Aus dem Vorwort der DIN EN 14175-7

Die Europäische Norm EN 14175-7 wurde vom Arbeitsausschuss WG 4 „Abzüge“ im CEN/TC 332 „Laborausrüstungen“ ausgearbeitet. Das zuständige deutsche Spiegelgremium ist der Arbeitsausschuss „Laborabzüge“ im Normenausschuss „La-borgeräte und Laboreinrichtungen“. Er war federführend an der Erarbeitung die-ser Europäischen Norm beteiligt. Hierbei diente die Vorgängernorm DIN 12924-2 als Vorlage. Diese Europäische Norm muss den Status einer nationalen Norm erhal-ten, entweder durch Veröffentlichung eines identischen Textes oder durch An-erkennung bis November 2012. Etwaige entgegenstehende nationale Normen müs-sen bis November 2012 zurückgezogen werden. Entsprechend der CEN/CENELEC-Geschäftsordnung sind die nationalen Normungsinstitute der folgenden Länder gehalten, die Europäische Norm zu über-

nehmen: Belgien, Bulgarien, Dänemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroa-tien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, Niederlande, Norwegen, Österreich, Polen, Portugal, Rumänien, Schweden, Schweiz, Slowakei, Slowenien, Spanien, Tschechi-sche Republik, Türkei, Ungarn, Vereinigtes Königreich und Zypern.

Geltungsbereich der DIN EN 14175-7 und Änderungen gegenüber der bisherigen DIN 12924-2

Die DIN EN 14175-7 gilt für folgende Son-derabzüge: n Abzüge für hohe thermische Lastenn Abzüge für hohe thermische Lasten in Verbindung mit Säureaufschlüssenn Perchlorsäureabzügen Flusssäureabzüge

Sie legt zusätzliche Anforderungen und Prüfungen für diese Sonderabzüge fest,

Unter dem Titel DIN EN 14175-7:2012 – Abzüge: Abzüge für hohe thermische und Säurelasten (Abrauchabzüge), erscheint im Juni 2012 der siebte Teil der Eu-ropäischen Normenreihe EN 14175. Die neue Norm behandelt Abzüge für Son-deranwendungen, die eine hohe thermische Belastung und/oder Säurebelastung einschließen. Diese Sonderanwendungen erfordern zusätzliche Konstruktions-, Sicherheits-, Bedienungs- und Wartungseigenschaften neben jenen, die in der DIN EN 14175-1 bis DIN EN 14175-6 beschrieben sind. Die Verwendung dieser Sonder-abzüge anstatt Allgebrauchsabzügen ist üblicherweise das Ergebnis einer Gefähr-dungsbeurteilung. Im Folgenden soll ein Überblick über den strukturellen und inhaltlichen Aufbau der Norm und der aus den hohen thermischen Lasten und Säurearbeiten resultierenden Anforderungen an solche Sonderabzüge gegeben werden.

Abzüge

für hohe thermische Lasten und Säurearbeiten

die sich auf Begriffe, Sicherheits- und Leis-tungsanforderungen, Baumuster- und vor-Ort-Prüfverfahren sowie ihre Kennzeich-nung beziehen.

Gegenüber der Vorgängernorm DIN 12924-2 wurden folgende wesentliche Än-derungen vorgenommen:

n Anforderungen und Prüfungen für die vier Sonderabzugsarten werden durch- gehend getrennt gegliedert und formu- liertn Maßanforderungen sind aus der Norm gestrichenn Für den Frontschieber zulässige Werk- stoffe werden eingeschränktn Kennzeichnung für die Konformität werden mit der Norm geändertn Grundlegende Anforderungen an die Konformitätserklärung von Anbietern werden festgelegt

Grundlegende Sicherheits- und Leistungsziele

Für alle vier in der Norm behandelten Ab-zugsarten gelten die grundlegenden Sicher-heits- und Leistungsziele nach EN 14175-2 mit Ergänzungen, wie z. B.:

Abzüge für hohe thermische Lasten und Säureaufschlüsse

n müssen bei Arbeiten mit hohen thermi-schen Lasten im Abzugsinnenraum die Si-cherheits- und Leistungsziele sicherstellen

n müssen gefährliche Konzentrationen und Ablagerungen von im Innenraum freige-setzten Säuren und Laugen verhindern und müssen den erhöhten Anforderun-gen während der vorgesehenen Nut-zungszeit standhalten

Perchlorsäureabzüge

Konstruktion und Ausführung des Abzugs müssen bei Arbeiten mit Perchlorsäure im Abzugsinnenraum die Vermeidung gefähr-licher Ablagerungen und gefährlicher Re-aktionen mit den für die Abzugskonstrukti-on verwendeten Werkstoffen sicherstellen.

Anforderungen an Werkstoffe

Bei Abzügen für hohe thermische Lasten müssen die verwendeten Werkstoffe, sei-en es Glas, Kunststoff oder andere Mate-rialien, im Hinblick auf chemische Bestän-digkeit und thermische Belastbarkeit bei den Arbeitstemperaturen geeignet sein. Bei Arbeiten mit thermischen Lasten und Säureaufschlüssen müssen die Werkstoffe im Hinblick auf chemische Beständigkeit gegenüber Säuren und Säuredämpfen und im Hinblick auf thermische Verformung bei den Arbeitstemperaturen geeignet sein.

Bei Aufschlüssen entwickelte Säuredämp-fe sind sehr viskos und binden an Oberflä-chen, mit denen sie in Kontakt kommen. Werkstoffe sollten glatte, leicht reinigbare Oberflächen haben. Wenn Glas als Werk-stoff für den Frontschieber verwendet wird, fordern Behörden oder Abnehmer in einigen europäischen Ländern Verbund-Si-cherheitsglas nach der, in der EN ISO 1253-1:2011 gegebenen Definition.

Bei Perchlorsäureabzügen dürfen die ver-wendeten Werkstoffe nicht mit Perchlor-säure reagieren oder entzündbare oder explosive Verbindungen ergeben. Die Aus-wahl der Werkstoffe muss im Hinblick auf chemische Beständigkeit und Verformung gegenüber Perchlorsäure bei der vorgese-henen Arbeitstemperatur erfolgen.

Bei Flusssäureabzügen müssen alle Teile des Abzugs und der Abluftkanäle, die in Berüh-rung mit Flusssäuredämpfen kommen, aus Werkstoffen bestehen, die gegen Flusssäu-re beständig sind. Der Frontschieber muss bei diesen Abzügen aus einem geeigneten Kunststoffmaterial bestehen.

Anforderungen an die Konstruktion Über die, in der EN 14175-2 formulierten Anforderungen an die Konstruktion hin-aus gilt, dass Werkstoffe und Ausführung des Frontschiebers die Bedienung und die Sicherheit bei den Temperaturen im Ab-zugsinnenraum nicht beeinträchtigen dür-fen. Bei den Abzügen für Säureaufschlüsse müssen die Fugen im Abzugsinnenraum auf das Notwendige begrenzt und Dichtun-gen müssen dauerhaft, undurchlässig und dauerelastisch sein. Insbesondere für die Arbeitsfläche müssen nahtlose Werkstoffe aus einem Block bevorzugt werden. Die Konstruktion des Abzugs muss den benö-tigten Zugang zur Reinigung von Arbeits-tischfläche, Frontschieber und Prallplatten sicherstellen sowie von Geräten zur Ver-meidung, Verringerung oder Entfernung von Dämpfen, soweit diese Geräte Teil des Abzugs sind.

Bei Perchlorsäureabzügen müssen der Ab-zugsinnenraum und die Abluftzone so konstruiert sein, dass sie zu Reinigungs-zwecken in allen Teilen durch Ausspritzen oder durch eingebaute Düsen gespült wer-den können. Reinigungsanforderungen für denjenigen Teil des Abluftkanalsystems, der nicht Teil des Abzugs ist, müssen berück-sichtigt werden. Die Ausführung des Ab-zugs sollte das Sammeln von Berieselungs-flüssigkeit aus dem Abluftkanalsystem berücksichtigen. Diese Anforderung dient zur Vermeidung gefährlicher Ablagerungen und nicht zur Reinigung der Abluft. Wenn Perchlorsäureabzüge mit integriertem Säu-re-Abluftwäscher oder integrierter Säure-

Abluftberieselung ausgerüstet sind, muss die Konstruktion vollständigen Zugang für Reinigung und Wartung erlauben.

Anforderungen an die Luft-strömung und die Überwachung

Auswirkungen auf den Luftstrom, verur-sacht durch thermische Lasten und auf-gestellte Heizgeräte sowie integriertem Säure-Abluftwäscher oder integrierter Säure-Abluftberieselung, müssen berück-sichtigt und begrenzt werden.

Zusätzlich zur Abzugsfunktionsanzeige mit akustischem und optischem Alarm nach EN 14175-2 müssen Abzüge für hohe thermi-sche Lasten mit einem Temperatursensor oben im Abzug ausgestattet sein, der ei-nen Alarm auslöst, wenn die im Benutzer-handbuch festgelete Höchsttemperatur der Abluft überschritten wird. Es sollte möglich sein, diesen Alarm weiterzuleiten.

Prüfung von Abzügen mit hohen thermischen Lasten

Die Baumusterprüfung muss nach EN 14175-3 und vor-Ort Prüfungen müssen nach EN 14175-4 mit der folgenden Ergän-zung durchgeführt werden: Bei den Prüfungen müssen sich zwei Heiz-platten im Abzugsinnenraum befinden. Rückhaltevermögen und Robustheit müs-sen jeweils ohne thermische Last (bei aus-geschalteten Heizplatten) und mit einer thermischen Last von 4 kW je Meter lichte Breite des Abzugs geprüft werden.

Anordnung der Heizplatten und Prüfgasauslässe nach EN 14175-7

Konformitätserklärung

Eine Konformitätserklärung muss eindeutig den besonderen Anwendungsbereich des jeweiligen Sonderabzugs mit dem vorge-sehenen Temperaturbereich bezeichnen, und bestätigen dass die Werkstoffe und die Ausführung des Abzugs für diese Sonder-anwendung geeignet sind.

Umsetzung der Normanforderun-gen in die Praxis

Zur Umsetzung der Anforderungen der DIN EN 14175-7 in die Praxis sind, insbesondere hinsichtlich der Auswirkungen der hohen thermischen Lasten, theoretische Vorü-berlegungen und experimentelle Untersu-chungen hilfreich.

Der über die Heizleistung zugeführte Wär-mestrom führt zu einer Erhöhung der Tem-peratur ∆ T im Abzugsinneren, die sich wie folgt berechnen lässt:

𝑄= 𝑄∙𝑄𝑄 ∙ ∆𝑄𝑄= 𝑄∙𝑄∙𝑄𝑄 ∙ ∆𝑄∆𝑄= 𝑄𝑄∙𝑄∙𝑄𝑄

Unter der Annahme eines Abluftvolumen-stroms von 600 m³/h und einer Heizleis-tung von 6 kW für einen Abzug mit einer Breite von 1500mm ergibt sich:

∆𝑄= 6000 𝑄𝑄600 𝑄³h∙1,2 𝑄𝑄𝑄3∙1005 𝑄𝑄𝑄 ∙𝑄

∆𝑄= 29,85 𝑄

Nach dieser Berechnung würde die Tempe-ratur der einströmenden Luft im Abzug um knapp 30°C ansteigen. Messungen im Ex-

periment zeigen, dass die Erwärmung der den Abzug durchströmenden Luft in der Realität etwas geringer ist, da ein Teil der Wärmeenergie vom Material des Abzugs-gehäuses aufgenommen und über seine Oberfläche nach außen abgegeben wird. Temperaturmessungen an verschiedenen Stellen im Abzug zeigen außerdem, dass sich, aufgrund der Wärmestrahlung der Heizplatten, die Oberflächen des Abzug-sinnenraums im Strahlungsbereich, z. B. an der Abzugsrückwand auf bis zu 95° C oder an der Innenseite des Frontschiebers auf bis zu 65° C erwärmen. Die Hersteller von Abzügen für hohe ther-mische Lasten müssen also zum einen bei der Auswahl der verwendeten Werkstoffe auf genügend Temperaturfestigkeit achten und zum anderen auch weiterreichenden Effekten, wie z. B. einer starken Erwär-mung von Bedienteilen, Rechnung tragen.

Die Einflüsse hoher thermischer Lasten auf die Strömungsmechanik des Abzugs lassen sich z. B. mit den Mitteln der numerischen Strömungssimulation (CFD) anschaulich darstellen.

Die Computersimulation zeigt in der di-rekten Gegenüberstellung „kalt“ und „warm“, dass die Strömungsgeschwindig-keiten im Abzug, durch die über die Heiz-platten abgegebene Wärmeenergie, stark beeinflusst werden. Mit der Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten geht zwangsläufig eine deutliche Veränderung des gesamten Strömungsgebildes im Ab-zugsinnenraum einher. Daraus leitet sich die nahe liegende Vermutung ab, dass das Rückhaltevermögen, das wesentlich von der Strömungsführung und Absaugvertei-lung im Abzugsinnenraum abhängt, eines

Abzugs nach EN 14175-2, der strömungs-technisch unter isothermen Bedingungen optimiert wurde, durch die Wärmequelle beeinflusst wird. Messungen des Rückhal-tevermögens mit eingeschalteten Heizplat-ten bestätigen diese These. Sie zeigen, dass mit den üblichen Abluftvolumenströmen ei-nes Abzugs für den allgemeinen Gebrauch nach EN 14175-2 kein zufriedenstellendes Rückhaltevermögen zu erreichen ist.

Weiterführende Messungen machen deut-lich, dass allein die Erhöhung des Abluft-volumenstroms auf etwa das Doppelte der normalen Werte, was auch einer Verdop-pelung des Energiebedarfs des Abzugs entspricht, keine ausreichende Maßnahme darstellt, um den Abzug mit hohen thermi-sche Lasten unter allen in der Norm gefor-derten Betriebsbedingungen si-cher betrei-ben zu können.

In experimentellen Untersuchungen kann in einem ersten Schritt z. B. mit Hilfe der Strö-mungssichtbarmachung mit Rauch gezeigt werden, dass durch eine Anpassung der In-nenraumgeometrie und der Absaugvertei-lung, der zum sicheren Betrieb erforderliche Abluftvolumenstrom des Abzugs unter ho-her thermischer Last gegenüber einem All-gebrauchsabzug nicht verdoppelt werden muss. Es wird allerdings auch schnell deut-lich, dass eine Optimierung der Strömungs-führung „warm“ das Rückhaltermögen des Abzugs „kalt“ beeinträchtigt und umge-kehrt. Um solche Zielkonflikte zu lösen und die bestmöglichste Balance zwischen Ener-giebedarf und Sicherheit zu finden, sind weiterreichende strömungsmechanische Untersuchungen und entsprechende Ent-wicklungsarbeit erforderlich.

Geschwindigkeitsvektoren im Abzugsinnenraum, mit und ohne Wärmequelle

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   Unter der Annahme eines Abluftvolumenstroms von 600 m³/h und einer Heizleistung von 6 kW für einen Abzug mit einer Breite von 1500mm ergibt sich:  

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600 ��� · 1,2 ��

�� · 1005 ��� ·�

 

 �� � 2�,�5 � 

 Nach  dieser  Berechnung  würde  die  Temperatur  der  einströmenden  Luft  im  Abzug  um knapp 30°C ansteigen. Messungen im Experiment zeigen, dass die Erwärmung der den Ab‐zug durchströmenden Luft in der Realität etwas geringer ist, da ein Teil der Wärmeenergie vom Material  des Abzugsgehäuses  aufgenommen  und  über  seine Oberfläche  nach  außen abgegeben wird. Temperaturmessungen an verschiedenen Stellen  im Abzug zeigen außer‐dem, dass sich, aufgrund der Wärmestrahlung der Heizplatten, die Oberflächen des Abzugs‐innenraums im Strahlungsbereich, z. B. an der Abzugsrückwand auf bis zu 95° C oder an der Innenseite des Frontschiebers auf bis zu 65° C erwärmen.  Die Hersteller  von Abzügen  für  hohe  thermische  Lasten müssen  also  zum  einen  bei  der Auswahl der verwendeten Werkstoffe auf genügend Temperaturfestigkeit achten und zum anderen auch weiterreichenden Effekten, wie z. B. einer starken Erwärmung von Bedientei‐len, Rechnung tragen.  Die Einflüsse hoher thermischer Lasten auf die Strömungsmechanik des Abzugs lassen sich z. B. mit den Mitteln der numerischen Strömungssimulation (CFD) anschaulich darstellen.  

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   Unter der Annahme eines Abluftvolumenstroms von 600 m³/h und einer Heizleistung von 6 kW für einen Abzug mit einer Breite von 1500mm ergibt sich:  

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 �� � 2�,�5 � 

 Nach  dieser  Berechnung  würde  die  Temperatur  der  einströmenden  Luft  im  Abzug  um knapp 30°C ansteigen. Messungen im Experiment zeigen, dass die Erwärmung der den Ab‐zug durchströmenden Luft in der Realität etwas geringer ist, da ein Teil der Wärmeenergie vom Material  des Abzugsgehäuses  aufgenommen  und  über  seine Oberfläche  nach  außen abgegeben wird. Temperaturmessungen an verschiedenen Stellen  im Abzug zeigen außer‐dem, dass sich, aufgrund der Wärmestrahlung der Heizplatten, die Oberflächen des Abzugs‐innenraums im Strahlungsbereich, z. B. an der Abzugsrückwand auf bis zu 95° C oder an der Innenseite des Frontschiebers auf bis zu 65° C erwärmen.  Die Hersteller  von Abzügen  für  hohe  thermische  Lasten müssen  also  zum  einen  bei  der Auswahl der verwendeten Werkstoffe auf genügend Temperaturfestigkeit achten und zum anderen auch weiterreichenden Effekten, wie z. B. einer starken Erwärmung von Bedientei‐len, Rechnung tragen.  Die Einflüsse hoher thermischer Lasten auf die Strömungsmechanik des Abzugs lassen sich z. B. mit den Mitteln der numerischen Strömungssimulation (CFD) anschaulich darstellen.  

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   Unter der Annahme eines Abluftvolumenstroms von 600 m³/h und einer Heizleistung von 6 kW für einen Abzug mit einer Breite von 1500mm ergibt sich:  

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 Nach  dieser  Berechnung  würde  die  Temperatur  der  einströmenden  Luft  im  Abzug  um knapp 30°C ansteigen. Messungen im Experiment zeigen, dass die Erwärmung der den Ab‐zug durchströmenden Luft in der Realität etwas geringer ist, da ein Teil der Wärmeenergie vom Material  des Abzugsgehäuses  aufgenommen  und  über  seine Oberfläche  nach  außen abgegeben wird. Temperaturmessungen an verschiedenen Stellen  im Abzug zeigen außer‐dem, dass sich, aufgrund der Wärmestrahlung der Heizplatten, die Oberflächen des Abzugs‐innenraums im Strahlungsbereich, z. B. an der Abzugsrückwand auf bis zu 95° C oder an der Innenseite des Frontschiebers auf bis zu 65° C erwärmen.  Die Hersteller  von Abzügen  für  hohe  thermische  Lasten müssen  also  zum  einen  bei  der Auswahl der verwendeten Werkstoffe auf genügend Temperaturfestigkeit achten und zum anderen auch weiterreichenden Effekten, wie z. B. einer starken Erwärmung von Bedientei‐len, Rechnung tragen.  Die Einflüsse hoher thermischer Lasten auf die Strömungsmechanik des Abzugs lassen sich z. B. mit den Mitteln der numerischen Strömungssimulation (CFD) anschaulich darstellen.  

Zusammenfassung

Während die bisherige Normenreihe EN 14175 ausschließlich isotherme Verhält-nisse im Abzug beschreibt, bietet der neu erschienene Teil 7 die Möglichkeit, die Si-

cherheit von Abzügen bei hohen thermi-schen Lasten zu beurteilen. Damit wird eine wichtige Lücke geschlossen, denn Arbeiten mit Wärmequellen im Abzug gehören zum Alltag in vielen Laboratorien. Es liegt jetzt nicht zuletzt an den Herstellern, die nicht

trivialen Anforderungen der Norm in inno-vative Lösungen zu übersetzen und damit einen Beitrag zur Sicherheit und Energieef-fizienz beim Betrieb von Sonderabzügen im Labor zu leisten.

Prüfeinrichtung für den Robustheitstest Robustheit des Rückhaltevermögens, mit und ohne Heizplatten

Strömungssichtbarmachung, links Heizplatten ausgeschaltet, rechts Heizplatten eingeschaltet

WALDNER Laboreinrichtungen GmbH & Co. KG I Haidösch 1 I D-88239 Wangen im AllgäuTelefon +49 7522/986-0 I Telefax +49 7522/986-280 I www.waldner-lab.de