Luftrückführung

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Lüftungsrohre
Bild: Martina Berg, fotolia

Um die Energiebilanz (Energieeffizienz) zu verbessern, wird häufig die Möglichkeit der Luftrückführung in Betracht gezogen. Darunter versteht man die Rückführung der erfassten bzw. abgesaugten und anschließend in Abscheidern gereinigten Luft in die Werkhalle bzw. in den Arbeitsbereich. In der Regel ist es nicht möglich, in den Abscheidern die Luft komplett von enthaltenen Gefahrstoffen zu reinigen. So gelangt immer ein gewisser Anteil an Gefahrstoffen zurück in den Arbeitsraum (s. Beispiel).

Grundsätzlich darf der Restgehalt an luftfremden Stoffen in der zurückgeführten Luft die Gefahrstoffkonzentration in den Arbeitsbereichen nicht nennenswert erhöhen, verglichen mit der Konzentration bei reinem Außenluftbetrieb. Weitere Voraussetzungen für eine mögliche Luftrückführung sind:

  • die Sicherstellung einer ausreichenden Frischluftzufuhr
    Der Anteil der rückgeführten Luft darf maximal 70 % betragen (nach VDI 2262 Blatt 3).
  • der Nachweis der Wirksamkeit von Absauganlagen und -geräten unter den Bedingungen einer maximalen Gefahrstoffbelastung
    (bei der erstmaligen Inbetriebnahme oder bei wesentlichen Veränderungen der Anlage/des Gerätes) sowie
  • eine sorgfältige Instandhaltung der lufttechnischen Anlagen.

Bei Tätigkeiten mit krebserzeugenden, keimzellmutagenen oder reproduktionstoxischen Stoffen darf die abgesaugte Luft gemäß Gefahrstoffverordnung nicht in den Arbeitsbereich zurückgeführt werden. Ausnahmen für Stäube sind in der TRGS 560 geregelt.

Zur Beurteilung, ob eine Luftrückführung möglich ist, sind gemäß VDI 2262 Blatt 3 bzw. VDI 3802 Blatt 2 folgende Bewertungsindizes aufzustellen:

IUM= cUM/BW und IZU= cZU/BW

IUM Bewertungsindex für die Umluft
IZU Bewertungsindex für die Zuluft
cUM Kühlschmierstoffkonzentration in der Umluft [mg/m3]
cZU Kühlschmierstoffkonzentration in der Zuluft [mg/m3]
BW Beurteilungswert für Kühlschmierstoffe [mg/m3]

Als Beurteilungswerte für Tätigkeiten mit Kühlschmierstoffen (KSS) kommen infrage:

  • Arbeitsplatzgrenzwerte gemäß TRGS 900
  • Allgemeiner Staubgrenzwert gemäß TRGS 900.

Da für KSS-Emissionen kein Arbeitsplatzgrenzwert existiert, sind gemäß DGUV Regel 109-003 (bisher BGR/GUV-R 143) folgende nach dem Stand der Technik erreichbaren Konzentrationen als Summenwert für Dampf und Aerosol zur Beurteilung heranzuziehen:

  • für wassergemischte KSS:
    10 mg/m3
  • für nichtwassermischbare KSS mit einem Flammpunkt > 100 °C:
    10 mg/m3
  • für nichtwassermischbare KSS mit einem Flammpunkt < 100 °C:
    100 mg/m3

In Abhängigkeit von der KSS-Konzentration in der zurückgeführten Luft ist der Außenluftvolumenstrom zu erhöhen. Die Berechnung des hierzu notwendigen Volumenstromes erfolgt anhand folgender Gleichung:

L,AU/ṁL,UM = IUM/IZU -1

mit

L,AU Außenluftvolumenstrom [m³/h]
L,UM Umluftvolumenstrom [m³/h]

Gemäß VDI 3802 Blatt 2 darf bei Tätigkeiten mit KSS das Verhältnis von Außenluftvolumenstrom zu Umluftvolumenstrom einen Wert von 0,43 nicht unterschreiten, der Außenluftanteil muss mindestens 30 % des Gesamtzuluftvolumenstroms betragen. Weiterhin gelten nach VDI 3802 Blatt 2 für die Bewertungsindices folgende Grenzwerte:

IUM ≤ 1/5

IZU ≤ 0,225 – 0,125 ∙ μS

Dabei entspricht µs dem Stoffbelastungsgrad. Dieser ist im Wesentlichen abhängig vom Luftführungssystem im Raum. Unter der Annahme, dass in der Zuluft keine nennenswerten Konzentrationen vorhanden sind, wird der Stoffbelastungsgrad durch das Verhältnis von örtlicher Konzentration zu mittlerer Raumluftkonzentration bestimmt. Je nach Luftführungssystem (Mischlüftung oder Schichtlüftung) ergeben sich unterschiedliche Stoffbelastungsgrade (siehe Tabelle 1).

Tabelle 1: Stoffbelastungsgrade in Abhängigkeit von der Luftführung

Luftführung Luftdurchlässe Stoff-
belastungs-
grad
Vollständige Mischlüftung Wandluftdurchlässe
hohe Luftaustrittsgeschwindigkeit
(Höhe = 3,5 m)
1,0
Mischlüftung Zylindrische Luftdurchlässe
mittlere Luftaustrittsgeschwindigkeit
(Höhe = 3,0 m)
0,7
Schichtlüftung Zylindrische Quellluftdurchlässe
(Höhe = 3,0 m)
0,5
Schichtlüftung Zylindrische Quellluftdurchlässe
(Höhe = 0,2 m)
0,15

Gemäß VDI 3802 Blatt 2 lässt sich in der Regel der Grenzwert für den Bewertungsindex der Umluft mit den heute verfügbaren Abscheidern nicht einhalten.

Das nachfolgende Beispiel soll die Sachverhalte verdeutlichen:

Ausgehend von einer Werkhalle mit ca. 1.800 m² Grundfläche und einer durchschnittlichen Hallenhöhe von 8 m sollen die Emissionen an 18 eingehausten Werkzeugmaschinen abgesaugt werden. Zusätzlich ist eine Hallenlüftungsanlage vorgesehen.

Fall 1

Der Absaugvolumenstrom an jeder Maschine beträgt bei nicht optimierter Betriebsweise 1000 m³/h. Dabei sind lokale Abscheider an den Maschinen vorgesehen, die die Reinluft wieder in den Arbeitsbereich zurückführen. Für die Reinluftkonzentration sind in diesem Fall 10 mg/m³ KSS-Aerosol und -Dampf anzusetzen. Die geplante Hallenlüftungsanlage sieht in diesem Fall sowohl Abluftdurchlässe als auch Zuluftdurchlässe an der Decke vor (vollständige Mischlüftung).

Fall 2

Durch die Optimierung der Erfassungseinrichtungen ist eine Reduzierung der Absaugleistung um ca. 1/3 möglich. Dies entspricht einer Absaugleistung von 650 m³/h. Es ist ein Zentralabscheidersystem mit einem hohen technischen Standard sowie Rückführung der gereinigten Luft in die Halle vorgesehen. Für die Reinluftkonzentration können in diesem Fall 6 mg/m³ KSS-Aerosol und -Dampf angesetzt werden. Dieser Wert leitet sich aus vergleichbaren Fällen ab. Darüber hinaus wird als Hallenlüftung ein Schichtlüftungssystem mit Durchlässen im Bodenbereich diskutiert.

In Tabelle 2 sind die sich ergebenden Werte gegenübergestellt. Demnach gelangt man im 1. Fall zu einem nicht zu realisierenden Außenluftvolumenstrom. Das Beispiel verdeutlicht, dass zuerst das Optimierungspotenzial vollständig auszuschöpfen ist. Erst dann kann man mit lüftungstechnischen Maßnahmen zu einer akzeptablen Lösung gelangen.

Tabelle 2: Stoffbelastungsgrade in Abhängigkeit von der Luftführung

Fall 1 Fall 2
Hallengrundfläche [m²] 1.800 1.800
Anzahl Maschinen 18 18
Gesamt-Absaugluftvolumenstrom [m³/h] 18.000 11.700
Gesamt-Umluftvolumenstrom [m³/h] 18.000 11.700
Bewertungsindex Umluft 1 0,6
Luftführung vollständige Mischlüftung optimale Schichtlüftung
Stoffbelastungsgrad 1 0,15
Notwendiger Mindest-Außenluftvolumenstrom [m³/h] 162.000 22.336

Literatur/Informationen/Links

VDI 2262 Blatt 3 "Luftbeschaffenheit am Arbeitsplatz – Minderung der Exposition durch luftfremde Stoffe – Lufttechnische Maßnahmen"

Gefahrstoffverordnung

TRGS 560 "Luftrückführung bei Tätigkeiten mit krebserzeugenden, erbgutverändernden und fruchtbarkeitsgefährdenden Stäuben"

VDI 3802 Blatt 2 "Raumlufttechnische Anlagen für Fertigungsstätten – Absaugung luftfremder Stoffe an materialabtragenden Werkzeugmaschinen"

DGUV Regel 109-003 (bisher BGR/GUV-R 143) "Tätigkeiten mit Kühlschmierstoffen"

Bach, H. et.al.: Gezielte Belüftung der Arbeitsbereiche in Produktionshallen zum Abbau der Schadstoffbelastung. Forschungsbericht HLK-1-92. Hrsg.: Verein der Förderer der Forschung im Bereich Heizung, Lüftung, Klimatechnik e.V., Stuttgart 1993

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