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In der inzwischen zurückgezogenen Filternorm EN 779 „Partikel-Luftfilter für die allgemeine Raumlufttechnik“ wurde nicht die tatsächliche Feinstaubbelastung der Luft, sondern lediglich der Filterwirkungsgrad bei Partikeln der Größe 0,4 μm über neun Filterklassen und die Typen G, M und F berücksichtigt.
Die seit Mitte 2018 verbindliche Filternorm ISO 16 890 bildet hingegen bei der Klassifizierung von Luftfiltern die Belastung der Umgebungsluft durch ein breites Spektrum mit Partikelgrößen von 0,3 bis 10 µm und mittleren Abscheidegraden für drei Partikelkategorien über bis zu 49 Filterklassen realitätsnäher ab.
Aufgrund der unterschiedlichen Klassifizierungsmethoden ist eine direkte Zuordnung der beiden Filtertypen nicht möglich. Beim Filterersatz helfen Austauschempfehlungen; für Neuanlagen enthält das Regelwerk Empfehlungen in Abhängigkeit der Außenluftqualität und gewünschten Zuluftqualität.
Die Gefahren von Feinstaub wurden in den letzten Jahren intensiv untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass eine ernsthafte Gesundheitsgefährdung besteht und Atem- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen durch Feinstaub verschlimmert oder ausgelöst werden können. Je nach Partikelgrößen kommt es zu Schleimhautreizungen, Entzündungen in Luftröhre oder Bronchien, verstärkter Plaquebildung in den Blutgefäßen, erhöhter Thromboseneigung oder Veränderungen des vegetativen Nervensystems. Geschätzt gibt es laut Umweltbundesamt pro Jahr ca. 45 000 feinstaubbedingte vorzeitige Todesfälle in Deutschland.
Unter dem Begriff Feinstaub werden primär emittierter und sekundär gebildeter Feinstaub zusammengefasst. Primärer Feinstaub wird beispielsweise bei Verbrennungsprozessen freigesetzt. Sekundärer Feinstaub entsteht durch gasförmige Substanzen, wie Schwefel- und Stickoxide oder Ammoniak. In Städten ist die hauptsächliche Quelle der Straßenverkehr mit Emission aus Verbrennungsmotoren, Staubaufwirbelung und Abrieb von Reifen und Bremsen. In ländlichen Gebieten spielt die Landwirtschaft eine große Rolle. Hier entsteht vor allem sekundärer Feinstaub durch gasförmige Stoffe, insbesondere durch Ammoniak-Emissionen aus der Tierhaltung.
DIN EN ISO 16 890 – Überblick
Sowohl von der Welt-Gesundheitsorganisation (WHO), der U.S. Environmental Protection Agency (EPA) und auch vom Umweltbundesamt wird Feinstaub anhand von Partikelgrößenfraktionen in Gruppen eingeteilt. Diese Einteilung kommt nun auch in der ISO 16 890 zur Anwendung: Da Luftfilter die Feinstaubkonzentration in Innenräumen maßgeblich beeinflussen, ist es sinnvoll, diese auch anhand ihrer Feinstaubabscheidung gemäß dieser Kategorisierung zu klassifizieren.
Um aussagekräftige und vergleichbare Werte zu erhalten, die auch auf den realen Betrieb übertragbar sind, wurden in der Normenreihe entsprechende Prüfverfahren und Ermittlungsmethoden zur Festlegung der jeweiligen Filterklasse genau definiert. Ein weiterer Vorteil der ISO 16 890 ist, dass sie weltweit gültig ist. Dadurch wurde eine Vereinheitlichung verschiedener unterschiedlicher Standards erreicht, um die Arbeit auf dem globalen Markt zu erleichtern. Die deutsche Fassung der EN ISO 16 890 „Luftfilter für die allgemeine Raumlufttechnik“ gliedert sich in vier Teile:
dem Feinstaubabscheidegrad (ePM)
EN ISO 16 890 hat in Deutschland und Europa die inzwischen zurückgezogene Norm EN 779:2012 abgelöst. Betroffen sind davon die Filterklassen G (für Grobfilter), M (für Mediumfilter) und F (für Feinfilter). Die wichtigsten Unterschiede zu EN 779 sind die Berücksichtigung eines breiteren Partikelspektrums, die Einteilung in Gruppen mit zusätzlicher Angabe des Abscheidegrads anstatt in Klassen, die Berücksichtigung des minimalen Abscheidegrads und die Verwendung von Prüfaerosolen anstatt des synthetischen ASHRAE-Prüfstaubs.
Klassifizierung nach Feinstaubklassen
Ein wesentliches Ziel der ISO 16 890 ist es, die Klassifizierung von Luftfiltern realitätsnäher zu gestalten. Bei dem EN-779-Prüfverfahren erfolgt die Bewertung ausschließlich bezogen auf die Abscheideleistung von Partikeln mit einer Größe von 0,4 µm. Die Abscheidung von Partikeln mit anderen Größen wurde dabei nicht berücksichtigt. Zusätzlich entsprach die Prüfung mit der Beladung eines definierten Prüfstaubs nicht dem tatsächlichen Betriebsverhalten.
In ISO 16 890 wird nun der Abscheidegrad dreier Gruppen mit verschiedenen Partikelgrößen berücksichtigt. Die Einteilung entspricht der Feinstaub-Klassifizierung der WHO, die auch vom Umweltbundesamt verwendet wird. So wurde eine Durchgängigkeit in den Bezeichnungen geschaffen. Für Feinstaub wird dabei die Bezeichnung PM (Particulate Matter) verwendet. Es gibt dabei die Gruppen PM1 (Partikel mit aerodynamischem Durchmesser < 1 µm), PM2,5 (Durchmesser < 2,5 µm) und PM10 (Durchmesser < 10µm).
Für die Gefährlichkeit gegenüber Menschen gilt, je kleiner die Partikel, desto gefährlicher. Teilchen mit einer Größe von unter 1 µm werden eingeatmet und gelangen über die Lungen bis in die Lungenbläschen und somit auch in den Blutkreislauf. Teilchen bis 2,5 µm (z. B. Bakterien oder Pilze) gelangen in die unteren Atemwege und Teilchen bis 10 µm (z B. Pollen) in die oberen Atemwege.
Im Prüfverfahren nach ISO 16 890 wird ein breites Spektrum mit Partikelgrößen von 0,3 bis 10 µm berücksichtigt, was auch dem tatsächlichen typischen Vorkommen in der Umgebungsluft entspricht.
Zusätzlich zu den drei genannten Gruppen für Feinstaub wurde für Luftfilter noch die Gruppe coarse (englisch für grob) für Grobstaub eingeführt. Dadurch ergeben sich für die Filterklassifizierung vier Gruppen:
ISO 16 890 berücksichtigt als Feinstaub die Größenfraktionen der in der Umgebungsluft vorkommenden Aerosole, also sowohl flüssige als auch feste Partikel. Der Zusatz „e“ in der Bezeichnung steht für „efficiency“. Die Voraussetzung zur Zuteilung eines Filters in eine der Gruppen ist eine Mindestabscheidung von 50 % der entsprechenden Partikelgröße. Ein Filter der Klasse ePM1 muss also mindestens 50 % der Partikel der Größe 1 µm abscheiden. Dieser Mindestabscheidegrad ePMx,min wird im elektrostatisch entladenen Zustand ermittelt.
Der mittlere Abscheidegrad stellt den Mittelwert zwischen elektrostatisch geladenem und entladenem Zustand dar. Das Berechnungsverfahren zur Ermittlung des Abscheidegrads ist in ISO 16 890-2 definiert.
Werden mehr als 50 % mittlerer Abscheidegrad erreicht, so kann die Bezeichnung um den prozentualen Wert, abgerundet auf 5-%-Werte, erweitert werden. Bei einer Abscheidung von 65…69 % von Partikeln mit 2,5 µm ergäbe sich beispielsweise die Bezeichnung ISO ePM2,5 65 %. Insgesamt ergeben sich damit wesentlich mehr mögliche Klassen, als die neun Filterklassen nach EN 779. Mit der nun sehr genauen Bezeichnung können die Anforderungen an einen Filter daher wesentlich differenzierter definiert werden 2 3.
Die bisherigen Filterklassen F, M und G nach EN 779 werden durch diese Vielzahl an möglichen ePMx-Klassen ersetzt. Das heißt, dass die gewohnten Bezeichnungen G1 bis G4 für Grobstaubfilter, M5 bis M6 für Mediumstaubfilter und F7 bis F9 für Feinstaubfilter nicht mehr zur Anwendung kommen und damit früher oder später komplett verschwinden werden.
Vergleichbarkeit zwischen EN 779 und ISO 16 890
Spätestens beim fälligen Filterwechsel bei der nächsten Wartung bzw. beim Auffüllen des Filter-Lagers stellt sich also die Frage, welcher Filter als Ersatz für einen nach EN 779 bezeichneten Filter zum Einsatz kommen soll. Aufgrund der unterschiedlichen Klassifizierungsmethoden ist eine direkte Zuordnung der beiden Filtertypen nicht möglich. Verschiedene F7-Filter können unterschiedliche Abscheidegrade aufweisen und sowohl in die Gruppe ePM1 als auch ePM2,5 fallen. Durch die neue Einteilung werden Filter, die der gleichen EN-779-Klasse angehören, qualitativ differenzierter bewertet.
Um in der Praxis keine aufwendige Neubewertung von Bestandsanlagen durchführen zu müssen, hat der Fachverband Gebäude-Klima (FGK) in seinem Status-Report 44 [6] eine Orientierungshilfe zur Zuordnung alter zu neuer Filterklassen veröffentlicht 4.
Diese Zuordnung deckt sich auch mit der Empfehlung der Expertenarbeitsgruppe Luftfiltration von VDI und SWKI (Schweizerischer Verein von Gebäudetechnik-Ingenieuren) [7]. Wobei dabei als Ersatz für F7-Filter zusätzlich zu ePM1 ≥ 50 % auch die Klasse ePM2,5 ≥ 65 % gewählt werden kann. Zu beachten ist jedoch, dass in der letzten Filterstufe mindestens ein Filter ISO ePM1 ≥ 50 % eingesetzt werden muss.
Filterauswahl
Die neue Klassifizierung der Filter nach DIN EN ISO 16 890 wirkt sich auch auf andere Richtlinien aus. In VDI 6022 Blatt 1 sind Empfehlungen zu Filterklassen entsprechend vorhandener Außenluft- und erwünschter Zuluftqualität enthalten. Darin wurde in der aktuellen Ausgabe von Januar 2018 die neue Klassifizierung eingearbeitet. Folgende Mindestanforderungen für die Filterung wurden dabei definiert:
Weiter gibt die VDI 6022 vor, dass bei der Planung von RLT-Anlagen die jeweilige Außenluftsituation zu bewerten und die Filterleistung entsprechend den Anforderungen auszuwählen ist. Angelehnt an DIN EN 16 798-3 werden die Filterklassen, abhängig von vorhandener Außenluft- und gewünschter Zuluftqualität, empfohlen 5.
Die Einstufung der Außenluftqualität AUL 1 bis AUL 3 entspricht den Kategorien ODA 1 bis ODA 3 (Outdoor Air) aus DIN EN 16 798-3. ODA 1 (AUL 1) entspricht Außenluft, die nur zeitweise staubbelastet sein darf. Außenluft mit hoher Konzentration an Staub oder Feinstaub und / oder gasförmigen Verunreinigungen wird Kategorie ODA 2 (AUL 2) zugeordnet, während ODA 3 (AUL 3) eine sehr hohe Konzentration der eben genannten Stoffe vorweist.
Die seit November 2017 gültige DIN EN 16 798-3 ersetzt die bisher gültige DIN EN 13 779. Neu ist dabei, dass anstatt der Raumluftqualität nun die Zuluftqualität betrachtet wird. Die Zuluftqualität wird dabei in fünf Kategorien SUP 1 bis SUP 5 (Supply Air, Zuluft), je nach Konzentration der Verunreinigung mit Staub oder Feinstaub und / oder gasförmigen Verunreinigungen, eingeteilt:
In DIN EN 16 798-3 gibt es ebenfalls wie in VDI 6022 Empfehlungen zur Filterung je nach Außenluftqualität und gewünschter Zuluftqualität. Allerdings werden dabei noch die alten Filterklassen nach EN 779 verwendet. Wenn man jedoch davon ausgeht, dass die Kategorisierung ZUL 1 bis ZU 3 der Zuluftqualität aus VDI 6022 der Kategorisierung SUP 1 bis SUP 3 aus DIN EN 16 798-3 entspricht, dann deckt sich die Empfehlung mit der aus VDI 6022 Blatt 1.
Literatur
[1] DIN EN ISO 16 890 Luftfilter für die allgemeine Raumlufttechnik – Teil 1: Technische Bestimmungen, Anforderungen und Effizienzklassifizierungssystem, basierend auf dem Feinstaubabscheidegrad (ePM) (ISO 16890-1:2016); Teil 2: Ermittlung des Fraktionsabscheidegrades und des Durchflusswiderstandes (ISO 16890-2:2016); Teil 3: Ermittlung des gravimetrischen Wirkungsgrades sowie des Durchflusswiderstandes im Vergleich zu der aufgenommenen Masse von Prüfstaub (ISO 16890-3:2016); Teil 4: Konditionierungsverfahren für die Ermittlung des Fraktionsabscheidegradminimums (ISO 16890-4:2016).
Berlin: Beuth Verlag, August 2017
[2] www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe/feinstaub
[3] Schickel, Clemens: Neue Filternorm für die allgemeine Raumlufttechnik. Bonn: BTGA, BTGA-Almanach 2017
[4] Näher an der Realität – Mit der neuen ISO16890 zur bestmöglichen Filterlösung. Weinheim: Freudenberg Filtration Technologies, 2018
[5] www.iso16890.de
[6] Status-Report 44 Luftfilter für die Raumlufttechnik ISO 16890 und EN 779. Bietigheim-Bissingen:
Fachverband Gebäude-Klima (FGK), November 2018
[7] VDI-Empfehlung für neue Filterklassen. Stuttgart: Gentner Verlag, TGAnewsletter vom 11.01.2017,
Webcode 747728
[8] DIN EN 16 798-3 Energetische Bewertung von Gebäuden – Lüftung von Gebäuden – Teil 3: Lüftung von Nichtwohngebäuden – Leistungsanforderungen an Lüftungs- und Klimaanlagen und Raumkühlsysteme (Module M5-1, M5-4). Berlin: Beuth Verlag, November 2017
[9] VDI 6022 Blatt 1 Raumlufttechnik, Raumluftqualität – Hygieneanforderungen an raumlufttechnische Anlagen und Geräte (VDI-Lüftungsregeln). Berlin: Beuth Verlag, Januar 2018
Bild: Wolf
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Bild: Wolf, Quelle: FGK Status-Report 44
EN 779 zu ISO 16 890 des FGK
Bild: Wolf, Quelle: VDI 6022 Blatt 1
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