Dynamik der Stäube in der Luft: Ursprünge, Dispersion, Herausforderungen
EOLIOS führt die CFD-Studie der Erfassung der Stäube und Sande durch: Standortaudit, Erkennung der Quellen, Wirkungsstudie und Dimensionierung der Absauganlagen.
Diagnostizieren
- Standortaudit & Erkennung der Quellen
- Wirkungsstudie
- Arbeitshygiene verbessern
Erfassen
- Dimensionierung der Absaugungen
- Erfassungseffizienz gewährleisten
- Kanalnetze optimieren
Berechnen
- Abfuhr der Stäube & Rauchgase
- Erfassung der Feinstäube (Klinker)
- Berechnungen der Druckverluste
Natürliche und menschliche Ursprünge
Die Stäube sind Partikel der Luft mit einem Durchmesser von weniger als 1 000 Mikron. Man unterscheidet zwei Ursprünge: natürlich (Wind, der Schlick und Sand bewegt, Pollen, Winderosion, Sporen, Gischt von Natriumchlorid…) und aus der menschlichen Tätigkeit stammend (Industrie, Heizung, Verkehr, Landwirtschaft…). Die Feinstäube, mit einem Durchmesser von weniger als 1 Mikron, sind den Emanationen, Aerosolen und Rauchgasen gleichzusetzen: Ihre geringe Größe macht sie schwer filterbar und kontrollierbar.
Dispersionsfaktoren und Umweltauswirkung
Die Neigung der Stäube, in Schwebe zu bleiben, hängt von den intrinsischen Eigenschaften der Materialien ab — Zusammensetzung (alluvial, eruptiv, kalkhaltig), Feuchtigkeitsgrad (hydrophobe oder hydrophile Natur), Wetterbedingungen — und von der Form der Partikel. Die dominanten Merkmale sind also die Natur und die Größe, ausgedrückt durch die Korngrößenverteilung.
Auswirkungen der Feinstäube auf die Gesundheit und die Umwelt
Die Kontrolle der Feinstäube ist eine wiederkehrende Problematik in der Industrie: Der Staub kann die Produkte beschädigen, die Qualität beeinträchtigen und Kosten oder Verzögerungen verursachen.
Die gesundheitliche Auswirkung hängt von der Natur ab: Die mineralischen Stäube (Stahl, Beton) sind schädlicher als die organischen — sie beeinträchtigen die Atemwege und das Herz-Kreislauf-System, indem sie in die Lunge und dann in den Blutkreislauf eindringen. Das täglich exponierte Personal ist stärker Atemwegsproblemen, Reizungen und schweren Krankheiten (Lungenkrebs) ausgesetzt. Auf Umweltebene verschmutzen die Stäube die Böden, die Gewässer und die Vegetation, mit schädlichen Folgen für die Ökosysteme.
Um die Feinpartikel zu begrenzen, legen Vorschriften Grenzwerte fest: PM10 (< 10 µm) bei 40 µg/m³ im Jahresmittel, PM2.5 (< 2,5 µm) bei 25 µg/m³ über das Jahr.
Woher stammen die Feinstäube?
Die Feinstäube treten in zahlreichen Industriesektoren auf:
- Holz: Sägen, Schleifen, Hobeln, Schneiden;
- Metallurgie: Schleifen, Polieren, Laserschneiden, Schweißen, Gießerei;
- Chemie: Mischen, Mahlen, Sieben, Trocknen, Zerstäuben;
- Papier & Druck: Schneiden, Mahlen, Zerstäuben von Tinte;
- Lebensmittel: Mahlen, Kneten, Backen, Vermahlen, Verpacken;
- Bau: Abriss, Bohren, Schleifen, Schneiden, Brechen;
- Bergbau: Förderung, Brechen, Mahlen, Sieben.
Diese Stäube können Kohle, Quarz, Blei, Holz, Eisen, Aluminium, Kupfer, Zink, Nickel enthalten… Je größer die Produktion, desto mehr Stäube werden in großer Menge emittiert, daher die Notwendigkeit geeigneter Kontroll- und Präventionsmaßnahmen. Zu diesen industriellen Quellen kommt ein Hintergrundrauschen natürlicher Aerosole (Erosion) und von Verbrennungs- oder Verkehrsstäuben hinzu.
Faktoren, die die Dispersion beeinflussen
- Korngrößenverteilung: Je kleiner der Durchmesser, desto länger bleibt das Partikel in Schwebe;
- Form: Ein flaches Partikel fällt langsamer zurück als ein kugelförmiges (der aeraulische Durchmesser bestimmt die Fallgeschwindigkeit);
- Eigenschaften des Produkts: Je trockener es ist, desto stärker verbreitet es sich in der Luft;
- Wetterbedingungen: Wind, Trockenheit und Niederschläge spielen eine wesentliche Rolle.
Die ungünstigsten Bedingungen: flaches Gelände, fehlende Vegetation, geringe Hygrometrie und Niederschläge, starker Wind.
CFD-Simulation der Feinstäube & Lösungen von EOLIOS
CFD-Simulation der Feinstäube
Die CFD-Simulation untersucht die Aeraulik mit Präzision, um die Stäube in der Luft, ihre Diffusion im Raum und ihre Wechselwirkungen mit den Strukturen und Systemen zu verfolgen. Wir führen Dimensionierungsstudien im Maßstab der Fabrik oder eines Systems durch und vergleichen Auslegungsvarianten für eine optimale Erfassung. Die Simulation modelliert das Verhalten der Luft und der Partikel, um ihre Verteilung vorherzusagen, und bestimmt die notwendigen Zeiten, um die Diffusion zu begrenzen — wodurch die Risiken für das Personal und die Produktion minimiert werden.
Von EOLIOS in Betracht gezogene Lösungen
EOLIOS liefert Lösungen für die Gesamtheit der untersuchten Prozesse, unter Berücksichtigung aller Systeme, die sie bilden — eine durch die CFD ermöglichte Analyse in großem Maßstab. Wir führen interne Studien (Gebäude, Fabriken) wie auch externe (Stadt, Ballungsraum, Hafen…) durch, oder auf einen Prozess ausgerichtete. Unsere Vor-Ort-Messkampagnen quantifizieren die Emissionen und bestimmen die Luftqualität, vor einer multikriteriellen Dimensionierung der Erfassungssysteme.