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Marcel Hönighausen

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Intelligentes Monitoring-System optimiert Luftqualität

Eine möglichst kontaminationsfreie Luft ist in zahlreichen Bereichen erforderlich, etwa in Operationssälen oder bei Fertigungsprozessen der pharmazeutischen Industrie. Herkömmliche Reinraumsysteme führen bislang eine kontinuierliche Luftaufbereitung durch – unabhängig von der Notwendigkeit dafür. Das führt zu einem hohen Energieaufwand und entsprechenden Kosten.

Ein Forschungsteam des Instituts für Allgemeinen Maschinenbau der TH Köln entwickelt daher gemeinsam mit der WHO Reinraumtechnik ein Monitoring-System zur intelligenten Luftqualitätssteuerung.

„Die Luftreinheit in geschlossenen Räumen ist nicht nur für den klinischen Bereich und bestimmte Fertigungsprozesse, sondern auch vor dem Hintergrund der Corona-Pandemie essentiell, um Infektionsrisiken zu minimieren“, sagt Prof. Dr. Denis Anders vom Institut für Allgemeinen Maschinenbau der TH Köln. „Da herkömmliche Systeme bisher aber eher ineffizient arbeiten, ist die Anschaffung vor allem für kleine und mittelständische Unternehmen sowie kleinere medizinische Einrichtungen unrentabel.“

Frau im Schutzanzug an einer Maschine Ein exemplarischer Reinraum der Pharmazie, in dem das im Projekt entwickelte Monitoring-System zum Einsatz kommen könnte. (Bild: Ivan Traimak /stock.adobe.com)

In dem Forschungsvorhaben erarbeiten die Partner jetzt ein energieeffizientes und damit kostengünstigeres Steuerungs- und Regelungskonzept. „Herkömmliche Systeme arbeiten ohne Überwachung und tauschen die Luft einfach aus – auch wenn das nicht unbedingt notwendig ist. Wir wollen daher ein automatisiertes System entwickeln, das mit Hilfe von Sensoren verschiedene Parameter wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, oder Aerosol- und CO2-Konzentration überwachen kann. Anhand von vorher definierten Grenzwerten soll es eine Überschreitung dieser erkennen und selbstständig Steuerungsmaßnahmen ergreifen – also zum Beispiel über sogenannte Filter-Ventilator-Einheiten trockene Luft in den Raum geben, wenn die Luftfeuchtigkeit zu hoch ist“, so Anders.

Intelligente automatisierte Datenauswertung

Die WHO Reinraumtechnik wird im Projekt die Hardware modifizieren. Vorgesehen sind etwa kostengünstigere und optimierte Kondensationskernzähler sowie Partikelmonitore– optische Messgeräte, mit denen Partikel in der Atmosphäre erfasst werden können. Das Institut für Allgemeinen Maschinenbau ist für die Modellbildung, Simulation und Softwareentwicklung zuständig. Um eine energieeffiziente Steuerungs- und Regelungstechnik mit automatisierter Datenauswertung zu entwickeln, wird das Team des Instituts Prognosemodelle der statistischen Datenanalyse und Methoden der künstlichen Intelligenz einsetzen.

In einem ersten Schritt sollen nun die Anforderungen an die Sensorik erarbeitet werden. „Dazu werden wir zunächst eine Raumcharakteristik erstellen. Wir prüfen also, wie sich Luftströme im geschlossenen Raum verhalten. Anhand dieser Analyse können wir dann die Sensoren, mit denen die verschiedenen Parameter erfasst werden, optimal im Raum platzieren“, sagt Anders.

Das Forschungsvorhaben „Entwicklung eines innovativen Reinheitsmonitoring-Systems zur aktiven, intelligenten Luftqualitätssteuerung und Energieeinsparung“ wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) über zwei Jahre gefördert.

Juni 2021

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