3 Gründe für das Kühlen von Hallen mit Heizgeräten. Wie und unter welchen Bedingungen ist dies möglich?

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Mehr als die Hälfte aller Geräte sind heute bereits mit Kühlregister ausgerüstet. Dabei drängt sich der Gedanke auf, die für solche Großräume oft verwendeten Umluftheizgeräte auch zum Kühlen zu benutzen. Wie und unter welchen Bedingungen dies möglich ist ...

Mit steigendem Komfortanspruch hat sich auch der Anteil von Lüftungs­anlagen mit Kühlung erhöht: Mehr als die Hälfte aller Geräte sind heute bereits mit Kühlregister ausgerüstet. Dieser Trend der Komfort-Lüftung setzt sich auch bei großen Hallen (Messe-, Mehrzweck-, Sport-, Produktions- und Lagerhallen) fort. Dabei drängt sich der Gedanke auf, die für solche Großräume oft verwendeten Umluftheizgeräte auch zum Kühlen zu benutzen. Wie und unter welchen Bedingungen dies möglich ist, wird nachfolgend aufgezeigt.

Warum kühlen?

Für die Kühlung von Großräumen, insbesondere Industriehallen, gibt es drei Gründe:

Produktion
In einigen Fällen ist es aus produktionstechnischen Gründen nötig, die Raum­temperatur innerhalb einer geringen Toleranz zu halten. Nur so ist die geforderte Präzision der zu fertigenden Teile gewährleistet. Für die Regelung der Hallen­temperatur ist also Kühlung notwendig.

Arbeitsleistung
Nachweislich nimmt die Arbeitsleistung von Menschen mit höheren Tempera­turen ab (Bild 1); gleichzeitig nimmt die Unfallhäufigkeit zu. Wirtschaftlichkeits­überlegungen führen also zur Frage, ob eine Raumkühlung sinnvoll ist. Je niedriger die Kosten dafür sind, desto eher ist eine Realisierung möglich.

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Bild 1: Mit steigender Temperatur nimmt die Arbeitsleistung ab.

Komfort
Durch die positiven Erfahrungen mit Klimaanlagen in anderen Anwendungen, insbesondere im privaten PKW, ist der Wunsch von Angestellten und Arbeitern nach Raumkühlung auch in Produktionsstätten verständlich. Dem entgegen steht die dafür notwendige Investition. Ein Kompromiss zwischen Anspruch und Kosten ist sinnvoll, so dass sich auch hier die Idee aufdrängt, Umluftheizgeräte zur Kühlung zu verwenden.

Kühlen mit Umluftheizgeräten

Grundsätzliche kann jedes Heizsystem auch zur Kühlung benutzt werden, wenn anstelle des Wärme abgebenden Mediums ein Kühlmedium (z.B. Kaltwasser) verwendet wird. Allerdings müssen dabei einige Randbedingungen eingehalten werden oder, falls dies nicht möglich ist, daraus resultierende Probleme, wie Kondensat oder Kälteverteilung, gelöst werden. Dies gilt auch für die die Beheizung von großen Räumen dominierende Lösung: die Umluftheizgeräte. Folgendes ist dabei zu überlegen bzw. zu berücksichtigen:

Freie Kühlung
Mit einem dem Gerät vorgeschalteten Mischluftkasten ist es möglich, kühle Außenluft in die Halle einzubringen und damit zu kühlen. Die Kühlleistung hängt also von der Außentemperatur ab, so dass dies nur eine Ergänzung zur Reduk­tion der Betriebskosten sein kann (Bild 2).

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2- oder 4-Leiter-System
Die Überlegung ist hier, ob das für die Heizung notwendige Register auch für die Kühlung genutzt wird oder ob ein separates Kühlregister installiert wird. Dem Vorteil des 4-Leiter-Systems (= 2 Register), dass jedes Register optimal dimensioniert ist, stehen höhere Kosten gegenüber. Bei Industrieanwendungen dominiert deshalb die 2-Leiter-Lösung.

Kondensat
Beim Kühlen von Luft kann die Sättigungsgrenze des Wasserdampfes erreicht werden und Kondensat ausfallen. Dieses Kondensat muss gesammelt und abgeleitet werden; eine Leckage könnte zu erheblichen Gebäude-, Maschinen- oder Produktionsschäden führen. Während das Sammeln des Kondensats bei Geräten mit horizontaler Luftführung durch Tropfenabscheider relativ einfach möglich ist, ist die Abscheidung bei Geräten mit vertikalem Luftstrom technisch schwierig. Da diese Anordnung jedoch aus Gründen des Energieverbrauchs und der Luftführung dominiert, ist hier für eine kostengünstige Lösung Erfindergeist gefordert. Die Praxis zeigt, dass – wenn auch nach jahrelanger Entwicklung und einigem Lehrgeld – eine Lösung möglich ist, die sich sogar unter extremen Bedingungen, z. B. im feuchtwarmen asiatischen Klima, bewährt (Bild 3).

Neben dem bei der Abkühlung des Luftstroms im Kühlregister entstehenden Kondensats besteht zusätzlich die Möglichkeit, dass Raumluft außen am kühlen Teil des Gerätes kondensiert. Unter Umständen muss deshalb je nach Raumluft-Konditionen das Gerät entsprechend isoliert werden. Auch sind Kältebrücken zu vermeiden.

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Luftverteilung
Wie bereits erwähnt, werden in der Regel Umluftheizgeräte in hohen Hallen so angeordnet, dass die Luftführung vertikal nach unten geht (Bild 4). Daraus resultieren einige Vorteile:

  • keine Behinderung von Produktionsmitteln, z. B. Kränen
  • kein zusätzlicher Raumbedarf durch die Geräte
  • zugfreie Luftführung
  • geringe Temperaturschichtung
  • niedrige Betriebskosten
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Bild 4: Umluftheizgeräte mit Luftauslass nach unten werden in der Regel dezentral und gruppenweise angeordnet.

Wenn diese Geräte jetzt auch für Kühlung genutzt werden sollen, können daraus als Probleme Zugerscheinungen und ineffiziente Kälteverteilung entstehen.

Eine Lösung bzw. Minimierung dieser Probleme ist aber möglich:

  • Mit einem (möglichst automatisch) verstellbaren Luftverteiler kann die Luft­führung in Abhängigkeit der Zulufttemperatur zugfrei eingestellt werden; dazu ist eine hohe Induktion nötig.
  • Für eine effiziente Kühlung sollten die Geräte so niedrig wie möglich installiert werden, damit das zu kühlende Raumvolumen reduziert wird.
  • Falls möglich, kann die kühle Zuluft direkt vertikal nach unten geblasen werden, um damit eine verdrängungsähnliche Luftführung im Aufenthalts­bereich zu erreichen.

Grundsätzlich ist aber bei konträren Zulufttemperaturen (Heizen und Kühlen) ein Kompromiss bezüglich der Luftführung notwendig.

Wie regeln?

Hier gibt es keine Probleme, jedoch lässt sich durch eine gut durchdachte Regelung der Komfort verbessern und die Wirtschaftlichkeit erhöhen:

  • Die Betriebsarten Heizung und Kühlung sollten durch eine Kaskade getrennt sein.
  • Ob 2-Punkt- oder stetige Regelung ist eine Frage des Komforts und der Betriebskosten, auch die Toleranz des Sollwertes ist wichtig.
  • Wichtig ist, dass der Sollwert in Abhängigkeit der Betriebszeit verändert werden kann.
  • Wirtschaftlich sinnvoll ist die Zusammenfassung mehrerer Geräte in Regel­gruppen, um im Raum frei werdende Energie, z. B. Maschinen, besser nutzen zu können.

Fazit

Die Kühlung großer Räume und Hallen, insbesondere Industriehallen, muss kostengünstig sein; die Nutzung von sowieso notwendigen Heizgeräten zur Kühlung bietet sich deshalb an. Im Vergleich zu Lüftungsanlagen mit Zentral­geräten sind dafür keine Kanäle (bei Kühlung sogar isoliert) nötig. Mit der für solche Geräte üblichen dezentralen Anordnung ist höchste Flexibilität gegeben. Dies gilt sowohl für eine etwaige Erweiterung wie auch für die Regelung und die Art der Geräte (Leistung). Eine inzwischen mehr als 20-jährige Betriebserfahrung schützt vor unangenehmen und unerwarteten Überraschungen.

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Autor
Loris Basso
 
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