IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 7/2004, Seite 40 ff.
AIRCONTEC
Lufterhitzeranlagen in Hallen
Zeitgemäße Planung und Betrieb
Dipl.-Ing. (FH) Johannes Dierkes*
Lufterhitzer als dezentrale Systeme der Hallenbeheizung haben sich bei industriellen Anwendungen als die effizientesten Anlagen herauskristallisiert. Die hohe Flexibilität und Individualität moderner Systeme erfordern eine besondere Beachtung der Randbedingungen bei Planung und Betrieb. Im Folgenden werden Beispiele der verschiedensten Anforderungen und deren Lösungsmöglichkeiten dargestellt.
| Bild 1: Beheizung einer Halle mit Lackierstraße. |
Behaglichkeitskriterien und Raumtemperaturen
Während Hallen in früheren Zeiten oftmals nur die Aufgabe hatten, einen Witterungsschutz für Mensch und Material zu gewährleisten, sind die Anforderungen heute sehr viel höher. Zudem haben sich die Arbeitsbedingungen beispielsweise in Fertigungshallen vom Beginn des industriellen Zeitalters bis heute grundlegend geändert.
Die Leistungsfähigkeit und Leistungsbereitschaft des Menschen ist sehr stark von den raumklimatischen Bedingungen am Arbeitsplatz abhängig. Diese werden in erster Linie von der Temperatur sowie der Geschwindigkeit und Reinheit der Raumluft bestimmt. Je nach Tätigkeit in den Hallen werden die Mindestraumtemperaturen gemäß der Normen und Richtlinien festgelegt. Menschen benötigen höhere Temperaturen bei sitzender Tätigkeit als bei körperlich anstrengender Betätigung. Aber auch zu verarbeitende Produkte in Fertigungshallen oder deren Produktionsverfahren können hierfür maßgeblich sein (Bild 1).
| Bild 2: Lufterhitzeranlage in einem Güterverkehrszentrum. |
Um für die Personen in der Halle eine thermische Behaglichkeit herzustellen, muss die Heizungs- und Lüftungsanlage den Wärmeverlust der Umschließungsflächen ausgleichen. Da eine Temperaturschichtung in Hallen mit großer Raumhöhe den Wärmebedarf erheblich ansteigen lässt, müssen die heiztechnischen Anlagen diesem Phänomen entgegenwirken. Die Hallenbauart, Konstruktion und Betriebsweise der Heizungs- und Lüftungsanlage sind auf einen minimalen Energieaufwand hin zu optimieren.
Zudem können störende Einflüsse durch Einbringung großer kalter Massen die Auslegung in starkem Maße beeinflussen. Dies trifft zum Beispiel bei großen Wartungshallen für Fahrzeuge zu. In dem in Bild 2 dargestellten Güterverkehrszentrum ist in der kalten Jahreszeit durch einfahrende Eisenbahnzüge in kürzester Zeit mit einer starken Erhöhung des Wärmebedarfs zu rechnen.
| Bild 3: Lufterhitzer (Umluft) in einer Montagehalle. |
Auslegung
Damit die Anlagen im Betrieb allen technischen Anforderungen genügen und nicht zuletzt auch wirtschaftlich zur Zufriedenheit des Anlagenbetreibers arbeiten, sind u.a. folgende Punkte besonders zu beachten:
- Berechnung des Hallen-Wärmebedarfs unter Beachtung der Wärmeverluste durch natürliche Lüftung wie Fugen, Tore usw.,
- Ermittlung der mindest notwendigen Außenluftmenge gemäß einschlägiger Regelwerke wie z.B. Arbeitsstättenrichtlinie, DIN 1946, ggf. unter Beachtung der MAK-Werte (max. Arbeitsplatzkonzentration) usw.,
- Bestimmung der erforderlichen Gesamtluftmenge der Luftheizanlage, die für eine ausreichende Durchströmung der Halle nötig ist (Mindest-Luftumwälzung),
- Auswahl der Geräte nach den ermittelten Leistungsdaten,
- Berücksichtigung der einzuhaltenden Geräuschpegel,
- Überprüfung der Eindringtiefe und zulässigen Temperaturen des Luftstrahls,
- Vermeidung von Temperaturschichtungen und Einhaltung der maximalen Montagehöhen,
- geeignete bedarfsabhängige Regelungen gemäß vorgegebenen Parametern zur Zeitsteuerung usw.
| Bild 4: Lufterhitzer (Umluft) in einem Hochregallager. |
Dezentrale Anordnung
Gegenüber einer zentralen Lüftungsanlage bietet die dezentrale Lösung mit Lufterhitzern wesentliche Vorteile für Betrieb und Wartung:
- keine Behinderung durch Kanäle zur Luftführung,
- keine Verschmutzung der Zuluft in schlecht zu reinigenden Kanälen,
- hohe Betriebssicherheit durch mehrere Geräte,
- geringe Betriebskosten durch bedarfsgerechten, zonenabhängigen Betrieb,
- flexible Lösungen für den bedarfsgerechten Ausbau.
Bei dezentralen Systemen wird das Heizungswasser als Energieträger an die jeweiligen Verbrauchsorte transportiert und erst dort als Warmluft an den Raum abgegeben. Der Vorteil liegt hier im platzsparenden und kostengünstigen Energietransport über das Medium Wasser (Bilder 3 und 4).
| Bild 5: Lufterhitzer (Umluft) als Deckenmontage. |
Wand- oder Deckenmontage
Bei der Anordnung von Lufterhitzern müssen Einrichtungen wie Regale, große Produktionsanlagen, Kranbahnen in der Halle usw. berücksichtigt werden. Arbeitsbereiche und Aufenthaltszonen von Personen dürfen sich nicht im Primärluftstrom der Lufterhitzer befinden.
Die Deckenanordnung hat gegenüber der Wandanordnung entscheidende Vorteile:
- Energieeinsparung durch Herabsetzen der Temperaturen unter der Decke. Der Wärmestau wird abgebaut, Wärmeverluste gemindert.
- Die Lufterhitzeranordnung ist unabhängig von Einrichtungen und weitestgehend frei von Einschränkungen durch bauliche Gegebenheiten.
- Durch den Einsatz spezieller Luftauslässe kann der Forderung nach geringstmöglichen Luftgeschwindigkeiten und damit Vermeidung von Zugerscheinungen im Aufenthaltsbereich entsprochen werden (Bild 5).
| Bild 6: Ausführung von Wärmetauschern in Abhängigkeit von Einsatzbereichen. |
Wärmetauscher
Je nach Heizmedium und Einsatzbereich sind Lufterhitzer mit dem jeweils geeigneten Wärmetauscher zu wählen. Während Kupfer-/Aluminium-Ausführungen kostengünstige Anwendungen in Räumen mit normal belasteter Luft erlauben, sind Stahl-Wärmetauscher in allen Bereichen mit höheren Ansprüchen an Haltbarkeit und für spezielle Betriebsweisen einsetzbar (Bild 6).
Dauerhafter Leistungsträger Stahlwärmetauscher
Stahlwärmetauscher verschaffen besondere Vorteile in allen Einsatzgebieten, wo:
- es auf Langlebigkeit ankommt,
- mit stärkerer Verschmutzung zu rechnen ist,
- eine robuste Reinigung der Wärmetauscher notwendig ist, zum Beispiel bei Schweißarbeiten, beim Einsatz von Reinigungsgeräten (Hochdruckreiniger) oder mechanischer Reinigung (Bild 7).
| Bild 7: Beheizung eines Güterverkehrszentrums. |
Datenbusgestützte Regelung
Die hohen Anforderungen an die Funktion und Flexibilität von Lufterhitzeranlagen stellen auch höchste Ansprüche an das Steuer- und Regelungssystem. Demzufolge ist der Trend zu zentralen datenbusgestützten Regelungen unverkennbar (Bild 8).
Vorteile und Möglichkeiten:
- reduzierter Verkabelungsaufwand durch Digitalisierung sämtlicher Betriebsarten und Übertragung über eine Leitung,
- erhöhte Betriebssicherheit durch anlagenunabhängige Einzelsteuerung der Lufterhitzer, zum Beispiel die geräteweise Abschaltung bei Betriebsstörungen,
- Betrieb gemischter Anlagen möglich durch Kombination unterschiedlicher Gerätetypen innerhalb eines Regelkreises,
- Mehrkreisregelung mit bis zu acht Regelkreisen möglich,
- 5-stufige Ventilatorsteuerung mit automatischer, temperaturabhängiger Drehzahlumschaltung,
- geräuscharme Betriebsweise durch niedrige Drehzahlen in den unteren Schaltstufen in Verbindung mit einstellbarer Stufenbegrenzung.
| Bild 8: Datenbusgestützte Regelung für Lufterhitzer. |
Fazit
Ob die Beheizung einer Halle zur Zufriedenheit funktioniert, hängt von einer sorgfältigen Planung im Vorfeld ab. Das Optimum ist erreicht, wenn die Kosten für die Investition und den Betrieb mit der erwarteten Qualität übereinstimmen.
Internetinformationen: |
B i l d e r : Kampmann GmbH, Lingen (Ems)
* Dipl.-Ing. (FH) Johannes Dierkes, Produktmanagement Kampmann GmbH, Lingen (Ems)
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