IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 10/2001, Seite 51 ff.
KLIMATECHNIK
| Ob Autohaus, Ladengeschäft oder Gartencenter – der Trend zur individuellen, dezentralen Klimatisierung setzt sich nach Erkenntnissen des Klimatechnikspezialisten GEA Happel durch. |
Klimatisierung in gewerblich genutzten Hallen
Martin Schellhorn
Nicht nur die Heizung, sondern auch die Kühlung von gewerblich, bzw. industriell genutzten Hallen wird immer öfter geplant und umgesetzt. Zum Einsatz kommen häufig dezentrale, multifunktionale Geräte. Sie sind einfach aufgebaut und bestehen primär aus einem Ventilatormotor, einem Wärmeaustauscher, der Verrohrung und einer Ausblasjalousie sowie dem eigentlichen Gehäuse. Dennoch können sie nahezu alle klimatischen Anforderungen eines Gebäudes erfüllen.
Warum sich auch in gewerblich oder industriell genutzten Hallen der Trend zur Kühlung immer mehr durchsetzt, hat viele Gründe:
- Oftmals sind die internen, sensiblen Wärmelasten durch Mensch und Maschinen zum Teil schon ohne die äußeren Faktoren, wie immer höhere Durchschnittstemperaturen in den Sommermonaten, sehr hoch. Der Trend zur Kühlung wird darüber hinaus durch eine wesentliche Tatsache bestimmt: Der Faktor Arbeit ist in Deutschland zur teuersten Ressource geworden. Untersuchungen von D. Wyon/Fanger belegen, dass die geistige Leistungsfähigkeit des Menschen in direkter Abhängigkeit zur Raumtemperatur steht. Bei 25°C sind noch 85% des Leistungspotenzials vorhanden – bei 29°C nur noch 70%.
- Nahezu 50% aller neuen PKW sind mit einer Klimaanlage ausgerüstet. Dementsprechend wissen immer mehr Menschen die Vorteile einer komfortablen, behaglichen Temperatur zu schätzen und sind nicht mehr bereit, am Arbeitsplatz hohe Temperaturen zu ertragen.
- Gewerbe- und Industriehallen werden beispielsweise als Logistikhallen, Lager, Bau- und Gartenmärkte, Ausstellungsräume, Produktionsbetriebe, Freizeithallen für den Sport usw. definiert. Dort wo Freizeit z.B. mit Sport erlebt oder eingekauft wird, sind die Konsumenten ebenso wenig bereit, unangenehm hohe Temperaturen zu fühlen. Damit ist die Klimatisierung nicht nur im Produktionsbereich, sondern auch bei gewerblich genutzten Hallen zu einem wirtschaftlichen Faktor geworden.
Aufgrund des massiven Zuspruchs von Seiten der Kunden hat Klimagerätehersteller GEA Happel zur diesjährigen ISH Frankfurt sein Angebot in dem Segment der dezentralen Luftbehandlungsgeräte ausgeweitet. Mit dem neuen GEA MultiMAXX M3 steht erstmals ein Einstiegsgerät im niedrigen Preissegment zur Verfügung, das volle Multifunktionalität – heizen, kühlen, lüften und filtern – verspricht.
Um konkrete Anhaltspunkte für die Auswahl und Planung von dezentralen Systemen zur Hallenklimatisierung zu geben, werden nachfolgend drei Faktoren ausgewählt, die exemplarisch wesentliche Fakten im Aufbau von dezentralen Luftbehandlungsgeräten herausgreifen.
| Die Sekundärluftjalousie ist zum technischen Standard bei Luftbehandlungsgeräten geworden. Sowohl bei Heiz- als auch Kühlanwendungen gewährleistet sie zusammen mit der entsprechenden Regelung nicht nur einen hohen Komfort, sondern auch eine Reduzierung der Energiekosten. |
Die Multifunktionalität
Statt einseitig ausgerichteter Produkte zur Beheizung zählt für den Auftraggeber immer mehr die Multifunktionalität in einem Gerät. Heizung, Luftzufuhr, Luftfilterung und Kühlung – das sind die Grundfunktionen eines modernen Systems zur Luftbehandlung in Hallen und Räumen. Je nach Hallentyp, den darin gelagerten Gütern oder arbeitenden Menschen lässt sich ein individuelles Profil ableiten, das mit den Rahmenbedingungen der DIN-Normen, Arbeitsstätten-Verordnungen und der technischen Gebäudeausrüstung zusammen in einem endgültigen Anforderungs-Katalog zusammengefasst wird. Die Möglichkeiten zur Erfüllung dieser Ansprüche lassen sich durch differenzierte Zusammenstellung von dezentralen Luftbehandlungsgeräten mit unterschiedlichen Leistungsspektren kostengünstig erzielen.
Der Luftauslass
Eines der einfachsten aber gleichzeitig wichtigsten Elemente für den Komfort eines dezentralen Luftbehandlungsgerätes ist die Ausblasjalousie. Über unterschiedliche Formen von Luftleitblechen befördern Luftbehandlungsgeräte erwärmte oder abgekühlte Luft in den Aufenthaltsbereich. Jeder dieser Luftauslässe hat aber nur in bestimmten Anforderungen und Situationen – z.B. der Schnellaufheizung der Halle – einen speziellen Vorteil. Als universelle, optimale Lösung ist dagegen die Sekundärluftjalousie zum technischen Standard geworden. Sie garantiert nicht nur hohen Komfort im Kühl- und Heizfall, sondern reduziert nach Untersuchungen neutraler Institute auch wesentlich den Energieverbrauch.
Die Sekundärluftjalousie verfügt statt der sonst üblichen Luftlenkbleche über Tragflächen ähnliche Profile. Jeweils zwei davon bilden eine verstellbare horizontale Düse zur stufenlosen Erhöhung der Luftaustrittsgeschwindigkeit. Durch die verstellbare Verengung des Querschnitts kann diese bis zum 2,5-fachen erhöht und dadurch auch die Wurfweite des Luftstrahls verändert werden. Der thermische Auftrieb der ausgeblasenen Luft wird nachhaltig reduziert. Hohe Temperaturen unter der Hallendecke können erst gar nicht entstehen.
| Vergleich von Deckentemperatur, Wurfweite und Behaglichkeitszone eines Luftbehandlungsgerätes mit herkömmlicher Ausblasjalousie und einem GEA MultiMAXX-Gerät mit Sekundärluftjalousie. |
Der Hersteller verweist auf Grundlage von Untersuchungen neutraler Institute und der zahlreichen Erfahrungen auf eine Temperaturschichtung von maximal 0,2 K pro Höhenmeter. Bei einer Raumtemperatur von 15°C ist es in fünf Metern Höhe an der Decke mit 16°C lediglich ein Grad wärmer. Durch die Wirkungsweise der Sekundärluftjalousie gelingt es darüber hinaus, mit langen und stabilen Luftstrahlen eine wesentlich größere Sekundärluftwalze im Aufenthaltsbereich aufzubauen. Diese hat durch ihr größeres Volumen mehr Reibungsfläche und verlangsamt sich darum wieder auf die im Aufenthaltsbereich angestrebten niedrigen Luftgeschwindigkeiten von 0,1 bis 0,2 m/s, die der Mensch nicht mehr wahrnehmen kann.
Durch die stufenlose Verstellungsmöglichkeit der Profile zueinander ist eine Vielzahl verschiedener Funktionen variabel einstellbar. Beispielsweise kann für einzelne Geräte die Luftaustrittstemperatur, die Wurfweite und die Größe der Sekundärwalze variiert werden. Dadurch lässt sich jedes Luftbehandlungsgerät individuell an die örtlichen Gegebenheiten und Anforderungen anpassen. Mit der spezifischen Bildung von "Klimainseln" kann damit direkt z.B. auf Wärmeemissionen von Maschinen mit dem dezentralen Luftbehandlungsgerät in den Einstellungen der Sekundärluftjalousie reagiert werden.
Die zusammen mit der Universität Essen / Prof. Dr.-Ing. Fritz Steimle durchgeführten, Messreihen ergaben eine mittlere Energieeinsparung von 38%. In der vielfältigen Praxis sind mit der oft serienmäßig integrierten Sekundärluftjalousie bei Luftbehandlungsgeräten 10 bis 15% niedrigere Energiekosten zu erwarten.
Die Regelung und Kommunikationsfähigkeit des Systems
Die maximale Energieeinsparung ist jedoch nur zu erzielen, wenn die Luftlenkung kontinuierlich auf sich permanent ändernde Betriebsbedingungen wie z.B. Lüfterdrehzahl, Raum-, Ausblas- und Heiz- bzw. Kühlwassertemperatur eingestellt wird, was die Notwendigkeit zum Einsatz einer entsprechenden Regelung bedeutet. Nur durch ein passendes Regelsystem lassen sich die hohe Flexibilität und Individualität des dezentralen Systems koordinieren, die unterschiedlichen Betriebszustände der dezentralen Luftheizgeräte erfassen und anschließend so steuern, dass die Wärme-, Kälte- und elektrische Energie effizient eingesetzt sowie der größtmögliche Komfort für Personen im Aufenthaltsbereich erzielt wird.
Zusätzlich stellt die variable Beimischung von Außenluftanteilen weitere Randbedingungen dar, die als "Regelungspotenzial" berücksichtigt werden müssen. Dazu sind mikroprozessorgesteuerte Regelungen notwendig, um auch komplexe steuerungstechnische Verknüpfungen von Betriebs- und Anlagenzuständen bedarfsgerecht zu verarbeiten.
| Anwendungsbeispiel für dezentrale, multifunktionale Luftbehandlung in einer industriell genutzten Halle. Hier sorgen die Luftbehandlungsgeräte zusammen mit dem Kaltwassererzeuger und der Regelung eines Systemanbieters für die gewünschte Raumklimatisierung in einer Druckerei. |
Trotz dieser umfangreichen Vorgaben sind bei einer Neuinstallation von GEA-Luftbehandlungsgeräten nur zwei Auslegungspunkte im Aufenthaltsbereich der Halle zu ermitteln und einzustellen. Zwischen diesen beiden ermittelten Punkten errechnet die spezielle Software der Regelung eine spezifische Kennlinie, auf der dann die Regelung erfolgt. Damit überlässt der Anwender bei der Luftbehandlung und dem gewünschten Komfort nichts mehr dem Zufall.
Die moderne Regelungstechnik bietet noch weitere Möglichkeiten, die Installations-, Energie- und Verkabelungskosten zu senken sowie gleichzeitig den Komfort zu erhöhen. Basis dafür ist die Bustechnologie zur Kommunikation zwischen Geräten, Regelung und darüber hinaus der eventuell vorhandenen Gebäudeleittechnik.
Was sind die wesentlichen Argumente für den Einsatz der Bustechnik? Ein wesentlicher Vorteil im Vergleich zu konventionellen Geräten und deren Verkabelung ist die Tatsache, dass die bislang zur Steuerung verwendeten, bis zu 12-adrigen Kabel mit einem Querschnitt von 1,5 mm2 durch 4-adrige Kabel für Kleinspannungen mit 0,8 mm2 (entspricht Telefonkabel) ersetzt werden können. Notwendig ist darüber hinaus nur noch die reine Spannungsversorgung der Geräte mit entsprechendem Kabelquerschnitt. Doch auch diese kann im Vergleich zu bislang üblichen Lösungen "durchgeschleift" werden. Die Sternverbindung vom Schaltschrank zu jedem Gerät wird überflüssig – mehrere Geräte können zusammengefasst werden. Dadurch reduzieren sich der Verkabelungsaufwand und die entsprechenden Kosten erheblich. Zur technischen Realisierung ist am GEA MultiMAXX das Leistungsteil montiert, das unter anderem die notwendige Drehzahlumschaltung mit Printrelais statt großformatiger Schütze umsetzt. Auch die bislang erforderlichen Zwischenklemmkästen werden hierdurch überflüssig, was zusätzlich die Investitionssumme verringert. Weil die Geräte über die Datenleitungen kommunizieren können, wissen sie außerdem voneinander, wie der jeweilige Betriebszustand der anderen Geräte ist und können so ein effizientes, harmonisches Gesamtsystem im Gebäudeklima erzeugen. Dadurch ist es auch möglich, dass beispielsweise drei Mischluft- und drei Umluftgeräte zusammen betrieben, angesteuert und mit einem gemeinsamen Summenablüfter versehen werden.
Fazit
Innovative und effiziente dezentrale Luftbehandlungsgeräte lassen sich an wenigen Faktoren erkennen. Bei gleichzeitigem Heiz- und Kühlbedarf in gewerblich und industriell genutzten Hallen sowie hohen Räumen sind dezentrale, multifunktionale Geräte zur sinnvollen Investitionsentscheidung geworden. Bieten diese gleichzeitig in einem Systemverbund mit moderner Regelungstechnik noch weitere Vorzüge in punkto Komfort als auch Investitions-, Installations-, Betriebs- und Wartungskosten, sind für diese Anforderungen kaum noch sinnvolle Alternativen zu finden.
Checkliste zur Auswahl von Geräten in der Hallenklimatisierung |
In jedem Fall sollten alle Angaben der Hersteller von Industriehallen-Heizungen bzw. -kühlungen geprüft und gegebenenfalls bei Auftragserteilung auch bestätigt werden, denn die Heiz- und Wartungskosten dieser Geräte übersteigen schon nach kurzer Zeit die Investitionskosten. Kurzfristige Entscheidungen bringen deswegen schnell langfristige Nachteile mit sich. Mit den folgenden Fragen können Planer, Installateure und Nutzer die wesentlichen Aspekte in der dezentralen Hallenklimatisierung checken.
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Internetinformationen: |
B i l d e r : GEA Happel Klimatechnik GmbH, Herne
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