Modeling of Nanofibers and Submicron Filtration Phenomena, Optimierung der Abscheide- und Energieeffizienz innovativer Luftfiltermedien im Mikron- und Submikron-Bereich durch verbesserte Modellansätze

Description: Luftfilter in stationären Gebäudebelüftungsanlagen dienen dem Schutz von Personen sowie sensibler technischer Komponenten vor schädlichen Verunreinigungen, von Feinstpartikeln bis hin zu Viren und Keimen. Herzstück solcher Filtersysteme sind hocheffiziente Filtermedien mit entsprechender Partikelabscheideleistung, die insbesondere durch den Einsatz feinster Synthetik-, Glas- oder Nanofasern realisiert werden können. Vor dem Hintergrund steigender Energiekosten und der Notwendigkeit der weltweiten CO2-Reduktion rückt der Energieverbrauch von Luftfiltern zunehmend in den Fokus. Um diesen zu senken, wird für moderne Luftfiltermedien neben hoher Abscheideleistung ein möglichst geringer Druckverlust gefordert. In der Entwicklung von Filtermedien für spezifische Anwendungen stellt die Simulation ein wertvolles Werkzeug dar. Durch Vorhersage der Leistung eines Filtermediums kann dessen Mikrostruktur zielgerichtet zur Erfüllung bestimmter Anforderungen optimiert werden. Dies setzt jedoch eine korrekte Abbildung der hierbei auftretenden Effekte voraus, um die Validität der vorhergesagten Materialeigenschaften zu garantieren. Insbesondere für die Vorgänge bei der Abscheidung von Feinstpartikeln an feinsten Fasern existieren derzeit noch keine anwendungsgerechten Modellansätze. Ziel dieses Projektes ist es, die in der virtuellen Filtermedienentwicklung etablierten Simulationsmodelle zu verbessern und im Hinblick auf die Berücksichtigung submikroner Fasern (Nanofasern) zu erweitern. Hierzu werden geeignete Submodelle entwickelt und in ein Gesamtsimulationsmodell integriert, um insbesondere die bisher vernachlässigten Effekte zu berücksichtigen. Das verbesserte Modell wird zunächst umfangreich validiert werden. Abschließend wird seine Anwendungstauglichkeit durch die erstmalige simulationsgetriebene Vorhersage eines optimierten, mit Nanofaserbeschichtung versehenen Luftfiltermediums demonstriert, welches dann hergestellt und auf seine Leistungsfähigkeit überprüft wird.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Glas ? Luftfilter ? CO2-Minderung ? Abscheidung ? Energiekosten ? Energieverbrauch ? Simulationsmodell ? Virus ? Energieeffizienz ? Nanoobjekt ?

Region: Baden-Württemberg

Bounding boxes: 9° .. 9° x 48.5° .. 48.5°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Geldgeber*in)
• Mann + Hummel GmbH (Betreiber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)

Time ranges: 2022-06-01 - 2025-05-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Optimizing the separation and energy efficiency of innovative micron and submicron air filtration media through improved modeling approaches
  Description: Air filters in stationary building ventilation systems serve to protect people as well as sensitive technical components from harmful contaminants, from ultra-fine particles to viruses and germs. At the heart of such filter systems are highly efficient filter media with corresponding particle separation performance, which can be achieved in particular by using ultra-fine synthetic, glass or nanofibers. Against the background of rising energy costs and the need for global CO2 reduction, the energy consumption of air filters is increasingly coming into focus. In order to reduce this, modern air filter media are required to have high separation efficiency and the lowest possible pressure drop. Simulation is a valuable tool in the development of filter media for specific applications. By predicting the performance of a filter media, its microstructure can be optimized to meet specific requirements. However, this requires a correct representation of the effects occurring in this process in order to guarantee the validity of the predicted material properties. In particular, no application-oriented modeling approaches currently exist for the processes involved in the deposition of ultra-fine particles on ultra-fine fibers. The aim of this project is to improve the simulation models established in virtual filter media development and to extend them with regard to the consideration of submicron fibers (nanofibers). For this purpose, suitable submodels will be developed and integrated into an overall simulation model in order to take into account, in particular, the effects that have been neglected so far. The improved model will first be extensively validated. Finally, its applicability will be demonstrated by the first simulation-driven prediction of an optimized nanofiber-coated air filter medium, which will then be manufactured and tested for its performance. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1121987

Status

Aktiv

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