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Anströmgeschwindigkeit bei Luftfiltern erklärt: Auswirkungen auf Druckverlust und Filterstandzeit

Gleichmäßige Luftströmung durch die Frontfläche eines Luftfilters zur Darstellung der Anströmgeschwindigkeit.

Beim Vergleich von HLK-Luftfiltern konzentrieren sich Einkäufer häufig auf die Effizienzklasse, den Druckverlust und die Filterabmessungen. Ein wichtiger Faktor wird jedoch oft übersehen: die Anströmgeschwindigkeit bei Luftfiltern.

Die Anströmgeschwindigkeit beeinflusst, wie die Luft durch den Filter strömt, welchen Strömungswiderstand der Filter verursacht, wie sich Partikel im Filtermedium ablagern und wie lange der Filter unter realen Betriebsbedingungen eingesetzt werden kann.

Zwei Filter können dieselben Abmessungen und dieselbe Effizienzklasse aufweisen, sich jedoch unterschiedlich verhalten, wenn sich ihre Medienfläche, Bautiefe, Faltengeometrie oder Luftstrombedingungen unterscheiden.

Wer die Anströmgeschwindigkeit bei HLK-Luftfiltern berücksichtigt, kann Filter genauer vergleichen und Fehler bei der Filterauswahl vermeiden. Dies unterstützt Facility-Management-Teams, HLK-Fachbetriebe und Einkäufer bei einer fundierteren Auswahl.

Was ist die Anströmgeschwindigkeit bei Luftfiltern?

Die Anströmgeschwindigkeit bei Luftfiltern bezeichnet die Geschwindigkeit, mit der die Luft durch die Frontfläche eines Filters strömt.

Sie wird üblicherweise in folgenden Einheiten angegeben:

  • Fuß pro Minute (FPM)
  • Meter pro Sekunde (m/s)

Die Anströmgeschwindigkeit ist nicht mit dem gesamten Volumenstrom gleichzusetzen.

Der Volumenstrom gibt an, wie viel Luft durch das System strömt. Die Anströmgeschwindigkeit beschreibt dagegen, wie schnell sich diese Luft über die Frontfläche des Filters bewegt.

Beispielsweise können zwei Filter für denselben Volumenstrom ausgelegt sein. Verfügt einer der Filter jedoch über eine kleinere Anströmfläche, muss die Luft schneller durch die Filteröffnung strömen. Dadurch erhöht sich die Anströmgeschwindigkeit.

Eine höhere Anströmgeschwindigkeit kann sich auf folgende Faktoren auswirken:

Druckverlust
Staubbeladungsverhalten
Partikelabscheideleistung
Filterstandzeit
Stabilität des Luftstroms
Wechselintervall

Daher sollte die Anströmgeschwindigkeit immer zusammen mit den Filterabmessungen, dem Volumenstrom, der Effizienzklasse und der Medienauslegung bewertet werden.

Berechnung der Anströmgeschwindigkeit

Die grundlegende Formel zur Berechnung der Anströmgeschwindigkeit lautet:

Anströmgeschwindigkeit = Volumenstrom ÷ Anströmfläche des Filters

In imperialen Einheiten:

Anströmgeschwindigkeit (FPM) = Volumenstrom (CFM) ÷ Anströmfläche (ft²)

In metrischen Einheiten:

Anströmgeschwindigkeit (m/s) = Volumenstrom (m³/s) ÷ Anströmfläche (m²)

Beispiel:

Wird ein Filter bei einem Volumenstrom von 2.000 CFM betrieben und beträgt seine Anströmfläche 4 ft², ergibt sich:

2.000 CFM ÷ 4 ft² = 500 FPM

Das bedeutet, dass die Luft die Filterfront mit einer Geschwindigkeit von 500 Fuß pro Minute durchströmt.

B2B-Einkäufer sollten den berechneten Wert mit dem vom Filterhersteller angegebenen Nennvolumenstrom und den zugehörigen Prüfdaten vergleichen. Ein Filter, der bei einem bestimmten Volumenstrom geprüft wurde, kann sich bei einem deutlich höheren oder niedrigeren Betriebsvolumenstrom anders verhalten.

Warum die Anströmgeschwindigkeit bei der Auswahl von HLK-Filtern wichtig ist

Die Anströmgeschwindigkeit ist wichtig, weil Luftfilter unter bestimmten Strömungsbedingungen geprüft und eingesetzt werden.

Ein Filter besteht nicht nur aus einem Rahmen und einem Filtermedium. Seine Leistung hängt davon ab, wie viel Luft durch die verfügbare Anströmfläche und die Struktur des Filtermediums strömen muss.

Ist die Anströmgeschwindigkeit zu hoch, kann dies folgende Auswirkungen haben:

  • höherer Anfangsdruckverlust
  • schnellerer Anstieg des Strömungswiderstands
  • kürzere Standzeit
  • geringere Staubspeicherfähigkeit
  • weniger stabiler Luftstrom
  • häufigere Filterwechsel
  • höhere Betriebskosten

Bei einer niedrigeren Anströmgeschwindigkeit stehen dem Filter möglicherweise mehr Zeit und Medienfläche zur Verfügung, um den Luftstrom und die Staubbeladung aufzunehmen. Eine niedrigere Geschwindigkeit lässt sich jedoch nicht in jedem System realisieren, da der verfügbare Platz, die Größe der Filterbank und die Anlagenkonstruktion die verfügbare Filterfläche begrenzen können.

Das Ziel besteht daher nicht darin, die Anströmgeschwindigkeit grundsätzlich so weit wie möglich zu reduzieren. Entscheidend ist vielmehr, sie auf den Systemvolumenstrom, die Filterkonstruktion und die jeweiligen Leistungsanforderungen abzustimmen.

Zwei HLK-Luftfilter mit gleichen Frontabmessungen, aber unterschiedlicher Bauform und Filtermedienfläche.

Auswirkungen auf den Druckverlust

Die Anströmgeschwindigkeit steht in direktem Zusammenhang mit dem Druckverlust.

Wenn die Luft schneller durch einen Filter strömt, nimmt der Strömungswiderstand in der Regel zu. Der Grund dafür ist, dass die Luft das Filtermedium, die Faserstruktur, die Falten, die Taschen oder die Mini-Pleat-Pakete mit höherer Geschwindigkeit durchströmen muss.

Ein höherer Druckverlust kann sich auf folgende Faktoren auswirken:

  • Belastung des Ventilators
  • Systemvolumenstrom
  • Energieverbrauch
  • Geschwindigkeit der Filterbeladung
  • Wartungsplanung
  • Komfort oder Prozessstabilität

Dies ist insbesondere bei der Umrüstung auf einen Filter mit höherer Effizienzklasse wichtig. Eine höhere Effizienzklasse kann für die Anwendung geeignet sein, jedoch nur dann, wenn das HLK-System den zusätzlichen Widerstand bewältigen kann.

Die EPA weist darauf hin, dass höhere MERV-Werte im Allgemeinen auf eine stärkere Partikelabscheidung hinweisen. Bei der Filterauswahl sollte jedoch auch berücksichtigt werden, welche zusätzliche Belastung der Systemventilator und der vorhandene Filtereinschub aufnehmen können.

Bei gewerblichen und industriellen Anlagen sollten Einkäufer daher sowohl die Effizienz als auch den Druckverlust beim Nennvolumenstrom vergleichen und ihre Entscheidung nicht ausschließlich auf die Effizienzklasse stützen.

Weiterführender Artikel: Druckverlust bei Luftfiltern

Auswirkungen auf die Filtrationseffizienz

Die Anströmgeschwindigkeit kann sich ebenfalls auf die Filtrationseffizienz auswirken.

Wenn die Luft den Filter zu schnell durchströmt, haben die Partikel eine kürzere Verweilzeit im Filtermedium. Je nach Filtermedium und Partikelgröße kann dies beeinflussen, wie die Partikel mit den Fasern im Filtermedium in Wechselwirkung treten.

Filter für die allgemeine Lüftung werden üblicherweise nach ISO 16890 bewertet. Die Norm klassifiziert Partikelluftfilter anhand PM-bezogener Effizienzgruppen wie ePM1, ePM2,5, ePM10 und ISO Coarse. ISO 16890 gilt innerhalb ihres definierten Anwendungsbereichs für Partikelluftfilterelemente in der allgemeinen Lüftung.

Die tatsächliche Leistung eines Filters im Betrieb hängt jedoch nicht allein von seiner Klassifizierung ab. Sie wird außerdem durch folgende Faktoren beeinflusst:

  • tatsächlicher Volumenstrom
  • Anströmfläche des Filters
  • Filtermedienfläche
  • Bautiefe
  • Einbaubedingungen
  • Leckagen oder Bypass-Strömungen
  • Beladungszustand
  • Wartung des Systems

Aus diesem Grund sollten Filterprüfdaten immer zusammen mit den jeweiligen Strömungsbedingungen bewertet werden.

Weiterführender Artikel: Prüfdaten von Luftfiltern

Auswirkungen auf Staubbeladung und Standzeit

Die Anströmgeschwindigkeit beeinflusst, wie der Filter mit Staub beladen wird.

Bei einer höheren Anströmgeschwindigkeit können Partikel schneller auf das Filtermedium treffen, und die Staubbeladung kann sich stärker auf bestimmte Bereiche konzentrieren. Dadurch kann der Druckverlust schneller ansteigen, insbesondere wenn der Filter nur über eine begrenzte Filtermedienfläche oder eine geringe Bautiefe verfügt.

Bei einer niedrigeren Anströmgeschwindigkeit kann sich die Staubbeladung abhängig von der Filterkonstruktion allmählicher über das Filtermedium verteilen. Dies kann zu einer längeren Standzeit beitragen und einen stabileren Druckverlustverlauf unterstützen.

Die Staubbeladung und die Standzeit werden von folgenden Faktoren beeinflusst:

  • Staubkonzentration in der Luft
  • Betriebsstunden
  • Volumenstrom
  • Anströmgeschwindigkeit
  • Filtermedienfläche
  • Bautiefe
  • Faltenabstand
  • Taschentiefe
  • Struktur des Filtermediums
  • Zustand der Vorfiltration

Ein Filter mit einer größeren Filtermedienfläche, beispielsweise ein Taschenfilter oder Kompaktfilter, kann im Vergleich zu einem flachen Filter mit derselben Anströmfläche dazu beitragen, die Strömungsgeschwindigkeit durch das Filtermedium zu reduzieren. In geeigneten Systemen kann dies eine höhere Staubspeicherfähigkeit und eine längere Standzeit unterstützen.

Der ausgewählte Filter muss jedoch weiterhin mit der verfügbaren Einbautiefe und der Leistungsfähigkeit des Ventilators kompatibel sein.

Weiterführender Artikel: Lebenszykluskosten von Luftfiltern

HLK-Fachleute prüfen Volumenstromberechnungen für die Auswahl von Luftfiltern und die Bewertung der Anströmgeschwindigkeit.

Warum zwei gleich große Filter unterschiedliche Leistungen erbringen können

Viele Einkäufer gehen davon aus, dass zwei Filter mit denselben Außenabmessungen und derselben Effizienzklasse auch dieselbe Leistung erbringen.

Dies ist jedoch nicht immer der Fall.

Zwei gleich große Filter können sich in folgenden Merkmalen unterscheiden:

Filtermedienfläche
Faltentiefe
Faltenabstand
Anzahl der Taschen
Taschentiefe
Ausführung des Mini-Pleat-Pakets
Rahmenkonstruktion
Abdichtungsmethode
Art des Filtermediums
Staubspeicherfähigkeit
Druckverlust beim Nennvolumenstrom

Beispielsweise besitzen ein Plattenfilter mit den Abmessungen 24 × 24 × 2 Zoll und ein Taschenfilter mit den Abmessungen 24 × 24 × 12 Zoll dieselben Frontabmessungen. Der Taschenfilter verfügt jedoch in der Regel über eine wesentlich größere Filtermedienfläche, da die tiefen Taschen eine deutlich größere Medienfläche ermöglichen.

Ebenso können zwei Kompaktfilter dieselbe Rahmengröße aufweisen, sich jedoch hinsichtlich der Tiefe des Filterpakets, der Anzahl der Falten und des Strömungswiderstands unterscheiden.

Aus diesem Grund sollten Einkäufer nicht ausschließlich folgende Faktoren vergleichen:

  • Abmessungen
  • Effizienzklasse
  • Preis

Sie sollten außerdem folgende Angaben vergleichen:

  • Nennvolumenstrom
  • Anfangsdruckverlust
  • Enddruckverlust
  • Filtermedienfläche
  • Staubspeicherfähigkeit
  • Prüfbedingungen
  • voraussichtliches Wechselintervall

Weiterführender Artikel: Leitfaden zu Luftfilterspezifikationen

Anströmgeschwindigkeit und Filtertyp

Unterschiedliche Filtertypen reagieren unterschiedlich auf die Anströmgeschwindigkeit.

Plattenfilter

Plattenfilter werden häufig für die erste Filtrationsstufe und zum allgemeinen Schutz von HLK-Systemen eingesetzt.

Sie sind praktisch, einfach auszutauschen und für zahlreiche gewerbliche Anlagen geeignet. Flache Plattenfilter verfügen jedoch im Vergleich zu tieferen Filterbauformen häufig nur über eine begrenzte Filtermedienfläche.

Bei einem hohen Volumenstrom kann sich ein Plattenfilter schneller beladen, wenn die verfügbare Filterfläche nicht ausreicht.

Taschenfilter

Taschenfilter bieten durch ihre tief ausgeführten Filtertaschen eine größere Filtermedienfläche.

Sie werden häufig eingesetzt, wenn eine höhere Staubspeicherfähigkeit, eine längere Standzeit oder ein günstigeres Luftstromverhalten in gewerblichen und industriellen HLK-Systemen erforderlich ist.

Kompaktfilter

Kompaktfilter und V-Bank-Filter bieten eine große Filtermedienfläche in einer starren Bauform.

Sie werden häufig in HLK-Systemen mit hohen Volumenströmen, Rechenzentren, Krankenhäusern, Laboren und industriellen Luftbehandlungsanlagen eingesetzt, in denen Effizienz, Druckverlust und begrenzter Einbauraum aufeinander abgestimmt werden müssen.

HEPA-Filter

HEPA-Filter werden für die hocheffiziente Endfiltration in Reinräumen, Laboren, pharmazeutischen Anlagen, der Elektronikfertigung und anderen kritischen Umgebungen eingesetzt.

Bei HEPA-Systemen müssen Volumenstrom, Anströmgeschwindigkeit, Abdichtung, Vorfiltration und Druckverlust sorgfältig geprüft werden. Ein HEPA-Filter sollte nicht ausschließlich anhand seiner Effizienzklasse ausgewählt werden.

Anströmgeschwindigkeit und Gesamtbetriebskosten

Die Anströmgeschwindigkeit kann die Betriebskosten beeinflussen, da sie sich auf den Druckverlust, die Beladungsgeschwindigkeit, die Standzeit und die Wartungshäufigkeit auswirkt.

Ein Filter mit einem niedrigen Anschaffungspreis führt nicht zwangsläufig zu den niedrigsten Gesamtkosten, wenn er mit einer hohen Anströmgeschwindigkeit betrieben wird und sich schnell belädt.

Eine höhere Anströmgeschwindigkeit kann folgende Folgen haben:

  • schnellerer Anstieg des Druckverlusts
  • kürzeres Wechselintervall
  • höherer Wartungsaufwand
  • höherer Energiebedarf des Ventilators
  • häufigere Betriebsunterbrechungen
  • höherer Reinigungsaufwand für nachgeschaltete Anlagenkomponenten

Ein Filter mit einer größeren Filtermedienfläche oder einer für die Staubspeicherung optimierten Konstruktion kann in der Anschaffung teurer sein, jedoch eine längere Standzeit und einen stabileren Betrieb unterstützen.

Aus diesem Grund sollten bei der Bewertung der Gesamtbetriebskosten folgende Faktoren einbezogen werden:

  • Filterpreis
  • Wechselhäufigkeit
  • Arbeitskosten
  • Auswirkungen auf den Energieverbrauch
  • Entsorgungskosten
  • Stillstandszeiten
  • Schutz nachgeschalteter Anlagenkomponenten

Weiterführender Artikel: Lebenszykluskosten von Luftfiltern

Welche Informationen Einkäufer bereitstellen sollten

Damit Clean-Link einen geeigneten Filter empfehlen kann, sollten Einkäufer nicht nur die Filterabmessungen angeben.

Zu den hilfreichen Angaben gehören:

Benötigte Angaben
Warum sie wichtig sind
Anwendung
Definiert den Filtrationszweck und die Betriebsumgebung
Systemtyp
Hilft dabei, den Filtertyp auf ein AHU-, FCU-, MAU-, Abluft- oder Reinraumsystem abzustimmen
Filterabmessungen
Dienen zur Bestimmung der Anströmfläche und zur Prüfung der Einbaueignung
Volumenstrom pro Filter
Wird zur Berechnung der Anströmgeschwindigkeit benötigt
Gesamtvolumenstrom des Systems
Hilft bei der Bewertung der Filterbankauslegung auf Systemebene
Anzahl der Filter
Hilft bei der Berechnung der Volumenstromverteilung
Effizienzanforderung
Bestätigt die erforderliche Filtrationsleistung
Aktueller Filtertyp
Dient als Referenz für die Auswahl eines Ersatzfilters
Anfangsdruckverlust
Hilft beim Vergleich des Druckverlusts eines unbeladenen Filters
Enddruckverlust
Hilft bei der Festlegung des Wechselzeitpunkts
Einbautiefe
Bestimmt, ob Platten-, Taschen- oder Kompaktfilter eingebaut werden können
Betriebsbedingungen
Helfen bei der Auswahl des Filtermediums, des Rahmens und der Ausführung der Abdichtung
Ziele für das Wechselintervall
Helfen dabei, Standzeit und Kosten aufeinander abzustimmen
Menge
Unterstützt die Angebotserstellung und Lieferplanung

Falls keine Angaben zum Volumenstrom verfügbar sind, können Einkäufer dennoch die Filterabmessungen, Fotos des Systems, das Gerätemodell, das Etikett des aktuell eingesetzten Filters und Angaben zur Anwendung bereitstellen. Clean-Link kann die verfügbaren Informationen prüfen und darauf hinweisen, welche Angaben im nächsten Schritt noch bestätigt werden sollten.

Einbau eines Taschenfilters in eine Lüftungsanlage zur Unterstützung einer gleichmäßigen Luftströmung und geeigneten Anströmgeschwindigkeit.

Praxisbeispiel: Gleicher Volumenstrom, unterschiedliche Filterfläche

Betrachten wir zwei HLK-Filterbänke, die für denselben Gesamtvolumenstrom ausgelegt sind.

Wenn ein System über weniger Filter oder eine kleinere Filterfrontfläche verfügt, ist die Luftgeschwindigkeit durch jeden einzelnen Filter höher.

Eine höhere Anströmgeschwindigkeit kann den Druckverlust erhöhen und die Filterstandzeit verkürzen.

Verfügt ein anderes System dagegen über eine größere Filterfläche oder verwendet es tiefere Filter mit einer größeren Filtermedienfläche, kann der Volumenstrom gleichmäßiger verteilt werden. Dies kann dazu beitragen, den Strömungswiderstand zu reduzieren und die Planung der Wechselintervalle zu verbessern.

Aus diesem Grund können eine größere Filterfläche, der Einsatz tieferer Filter oder ein Wechsel des Filtertyps in bestimmten Fällen die Systemleistung verbessern – vorausgesetzt, die Anlage bietet ausreichend Platz und der Filter wird fachgerecht ausgewählt.

Clean-Link Unterstützung bei der anwendungsbezogenen Filterauswahl

Clean-Link unterstützt HLK-Fachbetriebe, Facility-Management-Teams, Ingenieurunternehmen, OEM-Einkäufer und Industriekunden bei der anwendungsbezogenen Auswahl von Luftfiltern.

Zu den verfügbaren Lösungen gehören:

Plattenfilter
Vorfilter
Taschenfilter
Kompaktfilter
V-Bank-Filter
HEPA-Filter
Aktivkohlefilter
kundenspezifische Luftfilter
verschiedene Filtermedien
kundenspezifische Abmessungen
projektbezogene Angebote
technische Unterstützung bei der Filterauswahl

Für die Bewertung der Anströmgeschwindigkeit können Einkäufer Clean-Link die Filterabmessungen, den Gesamtvolumenstrom, den Volumenstrom pro Filter, die erforderliche Filtereffizienz, den aktuellen Filtertyp, die Einbautiefe und die Betriebsbedingungen übermitteln.

Fazit

Die Anströmgeschwindigkeit ist ein wichtiger Faktor bei der Auswahl von HLK-Luftfiltern.

Sie beeinflusst den Druckverlust, die Stabilität des Luftstroms, die Filtrationsleistung, die Staubbeladung, die Standzeit und die Gesamtbetriebskosten.

Der richtige Filter sollte nicht ausschließlich anhand seiner Abmessungen, seiner Effizienzklasse oder seines Preises ausgewählt werden. Entscheidend sind vielmehr die Anwendung, der Volumenstrom, die Anströmfläche, die Medienauslegung, die Leistungsfähigkeit des Systems und die Ziele für das Wechselintervall.

Bei gewerblichen HLK-Systemen, industriellen Lüftungsanlagen, Reinräumen, Rechenzentren und Produktionsstätten hilft ein Verständnis der Luftgeschwindigkeit in Filtersystemen Einkäufern dabei, praxisgerechtere Entscheidungen zur Luftfiltration zu treffen.

Übermitteln Sie Clean-Link Ihre Filterabmessungen, Angaben zum Volumenstrom, die erforderliche Effizienzklasse, den aktuellen Filtertyp und die benötigte Menge für eine anwendungsbezogene Filterempfehlung.

FAQ

Was ist die Anströmgeschwindigkeit bei Luftfiltern?

Die Anströmgeschwindigkeit bezeichnet die Geschwindigkeit, mit der die Luft durch die Frontfläche eines Filters strömt. Sie wird berechnet, indem der Volumenstrom durch die Anströmfläche des Filters geteilt wird.

Wie wird die Anströmgeschwindigkeit berechnet?

Es gilt folgende Formel:

Anströmgeschwindigkeit = Volumenstrom ÷ Anströmfläche

In imperialen Einheiten:

FPM = CFM ÷ ft²

Warum ist die Anströmgeschwindigkeit wichtig?

Die Anströmgeschwindigkeit beeinflusst den Druckverlust, die Staubbeladung, die Filtrationsleistung, die Stabilität des Luftstroms und die Filterstandzeit.

Erhöht eine höhere Anströmgeschwindigkeit den Druckverlust?

Im Allgemeinen erhöht eine höhere Luftgeschwindigkeit durch einen Filter den Strömungswiderstand. Der tatsächliche Druckverlust hängt vom Filtertyp, von der Medienauslegung, der Bautiefe, dem Volumenstrom und dem Beladungszustand ab.

Können zwei gleich große Filter unterschiedliche Druckverluste aufweisen?

Ja. Zwei Filter mit denselben Außenabmessungen können sich hinsichtlich Filtermedienfläche, Faltenkonstruktion, Bautiefe, Taschenstruktur und Filtermedium unterscheiden. Dadurch können auch Druckverlust und Standzeit unterschiedlich ausfallen.

Ist eine niedrigere Anströmgeschwindigkeit immer besser?

Nicht immer. Eine niedrigere Anströmgeschwindigkeit kann dazu beitragen, den Strömungswiderstand zu reduzieren und das Beladungsverhalten zu verbessern. Bei der Filterauswahl müssen jedoch weiterhin die Effizienzanforderung, der verfügbare Einbauraum, die Systemkonstruktion, die Leistungsfähigkeit des Ventilators und die Kosten berücksichtigt werden.

Welche Informationen werden für die Bewertung der Anströmgeschwindigkeit eines HLK-Filters benötigt?

Zu den hilfreichen Angaben gehören die Filterabmessungen, der Volumenstrom pro Filter, der Gesamtvolumenstrom des Systems, die Anzahl der Filter, der Filtertyp, die erforderliche Effizienzklasse, Angaben zum Druckverlust, die Einbautiefe und die Betriebsbedingungen.

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