IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 7/1996, Seite 46 ff.

HEIZUNG/LÜFTUNG

Beheizung und Klimatisierung großer Objekte

Dipl.-Ing. Klaus Brenndörfer

Für die reine Beheizung oder die Beheizung mit Klimatisierung von Produktionshallen, Lager und ähnliche Räumlichkeiten gibt es eine ganze Reihe von Möglichkeiten. Dieser Artikel nennt die Merkmale der einzelnen Systeme und ihre Einsatzbedingungen.

1. Unterschiede zwischen Konvektions-, Strahlungsheizungen und Luftheizsystemen

Konvektionsheizungen, zum Beispiel Plattenheizkörper oder Radiatoren sowie Strahlungsheizungen, zum Beispiel Fußbodenheizungen, haben große Wasserinhalte und zum Teil auch große Speichermassen. Deshalb handelt es sich um relativ träge Heizungssysteme, die nur langsam ansprechen. Das sind physikalisch-technische Grundbedingungen, die ein kontinuierliches Durchheizen erforderlich machen, abgesehen von geringen Absenkungsphasen, zum Beispiel während der Nachtstunden.

Bei großen Objekten wie Montagehallen, Werkstätten, Supermärkten usw. sind die Heizkosten enorm hoch. Um Kosten zu sparen, wird die Heizungsanlage in der Regel am Wochenende oder in der Nacht ganz abgeschaltet. Die Heizung soll dann erst bei Betriebsbeginn einschalten. Mit den erwähnten Heizungssystemen und deren langsamer Anlaufphase ist das sehr schwer zu realisieren.

Industrie- und Montagehallen sind in der Regel sechs bis zehn Meter hoch. Eine Montage der Heizkörper ist nur an den Umschließungswänden möglich. Dadurch entsteht ein großer Wärmestau im Deckenbereich und keine befriedigende Wärmeverteilung, besonders in der Hallenmitte. Eine Fußbodenheizung kommt wegen hoher Kosten als Alternative nur selten in Frage.

Ein weiterer Aspekt ist der Luftwechsel und die Luftfilterung. Mit Heizkörper- oder Fußbodenheizung ist lediglich über Fugen oder Fenster eine natürliche Lüftung gewährleistet. Bei Industrieprozessen werden jedoch zum Teil geruchsbehaftete oder gesundheitsgefährdende Gase frei, die über Absauganlagen ins Freie gelenkt werden müssen. In diesen Fällen ist eine natürliche Lüftung nicht ausreichend oder unzulässig.

2. Vorteile von Luftheizungssystemen

Die Nachteile der oben beschriebenen Heizungssysteme können mit Luftheizungen vermieden werden. Sie haben durch die Ventilatorunterstützung ein schnelles Ansprechverhalten. Sie lassen sich sowohl an Wänden als auch im Deckenbereich montieren und bringen Wärme oder Kälte gezielt dort hin, wo sie tatsächlich erwünscht sind.

Luftheizungen können durch den Einsatz von Jalousieklappen im Umluft-, Mischluft- oder Außenluftbetrieb arbeiten und sorgen so für angenehmes Raumklima und für gute Luftqualität.

3. Ausführungen und Einsatzgebiete von Luftheizungssystemen

Bei Luftheizungen wird unterschieden in Systeme, die erwärmte oder gekühlte Luft ohne Kanalanschluß direkt in den Raum einbringen und Systeme mit Kanalanschluß.

Bild 1: Klimatruhen sind einsetzbar im Alt- und Neubau. Sie sind geeignet für Außenluft-, Mischluft- und Umluftbetrieb als Decken- und als Wandgerät.

3.1 Luftheizungssysteme ohne Kanalsystem

3.1.1 Klimatruhen (Bild 1)

Im Vergleich zu Zentral-Klimageräten, die für die Klimatisierung eines ganzen Gebäudes eingesetzt werden, verwendet man Klimatruhen für die Klimatisierung eines Raumes. Sie werden daher auch als Raumklimageräte bezeichnet. Ebenso wie Zentral-Klimageräte sind die Klimatruhen für vielfältige Aufgaben geeignet. Der überwiegende Einsatzbereich ist in öffentlichen Gebäuden wie Schulen, Ämter, Kliniken oder auch Großraumbüros.

Heizen mit Klimatruhen

Klimatruhen eignen sich sehr gut zum Beheizen von Räumen aller Art, insbesondere im Komfortbereich. Sie bringen eine wesentlich höhere Heizleistung als die sonst üblichen Heizkörper und können sowohl stehend, senkrecht an der Mauer oder waagerecht hängend an der Decke montiert werden. Weil Klimatruhen auch bei niedrigen Vorlauftemperaturen noch gute Heizleistungen bringen, eignen sie sich besonders für moderne Niedertemperaturheizungen. Durch den serienmäßigen Einsatz eines Filters entfällt beim Heizen die unangenehme Staubentwicklung.

Kühlen mit Klimatruhen

Klimatruhen eignen sich auch zum Kühlen eines Raumes. Der Wärmetauscher der Klimatruhe wird für diesen Zweck von Kaltwasser durchströmt. Die große Oberfläche dieses Wärmetauschers ermöglicht eine intensive Kühlung der vom Ventilator durchgesaugten Luft. Beim Abkühlen der warmen Luft kann die Feuchtigkeit an den Lamellen des Wärmetauschers kondensieren, wodurch die Luft nicht nur gekühlt, sondern auch entfeuchtet wird.

Heizen und Kühlen mit Klimatruhen

Durch den Einsatz spezieller Wärmetauscher, sogenannte Vierleiterwärmetauscher, für den Anschluß sowohl für Kaltwasser als auch für Warmwasser, kann man je nach Bedarf heizen oder kühlen. Diese Klimatruhen sorgen also das ganze Jahr über für ein behagliches Raumklima.

Bild 2: Luftheizer sind in allen Bereichen der Raumbeheizung einsetzbar, als Wand- und als Deckengerät.

3.1.2 Luftheizer (Bild 2)

Luftheizer benötigen keinen Kanalanschluß, sie sind an Wänden und Decken montierbar. Verschiedene Ausblasvarianten wie Jalousie, Breitausblas, Vierseitenausblas oder Induktionsjalousie ermöglichen eine anwendungsspezifisch optimale Wärmeverteilung. Mit einem 5-Stufen-Schalter kann die Drehzahl und damit der Volumenstrom und Wärmebedarf den jeweiligen Bedingungen angepaßt werden. Um einen geringen Wärmeverlust besonders im Deckenbereich zu erreichen, sollte die Ausblastemperatur nicht überhöht ausgelegt werden. Um unangenehme Zugluft zu vermeiden, müssen geringe Luftgeschwindigkeiten im Aufenthaltsbereich geschaffen werden. Bei Deckenmontage von Luftheizern ist jedoch eine bestimmte Mindest-Ausblasgeschwindigkeit erforderlich, um die Warmluft gegen den thermischen Auftrieb nach unten in den Aufenthaltsbereich fördern zu können. Bei Verwendung einer Induktionsjalousie an der Ausblasseite des Luftheizers wird über Injektorwirkung Umgebungsluft in den warmen Luftstrahl eingesaugt (Bild 3). Es kommt zur Durchmischung erwärmter Zuluft mit Umgebungsluft und zur Erhöhung der umgewälzten Luftmenge. Ausreichende Luftumwälzzahlen und reduzierte Ausblastemperaturen infolge der Luftbeimischung erreichen eine optimale Wärmeverteilung in der Halle. Gleichzeitig reduziert sich die Temperatur im Deckenbereich, womit Energieeinsparungen gegenüber Luftheizer ohne Induktionsjalousie von 10 bis 20% realistisch sind. Aufgrund der schnellen, einfachen Montage an jedem beliebigen Ort und dem günstigen Preis-/Leistungsverhältnis finden Luftheizer in den letzten Jahren zunehmend auch in Baumärkten, Supermärkten oder Möbelhäusern ihren Einsatz.

Bild 3: Luftheizer mit Induktionsjalousie. Sie dienen der besseren Wärmeverteilung in der Halle.

3.2 Luftheizungen mit oder ohne Kanalsystem

Warmlufterzeuger (Bild 4)

Warmlufterzeuger nehmen bei den Luftheizungen eine Sonderstellung ein, denn sie sind sowohl ohne als auch mit Kanalsystem einsetzbar.

In freiausblasender Ausführung werden Warmlufterzeuger überwiegend im Industriebereich eingesetzt. Sie bieten die schnellste und kostengünstigste Möglichkeit, große Hallen zu beheizen, da die Lufterwärmung über eine direkt befeuerte Brennkammer erfolgt. Die Befeuerung ist sowohl mit einem Öl-Gebläsebrenner, als auch mit einem Gas-Gebläsebrenner möglich. Darüber hinaus ist es nach DIN 4794 Teil 5 (Allgemeine und sicherheitstechnische Anforderungen, Aufstellung und Betrieb von Warmlufterzeugern) im Gewerbebereich mit Sondergenehmigung zulässig, die Warmlufterzeuger mit Gesamtnennwärmeleistung über 50 kW auch direkt in der Halle aufzustellen.

Bild 4: Warmlufterzeuger (heizöl-, erdgas- oder flüssiggasbefeuert) als stehendes oder liegendes Gerät einsetzbar.

Ein Heizungsraum ist nicht nötig, ebenso keine wasserseitige Verrohrung und kein gemauerter Schornstein. Mit diesen wirtschaftlichen Vorteilen finden direktbefeuerte Warmlufterzeuger im gewerblichen Bereich zur Hallenbeheizung ihr größtes Einsatzgebiet.

4. Raumklima und Klimageräte

Das Wohlbefinden des Menschen und somit seine Leistungsfähigkeit wird in einem geschlossenen Raum durch viele Faktoren beeinflußt. Zu den wichtigsten Faktoren, die auf den Menschen einwirken, gehören die Temperatur, die Feuchtigkeit und die Geschwindigkeit der umgebenden Luft sowie die Wärmestrahlung, die von den Wänden ausgeht. All dies kann man zusammenfassen unter dem Begriff "Raumklima".

Bild 5: Klimagerät mit verschiedenen Luftaufbereitungskammern.

Das Hauptgewicht der Klimafaktoren, die das Wohlbefinden des Menschen und seine Leistungsfähigkeit beeinflussen, liegt auf der Temperatur und der Feuchtigkeit der umgebenden Raumluft sowie auf dem Bedürfnis des Menschen, eine unverbrauchte und nicht verunreinigte Luft zu atmen. Wenn es die Aufgabe einer Lüftungs- und Klimaanlage sein soll, für den Menschen ein behagliches Raumklima oder für einen bestimmten Produktionsprozeß die richtige Umgebung zu schaffen, dann ist mit den genannten Faktoren die Aufgabenstellung für eine Klimaanlage formuliert. Unter einem Klimagerät ist also ein Gerät zu verstehen, das je nach Bedarf die Luft erwärmen, kühlen, reinigen, be- und entfeuchten kann (Bild 5). Ein Gerät, das alle diese Aufgaben erfüllt, bezeichnet man als Vollklimagerät. Alle anderen Ausführungen, die diese Funktionen nur teilweise erfüllen können, nennt man Teilklimageräte.

Bild 6: Plattenwärmetauscher im Kreuzstrombetrieb - zwei getrennte Luftströme.

5. Luftheizungen mit Kanalsystem

Klimageräte mit Wärmerückgewinnungssystemen (WRG)

Voll- oder Teilklimageräte werden in der Praxis überwiegend im Mischluftbetrieb oder im reinen Außenluftbetrieb eingesetzt. Da oft hohe Luftwechselraten gefordert sind, ist es aus energetischen und Umwelt-Aspekten am effizientesten, die Klimageräte mit Wärmerückgewinnungssystemen zu kombinieren. Zur Auswahl stehen hier:

Je nach Gerätetyp sind damit Rückwärmzahlen bis ca. 80% zu erreichen.

Bild 7: Beim Rotationswärmetauscher (RWT) nimmt eine rotierende Speichermasse vom Abluftstrom Wärme und gegebenenfalls auch Feuchtigkeit auf und gibt sie an den Außenluftstrom ab.


Die Auswahl des WRG-Systems ist vom Verwendungszweck des zu klimatisierenden Raumes abhängig. Bei den drei Systemen Plattenwärmetauscher, kreislaufverbundenes System und Wärmerohr wird der Abluft nicht nur Wärme entzogen, sondern auch Feuchtigkeit, die beim Abkühlen der Abluft kondensiert. Ohne Befeuchtungssysteme wie Sprühdosenbefeuchter, stellt sich dann ein relativ trockenes Raumklima ein. Ist dies erwünscht, so richtet sich die Auswahl des geeigneten WRG-Systems nur nach wirtschaftlichen Kriterien. Im Gegensatz dazu kann bei den Rotationswärmetauschern die Feuchtigkeit (der Wasseranteil der Abluft) an die Zuluft übertragen werden. Damit bleibt bei Verwendung eines Rotationswärmetauschers die relative Luftfeuchtigkeit im Raum erhalten.

Bild 8: Beim kreislaufverbundenen System erwärmt die warme Abluft das Wasser im Abluftwärmetauscher. Eine Umwälzpumpe transportiert dieses Wasser zum Außenluftwärmetauscher, der die Wärme an den Außenluftstrom überträgt.

Wärmerückgewinnungssysteme kann man aber nicht nur in den Wintermonaten zur Vorerwärmung der Außenluft einsetzen, sondern im Sommer auch zur Vorkühlung der Außenluft. Durch einen fast ganzjährigen Betrieb sind Klimaanlagen die effizientesten Luftheizungen für größere Objekte. Sie bieten nicht nur Lufterwärmung, sondern auch Filterung, Be- und Entfeuchtung sowie Kühlung und schaffen so immer ein "ideales" Raumklima.

Bild 9: Im warmen Abluftstrom verdampft das im Wärmerohr eingeschlossene Kältemittel. Dieser Dampf gelangt vom warmen Abluftstrom nach oben in den kalten Außenluftstrom, gibt dort seine Wärme ab und kondensiert. Das Kältemittel fließt zurück, der Kreislauf beginnt von neuem.

Mit zunehmenden Anforderungen an den Umweltschutz und der Verknappung von Rohstoffressourcen tritt der wirtschaftliche Aspekt beim Einsatz von Wärmerückgewinnungssystemen immer mehr in den Vordergrund. Ein positiver Trend für die Umwelt, von dem man nur hoffen kann, daß er auch in Zukunft weiter anhalten wird.

B i l d e r :   Wolf GmbH

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