Per Simulation zu innovativen Luftfiltermedien

Luftfilter in Gebäuden sind nicht nur wichtige Elemente zur  Pandemiebekämpfung, sie schützen auch sensible technische Komponenten vor Verunreinigungen, von Feinstpartikel bis hin zu Viren oder Keimen. Je nach eingesetztem Filtermedium können die Geräte 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 Forschenden setzen dabei auf die Simulationswissenschaft.

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, Prof. 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. 

Über NANOFIL

Das Verbundvorhaben NANOFIL (Optimierung der Abscheide- und Energieeffizienz innovativer Luftfiltermedien im Mikron- und Submikron-Bereich durch verbesserte Modellansätze) wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit rund 963.000 Euro auf drei Jahre gefördert (Kennzeichen 03EN2081B). Projektstart ist der 1. Juni 2022.