Energiesparende Kombi-Filter vermehrt gefragt

Luftfilter für raumlufttechnische Anlagen (RLT-Anlagen) hatten ursprünglich die Funktion, die zentralen Luftaufbereitungsgeräte vor Schmutz und Staub zu schützen, um so deren Langzeitbetrieb zu gewährleisten. Dass sich daran ein Luftverteilsystem anschließt, das Menschen mit möglichst geruchsfreier und gesunder Luft versorgen soll, war lange Zeit eher zweitrangig. Das änderte sich erst, als dem Geschehen im und nach dem Luftfilter mehr Aufmerksamkeit geschenkt wurde.

Der laxe Umgang mit der Biologie des Filtermaterials und der abgeschiedenen Stoffe (Filterkuchen) sowie neue Erkenntnisse über die Wechselwirkung zwischen Luftfiltern und Klagen über Befindensstörungen führten aufgrund der breiten, öffentlich ausgetragenen Diskussion um kranke Gebäude Anfang der 90er Jahre zu einer Neubewertung der Lufthygiene in Räumen und damit auch zu einer Überarbeitung der vorhandenen Normen und Richtlinien. Die betroffene Industrie reagierte darauf unter anderem mit der Entwicklung von Lüftungsgeräten und Systemkomponenten, bei denen ein höherer Raumkomfort und eine verbesserte Lufthygiene bereits konstruktiv berücksichtigt wurden.

Maßstab und Richtschnur des neuen Hygienebewusstseins war die im Jahr 1992 erfolgte ­Einigung von Hygienikern, Arbeitsmedizinern und TGA-Fachleuten auf die Richtlinie VDI 6022 „Hygie­nische Anforderungen an Raumlufttechnische Anlagen in Büros und Versammlungsräumen“. ­Diese so genannte Hygienerichtlinie beeinflusst das Geräte- und Anlagendesign inklusive Wartung und Betrieb wie kaum eine andere Richtlinie zuvor in der Lüftungs- und Klimabranche. Doch auch hier gab es noch lange Zeit Interpretationsspielräume, beispielsweise „wie sauber ist sauber“ bzw. „wie viel Staub in neu installierten, offensichtlich ‚besenreinen’ Luftleitungen, akzeptiert werden dürfe“. Die wichtigsten Aussagen der VDI 6022 hinsichtlich Anforderungen an die Luft­filter sind aber folgende:

• Die gesamte RLT-Anlage muss im luftführenden Bereich aus Materialien bestehen, die weder gesundheitsgefährdende Stoffe emittieren noch einen Nährboden für Mikroorganismen bilden. • Luftfilter müssen so ausgelegt, eingebaut und gewartet bzw. ausgetauscht werden können, dass sie den Eintrag von luftgetragenen Keimen sowie von anorganischen und organischen Stoffen minimieren, keinesfalls jedoch erhöhen. Es muss sichergestellt sein, dass sie selbst nicht zur Quelle von gesundheits- und geruchsbelastenden Bestandteilen der Luft werden können.

In der vom Fachverband Allgemeine Lufttechnik im VDMA herausgegebenen „Luftfilter-Information zur VDI 6022“ heißt es unter anderem, Luftfilter müssen/sollten:

• durch geeignete Regelstrategien […] vor anhaltend hoher Luftfeuchtigkeit bzw. Durchfeuchtung […] geschützt werden• im Bodenbereich mit stehend angeordneten Taschen eingebaut werden, um bei Anlagenstillstand ein Absinken der Filtertaschen auf den Kammerboden zu unterbinden• keinen flächigen Kontakt mit dem Boden der Filterkammer haben, da ansonsten eine Verschmutzung und/oder Durchnässung möglich ist.

Wie kritisch die Umgebungsbedingungen von Luftfiltern sein können, zeigt eine Untersuchung von Wesco Filtertechnik, Wettingen/Schweiz. Demnach sind Luftfilter in der Schweiz – über das Jahr gesehen – zu etwa 50 % der Zeit einer relativen Luftfeuchte von 80 % und mehr ausgesetzt. Diese anhaltend hohe Luftfeuchte spielt eine zentrale Rolle im Zusammenhang mit dem mikrobiellen Wachstum in Filtern. Um das Hygienerisiko zu begrenzen, empfehlen manche Gerätehersteller, die Luftfeuchtigkeit durch eine Außenluftvorerwärmung unter 80 % relative Feuchte zu halten.

Kontrovers: Biostatische Luftfilter

Trotz vielerlei Erkenntnissen über die Ursachen von gebäudebedingten Beschwerden gerät der Luftfilter auch heute immer wieder in die Schusslinie von Hygienikern, Arbeitsmedizinern und Facility Managern. Fachverbände weisen Mitgliedsfirmen wie auch die Gebäudenutzer, Anlagenbauer und Gebäudedienstleister regelmäßig auf die spezifischen Probleme hin. Oft liegt zwischen der reinigenden Wirkung von Luftfiltern und dem Luftfilter als Geruchs- und Schadstoffquelle nur ein schmaler Grat.

Einige Hersteller haben auf das Dauerthema Filterverhalten bei hoher Luftfeuchte bzw. Näss­eeintrag in die Filter reagiert und bieten Filter mit biologisch aktiven Stoffen an. Laut VDI 6022 wie auch der Luftfilter-Information Nr. 2 vom April 2005 des Fachverbands Allgemeine Lufttechnik im VDMA sind biostatische Filter aber nur zulässig, wenn diese nachweislich gesundheitlich unbedenklich sind und ihre Wirksamkeit in Praxistests nachgewiesen wurde. Die Fachwelt ist hier allerdings uneins, ob die Nachweisführung und Aussagefähigkeit der Prüfverfahren ausreichend ist und rät eher zur Zurückhaltung. In der neuen VDI 6022-1 sind biostatische Filter deshalb auch nicht mehr als „Problemlöser“ aufgeführt.

Hygieniker und Wissenschaftler, aber auch manche Filterhersteller, sehen in der Dauerexposition der Nutzer mit antimikrobiell ausgerüsteten Filtermedien einen möglichen Eintrag von Chemikalien in das „Lebensmittel Luft“. Diese „Haltbarmachung“ von Luftfiltern mittels Chemikalien erinnere stark an die früher übliche Konservierung von Lebensmitteln mittels Chemie, z.B. bei Joghurt, geben Thomas Schroth und Dr.-Ing. Thomas Caesar vom Luftfilterhersteller Freudenberg in der Schriftenreihe „Viledon“ zu bedenken. Bis die Langzeitwirkung von biogen behandelten Filtermedien endgültig geklärt sei, wäre es besser, mehr Augenmerk auf die Filterwartung zu legen, d.h. eher kürzere Austauschintervalle einzulegen, so die Autoren.

Biostatisch behandelte Filtermedien bietet beispielsweise AAF unter der Bezeichnung Intersept an. Die darin enthaltenen Substanzen (Phosphate) verlangsamen das Wachstum von Keimen – ohne diese abzutöten. Biostatisch ausgerüstete Filtermedien werden laut AAF hauptsächlich in problembehafteten Anlagen eingesetzt, da sie meist eine unmittelbare positive Wirkung zeigten und auf die eigentlich notwendigen Umbaumaßnahmen zunächst verzichtet werden könne. Anlagenbetreiber kommen jedoch auch beim Einsatz biostatisch behandelter Filtermedien nicht umhin, Fehler im Anlagendesign zu korrigieren oder die Defizite bei der Wartung zu beheben.

Neue Filterkonzepte

Eine andere Möglichkeit, die Luft in maschinell belüfteten Räumen zu verbessern, ohne in die vorhandene Filterstufe der Luftaufbereitungsgeräte einzugreifen, ist der Einbau von endständigen Filtern in den jeweiligen Räumen. Solche Filtersysteme sind besonders bei Mischluftsystemen oder sehr sensiblen Räumen sinnvoll, beispielsweise in Krankenhäusern, für die ein höherer Schutz vor feinen Partikeln, flüchtigen organischen Verbindungen (VOC, Volatile Organic Compounds) oder Gerüchen notwendig ist. Durch die Kombination mit Aktivkohlefiltern kann deren Wirkung nochmals verbessert werden, da diese auch gasförmige Stoffe absorbieren.

Inzwischen geht der Trend dahin, konventionelle Filterstufen mit Aktivkohlefiltern zu kombinieren. Insbesondere in geruchsbelasteten Zonen von Großstädten, in Industriegebieten und in der Nähe von Flughäfen wachse die Bereitschaft zur mehrstufigen Luftfilterung, war auf der letzten ISH/Aircontec zu hören.

Auch auf dem zurückliegenden REHVAKongress Clima 2007 WellBeing Indoors in Helsinki war die Wirkung von Luftfiltern ein Thema. Professor Bjarne W. Olesen von der Uni­versität von Dänemark, Lyngby, wies darauf hin, dass man sich künftig viel mehr um die ­Zersetzungsprodukte der abgeschiedenen Stoffe aus dem Filterkuchen kümmern müsse. Hier könne es zu chemischen Reaktionen kommen, die von ozonhaltiger Luft zusätzlich angefacht werden. ­Diese meist gasförmigen Zerfallsprodukte seien die Ursache, dass die Luft nach einem Filter oftmals schlechter bewertet werde als vor dem Filter. In einem solchen Fall helfe auch nicht die alte ­Regel, die Außenluftrate zu erhöhen. Oft hätte ­diese Maßnahme die gegenteilige Wirkung – die empfundene Luftqualität werde dann als noch schlechter beurteilt.

Wissenschaftler des International Center for Indoor Environment and Energy der Universität von Dänemark, Lyngby, kamen bei einem Filtertest [1] mit acht verschiedenen Filterkombinationen (jeweils gebrauchte und unbenutzte Filtermaterialien) zu dem Ergebnis, dass sich ein häufigerer Filterwechsel positiv auf die Produktivität von Arbeitsplätzen auswirkt und sich ein vorgezogener Filterwechsel sogar wirtschaftlich lohnt. Getestet wurden folgende Filterkombinationen:

1. EU7-Taschenfilter2. EU4-Vorfilter mit EU7-Filter (Vorfilter monatlich gewechselt)3. Aktivkohlefilter und EU7-Filter4. EU7-Filter und Aktivkohlefilter5. Aktivkohlefilter, EU7-Filter, Aktivkohlefilter6. EU7-Glasfaserfilter mit Aktivkohlefilter als Kombitaschenfilter7. EU7-Synthesefaserfilter mit Aktivkohle (als Kassetten-Kombifilter)8. EU5-Taschenfilter

Bei einem Geruchstest mit 32 Probanden erreichte die Filterkombination Nr. 5 – Aktivkohlefilter/EU7 Glasfaserfilter/Aktivkohlefilter – ­sowohl im neuen wie auch im gebrauchten Zustand (fünf Monate in Benutzung) die größte Akzeptanz. Die hohe Filterwirkung dieser Filterkombination ist auf die Wirkungsweise der zu­sätzlichen Aktivkohlefilter zurückzuführen. Zum einen wurden gasförmige Stoffe, die sich durch Zerfallsprozesse im Filterkuchen bildeten, im nachgeschalteten Aktivkohlefilter wirkungsvoll abgeschieden. Zum andern wurde durch den Aktivkohle-Vorfilter das atmosphärische Ozon der Außenluft gebunden.

Energiefresser ohne Stromanschluss

Während die neuen Hygieneanforderungen durch die VDI 6022 von den Marktakteuren wie auch von Gebäudenutzern und Gebäude­betreibern inzwischen als Stand der Technik an­erkannt sind, ist das Bewusstsein um den Anteil des Luftfilters am Energieverbrauch einer RLT-Anlage erst im Entstehen: Obwohl der Luftfilter ­direkt gar keinen Strom benötigt, gelten Filter­materialien mit ge­ringem Druckverlust durch die steigenden Stromkosten inzwischen als maßgeblicher Kosten­senkungsfaktor zur Einsparung von elektrischer Energie für den Antrieb der ­Ventilatoren.

Der Filterhersteller Camfil Farr stellte bei einer Analyse der Life-Cycle-Kosten eines Luftfilters, aufgeschlüsselt nach Filterkosten, Arbeitszeit für Ein- und Ausbau, anteiligem Energieverbrauch in Abhängigkeit des Druckverlustes, Reinigung des Gerätes und Entsorgung der gebrauchten Filter fest, dass der Energieanteil bei rund 70 % liegt.

Wichtigstes Entwicklungsziel maßgeblicher Filterhersteller ist deshalb, den Druckverlust des Filters zu minimieren, gleichzeitig aber auch die Geometrie des Filters so zu gestalten, dass die Luft den Filter auch im beladenen Zustand gleichmäßig durchströmt. Das bedeutet, die ­Standzeit wird optimiert und der Druckverlust ­minimiert. Fast baugleiche Luftfiltermodelle unterschiedlicher Hersteller kommen nach Unter­suchungen von Camfil Farr trotz identischer ­Abmessungen und ähnlichem ­Filtermaterial bei gleicher Filterklasse auf ganz ­unterschiedliche Energieverbrauchskosten.

In den USA sieht man das Thema Energiekosten durch Luftfilter inzwischen als noch gravierender an. Der Anteil der Energiekosten an den Life-Cycle-Kosten von Luftfiltern wird in einem Fachaufsatz der Fachzeitschrift „Maintenance Solutions“ (https://www.facilitiesnet.com/default.aspx) sogar mit 81 % angegeben. Allein durch den Austausch bisheriger Standardfilter durch solche mit niedrigerer Druckdifferenz könne man 10 % der Kosten für die Luftförderung einsparen. Immerhin ist der Stromverbrauch der Ventilatoren mit einem Anteil zwischen 50 und 70 % an den Gesamtenergiekosten von RLT-Anlagen beteiligt.

Camfil Farr gibt als Faustregel an, dass jedes zusätzliche Pa Differenzdruck einer Filterkassette einen Euro an zusätzlichen Energiekosten verursache. Eine schlechte Filterkonstruktion könne – selbst bei gleichen Filterklassen – die Druckdifferenz um bis zu 50 Pa erhöhen. Das bedeute 50 Euro mehr Energiekosten pro Luftfilterkassette pro Jahr.

Im Hinblick auf die EU-Richtlinie zur Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden spielt nach Meinung vieler Wissenschaftler künftig der Differenzdruck-abhängige Energieverbrauch von Luftfiltern eine maßgebliche Rolle. Ihr Einsatz wird in den USA inzwischen als einfachste und wirkungsvollste Maßnahme zur Senkung der Gesamtenergiekosten von RLT-Anlagen angesehen.

Versierte Planer und auf die Sanierung von RLT-Anlagen spezialisierte Fachfirmen weisen jedoch darauf hin, dass mit Luftfiltern geringer Druckdifferenz alleine noch keine Energie einge­spart werde. Wichtig sei es, gleichzeitig die Ventilatorenleistung zurückzunehmen bzw. bei Ventila­torenaustausch die Ventilatoren neu zu dimensionieren. Im Zuge der Neudimensionierung müsste dann aber auch die höhere Effizienz neuer Ventilatoren berücksichtigt sowie andere, überflüssig gewordene Einbauten wie Schalldämpfer, still gelegte Wäscherkammern und überdimensionierte Heizregister, entfernt werden.

Literatur

[1] Gabriel Bekö, Geo Clausen, Charles J. Weschler: „Sensory Pollution from Bag Filters, Carbon Filters and Combinations“. Technical University of Denmark, International Center for ­Indoor Environment and Energy. Oral Lecture, Clima 2007 WellBeing Indoors, Helsinki

Seitdem das Thema Luftqualität, Gesundheit, Behaglichkeit und nicht zuletzt auch die damit zusammenhängende Produktivität in den USA auch beim „End-user“, also bei den klimatisierten Mitarbeitern, angelangt ist, werden Luftfilterbauarten, Filtermaterialien und Filterwechselintervalle zunehmend kritischer beleuchtet. Hinzu kommen die aktuelle Energiediskussion und die Forderung nach einer höheren Energieeffizienz von RLT-Anlagen. Marktforscher in den USA gehen davon aus, dass künftig bei der Auswahl von Luftfilterbauarten bzw. Ersatzmaterialien das Entscheidungsspektrum bedeutend erweitert wird. Als Entscheidungskriterien werden genannt:

• höhere Filtereffizienz / höherer Abscheidegrad • bessere Langzeitperformance • bessere Dokumentation der verwendeten Materialien des Produktionsprozesses, Testprocedere und Langzeitverhalten • höhere Qualitätskontrollen, da defekte Filter hohe Folgekosten verursachen können • geringere Druckverluste, um Energieaufwand für Luftförderung zu reduzieren • höhere Qualitätsansprüche an Filter für den Einsatz in Krankenhäusern.

Aufgrund der weltweiten Tendenz, die personenbezogene Arbeitsfläche weiter zu reduzieren, also mehr Mitarbeiter auf weniger Fläche unterzubringen, steigt gleichzeitig – insbesondere in Großraumbüros – die Gefahr von Ansteckung (Grippe, SARS), allergischen Reaktionen (Asthma) oder einfacher ausgedrückt von typischen gebäudebedingten Befindensstörungen wie Kopfschmerzen, Unwohlsein oder Schwindelgefühl. Marktforscher in den USA ­haben festgestellt, dass Gebäudenutzer und Gebäudebetreiber das Kostensenkungspotenzial effizienterer Klimaanlagen und in diesem Zusammenhang von effizienteren Luftfiltereinrichtungen erkannt haben und offensichtlich auch bereit sind, mehr Geld zu investieren, um anschließend von niedrigeren Betriebskosten und einer höheren Zufriedenheitsrate der Mieter zu profitieren. Oft bedeutet die Mehrinvestition in höherwertige Filtereinrichtungen bzw. Filtermaterialien auch, dass die Standzeiten von Filtern verlängert werden können.

Das höhere Qualitätsbewusstsein im gewerblichen Bereich schwappt jetzt offenbar auf den häuslichen Bereich der Amerikaner über. Auch dort wachse der Bedarf an höherwertigen Filtern zur Verbesserung des Raumklimas bzw. der Innenluft. So genannte HEPA-Filter (High Efficiency Particulate Air) sollen nach und nach die einfachen Filterbeutel ersetzen. Einziges Problem: Die höherwertigen Filter passen nicht in die Aufnahmerahmen der heute ­üblichen Low-End-Filtersysteme.

Das Thema Luftfilter und dessen Einfluss auf die Gesundheit wurde lange Zeit unterschätzt. Mit der neuen europäischen DIN EN 13779 „Lüftung in Nichtwohngebäuden – Allgemeine Grundlagen und Anforderungen für Lüftungsanlagen“ werden erstmals Filterklassen in Abhängigkeit der Außen- und der Innenluftqualität definiert. Die neue Sichtweise stützt sich u.a. auf Erkenntnisse der World Health Organisation (WHO), wonach die meisten Menschen in Europa einen Großteil ihrer Zeit in städtischen ­Gebieten verbringen, in denen die Außenluftqualität AUL (ODA: Outdoor Air) 4 bzw. 5 beträgt. Die Außenluftqualität wurde im ursprünglichen Normenentwurf in die fünf Kategorien eingeteilt: 1: saubere Luft, 2: Staub, 3: Gase, 4: Staub und Gase sowie 5: sehr hohe Konzentrationen.

In der neuen DIN EN 13779 ist die Außenluftqualität nur noch in drei Kategorien eingeteilt: ODA 1 bis 3. Die schlechte Bewertung der Außenluftqualität ist laut WHO hauptsächlich auf die hohe Partikelverunreinigung (PM10) von bis zu 50 µg/m3 in den Städten zurückzuführen. Ziel sei ein Jahresdurchschnitt von unter 40 µg/m3 Luft, der aber immer noch einer Außenluftqualität von AUL 4 bzw. 5 oder ODA 3 entspricht.

Die Qualität der Innenluft wurde im ursprünglichen Normenentwurf mit „RAL 1 bis 4“ (RAL: Raumluft) klassifiziert, in der jetzt vorliegenden Norm steht dafür die inter­nationale Bezeichnung IDA (Indoor Air). IDA 1 steht für höchste Ansprüche an die Luftqualität, IDA 4 für den niedrigsten Anspruch. Die für das jeweilige Gebäude ­notwendige Filterklasse ergibt sich aus der vorliegenden Außenluftqualität und den Vorgaben des Nutzers an die Raumluftqualität.

Im Zuge der Klassifizierung der Luftqualität sind auch die Abluft und Fortluft in ­Klassen eingeteilt worden. Damit wird definiert, welcher Verunreinigungsgrad zu­lässig ist, um die Luft, beispielsweise als Umluft oder Überströmluft (für Toiletten, Waschräume, Garagen) zu nutzen. Ist eine Wieder­verwertung der Luft aufgrund einer hohen Verschmutzung nicht zulässig, muss sichergestellt sein, dass keine unbeabsichtigte Umluftbeimischung entsteht. Diese Vorgabe bezieht sich insbe­sondere auf Wärmerückgewinnungsanlagen, bei denen man mit Spülverlusten ­rechnen muss.

Weiterführende Informationen zur DIN EN 13779: Segmentbroschüre Camfil Farr „Luftqualität in Innenräumen – IAQ“ unter http://www.camfilfarr.com/cou_deutsch/catalog/

ist Freier Fachjournalist für Technische Gebäudeausrüstung, München, E-Mail: wsm@netsurf.de