Neue DIN EN ISO 16890 bestimmt Filterleistung nach Feinstaubfraktionen

Hoval, Spezialist für Gesamtsysteme zum Heizen, Kühlen und Lüften, fasst die wichtigsten Neuerungen und Änderungen der DIN EN ISO 16890 zusammen.

Die seit Juli 2018 weltweit gültige Norm DIN EN ISO 16890 ("Luftfilter für die allgemeine Raumlufttechnik") markiert eine neue Entwicklungsstufe des standardisierten Prozesses zur Prüfung und Klassifizierung der in der allgemeinen Belüftung verwendeten Luftfilter der Klassen G, M und F. Das neue Verfahren liefert deutlich belastbarere Daten zur tatsächlichen Filter-Performance und ermöglicht damit eine optimale, anforderungsspezifische Filterauswahl.

Das Thema Feinstaubemission hat in den letzten Jahrzehnten international eine deutliche Dynamisierung erfahren. Im Mittelpunkt der öffentlichen Diskussion stehen die Belastungsfaktoren von Feinstaub für das globale Klima und die Gesundheit des Menschen.

Insbesondere ultrafeine Teilchen, wie Rußpartikel, werden als gesundheitlich besorgniserregend eingestuft. Mit fortschreitender wissenschaftlicher Erkenntnis über Entstehung, Zusammensetzung und die schädlichen Auswirkungen von Feinstaub werden die zulässigen Grenzwerte für die Emission von festen und gasförmigen Stoffen sowie die maximale Immissionskonzentration zum Schutz von Mensch und Umwelt kontinuierlich modifiziert. Der jeweils aktuelle Wissensstand findet dabei Eingang in Verordnungen, einschlägige Richtlinien, Normen sowie in die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft).

So legt beispielsweise in Deutschland die 39. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen – 39. BImSchV) seit dem 1. Januar 2015 für Feinstaub PM2,5 (Particulate Matter) einen Grenzwert von 25 μg/m³ als Jahresmittel verbindlich fest. Ab dem 1. Januar 2020 wird dieser auf 20 μg/m³ abgesenkt.

Bewertung eines breiten Partikel-Spektrums ermöglicht praxisnahe Klassifizierung

Um Luftverschmutzungen etwa in Gebäuden, Lagerhallen oder Produktionshallen zu minimieren, werden Lüftungs- und Klimaanlagen mit Luftfiltern ausgestattet. Die Wahl der jeweiligen Luftfilter ist abhängig vom Einsatzzweck und dem geforderten Abscheidegrad. Die Ermittlung des Abscheidegrades erfolgte bislang nach DIN EN 779, die europaweit eine einheitliche Methode zur Prüfung und Klassifizierung von Filtern festlegte. Das vor rund 40 Jahren entwickelte Verfahren prüft den Wirkungsgrad von Partikel-Luftfiltern mit einem synthetischen Prüfstaub (sog. ASH-RAE-Staub) bei einer einheitlichen Partikelgröße von 0,4 μm. Da Feinstaub in Größe und Form jedoch nicht homogen ist, haben die Prüfwerte des Labortests nach DIN EN 779 nur eine begrenzte Aussagekraft für den Alltagsbetrieb.

Auf Grundlage der Feinstaubklassen zur Bewertung der Außenluftbelastung der Weltgesundheitsorganisation (WHO) und den Umweltbehörden wird mit der nun gültigen DIN EN ISO 16890 eine praxisnahe Beurteilung der Filterwirksamkeit möglich. Dafür wird die Eignung eines Filters, verschiedene Partikelgrößen von 0,3 µm bis 10 µm auszufiltern oder zu reduzieren, gemessen. Je nach Wirksamkeit erfolgt eine Zuordnung nach Filterklasse PM10, PM2,5 und PM1.

Die Filterklassen erfassen genau die Partikelbereiche, die als Feinstaub bezeichnet werden und für den menschlichen Organismus eine potentielle Gefahr darstellen. Das neue Testverfahren führt zu einer differenzierteren Beurteilung der realen Leistungsfähigkeit eines Luftfilters. Je nach Abscheideleistung teilt die ISO-Norm Grob- und Feinstaubfilter in vier Gruppen ein. Entscheidend für die Klassifizierung ist, ob ein Filter mehr als 50 Prozent des entsprechenden Partikelgrößenbereichs abscheiden kann. Ist ein Filter beispielsweise in der Lage, über 50 Prozent PM1-Feinstaub abzuscheiden, gilt er als ISO ePM1 Filter. Scheidet ein Filter weniger als 50 Prozent PM10 ab, wird er, nach der neuen ISO-Norm, "ISO coarse" (grob) zugeordnet, vgl. Tab. 1 (Filtergruppen nach ISO 16890).

Bestimmung der Abscheideleistung nach ISO 16890

Die Abscheideleistung von Filtern wird ermittelt, um zu überprüfen, ob ein eingesetztes Luftfiltergerät die für den Anwendungsfall geforderten Abscheidungswerte erfüllt. Moderne, aus synthetischen Fasern hergestellte Filter funktionieren nach mechanischen und elektrostatischen Filtrationsprinzipien. Die elektrostatische Aufladung der synthetischen Materialien, ob inhärent oder während der Produktion erzeugt, generiert einen Anziehungseffekt, der Partikel zu den Fasern des Mediums zieht und für eine deutlich verbesserte Abscheideleistung sorgt. Die elektrische Ladung nimmt sowohl bei der Lagerung als auch im Betrieb stetig ab und ihr Effekt lässt im Laufe der Zeit entsprechend nach.

Laborprüfungen eines statisch aufgeladenen Filters sagen daher nur wenig über dessen Leistung im realen Alltag aus. Das neue Prüfverfahren nach DIN EN ISO 16890 berücksichtigt diesen Umstand und sieht eine Messung der Filterelemente sowohl im geladenen als auch im entladenen Zustand vor.

Im ersten Prüfschritt wird zunächst der Verlauf der Druckdifferenz in Abhängigkeit zum Volumenstrom erfasst. Anschließend erfolgt die Messung des Fraktionsabscheidegrads für Partikel der Größe 0,3 bis 10 µm. Hierzu kommen zwei Prüfaerosole zum Einsatz: Bis 1 μm Größe wird das Prüfaerosol "DEHS" verwendet, für größere Partikel das Aerosol "KCI“.

Um die Luftfilter möglichst nahe an realen Bedingungen zu testen, wird der Filter, bevor Abscheidegrad und Druckdifferenz erneut gemessen werden, elektrostatisch entladen. Dies geschieht, indem man den Filter in einer Kammer für eine bestimmte Dauer einer Isopropanol-Dampfatmosphäre aussetzt. Aus den Ergebnissen der beiden Prüfungen wird der gemittelte Abscheidegrad der getesteten Filter für die Feinstaub-Fraktionen PM1, PM2,5 und PM10 abgeleitet. Minimale Abscheidegrade werden nach der Isopropanol-Behandlung ePM1 min. und ePM2,5 min. bestimmt. Bevor sich der Filter endgültig nach den definierten ISO-Filtergruppen klassifizieren lässt, werden die Abscheideergebnisse zusätzlich mit der theoretischen Partikelverteilung für ein ländliches bzw. urbanes Umfeld gewichtet.

Luftqualität vor Ort ist entscheidend für eine effiziente Anlagenplanung

Die Bestimmung entsprechender Filterklassen für raumlufttechnische Anlagen (RLT-Anlagen) erfolgt unter Berücksichtigung der Außenluftqualität (ODA/AUL) am Gebäudestandort in Abhängigkeit von den maximal erlaubten Partikelkonzentrationen bzw. der erforderlichen Zuluftqualität (SUP/ZUL). Verknüpft man die Vorgaben zur Außenluft- und Zuluftqualität mit den jeweils einzusetzenden Luftfilterqualitäten, ergibt sich nach VDI 6022 Blatt 1 ("Hygieneanforderungen an raumlufttechnische Anlagen und Geräte") die in Tabelle 2 dargestellte Zuordnung.

Grundsätzlich gilt bei der Auslegung einer RLT-Anlage, dass der Aufwand beim Filtern der Außenluft steigt, je schlechter deren Qualität ist und je besser die zu erzielende Raumluftqualität IDA (IDA = Indoor Air) sein soll. Der ODA-Wert spielt somit eine entscheidende Rolle bei der Auslegung von RLT-Anlagen, zumal die einzusetzende Filterqualität auch die Energieeffizienz und damit die Betriebskosten einer Anlage beeinflusst.

Berechnet wird der ODA-Wert nach Angaben zu den Luftschadstoffen Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid, Ozon, Feinstaub PM10 und PM2,5. Die lokal vorliegenden Schadstoffwerte, zum Beispiel aus Daten amtlicher Messstationen, werden mit den vorgegebenen Grenzwerten der WHO abgeglichen und ergeben einen Wert von ODA 1, wenn alle WHO-Grenzwerte unterschritten werden, ODA 2, wenn alle Luftschadstoffe unterhalb des 1,5-fachen WHO-Grenzwerts liegen sowie ODA 3, wenn einer der Luftschadstoffe über dem 1,5-fachen WHO-Grenzwert liegt.

Fazit

Mit der neuen DIN EN ISO 16890 wird die Auswahl passender Filtersysteme für raumlufttechnische Anlagen zunächst etwas aufwendiger. Jedoch lohnt der Einsatz, denn mit dem neuen Verfahren wird es möglich, Systeme genau mit den Luftfiltern auszustatten, die die Anforderungen der betriebsspezifisch erforderlichen Zuluftqualität exakt erfüllen. Gute Raumluftqualität dient der Gesundheit und steigert laut zahlreichen Studien die Motivation und die Produktivität am Arbeitsplatz um bis zu vier Prozent – und das macht sich nicht zuletzt auch betriebswirtschaftlich bemerkbar.