Die Anforderungen bei der Belüftung und Temperierung einer Industriehalle sind so verschieden und vielfältig wie die Nutzungsmöglichkeiten eines solchen Gebäudes. Je nachdem, was in der Halle produziert wird, welche Maschinen dazu benutzt werden und wie viele Menschen sich darin aufhalten, muss sie mit Wärme und / oder Kälte sowie Frischluft versorgt werden.
Die Herstellung temperatur- und feuchteempfindlicher Produkte stellt beispielsweise besonders hohe Anforderungen an die Luftqualität und das thermische Umfeld. Wo geschweißt, gefräst, laminiert, lackiert oder mit Chemikalien gearbeitet wird, ist die Luft indes stark durch Schmutz- und / oder Schadstoffe belastet. Beim Einsatz großer Maschinen oder im Zuge von Metall- bzw. Kunststoffschmelzverfahren entstehen sehr hohe Wärmemengen, die abgeführt werden müssen, um ein angemessenes Arbeitsklima für die Mitarbeiter zu schaffen.
Bild: Kampmann
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Mögliche Klimatisierungskonzepte
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, individuelle klimatische Anforderungen mit entsprechender Gebäudetechnik zu erfüllen. So stehen einerseits zahlreiche Systeme zum reinen Heizen, Kühlen oder Belüften zur Verfügung, andererseits können Temperierung und Frischluftzufuhr auch kombiniert werden.
Welches Konzept letztlich die beste Lösung darstellt, hängt unmittelbar mit den objektspezifischen Rahmenbedingungen zusammen.
Daher ist bei der Planung und Auslegung eine individuelle Betrachtung entscheidend, um optimale Arbeitsbedingungen und qualitätsgerechte Herstellungsprozesse sicherzustellen. Dazu gehört unter anderem eine einfache und unauffällige Integration der Gebäudetechnik in die Halle, sodass Arbeits- und Produktionsabläufe nicht gestört werden. Andere wichtige Aspekte sind wie bei jedem gelungenen TGA-Konzept ein möglichst geringer Materialaufwand, der effiziente Einsatz von Energie sowie ein angemessener finanzieller Aufwand.
Steigender Kühlbedarf in Industriehallen
Lange Zeit war die Deckung des Wärmebedarfs die einzige Anforderung in Industriehallen. Aufgrund zunehmender Wärmelasten durch Maschinen und eines gewachsenen Komfortanspruchs seitens der Beschäftigten steigt allerdings seit Jahren die Anzahl der Fälle, in denen Industriehallen auch oder vor allem gekühlt werden müssen. So ist es heutzutage vielfach inakzeptabel, dass Mitarbeiter in Produktionshallen hohe Temperaturen hinnehmen, während ihre Kollegen in gut klimatisierten Büros sitzen. Und gerade in Zeiten des Fachkräftemangels kann eine angenehme und komfortable Arbeitsatmosphäre den entscheidenden, positiven Unterschied ausmachen.
Darüber hinaus bedingen bestimmte Produktionsprozesse eine Kühlung. In Bereichen der Präzisionsarbeit, wie beispielsweise der Medizintechnik, müssen konstante Temperaturen herrschen, die einen gewissen Wert nicht überschreiten.
Lufterhitzer / -kühler oder reine Schwerkraft
Eine einfache Möglichkeit zur Kühlung einer Industriehalle stellen Lufterhitzer mit Kühlfunktion dar. Ein Beispiel ist der Lufterhitzer Ultra von Kampmann, der sowohl effizient heizen als auch kühlen kann. Aufgrund des ringförmigen Wärmeübertragers in einem sechseckigen Gehäuse und der individuell einstellbaren Luftlenklamellen ist eine zielgerichtete Lenkung der aufbereiteten Luft in jede Richtung möglich. Darüber hinaus erfüllt das Deckengerät durch sein modernes Design hohe gestalterische Ansprüche und eignet sich daher auch für exklusivere Umgebungen.
Eine alternative Lösung sind Schwerkraftkühlsysteme. Diese nutzen den umgekehrten Kamineffekt: An der Wand wird ein Schacht installiert, darin oder darüber an der Hallendecke befindet sich ein Kühlregister. Die so gekühlte Luft sinkt aufgrund der größeren Dichte im Schacht nach unten und transportiert durch den entstehenden Unterdruck warme Luft von der Decke mit sich. An der unteren Öffnung tritt die Luft aus, erwärmt sich an Personen, Maschinen oder Wänden und steigt dann wieder auf.
Die durch Thermik erzeugte Luftgeschwindigkeit ist dabei so niedrig, dass Personen eine hohe Behaglichkeit empfinden. Darüber hinaus arbeiten Geräte wie der VertiCool von emco Klima, einer
Tochtergesellschaft von Kampmann, ohne Ventilator und somit geräuschlos, sodass auch von „stiller Kühlung“ gesprochen wird. Diese schafft eine ruhige Arbeitsatmosphäre mit angenehmen Temperaturen und fördert somit die Konzentration der Mitarbeiter.
Die nötige Kälteenergie kann ein Kaltwassererzeuger bereitstellen. Kampmann hat in diesem Bereich mehrere Modellvarianten der Serie KaClima mit dem Kältemittel R 32 im Programm. R 32 ist durch seinen niedrigen GWP-Wert (Global Warming Potential = relatives Treibhauspotenzial) von 675 gekennzeichnet, der um fast 75 Prozent geringer ist als der des bislang von zahlreichen Herstellern verwendeten Kältemittels R 410 A. Darüber hinaus bewirkt R 32 eine bessere Effizienz im Kältekreislauf, sodass die Kaltwassererzeuger je nach Modell die Energieeffizienzklasse A ++ bzw. A +++ erreichen und der sichere Betrieb bis zu Außentemperaturen von - 25 °C (Heizen) bzw. - 5 °C (Kühlen) möglich ist.
Industrieluftauslässe bringen konditionierte Frischluft ein
Deutlich aufwendiger und komplexer ist die Erstellung eines energetischen Konzepts in Industriehallen, die sowohl eine Temperierung als auch eine Versorgung mit Primärluft benötigen, da sowohl Systeme zur Belüftung als auch zum Heizen bzw. Kühlen eingesetzt werden müssen. Dabei gibt es zwei Ansätze: Entweder wird die Industriehalle über verschiedene Geräte mit Frischluft und Wärme bzw. Kälte versorgt, oder es erfolgt eine Einbringung vorkonditionierter Luft über Luftauslässe.
Aufgrund des höheren Komforts bietet sich in vielen Fällen die zweite Variante an. Die Luftauslässe befinden sich dabei im Deckenbereich oder in Bodennähe. Durch eine Installation im Arbeitsbereich ergeben sich besonders im Kühlfall verschiedene Vorteile. Die Quellluftauslässe am Boden lassen die Luft zunächst langsam in den Raum eintreten, sodass Zugerscheinungen vermieden werden.
Weil die frische Luft kälter ist als die Raumluft, bleibt sie im Bodenbereich und erzeugt einen Kaltluftsee, der allgemein als angenehm und frisch empfunden wird. Diese sogenannte Schichtenlüftung nutzt die thermische Auftriebsströmung an Wärmequellen wie Maschinen und Personen, mittels der die warme und belastete Luft mitgerissen und automatisch nach oben unter das Dach transportiert wird.
Das Energiesparpotenzial dieser Lösung ergibt sich durch die Möglichkeit, Hallen partiell versorgen zu können, da bei der Schichtenlüftung am Boden die Luft unter der Hallendecke nicht mitgekühlt wird. Zudem kann bei dieser Form der Lüftung häufig die kühle Außenluft ohne weitere Konditionierung eingesetzt werden, dies senkt den Primärenergieeinsatz und damit auch die Betriebskosten.
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Viel Luft, wenig Strömung
Eine besonders impulsarme und somit komfortable Lufteinbringung lässt sich mit speziellen Quellluftdurchlässen erreichen, die auch bei großen Luftmengen niedrige Strömungsgeschwindigkeiten ermöglichen. So ist der IQA von emco Klima speziell für den Industriebereich entwickelt worden. Über den Langlochzylinder wird die Quellluft eingebracht, der innen liegende Wabengleichrichter bewirkt dabei eine gleichmäßige Abströmung. Der Auslass hat zudem im unteren Bereich eine Luftlenkklappe, die im Kühlfall geschlossen ist, sodass die gesamte Luft durch den Wabengleichrichter fließt.
Wenn geheizt wird, ist die Klappe hingegen geöffnet,und die Luft strömt am Wabengleichrichter vorbei und tritt mit einer höheren Geschwindigkeit unten aus dem Auslass. Der hohe Austrittsimpuls sowie der offene Boden unterstützen dabei eine günstige Verteilung der erwärmten Luft.
Ein alternativer Quellluftauslass ist der emcoair Luwiro mit seinem individuell einstellbaren Drallluftstrahl und umschließenden Wabengleichrichter. Dadurch verteilt sich die Zuluft mit einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeit gleichmäßig über die gesamte Austrittsfläche und schafft so eine angenehme Arbeitsatmosphäre.
Unabhängig von der letztlich gewählten Lösung sollte bei der Planung ein wichtiger Aspekt berücksichtigt werden: Je eher das Lüftungssystem und die damit verbundenen Auslässe im Planungsprozess berücksichtigt werden, desto erfolgreicher können Probleme vermieden werden. Denn wenn die Aufstellflächen für Maschinen sowie die Wege für Fertigungsabläufe und Warenflüsse bereits feststehen, lassen sich besonders bei der Platzierung bodennaher bzw. am Boden stehender Industrieauslässe nur noch wenig zufriedenstellende Kompromisslösungen finden.
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Zwei-Richtung-Lüftungsanlagen belüften und temperieren
Eine Alternative zur Belüftung und Temperierung einer Industriehalle über ein zentrales RLT-Gerät sowie einen zentralen Wärme- bzw. Kälteerzeuger sind Zwei-Richtung-Lüftungsanlagen mit effizienter Wärmerückgewinnung, wie das Hybrid-Eco-System von Kampmann. Hier erfolgt das Heizen bzw. Kühlen über dezentrale Geräte im Gebäudeinneren, das zum Einsatz kommende RLT‑Gerät wird lediglich zur reinen Lüftung und Wärmerückgewinnung eingesetzt.
Die Luft wird über ein Kanalsystem etwa 10 cm über dem Sekundärluft (Umluft)-Ventilator eines Raumgerätes ausgeblasen, wie etwa dem des Fan Coils Ultra. Im Lüftungsfall arbeitet das RLT-Gerät und der Lufterhitzer nimmt die Frischluft auf und erwärmt bzw. kühlt diese. Ist nur eine Beheizung oder Kühlung des Raumes gefordert, arbeitet der Lufterhitzer im Sekundärluftbetrieb. In Übergangszeiten kann zudem die freie Nachtkühlung, sprich eine reine Frischluftzufuhr genutzt werden.
Durch diese Möglichkeiten reduzieren sich der Energieaufwand und somit die Betriebskosten für die Belüftung und Temperierung deutlich. Und wenn das Hybrid-Eco-System mit einem RLT-Gerät mit indirekter Verdunstungskühlung wie der Ka2O-Technik kombiniert wird, entsteht eine High-End Lösung zur besonders umweltfreundlichen und effizienten Belüftung und Temperierung. In diesem Fall wird ein großer Teil der Kühlleistung über die Verdunstungskühlung erbracht und die Lufterhitzer fangen nur Spitzenlasten ab.
Im Gegensatz zu gängigen Systemen arbeitet die sogenannte Ka2O- Technik mit klein dimensionierten Gegenstrom-Wärmeübertragern, die zusammen mit einem Befeuchtungssystem in einzelne, variabel erweiterbare Moduleinheiten integriert sind. Diese spezielle Konstruktion ermöglicht bei adiabaten Kühlwirkungsgraden von 96 Prozent eine Absenkung der Außenlufttemperatur um bis zu 20 K, auch wenn sie 40 °C beträgt.
Systemanbieter: Alles aus einer Hand
Aufgrund der Vielzahl verschiedener Möglichkeiten und der teilweise komplexen Anforderungen bei der Entwicklung eines Belüftungs- und Klimatisierungskonzepts für Industriehallen, macht in den meisten Fällen eine Einbindung des Herstellers Sinn. Zahlreiche Unternehmen unterstützen ihre Kunden in diesem Bereich umfassend, unter anderem mit Planungsbroschüren, technischen Dokumentationen und diversen Serviceleistungen.
Darüber bietet es Vorteile, mit Systemanbietern zusammenzuarbeiten, die alle nötigen Geräte im Programm haben. Eine solche Lösung aus einer Hand stellt zum einen sicher, dass die Systeme miteinander harmonieren, zum anderen ist die Planung und Ausführung in Absprache mit nur einem Ansprechpartner in der Regel deutlich einfacher.
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Bild: Kampmann / Heidrich
