Luftfilter für Straßentunnel

Hohe Filterleistung, einfache Wartung, geringe Betriebskosten und verschiedenste Einbaumöglichkeiten sind die herausragenden Merkmale der FILTRONtec-Luftfilter für Straßentunnel.

Forschung & Entwicklung

Funktion und Aufbau des Filtersystems

Das Filtersystem besteht aus einem Partikelfilter und einem Aktivkohlefilter. Während der Partikelfilter alle Verunreinigungen vom großen Laubblatt bis hinunter zu kleinsten Feinstaubpartikel aus der Luft entfernt, reduziert der Aktivkohlefilter gasförmige Luftschadstoffe wie Stickstoffdioxide, Ozon und Benzole.

Reinigungsstufen im FILTRONtec-Tunnelfilter
Reinigungsstufen im FILTRONtec-Tunnelfilter

Abscheidung von Feinstaub im Partikelfilter

Der mit Feinstaub belastete Luftstrom passiert einen mehrstufigen Filter.

In einem Vorfilter werden zunächst größere in der Luft fliegende Gegenstände, wie etwa Laub, zurückgehalten.

Anschließend durchströmt die Luft einen zweistufigen Elektrofilter. Dieser besteht aus einem Ionisator und einem Kollektor (siehe nebenstehende Abbildung) und entfernt mehr als 85 % der Ruß- und Staubpartikel aus dem Luftstrom. Dazu werden die Partikel im Ionisator elektrisch aufgeladen und lagern sich anschließend am Kollektor an. Um einen hohen Anteil der sehr kleinen lungengängigen und deshalb besonders gesundheitsgefährdenden Partikel (PM1) abzuscheiden, kann dem Elektrofilter ein von FILTRONtec entwickelter patentierter Vorionisator vorgeschaltet werden.

Sind die Kollektorplatten des Elektrofilters mit Feinstaub beladen, werden sie über Sprühdüsen mit Wasser gereinigt. Während des Reinigungsvorgangs sind die Filtermodule elektrisch abgeschaltet und spannungsfrei. Um die Stillstandzeit des Filters möglichst kurz zu halten, wird er mit Druckluft über die Sprühdüsen vorgetrocknet. Das Steuerungssystem der Filteranlage setzt den Reinigungsvorgang selbsttätig in Gang. Die Reinigung läuft vollautomatisch ab. Sie dauert circa 30 Minuten und findet während der verkehrsarmen Nachtzeit statt.

Das Waschwasser mit den Filteranlagerungen wird in einer Wasseraufbereitungsanlage gereinigt und kann zu 90% für eine erneute Filterreinigung wiederverwendet werden.

Die gesammelten Filteranlagerungen können auf einer Deponie gelagert werden. Alternativ bietet sich aufgrund des hohen Kohlenstoffanteils eine thermische Nutzung in einer Verbrennungsanlage an. Abhängig von den Abwasservorschriften kann das gesammelte Waschwasser häufig auch zusammen mit den anderen Tunnelabwässern entsorgt werden.

Der gesamte Filterungsprozess ist umweltschonend konzipiert. Auf Zusätze oder Hilfsstoffe, wie sie z.B. für eine Koagulierung des Filtrats im Waschwasser häufig eingesetzt werden, kann bei FILTRONtec-Filtersystemen verzichtet werden.

Vorfilter
Vorfilter
Partikel-Filtermodul

Partikel-Filtermodul
Reinigung des Filters über Sprühdüsen
Reinigung des Filters über Sprühdüsen
Abscheidegrade der Partikel mit und ohne Vorionisator

Abscheidegrade der Partikel mit und ohne Vorionisator

Abscheidung von Stickstoffdioxid

Um Schadgase wie Stickstoffdioxid (NO2), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (CmHn), Ozon (O3) und Benzole aus der Abluft zu entfernen, kann in Strömungsrichtung nach dem Partikelfilter ein Aktivkohlefilter angeordnet werden. Dieser hält bis zu 90 Prozent der schädlichen Verbindungen zurück.

Aktivkohle besitzt eine sehr hohe Abscheidefähigkeit für Stickstoffdioxid und andere Gase.

Die speziell behandelte Aktivkohle adsorbiert Stickstoffdioxid aus dem Luftstrom. Gleichzeitig wird durch katalytische Dissoziierung im Filter ein Teil des Stickstoffdioxids in unschädlichen Stickstoff und Sauerstoff umgewandelt. Die Filterkohle ist zu zylindrischen Stäbchen, sogenannten Pellets, mit einem Durchmesser von 4 mm geformt. Dank ihrer porösen Struktur besitzt Aktivkohle eine enorme spezifische Oberfläche. Die aktive Fläche von einem Gramm Kohle beträgt circa 1.000 m² .

Der Gasfilter ist wie der Feinstaubfilter modular aufgebaut. Die Kohlenpellets sind in rechteckigen Metallboxen mit zwei gegenüberliegenden luftdurchlässigen Lochblechen gefüllt. Die gefüllten Boxen sind nebeneinander an einem senkrechten Gestell befestigt und bilden so eine geschlossene Filterwand. Die Filterwand wird von der Abluft durchströmt. Um eine optimale Luftströmung zu erreichen, sind die Filterwände im Luftkanal in einer W-Form angeordnet.

Ist die Abscheidefähigkeit der Aktivkohle nach mehreren Jahren erschöpft, werden die Boxen gegen neu befüllte Boxen ausgetauscht.

Alternativ ist auch eine Installation mit durchgängigen Filterwänden möglich.

Werkstoffe

Alle Komponenten und Bauteile der Filteranlage, die mit der Tunnelluft in Berührung kommen, wie Elektrofilter, Vorionisator, Rohrleitungen, Düsen und Gestelle sind aus hochwertigem Edelstahl (V4A) mit einer langen Lebensdauer gefertigt.

Aktivkohle-Pellets
Aktivkohle-Pellets
Aktivkohlefilter im Tunnel M5-East Sydney
Aktivkohlefilter im Tunnel M5-East Sydney
Schematischer Aufbau eines Aktivkohlefilters
Schematischer Aufbau eines Aktivkohlefilters
Reinigungsstufen im FILTRONtec-Tunnelfilter
Die Diagramme zeigen gemessene Konzentrationen von Stickstoffdioxid (NO2) und Ozon (O3) vor und nach dem Gasfilter.

Verhalten des Luftfilters im Brandfall

Das wohl gefährlichste Ereignis in einem Tunnel ist ein Brand. Einerseits breiten sich Feuer und Rauch durch die starken Luftströmungen in Tunnelbauwerken rasend schnell aus, andererseits erreichen die Temperaturen durch die Enge in der Tunnelröhre in kurzer Zeit sehr hohe Werte. Außerdem erschweren Rauch und giftige Substanzen in den immer länger werdenden Tunneln die Brandbekämpfung und die Rettungsarbeiten.

Ein optimales Filtersystem kann helfen, Leben zu retten. Deshalb arbeiten die Partikelfilter von FILTRONtec auch noch bei Temperaturen von 400 °C. Rauchgase können im Brandfall durch den Feinstaubfilter geführt werden. Ein durchgeführter Brandversuch zeigt eindrucksvoll: Auch Rauchpartikel mit giftigen Substanzen werden über eine begrenzte Zeit im Filter zurückgehalten.

Brandversuch
In der Testanlage für Brandversuche wurden Öl, Benzin, Autoreifen und Innenteile von Kraftfahrzeugen verbrannt. Die Rauchgase wurden durch den Elektrofilter geführt, der sich im Nebenraum befindet. Dabei wurde gemessen, wie sehr der Brandrauch vor und nach dem Filter die Sicht trübt. Die Messungen beweisen: Die Sichttrübung und damit die Rauchgasdichte konnte etwa 80 Prozent verringert werden. Gerade in den ersten Minuten nach Beginn des Brands kann so die Sicht verbessert werden, wodurch sich die Chance einer erfolgreichen Rettung erhöht.

Betriebskosten

Feinstaubfilter und Gasfilter von FILTRONtec verbrauchen nur sehr wenig Strom und Wasser. Das liegt daran, dass …

  • die Feinstaubpartikel in einem elektrostatischen Feld abgeschieden werden, wobei nur ein geringer Strom von wenigen Milliampere fließt,
  • die Hilfsaggregate wie Pumpen, Ventile, Luftkompressor nur kurze Zeit täglich in Betrieb sind,
  • das Wasser zur Reinigung des Kollektors nach dem Waschvorgang aufbereitet und zu 90 Prozent wiederverwendet wird, wobei nur geringe Verluste durch Verdunstung oder durch die Restfeuchte im Filtrat ausgeglichen werden müssen,
  • der Druckverlust des FILTRONtec-Feinstaubfilters nur circa 100 Pascal und der des Aktivkohlefilters nur etwa 400 Pascal beträgt,
  • die gefilterte Abluft mit einer geringen Luftgeschwindigkeit von nur ca. 5 m/s nach außen austreten kann und nicht, wie bei einer Lüftung ohne Filterung, am Luftausstritt eines Abluftkamins bis zu 20 m/s beschleunigt werden muss.

Betrieb, Wartung, Instandhaltung

FILTRONtec legt Wert auf kurze Stillstandzeiten, wenige einfache Wartungsarbeiten und niedrige Instandhaltungskosten. Deshalb sind unsere Luftfilteranlagen für einen Betrieb ohne ständige Beaufsichtigung (BOB-Betrieb) konzipiert – sie arbeiten also vollautomatisch. Alle wichtigen Funktionen können von der Tunnelbetriebszentrale überwacht werden.

Die Filteranlage besitzt nur wenige Komponenten mit bewegenden Bauteilen, wie handelsübliche Pumpen und Ventile sowie einen Luftkompressor, die nach den Herstellervorschriften gewartet werden.

Ein Wartungshandbuch beschreibt detailliert, in welchen Intervallen die Sicherheitseinrichtungen geprüft, Reinigungen vorgenommen und sonstige Wartungsarbeiten mit welchen Zeitintervallen ausgeführt werden müssen. Für den Betrieb der Filteranlage ist kein Fachpersonal erforderlich.

Der FILTRONtec-Gasfilter besteht nur aus statischen Bauelementen und benötigt keine Wartung.

Tunnelbetriebszentrale
Tunnelbetriebszentrale
Technikraum mit Ultrafiltrationstank
Die wesentlichen Hilfsaggregate wie Pumpen, Behälter, Schaltschrank und Wasseraufbereitung sind in einem Technikraum wartungsfreundlich zusammen aufgestellt.

Einbaubeispiele von Luftfiltern in Straßentunneln

Ob Luftfilter für Straßentunnel als Bypass in einem Tunnelnebenraum, in der Tunneldecke oder in einem separaten Gebäude eingebaut werden, hängt maßgeblich von den örtlichen Gegebenheiten ab. Als Spezialist für Feinstaubfilter und Gasfilter steht Ihnen FILTRONtec bei der Planung Ihrer Luftfilteranlagen zur Seite. Gemeinsam finden wir die technisch und wirtschaftlich beste Lösung für Ihren Anwendungsfall.

Einbau als Bypass

Bei einem Einbau als Bypass wird die Filteranlage in einer Galerie neben der Fahrbahn installiert. Die Tunnelluft wird über seitliche Öffnungen in der Tunnelwand aus der Tunnelröhre abgesaugt. Die Öffnungen sind mit einem Gitter versehen.

Nach der Filterung wird die gereinigte Luft wieder in den Bereich der Fahrbahn zurückgeführt oder in die Umgebung abgeleitet.

Reinigungsstufen im FILTRONtec-Tunnelfilter
Einbau als Bypass

Deckeneinbau

Bei einem Deckeneinbau sind die Filter auf einer Zwischendecke im oberen Bereich der Tunnelröhre untergebracht. Die kontaminierte Luft wird aus dem Tunnel nach oben abgesaugt und in der Filteranlage gereinigt.

Die gereinigte Luft wird anschließend wieder in den Fahrbahnbereich zurückgeführt oder nach außen in die Umgebung abgeleitet. Diese Einbauvariante ist besonders vorteilhaft bei Straßentunneln mit einem kreisförmigen oder ovalen Querschnitt der Fahrröhre.

Deckeneinbau
Deckeneinbau

Einbau in einem separaten Filtergebäude

Ist ein Einbau des Luftfilters im Tunnelbauwerk nicht möglich, kann der Filter in einem separaten Gebäude in der Nähe des Tunnels installiert werden. Die Tunnelluft wird über einen Luftkanal zu dem Filtergebäude geführt.

Die gereinigte Luft kann entweder über einen Kanal wieder zum Tunnel zurückgeführt, oder aus dem Filtergebäude in die Umgebung abgeleitet werden. Ein Beispiel für diese Einbauart ist die FILTRONtec-Filteranlage im M5East Tunnel in Sydney.

Einbau in einem separaten Filtergebäude
Einbau in einem separaten Filtergebäude

Luftfilter mit zuschaltbarem Gasfilter

Die Konzentrationen von Feinstaub und Stickstoffdioxid in der Umgebungsluft können über den Tag unterschiedlich verlaufen. Während die Messungen zu einem Zeitpunkt eine hohe Feinstaubkonzentration bei gleichzeitig niedrigem Stickstoffdioxidwert zeigen, kann später am Tag ein niedriger Feinstaubgehalt bei hohen Stickstoffdioxidwerten vorliegen. Auch muss die NO2-Konzentration nicht immer in der gesamten Abluftmenge reduziert werden, um die NO2-Grenzwerte einzuhalten.

FILTRONtec hat deshalb ein Anlagenkonzept entwickelt, bei dem, abhängig von der Stickstoffkonzentration in der Außenluft, der Gasfilter bei laufendem Betrieb des Feinstaubfilters nach Bedarf zu- beziehungsweise abgeschaltet werden kann. Hiermit lassen sich die Betriebskosten des Abluftfilters erheblich senken.

Dieses Anlagenkonzept wurde 2010 im M5East Tunnel im australischen Sydney ausgeführt.

Schematischer Aufbau einer Luftfilteranlage mit integriertem Gasfilter
Schematischer Aufbau einer Luftfilteranlage mit integriertem Gasfilter

Nachrüsten von Luftfiltern

Falls die räumlichen Voraussetzungen vorliegen, was häufig der Fall ist, können unsere Feinstaubfilter in bestehende Tunnel nachgerüstet werden. Der Filter hat eine Bautiefe von nur 1,60 m. Dank seines modularen Aufbaus kann der Filter an jeden Raumquerschnitt angepasst werden. Der Druckverlust des Filters beträgt lediglich 100 Pascal. Änderungen an den Abluftventilatoren sind deshalb nicht erforderlich.