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.
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
