Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zur Filterung von Luft in einem Raum eines Gebäudes sowie ein Verfahren zur Filterung von Luft in einem Raum eines Gebäudes mit einer Filtervorrichtung.

Hintergrund der Erfindung

Filtersysteme in Raumluftsystemen sorgen für die Belüftung und Entlüftung von Räumen in Gebäuden und filtern Schadstoffe aus der Luft. In Gebäuden werden dabei primäre Filteranlagen eingesetzt, welche beispielsweise zentrale Lüftungsanlagen in einem Gebäude und kontrollierte Wohnungslüftungen umfassen. Die primären Filteranlagen können dabei eine Verbindung zur Außenluft aufweisen. Zudem werden oftmals sekundäre Filteranlagen als Ergänzung zu den primären Filteranlagen eingesetzt. Eine sekundäre Filteranlage umfasst z.B. ein Luftumwälzsystem mit Filterung und ist zur Installation in einem Raum vorgesehen (beispielsweise Raumluftreiniger).

Sekundäre Filteranlagen zur Luftreinigung haben oftmals einen kleineren Luftdurchsatz als die primären Lüftungsanlagen, sodass z.B. Aerosole in der Luft nur ungenügend gefiltert werden können, um allfällige Virenbelastungen der belasteten Raumluft in genügend kurzer Zeit auf ein genügend geringes Maß zu reduzieren. Die vom Menschen ausgeatmeten Aerosole belasten die Raumluft und beinhalten eine Ansteckungsgefahr für andere Anwesende. Leistungskräftigere sekundäre Lüftungsanlagen sind hingegen oftmals laut, sodass die Personen im Raum dies als störend empfinden. Dies betrifft insbesondere Büros, Eventhallen, Sitzungszimmer und Schulungsräume mit einer hohen Belegung von Menschen pro Quadratmeter. Um in solchen Umgebungen eine sinnvolle Aerosolabreicherung zu erzielen, steigt der benötigte Luftumsatz mehr als nur linear an, womit ebenfalls die damit verbundene akustische Belastung exponentiell ansteigt.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Filtervorrichtung mit einer hohen Leistung und geringen Betriebsgeräuschen bereitzustellen.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Filtervorrichtung zur Filterung von Luft in einem Raum eines Gebäudes beschrieben. Die Filtervorrichtung weist ein Filtermedium und eine Lüftereinheit auf, wobei zu filternde Luft mittels der Lüftereinheit durch das Filtermedium zur Filterung strömbar ist. Eine Filterfläche des Filtermediums ist fünfmal grösser als ein kleinster Luftstromquerschnitt in der Lüftereinheit, derart, dass ein Luftstromwinkel zwischen der Strömungsrichtung der Luft bei Filtereintritt in das Filtermedium und eine Filteroberfläche des Filtermediums sich von 90 Grad unterscheidet und der Schalldruckpegel der Filtervorrichtung in einem Meter Abstand von der Filtervorrichtung bei einem Volumenstrom über 50 m ³ /h der von der Lüftereinheit angetriebenen Luft unter 48 dB liegt, wobei das Filtermedium derart konfiguriert ist, dass der Druckabfall der Luft, welche durch des Filtermedium strömt, weniger als 450 Pascal beträgt.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Filterung von Luft in einem Raum eines Gebäudes mit einer oben beschriebenen Filtervorrichtung gezeigt. Eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung wird typischerweise in Gebäuden zur Filterung und Reinigung von Luft oder auch zur Reinigung von Luft in Produktionsprozessen von Fabriken eingesetzt.

Die Filtervorrichtung weist beispielsweise ein Gehäuse auf, in welchem ein Filtermedium angeordnet ist oder eine Vielzahl von Filtermedien in Serie entlang der Strömungsrichtung der Luft durch die Filtervorrichtung oder parallel zur Strömungsrichtung angeordnet sind. Das Filtermedium kann austauschbar vorgesehen sein.

Das Filtermedium der Filtervorrichtung weist beispielsweise ein flächiges Filtermaterial auf, welches in einem umlaufenden Trägerrahmen fixiert ist. Das Filtermedium kann als Taschenfilter ausgebildet werden, wobei in dem Trägerrahmen eine Vielzahl von Taschen von Filtermedium befestigt sind und der Luftstrom in die Taschen eingeleitet wird, um die einströmende Luft zu filtern. Ferner kann das Filtermedium ebenfalls als Patronenfilter, Schlauchfilter, Kerzenfilter, Kompaktfilter und HEPA-Filter ausgebildet sein.

Die Lüftereinheit der Filtervorrichtung saugt insbesondere zu filternde Luft in die Filtervorrichtung, sodass die Luft durch das Filtermedium strömt. Die Lüftereinheit kann beispielsweise einen Axial- oder einen Radialverdichter aufweisen und entsprechend die Luft entlang einer translatorischen Strömung geradlinig oder rechtwinklig strömen. Die Lüftereinheit kann insbesondere durch die Steuereinheit gesteuert werden, sodass der Luftdurchsatz durch die Filtervorrichtung einstellbar ist. Die Lüftereinheit ist insbesondere ein sekundäres Luftumwälzsystem mit Filterung zur Installation in einem Raum (sozusagen ein „Raumluftreiniger"). Die Filtervorrichtung kann mobil oder stationär sein.

Erfindungsgemäß ist die Filterfläche des Filtermediums mindestens fünfmal grösser als ein kleinster Luftstromquerschnitt in der Lüftereinheit. Der kleinste Luftstromquerschnitt beschreibt den kleinsten Strömungsquerschnitt in dem Luftpfad der Luft durch die Filtervorrichtung, d.h. zwischen dem Eintritt der Luft und dem Austritt der Luft in und aus der Filtervorrichtung. Der kleinste Strömungsquerschnitt kann beispielsweise in einem Luftkanal der Filtervorrichtung vorliegen, in welchem ein strömungserzeugendes Element (z.B. ein Ventilator) der Lüftereinheit angeordnet ist.

Insbesondere stromabwärts nach dem kleinsten Luftstromquerschnitt ist das Filtermedium angeordnet. Zwischen dem kleinsten Luftstromquerschnitt und dem Filtermedium weitet sich der Luftromquerschnitt des Luftpfads durch die Filtervorrichtung auf, sodass die Luft gegen ein Filtermedium trifft, welches eine Filterfläche aufweist, die fünfmal grösser ist als der kleinste Luftstromquerschnitt in der Lüftereinheit. Alternativ kann das Filtermedium auch vor dem Lüfter angebracht sein, d.h. das System arbeitet im Saugbetrieb. Dies hat den Vorteil, dass der Lüfter weniger verschmutzt und der Lufteinlass besser schallgedämmt ist, so dass dieser ohne Lärmemissionserhöhung näher beim Kopf eines Menschen angeordnet werden kann.

Zwischen dem Filtermedium und dem kleinsten Luftstromquerschnitt befindet sich ausschließlich eine Aufweitung des Luftstrom pfades, sodass eine linearer Anteil der Luftströmung gegen das Filtermedium bei Filtereintritt eine von 90 Grad unterscheidende Strömungsrichtung zu einer Filteroberfläche des Filtermediums aufweist. Insbesondere ist die Filteroberfläche parallel zu dem kleinsten Luftstromquerschnitt oder parallel zu einem Luftstromquerschnitt bevor die Aufweitung des Luftstrom pfades beginnt. Mit anderen Worten ist ein erster Luftstromquerschnitt eines Aufweitungsbereichs des Luftpfades parallel zu einem stromabwärts ausgebildeten weiteren Luftstromquerschnitt des Aufweitungsbereichs, an welchem die Filteroberfläche des Filtermediums vorliegt. Der Aufweitungsbereich bildet ferner eine lange Entspannungszone ohne z.B. harte Übergänge nach dem Gebläse aus. Besonders gute Ergebnisse wurden gefunden, wenn die Entspannungszone grösser bzw. länger als der Querschnitt des Luftstroms, insbesondere mehr als das doppelte oder gar vierfache des Querschnittes des Luftstroms, ist.

Mit dieser Aufweitung wird erzielt, dass die Strömungsrichtung der Luft bei Filtereintritt an der Filteroberfläche einen von 90 Grad unterscheidenden Filtereintrittswinkel aufweist. Insbesondere gilt dies für 95%, insbesondere 99%, des Volumenstroms der Luft, welcher gegen die Filteroberfläche strömt.

Wenn die Luftführung derart aufgebaut ist, dass die Hauptströmungsrichtung der Luft an der Filteroberfläche am Einlass des Filtermediums nicht in gerader Linie durch das Filtermedium hindurch geleitet wird, sondern mehrheitlich zuerst eine Umlenkung, beispielsweise von mehr als 10 Grad, erfolgt, werden gerade für grössere Partikel- oder Aerosolanteile der Luft eine Rotationsbewegung eingeleitet, welche auf einem Filter eine bessere Abscheidungsrate erzielen (insbesondere in Kombinationswirkung mit mehrlagigen Porenfilter zusammen mit Zyklonabscheidungseffekt). Der Zyklonabscheidungseffekt erlaubt eine stabilere Einbindung der Fremdstoffe. Die durch die Luftumlenkung erzielte Trägheitsbewegung schwererer Luftstromanteile führt zu einem besseren Anhaften an das Filtermaterial in dem Filtermedium und dadurch eine bessere Abscheiderate.

Mittels dieser Aufweitung des Strömungsquerschnitts wird erreicht, dass der Schalldruckpegel der Filtervorrichtung in einem Meter Abstand von der Filtervorrichtung (insbesondere von dem Luftausgang und/oder dem Lufteingang der Filtervorrichtung) bei einem Volumenstrom über 50 m ³ /h der von der Lüftereinheit angetriebenen Luft unter 48 dB liegt. Das Filtermedium ist dabei derart konfiguriert (beispielsweise mit über die Material/Porendichte, der Materialauswahl und/oder der Dicke des Filtermediums), dass der Druckabfall (zwischen Eintritt in das Filtermedium und Austritt aus dem Filtermedium) der Luft, welche durch das Filtermedium strömt, weniger als 450 Pascal beträgt. Die Filterleistung der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung, insbesondere des Filtermediums, wird beispielsweise nach EN ISO 16890 gemessen, und ist für eine der Klassen „ISO Coarse", „ISO ePMIO", „ISO ePM2,5" oder „ISO ePMl" besser als 50%.

Eine Reduktion des Druckabfalls wird somit über das Filtermedium und dessen grosszügige Dimensionierung der Filterfläche und Aufbau des Filtermediums erreicht. Ein hoher Luftdurchsatz bewirkt, dass virenbelastete Aerosole sich zuerst auf dem Filtermedium ablagern, dann aber durch den hohen Luftstrom schnell abgetrocknet werden. Dadurch sterben insbesondere behüllte Viren sehr schnell ab, da sie vertrocknen.

Wenn die Filterfläche grösser, insbesondere deutlich grösser, als der Einströmungsquerschnitt bzw. der Luftstromquerschnitt in der Lüftereinheit der zu reinigenden Luft ist, erfolgt dadurch auch eine Geschwindigkeitsveränderung des Luftstroms. Hochbeschleunigte schwere Feststoffanteile (oder Aerosole) reduzieren ihre Geschwindigkeit langsamer als die leichten Luftmoleküle. Dies bedeutet, dass diese relativ stark auf der Filtermembran aufschlagen, was wiederum zu einer guten Anhaftung am Filter führt (und damit zu einer besonders guten Abreicherung). So hat sich gezeigt, dass gute Schallwerte möglich sind, wenn die Filterfläche mehr als 5 mal grösser, insbesondere mehr als 10 mal grösser, insbesondere mehr als 20 mal grösser, bevorzugt mehr als 40 mal grösser ist, als der kleinste Luftstromquerschnitt in der Lüftereinheit. Eine entsprechende Vergrößerung der Filterfläche führt zu einer weiteren Reduzierung Lärmpegels der strömenden Luft und zu einer verbesserten Filterleistung. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das Filtermedium mit einer (absoluten) Filterfläche größer als 1 m ² , insbesondere größer als 2 m ² , insbesondere größer als 4 m ² , insbesondere größer als 8 m ² ausgebildet. Die Filterfläche bildet die Fläche des Filtermediums aus, welche von der Luft beströmt wird. Dabei ist die Filterfläche an der Anströmseite des Filtermediums beispielsweise gleichgroß wie die Filterfläche auf der Abströmseite des Filtermediums.

Die Filtervorrichtung weist insbesondere eine Auslassöffnung auf, durch welche die gefilterte Luft ausströmen kann. Das Filtermedium kann derart in der Filtervorrichtung angeordnet sein, dass die Filterfläche von außerhalb der Filtervorrichtung optisch wahrgenommen werden kann. Mit anderen Worten ist die Filterfläche von außen frei zugänglich, ohne dass geräuscherzeugende Strömungshindernisse für die ausströmende Luft vorgesehen sind.

Mit einer derart groß ausgelegten Filterfläche des Filtermediums wird ein Diffusor für den, durch die Luftströmung erzeugten Schall grösser. Zudem weist die große Filterfläche aufgrund ihrer Größe Filterbereiche auf, die weiter vom Ohr einer Person entfernt sein können, sodass die Filterbereiche dann weiter vom Ohr der Schallmissempfindung weg sind und zu einem summarisch kleineren wahrnehmbaren Schallpegel führen. Zusammen mit der Ausgestaltung der Dimension des Filtermediums und der Konfiguration des Filtermediums hinsichtlich des Druckabfalls der durchströmenden Luft (beispielsweise über die Materialauswahl und die Dicke des Filtermediums) werden erfindungsgemäß technische Maßnahmen beschrieben, die zu einer hohen Filterleistung bei einem geringem Lärmpegel führen.

Eine derart gestaltete Filterfläche kann auf der Innen- oder Außenseite stabilisierende, befestigende oder versteifende Komponenten (wie beispielsweise ein Trägerrahmen, eine Halteschiene, in welcher das Filtermedium eingeschoben werden kann oder eine mit dem Filter verbundene Kunststoff I eiste zur Befestigung) enthalten und/oder entsprechend ausgestaltet sein. Dies wirkt einer Schwingung bzw. Vibration des Filtermediums in der Strömungsluft entgegen und wirkt somit indirekt geräuschhemmend.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine sekundäre Filteranlage, welche es aufgrund eines Filtermediums mit besonders geringem Druckabfall ermöglicht, große Luftvolumen mit tiefen, geringen Geräuschemissionen zu filtern und insbesondere eine relevante Abreicherung von Aerosolen zu erreichen.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Filterfläche des Filtermediums derart größer als ein kleinster Luftstromquerschnitt in der Lüftereinheit ausgebildet, dass in einem Meter Abstand der Schalldruckpegel der Filtervorrichtung unter 45 dB, insbesondere unter 38 dB, insbesondere unter 32 dB, weiter insbesondere unter 28 dB liegt.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das Filtermedium ausgebildet, dass ein Druckabfall der durchströmenden Luft durch das Filtermedium unter 250 Pa, insbesondere unter 150 Pa, weiter insbesondere unter 70 Pa oder 30 Pa liegt.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Filtervorrichtung konfiguriert, dass ein Luftvolumen pro Stunde und Quadratmeter Filterfläche (d.h. die Filterflächenbelastung) unter 600 m ³ /(m ² xh), insbesondere unter 140 m ³ /(m ² xh), unter 85 m ³ /(m ² xh) oder unter 50 m ³ /(m ² xh) liegt, und/oder die Geschwindigkeit des Volumenstroms der Luft (103) durch die Filtervorrichtung (100) im Bereich 0,1 bis 5 m/s liegt, insbesondere im Bereich 0,2 m/s bis 3,4 m/s, weiter insbesondere zwischen 0,3 m/s bis 2,8 m/s liegt. Insbesondere durch die Auswahl der Filtergröße, des Filtermaterials und der Auslegung der Lüftereinheit sind diese Kennwerte einstellbar. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Filtervorrichtung eine Mikrofoneinheit und einen Schallerzeuger auf, wobei die Mikrofoneinheit angeordnet ist, den Schallpegel der Luft vor der Lüftereinheit und/oder nach dem Filtermedium zu messen, wobei der Schallerzeuger konfiguriert ist, basierend auf dem gemessenen Schallpegel einen Gegenschall zu erzeugen. Somit kann eine aktive Lärmunterdrückung integriert werden. Dabei generiert der Schallerzeuger Schall, welcher derart eingestellt ist, dass dieser mit einer destruktiven Interferenz bezüglich dem Schall, den die Luftströmung generiert, eingestellt wird. Zudem wird ein Gegensignal erzeugt, das dem des störenden Schalls entspricht, aber entgegengesetzte Polarität hat. Der Schallerzeuger generiert somit basierend auf dem von der Mikrofoneinheit aufgenommenen Luftströmungsschall Gegenschall bzw. moduliert diesen auf. Dies hat den Vorteil, dass der Schallerzeuger als Schallquelle implizit die Geräusche der Luftströmung überdeckt.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Filtervorrichtung, z.B. deren Gehäuse, einen Luftauslass zum Ausblasen der Luft auf, wobei die Filtervorrichtung derart ausgebildet ist, dass der Luftauslass niedriger als lm, insbesondere niedriger als 0,5 m, über dem Boden (bzw. die Standfläche, auf welcher die Filtervorrichtung aufliegt) vorliegt. Zusätzlich oder alternativ ist die Filtervorrichtung derart ausgebildet, dass der Luftauslass höher als 1,8 m, insbesondere höher als 2 m, über dem Boden vorliegt. In der Mehrzahl von Installationsorten für sekundäre Filtersysteme wird die Mehrzahl der darin befindlichen Menschen ihre Ohren mehr als einen Meter über dem Boden und weniger als 2 m bzw. 1,80 m haben. Dies erlaubt eine konstruktive Optimierung derart, dass lärmemissionsstarke Komponenten wie Gebläse oder Ansaugöffnungen bzw. Luftauslässe am Boden oder zum Boden hin ausgebildet werden oder über der Höhe von 1,80 m über dem Boden ausgebildet werden. Entsprechend kann auch die Lärmbelastung ab einem Meter und unter 2m vom Boden gemessen werden. Gerade Durch Platzierung von Filtervorrichtungen mit einem Auslassbereich in der Zone über einem Meter ab Boden erlaubt es den akustischen Diffusionseffekt der sehr viel größeren Filterfläche gegenüber dem kleinsten Luftströmungsquerschnitt (z.B. im Gebläse) zur Lärmreduktion zu nutzen. Dieselbe Thematik gilt für Lärmquellen, welche mehr als 1,8 m über Boden installiert sind. So stellt beispielsweise eine Filtervorrichtung mit einem Gehäuse mit der Funktion einer Deckenleuchte und der Filterfunktion ein lärmmäßig ideales Konstrukt dar.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Filtervorrichtung eine Steuereinheit zum Steuern der Lüftereinheit auf, wobei die Steuereinheit zum drahtlosen oder drahtgebundenen Signalaustausch von Steuerbefehlen mit der Lüftereinheit gekoppelt ist. Die Steuereinheit kann in der Filtervorrichtung integriert sein und die Lüftereinheit steuern. Ferner kann die Steuereinheit eine zentrale Steuereinheit ausbilden, welche außerhalb der Filtervorrichtung angeordnet ist und z.B. mehrere Filtervorrichtungen steuert.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Filtervorrichtung ein Sensorelement auf zum Bestimmen zumindest eines Luftpara meters (z.B. CO- Gehalt, CO2- Gehalt, rel. Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Öz-Gehalt, Temperatur, PM Gehalt, Aerosolkonzentration, Art und/oder Konzentration von Fremdstoffen) der zu filternden Luft an der Filtervorrichtung oder einen Betriebsparameter der Filtervorrichtung. Die Steuereinheit ist zum drahtlosen (oder drahtgebundenen) Signalaustausch von Sensorsignalen des Sensorelements gekoppelt. Das Sensorelement kann z.B. luftqualitätsbezogene und/oder filterbezogene Daten der Steuereinheit zur Verfügung stellen, insbesondere mittels R.FID, NFC, Bluetooth, WLAN oder Protokollen der Gebäudeleittechnik zur Verfügung. Die Steuereinheit ist insbesondere derart konfiguriert, dass auf Basis der filterbezogenen Daten ein Warnsignal generierbar ist und/oder eine Maßnahme ergreifbar ist, welche einen Durchsatz durch die Filtervorrichtung betrifft (z.B. Steuerung der Lüftereinheit) oder Funktionen der Filtervorrichtung betrifft, welche gesperrt oder freigegeben werden.

Die Filtervorrichtung und die Steuereinheit können jeweils eine Antenne oder ein leiterbasierendes System aufweisen, welches die Bereitschaft der Filtervorrichtung signalisiert, Daten auszutauschen. Solche Daten können nicht nur Parameter betreffend die Luftbegleitstoffe der Luft betreffen, sondern auch Informationen und Details der Filtervorrichtung beinhalten. So kann zum Beispiel je nach Leistungsfähigkeit einer eingesetzten Filtervorrichtung das Luftvolumen durch die Filtervorrichtung angepasst werden. Ferner kann bei Überschreiten einer Laufzeit bzw. Belegungsdichte des Filtermediums ein Signal abgesetzt werden, das entweder als Wartungssignal interpretiert werden kann, als auch als Steuersignal verwendet werden kann, um die Luftdurchsatzmenge zu reduzieren oder zu erhöhen. Eine Ausgestaltungsvariante einer Sendevorrichtung in der Filtervorrichtung und/oder der Steuereinheit kann ein R.FID Transponder sein (die z.B. auch Filterdaten in chiffrierter Form aufweist). Ferner können auch andere Kommunikationsmechanismen wie NFC, Bluetooth, WLAN usw. eingesetzt werden. Für drahtgebundene Kommunikation stehen nebst proprietären Protokollen auch Bussysteme von Gebäudeleitsystemen (LON, EIB, usw.) zur Verfügung.

Da sekundären Filtervorrichtungen üblicherweise ohne Wartungsorganisation betrieben werden, ist eine hohe Filterbelegung (wegen fälligem, aber nicht durchgeführten Filterwechsel) eine weitere Quelle für höhere Lärmemissionen (z.B. weil die Luftdurchsatzüberwachung dann den Lüfter mit höherer Leistung betreibt). Aus diesem Grund wird eine Filterbelegungsüberwachung in die Filtervorrichtung eingebaut, insbesondere mit einer Übertragungsmöglichkeit für die erkannte Störung, welche weiter als das lokale Umfeld der Filtervorrichtung reicht (z.B. drahtgebundene oder drahtlose Übertragung der Störungsmeldung , Filter voll/austauschen'). Insbesondere kann so ein externes Serviceteam angefordert und/oder eingeladen werden.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das Sensorelement ein Staudruckmesser und insbesondere derart ausgebildet, dass ein statischer Druck stromaufwärts vor dem Filtermedium und ein statischer und dynamischer Druck stromabwärts nach dem Filtermedium messbar ist. Wenn die Geschwindigkeit des Luftflusses hoch genug ist, dann kann der Differenzdruck zwischen einem normalen Druckabgriff stromaufwärts vor dem Filtermedium und einem Staudruckrohr (oder Pitot-Rohr) stromabwärts hinter dem Filtermedium gemessen werden. Der Druck beim Pitot-Rohr ist gegeben durch die Summe des statischen Drucks und des Staudrucks und ist deshalb höher als beim normalen Druckabgriff vor dem Filtermedium. Diese Konfiguration kreiert einen invertierten oder negativen Differenzdruck über das Filtermedium und erlaubt es verstopfte Zuleitungen oder Klappenstörungen zu delektieren. Insbesondere für die Nachrüstung von älteren Anlagen kann diese Ausführungsform geeignet sein. Durch die Verwendung der Steuereinheit in der Filtervorrichtung wird es möglich die Ansprech- und/oder Grenzwerte in der Filtervorrichtung von außen zu parametrieren.

Das Sensorelement kann beispielsweise ein Mikrophon aufweisen und den Geräuschpegel im Raum sowie insbesondere den Ort einer Geräuschquelle delektieren. Durch Messung und Bewertung des Geräuschpegels in einem Raum kann auf Anzahl und Intensität von sprechaktiven Personen im Raum geschlossen werden und die Lüftungsleistung der Lüftereinheit über die Steuereinheit daran angepasst werden, da der Ausstoß von Aerosolen durch Personen mit der Sprachlautstärke ansteigt. Mit anderen Worten kann somit die Regelung der Lüftungsleistung über den Geräuschpegel im Raum eingestellt werden. Je mehr Personen sprechen, bzw. laut sprechen, desto mehr Aerosole werden ausgestoßen und desto höher kann die Lüfterleistung sein, da dann z.B. der zusätzliche Schall der Geräte, wie z.B. der Lüftereinheit, nicht wahrgenommen wird und nicht stört. Sitzt eine oder mehrere Personen still im Raum geht die Lüftungsleistung runter, weil es leise sein muss zum konzentrierten Arbeiten, wobei aber auch kaum Aerosole ausgestoßen werden.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform bezieht die Steuereinheit von der Filtervorrichtung eine UniquelD, wobei die Unique ID Informationen bezüglich des Einsatzorts der Filtervorrichtung aufweist. Die Steuereinheit empfängt die Unique ID via NFC, Bluetooth, WLAN, proprietären Protokollen oder Protokollen von Gebäudeleitsystemen, insbesondere LON oder EIB, wobei basierend auf der Unique ID der Betrieb und/oder die Konfiguration des Filtervorrichtung einstellbar ist. In einer weiteren besonders bevorzugen Ausführungsform weist die unique ID Informationen bzgl. des Einbauorts der Filtervorrichtung im Filtersystem auf. Diese ID erlaubt es, aus einer vorkonfigurierten Betriebsart der Filtervorrichtung, die für den spezifischen Betrieb benötigen Betriebsparameter vorzuwählen oder hinterlegte Daten einer Systemkonfiguration abzurufen. Insbesondere bei der Verwendung von verschlüsselten Protokollen kann so beim Filterwechsel eine Neukonfiguration vermieden werden und eine ,Plug and Play' realisiert werden. Entsprechende Daten können von der Filtervorrichtung beim Wechsel übertragen oder via Cloud transferiert werden. Die Übertragung der unique ID an das Filtersystem kann mit für den Fachmann bekannten Mechanismen unter Nutzung von QR- Code, Barcode, OCR-Schriften (und deren Nachfolger für maschinenlesbare Schriften), RFID, NFC, Bluetooth, WLAN, proprietären Protokollen oder Protokollen von Gebäudeleitsystemen (LON, EIB, usw.) erfolgen. Durch diesen Mechanismus wird es auch möglich, eine Filtervorrichtung auszuliefern, bei welcher erst Funktionen freigeschaltet werden, wenn ein Teil der unique ID zum vereinbarten Lieferumfang dazugehört.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die

Filtervorrichtung ferner eine Datenspeichereinheit auf, welche mit der Steuereinheit, mit der Lüftereinheit und mit dem Sensorelement zum Austausch von Daten gekoppelt ist, wobei insbesondere die Daten mittels eines Zertifikates und/oder einer Verschlüsselung schützbar sind. Die Daten stellen insbesondere Messwerte dar, welche ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Luftdurchsatz durch die Filtervorrichtung, Lufttemperatur, Luftdruck, insbesondere Absolutdruck und/oder Differenzdruck, Filterbelegung des Filtermediums, Luftfeuchtigkeit, Aerosolbelastung, PM-Gehalt und/oder Fremdstoffanteil der Luft, Messort der Luftmessung. Gerade bei anspruchsvollen Betriebsbedingungen kann es von Interesse sein, dass einzelne Erfassungsdetails, wie die Messwerte, parametrisiert werden können. Zum einen betrifft dies Details des Messverfahrens, zum Anderen auch die Parameter, welche aufgezeichnet werden sollen (z.B. Luftdurchsatz, Temperatur, Druck (insbesondere Absolutdruck und/oder Differenzdruck), Filterbelegung, Feuchtigkeit, Aerosolbelastung, PM-Gehalt, insbesondere auch wieviel von welcher Durchmesserklasse). Ein solcher Datensatz kann dann wiederum mittels einer Kommunikation übertragen werden oder erst nach Ende der Filterlebenszeit ausgelesen werden.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das Sensorelement konfiguriert, basierend auf dem Luftparameter und/oder dem Betriebsparameter der Filtervorrichtung, insbesondere Filterbelegung und/oder Betriebszeit des Filtermediums, einen Energieverbrauch und/oder einen CO2- Footprint der Filtervorrichtung zu ermitteln. Die Luftparameter und/oder Betriebsparameter der Filtervorrichtung sind insbesondere ausgewählt, eine Empfehlung bezüglich Filterwechsel und/oder Filterabreinigung zu ermitteln, insbesondere dass dabei einzelne Parameter konfigurierbar sind. Beispielsweise wird eine permanente und kontinuierliche Optimierung von Energieverbrauch und CO2-Footprint (allenfalls in Echtzeit) gemacht. So kann es zum Beispiel von Vorteil sein, einen Filter vor , end of life' (z.B. einer maximalen Filterbelegung) zu tauschen, da durch die Filterbelegung im Rahmen der Lebenszeit sich ein exponentiell steigender Druckabfall über den Filter einstellt. Je nach Energiekosten oder Anforderungen an den CO2- Footprint der Filtervorrichtung kann ein Filterwechsel vor dem steilen Ansteigen des Differenzdrucks noch innerhalb der Lebensspanne des Filters eine Kosten- oder Ergebnisverbesserung beinhalten. Eine weitere Ausgestaltung kann aber auch der Hinweis an einen Benutzer sein, z.B. dem Benutzer hinzuweisen, dass eine zusätzliche Lüftung durch Fensteröffnen eine Energieoptimierungsmaßnahme ist, oder z.B. bei entsprechendem Feststellen der Verbessrung der Luftqualität kann die sekundäre Filtervorrichtung zum Beispiel die Luftumwälzung reduzieren und damit Energie und Lärm reduzieren.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit konfiguriert, die Filtervorrichtung, insbesondere die Lüftereinheit, derart variabel zu steuern, dass eine zukünftige Energieverfügbarkeit und/oder der aktuelle und/oder zukünftige Energieverbrauch der Filtervorrichtung berücksichtigbar ist. Die Steuereinheit steuert selbsttätig oder teilautomatisch mit Zustimmfunktion die Filtervorrichtung basierend auf der zukünftigen Energieverfügbarkeit und/oder des aktuellen und/oder zukünftigen Energieverbrauchs der Filtervorrichtung und/oder des Gebäudes. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ermittelt die Steuereinheit bzw. das Sensorelement Daten zum Energieverbrauch und/oder zum CO2-Footprint der Filtervorrichtung und/oder der Lüftereinheit. Ein Filtermedium benötigt mit zunehmender Belegung immer mehr Energie für die bestimmungsgemäße Verwendung, da durch die Filterbelegung der Druckabfall Delta P über das Filtermedium zunimmt. Basierend auf der Kenntnis der Energiekosten und des CO2-Fussabdrucks des Filtermediums aufgrund seiner Herstellung, kann aufgrund dieser Daten eine Empfehlung bezüglich optimalem Filterwechselzeitpunt (oder Abreinigungszeitpunkt) ermittelt und mitgeteilt werden, bevorzugt, dass dabei einzelne Parameter wie Energiekosten, Sparpotential, CO2-Einsparung, CO2-Zertifikatskosten usw. konfigurierbar bzw. ermittelbar sind. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Filtermedium ein Filtermaterial auf, welches eine Lage Vlies, insbesondere mehrere Lagen Vlies enthält, wobei das Filtermedium austauschbar in der Filtervorrichtung anordbar ist. Das Filtermedium ist insbesondere ein Einwegfilter. Ein Vlies besteht aus Fasern begrenzter Länge, Endlosfasern (Filamenten) oder geschnittenen Garnen, die zu einem Vlies (einer Faserschicht, einem Faserflor) zusammengefügt und verbunden sind. Durch die Verkettung der Fasern wird ein luftdurchlässiges Material mit engen, kleinporigen Luftdurchlässen bereitgestellt, wodurch eine gute Filterwirkung, insbesondere von Luftpartikeln, erzielt wird.

Da ein austauschbares Filtermedium (insbesondere als Einwegfilter) nicht genau auf das umgebene Gehäuse der Filtervorrichtung angepasst sein muss, ist ferner von Vorteil, wenn das Filtermedium mögliche Luftresonanzen verhindert. Bei Filtermaterialien aus regelmäßig angeordnetem Filtermedium (z.B. gewobene, gestanzte, geätzte oder gebohrte Filter) existiert die Möglichkeit, dass durch selbstorganisierende Effekte des Luftstroms Resonanzen und damit negative Effekte entstehen (Geräusche, Wiederablösen von bereits eingebetteten Schadstoffen, insbesondere bei Start und Stopp der Anlage, bei Varianz von physikalischen Messwerten, etc.). Es hat sich gezeigt, dass bei der erfindungsgemäßen Lösung die Verwendung einer Lage eines Vlieses diesen Schwingungseffekt dämpft. Diese Dämpfung entsteht dadurch, dass unregelmäßig und zufällig Fasern abgelegt und in Haftung gebracht sind. Diese Unregelmäßigkeit reduziert das schwingungsmäßige Selbstorganisationspotential. Diese Dämpfung kann bei Verwendung mehrerer Vlieslagen im Aufbau des Filtermediums verstärkt werden, insbesondere wenn diese zumindest leicht unterschiedliche Vliesmaterialien oder Vliesschichten aufweisen. Ein Unterschied kann durch die Herstellung von Vliesmaterialien erzeugt werden. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Filtermedium mindestens zwei Vlieslagen und eine, zwischen den Vlieslagen angeordnete Filtermembran auf, die schichtartig übereinander in einem Schichtverbund angeordnet sind. Insbesondere weist die mittlere Filtermembran des Schichtverbunds eine größere Oberfläche als die beiden äußeren Vlieslagen auf.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform spannen eine erste Richtung (x-Achse) und eine zweite Richtung (y-Achse) eine (xy) Ebene auf, wobei die mittlere Filtermembran derart mit Wellenabschnitten gewellt ausgebildet ist, dass die Wellenabschnitte entlang der ersten Richtung hintereinander angerordnet sind. Die Wellenabschnitte verlaufen insbesondere innerhalb der Ebene unregelmäßig und asymmetrisch zueinander, wobei das Filtermedium derart angeordnet ist, dass das Filtermedium entlang der ersten Richtung oder entlang der zweiten Richtung mit Luft überströmbar ist.

Beispielsweise ist die erste Richtung die Luftanströmungsrichtung der Luft. Die Wellenabschnitte verlaufen quer zur ersten Richtung entlang der zweiten Richtung. Die Asymmetrie der Wellenanordnung und -form kann zur Schwingungsdämpfung genutzt werden. Alternativ kann der Filterkörper auch in Y- Richtung und somit parallel zur Erstreckung der Wellen angeströmt werden. Die Wellenabschnitte bilden damit beispielsweise eine haihautartige Ribietstruktur aus, welche eine Reduktion des Strömungswiderstandes bewirkt. Je nach Eintrittsverhältnissen (Einströmungsquerschnitt, Volumenstrom, Tiefe des zu durchströmenden Filtermaterials) in das Filtermedium kann die eine oder andere Ausgestaltung von besonderem Vorteil sein. Die Asymmetrie der Wellenanordnung kann durch einen selbstorganisierenden Verdichtungsprozess erreicht werden, bei welchem die Vorschubgeschwindigkeit der Filtermembran deutlich höher als die Vorschubgeschwindigkeit der beiden Deckvliese ist. Durch thermische Fixierung der drei Lagen zu einem vorbestimmten Zeitpunkt entsteht die Asymmetrie der Wellenanordnung. Nebst den bereits beschriebenen Vorteilen wirkt diese Asymmetrie stabilisierend auf Durchbiegungen in der x-y Ebene.

Die Filtermembran wird in einer Wellenform angehäuft und zur Stabilisierung oben und unten mit einem Deckvlies verbunden (verklebt, verschweißt, geheftet, usw.). Dadurch wird sichergestellt, dass während der Lebensdauer des Filtermediums genügend offene Membranbereiche zur Verfügung stehen, und sich diese nicht flachlegen oder bei Belegung umfalten und so den Durchlass zusätzlich reduzieren.

Wenn in das Filtermedium zusätzlich die nicht flach liegende Filtermembran eingearbeitet ist, werden dadurch die obigen Effekte zusätzlich verstärkt. Wenn das Filtermedium keine scharfen Kanten aufweist (wie zum Beispiel bei plissierten Patronenfiltern), wirkt sich das lärmreduzierend aus. Eine gute Ausbildung dieser , nicht Kantigkeit' ist die Ausbildung einer sinusförmigen Auftreffzone.

Durch die gewellte Filterkonstruktion mit der Ribietstruktur wird ein höherer Widerstand für die vorbeiströmende Luft erzeugt. Wenn nun das Filtermedium längs oder schräg zum Luftstrom angeordnet wird, entsteht eine den Hauptluftstrom umhüllende (oder seitlich begleitende, wenn nur partiell ein Filtermedium angebracht ist) Luftströmung mit geringer Geschwindigkeit. Durch die reduzierte Geschwindigkeit wird der Schall des Luftstroms gedämpft. Wenn die Luft an der gewellten Filterkonstruktion entlangströmt, strömt ähnlich wie bei einem Rohrschalldämpfer bzw. Absorptionsschalldämpfers ein definiertes Maß des Luftstroms durch das gewellte Filtermedium, womit der Massenstrom des Hauptluftstroms reduziert wird und, wie oben erläutert, die Strömungsgeschwindigkeit des Hauptluftstroms reduziert wird, sodass der Schall des Luftstroms gedämpft wird. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Filtermedium eine Dicke von 2 mm bis 10 mm, insbesondere von 3 mm bis 7 mm auf, und/oder die Anzahl Wellenabschnitte liegt zwischen 0,5 und 3 Wellen pro cm.

Dies erlaubt eine Filterleistung ähnlich einem HEPA-Filter, aber mit einem Druckabfall im Bereich eines normalen F7-Filteres (d.h. innerhalb der Betriebsparameter der erfindungsgemäßen Lösung).

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist eine Oberfläche der Filtermembran mehr als 30% grösser, insbesondere mehr als 80% grösser, weiter insbesondere mehr als 200% grösser als die jeweilige Oberfläche der äußeren Vlieslagen. Insbesondere haben sich gute Schallemissionsreduktionen ergeben, wenn die Fläche der Filtermembran mehr als 30% grösser, insbesondere mehr als 80% grösser, bevorzugt mehr als 200% grösser als die Filterfläche, insbesondere die Filteroberfläche der äußeren Vlieslagen ist. Dies erklärt sich durch die Diffusionswirkung der Filtermembran, wenn diese kein flachliegendes Element (mit möglicher akustischer Reflexionswirkung) ist.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Filtervorrichtung eine Wägeeinrichtung auf, welche eingerichtet ist zum Wiegen der Filterbelegung, insbesondere, dass eine Messwertverfälschung durch den Druck der durch das System strömenden Luft kompensierbar ist. Mit entsprechende Zusatzmechanismen kann eine Kompensation der Messwertverfälschung des Sensorelements durch den Druck des Luftwiderstandes im Betrieb der Filtervorrichtung erreicht werden. Dies erlaubt auch das Feststellen einer hohen Filterbelegung des Filtermediums für eine Betriebsart der Filtervorrichtung bei tiefem (geringem) Volumenstrom, der bei üblichen Filterüberwachungen nicht zum Auslösen der Differenzdrucküberwachung des Filtermediums führt. Insbesondere in sekundären Filtervorrichtungen ist man bemüht, mit tiefen, geringen Druckdifferenzen zu arbeiten, damit der Lärmpegel tief, gering bleibt. Dieses Detail erlaubt trotzt sehr geringen Druckdifferenzen eine zuverlässige Messung der Filterbelegung. Insbesondere kann die Wägeeinrichtung im eingebauten Zustand des Filtermediums in dem Gehäuse der Filtervorrichtung einen Bodenkontakt aufweisen und somit die Gewichtskraft des Filtermediums zu dem Boden einleiten. Dadurch kann eine Gewichtsmessung des Filtermediums durchgeführt werden.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Filtermedium ein Filtermaterial auf, welches hydrophob ist und/oder, eine Naturfaser oder ein Polyolefin, insbesondere ein Polypropylen enthält, insbesondere, dass der Filter Zellulose, Baumwolle und/oder Hanf enthält. Wenn der zu filternde Luftstrom mit einer hohen Aerosollast belastet ist, können bekannte Filter zur schlagartigen Durchfeuchtung neigen. Dies kann einerseits statisch den Druckabfall über den Filter erhöhen, aber auch dynamisch durch die sehr schnell wechselnden Druckverhältnisse eine nachfolgende Volumenstromregelung mittels VAV im Sinne von deren Regelgeschwindigkeit überfordern. Die erfindungsgemäße Lösung kann durch eine geeignete Materialwahl des Filtermaterials dieses Problem lösen. Entweder wird ein hydrophobes Material (z.B. ein Polyolefin, insbesondere Polypropylen, das im Wesentlichen frei von polaren Gruppen ist) und/oder ein saugfähiges Material mit spezieller (zum Beispiel tiefer, geringer) Quellneigung (z.B. eine Naturfaser, insbesondere eine Zellulosefaser, Baumwolle oder Hanf) verwendet. So wird die Neigung des Zufüllens von Filteröffnungen mit mikro- oder nanoskalinen Wassertröpfchen reduziert. Es hat sich gezeigt, dass die fungiziden, viruziden und bakteriziden Eigenschaften von Hanf günstig sind und diesen zu einem idealen Filterbestandteil machen. Auch diese Reduktion des Druckabfalls führt zu weniger ortsinstabilen Messungen (d.h., dass bei kleinerem Druckabfall mehr Luft durchgesaugt wird und deshalb ein größeres Ortsabbild für die Messwerte relevant ist, als dies bei der Beurteilung als Verbund erwartet wird.) Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Filtermedium ein vibroakustisches Metamaterial auf. Vibroakustische Metamaterialien bestehen aus einer periodischen Anordnung von kleinen, in einem Array verteilten Resonatorstrukturen, die für sich genommen aus mehreren Materialien aufgebaut sind. Hierbei kann die Größenordnung der Resonatoren kleiner sein als die halbe Wellenlänge der zu reduzierenden Schwingung. Vibroakustische Metamaterialien sind kostengünstig herstellbar. Die vibroakustische Metamaterialien können einen Teil der Luftführung auskleiden und so den Schall dämpfen. Zusätzlich können sie auf die am meisten störende Eigenresonanzfrequenz der sekundären Filtervorrichtung abgestimmt sein und je nach Ausführung die Schallemissionen um weitere 1.5 bis 10 dB reduzieren.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Filtervorrichtung ein Gehäuse auf, in welchem das Filtermedium und die Lüftereinheit angeordnet sind. Das Gehäuse ist in einem Raum eines Gebäudes anordbar und z.B. als Raumtrenner ausgebildet. Ferner kann das Gehäuse eine Lampe aufweisen und als Leuchte konfiguriert sein. Ferner kann das Gehäuse einen Lautsprecher aufweisen. Ferner kann das Gehäuse eine schallabsorbierende Schicht aufweisen und als Schalldämpfer und/oder als Schallabsorber konfigurierbar sein. Somit kann in einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform die sekundäre Filtervorrichtung mit mindestens einer weiteren raumrelevanten Zusatzfunktion verbunden sein. Dies kann ein Raumgestaltungselement, ein Raumtrenner, eine Leuchte, ein Lautsprecher oder ein Schalldämpfer sein. Durch diese Kombination wird eine Materialeinsparung (zum Beispiel für das Gehäuse) gegenüber den jeweiligen eigenständigen Stand-Alone-Vorrichtungen erreicht.

Bei der Lärmreduktion ist es wesentlich, dass das Design der Filtervorrichtung gezielt zwischen laminarer und turbulenter Strömung unterscheidet und die entsprechenden Schallemissionen gezielt minimiert werden. So wurde erkannt, dass durch die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen z.B. ein austauschbarer Filter (insbesondere ein Einwegfilter) nicht genau auf das umgebende Behältnis angepasst sein muss und trotzdem mögliche Luftresonanzen verhindert werden können. Bei Filtervorrichtungen aus regelmäßig angeordnetem Filtermedium (z.B. gewobene, gestanzte, geätzte oder gebohrte Filter) besteht die Möglichkeit, dass durch selbstorganisierende Effekte des Luftstroms Resonanzen und damit negative Effekte entstehen (Geräusche, Wiederablösen von bereits eingebetteten Schadstoffen [insbesondere bei Start und Stopp der Anlage], Varianz von physikalischen Messwerten, usw.). Es hat sich gezeigt, dass bei einer erfindungsgemäßen Lösung schon die Verwendung nur einer Lage eines Vlieses diesen Schwingungseffekt dämpft. Natürlich verstärkt sich diese Dämpfung bei mehreren Vlieslagen im Aufbau des Filtermediums, insbesondere wenn diese zumindest leicht unterschiedlich sind. Dies erklärt sich durch die Herstellung von Vliesmaterialien. Normalerweise werden dafür unregelmäßig / zufällig Fasern abgelegt und in Haftung gebracht. Diese Unregelmäßigkeit reduziert das schwingungsmäßige Selbstorganisationspotential, welches zu mehr Lärm führen kann.

Die aus akustischen Gründen besonders großen Filterflächen sind auch als Schalldämpfer prädestiniert. Insbesondere kann in Kombination mit besonderen Schallmaterialien (z.B. Melaninharzen) ein besonders gutes Maß von Schalldämmung (sowohl für Schall von außen, als auch Geräusche der Filteranlage selbst) bei dennoch ausreichendem Volumenstrom erreicht werden.

Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.

Kurze Beschreibuno der Zeichnunoen

Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Filtervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Raumes mit erfindungsgemäßen beispielhaften Ausführungsformen der Filtervorrichtung.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Filtermediums mit einer wellenförmigen Filtermembran gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Filtermediums mit einer wellenförmigen Filtermembran und gewellten Deckschichten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung von Wellenformen des Filtermediums gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Filtermediums mit einem Staudruckmesser gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm eines Druckabfalls von filterdurchströmender Luft über die Betriebszeit des Filtermediums.

Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer aktiven Lärmreduktion gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibuno von exemolarischen Ausführunosformen

Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch.

Fig. 1 zeigt eine Filtervorrichtung 100 zur Filterung von Luft 103 in einem Raum 200 (siehe Fig. 2) eines Gebäudes. Die Filtervorrichtung 100 weist ein Filtermedium 101 und eine Lüftereinheit 102 auf, wobei zu filternde Luft 103 mittels der Lüftereinheit 102 durch das Filtermedium 101 zur Filterung strömbar ist. Eine Filterfläche des Filtermediums 101 ist fünfmal grösser als ein kleinster Luftstromquerschnitt in der Lüftereinheit 102, derart, dass ein Luftstromwinkel 104 zwischen der Strömungsrichtung der Luft 103 bei Filtereintritt in das Filtermedium 101 und eine Filteroberfläche des Filtermediums 101 sich von 90 Grad unterscheidet und der Schalldruckpegel der Filtervorrichtung 100 in einem Meter Abstand von der Filtervorrichtung 100 bei einem Volumenstrom über 50 m ³ /h der von der Lüftereinheit 102 angetriebenen Luft 103 unter 48 dB liegt, wobei das Filtermedium 101 derart konfiguriert ist, dass der Druckabfall der Luft 103, welche durch des Filtermedium 101 strömt, weniger als 450 Pascal beträgt.

Die Filtervorrichtung 100 weist beispielsweise ein Gehäuse 120 auf, in welchem ein Filtermedium 101 angeordnet ist oder eine Vielzahl von Filtermedien 101 in Serie entlang der Strömungsrichtung der Luft 103 durch die Filtervorrichtung 100 oder parallel zur Strömungsrichtung angeordnet sind. Das Filtermedium 101 kann austauschbar vorgesehen sein.

Das Filtermedium 101 der Filtervorrichtung 100 weist beispielsweise ein flächiges Filtermaterial auf, welches in einem umlaufenden Trägerrahmen fixiert ist. Das Filtermedium 101 kann als Taschenfilter ausgebildet werden, wobei in dem Trägerrahmen eine Vielzahl von Taschen von Filtermedium 101 befestigt sind und der Luftstrom in die Taschen eingeleitet wird, um die einströmende Luft 103 zu filtern.

Die Lüftereinheit 102 der Filtervorrichtung 100 saugt insbesondere zu filternde Luft 103 in die Filtervorrichtung 100, sodass die Luft 103 durch das Filtermedium 101 strömt. Die Lüftereinheit 102 kann beispielsweise einen Axial- oder einen Radialverdichter aufweisen und entsprechend die Luft 103 entlang einer translatorischen Strömung geradlinig oder rechtwinklig strömen. Die Lüftereinheit 102 kann insbesondere durch die Steuereinheit 108 gesteuert werden, sodass der Luftdurchsatz durch die Filtervorrichtung 100 einstellbar ist. Die Lüftereinheit 102 ist insbesondere ein sekundäres Luftumwälzsystem mit Filterung zur Installation in einem Raum 200 (sozusagen ein „Raumluftreiniger"). Die Filtervorrichtung 100 kann mobil oder stationär sein.

Erfindungsgemäß ist die Filterfläche AF des Filtermediums 101 fünfmal grösser ist als ein kleinster Luftstromquerschnitt AL in der Lüftereinheit 102. Der kleinste Luftstromquerschnitt AL beschreibt den kleinsten Strömungsquerschnitt in dem Luftpfad der Luft 103 durch die Filtervorrichtung 100, d.h. zwischen dem Eintritt der Luft 103 in den Strömungskanal 111 der Lüftereinheit 102 und den Austritt der Luft 103 aus den Strömungskanal 112 des Filtermediums 101. Der kleinste Strömungsquerschnitt AI kann beispielsweise in einem Luftkanal der Filtervorrichtung 100 vorliegen, in welchem ein strömungserzeugendes Element (z.B. ein Ventilator) der Lüftereinheit 102 angeordnet ist.

Insbesondere stromabwärts nach dem kleinsten Luftstromquerschnitt AL ist das Filtermedium 101 angeordnet. Zwischen dem kleinsten Luftstromquerschnitt AL und dem Filtermedium 101 weitet sich der Luftromquerschnitt des Luftpfads durch die Filtervorrichtung 100 auf, sodass die Luft 103 gegen ein Filtermedium 101 trifft, welches eine Filterfläche AF aufweist, die fünfmal grösser ist als der kleinste Luftstromquerschnitt AL in der Lüftereinheit 102.

Zwischen dem Filtermedium 101 und dem kleinsten Luftstromquerschnitt AL befindet sich ausschließlich eine Aufweitung des Luftstrom pfades, sodass die eine linearer Anteil der Luftströmung gegen das Filtermedium 101 Strömungsrichtung bei Filtereintritt sich von 90 Grad zu einer Filteroberfläche des Filtermediums 101 unterscheidet und einen Luftwstromwinkel 104 zwischen der Strömungsrichtung und der Filteroberfläche von ungleich 90 Grad aufweist. Insbesondere ist die Filteroberfläche parallel zu dem kleinsten Luftstromquerschnitt AL oder parallel zu einem Luftstromquerschnitt AL, bevor die Aufweitung des Luftstrom pfades beginnt.

Der Aufweitungsbereich bildet ferner eine lange Entspannungszone ohne z.B. harte Übergänge nach der Lüftereinheit 102. Besonders gute Ergebnisse wurden gefunden, wenn die Entspannungszone grösser bzw. länger als der Querschnitt AL des Luftstroms, insbesondere mehr als das doppelte oder gar vierfache des Querschnittes des Luftstroms ist. Wenn die Luftführung derart aufgebaut ist, dass die Hauptströmungsrichtung der Luft 103 an der Filteroberfläche am Einlass des Filtermediums 101 nicht in gerader Linie durch das Filtermedium 101 hindurch geleitet wird, sondern mehrheitlich zuerst eine Umlenkung, beispielsweise von mehr als 10 Grad, erfolgt, werden gerade für grössere Partikel- oder Aerosolanteile der Luft 103 eine Rotationsbewegung eingeleitet, welche auf einem Filter eine bessere Abscheidungsrate erzielen (insbesondere in Kombinationswirkung mit mehrlagigen Porenfilter zusammen mit Zyklonabscheidungseffekt. Der Zyklonabscheidungseffekt erlaubt eine stabilere Einbindung der Fremdstoffe. Die durch die Luftumlenkung erzielte Trägheitsbewegung schwererer Luftstromanteile führt zu einem besseren Anhaften an das Filtermaterial in dem Filtermedium 101 und dadurch eine bessere Abscheiderate.

Mittels dieser Aufweitung des Strömungsquerschnitts wird erreicht, dass der Schalldruckpegel der Filtervorrichtung 100 in einem Meter Abstand von der Filtervorrichtung 100 (insbesondere von dem Luftausgang und/ oder dem Lufteingang der Filtervorrichtung 100) bei einem Volumenstrom über 50 m ³ /h der von der Lüftereinheit 102 angetriebenen Luft 103 unter 48 dB liegt.

Da die Filterfläche AF deutlich grösser als der Einströmungsquerschnitt bzw. der Luftstromquerschnitt AL in der Lüftereinheit 102 der zu reinigenden Luft 103 ist, erfolgt dadurch auch eine Geschwindigkeitsveränderung des Luftstroms. Hochbeschleunigte schwere Feststoffanteile (oder Aerosole) reduzieren ihre Geschwindigkeit langsamer als die leichten Luftmoleküle. Dies bedeutet, dass diese relativ stark auf das Filtermedium 101 aufschlagen, was wiederum zu einer guten Anhaftung am Filter führt (und damit zu einer besonders guten Abreicherung).

Die die Filtervorrichtung 100 weist eine Steuereinheit 108 zum Steuern der Lüftereinheit 102 auf, wobei die Steuereinheit 108 zum drahtlosen oder drahtgebundenen Signalaustausch von Steuerbefehlen mit der Lüftereinheit 102 gekoppelt ist. Die Steuereinheit 108 kann in der Filtervorrichtung 100 integriert sein und die Lüftereinheit 102 steuern.

Diie Filtervorrichtung 100 weist ferner ein Sensorelement 109 zum Bestimmen zumindest eines Luftparameters (z.B. CO- Gehalt, CO2- Gehalt, rel. Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Oz-Gehalt, Temperatur, PM Gehalt, Aerosolkonzentration, Art und/oder Konzentration von Fremdstoffen) der zu filternden Luft 103 an der Filtervorrichtung 100 oder einen Betriebsparameter der Filtervorrichtung 100. Die Steuereinheit 108 ist zum drahtlosen (oder drahtgebundenen) Signalaustausch von Sensorsignalen des Sensorelements 109 gekoppelt. Die Steuereinheit 108 ist insbesondere derart konfiguriert, dass auf Basis der filterbezogenen Daten ein Warnsignal generierbar ist und/oder eine Maßnahme ergreifbar ist, welche einen Durchsatz durch die Filtervorrichtung 100 betrifft (z.B. Steuerung der Lüftereinheit) oder Funktionen der Filtervorrichtung 100 betrifft, welche gesperrt oder freigegeben werden.

Die Filtervorrichtung 100 und die Steuereinheit 108 können jeweils eine Antenne oder ein leiterbasierendes System aufweisen, welches die Bereitschaft der Filtervorrichtung 100 signalisiert, Daten auszutauschen.

Die Filtervorrichtung 100 weist ferner eine Datenspeichereinheit 110 auf, welche mit der Steuereinheit 108, mit der Lüftereinheit 102 und mit dem Sensorelement 109 zum Austausch von Daten gekoppelt ist, wobei insbesondere die Daten mittels eines Zertifikates und/oder einer Verschlüsselung schützbar sind. Die Daten stellen insbesondere Messwerte dar, welche ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Luftdurchsatz durch die Filtervorrichtung 100, Lufttemperatur, Luftdruck, insbesondere Absolutdruck und/oder Differenzdruck, Filterbelegung des Filtermediums, Luftfeuchtigkeit, Aerosolbelastung, PM-Gehalt und/oder Fremdstoffanteil der Luft 103, Messort der Luftmessung. Gerade bei anspruchsvollen Betriebsbedingungen kann es von Interesse sein, dass einzelne Erfassungsdetails, wie die Messwerte, parametrisiert werden können. Zum einen betrifft dies Details des Messverfahrens, zum Anderen auch die Parameter, welche aufgezeichnet werden sollen (z.B. Luftdurchsatz, Temperatur, Druck (insbesondere Absolutdruck und/oder Differenzdruck), Filterbelegung, Feuchtigkeit, Aerosolbelastung, PM-Gehalt, insbesondere auch wieviel von welcher Durchmesserklasse). Ein solcher Datensatz kann dann wiederum mittels einer Kommunikation übertragen werden, oder erst nach Ende der Filterlebenszeit ausgelesen werden.

Die Filtervorrichtung 100 weist ferner eine Wägeeinrichtung 113 auf, welche eingerichtet ist zum Wiegen der Filterbelegung, insbesondere, dass eine Messwertverfälschung durch den Druck der durch das System strömenden Luft 103 kompensierbar ist. Mit entsprechende Zusatzmechanismen kann eine Kompensation der Messwertverfälschung des Sensorelements 109 durch den Druck des Luftwiderstandes im Betrieb der Filtervorrichtung 100 erreicht werden. Dies erlaubt auch das Feststellen einer hohen Filterbelegung des Filtermediums 101 für eine Betriebsart der Filtervorrichtung 100 bei tiefem (geringem) Volumenstrom, der bei üblichen Filterüberwachungen nicht zum Auslösen der Differenzdrucküberwachung des Filtermediums 101 führt.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Raumes 200 mit erfindungsgemäßen beispielhaften Ausführungsformen der Filtervorrichtung 100. Die Filtervorrichtung 100, z.B. deren Gehäuse 120, weist einen Luftauslass 107 zum Ausblasen der Luft 103 auf, wobei die Filtervorrichtung 100 derart ausgebildet ist, dass der Luftauslass 107 niedriger als lm, insbesondere niedriger als 0,5 m, über dem Boden (auf welchem die Filtervorrichtung 100 aufliegt) vorliegt und somit unterhalb einer Kopfhöhe 201 einer stehenden Person. Zusätzlich oder alternativ ist die Filtervorrichtung 100 derart ausgebildet, dass der Luftauslass 107 höher als 1,8 m, insbesondere höher als 2 m, als eine Kopfhöhe 201 einer stehenden Person. Das Gehäuse 120 ist in einem Raum 200 eines Gebäudes anordbar ist und z.B. als Raumtrenner ausgebildet. Ferner kann das Gehäuse 120, wie dargestellt, eine Lampe 202 aufweisen und als Leuchte konfiguriert sein. Zudem kann die Filtervorrichtung 100 ebenfalls an einer Wand eines Raums 200 angebracht werden.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Filtermediums 101 mit einer wellenförmigen Filtermembran gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das Filtermedium 101 weist insbesondere mehrere Filterlagen (z.B. Vlieslagen) 301, 302, 303 auf, welche in Strömungsrichtung der Luft 101 durch das Filtermedium 101 hintereinander angeordnet sind, wobei insbesondere die der Zuluftseite zugewandte erste Filterschicht 301 gröber filtert als zumindest eine der in Strömungsrichtung zu der nachfolgenden ersten Filterschicht nachfolgenden zweiten Filterschichten 302, 303. Somit können zunächst gröbere Partikel gefiltert werden, während kleinere Partikel durch die ersten Schichten hindurchströmen und erst später bei den feinen Schichten ausgefiltert werden.

Die äußeren Filterlagen sind dabei als Vlieslagen 301, 303 und eine Filterlage ist als Filtermembran 302 zwischen den Vlieslagen 301, 303 angeordnet. Die Vlieslagen 301, 302, 303 sind schichtartig in einer dritten Richtung z übereinander in einem Schichtverbund angeordnet, wobei insbesondere die mittlere Filtermembran 302 des Schichtverbunds eine größere Oberfläche als die beiden äußeren Vlieslagen 301, 303 aufweist. Die mittlere Filtermembran 302 weist Wellenabschnitte auf, welche entlang einer ersten Richtung x hintereinander angeordnet sind.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Filtermediums 101 mit einer wellenförmigen Filtermembran 302 und gewellten Decklagen als Vliesschichten 301, 303 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Auf der Zuluftseite ist ein grobes Deckvlies als äußere Vlieslage 301 vorgesehen werden, welches insbesondere gewellt auf die Zuluftseite der Filtermembran 302 angeordnet ist. Ebenfalls kann ein Deckvlies als Vlieslage 303 auf die Abluftseite der Filtermembran 502 angeordnet werden. Die äußere Vlieslage 301 an der Zuluftseite ist dabei stärker gewellt als die äußere Vlieslage 303 an der Abluftseite. Die Filtermembran 302 ist dabei stark gewellt und entsprechend auch stark filternd ausgebildet. Der Zwischenbereich zwischen den äußeren Vlieslagen 301, 303 und den Wellen der Filtermembran 302 kann mit einem Filmmaterial gefüllt sein, um eine höhere Stabilität zu erzielen.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung von Wellenformen des Filtermediums 101 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die Wellenabschnitte verlaufen insbesondere innerhalb der Ebene unregelmäßig und asymmetrisch zueinander. Das Filtermedium 101 ist derart angeordnet, dass das Filtermedium 101 entlang der ersten Richtung x oder entlang der zweiten Richtung y mit Luft 101 überströmbar ist. Beispielsweise ist die x- Richtung die Luftanströmungsrichtung der Luft 101 und die Wellenabschnitte verlaufen quer zur ersten Richtung x entlang der zweiten Richtung y. Die Asymmetrie der Wellenanordnung und -form kann zur Schwingungsdämpfung genutzt werden.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Filtermediums 101 mit einem Staudruckmesser 602 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

Der Staudruckmesser 602 ist derart ausgebildet, dass ein statischer Druck stromaufwärts vor dem Filtermedium 101 und ein statischer und dynamischer Druck stromabwärts auf der Abluftseite nach dem Filtermedium 101 messbar ist. Wenn die Geschwindigkeit des Luftflusses hoch genug ist, dann kann der Differenzdruck pl-p2 zwischen einem normalen Druckabgriff stromaufwärts vor dem Filtermedium 101 (Druck pl) und einem Staudruckrohr (oder Pitot- Rohr) stromabwärts hinter dem Filtermedium 101 (Druck p2) gemessen werden. Das Filtermedium 101 ist dabei innerhalb eines Luftkanals angeordnet, welcher durch Wände als äußere Luftstrombegrenzung 601 gebildet wird. Der Druck beim Pitot-Rohr ist gegeben durch die Summe des statischen Drucks und des Staudrucks und ist deshalb höher als beim normalen Druckabgriff vor dem Filtermedium 101. Diese Konfiguration kreiert einen invertierten oder negativen Differenzdruck über dem Filtermedium 101 und erlaubt es verstopfte Zuleitungen oder Klappenstörungen zu detektieren.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm eines Druckabfalls von filterdurchströmender Luft 103 über die Betriebszeit des Filtermediums 101. In dem Diagramm wird gezeigt, dass über die Betriebszeit t aufgrund der Filterbelegung der Druckabfall AP der durchströmenden Luft 103 durch das Filtermedium 101 zunimmt. Das Filtermedium 101 ist dabei derart konfiguriert (beispielsweise über die Material/Porendichte, der Materialauswahl und/oder der Dicke des Filtermediums 101), dass der Druckabfall (zwischen Eintritt in das Filtermedium 101 und Austritt aus dem Filtermedium 101) der Luft 103, welche durch des Filtermedium 101 strömt, in einem regulären vordefinierten Betriebszyklus definiert durch eine vorgegebene Betriebszeit weniger als 450 Pascal beträgt.

Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer aktiven Lärmreduktion gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die Filtervorrichtung 100 weist eine Mikrofoneinheit 105 und einen Schallerzeuger 106 auf, wobei die Mikrofoneinheit 105 angeordnet ist, den Schallpegel 804 der Luft 103 als Lärmquelle 803 vor der Lüftereinheit 102 und/oder nach dem Filtermedium 101 zu messen, wobei der Schallerzeuger 106 konfiguriert ist, basierend auf dem gemessenen Schallpegel 804 einen Gegenschall zu erzeugen. Somit kann eine aktive Lärmunterdrückung integriert werden. Dabei generiert der Schallerzeuger 106 Schall, welcher derart eingestellt ist, dass dieser mit einer destruktiven Interferenz bezüglich der Lärmquelle 803, die von der Luftströmung generiert wird, einstellbar ist. Dafür ist ein Regler 101 (beispielsweise die Steuereinheit 108) mit der Mikrofoneinheit 105 gekoppelt, um Signale für den Schallerzeuger 106 zu generieren. Diese Signale können in einem Leistungsverstärker 802 verstärkt werden.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in

Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Bezuaszeichenliste:

100 Filtervorrichtung 801 Regler

101 Filtermedium 802 Leistungsverstärker

102 Lüftereinheit 803 Lärmquelle

804 Schallpegel

103 Luft

104 Luftstromwinkel x erste Richtung

105 Mikrofoneinheit y zweite Richtung

106 Schallerzeuger z dritte Richtung

107 Luftauslass pl Druck Zuluftseite

108 Steuereinheit p2 Druck Abluftseite

109 Sensorelement

AL Luftstromquerschnitt Lüftereinheit

110 Datenspeichereinheit

AF Filterfläche Filtermedium

111 Strömungskanal Lüftereinheit

112 Strömungskanal Filtermedium

113 Wägeeinrichtung

120 Gehäuse

200 Raum

201 Kopfhöhe einer stehenden Person

202 Lampe

301 erste Vlieslage

302 Filtermembran

303 zweite Vlieslage

601 äußere Luftstrombegrenzung

602 Staudruckmesser