Bestimmung der Erfassungseffizienz von Küchenwrasen

Projekttitel: Bestimmung der Erfassungseffizienz von Küchenwrasen

Ideengeber*in:

1. • Potenzielle Projektpartner*innen

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     • DMT GmbH & Co. KG, Am TÜV 1, 45307 Essen 

     • GIF ActiveVent GmbH, Brühlstraße 7, 79112 Freiburg
     • Berufsgenossenschaft Nahrungsmittel und Gastgewerbe

     
     

     Abstract

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     Dunstabzughauben, die zum Erfassen und Entfernen von Dunst bzw. sogenannten Wrasen der/die beim Kochen in der Küche entstehen, haben bzgl. der Bestimmung ihrer charakteristischen Eigenschaft ein Problem. Es gibt bis dato kein quantitatives Verfahren zur Bestimmung ihrer sogenannten Erfassungseffizienz. D.h. das die Bewertung der Effizienz der Erfassung von Wrasen in Küchen durch qualitative Verfahren wie z.B. einer visuellen Beurteilung der Absaugung von Dämpfen erfolgt. Im Rahmen des geplanten Projektes soll deshalb ein quantitatives Bestimmungsverfahren entwickelt als DIN-SPEC schriftlich niedergelegt werden.

     Innovationsgrad

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     Welche Situation liegt aktuell wie vor?

     Lüftungssysteme zur Be- und Entlüftung in Küchen haben verschiedene Aufgaben und Ziele. Hierzu gehören unter hygienischen und arbeitsmedizinischen Aspekten der Abtransport von Gerüchen, Fettbestandteilen, allgemein luftfremden Stoffen und gasförmigen Verbrennungsprodukten sowie der entstehenden Wärme- und Feuchtelasten („Wrasen“). Zum anderen sind es arbeitsschutztechnische Aufgaben, wie die im erheblichen Umfang entstehende Wärme und Feuchte in einer Großküche abzutransportieren und mit frischer Luft auszutauschen. Ziel ist es die in der Küche Beschäftigten zu schützen und erträgliche Raumkonditionen sicherzustellen. Um diese wichtigen Aufgaben und Ziele zu erfüllen, werden diverse technische Lösungen realisiert, denen allerdings eine Aufgabenstellung gemein ist: der Abtransport feuchtwarmer und mit Fremdstoffen belastete Luft bei gleichzeitiger Zufuhr aufbereiteter Frischluft (Auszug HKI Pressinformation 12.02.2015).

     In Küchen dienen Dunstabzughauben zum Erfassen und Entfernen von Dunst bzw. sogenannten Wrasen der/die beim Kochen in der Küche entstehen. Die Effizienz der Erfassung indiziert die prozentuale Fähigkeit der Dunstabzugshaube, den beim Kochen entstandenen Dunst und Geruch zu erfassen und abzuführen. Eine 100 %ige Effizienz bedeutet entsprechend, dass 100 % des Kochdunstes erfasst wird. Da nicht nur aus Kostengründen Hauben in ihren Abmessungen und Betriebsvolumenströmen beschränkt sind, gibt es hierbei natürlich Einschränkungen.

     Die Erfassungseffizienz ist u.a. abhängig von:

     • der Luftmenge, die abgesaugt werden kann (max. Absaugluftleistung)
     • der Größe und Form der Kochfläche gegenüber der Absaugfläche des Dunstabzuges
     • dem Abstand zwischen Kochfeld und der Unterkante des Dunstabzuges
     • von externen Störeinflüssen (Querströmungen)
     • der Nachströmung (Ablufthauben) bzw. Rückströmungen (Umlufthauben)

     Bis heute ist es schwierig die Qualität von verschiedenen Hauben zu vergleichen, da es mangels eines praktikablen Prüfverfahrens zur Ermittlung der Erfassungseffizienz selbst für gewerbliche Dunstabzughauben diesbezüglich bislang keine belastbaren Kriterien gibt. Generell gibt es zu der Thematik fast keine aktuellen wissenschaftlichen Untersuchungen insbesondere in Hinblick auf gewerbliche Anwendungen von Dunstabzugshauben. Aus dem Grund wird nachfolgend Bezug auf eine Studie genommen, die aus dem Haushaltsbereich kommt, deren dargestellten Erkenntnisse im Grundsatz auf die gewerbliche Anwendung übertragbar sind.

     Gemäß dieser „Studie zur technischen, energetischen und wirtschaftlichen Bewertung von Abluft- und Umluft-Dunstabzugshauben in Wohnküchen in energieeffizienten Gebäuden“ (Veröffentlichung F 3142 der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesinstitutes für Bau-, Stadt- und Raumforschung des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung von 2019) werden „Dunstabzugshauben als wichtige Komponente der Anlagentechnik in Wohngebäuden angesehen, einerseits durch die Notwendigkeit der Abfuhr der bei Kochvorgängen entstehenden Geruchs- und Feuchtebelastungen und andererseits durch die Limitierung der alternativen Lüftungslösungen (Fensterlüftung bzw. Einbindung in ventilatorgestützte Lüftungssysteme). Unabhängig vom Wärmedämmstandard gilt dies für gegenwärtig oder zukünftig errichtete hochwärmegedämmte Wohngebäude.“ In dieser Studie wird u.a. ein Vergleich zwischen „Erfassungsgrad“ und „Geruchsreduzierungsgrad“ (DIN EN 61591) vorgenommen. Zusammenfassend wird festgestellt, dass die Ergebnisse der durchgeführten Simulationsrechnung darauf hindeuten, dass unter den Normbedingungen nach DIN EN 61591 Unterschiede in der Erfassung von Abluft-Dunstabzugshauben mit der Prüfung des Geruchsreduzierungsgrads nicht abgebildet werden. Alternative Prüfverfahren könnten diese Lücke in der Bewertung schließen (vgl. z.B. Abschnitt 3.2.3).

     Im Rahmen dieser Studie bzw. des Forschungsvorhabens konnte ein Verfahren zur visuellen Bewertung der Erfassung des Wrasens entwickelt und in ersten Versuchen angewendet werden. Dabei wird Wasserdampf unter jeweils gleichen Bedingungen freigesetzt und anschließend bewertet, mit welchem Luftstrom der Wrasen überwiegend in die DAH gelangt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Erfassung bei den untersuchten hochwertigen Dunstabzugshauben unterschiedlich wirksam ist (die ermittelten Mindestluftströme unterschieden sich um 60%) und deuten darauf hin, dass am Markt vermutlich noch größere Unterschiede zwischen den einzelnen Produkten bestehen.

     
     

     Welche Bedarfe und Lösungen (aktueller Stand der Wissenschaft und Technik) liegen bei welchen Marktteilnehmern*innen vor?

     Unter Normungsaspekten ist der Status für die Marktteilnehmer in Deutschland bzw. in Europa wie folgt.

     Zuerst entstand als DIN 18869-X eine Normungsreihe für „Einrichtungen zum Be- und Entlüften gewerblicher Küchen“, die vom gleichlautenden FNH-Arbeitskreis NA 040-05-02-01AK (Deutscher Spiegelausschuss CEN/TC 156/WG 14) geschrieben und über DIN mit dem Teil 1 ab 2003 bis zum Teil 7 (2006) veröffentlich wurde. Danach wurden diese dt. Normen als europäische Norm-Reihe unter der (DIN) EN 16282-X von 2016 bis 2021 publiziert. Es werden neben den generellen Anforderungen (Teil 1) in den verschiedenen Teilen der EN 16282 die insb. (sicherheits-)technischen Anforderungen und Prüfverfahren für lüftungstechnische Komponenten von der Haube über Decken, Luftdurchlässe, -leitungen, Abscheider, Feuerlöschanlagen bis zu Luftreinigern behandelt.

     Der Anteil an Prüfungen in der Normreihe der DIN 18869 wurde im Rahmen des Abgleichs mit den anderen europäischen Ausschüssen deutlich reduziert. Bei den Hauben ist der Begriff der Prüfung deshalb aus dem Normtitel entfernt worden. Eine Erfassung von Wrasen durch eine entsprechende Prüfung war aber auch nicht Bestandteil des Teil 1 der Vorläufernorm DIN 18869.

     Die Normenreihe der (DIN) EN 16282 (https://www.beuth.de/de/norm/din-en-16282-2/281081108 ) basiert neben der Reihe DIN 18869 auch auf der VDI Richtlinie VDI 2052. Die benannten Normen gelten nicht für Küchen im Haushaltsbereich.

     
     

     
     

     1. Welche Bedarfe liegen bei welchen Marktteilnehmern vor?

     Hersteller benötigen normierte Prüfverfahren, um die Leistung ihrer Produkte vergleichbar mit denen der Wettbewerber erfassen zu können. Händler und Käufer dieser Produkte können ohne Prüfungsergebnisse aus standardisierten Prüfverfahren solche Produkte nur subjektiv bewerten bzw. vergleichen.

     Zur vergleichenden quantitativen Bewertung der wesentlichen Leistung einer Dunstabzugshaube, nämlich der effizienten Erfassung von Wrasen, liegt im deutschsprachigen bzw. europäischen Normungskreis keine praktikable Norm vor. Dies gilt auch für Hauben aus dem Haushaltsbereich wie die DIN EN IEC 61591:2021-03; VDE 0705-1591:2021-03 (Absauger für Kochdünste – Verfahren zur Messung der Gebrauchseigenschaft) und die DIN EN 13141-3:2017-09 (Lüftung von Gebäuden – Leistungsprüfungen von Bauteilen/Produkten für die Lüftung von Wohnungen – Teil 3: Dunstabzugshauben für den Hausgebrauch ohne Ventilator). Beide Normen behandeln im Kern die Prüfung der Minderung von Gerüchen und Abscheidung von Fett(aerosolen) von Haushaltsdunstabzugshauben aber beinhalten nicht die Bestimmung der Erfassungseffizienz.

     Weshalb sind diese vorhandenen Lösungen nicht hinreichend genug?

     Beim Braten, Grillen und Frittieren in der Küche werden Dämpfe und feine Partikel in die Umgebungsluft abgegeben. Der sogenannte Wrasen kann eine Vielzahl von Stoffen enthalten. Diese können beispielsweise über die Atemwege, Haut und Schleimhäute in den Körper gelangen und der Gesundheit schaden.

     Das Erhitzen von Speiseölen und Fetten setzt thermische Zersetzungsprozesse in Gang. Hierbei spielen die Faktoren Dauer und Höhe der Temperatureinwirkung eine wesentliche Rolle. Dabei kann eine Vielzahl von Gefahrstoffen gebildet und freigesetzt werden. Dies sind z. B. Acrolein, Aldehyde, polyzyklische Aromaten (PAK) und andere, die als schleimhautreizend oder gar krebserzeugend (PAK) eingestuft werden (BGN, Arbeitssicherheitsinformation (ASI) 2.19 „Be- und Entlüftung von gewerblichen Küchen“ Stand 05.2020).

     Insbesondere bei hohen Temperaturen (>165°) wie beim Frittieren, Braten und Grillen mit Pflanzenfett oder -öl kommt es zur Freisetzung von flüchtigen organischen Verbindungen wie z.B. Kohlenwasserstoffen, Fettsäuren, Aldehyden (Acrolein) und Ketonen. Bei Gefahrstoffmessungen der BGN wurden in Küchen mit unterschiedlichen Größen und Lüftungssystemen und unterschiedlicher Speisenzubereitung Acroleingehalte zwischen 0.02- 0.72 mg/m³ ermittelt. Der Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) für Acrylaldehyd (Acrolein) beträgt 0.2 mg/m³ (Auszug aus Dr. M.Weigl, 4. St. Augustiner Expertentreff "Gefahrstoffe").

     Um diese Gefahrstoffe sicher vollständig zu erfassen und aus der Küche abzuführen sind effiziente Dunstabzugshauben und zu deren Bewertung quantitativ messende Prüfverfahren notwendig.

     
     

     
     

     Was ist der Fortschritt Ihrer Idee gegenüber dem Stand von Wissenschaft und Technik?

     Der wesentliche Fortschritt ist der Wechsel von bislang beschreibenden, qualitativen Prüfverfahren zu einem messenden bzw. quantifizierenden Prüfverfahren!

     
     

     Welche themenverwandten Standards, technische Regeln, Normenausschüsse, Gremien, Foren und Konsortien sind Ihnen bekannt bzw. existieren bereits?

     Über die ASTM International (ursprünglich American Society for Testing and Materials) wurde zur Bewertung der Erfassung von gewerblichen Küchenhauben die ASTM F-1704-12 (2022; „Standard Test Method for Capture and Containment Performance of Commercial Kitchen Exhaust Ventilation Systems“) erstellt, in der ein qualitatives Verfahren mittels Erzeugung von Schlierenbildern beschrieben wird. Bei dieser Methode wird der erforderliche Luftstrom bzw. die Lüftungsstufe ermittelt, bei der ein standardisierter Erfassungsgrad von Küchendünsten mittels visueller Prüfung erreicht wird. Das Verfahren dient zur Abschätzung der Mindestdurchflussraten für den Betrieb von Hauben (und nicht zur Bestimmung der Erfassungseffizienz).

     Beschreibung der Vorarbeiten: Welche Vorarbeiten sind vor einer möglichen Standardisierung Ihrer Idee noch zu leisten und mit welchem zeitlichen Faktor rechnen Sie hierbei?

     Die wesentlichen Vorarbeiten sind vor einer möglichen Standardisierung sind die messtechnische Überprüfung des projektieren Prüfverfahrens. D.h. das entworfene Prüfverfahren soll im Rahmen dieses Projektes in einem passenden Prüfraum mit entsprechendem Prüfaufbau und Messgeräten zum einen auf seine in der Praxis erreichbare Bestimmungsgenauigkeit überprüft werden als auch diesbezüglich optimiert werden.

     Welchen Zusammenhang gibt es zwischen Ihrer Idee und dem DIN-Connect Themenschwerpunkt?

     Die Projektidee hat zwei Anknüpfungspunkte: Es soll über das entwickelte Bestimmungsverfahren der Erfassungseffizienz der Wrasen der dafür notwendige Luftvolumenstrom verringert werden (bzw. dem Haubenhersteller damit ein Werkzeug zur Optimierung der Dunstabzugshaube an die Hand gegeben werden - Energetische Optimierung/Energieeinsparung) als auch die Erfassung von küchendunstspezifischen Gefahrstoffen optimiert werden (Verringerung der Gefahrstoffbelastung des Küchenpersonals/Gesundheitsschutz).

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     Welches Ziel verfolgen Sie mit Ihrer Idee?

     Mittels eines Tracer-basierten Prüfverfahrens soll die Erfassungseffizienz des Tracers für die zu prüfenden Haube bestimmt werden. Im Vergleich mit einer in der Norm definierten Referenzhaube soll dann zusätzlich die durch die geprüfte Haube erreichte Verbesserung ermittelt werden. Das Verfahren soll sowohl die Prüfung für Wand- als auch Mittelhauben abdecken.

     Welchen Nutzen generiert Ihre Innovation für welche Zielgruppen?

     Durch die Entwicklung eines Standards, mit der die Erfassungseffizienz von gewerblichen Küchendunstabzugshauben quantitativ gemessen werden kann, wird erst das technisch mögliche Verbesserungspotenzial dieser Absaugungen transparent und der Wettbewerb unter den Herstellern in eine Richtung gelenkt, der den in den gewerblichen Küchen Tätigen eine wirksame Verbesserung der Luftqualität bringen dürfte. Gleichzeitig können die Küchendunstabzugshauben damit auch strömungstechnisch so optimiert werden, dass mit einem möglichsten geringen Volumenstrom eine maximale Wirkung erzielt wird. Damit würde auch Energie eingespart, da in gewerblichen Küchen keine Luftrückführung (Umluftbetrieb) erlaubt ist und aufgrund der Fettaerosolbelastung Wärmetauscher nur bedingt eingesetzt werden können.

     Wer profitiert von Ihrer Idee und dem daraus entwickeltem Standard?

     Im ersten Schritt die Hersteller von Küchendunstabzugshauben. Aber nachfolgend profitieren vornehmlich die im gewerblichen Küchenbereich beschäftigten durch eine Verbesserung der Luftqualität wie auch die Küchenbetreiber.

     Wie werden die Ergebnisse nach Projektabschluss verwertet?

     Nach Projektabschluss wird ermittelt, ob das entwickelte Tracer-basierte Prüfverfahren zur Bestimmung der Erfassungseffizienz praktikabel und wirksam eingesetzt werden kann. Dafür soll es zuerst als DIN SPEC veröffentlicht und in Deutschland als Prüfverfahren etabliert werden. Wenn es sich als erfolgreich erweist, soll es auch im Rahmen der europäischen Norm-Reihe EN 16282 als eigenständiger Teil veröffentlich werden.

     Skizzieren Sie bitte die europäische/internationale Bedeutung

     Die bisherigen Erfahrungen mit den anderen Teilen dieser Normenreihe lassen erwarten, dass auch ein weiterer Teil zur Bestimmung der Erfassungseffizienz von Küchendunstabzugshauben vom europäischen Ausschuss akzeptiert wird, da es diverse größere Haubenhersteller in der EU aber auch darüber hinausgibt.

     Somit wird es, wie bei vielen anderen Normreihen, mittelfristig auch hier zur Entwicklung einer ISO Normreihe kommen.

     Skizzieren Sie bitte die Markt- und gesellschaftliche Relevanz

     Wie vorab dargestellt, ermöglicht der zu entwickelnde Standard eine Optimierung der bestehenden Dunstabzugshauben. Insbesondere bzgl. der Ressourceneffizienz im Lüftungsbereich werden optimierte Hauben auch ein energetisches Einsparpotential heben helfen und gleichzeitig die Luftqualität im Bereich der gewerblichen Küchenarbeitsplätze verbessern.

     Der Umsatz der Gastronomie in Deutschland beträgt 46,4 Mrd. €. Die Anzahl an Unternehmen in der Gastronomie in Deutschland liegt noch bei fast 150 Tausend (148.624 - https://de.statista.com/themen/137/gastronomie/#topicOverview). Dabei beträgt allein die Anzahl an Cateringdienstleister knapp 11 Tausend mit einem Umsatz von 7,3 Mrd. €.

     Das Gastgewerbe ist einer der großen Arbeitgeber in Deutschland. Im Juni 2016 waren in Deutschland 241.000 Köchinnen und Köche und 246.000 Helferinnen und ­Helfern in der Küche sozialversicherungspflichtig beschäftigt (https://www.vkd.com/verband/branche/).

     Anhand der Zahlen der Beschäftigten in gewerblichen Küchen lässt sich die Relevanz des Projekts ermessen.

     
     

     Kompetenzen und Ressourcen

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     Die InoxAir GmbH ist ein Inhaber geführtes Familienunternehmen mit 40 Mitarbeitern. Es ist somit ein kleineres Unternehmen (KMU), das sich sowohl zu einem Spezialisten mit eigenen Produkten für Küchenabluftnachbehandlung entwickelt hat (https://www.luftnachbehandlung.de/#technology ) als auch im Bereich der Planung und Ausstattung gewerblicher Küchen mit Lüftungstechnik tätig ist. Für den Gastronomiebedarf bietet das Unternehmen ein breites Spektrum von Ablufthauben und Ventilatoren, sowie Edelstahlmöbel und vieles mehr an.

     Partner von der InoxAir GmbH für dieses Projekt stammen aus dem Normungsausschuss NA 040-05-02-01 AK Einrichtungen zum Be- und Entlüften gewerblicher Küchen des Fachbereichs NA 040-05 FB (Großküchengeräte) des DIN Normenausschusses Heiz-, Koch- und Wärmgerät (FNH). Diese sind u.a. die DMT GmbH & Co. KG als ein Prüfinstitut der TÜV NORD Gruppe und die GIF ActiveVent GmbH als Hersteller und Entwickler von Systemlösungen zur Ablufterfassung und Zulufteinbringung für alle Bereiche von Großküchen sowie „last but not least“ die BGN (Berufsgenossenschaft Nahrungsmittel und Gastgewerbe). Die DMT ist u.a. langjährig im Bereich der Prüfung von Komponenten für die gewerbliche Küchenlüftung tätig. Sie prüft u.a. nach den oben aufgeführten Normen der DIN EN 16282 Teile 2 und 8. Die GIF hat langjähriges Know-How in der Herstellung von Küchenlüftungskomponenten. Die BGN wiederum kennt sich nicht nur mit den Anforderungen an sichere Arbeitsplätze im Bereich gewerblicher Küchen sondern auch insbesondere mit der Gefahrstoffen, die beim Kochen entstehen.

     
     

     
     

     Die InoxAir GmbH wie auch die an dem Projekt beteiligten Partnerunternehmen besitzen gemeinsam die für das Projekt benötigten personaltechnischen und fachlichen Ressourcen. Auch besitzen die benannten Unternehmen bzw. Institutionen die die zeitlichen, technologischen und weiteren notwendigen Ressourcen zur Bearbeitung der vorgeschlagenen Projektidee.

     Standardisierungsscope/Anwendungsbereich

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     Wie vorab beschrieben, hat das Vorhaben einen direkten Bezug zur Standardisierung. Der wesentliche Anwendungsbereich des geplanten Standards zur Bestimmung der Erfassungseffizienz von Küchendunstabzugshauben ist die Optimierung der Belüftungssituation in gewerblichen Küchen. Im Kern bedeutet dies den Anschub zu einer Optimierung der bestehenden Küchendunstabzugshauben durch die Haubenhersteller in Deutschland (ca. 100 Hersteller nur in Deutschland, www.wlw.de - „Wer liefert was“) und der EU. Die Grenzen bzgl. der Anwendbarkeit des geplanten Standards für die Optimierung von Dunstabzugshauben liegen vermutlich bei den Kosten für die Erzielung bzw. Umsetzung der möglichen technischen Verbesserungen und deren Marktakzeptanz.