch imprägnierte Aktivkohlesorten mit nicht imprägnierten, wasserdampfaktivierten Standardkohlen in einer Schicht gemischt einge setzt werden oder diese werden in aneinander angrenzenden Schichten aufgebracht. Das Rohmaterial der Aktivkohlen sind meist Kokosnussschalen, welche in einem Dreh- rohrofen oder in einem Wirbelschichtreaktor wasserdampfaktiviert werden. Mögliche Im prägniermittel, je nach Zielgasspektrum, sind beispielsweise Natriumhydroxid, Kalium hydroxid und/oder Kaliumcarbonat.

Als vorteilhafter Effekt des Einsatzes von Aktivkohle in der erfindungsgemäßen Umge bungsluftreinigungsvorrichtung ergibt sich eine signifikante Reduktion des Ozongehalts in der Umgebungsluft (je nach eingesetzter Kohlesorte bis zu 99 %), wodurch, da Ozon ein starkes Oxidationsmittel ist, ein natürliches Gleichgewicht von Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid dahingehend verlagert wird, dass ein vergleichsweise größerer Anteil Stickstoffmonoxid vorhanden ist, welches erstens für den menschlichen Körper weniger schädlich ist und zweitens daher nicht durch den Filter adsorbiert werden muss.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann die in der Aktivkohlelage vorgesehene Ak tivkohlemenge derart ausgelegt sein, dass deren Adsorptionskapazität für ein vorbe stimmtes Schadgas, insbesondere ein Stickoxid, bei einer vorbestimmten Schadgaskon zentration in der Umgebungsluft erschöpft ist bevor die durch die elektrostatische Ladung des Kombifiltermediums hervorgerufene Abscheidewirkung einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet, wobei der vorbestimmte Schwellwert insbesondere min destens 50 % der ursprünglichen Abscheideleistung im Neuzustand für NaCI-Partikel der Fraktion 0,3 pm bei 0,2 m/s gemäß DIN71460-1 nach einer Betriebsdauer von 4 Wochen beträgt oder alternativ eine ePM10 Effizienz gemäß ISO16890 von mindestens 50 % im Vergleich zum Neuzustand.

Hierin liegt der Kerngedanke der Erfindung: Aufgrund des Einsatzes einer Partikelfilter lage mit vergleichsweise hoher Luftdurchlässigkeit, welches elektrostatisch geladen ist, und der Anpassung der„Standzeit“ der Aktivkohlelage auf einen maximal sinnvoll unter Beibehaltung der elektrostatischen Abscheidewirkung möglichen Betriebszeitraum des Partikelfiltermediums ergibt sich ein besonders energiesparender Betrieb der erfindungs gemäßen Vorrichtung und damit eine reale Praxistauglichkeit. In einer noch weiteren Ausführungsform kann das Aktivkohlematerial eine NO _x -Adsorpti- onskapazität nach 3h, insbesondere bei einer Probenmenge von 1 g und einem Volu menstrom von 12 l/min, gemäß ISO 1 1 155-2 bei 30 ppm NO _x -Konzentration zwischen 20 und 200 mg/g aufweisen, insbesondere zwischen 50 bis 150 mg/g.

Die Prüfgaskonzentration von 30 ppm wird bewusst hoch gewählt, um die Adsorptions kapazität der Aktivkohle in einer wirtschaftlich vertretbaren Zeitspanne unter Laborbedin gungen bestimmen zu können. Bei für hochbelastete verkehrsnahe Gebiete typischer weise auftretenden Konzentrationen um 50 ppb ergäbe sich ein Vielfaches der Messzeit bis zum Erreichen der Sättigungskapazität, welche bei der genannten Konzentration ins besondere im Bereich 10-100 mg/g zu erwarten ist, da sich bei geringerem NO _x -Partial- druck im Prüfgas die Sättigungskapazität der Aktivkohle verringert, der Gasdurchbruch jedoch im Vergleich zu einer höheren Gaskonzentration geringer ist.

Eine weitere, ebenfalls bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Filterelement ein V-Zellenelement ist, das zumindest sechs, bevorzugt zumindest acht, jeweils V-förmig zueinander angeordnete Filterbälge aufweist (die einzelnen V-Zellen), die insbesondere von einem gemeinsamen Rahmen gehalten werden. Diese Filterelementkonfiguration hat sich für den Einsatz in einer stationären Umgebungsluftreinigungsvorrichtung als beson ders vorteilhaft erwiesen, da eine besonders große Filterfläche bei einem geringem An- strömflächenquerschnitt untergebracht werden kann.

Die Filterfläche eines einzelnen Balgs kann hierbei etwa 0,5 bis 2,5 m ² betragen, bevor zugt 1 bis 1 ,6 m ² , so dass sich bei acht Einzelbälgen Filterflächen der Vorrichtung zwi schen 4 und 20 m ² ergeben. Die Abmessungen der Einzelfilterbälge des V-Zellenele- ments können dabei beispielhaft wie folgt ausgelegt sein:

Länge: 250 - 600 mm

Breite 250 - 600 mm

Höhe: 20 - 50 mm

Faltenhöhe: 20 - 50 mm

Faltenabstand: 4 - 12 mm Ferner kann das Kombifiltermedium zumindest eine weitere Lage aufweisen, die insbe sondere auf einer der Partikelfilterlage abgewandten Seite der Aktivkohlelage angeordnet ist.

Bei der weiteren Lage kann es sich insbesondere um eine Trägerlage handeln, bezüglich der die Aktivkohlepartikel der Aktivkohlelage immobilisiert sind; dies kann durch Schmelz kleberfäden, welche bei der Herstellung des Kombifiltermediums als dünnes Netzwerk aufgebracht werden, erfolgen. Die Trägerlage kann insbesondere eine Luftdurchlässig keit bei 200 Pa von größer als 3000 l/m ² s und/oder ein Flächengewicht zwischen 25 g/m ² und 75 g/m ² aufweisen. Die Luftdurchlässigkeit der Trägerlage ist erfindungsgemäß grö ßer als die Luftdurchlässigkeit der Partikelfilterlage. Die Trägerlage wird bevorzugt an- strömseitig angeordnet, sodass sich dadurch bereits bevor die Luftströmung die Aktiv kohle und die Partikelfilterlage erreicht eine gewisse Vorabscheidung ergibt, welche dazu beitragen kann, die Standzeit in der Partikelfilterlage zu erhöhen bzw. deren elektrostati sche Aufladung länger aufrecht zu erhalten, insbesondere, da in der Trägerlage auch Wassertropfen zurückgehalten werden, welche für die elektrostatische Ladung schädlich sind. Bei der Trägerlage kann es sich um sehr luftdurchlässige spinngelegte Medien und/oder Spinnvliese handeln.

Gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Partikelfilterlage ein Spinnvliesmaterial, insbesondere Polyethylenterephthalat- oder Polypropylen-Spinn- vliesmaterial, und/oder ein Nadelvliesmaterial, insbesondere ein Polypropylen- oder Po- lyethylenterephthalat-NadelvIies, und/oder eine Meltblownlage aufweisen und/oder ein Mehrkomponentenfasermaterial, insbesondere mit Bikomponentenfasern mit einer Po lypropylen/Polyacrylnitril-Komponente aufweisen.

Konkret kann die elektrostatisch geladene Partikelfilterlage (Elektretfilterlage) wie folgt aufgebaut sein:

(a) PET-Spinnvlies (10 - 40 g/m ² ) + Meltblownlage (10 - 60 g/m ² ) oder

(b) PP/PAN-Bikomponentenfasern + PP-Spinnvlies (10 - 30 g/m ² ) + PP/PAN-Nadelvlies (15 - 100 g/m ² ) (c) Ein- oder mehrlagiges Spinnvlies aus Bikomponentenfasern PP/PP (30 - 120 g/m ² ), insbesondere mit einem PP-Homopolymer und einem Metallocen-Polypropylen.

Alternativ oder zusätzlich können die Aktivkohlepartikel des Aktivkohlematerials eine Korngröße von 10 bis 80 mesh, insbesondere 30 bis 60 mesh, aufweisen und/oder das Aktivkohlematerial eine BET-Oberfläche von 500 bis 1500 m ² /g aufweisen.

In einer noch weiteren Ausführungsform kann die Umgebungsluftreinigungsvorrichtung eine Steuerungsvorrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, zumindest in Abhängig keit eines Niederschlagsparameters der Umgebung einen Betriebszustand der Luftstrom erzeugungsvorrichtung zu beeinflussen, insbesondere dazu, diese bei Regen abzuschal ten. Es ist bekannt, dass unter der Einwirkung von Feuchtigkeit die elektrostatische Auf ladung von Filtermedien leidet und sich dieses schneller entlädt. Um den elektrostati schen Abscheideeffekt länger beibehalten zu können wird nun bevorzugt vorgesehen, die Luftstromerzeugungsvorrichtung bei Regen und/oder Überschreiten einer vorbe stimmten relativen Grenzluftfeuchte abzuschalten oder diese zumindest in ihrer Leistung zu reduzieren. Der Niederschlagsparameter kann aus einem Niederschlagssensor (Re gensensor) der Umgebungsluftreinigungsvorrichtung selbst bezogen werden oder aber unter Nutzung von Wetterdaten, die bspw. über mobile Datennetze bereitgestellt werden.

Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform kann das Kombifiltermedium zumindest eine noch weitere Lage aufweisen, die als antimikrobielle und/oder antiallergene Lage ausgebildet ist, die zumindest einen antimikrobiellen und/oder antiallergenen Stoff auf weist. Durch diese Maßnahme kann die Umgebungsluftqualität unter einem weiteren wichtigen Aspekt verbessert werden.

Der antimikrobielle, insbesondere antibakterielle oder biozide, Stoff schützt das Filterme dium oder Teile bzw. Schichten desselben davor, dass dieses bzw. diese von Mikroorga nismen wie z. B. Pilzen oder Pilzsporen, insbesondere Schimmelpilze oder Schimmel pilzsporen, Bakterien oder Algen, welche in lebendiger, fortpflanzungsfähiger oder aus breitungsfähiger Form vorliegen können, befallen wird bzw. sich solche Mikroorganismen in dem Filtermedium ausbreiten oder dieses durchwachsen. io

Der antiallergene Stoff kann beispielsweise feinste Pollenpartikel und sonstige Allergene, die nicht immer von dem Filtermedium vollständig zurückgehalten werden können, für den menschlichen Körper bzw. dessen Immunsystem zumindest teilweise unschädlich machen.

Als antimikrobieller Stoff kann insbesondere Zink-Pyrithion dienen. Alternativ oder zu sätzlich kann Octa-isothiazolon als antimikrobieller Stoff verwendet werden. Die zweite Filterschicht kann ferner antimikrobielle Stoffe auf der Basis von Nanosilber enthalten. Die zweite Filterschicht kann auch antimikrobiellen Metallen und Metallverbindungen, ins besondere Silber, Kupfer und Aluminiumverbindungen und/oder 2-Brom-2-nitropropan- 1 ,3-diol, weitere Isothiazolinverbindungen, Benzoesäure und deren Derivate, Benzalko- niumhalogenide, wasserlösliche Coenzyme, öllösliche Coenzyme, Pflanzenextrakte, An tibiotika, biozide Metalle, aliphatische und/oder aromatische Fettsäuren und/oder quar täre Tenside als antimikrobielle Stoffe enthalten.

Als antiallergene Stoffe kommen insbesondere Polyphenole, wie Katechine, Tannide oder Flavonoide, in Frage. Es können insbesondere Kaffee-, Gallus-, Ellagin-, Tannin säure, Cyanidin, Procyanidin, Proanthocyanidine, Rutin, Quercitin, Resveratol verwendet werden. Polyphenole binden vorzugsweise antiallergene Stoffe, sodass die allergische Wirkung vermindert werden kann. Allergene Pollen werden beispielsweise von Poly phenolen denaturiert. Der antiallergene Stoff kann ferner antiallergene Enzyme aufwei sen. Antiallergen Enzyme spalten vorzugsweise allergen wirkende Proteine in kleinere unschädlichere Bestandteile auf.

Die noch weitere Filterlage selbst kann mehrlagig aufgebaut sein. In der Reihenfolge der Durchströmung kann z. B. auf die antimikrobielle Filterschicht eine antiallergene Filter schicht folgen. Alternativ können auf die antimikrobiellen und antiallergenen Stoffe auch in ein und derselben Lage vorgesehen sein. Die Partikelfilterlage kann des Weiteren eine NaCI-Effizienz nach DIN71460-1 bei 0,2 m/s von 15 bis 99 % aufweisen, insbesondere 20 bis 80 %.

Alternativ oder zusätzlich kann die Partikelfilterlage folgende Filtrationsparameter im nicht entladenen Zustand aufweisen: ePM1 Effizienz gemäß ISO 16890: 30 - 99 %

ePM2.5 Effizienz gemäß ISO 16890: 40 - 99,5 %

ePM10 Effizienz gemäß ISO 16890: 50 - 99,9 %

Staubspeicherkapazität ISO Fein A2 Staub bei +50Pa gern. DIN71460-1 : 10 - 80 g/m ² , insbesondere 20 - 60 g/m ² .

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren einer stationären Umge bungsluftreinigungsvorrichtung mit folgenden Schritten:

a) Mittels der Luftstromerzeugungsvorrichtung der Umgebungsluftreinigungsvorrichtung Fördern von Umgebungsluft durch das zumindest eine Filterelement, dabei Adsorbieren zumindest eines vorbestimmten Schadgases in der Aktivkohlelage des Kombifiltermedi ums des Filterelements,

b) So lange Durchführen von Schritt a) bis die Adsorptionskapazität des in der Aktivkoh lelage vorhandenen Aktivkohlematerials für das vorbestimmte Schadgas bei einer vorbe stimmten Schadgaskonzentration in der Umgebung erschöpft ist, jedoch bevor die durch die elektrostatische Ladung des Kombifiltermediums hervorgerufene Abscheidewirkung einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, dadurch Erreichen eines Auslegungs- Serviceintervalls,

c) Austauschen des aus Schritt b) beladenen Filterelements gegen ein neues Filterele ment mit unverbrauchter Filterkapazität.

Die mit einer derartigen Betriebsführung verbundenen Vorteile hinsichtlich Energieeffizi enz wurden bereits bezüglich der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassend beschrie ben; die in diesem Zusammenhang genannten Wirkungen und Vorteile sind analog auf das Betriebsverfahren übertragbar. Das Auslegungs-Serviceintervall kann in einem Bereich zwischen 2 d und 200 d liegen. Dessen konkreter Wert hängt in erste Linie von einem in der konkreten Vorrichtung ein gesetzten Flächengewicht an Aktivkohle und der durch die Umgebungsluftreinigungsvor richtung geführten Luftmenge ab. Bei einem Einsatz zur Reduzierung der Schadstoffbe lastung in der Umgebung, insbesondere an verkehrsnahen Schadstoff-Hotspots, ist hier bei anhand einer geeigneten Auslegung des Filterelements, insbesondere des Kombifil termediums, auch eine wirtschaftliche Optimierung hinsichtlich der Gesamtbetriebskos ten unter Einbeziehung von Wartungskosten ermöglicht.

Eine beispielhafte Auslegungsrechnung für eine erfindungsgemäße Umgebungsluftreini gungsvorrichtung zur Aufreinigung eines mit Stickstoffdioxid belasteten Straßenab schnitts ist im Folgenden zu finden.

Bei einer angenommenen Konzentration von NO2 in der Umgebungsluft zu

CNO2 = 0,1 mg/m ³ und einem angenommenen Volumenstrom durch die Umgebungsluftreinigungsvorrich tung

V_punkt_Luft = 20.000 m ³ /h ergibt sich eine durch die Umgebungsluftreinigungsvorrichtung geführte Stoffmasse NO2 pro Zeiteinheit zu m_punkt_N02 = V_punkt_Luft ^* CN02 = 2 g/h unter Berücksichtigung einer Adsorptionskapazität einer typischen Aktivkohle von kAktivkohle ^— 50 gN02/kgAktivkohle ergibt sich dadurch ein„Aktivkohleverbrauch“ pro Zeiteinheit von m_punkt_Aktivkohle = m_punkt_N02/ kAktivkohie = 0,04 kgAktivkohie/h

Bei einem Filterelement der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Kombifilterme dium mit einem hier beispielhaft angenommenen Flächengewicht der Aktivkohlelage von 1000 g/m ² und einer Gesamtfilterfläche von 36 m ² (was für bei einem Einsatz von meh reren hierin beschriebenen V-Zellenelementen mit jeweils acht Filterbälgen ein realisti scher Wert ist) ergibt sich eine Gesamtaktivkohlemasse in der Umgebungsluftreinigungs vorrichtung von

ITlAktivkohle ^— 36 kg.

Würden 100 % des durch das Filterelement der Umgebungsluftreinigungsvorrichtung strömenden NO2 aus der Luft entfernt werden können, ergäbe sich aus dieser Gesamt aktivkohlemasse eine maximale Standzeit der Aktivkohlelage von 37,5 Tagen bis die Ad sorptionskapazität erschöpft ist, sodass ein Service (=Austausch des Filterelements) mit diesem Intervall nötig wäre.

Bei einer angenommenen N0 ₂ -Emission eines typischen Dieselfahrzeugs von 300 mg/km ergäbe sich auf einer beispielhaft angenommenen Fahrstrecke von 500 m (Schadstoff-Hotspot) eine Gesamtemission von NO2 von 150 mg/Tag und Dieselfahr zeug.

Es wäre somit möglich (bei einer angenommenen N0 ₂ -Abscheidung von 100 %) anhand der Umgebungsluftreinigungsvorrichtung für den o. g. Zeitraum von 37,5 Tagen die Emis sionen von rund 533 Fahrzeugen mit o. g. N0 ₂ -Emissionen komplett zu kompensieren oder aber die Emissionen von weit mehr Fahrzeugen zu einem nicht unerheblichen Anteil bilanziell zu reduzieren. Unter Berücksichtigung einer über Serviceintervalle in dieser Größenordnung realistischen N0 ₂ -Abscheidung von gemittelten 80 % ergäbe sich ein entsprechend kleinerer Wert für die Anzahl der kompensierbaren Fahrzeugemissionen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeich nungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, Beschrei bung und Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen beispielhaft:

Figur 1 eine isometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Umgebungsluftreini- gungsvorrichtungs-Anordnung;

Figur 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Umgebungsluftreinigungsvor- richtungs-Anordnung mit Blick ins Gehäuseinnere;

Figur 3 eine isometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Umgebungsluftreini gungsvorrichtung mit Blick ins Gehäuseinnere.

Ausführungsformen der Erfindung

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verste hen.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Umgebungsluftreinigungsvorrichtungs-Anordnung 100 in einer isometrischen Ansicht gezeigt. Diese weist drei übereinander angeordnete Umgebungsluftreinigungsvorrichtungen 10 auf, die mit einem vorbestimmten Abstand 102 zu einander gestapelt sind. Die Umgebungsluftreinigungsvorrichtungs-Anord- nung 100 erlaubt auch eine andere Anordnung der würfelförmig ausgebildeten Umge bungsluftreinigungsvorrichtungen 10, etwa nebeneinander. Jede der Umgebungsluftrei nigungsvorrichtungen 10 ist ein funktionell eigenständig funktionsfähiger Umgebungsluft reiniger, d. h. weist ein Filterelement, ein Gebläse und zugeordnete Lufteintritts- und Luft auslassöffnungen auf. An ihrem unteren Ende hat die Umgebungsluftreinigungsvorrich- tungs-Anordnung 100 einen Sockel 106, mit dem diese in einer Montageanordnung auf einem Fundament, etwa aus Beton, befestigbar ist. Die Gesamthöhe der Vorrichtung kann bei 1 ,5 bis 6 m liegen. Die äußeren Sichtflächen der Gehäuse 1 der einzelnen Umgebungsluftreinigungsvorrich- tungen 10 werden durch Außengehäuseelemente 181 gebildet, die plattenförmig ausge bildet und einzeln austauschbar sein können.

In der Fig. 2 ist die Umgebungsluftreinigungsvorrichtungs-Anordnung 100 nun in einer Seitenansicht gezeigt, wobei die Verbindung der einzelnen Umgebungsluftreinigungsvor- richtungen 10 anhand der Abstandhalters 105, der insbesondere geschraubt sein kann, erkennbar ist. Ferner können die Vorrichtungsbestandteile im Inneren des Gehäuses 1 eingesehen werden. Das Gehäuse 1 ist dabei zweischalig aufgebaut, wobei es ein In nengehäuse 19 und ein Außengehäuse 18 aufweist. Das Innengehäuse 19 ist als Funk tionsgehäuse ausgeführt, in dem die Luftstromerzeugungsvorrichtung 17 und das Fil terelement 13 angeordnet sind und das die Lufteintrittsöffnung 20 sowie die Luftaustritts öffnung 1 1 aufweist. Das Filterelement 13 wird im Saugbetrieb durchströmt, und weist anströmseitig ein Vorfiltervlies 15 auf, das mittels eines Rahmens 14 befestigt ist. Bei dem Flauptfilterelement handelt es sich vorliegend um ein V-Filterelement aus 8 Einzel faltenbälgen. Alternativ kann es sich bei dem Flauptfilterelement auch um einen Einzel balg handeln.

Das Filterelement 13 weist erfindungsgemäß ein Kombifiltermedium auf, das zumindest eine Partikelfilterlage und zumindest eine Aktivkohlelage mit Aktivkohlepartikeln aus ei nem Aktivkohlemedium aufweist. Die Aktivkohlelage hat ein Flächengewicht von 200 bis 1200 g/m ² und das Kombifiltermedium ist elektrostatisch aufgeladen und die Partikelfil terlage des Kombifiltermediums weist gemäß dieses Ausführungsbeispiels eine Luft durchlässigkeit bei 200 Pa von zumindest 1500 l/m ² s auf. Weit höhere Werte sind für die Luftdurchlässigkeit ebenso möglich. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern erfasst Kombifiltermedien mit einer Luftdurchlässigkeit in der Partikelfilterlage von zumindest 300 l/m ² s ebenfalls.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, ein vergleichsweise luftdurchlässiges Partikelfilter medium einzusetzen, welches elektrostatisch aufgeladen ist, wodurch der Druckverlust der Partikelfilterlage gering gehalten werden kann, dabei jedoch ein sehr hoher Anfangs- abscheidegrad sichergestellt werden kann. Zur Sicherstellung des hohen PM10 Abscheidegrades von beispielsweise > 80 % nutzt die erfindungsgemäße Lösung nun das Zeitverhalten des Fraktionsabscheidegrades der elektrostatisch wirkenden Partikelfilterlage (Elektretfilterlage) im Zusammenspiel mit der Gasdurchbruchscharakteristik der Aktivkohlefilterlage aus. Durch die - im Vergleich zur reinen Feinstaubabscheidung - deutlich kürzeren Serviceintervalle der Aktivkohlefilter lage (siehe o. g. Beispielrechnung) wird die Elektretfilterlage immer im optimalen Funkti onsbereich betrieben, in dem der initiale elektrostatische Abscheideeffekt noch weitge hend erhalten ist und eine PM10 Abscheidung > 80 % gewährleistet ist.

Bei der Luftstromerzeugungsvorrichtung 17 handelt es sich vorliegend um ein Radialge bläse 17, welches ansaugseitig aus akustischen Gründen ein Strömungsleitgitter 16 auf weist. Alternativ können auch Axialgebläse eingesetzt werden, wenn diese im konkreten Einzelfall zur Anlagenkennlinie passen.

Das Innengehäuse 19 stellt einen Strömungskanal 192 bereit, der sich in Strömungsrich tung S hinter der Luftstromerzeugungsvorrichtung 17 weitet, um die Strömungsgeschwin digkeit zu reduzieren, was in der Abbildung durch die Strömungspfeile S angedeutet ist. Zwischen dem Innengehäuse 19 und dem Außengehäuse 18 liegt ein Spalt 191 vor, der die im Innengehäuse 19 angeordnete Anlagentechnik vor Beschädigungen durch Van dalismus bedingte mechanische Einwirkungen schützt, indem dieser einen Verformungs raum für die Außenhülle bereitstellt.

Die Luftstromerzeugungsvorrichtung 17 wird durch einen Elektromotor angetrieben, wozu die Umgebungsluftreinigungsvorrichtungs-Anordnung 100 einen Stromanschluss 103 aufweist, der an einer Seitenwand 104 des Sockels 106 vorliegt und in einer Montagean ordnung mit einer Versorgungsleitung verbindbar ist.

Im Gehäuse 1 , nämlich im Spalt 191 zwischen Innen- 19 und Außengehäuse 18, ist zu dem ein Schadstoffsensor 12, insbesondere ein Feinstaubsensor 12 zur Messung von PM2,5 und PM10, angeordnet, mittels dem zumindest einen Luftqualitätsmesswert an der Lufteintrittsöffnung 20 erfassbar ist. Das Innengehäuse 19 und das Außengehäuse 18 sind vorliegend mittels einer inneren Gitterstruktur 21 verbunden, über die im Wesentlichen die Gehäusesteifigkeit bereitge stellt wird. Fig. 3 zeigt eine Umgebungsluftreinigungsvorrichtung 10, die der in Fig. 2 gezeigten ent spricht, in einer isometrischen Ansicht, wobei die räumliche Anordnung der inneren Vor richtungsbestandteile besser erkennbar ist. Die Wandungen sowohl des Innengehäuses 19 als auch des Außengehäuses 18 sind dazu teilweise ausgeblendet. Die Außengehäu seelemente 181 können als eine Tür an der Gitterstruktur 21 gelagert an Türscharnieren und mit einem Schloss versehen ausgeführt sein, über die das Vorvlies und das (Haupt- ) Filterelement 13 mit den Filterbälgen aus Kombifiltermedium zugänglich sind und aus getauscht werden können.