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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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