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Erfassung von Emissionen zur Kostenreduzierung im Arbeits- und Umweltschutz

Gefahrstoffkonzentrationen senken
Erfas­sung von Emis­sio­nen zur Kosten­re­du­zie­rung im Arbeits- und Umwelt­schutz

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Abb. 1: Mit konventionellen Absaughauben sind nur unzureichende Erfassungswirkungsgrade realisierbar. Foto: © ETS GmbH
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Gefahr­stoff­hal­tige Produk­ti­ons­ab­luft wird über unter­schied­lichste verfah­rens­tech­ni­sche Anla­gen den BImSchG- bezie­hungs­weise TA-Luft-Vorgaben entspre­chend gerei­nigt. Aller­dings erfährt die Abluft­rei­ni­gung, der teuerste Part einer Abluft­an­lage, immer noch mehr Aufmerk­sam­keit als die Opti­mie­rung und Mini­mie­rung der Abluft­vo­lu­men­ströme selbst.

Die primäre Aufga­ben­stel­lung besteht häufig darin, Gefahr­stoff­kon­zen­tra­tion am Arbeits­platz soweit zu mini­mie­ren, dass Grenz­wert­vor­ga­ben (AGW (TRGS 900), AK-/TK-Werte (TRGS 910)) für die jewei­li­gen Stoffe sicher dauer­haft einge­hal­ten werden; seitens des Betrei­bers wird darüber hinaus ange­strebt, das Konzen­tra­ti­ons­ni­veau der Stoffe auf klei­ner 1/10 des Gefahr­stoff­grenz­wer­tes abzu­sen­ken, um der Verpflich­tung zu wieder­keh­ren­den Messun­gen zu entge­hen. Aller­dings stehen derar­tige Ziel­set­zun­gen oft im Zusam­men­hang mit kosten­in­ten­si­ven Inves­ti­tio­nen in Anla­gen­tech­nik, begin­nend mit der luft­tech­ni­schen Erfas­sung der Gefahr­stoffe und Ablei­tung über aufwen­dige Rohr­lei­tungs­netze hin zur Abluft­be­hand­lungs­an­lage.

Inso­fern gewinnt gerade bei offe­nen oder halb­of­fe­nen Gefahr­stoff frei­set­zen­den Produk­ti­ons­ein­rich­tun­gen der erste Schritt der Abluft­füh­rung – die Erfas­sung der gefahr- und schad­stoff­hal­ti­gen Luft­ge­mi­sche – eine enorme betriebs­wirt­schaft­li­che Bedeu­tung: Opti­mierte, für die jewei­li­gen Emis­si­ons­si­tua­tio­nen entwi­ckelte Hoch­leis­tungs­er­fas­sungs­ele­mente können den Bedarf an Absaug­vo­lu­men im Vergleich zu herkömm­li­chen Absaug­hau­ben („Essen“) enorm senken. In direk­ter Folge können Rohr­lei­tungs­netze, nach­ge­schal­tete Abluftreinigungs- und Zuluft­an­la­gen klei­ner dimen­sio­niert und dies­be­züg­li­che Investitions‑, Betriebs- und Ener­gie­kos­ten redu­ziert werden, bei siche­rer Einhal­tung oder sogar signi­fi­kan­ter Unter­schrei­tung von Arbeits­platz­grenz­wer­ten bis unter 1/10 der Gefahr­stoff­grenz­wert­kon­zen­tra­tion. Ein zwei­ter, oft vernach­läs­sig­ter Aspekt ist die Nach­füh­rung der über die Erfas­sungs­tech­nik entnom­me­nen Luft­vo­lu­mina durch entspre­chende Zuluft­an­la­gen. Ungüns­tig posi­tio­nierte Zuluft­aus­lässe und/oder falsch ausge­legte Zuluft­men­gen können den Bedarf an Abluft­vo­lu­mina deut­lich erhö­hen.

Luft­tech­ni­sche Istauf­nahme als Basis­dienst­leis­tung

Im Vorfeld der Projek­tie­rung und Dimen­sio­nie­rung von Abluft­tech­nik und insbe­son­dere offe­ner Erfas­sungs­ein­rich­tun­gen (klas­sisch: „Absaug­hau­ben“) ist eine genaue Betrach­tung des emis­si­ons­wirk­sa­men Verfah­rens­schrit­tes erfor­der­lich. Im Rahmen soge­nann­ter Luft­tech­ni­scher Istauf­nah­men werden zunächst die emis­si­ons­be­stim­men­den Para­me­ter charak­te­ri­siert und quan­ti­fi­ziert. Bereits instal­lierte Luft­leis­tun­gen werden sowohl zu- als auch abluft­sei­tig gemes­sen und bewer­tet, auch im Sinne eines SOLL-IST-Vergleichs. Weiter werden die Luft­tech­nik bezie­hungs­weise die Luft­strö­mungs­ver­hält­nisse beein­flus­sen­den Rand­pa­ra­me­ter ermit­telt und beschrie­ben (siehe Tabelle 1).

Die Hinter­gründe der Emis­si­ons­pro­ble­ma­tik (Gefahr­stoff­kon­zen­tra­tio­nen am Arbeits­platz, BImSchG-Auflagen, Siche­rung von Produkt­qua­li­tä­ten) werden mit dem Betrei­ber im Detail erör­tert und Opti­mie­rungs­ziele gemein­sam fest­ge­legt (zum Beispiel sichere Einhal­tung bezie­hungs­weise Unter­schrei­tung von Arbeits­platz­grenz­wer­ten, Minde­rung der Frei­set­zung diffu­ser Emis­sio­nen in die Umwelt). Mögli­che emis­si­ons­min­dernde Primär­maß­nah­men im Zuge von Prozess­än­de­run­gen oder ‑umstel­lun­gen werden mit dem Anla­gen­be­trei­ber disku­tiert.

Unter Zuhil­fe­nahme eigens entwi­ckel­ter Programme und video­tech­ni­scher Auswer­te­ver­fah­ren werden die Emis­si­ons­vo­lu­men­ströme in den Berei­chen geeig­ne­ter Instal­la­ti­ons­orte für Erfas­sungs­ein­rich­tun­gen auf Basis der vor Ort durch­ge­führ­ten Messun­gen berech­net. Anschlie­ßend erfol­gen Dimen­sio­nie­rung und Konstruk­tion der Erfas­sungs­ein­rich­tung, wobei logis­ti­sche Vorga­ben (zum Beispiel Mate­ri­al­be­we­gun­gen, Zugäng­lich­keit) und das Arbeits­hand­ling der Mitar­bei­ter berück­sich­tigt werden.

Erfas­sungs­tech­nik

Eine wesent­li­che und quali­täts­be­stim­mende Eigen­schaft offen zu posi­tio­nie­ren­der Erfas­sungs­ein­rich­tun­gen ist der verfüg­bare Unter­druck. Mit konven­tio­nel­len Absaug­hau­ben sind nur unzu­rei­chende Erfas­sungs­wir­kungs­grade reali­sier­bar, reflexions- oder quer­strö­mungs­be­dingte Emis­si­ons­aus­brü­che aus derar­ti­gen Hauben­ty­pen sind häufig ersicht­lich (Abb. 1).

Die gene­relle Proble­ma­tik offe­ner Erfas­sungs­ein­rich­tun­gen ist die geringe Eindring­tiefe in den Raum. Die Ansaug­ge­schwin­dig­keit nimmt bei klas­si­schen Absaug­hau­ben auf dem Niveau der Hauben­un­ter­kante nur noch Werte von circa fünf Prozent der origi­nä­ren Rohr­ge­schwin­dig­keit an, während selbst ein einfa­ches Saug­rohr mit Flansch deut­lich höhere Raum­ein­dring­tie­fen aufweist. Emis­sio­nen außer­halb der fünf Prozent-Geschwindigkeitslinie werden nicht oder nur noch zufäl­lig erfasst.

Die wesent­li­chen Ziele der Entwick­lung inno­va­ti­ver Erfas­sungs­ein­rich­tun­gen sind deshalb die Vergrö­ße­rung und Vergleich­mä­ßi­gung der Tiefen­wir­kung, eine Stabi­li­sie­rung der Emis­si­ons­strö­mung sowie eine opti­male Erfas­sung auch impuls­be­haf­te­ter Emis­sio­nen. So ersetzt die mitt­ler­weile als Stand der Tech­nik defi­nierte Düsen­plat­ten­tech­no­lo­gie (Abb. 2) mit ihrer opti­mier­ten Erfas­sungs­cha­rak­te­ris­tik mehr und mehr die aus strö­mungs­tech­ni­scher Sicht nahezu unwirk­sa­men klas­si­schen Absaug­hau­ben.

Die ETS-VORTEX-Technologie (Abb. 3) ist ein System der neue­ren Genera­tion von Erfas­sungs­ein­rich­tun­gen, welche sowohl bei punkt­för­mi­gen als auch linea­ren Emis­si­ons­aus­brei­tun­gen hervor­ra­gende Wirkungs­grade erzie­len. Das Wirk­prin­zip beruht auf der aus der Natur bekann­ten Wirbel­strö­mung (Hurri­kan, Taifun). Mit dieser Tech­nik können auch Emis­sio­nen, die eine bis zu 20-fach höhere Geschwin­dig­keit als die Absaug­ge­schwin­dig­keit im Rohr­lei­tungs­netz aufwei­sen (zum Beispiel bei Druck­luft­im­pul­sen, star­ken ther­mi­schen Effek­ten und bei Putz- und Schleif­ap­pli­ka­tio­nen), gleich­mä­ßig, stau­punkt­frei und mit gerin­gem Volu­men­strom­be­darf erfasst werden.

Zuluft­tech­nik

Nahezu jede Produk­ti­ons­stätte, die Gefahr­stoffe verwen­det, erzeugt signi­fi­kante Wärme­las­ten, die vornehm­lich den elek­tri­schen Anschluss­leis­tun­gen der produktions- und verfah­rens­tech­ni­schen Anla­gen und Aggre­gate (Moto­ren, Hydrau­lik, Warm­be­rei­che) zuzu­ord­nen sind. Entspre­chend werden über­schüs­sige, also nicht durch Luft­tech­nik erfasste luft­gän­gige Gefahr­stoff­an­teile, zusam­men mit den wärme­be­ding­ten Ther­mik­vo­lu­men­strö­men („Konvek­ti­ons­vo­lu­men­ströme“) trans­por­tiert (Abb. 4a), und zwar in aller Regel Rich­tung Hallen­de­cke, also weg von den Bewe­gungs­räu­men der Mitar­bei­ter. Wird nun die unbe­las­tete Zuluft aus höhe­ren Hallen­area­len mit hohem Impuls in Rich­tung der Mitar­bei­ter zuge­führt, zum Beispiel über schräg­ge­stellte Austritts­la­mel­len, bewir­ken Induk­ti­ons­vor­gänge, also die Einmi­schung aufstei­gen­der gefahr­stoff­be­las­te­ter Luft in die unbe­las­tete Frisch­luft, Rück­kon­ta­mi­na­tio­nen in den Aufent­halts­be­reich der Mitar­bei­ter.

Für derar­tige Produk­ti­ons­stät­ten empfiehlt sich eine Zuluft­füh­rung nach dem Prin­zip der Schich­ten­strö­mung (Abb. 4b). Frisch­luft wird leicht unter­tem­pe­riert über boden­nahe Auslässe impuls­arm zuge­führt und ersetzt die durch natür­li­che Aufwärts­strö­mung entnom­me­nen Luft­vo­lu­mina. Es bildet sich dich­te­be­dingt ein soge­nann­ter „Frisch­luft­see“, dessen Verdrän­gungs­prin­zip Rück­kon­ta­mi­na­tio­nen verhin­dert und eine nahezu von Gefahr­stof­fen unbe­las­tete Atmo­sphäre für die Mitar­bei­ter – je nach Ausle­gung – bis zu einer Höhe von circa 2,50 Meter ab Hallen­bo­den entste­hen lässt. Entspre­chend müssen stoff- und wärme­be­las­tete Luft­an­teile der höhe­ren Schicht im Hallen­de­cken­be­reich entnom­men werden, um eine ausge­gli­chene Luft­bi­lanz sicher zu stel­len.

Von entschei­den­der Bedeu­tung für den Erfolg einer derar­ti­gen Schich­ten­strö­mung ist die Ermitt­lung last­be­zo­ge­ner Kenn­zah­len als Basis für die Berech­nung einer eben­falls last- und orts­be­zo­ge­nen Zuluft­füh­rung – im Gegen­satz zu herkömm­li­chen Misch­luft­sys­te­men, deren Luft­vo­lu­mina in der Regel ausschließ­lich gemit­telt über die Hallen­flä­che projek­tiert werden ohne Betrach­tung der tatsäch­li­chen orts­spe­zi­fi­schen Lasten.

Praxis­bei­spiel

Bei einem Farben- und Lack­her­stel­ler wurden die Gefahr­stoff­werte beispiels­weise für Kohlen­was­ser­stoffe (C5-C19 Aroma­ten) nach alten Grenz­wert­vor­ga­ben im Farbenmisch- und ‑produk­ti­ons­be­reich sicher einge­hal­ten. Aller­dings war deren dauer­hafte Einhal­tung nach Verschär­fung der Grenz­wert­si­tua­tion im Dezem­ber 2017 (TRGS 900, Halbie­rung auf 50mg/m³) nicht gesi­chert.

Auf Basis einer luft­tech­ni­schen Istauf­nahme wurde ein Opti­mie­rungs­kon­zept entwi­ckelt, das im Wesent­li­chen auf einem Umschluss der vorhan­de­nen Luft­tech­nik beruht: Wurde die Zuluft früher mit Impuls Rich­tung Mitar­bei­ter geführt (Abb. 5), wird diese heute impuls­arm über Schicht­luft­aus­lässe einge­bracht, wodurch eine Atmo­sphäre mit deut­lich abge­senk­tem Gefahr­stoff­ni­veau (Absen­kung der C4–15 Alipha­ten­kon­zen­tra­tion auf unter 25 Prozent des Ursprungs­wer­tes) entsteht (Abb. 6). Die vorhe­rige boden­nahe Abluft­füh­rung über wand­stän­dige Elemente wurde in den Decken­be­reich verla­gert (Abb. 7).

Weiter wurden diverse Emis­si­ons­quel­len im Zuge der Ausfüh­rungs­ar­bei­ten luft­tech­nisch opti­miert mit der Folge einer Redu­zie­rung diffu­ser Gefahr­stoff­emis­sio­nen.

Ökolo­gi­sche und ökono­mi­sche Vorteile

Erfas­sungs­ein­rich­tun­gen der neues­ten Genera­tion gewähr­leis­ten nicht nur Ener­gie­ein­spa­run­gen aufgrund maxi­mier­ter Erfas­sungs­grade. Der gerin­gere Volu­men­strom­be­darf im Vergleich zu konven­tio­nel­len Absaug­hau­ben mini­miert unmit­tel­bar den Bedarf an Zuluft. Die Investitions- und Betriebs­kos­ten der gesam­ten Peri­phe­rie wie Rohr­lei­tungs­netz, Abluftreinigungs- und Zuluft­an­la­gen – opti­mal nach dem Prin­zip der Schich­ten­strö­mung ausge­legt – können spür­bar gesenkt werden. Entschei­dend für Erfolg und Quali­tät ab- und zuluft­tech­ni­scher Anla­gen in Gefahr­stoff emit­tie­ren­den Betrie­ben sind jedoch die im Rahmen einer Dienst­leis­tung zu ermit­teln­den Basis­pa­ra­me­ter und Kenn­zah­len als Grund­lage für die Anla­gen­pla­nung.

Fazit

Es konnte bereits mehr­fach nach­ge­wie­sen werden, dass allein durch eine Umstel­lung einer vorhan­de­nen Misch­lüf­tung auf das Prin­zip der Schich­ten­strö­mung ohne Änderung/Ergänzung der instal­lier­ten Luft­leis­tung, auch in Ergän­zung mit opti­mier­ten Objekt­ab­sau­gun­gen, Gefahr­stoff­grenz­werte sicher einge­hal­ten werden können – bei über­schau­ba­ren Inves­ti­ti­ons­kos­ten.


Foto: privat

Autor: Dr. Falko Wittorf

Geschäfts­lei­tung / COO

ETS Effi­ci­ent Tech­ni­cal Solu­ti­ons GmbH

E‑Mail: falko.wittorf@ets-tec.de

www.ets-tec.de

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