IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 4/1996, Seite 64 ff.

SONDERANLAGEN

Heizung, Kühlung und Lüftung von Hallen

Dipl.-Ing. Herbert Schartmann

So vielfältig wie die Bauarten, Anforderungen und Nutzungen von Hallen sind, so unterschiedlich sind auch die Möglichkeiten der Technischen Gebäudeausrüstung zur Beheizung, Kühlung und Lüftung. An die Raumtemperatur und Luftqualität werden z.B. sehr unterschiedliche Anforderungen gestellt, je nachdem, ob eine Halle der Materiallagerung, der Herstellung und Verarbeitung oder dem Aufenthalt von Personen dient. Der Energieeinsatz für den Betrieb und die Investitionskosten zur Erstellung der Technischen Gebäudeausrüstung sind zu minimieren. Die DIN-Normen, Arbeitsstättenverordnung und das Immissions-Schutzgesetz beschreiben die Rahmenbedingungen für die Planung.

1. Hallen-Bauarten

Zur Anpassung an die Nutzung hat die Bautechnik sehr unterschiedliche Hallen-Bauarten entwickelt. Die Technische Gebäudeausrüstung (TGA) muß Systeme zur Heizung, Kühlung und Lüftung für praktisch jede Raumart berechnen, konstruieren und bauen. Für die thermische Behandlung im Winter und Sommer ist neben der geometrischen Hallenform - geringe oder große Raumhöhen - die Tatsache der leichten oder schweren Bauweise von Bedeutung. Fensterlose Hallen mit hohen Beleuchtungsleistungen sind ebenso zu betrachten wie Räume mit sehr großem Glasanteil in Decke und Außenwänden. Sehr verschieden werden die Hallendächer ausgeführt. Glatte Decken, Beton- und Stahlkonstruktionen, als Sägeshetdach oder als Laternenshetdach begrenzen die Möglichkeiten der TGA ebenso wie die eventuell vorhandenen Kranbahnen oder große Hallentore ohne Schleuse. Jede Hallenbauart muß hinsichtlich Wärmeschutz, Feuerschutz, Arbeitsstättenverordnung etc. den geltenden Vorschriften entsprechen. Der Wärmebedarf, die Kühllast und die Raumlufttechnik werden nach den Regeln der Technik - nationale und europäische Normen, VDI-Richtlinien - berechnet.

2. Hallen-Nutzung

Die Einteilung in Lagerhalle oder Produktionsstätte ist eine erste grobe Unterscheidung. Werden durch Lagerung oder Materialbearbeitung Schadstoffe frei und überschreiten diese die maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK) bei ungelüfteter Halle, so sind raumlufttechnische Maßnahmen notwendig. Räume mit hoher Personenbesetzung unterscheiden sich von solchen Produktionsstätten mit hohem Automatisierungsgrad. Wartungshallen für Flugzeuge, Schienenfahrzeuge und andere Kraftfahrzeuge stellen andere Anforderungen an die TGA wie Messehallen, große TV-Studios oder Sporthallen. Fabrikationshallen in Bereichen der chemischen Industrie, Recyclinganlagen, Nahrungsmittelbearbeitung, Holz, Textil, Papier, Leder, Metall und Elektroindustrie mit und ohne hohe thermische Belastungen stellen sehr verschiedene Nutzungen dar. Die richtige Wahl der technischen Lösung zur Einhaltung der Temperatur und Luftqualität setzt die genaue Kenntnis der Hallen-Nutzung voraus.

3. Anforderungen

Materialien, Bearbeitungsverfahren und die Personen in den Hallen bedingen sehr verschiedene Anforderungen an Raumtemperatur, Luftfeuchte und Luftgeschwindigkeit in der Aufenthaltszone. Hinzu kommen Grenzwerte bezüglich der Luftschadstoffe und der Lautstärke sowohl in der Halle wie auch außerhalb, die bei der Planung zu beachten sind.

3.1 Temperatur und Feuchte

Die Mindestraumtemperaturen werden je nach Tätigkeit gemäß der Normen und Richtlinien festgelegt. Sie schwanken je nach Erfordernissen der Produktion und Produkte zwischen etwa 15°C und 22°C. Menschen benötigen höhere Temperaturen bei sitzender Tätigkeit als bei körperlich anstrengender Betätigung. Die Arbeitsstättenverordnung beschreibt darüber hinaus eine maximal zulässige Raumtemperatur im Sommer, die etwa 6 K unter der Außentemperatur liegen soll. In besonderen Hitzebetrieben der Stahl- und Glasindustrie kann die Behaglichkeit für die Personen nicht in allen Raumbereichen hergestellt werden. In großen Wartungshallen für Fahrzeuge können unbehagliche Temperaturverhältnisse in umgekehrter Weise vorliegen. Ein in die Halle eingefahrener Eisenbahnzug, der bei Minustemperaturen gefahren wurde, stellt beispielsweise mit seinen großen, kalten Materialmassen ein Gesundheitsproblem für das Wartungspersonal dar. Die relativ angenehme Hallenlufttemperatur gleicht die Kaltstrahlung - Strahlung von Mensch an Material - nicht aus. Die als ungleich empfundene Temperatur stellt ein großes Problem dar. Dennoch müssen alle Anstrengungen darauf gerichtet sein, für die Menschen erträgliche Raumzustände zu erreichen.

Die Luftfeuchte braucht im allgemeinen für die Menschen nicht in sehr engen Grenzen gehalten zu werden. Eine relative Luftfeuchte zwischen 25% und 60% wird als ausreichend angesehen und Schwankungen sind durchaus üblich und zulässig. In vielen Fabrikationshallen ist jedoch nicht der Mensch das Maß für die Raumluftfeuchte, sondern Produkte und Verfahren. So benötigen Hallen in der Textilindustrie für Spinnen, Zwirnen und Weben Werte zwischen 60% und 70% relativer Feuchte, um eine störungsfreie Produktion zu sichern. Die Elastizität eines Wollfadens oder anderer Fasern steigt mit der Luftfeuchtigkeit.

Papiere nehmen sehr leicht Feuchte auf und geben sie in trockener Luft auch wieder schnell ab. Dieser hygroskopische Effekt ist mit Materialausdehnung und Schrumpfung verbunden. Nur Raumlufttechnische Anlagen (RLT) können für das notwendige Gleichgewicht sorgen und so eine rationelle Papierbearbeitung ermöglichen.

Zur Vermeidung elektrostatischer Aufladung von Bauteilen, Magnetbändern etc. wird in vielen Produktionsstätten eine relative Feuchtigkeit von mindestens 45% gefordert. In anderen Verarbeitungsbetrieben, z.B. der Elektronik, Pharmazie etc., werden oft höhere Werte und diese in sehr engen Grenzen benötigt.

3.2 Luftqualität

Der Mensch und seine Umwelt sind bestimmend für das Maß an Luftverunreinigungen, die man in den Produktions- und Arbeitsstätten als zulässig ansieht und aus Betrieben ins Freie abführen darf. Die maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK) wird für die verschiedensten Schadstoffe festgelegt und behördlich durch die Gewerbeaufsicht überprüft. Um das Gesundheitsrisiko für die Beschäftigten und Anwohner zu minimieren bzw. auszuschließen, werden die MAK-Werte permanent dem neuesten Stand der Wissenschaft angepaßt und auch für Schadstoffgemische bestimmt. Hier besteht jedoch noch ein großer Nachholbedarf, und die Bemühungen nach gesicherten Erkenntnissen müssen weiter intensiviert werden.

Um die Menschen vor Schadstoffen zu schützen, geht die Entwicklung in mehrere Richtungen:

3.3 Raumluftgeschwindigkeit

Die Behaglichkeit der Personen hängt nicht nur von der empfundenen Raumtemperatur und Feuchte ab, sondern ebenfalls von der Luftgeschwindigkeit am Arbeitsplatz. Zugerscheinungen lösen häufig Erkältungskrankheiten aus und tragen somit zur Reduktion der Produktivität bei. Störende Luftbewegungen entstehen durch unzweckmäßige lüftungstechnische Einrichtungen, thermischen Auftrieb an Wärmequellen, Fallströmungen kalter Luft an nicht ausreichend wärmegedämmten Außenflächen und durch zeitweise offenstehende Außentüren und Tore. Die Planung der Heizungs- und Lüftungseinrichtung muß den erhöhten Anforderungen nach angenehmer oder erträglicher Luftgeschwindigkeit Rechnung tragen. Diese liegt je nach System und Turbulenzgrad zwischen 0,15 und 0,30 m/s.

3.4 Lautstärke

"Schutz gegen Lärm" ist in der Arbeitsstättenverordnung ASR geregelt. In Produktionshallen dominieren Arbeits- und Transportgeräusche. Lüftungstechnische Einrichtungen in Hallen müssen sich der Forderung nach zulässigem Schalldruck am Arbeitsplatz der ASR anpassen. Die maximal zulässige Schallimmission auf die Nachbarschaft ist in VDI-Richtlinie 2058 Blatt 1 beschrieben.

4. Ausführung der Heizung

Die Heizungsanlage muß den Wärmeverlust der Umschließungsflächen ausgleichen, um für die Personen in der Halle die thermische Behaglichkeit herzustellen. Da eine Temperaturschichtung in Hallen großer Raumhöhe den Wärmebedarf erheblich ansteigen läßt, müssen die heiztechnischen Anlagen diesem Phänomen entgegenwirken. Die Hallenbauart, Konstruktion und Betriebsweise der Heizungsanlage sind auf einen minimalen Energieaufwand hin zu optimieren.

4.1 Warmluftheizung mit Lufterhitzer

Eine sehr einfache Heizungsbauart ist die Anwendung von Decken- und Wandlufterhitzern (Bild 1 a). Derartige Geräte bestehen aus Ventilator, Lufterwärmer und einstellbaren Luftauslässen in einem Gehäuse. Umluft aus der Halle wird direkt am Gerät oder über einen Umluftkanal am Hallenboden angesaugt. Sie wird erwärmt und mit relativ hoher Geschwindigkeit in die Halle gefördert. Die Anzahl der Lufterhitzer wird in Abhängigkeit der Hallenabmessungen bestimmt. Das Ziel ist eine nahezu gleichmäßige Temperatur in der Aufenthaltszone bei erträglichen Luftgeschwindigkeiten.

Auf Grund der geringen Dichte hat die warme Luft das Bestreben, nach oben zu strömen. Nach unten gerichtete Lamellen im Luftauslaß verhindern dies nur zum Teil. Die Folge ist eine meist recht hohe Temperatur im Deckenbereich. Mit steigendem Temperaturunterschied zur Außentemperatur steigt demzufolge der Wärmeverlust der Hallendecke.

Die Lufterhitzer können mit sehr unterschiedlichen Heizmedien betrieben werden: Warmwasser, Heißwasser oder Dampf. Nur in Sonderfällen - kurzzeitige Hallenheizungen - sind auch Elektrolufterwärmer vertretbar. In zunehmendem Maße finden öl- und gasbeheizte Lufterhitzer Anwendung. Die Gasbrenner fahren modulierend und sind somit regelungstechnisch den Lufterhitzern mit anderen Heizmedien gleichwertig.

Lufterhitzer in der beschriebenen Konstruktion werden auch als "Warmluftschleier" an Hallentoren eingesetzt, um den kurzzeitigen, großen Kaltlufteinfall zu kompensieren.

Bild 1: Arten der Hallenbeheizung.

4.2 Warmluftheizung mit Luftkanälen

Wird eine gleichmäßige Raumlufttemperatur bei niedrigen Luftgeschwindigkeiten in der Aufenthaltszone angestrebt, so ist eine gezielte Zuluftverteilung über ein Kanalsystem erforderlich (Bild 1 b). Die Abluft kann im Bereich höherer Raumtemperatur unter der Decke angesaugt werden und als Umluft den Wärmebedarf senken. Mit zentralen Luftheizungen kann die Raumlufttemperatur sektionsweise oder für die ganze Halle zentral sehr gut geregelt werden. Die Kanalleitungen und die Zuluftauslässe müssen gegebenenfalls konstruktiv den Bedingungen einer Halle mit Kranbahn angepaßt werden.

Entscheidende Vorteile des Systems sind die Möglichkeiten der Zuluft-Filterung, Kombination der Abluft mit direkten Absaugestellen (gekapselte Maschinen, Öfen etc.) und Kühlung der Halle ohne Kältemaschine durch Außenluft in den Übergangszeiten. Damit die Transportkosten für die Zu- und Abluft gering bleiben, sollen Filter, Wärmeaustauscher und Kanalleitung so dimensioniert werden, daß der Luftwiderstand minimal bleibt. Die Betriebskosten lassen sich drastisch reduzieren, wenn die Ventilatoren mit veränderlichen Drehzahlen je nach Wärmebedarf betrieben werden. In den sogenannten Übergangszeiten - Heizbetrieb bei relativ hohen Außentemperaturen - empfiehlt sich auch ein intermettierender (zeitweiliger) Betrieb.

4.3 Fußbodenheizung

Eine hohe thermische Behaglichkeit läßt sich mit der Fußbodenheizung erreichen (Bild 1 c). Die vom Menschen empfundene Raumtemperatur, auch operative Raumtemperatur genannt, ist abhängig von der Lufttemperatur und der Temperatur der Umschließungsflächen. Ein warmer Fußboden kann also die Abstrahlung zu kalten Wand- und Deckenflächen in gewissem Umfang kompensieren. Probleme mit der Kranbahn kann es nicht geben und die Regelung kann sektionsweise erfolgen. Die Aufteilung des Hallenbodens und der Heizflächen in Einzelgruppen erlaubt darüber hinaus die teilweise Benutzung der Halle [1]. In Zukunft können bei flexibleren Arbeits- und Produktionszeiten solche Vorteile an Bedeutung gewinnen.

4.4 Deckenstrahlungsheizung

Bei Hallen mit größeren Öffnungszeiten der Tore kommt es naturgemäß zu großem Kaltlufteinfall und somit zu unzumutbaren Temperaturbedingungen. Für derartige Hallennutzungen empfiehlt sich besonders die Deckenstrahlungsheizung (Bild 1 d). Moderne Infrarot-Heizstrahler - mit Gas beheizte Keramikelemente - geben ihre Wärme zu etwa 60% durch Strahlung in Richtung der Reflektoren ab. Die Restwärme von rund 40% trägt als konvektive Wärme zur Temperaturzunahme der Luft im oberen Hallenbereich bei. Wärmeverluste durch Energietransport entstehen nicht.

Bei Warmwasser durchflossenen Strahlungsheizflächen liegen die Verhältnisse ähnlich, wenn die Wärmeabgabe der Rohrleitung der Halle zugute kommt und die Strahlplatten nach oben hin gut wärmegedämmt sind. Bei der Bestimmung der Anzahl der Gasstrahler oder Heizflächen muß bei gegebener Hallenhöhe eine möglichst gleichmäßige Strahlungsverteilung am Boden das Ziel sein [2].

Die Wechselwirkung zwischen Strahlung und Körper führt dazu, daß die Wärmestrahlen beim Auftreffen auf feste oder flüssige Körper an der Oberfläche reflektiert, absorbiert (aufgenommen) oder von Körpern durchgelassen werden. Die Oberfläche eines "weißen Körpers" reflektiert alle auftretenden Wärmestrahlen und der "absolut schwarze Körper" absorbiert alle Wärmestrahlen. In einer Halle werden also je nach Absorptionsvermögen von Fußboden, Einrichtungen und Material die bestrahlten Flächen erwärmt. Ein Anteil der Wärmestrahlen wird z.B. zur kälteren Decke reflektiert, deren untere Oberfläche deshalb von der Farbe her ein guter Reflektor sein sollte, um ein unerwünschtes Ansteigen der Deckentemperatur zu vermeiden.

Absorbiert werden Wärmestrahlen an bestrahlten Körpern. Der Strahlungsschatten hat demzufolge ungünstigere Temperaturbedingungen. Wie in Abschnitt 3.1 bereits ausgeführt, ist die operative Raumtemperatur von der Lufttemperatur und der Temperatur der Umgebungsflächen abhängig. Bei Strahlungsheizungen stellen sich somit eine um 4 bis 5 K niedrigere Lufttemperaturen ein, da die Raumbenutzer durch die Strahlungswärme eine höhere Temperatur empfinden. Dieser Effekt hat eine erhebliche Energieeinsparung zur Folge. Der geringere Temperaturunterschied zwischen Außenluft- und Hallenlufttemperatur reduziert den Wärmebedarf und die Betriebskosten der Halle.

4.5 Kombinierte Heizsysteme

Es ist leider sehr verbreitet, die Qualität der Heizeinrichtungen unter dem Gesichtspunkt der Maximalleistung bei niedrigster Außentemperatur zu betrachten. Die Heizlast nach DIN 4701 ist jedoch nur bei dunklem Himmel ohne Wärmequellen im Raum (Beleuchtung, Personen, Maschinen) an wenigen Stunden im Jahr zu decken. Unterhalb von 0°C liegen lediglich 10% der Jahresstunden von insgesamt 8760 h/a. Etwa 40% der Jahresstunden in Mitteleuropa liegen in dem Außentemperaturbereich zwischen 0 und +10°C. Das Behaglichkeitsempfinden der Raumbenutzer muß ganzjährig sichergestellt werden, macht aber bei niedrigen Außentemperaturen die größeren Aufwendungen erforderlich. Die Wirtschaftlichkeit der Heizungsanlage und die Qualität der Regelung entscheiden sich in den langen Zeiten des Teillastbetriebes, der sogenannten Übergangszeit.

Für die Hallenheizung kann dies bedeuten, daß die Kombinationen verschiedener Verfahren mit einem intelligenten Regelsystem eine optimale Anpassung an die sehr unterschiedlichen Wärmeverluste sinnvoll macht (Bild 1 e). Bei Hallen mit großen internen Wärmelasten durch Produktion und Bearbeitungsverfahren stellen sich bei konstanter Außentemperatur bereits sehr unterschiedliche Bedingungen ein. Die Thermik durch Wärmequellen im Raum läßt die Lufttemperatur im Deckenbereich ansteigen. Frei aufgehängte Axialventilatoren können diese Warmluft in die Aufenthaltszone zurückfördern und somit zur gleichmäßigen Hallenbeheizung beitragen, ohne zusätzliche Wärmeenergie aufzuwenden. Deckenstrahlungsheizer könnten für eine Teillast bemessen werden und in den langen Übergangszeiten die Erwärmung sicherstellen, kombiniert mit den vorerwähnten Axialventilatoren zur gleichmäßigen Temperierung und Nutzung der Wärme für den Aufenthaltsbereich. Die Spitzenlast wäre z.B. mit zusätzlichen Wandlufterhitzern abzudecken. Diese ermöglichen darüber hinaus eine schnelle Aufheizung im Umluftbetrieb nach langen Stillstandszeiten am Wochenende und einen intermittierenden Betrieb als Frostschutz bei Nacht. Kombinationen von Fußbodenheizung mit Lufterhitzern und Axialventilatoren an der Decke sind ebenso denkbar. Adaptive Regelungen sichern die richtige Wahl des Heizungssystems bei jedem Betriebsfall und führen zu einem minimalen Energieaufwand [3].

5. Hallenkühlung

Innenliegende Räume haben keinen Wärmebedarf, wenn sie von beheizten Räumen umgeben sind. Bei Raumnutzung entsteht durch Beleuchtung und Personen eine Kühllast. Hallen mit guter Wärmedämmung und üblicher Nutzung haben bei milden Außentemperaturen geringere Wärmeverluste als Wärmegewinne. Die Folge ist ein unzulässiger Anstieg der Raumtemperatur, wenn nicht gekühlt würde. Ebenso muß aus thermisch hochbelasteten Räume ganzjährig Wärme abgeführt werden, um die geforderte Temperatur zu halten. Derartige Räume benötigen Kühlung. In den Zeiten mit Außentemperaturen unter der Raumtemperatur - also etwa bis +18°C - kann mit Außenluft gekühlt werden. Hierzu ist eine raumlufttechnische Anlage erforderlich, wie sie in nachfolgenden Abschnitten beschrieben wird. Für die Raumkühlung oberhalb von 18°C Außentemperatur müssen RLT-Anlagen mit Luftkühlern ausgestattet sein.

5.1 Kühlung ohne Kältemaschine

RLT-Anlagen für Heizung mit Wärmerückgewinnung lassen sich mit geringem Investitionsaufwand ausbauen zu Kühlanlagen ohne Kältemaschine. Die warme Abluft wird hierzu durch adiabatische Befeuchtung (Verdunster, Rieselbefeuchter, Luftwäscher) abgekühlt*). Mit dieser kalten Abluft kann man nun über das Wärmerückgewinnungssystem die warme Außenluft kühlen [4]. Die erreichbaren Zulufttemperaturen liegen zwar höher als man sie mit einer Kältemaschine erzielen kann, dennoch stellt das Prinzip eine gute Kompromißlösung dar. Die Belastung des Personals durch hohe Raumtemperaturen wird in den Übergangszeiten vermieden und in den Zeiten mit maximaler Kühllast deutlich reduziert.

Steht in einem Betrieb in der Sommerzeit Heizdampf oder Heizwasser mit Temperaturen von mehr als +65°C zur Verfügung, so kann die RLT-Anlage mit adiabatischen Befeuchtern in Zu- und Abluft und mit Sorptions- und Kondensations-Regenerator zur vollen Kühlung ausgebaut werden. Die Heizenergie wird - ähnlich wie bei Absorptionskältemaschinen - als Austreiber der Feuchte benötigt. Diese FCKW-freie Kühlung wird auch als "desiccant cooling" bezeichnet und ist in der Verfahrenstechnik eine häufig angewandte Technik. In der Raumlufttemperatur bewährt sich das System ebenfalls seit einigen Jahren [5]. Für Anlagen mit hohen Anforderungen an den Raumluftzustand im Sommer- und Winterbetrieb müssen Heiz-, Kühl- und Befeuchtungseinrichtungen vorhanden sein. Bei derartigen Anwendungsfällen von RLT-Anlagen eignet sich "desiccant-cooling" besonders gut.

Bild 2: Stille Kühlung durch Schwerkraft für TV-Studio mit hohen thermischen Lasten.

5.2 Stille Kühlung durch Schwerkraft

Stellt man die übliche Heizung mit Wärmeaustauschern unter dem Fenster "auf den Kopf" und positioniert einen Kühler an der Decke und verbindet ihn mit einem Luftschacht und einem Quelluftauslaß am Boden, so kann man die sogenannte "Stille Kühlung" durch Gravitation nutzen (Bild 2). Wie bei einer Fußbodenheizung regelt sich die Leistung selbst. Steigt die Temperatur der Raumluft im Deckenbereich, so steigt der Temperaturunterschied zwischen Luft und Kaltwasser und damit die Kühlleistung. Die gekühlte Luft wird durch den Fallschacht nach unten geführt und über einen Quelluftauslaß am Boden oder durch einen Doppelboden mit Luftdurchlässen dem Raum zugeführt [6]. Sinkt die Temperatur an der Decke, so reduziert sich die Kühlleistung und damit auch der Luftvolumenstrom. Schachthöhe, Wärmeaustauschergröße, Wassermassenstrom und Temperatur bestimmen die Kühlleistung des Systems. Da die Kühlung ohne Ventilator betrieben wird, ist die "Stille Kühlung" für Räume und Hallen mit hohen Anforderungen an die Akustik besonders geeignet. So hat sich das System in großen TV-Studios (fensterlos, hohe Beleuchtungsleistung) ebenso bewährt wie in anderen Arbeitsstätten.

6. Be- und Entlüftung von Hallen

Hallen für den Aufenthalt von Personen und solche, in denen produziert und somit Wärme- und Stofflasten frei werden, müssen gelüftet werden [7]. Wo kontaminierte (belastete) Luft abströmt, wird Außenluft nachströmen. Die Qualität der Hallenluft muß den gesundheitlichen Anforderungen genügen.

6.1 Natürliche Lüftung

In "alten Zeiten" wurden alle Hallen so gebaut, daß die Kräfte der Natur die Be- und Entlüftung ermöglichten. Der Dichteunterschied von warmer und kalter Luft - der Auftrieb - ist die Antriebskraft für natürliche Lüftung (Bild 3 a). Auch heute nutzt man diese Möglichkeiten, wenn die Abluft keine Schadstoffe in unzulässiger Konzentration enthält. Die Öffnungen für die Zu- und Abluft werden mechanisch, je nach Erfordernis und Witterung geöffnet oder geschlossen.

Bild 3: Hallenlüftung:
a) natürliche Be- und Entlüftung durch Thermik
b) Zu- und Abluftanlage mit Kreuzstrom-Plattenaustauscher für Wärmerückgewinnung
c) Be- und Entlüftung mit Schadstofferfassung, Abluftreinigung und Schalldämpfer in Außen- und Fortluft
d) Zuluft durch Schichtströmung; Umluftklappe für Schnellaufheizung; Zuluft mit Heizer und Kühler

Die Nachströmung kalter Außenluft im unteren Hallenbereich ist naturgemäß bei niedrigen Außentemperaturen für die Personen in der Halle unzumutbar. Die Außenluft muß also zumindest erwärmt werden. Warme Abluft im Winter ins Freie zu transportieren ist unter ökologischen und betriebswirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht vertretbar, wenn mit Hilfe von einfachen Wärmerückgewinnungseinrichtungen der Energiebedarf reduziert werden kann. Natürliche Lüftung ist also nur begrenzt anwendbar.

6.2 Raumlufttechnische Anlagen

Die in Bild 3 b dargestellte Be- und Entlüftungsanlage fördert gefilterte Luft in die Halle und bringt sie über ein Zuluftkanalsystem gezielt in die verschiedenen Hallenbereiche. Luftauslässe für turbulente Mischströmung führen zu nahezu gleichen Raumtemperaturen und Schadstoffkonzentrationen in allen Raumbereichen. Der Schadstoffanteil ist abhängig von der Intensität der Schadstoffquelle und dem Außenluftwechsel. Dieser wiederum bestimmt sich aus dem zulässigen MAK-Wert und der vorhandenen Belastung der Außenluft, die nicht mehr immer Frischluft ist. Die Zuluft wird erwärmt und kann bei Bedarf in dem RLT-Zentralgerät gekühlt, entfeuchtet oder befeuchtet werden.

Die Abluft läßt sich im oberen Hallenbereich absaugen und als Fortluft nach außen fördern. Natürlich wird man das Lüftungssystem mit einer Energierückgewinnung kombinieren, wie es als Beispiel das Bild 4 zeigt.

6.3 RLT-Anlage mit Schadstofferfassung

Zur Minimierung der Schadstoffe im Aufenthaltsbereich der Halle müssen diese durch entsprechende Einrichtungen an der Entstehungsstelle erfaßt werden. Lösungsmittel in Druckereien, gesundheitsschädliche Gase und Dämpfe, Staub etc. sind über Kapselungen, Hauben und Kabinen ebenso abzusaugen wie Öl- und Emulsionsdämpfe von schnelldrehenden Werkzeugmaschinen, die sonst als fettiger, öliger Niederschlag die Bewegungssicherheit in der Halle einschränken bzw. die Betriebsunfälle ansteigen lassen. Wo aus Arbeitsschutzgründen Luft abgesaugt und gereinigt wird, muß Außenluft nachströmen. RLT-Zentralgeräte in der Halle oder auf dem Dach enthalten die zur Außen- und Abluftbehandlung erforderlichen Elemente wie Filter, Schalldämpfer, Wärmeaustauscher für Heizung und evtl. Kühlung, Ventilatoren, Regelung etc. (Bild 3 c).

6.4 RLT-Anlagen für Schichtströmung

Die vorbeschriebenen Lüftungssysteme arbeiten im Raum als Mischströmung. Zu einer erhöhten Reduktion von Schadstoffen in der Aufenthaltszone empfiehlt sich an Stelle einer Erhöhung der Luftwechselzahl die Schichtströmung. Zuluft wird etwa mit Raumtemperatur und geringer Geschwindigkeit bei niedrigem Turbulenzgrad über dem Hallenboden eingebracht. Es bilden sich Schichten aufbereiteter Außenluft. Durch Wärmequellen wie Maschinen und Personen sowie durch nachströmende Luft wird die belastete Hallenluft in die Deckenbereiche gefördert. Die Art der Luftströmung - auch Quellüftung genannt - führt systembedingt zu keinerlei Zugerscheinungen und zu sehr niedrigen Schadstoffkonzentrationen in der Aufenthaltszone (Bild 3 d). Für das Personal sind erhebliche Verbesserungen nachweisbar. Auch bei Fabrikationen mit extrem hohen Belastungen wie Gießereien, Schweißereien, chemischen Fabriken, Laboratorien, Großküchen u.ä. haben sich Anlagen mit Schichtströmung bewährt [8].

Bild 4: RLT-Zentralgerät für Heizung, Kühlung, Energierückgewinnung mit Zu- und Abluftventilatoren, Schalldämpfer und Wetterschutzgitter. Gerät für Dachmontage auf einer Ausstellungshalle.

Sporthallen mit hohen thermischen Lasten (viele Zuschauer, Beleuchtungsleistung bei TV-Übertragung) und der Forderung nach unbeeinflussenden Luftströmungen (Flugbahnbeeinflussung des Federballes bei Badminton) lassen sich nur mit Schichtströmung problemlos lüften. Die Abluft wird möglichst an höchster Stelle abgesaugt, da dort die Temperatur ihr Maximum hat. Auf diese Weise hat man im Heizbetrieb die warme Luft für die Wärmerückgewinnung zur Verfügung. In den Betriebszeiten, in denen man Wärme aus der Halle abführen muß, bestimmt der große Temperaturunterschied zwischen Zuluft und warmer Abluft die abgeführte Kühllast.

In Fabrikationshallen und anderen Räumen mit hoher Schadstoffbelastung lassen sich Anlagen für Schichtströmung meist leicht nachrüsten. Die Lage und Konstruktion der Luftauslässe kann den Platzverhältnissen angepaßt werden. Die Abluftleitungen werden - wenn nicht bereits vorhanden - oberhalb der Kranbahn montiert.

7. Zusammenfassung

Die thermische und lüftungstechnische Behandlung der Raumluft in Hallen muß sich den Vorgaben durch Bauweise und Nutzung anpassen. Für die Heizung, Kühlung und Lüftung hat die Technische Gebäudeausrüstung viele Systeme und Systemkombinationen erprobt und ist weiter innovativ. Die Gebäude und die RLT-Anlagen sind so zu konstruieren, daß der Energiebedarf für Heizung, Kühlung sowie Zu- und Abluftförderung ein Minimum wird. Bei allen Bemühungen für einen reduzierten Energieaufwand müssen die Mindestanforderungen zur Erzielung behaglicher Raumverhältnisse für die beschäftigten Personen ebenso eingehalten werden, wie die Umwelt vor unzulässigen Immissionen zu schützen ist.

L i t e r a t u r :

[1] Industrieflächenheizung: Staubfreie Arbeitsbedingungen. TGA-Magazin 5/1995.

[2] Kämpf, A.: Optimale Plazierung von Strahlungsheizung. HLH Bd. 42 (1991).

[3] Additives Heizsystem erwärmt Industriehalle. HLH Bd. 42 (1991).

[4] Schartmann, H.: Wärmerückgewinnung in RLT-Anlagen. Kl - Luft- und Kältetechnik 3/1996.

[5] Busweiler, U., Göbel, U.: Desiccant Cooling - Ein wirtschaftlicher Vergleich Kl - Luft- und Kältetechnik 10/1995.

[6] Recknagel-Sprenger-Schramek: Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik; Schwerkraftkühlung System Gravivent. 67. Auflage 94/95.

[7] Schartmann, H.: Industrie-Lüftungstechnik. ROX-Werksveröffentlichung 1987.

[8] Detzer, R.: Erfahrungen mit der Schichtlüftung in Produktionshallen. Kl - Luft- und Kältetechnik 8/1995.

B i l d e r : ROX Lufttechnische Gerätebau GmbH

*) adiabatisch: ohne Änderung des Wärmeinhalts; h = konstant. Die Temperatur der Luft sinkt zwar, nicht aber der Wärmeinhalt.

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