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Zukunftssicheres Industrieklima mit Wärmepumpen und Lufterhitzern

Simulation zeigt, wie Hallen auch im Niedertemperaturbereich richtig geheizt und gekühlt werden

Wie wird eine Halle richtig beheizt? Welche Aspekte müssen dabei berücksichtigt werden, um im Niedertemperaturbereich mit Wärmepumpen und ohne Zugluftrisiko zu klimatisieren? Diese und weitere Fragen klären wir mit einem Rechenbeispiel und mit Simulationen, durchgeführt vom Kampmann Forschungs- und Entwicklungscenter (FEC).

Eine Antwort bereits vorweg: Wir empfehlen den Einsatz von Lufterhitzern. Sie sind eine moderne technische Lösung und kommen in den verschiedensten Einsatzmöglichkeiten zur Anwendung. Um eine Halle richtig zu planen und auszulegen, ist es wichtig vorab die genaue Nutzung, Größe und die verschiedenen klimatischen Bedingungen in der Halle zu kennen. Die Systemauslegung sollte dann so erfolgen, dass je nach Wunsch und Erfordernis eine Beheizung, Kühlung und Lüftung umgesetzt wird, die auch den Ansprüchen an Effizienz und Behaglichkeit gerecht wird.

  

Systemauslegung der TGA an die Nutzungsart der Halle

                 

Unterschiedliche Nutzungsarten von Hallen

Eine reine Lagerhalle mit einer gleich bleibenden Temperatur von 5 °C muss anders ausgelegt werden, als eine Halle, in der sich auch Personen aufhalten. Hier greift die Arbeitsstättenrichtlinie, die vorgibt, dass im Aufenthaltsbereich von Personen nach Möglichkeit auf 17 bis 20 °C klimatisiert werden muss. In einer Produktionshalle mit hoher Wärmelast sollte gekühlt werden, denn laut Arbeitsstättenrichtlinie darf die maximale Lufttemperatur in Arbeitsräumen 26 °C nicht überschreiten. Hallen aus der Logistikbranche besitzen zudem große Tore, die in einem Fall vorwiegend geschlossen sein können, im anderen Fall regelmäßig geöffnet sind, um Warenbewegungen zu ermöglichen. Hier empfiehlt sich der Einsatz von Torluftschleiern, die zu einer deutlich niedrigeren Infiltrationsrate führen und dem Entschwinden von klimatisierter Luft durch das Tor entgegenwirken.

  

Lufterhitzer zeichnen sich durch einen effizienten und leisen Betrieb aus.

               

Hallenheizung im Niedertemperaturbereich

Für die konkrete Hallenauslegung müssen Bauherr und Planer zahlreiche Kriterien festlegen, die berücksichtigt werden sollen. Das können folgende sein:

  • Hallengeometrie
  • Interne thermische Quellen oder Senken
  • Wärmekapazität
  • Dämmung
  • Nutzung regenerativer Energien
  • Minimierung des CO2-Ausstoßes
  • Investitions- und Folgekosten

  

Modell einer Halle mit beispielhafter Anordnung des Kaltwassererzeugers und der Wärmepumpe KaClima mit Lufterhitzern, Maße der Halle: 50 m x 25 m x 8 m (LxBxH)

              

Die Heizlast einer Halle wird nach DIN V 18599 und DIN EN 12831-1 ermittelt. Dabei kann ein Sollwert von beispielsweise 18 °C für die Raumtemperatur in der Aufenthaltszone eingesetzt werden. Bei der Festlegung der Raumtemperatur darf jedoch die Temperaturschichtung nicht außer Acht gelassen werden, da erfahrungsgemäß die Temperatur mit zunehmender Hallenhöhe umso stärker ansteigt, desto weniger Luftbewegung in der Halle auftritt.

Hallen, die mit Lufterhitzern und einer Wärmepumpe im Niedertemperaturbereich beheizt werden, haben bei richtiger Auslegung eine ausreichende Luftumwälzung und vermeiden so Stauwärme unter dem Dach. Bei vielen kleinen Geräten, verteilt sich die Temperatur zudem günstiger, die Luftgeschwindigkeiten sind niedriger und es werden geringere Geräusche verursacht. Dadurch wird für Behaglichkeit ohne Zugluft bis in den Aufenthaltsbereich gesorgt.

Bei einer berechneten Heizlast von 50 kW für unsere Beispielhalle werden 6 Lufterhitzer mit jeweils 8,8 kW benötigt, um 18 °C im Aufenthaltsbereich zu erreichen.

Beispiel einer optimalen Hallenauslegung im Niedertemperaturbereich

  

Numerische Simulation des Temperaturverlaufs in der Halle

Mithilfe numerischer Simulationen können große und komplexe Systeme im Klimatisierungsbereich abgebildet werden, um Kundenfragen mit Hilfe einer Analyse konkret zu beantworten.

Numerische Simulation einer Beispielhalle im Niedertemperaturbereich
(Darstellung des Temperaturverlaufs im Längs- und Querschnitt)

Bei der hier betrachteten Simulation liegt die Außentemperatur bei -12 °C. Getestet wurde der Betrieb von Lufterhitzern in Kombination mit Wärmepumpen. Bei unseren Modellen wurden die Hallentore bei der Berechnung und Simulation vernachlässigt. Zu beachten ist hierbei, dass Torluftschleiersysteme die Infiltrationsrate, also den Eintrag von Kaltluft, während der Heizperiode massiv senken.

Die Simulation der Beispielhalle zeigt: Selbst bei -12 °C Außentemperatur erreichen die Lufterhitzer im Niedertemperaturbereich eine Hallentemperatur von über 18 °C.

  

Simulation des Zugluftrisikos im Aufenthaltsbereich

Durch die Simulation ist es möglich, sich die Behaglichkeit im Aufenthaltsbereich genauer anzuschauen. Die nachfolgende Schnittdarstellung zeigt, dass auch bei einer Ausblastemperatur von unter 40 °C, also unterhalb der Körpertemperatur, keine Behaglichkeitsprobleme in großen Teilen der Halle im Sinne der DIN EN ISO 7730 auftreten. Leichte Zugluftrisiken entstehen lediglich knapp unterhalb der Lufterhitzer. Diese können jedoch vernachlässigt werden, da nur der Aufenthaltsbereich entscheidend ist.

Überprüfung von Zugluftrisiken im Aufenthaltsbereich mittels Simulation
(Darstellung der Luftgeschwindigkeiten im Längs- und Querschnitt)

  

Ergebnis der Simulation: Keine Zugluftrisiken im Aufenthaltsbereich.

  

Lässt sich eine Halle mit Lufterhitzern auch kühlen?

Lufterhitzer TOP C

Wenn Ausgangspunkt der Planung eine Halle mit hoher Wärmelast ist, muss dort auch gekühlt werden. Dies ist zum Beispiel in der Prozesstechnik wichtig, um eine einwandfreie Produktion zu gewährleisten. Auch für die in der Halle arbeitenden Personen sollte eine angenehme und behagliche Raumtemperatur geschaffen werden. Eine passende Geräteauswahl und die richtigen Systemtemperaturen sind die Lösung.

Bei der Auslegung ist jedoch auf die Luftführung zu achten. Kalte Luft „fällt“ von der Hallendecke nach unten. Dadurch entstehen warme und kalte Bereiche, vor allem letztere werden von den Mitarbeitern oft als zu kühl bzw. zugig empfunden. Abhilfe schafft hier der Lufterhitzer TOP C. Er ist ein Allrounder zum Heizen und Kühlen von Hallen aller Art in Lager, Produktion und Verkauf. Das Gerät ist mit einer Kondensatwanne ausgestattet und so eingestellt, dass es auch kalte Luft horizontal in die Halle einbringt. Auch der Lufterhitzer Ultra verfügt über eine Kühlfunktion und wurde als Deckengerät zur Heizung, Kühlung und Lüftung in exklusiven Großräumen entwickelt.

  

Der Einsatz von Lufterhitzern ist zukunftssicher

In der heutigen Zeit ist es wichtig, Potential zum Energiesparen zu nutzen. Mit dem Einsatz von Lufterhitzern ist man hier sehr gut aufgestellt. Sie arbeiten auf Wasserbasis und verbrauchen kein Gas, wie beispielsweise Dunkel- oder Hellstrahler, die direkt mit Gas befeuert werden. Vor allem der Einsatz von Lufterhitzern in Verbindung mit einer Wärmepumpe ist ökologisch vorteilhaft, da nur geringe Mengen an Kältemittel innerhalb der Wärmepumpe notwendig sind und die elektrische Energie zunehmend aus ökologischer Produktion stammen wird.

  

Kaltwassererzeuger und Wärmepumpe KaClima können Lufterhitzer mit Pumpenwarm- und -kaltwasser versorgen.

            

Sie möchten zukünftig auch auf eine Wärmepumpe setzen und haben Beratungsbedarf, wie Sie die technische Gebäudeausstattung in Verbindung mit Lufterhitzern korrekt auslegen? Diese und weitere Antworten erhalten Sie von Ihrem persönlichen Ansprechpartner.