Dunstabzug und Wohnraumlüftung - Vergleich zwischen Abluft- und Umluftküchenabzügen sowie Einfluss auf die Feinstaubbelastung - AEE Intec
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Dunstabzug und Wohnraumlüftung Vergleich zwischen Abluft- und Umluftküchenabzügen sowie Einfluss auf die Feinstaubbelastung Gabriel Rojas 16.4.2020, Online-Webinar
Kochen als Schadstoffquelle? NOx CO Formaldehyd Ultrafeine Partikel (UFP) Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH) Formaldehyde Acetaldehyd, Acrolein Ultrafeine Partikel (UFP) PM2.5 Quelle: W. Delp, LBNL 2
Kochen als Schadstoffquelle? 3
AIVC Dunstabzüge: Abluft oder Umluft? Abluft Umluft
AIVC Gerade für energieeffiziente Gebäude mit WRL stellt sich die Frage: Abluft oder Umluft? Abluft Umluft
Projekte / Partner / Förderung Institutionen Projekte / Fördergeber IEA EBC Annex 68: Raumluftqualitätsoptimierte Planung und Betriebsführung von energieeffizienten Wohngebäuden https://nachhaltigwirtschaften.at/de/iea/technologieprogramme/ebc/iea-ebc- annex-68.php Assessing particle filtration for low energy housing Max Kade Fellowship (ÖAW) http://maxkadefoundation.org/ 16.04.2020 FH Salzburg · SMB· Gabriel Rojas 6
Dunstabzug vorhanden? Online-Umfrage (2017) Zielgruppe: Bewohner von energieeffiziente Gebäuden (Passivhäuser) Teilnehmer: 118 vor allem in USA, DEU, AT und Südtirol 84% Dunstabzug 16% Kein Dunstabzug 16.04.2020 8
Verwendung des Dunstabzugs? 57% Immer bis meistens 32% Hälfte bis manchmal 11% Fast nie bis nie FH Salzburg · Abteilung oder Studiengang · Vorname Nachname 9
Energieform Herd? Angelsächsischen: „Bei uns“: relativ viele Gasherde Hauptsächlich Elektro (Induktion) auch mit Umluft !! 16.04.2020 10
Kochen als Schadstoffquelle? NOx CO Gasherd-> Formaldehyd Ultrafeine Partikel (UFP) Abluftdunstabzug Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH) Formaldehyde Acetaldehyd, Acrolein Ultrafeine Partikel (UFP) PM2.5 Bei E-Herd (und Wohnraumlüftung): Empfehlung? 11
Allgemeine Argumente für Umluftsysteme 16.04.2020 12
Argumente für Umluft-Dunstabzug Lüftungswärmeverluste Nachströmluft (Make-up air) - „stört“ Wohnraumlüftung Energie - beeinträchtigt Behaglichkeit Luftdurchlässe / Mauerkasten - Infiltration - Wärmebrücke
Argumente für Umluft-Dunstabzug Lüftungswärmeverluste Nachströmluft (Make-up air) Energie - „stört“ Wohnraumlüftung - beeinträchtigt Behaglichkeit Luftdurchlässe / Mauerkasten - Infiltration - Wärmebrücke Einbau in MFH - Geruchsübertragung zwischen WE Weitere - Kanalführung Wohnraumlüftung „erledigt“ - Feuchteabfuhr - Schadstoffabfuhr
Argumente für Umluft-Dunstabzug Lüftungswärmeverluste Nachströmluft (Make-up air) Energie - „stört“ Wohnraumlüftung - beeinträchtigt Behaglichkeit Source: https://www.naber.de/infomaterial/ Luftdurchlässe / Mauerkasten - Infiltration - Wärmebrücke Einbau in MFH - Geruchsübertragung zwischen WE Weitere - Kanalführung Wohnraumlüftung „erledigt“ - Feuchteabfuhr - Schadstoffabfuhr ??
Wieviel Energie kann eingespart werden? 16.04.2020 18
Wieviel Energie spart eine Umlufthaube? Abluft Dunstabzug Umluft Dunstabzug ሶ = ∆ + 2 ∆ = ∆ ሶ = ሶ 8760 Lüftungswärmeverl. (30 min/day, 250 m³/h, Wien) Höhere Stufe bei WRL (1 ACH for 35m²) Zusätzliche Infiltration (T=5.5 C, v=3 m/s) Druckverlust Filter (+0.05 Wh/m³) Wärmebrücken (U=6 W/m²K) Graue Energie Kohlefilter (20 MJ/kg, 300 g) -> Abschätzung Best / Minimum / Maximum L Effective leakage area for closed damper A, B: Stack and wind coefficient see ASHRAE. (1993). Calculating Air Exchange. In ASHRAE Fundamentals (1993, SI E ed., p. 23.18-23.19).
Wieviel Energie spart eine Umlufthaube? Abluft Umluft Emb. Ene. carbonfilter min Additional ventilation Best estimate Δp - carbonfilter max Transmission losses Infiltration losses Ventilation losses 0 100 200 300 400 500 600 Primary Energy (PE) [kWh/a] San Francisco, Starke Nutzung SF, High use Recirculating Umluft San Francisco, Normale Nutzung SF, Regular use Extracting Abluft Wien, Starke Nutzung VIE, High use Wien, Normale Nutzung VIE, Regular use 0 200 400 600 800 Primary Energy (PE) [kWh/a] 20 Details in: Rojas G., Comparing extracting and recirculating residential kitchen range hoods for the use in high energy efficient housing, AIVC 2017 proceedings
Wieviel Energie spart eine Umlufthaube? Abluft Umluft Emb. Ene. carbonfilter min Additional ventilation Best estimate Δp - carbonfilter max Transmission losses Infiltration losses Ventilation losses 0 100 200 300 400 500 600 Primary Energy (PE) [kWh/a] ->San für Francisco, Starke 75 m² Wohnung Nutzung SF, High das ~2,6 – 8 kWh/(m²a) zusätzlicher PE Bedarf wäreuse Recirculating Umluft San Francisco, Normale Nutzung SF, Regular use Extracting Abluft Wien, Starke -> siehe auch PHI-Studie: use– 9,2 kWh/(m²a) zusätzlicher Heizwärmebedarf für 100 m² Nutzung VIE, High4,5 Studie zur technischen, energetischen und wirtschaftlichen Bewertung von Abluft- und Umluft-Dunstabzugshauben in Wien, Normale Nutzung VIE, Regular Wohnküchen in energieeffizienten use Gebäuden, K. Bräunlich et.al, 2019 0 200 400 600 800 Primary Energy (PE) [kWh/a] 21 Details in: Rojas G., Comparing extracting and recirculating residential kitchen range hoods for the use in high energy efficient housing, AIVC 2017 proceedings
Wie gut funktionieren Dunstabzüge? 16.04.2020 22
Wie gut “funktionieren” Dunstabzüge? In Bezug auf Schadstoffabfuhr Literaturrecherche (2017): • Keine einheitlichen Methoden zur Bestimmung des Erfassungsgrads (Geruchsreduzierung nach EN 61591 nicht aussagekräftig!) • Erfassungsgrad sehr unterschiedlich 15-98%, hängt ab von: • Geometrie/Type (Abdeckung, Haubenvolumen, Einbauhöhe,…) • Luftvolumenstrom • Hintere vs. vodere Kochplatte • Erfassungsgrad >80% für vordere Platte nur bei unerträglichen Geräuschniveau • Kaum wissenschaftliche Studien über Erfassungsgrad / Filtereffizienz von Umlufthauben • Tests von Stiftung Warentest ergeben deutlich niedrigere Geruchsreduzierunggrade (nach EN 61591) im Umluftbetrieb Interessante Studien: • Studie zur technischen, energetischen und wirtschaftlichen Bewertung von Abluft- und Umluft-Dunstabzugshauben in Wohnküchen in energieeffizienten Gebäuden, K. Bräunlich et.al, 2019 • Küchenabluft in Wohnungen, H. Huber, I. Plüss, 2004
Subjektive Wahrnehmung – Effektivität (Umfrage) ….auch andere Umfragestudien zeigen: Umluft-Dunstabzüge werden als weniger effektiv wahrgenommen Singer, B. (2015). Range Hood Roundup - Kitchen Ventilation Survey. 26 Retrieved October 6, 2017, from http://indoorair.lbl.gov/range-hood-roundup
Filtern Umluftsysteme den Feinstaub? 16.04.2020 27
Methode / Experimenteller Aufbau Raumbelüftung (100 m³/h) Feinstaubmessung Filter Koch- vorgang ∆ ℎ = 1- ∆ ℎ Footer 28
Methode / Experimenteller Ablauf Dunstabzug durchgehend in eingeschaltet (Umluft) Ohne Filter Mit Filter Konzentration ∆ ℎ = 1- ∆ ℎ Start Stop Zeit Vorheizen Kochvorgang Abklingzeit Footer 29
Prüfumfang Filtereffizienz von Umluftdunstabzügen getestet: - 6 verschiedene marktverfügbare Filtertypen (3 davon neu und gebraucht) - Zwiebel, Burger und Öl erhitzen (tw. Fisch, Toast und Ei) - Partikelanzahl (-masse) (online und tw. gravimetrisch) - VOC‘S (online und tw. Sorptionsröhrchen) Footer 30
Exemplarischer zeitlicher Verlauf x 10 5 Partikelanzahl Onion_Dec4_Dec18_Dec20_200C_100m3h_RH2 Kohlenwasserstoffe (VOC’s) Onion_Dec4_Dec18_Dec20_200C_100m3h_RH2 3.5 =0.533 = 0.869 3 0.25 ohne ohne FMPS / Count [#/cm³] 2.5 FID / HC conc. [ppm] Filter 0.2 Filter 2 0.15 1.5 0.1 1 0.05 0.5 0 0 mit Filter mit Filter -0.5 -0.05 0 200 400 600 800 1000 1200 0 200 400 600 800 1000 1200 Time [s] Time [s] 31
Größenverteilung der Partikel: Zwiebel @ 200 C x 10 5 Verteilung der Partikelanzahl Onion_Jan25-31_200C_100m3h_Broan Verteilung der Partikelmasse Onion_Jan25-31_200C_100m3h_Broan 2 250 ohne Filter dM/dlogDp [µg/m³] dN/dlogDp [#/cm³] 200 1.5 gebr. Filter: 37% 150 1 neuer Filter: 54% 100 25% 60% 0.5 30% 65% 50 0 0 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Particle diameter [nm] Particle diameter [nm] UFP UFP PM2.5 PM2.5 Filter Br1-2, gemessen mit SMPS 3936 (10-400nm) und OPS 3330 (0,3 -10µm), 3 Wiederholungen
Größenverteilung der Partikel: Burger @ 200C 5 Burger-M1_Jan26-30_200C_100m3h_Br x 10 Verteilung der Partikelanzahl Verteilung der Partikelmasse 15 600 dM/dlogDp [µg/m³] dN/dlogDp [#/cm³] ohne Filter 4% 10 gebr. Filter: 16% 400 21% neuer Filter: 25% 5 200 68% 70 0 1 0 1 % 2 3 4 2 3 4 10 10 10 10 10 10 10 10 Particle diameter [nm] Particle diameter [nm] UFP UFP PM2.5 PM2.5 Filter Br1-2, gemessen mit SMPS 3936 (10-400nm) und OPS 3330 (0,3 -10µm), 2-3 Wiederholungen 34
PM2.5 Filtereffizienz von Umlufthauben (bei 100% Erfassung) Sáute Zwiebel Öl erhitzen (200°C) Burger braten 30-60% 40-85% 0-30% 16.04.2020 35 Ähnliche Ergebnisse im gealterten Zustand
Welchen Einfluss hat das auf die Feinstaub-Exposition? 16.04.2020 36
Simulationsstudie – Einfluss Dunstabzug In dichten Wohngebäude mit Wohnraumlüftung (Passivhaus)… Welchen Anteil an der Partikelexposition kommt von Außenquellen und welcher kommt von Innenquellen? Welche Empfehlung für Außenfilterqualität lässt sich ableiten? N Child’s Bedroo Welchen Einfluss hat die Nutzung eines Umluft- bzw. room (CR) m (BR) Abluftdunstabzugs? 10.4 m² 12.9 m² adjacent apartment Balc Living room Simulation study (CONTAM) accounting… ony (LR) incl. kitchen filter efficiency Bath Entrance (Ki) envelope penetration 30.2 m² (BA) / hallway particle deposition = ( ) 7.2 m² 15.3 m² outdoor air concentration indoor sources adjacent apartment Details in: Rojas G., Ambient air filter efficiency in airtight, highly energy efficient dwellings – A simulation study to evaluate benefits and associated energy costs, AIVC 2019 proceedings
Simulationsstudie – Einfluss Dunstabzug „Bei uns normal“ Außenluftkonzentration „Bei uns schlecht“ „Asiatische Stadt“ Quellstärke Kochen Offene Frage: Gesundheitliche Effekt von Feinstaub von Außenquelle vs. von Innenquellen? Seite Details in: Rojas G., Ambient air filter efficiency in airtight, highly energy efficient dwellings – A simulation study to evaluate benefits and associated 39 energy costs, AIVC 2019 proceedings
Zusammenfassung • Kochen ist eine maßgebliche Feinstaubquelle • Dunstabzüge können Feinstaub, Schadstoffe und Gerüche effektiv entfernen • (Noch) keine einheitliche, aussagekräftige Bewertung des Abscheidegrads etabliert (EN 61591 nicht aussagekräftig, neuer ASTM Standard, Anregungen im PHI Bericht) • Allgemein gilt: Abluftsysteme sind für Schadstoff/Geruchsabfuhr effektiver • Je nach Klima und Nutzung deutliche Energieeinsparung mit Umluftgerät möglich • Abluftsysteme sind bei Gasherden zu empfehlen (CO, NOx) • Geruchsabscheidung bei Umluft stark abhängig von AK-Filterqualität • Noch keine Umluftfilter für Feinstaub am Markt (Aufruf an Hersteller) • AK-Filter zeigen gewisse Feinstaubabscheidung: abhängig vom Gekochten/Substanzen Zu beachten bei Abluftsystemen: Zu beachten bei Umluftsystemen: • Nachströmung vorsehen (dichtschließend Abschlüsse) • Hohe AK-Filterqualität • Hoher Erfassungsgrad, Luftvolumenstrom minimieren • Regelmäßiger Wechsel des Filters • Bei kleineren Wohnung evtl. problematisch • Nur in Kombination mit Wohnraumlüftung mit „Boost“ • Zusätzliche Sicherheitseinrichtung bei Feuerstätten (Feuchteabfuhr)
Danke! Updates / Endberichte auf: https://nachhaltigwirtschaften.at/de/iea/technologieprogramme/ebc/iea-ebc-annex-68.php © 2017 Fachhochschule Salzburg GmbH www.fh-salzburg.ac.at
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