Schwimmhallenklimatisierung: Luftqualitätsansprüche des Nutzers und des Gebäudes

Grundlagen
Durch die Verdunstung des Wassers steigt die Luftfeuchtigkeit. Schnell ist die Schwülegrenze überschritten und es entsteht ein unangenehmes Klima, das den Kreislauf belastet. Auch Geruchsstoffe, die von der Wasseroberfläche an die Luft abgegeben werden, können den Organismus belasten. Ein ständiger Luftaustausch und die Versorgung der Halle mit frischer Außenluft sind daher für ein ungetrübtes Badeerlebnis unabdingbar.
Neben dem gesundheitlichen Aspekt ist bei der Planung von Schwimmhallen die Auswirkung der Luftfeuchtigkeit auf die Bausubstanz zu beachten. Der in der Luft gebundene Wasserdampf diffundiert durch Putz und Mauerwerk und kondensiert bei Unterschreiten der Taupunkttemperatur in der Außenwand, was zu erheblichen Bauschäden führt. Neben baulichen Maßnahmen – wie dem Anbringen einer Dampfsperre und einer guten Wärmedämmung – ist daher ein geregeltes Hallenklima unumgänglich.
In Abhängigkeit der Nutzung und aus Gebäudeschutzgründen gibt es für die Hallentemperatur und Feuchte diverse Grenzkurven und Bereiche (Bild 1). Klimatisierungssysteme sorgen für die notwendige Luftaufbereitung und für ein natürliches Klima in Schwimmhallen und Wellness-Bereichen. Alle Einrichtungen zum Entfeuchten, Lüften und Heizen sind heute vielfach in einem Gerät integriert. Hochwertige Klimageräte verrichten vollautomatisch, ener­gieeffizient, zuverlässig und leise ihre Arbeit.

Entfeuchtungsmethoden
Bei der Luftentfeuchtung in Schwimmhallen macht man sich die Tatsache zu Nutze, dass kalte Luft weniger Feuchtigkeit bindet als warme. Hierbei ist zu beachten, dass der Energiegehalt der warmen und feuchten Schwimmhallenluft sehr hoch ist. Daher ist bei der Auswahl eines geeigneten Entfeuchtungsgerätes unbedingt darauf zu achten, dass beim Entfeuchtungsvorgang die­se Energie nicht verloren geht. In der Praxis wird die Schwimmhallenluft mit Methoden entfeuchtet, die nachfolgend beschrieben werden.

Bild 2: Funktionsschema Entfeuchtung durch einfachen Luftaustausch.

Bild 3: Funktionsschema Umluftwärmepumpe.

Einfacher Luftaustausch
Hierbei wird die warme und feuchte Hallenluft mittels eines Abluftventilators abgesaugt und ins Freie transportiert (Bild 2). Mit einem Zuluftventilator wird trockene Außenluft angesaugt, erwärmt und der Halle zugeführt. Entfeuchtung und Luftaustausch geschehen hier ohne Wärmerückgewinnung. Geräte dieser Bauart waren bis in die 80er-Jahre durchaus üblich, sind aber aus Betriebskosten- und Umweltschutzgründen schon lange nicht mehr zeitgemäß.

Umluftwärmepumpe
Bei dieser Entfeuchtungsmethode wird die Hallenluft mittels Ventilator angesaugt und über den Verdampfer eines geschlossenen Kältekreislaufs geführt (Bild 3). Ähnlich wie beim Kühlschrank wird die Luft am Verdampfer abgekühlt, und zwar so weit, bis der Taupunkt unterschritten und Feuchtigkeit ausgeschieden wird. Die Wärmeenergie wird im Verdampfer auf das Kältemittel übertragen und mittels Verdichter auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Im Kondensator wird diese Energie wieder auf die nun trockenere Zuluft übertragen. Umluftwärmepumpen gibt es sowohl als preiswerte Raum-Kompaktgeräte (meistens in Truhenform, Bilder 4 und 5) als auch Kanalgeräte (Bilder 6 und 7), die dezent im Technik­raum verschwinden und bei fachgerechter Installation in der Schwimmhalle praktisch nicht zu hören sind.
Um die Belastung von Geruchsstoffen (z. B. Chloramine) zu begrenzen, müssen die Fenster regelmäßig geöffnet werden, damit eine ausreichende Frischluftzufuhr gewährt wird. Weil die Lufttemperatur und Feuchte in Schwimmhallen erheblich über Wohnraumniveau liegen, ist der Energieverlust bei geöffneten Fenstern mehr als doppelt so hoch. Deshalb sollte man sich bei einem Schwimmhallenneubau oder Sanierung gut überlegen, welche Entfeuchtungsmethode langfristig die geringeren Kosten verursacht.

Bild 4: Wärmepumpentruhe im eingebauten Zustand.

Bild 5: Anlagenschema Wärmepumpentruhe.

Wärmepumpe mit Frischluftaustausch
Die Außenluftbeimischung findet hier in einer dem Verdampfer nachgeschalteten Mischkammer statt (Bilder 8 und 9). Der Abluft wird hierbei über den Verdampfer Ener­gie entzogen, bevor sie ins Freie gefördert wird. Diese Methode ist somit wirtschaftlicher als eine Fensterlüftung. Bei Nichtnutzungsbetrieb wird aus energetischen Gründen im Umluftverfahren entfeuchtet.
Um die Effektivität noch weiter zu erhöhen, wird über einen automatisch geregelten Bypass die Luft an dem Verdampfer vorbeigeführt. Dadurch wird die Luft, die den Verdampfer durchströmt, tiefer abgekühlt und somit mehr Tauwasser ausgeschieden.
Moderne Geräte enthalten hocheffiziente EC-Ventilatoren (mit elektrisch kommutierten Gleichstrommotoren). Die stufenlose Luftmengenregulierung sorgt dafür, dass bei allen jahreszeitlich unterschiedlichen Betriebszuständen die optimale Wirtschaftlichkeit erreicht wird.

Bild 6: Umluftwärme­pumpengerät mit Kanalanschlüssen.

Bild 7: Anlagenschema Umluftwärmepumpe mit Luftkanälen.

Bild 8: Funktionsschema Wärmepumpe mit Frischluftaustausch.

Rekuperatorprinzip
Die feuchtwarme Hallenluft wird mittels eines Abluftventilators abgesaugt, über einen Luft-Luft-Wärmetauscher (Rekuperator) geführt und anschließend ins Freie gefördert (Bild 10). Mit einem Zuluftventilator wird trockenere Außenluft angesaugt, gefiltert, ebenfalls über den Rekuperator geführt und mit einem Pumpenwarmwasserregister nacherwärmt. Die Wärme­energie der Hallenluft wird im Rekuperator ohne Mischung der Luftströme auf die Außenluft übertragen.
Stufenlose servomotorgesteuerte Luftklappen regeln in der Mischkammer bedarfsgerecht die erforderliche Frischluftzufuhr. Um die Wirkungsgrade weiter zu erhöhen, kann die Luftmenge mit EC-Ventilatoren bedarfsabhängig stufenlos geregelt werden. Eine Halbierung der Luftmenge hat eine Reduzierung der Stromaufnahme um ca. 85 % zur Folge. Gleichzeitig erhöht sich der Wirkungsgrad des Rekuperators, weil die Luftmoleküle mehr Zeit zum Energieaustausch haben. Neueste Gegenstrom-Rekuperatoren erreichen Temperaturwirkungsgrade von bis zu 95 %, sodass die Betriebskosten gegenüber reinen Wärmepumpengeräten erheblich niedriger ausfallen – und das bei bester Luftqualität in der Schwimmhalle. Der Kondensat­anfall auf der Abluftseite begünstigt die Wärmeübertragung auf die Außenluft. Die Zuluft erreicht hier praktisch ohne Energieaufwand fast wieder Hallentemperaturniveau. Die Technik ist vergleichbar mit einem Passivhaus. Sie ist einfach, zuverlässig und hocheffizient (Bilder 11 und 12).
Die Materialien müssen so beschaffen sein, dass sie dem aggressiven Kondensat dauerhaft widerstehen können. Für Reparatur- und Wartungsarbeiten sind im Gegensatz zu Wärmepumpengeräten keine speziellen kältetechnische Kenntnisse erforderlich. Sie können somit preiswert vom ortsnahen Handwerker erledigt werden. Rekuperatorgeräte sind alternativ auch als preiswerte Kompaktgeräte in zwei Ausführungsvarianten erhältlich:
• Außenwandausführung – kein Kanalsys­tem erforderlich,
• Hinterwandausführung – Montage im benachbarten Technikraum.

Bild 9: Wärmepumpen-Entfeuchtungsgerät mit Frischluftaustausch.

Bild 10: Funktionsschema Rekuperator-Entfeuchtung.

Bild 11: Rekuperator-Entfeuchtungsgerät in Kanalausführung.

Kombination aus Rekuperator- und Wärmepumpenprinzip
Hier werden die Vorteile des Rekuperator- und Wärmepumpenprinzips zu einer hocheffizienten Anlage verknüpft. Nachdem die Abluft den Rekuperator passiert hat, wird in dem nachgeschalteten Wärmepumpenverdampfer nochmals Energie zurückgewonnen. Die Außenluft wird im Rekuperator vorgewärmt und erfährt im anschließenden Wärmepumpekondensator eine weitere Temperaturerhöhung (Bild 13). Optional kann die Wärmepumpe ihre Energie über einen Zusatzwärmetauscher an das Beckenwasser abgeben. Dadurch wird der Wärmepumpenbetrieb auch im Sommer ermöglicht, wenn die Schwimmhalle keine Wärme mehr benötigt. Nebenbei wird ganzjährlich die Kondensationstemperatur der Wärmepumpe gesenkt, was ihre Leistungsziffer erhöht.
Während den Nichtnutzungszeiten wird die Schwimmhallenluft im Umluftverfahren entfeuchtet. Der Rekuperator bewirkt dann eine Vorkühlung der Luft, bevor sie in den Wärmepumpenverdampfer gelangt. Gegenüber reinen Umluftwärmepumpen wird dadurch eine höhere Effizienz erreicht.
Klimageräte dieser Art sind normalerweise größeren Hotel-, Therapie- oder öffentlichen Bädern mit langen Nutzbetriebszeiten vorbehalten (Bilder 14 und 15). Die Anschaffungs-, Wartungs- und Reparaturkosten liegen erheblich über reinen Rekuperator- oder einfachen Wärmepumpengeräten.

Bild 12: Rekuperator-Entfeuchtungsgerät in Außenwandausführung.

Bild 13: Funktionsschema Rekuperator-Wärmepumpen-Entfeuchtung mit zweistufiger Wärmerückgewinnung.

Bild 14: Rekuperator-Wärmepumpen-Entfeuchtungsgerät in Kanalausführung.

Weitere Möglichkeiten zur Energieeinsparung
Eine Beckenabdeckung während den Nichtnutzungszeiten ist die effektivste Art, die verdunstete Wassermenge zu reduzieren. Bei abgedeckten Becken kann außerdem die Hallentemperatur reduziert werden, was zu weiteren Energieeinsparungen führt. Allerdings benötigt man dann eine Klimaanlage, die innerhalb kürzester Zeit in der Lage ist, die Hallentemperatur auf Nutzbetriebsniveau anzuheben.
Bei nicht abgedeckten Becken bewirkt eine Hallentemperaturabsenkung allerdings genau das Gegenteil: Die verduns­tete Wassermenge nimmt erheblich zu, sodass die zusätzlichen Energieaufwendungen für die Entfeuchtung überwiegen. Deshalb sollte die Hallentemperatur bei nichtabgedeckten Becken ca. 2 - 3 °C über der Beckenwassertemperatur liegen.
Eine Anhebung der Hallenfeuchte während den Nichtnutzungszeiten spart ebenfalls Energie. Jedoch muss darauf geachtet werden, dass keine Bausubstanzschäden entstehen. Eine Dampfsperre, gute Wärmedämmung von Wänden und Fenstern sind dafür Grundvoraussetzung. Bei wärmeren Außentemperaturen kann die Hallenfeuchte angehoben werden, weil die Gefahr einer Taupunktunterschreitung in dem Mauerwerk geringer ist.

Bild 15: Rekuperator-Wärmepumpen-Entfeuchtungsgerät im eingebauten Zustand.

Mit dieser komplexen Thematik möchte sich kein Schwimmbadbesitzer dauerhaft auseinandersetzen. Hochwertige Klimageräte enthalten deshalb Regelungen die ener­gieoptimal in den Nichtnutzungszeiten und zusätzlich behaglichkeitsoptimal während den Badezeiten die Hallentemperatur und -feuchte automatisch regeln können. Der Nutzer hingegen kann sich voll seinem Badespaß widmen.

Bild 16: Bodenschlitzschiene für optimale Zulufteinbringung.

Luftführung bei Kanalgeräten
Die Behaglichkeit in der Schwimmhalle wird entscheidend durch die Luftführung beeinflusst. Ein besonderes Augenmerk muss deshalb auf die Einbringung der Luft gelegt werden. Speziell für die Anforderungen im Schwimmbadbereich entwickelte Bodenschlitzschienen sorgen für zugfreie und strömungstechnisch optimale Verhältnisse (Bilder 16 und 17). Durch die unsymmetrische Konstruktion der Luftleitlamellen wird ein trockener Luftschleier vor den Fenstern erzeugt. Die Scheiben werden aber nicht angeströmt. Dies hält die Scheiben beschlagfrei, verhindert ein Kältegefühl vor großen Fensterflächen und verringert die Transmissionswärmeverluste.
Die Abluft sollte auf der gegenüberliegenden Schwimmhallenseite im Deckenbereich abgesaugt werden. Durch Schattenfugen können die Absauggitter unsichtbar in der Decke verschwinden.

Bild 17: Querschnitt vom isolierten Unterbodenkanal und Schlitzschiene mit asymmetrischer Luftausströmung.

Fazit
Um eine Schwimmhalle energieoptimiert zu be- und entlüften, ist eine zuverlässige Technik notwendig. Je nach Aufgabenstellung und Wünsche des Auftraggebers gibt es eine ganze Reihe von Lösungen.

Bilder: Herget GmbH & Co. KG, Eichenzell

www.herget-online.de