Raumlufttechnik für Verkaufsstätten

Gesunde Luft bei minimalem Energieeinsatz

Dipl.-Ing. Herbert Schartmann
Gebäude, die dem Verkauf von Waren dienen, benötigen eine gesundheitsförderliche Raumluft für das Personal, eine geruchsneutrale Luftqualität die dem Kunden angenehm ist, und Raumtemperaturen zwischen 21°C und 26°C je nach Außenluftzustand. Die nachfolgenden Lösungsvorschläge sollen ein Beitrag zu einer Anlagentechnik sein, die mit reduziertem Energiebedarf und reduzierten Investitionen die Aufgaben erfüllt.

Im Prinzip regelt die Norm

Aufgabenstellung

Großflächige Verkaufsräume, evtl. in mehreren Geschossen übereinander, haben meist geringe Wärmebedarfswerte. Heizung ist nur nach längeren Stillstandszeiten der Verkaufsräume im Winter erforderlich, sind doch die internen thermischen Lasten aus Personen, Maschinen und Beleuchtung mit etwa 35 bis 55 W/m² größer als der max. Wärmebedarf. Auch im Winter muss Wärme abgeführt werden [1]. Die DIN 1946 Teil 2 [2], die VDI 2082 [3], die Arbeitsstättenverordnung (ASR) und die Geschäftshausverordnung (HhVO) der Länder regeln die Grenzwerte bezüglich Außenluftvolumenströme und Raumtemperaturen.

Ein Kaufhaus - praktisch fensterlos - könnte also mit der Abwärme die erforderliche Außenluft auf die Zulufttemperatur erwärmen. Die wenigen Stunden im Winter mit Wärmebedarf rechtfertigen wohl kaum die Investitionen für ein statisches Heizsystem mit Kesselhaus, Kamin, Wassernetz etc. Die Beleuchtung kann heizen oder die Zuluft erhält eine Elektroheizung.

Lediglich die den Verkaufsräumen zugeordneten Sozialräume und Büros benötigen eine Warmwasserheizung von geringer Größe, ausgeführt mit platzsparender Wandtherme. Der Raumbedarf (umbauter Raum) für die technische Gebäudeausrüstung wird dann ein Minimum, wenn die Luftbehandlungsgeräte kompakt mit hocheffizienter Wärmerückgewinnung, luftgekühlter Kältemaschine und zusätzlicher Lufterwärmung als Wärmepumpe oder Elektrolufterhitzer ausgestattet sind.

Die Lösung mit Kompaktgeräten

Steckerfertige RLT-Zentralgeräte mit eingebauter DDC-Regelung, Filterung, Schalldämpfung, Kältemaschine, Wärmerückgewinnung und Bypässen reduzieren den Bedarf an Wärme und Strom auf ein Minimum. Im gleichen Maße verringert sich der Koordinationsaufwand. Die Geräte werden nach Probelauf im Herstellerwerk in kürzester Zeit in Betrieb gesetzt. Dies erspart zusätzlich Zeit und Kosten bei Planung, Montage und Wartung.

Der Einsatz von Wärmerückgewinnern mit hoher Rückwärmzahl reduziert die Emissionen. Dem System kann eine hohe Umweltverträglichkeit bescheinigt werden. Hierzu zählen auch die Ausstattung mit Schalldämpfern und die geringe Gehäuseabstrahlung des doppelschaligen Gehäuses. Bei Außenaufstellung ist dies eine besondere Forderung: Schutz der Nachbarschaft vor Störgeräuschen.

Die Vermeidung von Umluftbetrieb und Luftübertragung durch Spülkammer am WRG-Rotor und Ventilatoranordnung führt zu optimalen Hygienebedingungen. Bei reduziertem Außenluftbedarf werden die Volumenströme durch Drehzahlreduktion angepasst. Regelbare Ventilatoren ermöglichen darüber hinaus die Einsparung an Strom durch die Schaltung von Bypässen und Anpassung an veränderliche Filterwiderstände [4]. Die Wärmeaustauscher-Widerstände reduzieren sich durch die Öffnung der Bypässe. Die Ventilatordrehzahl sinkt, der Leistungsbedarf fällt entsprechend ab, die Stromkosten ebenfalls.

Geräte ohne Wasser-Luft-Erwärmer mit Rotationswärmerückgewinner und luftgekühlter Kältemaschine sind frostsicher. Sie eignen sich vorzüglich zur Aufstellung im Freien ohne jede Zusatzeinrichtung wie Stillstandsregelung, Begleitheizung für Wasserrohre, Frostschutzmittel für Wasser etc.

Bild 1: Funktionsschema eines Raumklimagerätes zum Heizen und Kühlen mit Wärmerück-
gewinnung, Kältemaschine und Bypässen. (Erklärung der Bezugszahlen im Text.)

Raumklimagerät mit Elektrolufterwärmer

Das Bild 1 zeigt das Funktionsschema eines kombinierten Zu- und Abluftgerätes zum Heizen, Kühlen, Wärmerückgewinnung und luftgekühlter Kältemaschine für höchste Betriebssicherheit im Dauerbetrieb und minimalen Energieverbrauch. Die Außenluft AU wird über eine luftdichte Gliederklappe (1) angesaugt und gefiltert (2). Der Radialventilator (3) fördert die Luft über die Verteilkammer durch den Rotationswärmerückgewinner (5). Über ein geregeltes Klappensystem (4) wird je nach Lastzustand ein Teil der Außenluft als Prozessluft für die Kältemaschine der Abluft AB zugemischt oder als Bypass (6) zur Druckreduktion am WRG-Rotor vorbeigeleitet. Damit wird der jeweils beste Wirkungsgrad für die Ventilatoren, Kältemaschine und Wärmerückgewinnung erreicht.

Nach der WRG wird die Zuluft bei Bedarf im Winter durch einen stufenlos regelbaren Elektrolufterwärmer (7) auf die erforderliche Zulufttemperatur gebracht bzw. im Sommer im Direktverdampfer (8) nachgekühlt. Der Bypass (9) dient der Druckreduktion bzw. der Regelung. Die hohe Rückwärmzahl des Rotors und die Temperaturerhöhung durch den Ventilator macht den Elektroerwärmer nur bei sehr niedrigen Außentemperaturen notwendig. Die mittlere Energieaufnahme dieses Erhitzers ist geringer als der Strombedarf für die Pumpen einer traditionellen PWW-Anlage.

Die Abluft AB tritt über eine Jalousieklappe (10) und ein Filter (11) zur Vermeidung der Geräteverschmutzung in das Gerät ein und gibt ihre Wärmeenergie über den Rotor an die Außenluft ab bzw. nimmt diese im Sommer auf. Die Bypassklappe (12) reduziert den Druckbedarf des Abluftventilators und versorgt den druckseitig vom Ventilator (13) angeordneten Verflüssiger (15) der Kältemaschine mit dem erforderlichen Luftvolumenstrom. Die Kälteanlage hat 2 Verdichter im Verbundsystem (14). Die Bypassklappe (16) ist im Winterbetrieb geöffnet, um den Druckbedarf des Abluftventilators zu senken.

Bild 2: Steckerfertiges RLT-Zentralgerät für Zu- und Abluft mit Wärmepumpe, WRG-Rotor und Schaltschrank mit DDC-Regelung. Oben von links nach rechts Abluft; unten von rechts nach links Zuluft. (Filtertaschen nicht eingesetzt).

Raumklimagerät mit Wärmepumpe

Bild 2 zeigt ein steckerfertiges RLT-Zentralgerät als kombiniertes Zu- und Abluftgerät zu Heizen, Kühlen, Wärmerückgewinnung und luftgekühlter Kältemaschine, umschaltbar auf Wärmepumpenbetrieb. Schalldämpfer in der Zu- und Abluft sind ebenso integriert wie der komplette Schaltschrank, den MSR-Komponenten und der DDC-Regelung.

Durch die Ausnutzung des Fortluftstromes FO zum Abführen von Verflüssigungswärme im Kühlbetrieb bzw. Nutzung der Fortluftwärme im Heizbetrieb (Klimaanlagen mit hohem Außenluftbedarf in Kaufhäusern) kann die Erwärmung der Außenluft auf Raumtemperatur ohne Kalt- oder Warmwasser erfolgen. Im Heizbetrieb übernimmt zunächst der drehzahlgeregelte Rotationswärmerückgewinner die Erwärmung der Außenluft. Mit sinkender Außentemperatur wird die Wärmepumpe stufenweise zugeschaltet. Über einen luftseitigen Bypass (Bild 3) wird die Kondensationstemperatur des Kältemittels geregelt. Die Regelung kompensiert durch Drehzahlregelung des Rotors die Übertragungsleistung im Wärmepumpenbetrieb.

Bild 3: Schaltschema eines steckerfertigen RLT-Zentralgerätes für Zu- und Abluft mit Wärmepumpe und WRG-Rotoren.

Im Sommerfall arbeitet die Wärmepumpe als luftgekühlte Kältemaschine in Stufen. Steigt die Außentemperatur über die Ablufttemperatur, übernimmt der Rotationswärmeaustauscher entsprechend seiner hohen Rückwärmzahl einen Teil der Kühlung.

Zusammenfassung

Die Beschreibung zweier beispielhafter Raumklimageräte zeigen die Möglichkeiten, energieoptimiert Außenluft auf die im Sommer- und Winterbetrieb erforderliche Zulufttemperatur zu bringen. Die deutliche Energieeinsparung und eine Vereinfachung der technischen Gebäudeausrüstung führt in vielen Anwendungsfällen zu erheblich reduzierten Investitionen. Die relativ einfachen Lösungen tragen zu einer hohen Betriebssicherheit bei. Die Wartungsaufwendungen sind gering.

Verkaufsstätten mit niedrigem Wärmebedarf, hohen internen Kühllasten und relativ großem Außenluftbedarf können mit optimierten Nur-Luft-Anlagen wirtschaftlich versorgt werden. In den Zeiten außerhalb der Verkaufszeiten (Sonntage, Feiertage und Nachts) können die Anlagen abgeschaltet werden bzw. durch intermittierende Betriebsweise die Mindestraumtemperatur halten. Die vorgestellten Anlagensysteme ohne Umluft ermöglichen es in den Räumen eine hohe Luftqualität zu erreichen. Angesichts der Schadstoffe aus Textilien, Möbeln, Verpackungen, Kunststoffen, Einrichtungen etc. ist die Einhaltung einer ausreichenden Luftgüte für Personal und Kunden in den Verkaufsstätten besonders wichtig. Die Raumlufttechnik bietet gute Lösungsmöglichkeiten, die sich für den Anlagenbetreiber und Nutzer verkaufsfördernd auszuwirken.

Literatur:

[1] Recknagel, Sprenger, Schramek: Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik 2000; Abs. 3.6.6 Verkaufsstätten. R. Oldenburg Verlag.

[2] DIN 1946 Teil 2: Raumlufttechnik, Gesundheitstechnische Anforderungen. Januar 1994.

[3] VDI 2082: Raumlufttechnik für Geschäftshäuser und Verkaufsstätten. Dezember 1988.

[4] Schartmann, H.: Energieeinsparung durch RLT-Zentralgeräte mit Bypässen. HLH Bd. 47 (1996) Nr. 3.

* B i l d e r : ROX Lufttechnik GmbH, Weitefeld

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