FAQ

µm = Mikrometer=1/1000 mm

Staub kann durch das Verarbeiten bzw. Be- oder Entladen von Materialien entstehen. Dies stellt, besonders für die Arbeiter und Arbeiterinnen, erschwerte Arbeitsbedingungen dar. Doch auch die Umwelt wird verunreinigt und Anrainer leiden unter der verschmutzen Luft.

Grundsätzlich sind Feinstäube nicht hygroskopisch, das bedeutet, dass man sie nicht mit Wasser binden bzw. vermischen kann.

Mittels Wassernebel kann man allerdings die Staubpartikeln an die Oberfläche des Wassertropfens heften. Der Nebel „ummantelt“ quasi die Staubteilchen und sinkt mit ihnen, durch das erschwerte Gewicht, schneller zu Boden.

Gleichzeitig gilt es aber den Wasserverbrauch so gering wie möglich zu halten.

Die Anforderungen an das System lauten daher wie folgt:

  • Erzeugung einer möglichst großen Oberfläche aus möglichst wenig Wasser
  • Garantie einer möglichst langen „Wirkzeit“ des Nebels (er soll möglichst lange in der Luft bleiben)

Durch die Erzeugung eines feinen Wassernebels (Tröpfchengröße im Bereich 10-20 µm) kann man diese Forderungen gut erfüllen.

Unterschiede in der Wassertröpfchengröße sind maßgebend für die Oberfläche, die sie abdecken und die dafür benötige Wassermenge. Dieser Unterschied kann anhand der untenstehenden Fälle veranschaulicht werden:

 

Fall 1:

Teilt man 1 Liter Wasser in Tröpfchen mit einem Durchmesser von 0.1 mm, so erhält man eine Oberfläche von 60 m2. Für eine Oberfläche von 400m2 würde man somit rund 7 Liter Wasser benötigen. Die Sinkgeschwindigkeit bei den 0.1 mm Tröpfchen liegt bei 0.3m/s.

Fall 2:

Beträgt die Tröpfchengröße bei 1 Liter Wasser nur 15 µm, erhält man eine Oberfläche von 400m2. Die Sinkgeschwindigkeit, bei 15 µm Tröpfchen, beträgt 7mm/s. Somit bleiben die 15 µm Tröpfchen 40x länger in der Luft, um Staub zu absorbieren.

 

Zusammengefasst ist die Staubbindung von kleineren Tröpfchen (15µm) um 280 Mal effizienter als der größeren (0.1mm). Der Tropfendurchmesser hängt stark vom verwendeten Wasserdruck ab.

Grundsätzlich gilt: je höher der Wasserdruck à desto kleiner der Tröpfchendurchmesser (bis zu einem bestimmten Maß nicht zu klein) àdesto höher der Staubbindungseffekt àdesto geringer der Wasserverbrauch.

Je nach Düsentyp gibt es aber eine Tröpfchendurchmesser, der auch bei steigendem Druck nicht unterschritten wird.

oder auch Verdunstungskälte genannt.

Die Adiabatische Kühlung tritt beim Phasenübergang bei Wasser vom flüssigen in den gasförmigen Zustand ein. Der Kühlungseffekt wird durch den Entzug der, beim Verdunsten auftretende, Verdunstungswärme erzielt. Somit wird die Flüssigkeit selbst und ihre Umgebung abgekühlt.

Der Effekt wird durch folgende Umstände begünstigt:

  • Trockene Umgebungsluft (geringe relative Luftfeuchtigkeit)
  • Große aktive Oberfläche
  • Lange Verdunstungszeit.

Voraussetzung für die adiabatische Kühlung ist ein ausreichender Luftwechsel. Ohne Luftzirkulation würde die Kühlung, aufgrund der stetig steigenden Luftfeuchtigkeit, nicht mehr funktionieren.

Bei der Verdunstung wird aus der Umgebung Energie entzogen, was eine Abkühlung mit sich bringt. Somit stellen sich folgende Fragen:

  • Wie viel Energie wird aus der Umgebung entzogen?
  • Wie wirkt sich dies auf die Temperatur aus?

Die Verdunstungskälte beträgt bei Wasser etwa 2.2MJ pro kg verdampften Wassers, also entnimmt jedes verdunstete Gramm Wasser aus seiner Umgebung eine Energie von 2.2 kJ.

Die spezifische Wärmekapazität von Luft beträgt etwa 1kJ/kg K à daraus folgt überschlagsmäßig, dass jedes verdunstete Gramm Wasser mit einer Temperaturreduktion von etwa „1K“ einhergeht und somit die Temperatur um etwa 1°C sinkt.

Die Luft, die uns umgibt, ist nie ganz trocken, denn in ihr ist immer ein wenig Wasserdampf enthalten. Wie viel Wasser von der Luft aufgenommen werden kann, hängt von ihrer Temperatur ab. Bei warmer Luft kann mehr und bei kalter Luft kann weniger Wasser aufgenommen werden. Gemessen wird die Menge der aufgenommenen Luft in Gramm je Kubikmeter (g/m³) oder in Gramm je Kilogramm Luft (g/kg).

Die absolute Luftfeuchtigkeit zeigt an wie viel Wasser tatsächlich in der Luft enthalten ist.

Die maximale Wassermenge, die Luft bei einer bestimmten Temperatur in Form von „undurchsichtigen Wasserdampf“ halten kann, wird als "Sättigungsmenge" bezeichnet. Die Sättigungsmenge hängt von der Lufttemperatur ab. Kalte Luft kann weniger, warme Luft kann mehr Wasser aufnehmen.

Die relative Luftfeuchtigkeit gibt dabei an, wie viel Prozent Wasserdampf des maximal möglichen (=Sättigungsmenge) tatsächlich in der Luft enthalten ist. Der maximal mögliche Wasseranteil ist wiederum von der Lufttemperatur abhängig.

Bei 100% relativer Feuchte ist die Luft vollständig mit Wasserdampf gesättigt und kann keine weitere Feuchtigkeit mehr aufnehmen.

Bei 50% relativer Feuchte ist die Luft zur Hälfte mit Wasserdampf gesättigt.

Sinkt die Temperatur von Luft, so sinkt auch ihre Sättigungsmenge, während die absolute Luftfeuchtigkeit konstant bleibt. In Folge steigt die relative Luftfeuchtigkeit an. Schließlich wird bei einer kritischen Temperatur, auch Taupunkt genannt, die Sättigungsmenge erreicht. Bei einem weiteren Absinken der Temperatur wird schließlich der enthaltene Wasserdampf in Form von Nebel ausfallen.

Der Temperaturunterschied macht sich besonders im Sommer und Winter bemerkbar.

Aufgrund der niedrigeren Lufttemperatur ist die relative Luftfeuchtigkeit im Winter grundsätzlich höher, bzw. die Sättigungsmenge deutlich geringer. So liegt die Sättigungsmenge bei 0°C z.B. bei etwa 5g/m3. Somit ist die Möglichkeit einer adiabatischen Kühlung sehr stark eingeschränkt. Glücklicherweise ist im Winter die Staubemission naturgemäß schwächer, was dazu führt, dass der Wassereintrag verringert werden kann. Außerdem ist die Kühlung, die im Sommer einen angenehmen Nebeneffekt darstellt, im Winter eher unerwünscht. Dieser müsste von der Heizung voll kompensiert werden, was zusätzliche Energie benötigen würde.

Im Sommer wiederum, sieht man den Kühleffekt sehr gerne und würde ihn am liebsten noch verstärken. Grundsätzlich gilt: je trockener die Luft ist, desto weiter kann sie adiabatisch gekühlt werden. So liegt die Sättigungsmenge bei einer Lufttemperatur von 30°C bei etwa 30g/m3, was in der Regel – außer bei extrem schwülen Wetter – ausreichend Möglichkeit zur weiteren Luftbefeuchtung und der damit einhergehenden adiabatischen Kühlung bis zu 15°C bietet.