Nanofasern können eine Klimaanlage in einen Luftreiniger verwandeln

16.12.2022

 

Allergien gegen Pollen, Hausstaubmilben und Mikroben treten bei den Menschen immer häufiger auf. Die sich verschlechternde Situation erfordert daher zuverlässigere und effizientere Filter für die Heimklimaanlagen, und zwar nicht nur wegen Allergien, sondern auch im Zusammenhang mit den Viruserkrankungen (z. B. Covid‑19). Aus diesem Grund war die Nanofiltration von Luft in den letzten Jahren das Forschungsthema Nummer eins.

 

Die rasende Entwicklung menschlicher Aktivitäten führt zu einer Verwirbelung feiner Luftpartikel, wobei die Partikel mit einem Durchmesser von ≤ 2,5 μm bereits eine Luftverschmutzung verursachen, die Anlass zur Sorge um die Gesundheit der menschlichen Bevölkerung gibt. Ein viel größeres Problem stellen jedoch die sog. Nanopartikel dar, die in der Regel einen Durchmesser um die 100 Nanometer haben. Das Coronavirus zum Beispiel liegt in dieser Größenordnung. Das Herausfiltern eines solch winzigen Partikels erfordert einen völlig neuen Ansatz.

 

Wie funktioniert eine Raumklimaanlage?

Heimklimaanlagen funktionieren nach dem Saugprinzip. Klimaanlagen saugen Luft an, kühlen (oder heizen) sie und geben sie dann wieder in den Raum ab. Dadurch werden logischerweise schädliche Partikel, wie z. B. Viren, Bakterien, Milben und andere Mikroben aufgewirbelt.

 

Der Nanofilter wird direkt in die Öffnung der Klimaanlage eingesetzt, durch die das Gerät die Luft ansaugt. Bereits vor der Zirkulation wird die Luft durch extrafeine Poren gefiltert, die bis zu 99 % der schädlichen Partikel wie Viren mit einem Durchmesser in der Größenordnung von Nanometern (SARS Covid‑19 ...) einfangen. Die Luft, die das Klimagerät wieder in den Raum abgibt, ist daher sauber und sicher zum Atmen. Darüber hinaus sind moderne Nanofaserfilter mit einer speziellen antimikrobiellen Schicht beschichtet, die die Vermehrung aufgefangener Mikroben verhindert.

 

Antimikrobielle Eigenschaften von Luftfiltern in Klimaanlagen

Luftfilter spielen eine wichtige Rolle für die Luftqualität, da sie eine Barriere zwischen schädlichen Partikeln und sauberer Luft bilden. Laut Kumar Satheesan (2020) können Verunreinigungen nach ihrer Größe wie folgt klassifiziert werden:

  • Pollen = 9 bis 80 μm,
  • Pilzsporen = 3 bis 50 μm,
  • Feine Asche = 0,7 bis 60 μm,
  • Bakterien = 1 bis 10 μm,
  • Tabakrauch = 0,1 bis 7 μm,
  • Viren = bis zu 0,1 μm.

 

Ashraf Elsaid verglich in seiner Studie Indoor Air Quality Strategies for Air‑Conditioning and Ventilation Systems with the Spread of the Global Coronavirus (COVID‑19) Epidemic: Improvements and Recommendations die Leistungen von Luftfiltern mit und ohne antimikrobielle Beschichtung. Die Ergebnisse zeigten, dass der verbesserte Luftfilter das Wachstum von Mikroorganismen vollständig hemmte, selbst wenn er Bioaerosolen mit hohen Bakterienkonzentrationen ausgesetzt war. Die antibakteriellen Eigenschaften bleiben noch bis zu einem Monat lang erhalten.

 

Nanofasern in Klimaanlagen – warum sind sie besser als herkömmliche Filter?

Nanofilter in Klimaanlagen können schädliche Partikel mechanisch auffangen und verhindern, dass sie wieder in die Atemluft gelangen. Einen Durchbruch in der Erforschung von Filtermedien stellt die Technologie NanospiderTM dar, die durch das elektrostatische Spinnverfahren extrafeine Nanofasern herstellt, die selbst Partikel mit einer Größe im höheren zweistelligen Nanometerbereich nicht durchdringen.

 

Fortschrittliche Filtration

Nanofasern haben einen kleineren Faserdurchmesser als herkömmliche Filter. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Partikel in die Rückblasluft gelangen, ohne dass eine elektrostatische Anziehung erforderlich ist.

 

Geringere Oberflächenbelastung und längere Lebensdauer

Das Filtersystem der Klimaanlage hat die Form eines dreischichtigen Filters. Es besteht aus einer Nanofaserschicht auf einem tragenden Grundmaterial, das mit einem anderen Material bedeckt ist, um gröberen Staub und Schmutz aufzufangen. Dies reduziert die Oberflächenbelastung und Kontamination der Nanofasern und verlängert die Lebensdauer des Verbundstoffs bei gleichzeitiger Beibehaltung der hohen Filtrationseffizienz.

 

Energieeffizienter

Die Wirksamkeit von Nanofaserfiltern hängt auch mit einem geringen Druckverlust und einer geringen Porenverstopfung im Laufe der Zeit zusammen. Sie benötigen daher weniger Energie, um die Luft durch sie strömen zu lassen. Mit diesem Vorteil werden sie energieeffizienter, z. B. für Gebäude mit einer HLK‑Anlage.

 

Anpassungs- und Modifikationsmöglichkeit

Elektrostatisch gesponnene Nanofasern können individuell angepasst werden, um zusätzliche Vorteile zu bieten. So können beispielsweise die Nanofasermembranen für Klimaanlagenfilter zusätzlich mit Silberpartikeln behandelt werden, um ihnen antimikrobielle und viruzide Eigenschaften zu verleihen, so dass Viren und Bakterien aufgefangen und anschließend abgetötet werden.

 

Verwendete Quellen

  1. https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0009170,
  2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666821122000904,
  3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8146370/,
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