Eine Küchenhaube, eine industrielle Absauganlage oder ein Laborabzug — die Frage ist bei allen dieselbe: Wird der Schadstoff erfasst, bevor er die Quelle verlässt und sich im Raum vermischt?
Die Reichweite einer Absaugöffnung ist sehr kurz
Eine grundlegende Asymmetrie der Strömungsmechanik: Ein ausblasender Strahl reicht weit, eine Absaugung nicht. Der Einfluss einer Absaugöffnung klingt rasch ab — schon wenige Öffnungsdurchmesser entfernt ist die Absauggeschwindigkeit vernachlässigbar.
Die praktische Folge: Die Quelle näher an die Öffnung zu bringen ist weit wirksamer, als den Volumenstrom zu erhöhen. Eine Haube um 10 cm abzusenken bringt mehr als eine Ventilatorgröße aufzurüsten.
Auf der thermischen Auftriebsströmung mitreiten
Über einer heißen Quelle steht eine aufsteigende thermische Auftriebsströmung, die den Schadstoff ohnehin schon nach oben trägt. Eine gute Haubenauslegung versucht, dieser Strömung zu begegnen, statt gegen sie zu arbeiten.
Der Volumenstrom der Auftriebsströmung wächst beim Aufsteigen, weil sie Umgebungsluft mitreißt. Sitzt die Haube hoch, ist der zu erfassende Volumenstrom größer. Das ist der eigentliche Zusammenhang zwischen Höhe und erforderlichem Volumenstrom. Siehe die Notiz zur natürlichen Konvektion.
Der wahre Gegner: Querströmungen
Was den Erfassungsgrad am stärksten verschlechtert, ist nicht fehlender Volumenstrom, sondern seitliche Luftbewegung: eine offene Tür, ein naher Zuluftdurchlass, eine vorbeigehende Person, ein Fenster. Eine kleine Quergeschwindigkeit genügt, um die aufsteigende Strömung aus der Haube herauszubiegen.
Deshalb kann die Modellgrenze bei einer Haubenanalyse nicht die Haube selbst sein; woher die Zuluft kommt und wie das allgemeine Strömungsbild des Raumes aussieht, muss im Modell stehen.
Modellierung
Den Schadstoff verfolgen. Der Erfassungsgrad wird daran gemessen, welcher Anteil eines an der Quelle freigesetzten Markierungsstoffs über die Abluft austritt — eine Beurteilung nach Augenschein aus dem Geschwindigkeitsfeld führt in die Irre.
Instationäre Szenarien. Türöffnungen und Personenbewegungen sind instationäre Ereignisse und erzeugen den ungünstigsten Fall. Siehe die Notiz zu bewegten Rändern.
Referenzen
- ISO 14644-1:2015. Cleanrooms and associated controlled environments — Part 1: Classification of air cleanliness by particle concentration. ISO, Geneva.
- Churchill, S. W. & Chu, H. H. S. (1975). Correlating equations for laminar and turbulent free convection from a vertical plate. International Journal of Heat and Mass Transfer, 18(11), 1323–1329. DOI: 10.1016/0017-9310(75)90243-4