16.06.2022

Staub und Keimen keine Chance geben

Projekt Nanofil optimiert Filtermaterialien in Hinsicht auf Partikelabscheidung und Energieeffizienz.

Luftfilter in Gebäuden sind nicht nur wichtige Element zur Pandemie­bekämpfung, sie schützen auch sensible technische Komponenten vor Verunreinigungen, von Feinst­partikeln bis hin zu Viren oder Keimen. Je nach eingesetztem Filtermedium können die Geräte jedoch viel Energie verbrauchen. Dies rückt vor dem Hintergrund steigender Energiekosten und der Notwendigkeit der weltweiten CO2-Emissions­reduktion zunehmend den Fokus. Das gemeinsame Forschungsprojekt Nanofil der Universität Stuttgart und des Filter­herstellers Mann+Hummel soll nun die Mikrostruktur von Filtermedien optimieren und die Geräte effizienter machen. Die Forscher setzen dabei auf Simulationen.

 

Abb.: Filtermedium aus Zellulose-Fasern mit Nano­faser­beschichtung vor der...
Abb.: Filtermedium aus Zellulose-Fasern mit Nano­faser­beschichtung vor der Beladung mit Staub­partikeln (Bild: Mann+Hummel)

Das Herzstück stationärer Gebäude­lüftungs­anlagen sind hocheffiziente Filter­medien mit entsprechender Partikel­abscheide­leistung, die insbesondere durch den Einsatz feinster Synthetik-, Glas- oder Nanofasern realisiert werden können. Neben einer hohen Abscheideleistung wird für moderne Luftfilter­medien zudem ein möglichst geringer Druckverlust gefordert, um den Energieverbrauch zu senken. Wenn man die Leistung eines Filter­mediums hinsichtlich dieser Faktoren vorhersagen kann, lässt sich dessen Mikro­struktur zielgerichtet zur Erfüllung bestimmter Anforderungen optimieren.

Dies setzt jedoch eine ausreichend genaue Abbildung der hierbei auftretenden Effekte voraus. „Um die Validität der vorhergesagten Material­eigenschaften zu garantieren, müssen wir in unsere Berechnungen das Verhalten von zigtausend Partikeln berücksichtigen“, erklärt der Projektleiter an der Universität Stuttgart, Carsten Mehring vom Institut für Mechanische Verfahrens­technik (IMVT). „In der Entwicklung von Filtermedien für spezifische Anwendungen stellt daher die Simulation ein wertvolles Werkzeug dar.“

Insbesondere für die Vorgänge bei der Abscheidung von Feinstpartikeln an feinsten Fasern existieren derzeit noch keine anwendungsgerechten Modellansätze. Ziel von Nanofil ist es daher, die in der virtuellen Filter­medien­entwicklung etablierten Simulations­modelle zu verbessern und im Hinblick auf die Berücksichtigung von Nanofasern zu erweitern. Hierzu und um insbesondere die bisher vernachlässigten Effekte zu berücksichtigen, werden geeignete Submodelle entwickelt und in ein Gesamt­simulations­modell integriert. Das verbesserte Modell soll zunächst umfangreich validiert und dann seine Anwendungs­tauglichkeit demonstriert werden. „Unser Ziel ist die möglichst genaue simulations­getriebene Vorhersage eines optimierten, mit Nanofaserbeschichtung versehenen Luftfilter­mediums“, erklärt Mehring. Dieses soll dann hergestellt und auf seine Leistungs­fähigkeit überprüft werden.

U. Stuttgart / DE

 

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