Eine Frage der Strömung

Aerogene Schadstoffe in Lebensmittelprozessen effizient abscheiden

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01.11.2018 Mikrofeine Öltröpfchen, Fettsäuren, Triglyceride – die Liste der luftgetragenen Schadstoffe bei der Lebensmittelverarbeitung ist umfangreich. Sie werden bei vielen „offenen“ Prozessen frei, beispielsweise in Brat- und Fritierstraßen, in Großbäckereien und Molkereien, beim Coaten und beim Kafferösten.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Luftgetragene Schadstoffe wie Öle und Fette müssen in Lebensmittelprozessen sicher abgeschieden werden.
  • Durch das gezielte Eintragen kalter Luft in einem Sekundärluftstrom kann die abzuscheidende Luft sehr energieeffizient geführt werden.
  • In Kombination mit flammendurchschlagsicheren Fettabscheidern entsteht ein effizientes Lüftungssystem.
sekundärluft primärluft

Strömungsbild in
einer Induktionshaube.
(Bilder: Rentschler)

Sie zu entfernen ist die Aufgabe von Abzugshauben mit hochwirksamen Luftfiltern. Einerseits um die Gesundheit der Mitarbeiter nicht zu gefährden, andererseits aus Gründen der Raumhygiene.

Die emittierten Aerosole weisen ein typisches PM10-Partikelspektrum auf. Im Klartext: Sie haben einen Durchmesser bis zu 10 Mikrometer. Nach unten reicht das Spektrum bis zu gasförmigen Verbindungen mit einem Durchmesser von weit unter 1 Mikrometer. Die Lüftungsanlage muss in der Lage sein, alle Gerüche, Fettbestandteile und gasförmigen Produkte von der Abluft zu trennen, unterstreicht die neue Euronorm DIN EN 16282. Die Norm – seit 2017 in Kraft – gilt zwar für Großküchen, wird aber auch von Lüftungsplanern für die Lebensmittelindustrie angewandt.

2 Induktionsdecke mit Schlitzauslass

Induktionsdecke mit Schlitzauslass (links).

Dämpfe und Aerosole gehen andere Wege

Viele Planer unterliegen nun dem Irrtum, dass die unerwünschten Partikel stets der Luftströmung in der Abzugshaube folgen. Ergo sollte eine hinreichend dimensionierte Saugleistung für die vollständige Erfassung der Schadstoffe genügen. Wissenschaftliche Untersuchungen haben indes enthüllt, dass die Dämpfe im PM10-Bereich mitunter ganz andere Strömungsbahnen als die Luft aufweisen – ebenso die kleinen Aerosole oder Gase, die kaum eine Masse haben. Was bedeutet das für den Praktiker?

Um eine effektive Erfassung der Schadstoffe sicherzustellen, bedarf es einer strömungstechnisch optimierten Abzugshaube. Das einfache Absaugen der Luft über der Emissionsquelle genügt nicht, stellte der schwäbische Haubenproduzent Rentschler Reven fest. Mit einer aufwendigen Messtechnik, wie sie beispielsweise in der Reinraumtechnik eingesetzt wird, haben Reven-Ingenieure herausgefunden, dass der aufsteigende Thermik-Luftstrom keineswegs alle Partikel erfasst. So verharrt ein Teil der Fettaerosole als rotierende Walze im toten Winkel der Haube und fließt nicht über die Luftfilter ab. Ein anderer Teil strömt ungefiltert in den Raum zurück. Dagegen hilft auch kein höherer Überstand und ein tieferes Abhängen des Abzuges. Die effiziente Erfassung aller Aerosole gelingt nur mit einem strömungstechnischen Trick – der Induktionsströmung. Ihr charakteristisches Merkmal: Der zur Lufterneuerung erforderliche Außenluftvolumenstrom teilt sich in einen Primär- und einen Sekundärluftstrom. Die vorgewärmte Primärluft (ca.70 bis 80 %) wird nach oben durch die Luftfilter abgesaugt. Zusätzlich wird kalte Sekundärluft im oberen Haubenteil durch Schlitzdüsen waagrecht direkt zu den Absaugöffnungen geblasen. Dieser schnelle Sekundär-Luftstrom verstärkt den von unten aufsteigenden Primärluftstrom und reißt (induziert) die sonst im toten Winkel verbleibenden Partikel mit. Auf diese Weise wird das gesamte Partikelspektrum beseitigt. Der erwünschte Effekt kommt also durch Saugen und Blasen zustande.

Primär- und Sekundär-Luftstrom müssen freilich aufeinander abgestimmt sein, sonst klappt die hundertprozentige Schadstofferfassung nicht. Das richtige Verhältnis der Luftströme wird hauptsächlich durch die Form der Schlitzdüse bestimmt, durch welche die Sekundärluft eingeblasen wird. Mithilfe moderner Simulationsverfahren wurden die Induktionsdüse und die Haubengeometrie so verfeinert, dass ein optimales Zusammenspiel beider Luftströme zustande kommt. Und dass der Effekt auch bei gedrosseltem Lüftungsbetrieb erhalten bleibt. Für die optimierte Induktionsdüse erhielt Reven ein weltweit gültiges Patent. Das Unternehmen stellt ferner eine Induktions-Variante vor, die ohne Außenluftanschluss arbeitet.

Fettluft Reinluft

Das selbstreinigende X-Cyclone-Abscheideprinzip.

Induktion spart Lüftungsenergie

Außer dem vollständigen Erfassen der Schadstoffe – dem sog. Capturing – hat die Induktionstechnik einen weiteren Vorteil: Sie reduziert den Energieverbrauch für die Lüftung um ca. 30 %. Wie kommt das zustande? Die eingeblasene Sekundärluft hat eine reine Schleppfunktion und gelangt nicht in die Arbeitszone der Mitarbeiter. Sie muss deshalb nicht vorgewärmt werden sondern bleibt kalt. Das hat obendrein den Vorteil, dass der Wrasen (Dunst) noch vor dem Abscheider abkühlt und kondensiert – nicht erst im Abluftkanal oder im Lüftungsgerät. Bei normalen Abzugshauben durchflutet hingegen der volle Außenluftstrom die Halle und ist aus Behaglichkeitsgründen auf mindestens 19°C vorzuwärmen. Das verursacht beträchtliche Energiekosten. Und es besteht die Gefahr, dass feine Fettaerosole durch den Filter sickern. Diese können im Abluftkanal kondensieren und dort eine brandgefährliche Fettschicht aufbauen – von der Geruchsbelästigung der Nachbarschaft abgesehen.

Die Induktionstechnik hat in Deutschland einen hohen Entwicklungsstand erreicht und in zahlreichen Objekten Eingang gefunden. Sie wird erfolgreich auch bei integrierten Lüftungsdecken angewendet. Ein sehr großes Projekt verwirklichte Reven beim Fertigmenu-Produzenten Frankenberg Food in Würselen bei Aachen. Die dortige Induktionsdecke misst 700 m² und ist für insgesamt 80.000 m³/h Luftleistung ausgelegt. Davon wird nur die Primärluft (50.000 m³/h) auf 19 °C aufgewärmt; der Rest ist die induzierende Luftmenge und bleibt kalt.

Wirksame und flammendurschlagsichere Fettabscheider

Das vollständige Capturing und das Induktionsverfahren an sich sind freilich nur im Zusammenspiel mit hochwirksamen Fettabscheidern effektiv. Denn was nützt die zuverlässige Erfassung aller Schadstoffe, wenn diese anschließend nicht nahezu restlos abgeschieden werden? Reven verwendet deshalb in den Induktionshauben und -decken strömungsoptimierte X-Cyclone-Fettabscheider aus Edelstahl. Diese modernen Abscheideelemente sind im Grund keine Filter. Denn sie speichern nicht die abgefangenen Partikel in einem Filtermedium sondern schleudern sie durch die schnelle Luftumlenkung aus (Zyklon-Prinzip).

Ein weiterer Unterschied zu den bisher üblichen Gestrickfiltern: Die X-Cyclone-Abscheider sind flammendurchschlagsfest. Bei einem Fettbrand kommt es zu keinem Flashover in den Luftkanal. Hinzu kommt ein weiterer ökonomischer Vorteil, welcher der modernen Sensortechnik geschuldet ist: die lastabhängige Luftmengenregelung. Feuchte- und Wärmesensoren messen die örtliche Wrasendichte und steuern selbsttätig Ventilator-Drehzahlen und Luftklappen. Das spart zusätzlich Energie und verlängert die Standzeit der Fettabscheider.
Natürlich haben die ausgeklügelten Details der Induktionstechnik ihren Preis: Abzugshauben und Lüftungsdecken mit Induktion kosten zwischen 25 und 35 % mehr als herkömmliche Lösungen. Die Mehrkosten können sich aber binnen anderthalb bis zwei Jahre amortisieren – je nach dem zeitabhängigen Lastprofil.

Heftausgabe: November 2018
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Vitali Lai ist Verkaufsleiter bei Rentschler Reven

Über den Autor

Vitali Lai ist Verkaufsleiter bei Rentschler Reven
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