Hallenlüftung: Fertigungs- und Produktionshallen perfekt auslegen

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In Fertigungs- und Produktionshallen sorgen moderne Raumlufttechnische Anlagen (RLT) für die Einhaltung der gesetzlich geforderten Luftqualität am Arbeitsplatz. Eine detaillierte Betrachtung der Raumluftströmung und des Zuluftstroms bildet die Voraussetzung, Lüftungsanlagen wirksam und wirtschaftlich auszulegen.

Fertigungs- und Produktionshallen unterscheiden sich je nach Bauart und Nutzung massgeblich voneinander. Gleiches gilt für die Anforderungen an Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit. Eine allgemeingültige raumlufttechnische Lösung gibt es nicht – so unterschiedlich die Hallengebäude, so verschieden die Auslegung der Lüftungsanlagen. Für eine massgeschneiderte, effiziente Auslegung von RLT-Anlagen gilt es, den Zuluftstrom durch eine kontrollierte Raumluftströmung so zu verteilen, dass vorhandene Wärme-, Feucht- und Schadstofflasten wirksam erfasst und mit der Abluft abgeführt werden können. Die richtige Wahl der Raumluftströmung ist dabei ein entscheidender Stellhebel. Abhängig vom jeweiligen Lastprofil werden in Fertigungs- und Produktionshallen vorwiegend Misch-, oder Schichtlüftungskonzepte umgesetzt.

Hallenlüftung nach Mass: Thermikströme als dimensionierende Grösse

 

                    
Grundsätzlich gilt, dass kleinere Wärme- und Stofflasten mit Mischströmung, grössere Lasten mit Schichtströmung behandelt werden!

Mit einer Mischlüftung wird hallenfüllend ein Zustand hergestellt, der ausschliesslich im Arbeitsbereich erforderlich ist – das Prinzip ist von daher auf kleinere Wärme- und Stofflasten beschränkt. Bei stärkeren Schadstoffkonzentrationen sind an den Freisetzungsstellen zusätzliche Erfassungseinrichtungen (Absaugsysteme) erforderlich. Die Berechnung des erforderlichen Zuluftstroms erfolgt getrennt nach Wärme- und Stofflasten. Der errechnete höhere Wert wird der Auslegung zugrunde gelegt.

Das Prinzip der Mischlüftung_Hoval
Schematische Darstellung einer Mischlüftung in einer Produktionshalle

Örtlich gekoppelte, d.h. innerhalb von Thermikströmen freigesetzte, grosse Wärme- und Stofflasten werden effizient mit Schichtlüftung behandelt. Dabei gilt es zu beachten, dass im umgebenden Raum Ausspülungen aus den Thermikströmen und schwach emittierende Schadstoffquellen (z.B. zwischenlagernde Werkstücke oder Späne) auftreten können. Entscheidend sind die Berechnungen der Stofflast (Abluft) und der Zuluft über die jeweiligen Thermikströme. Damit der Effekt der „Schichtgrenze“ eintritt, müssen die nach oben bewegten und die unten nachgeführten Luftströme gleich gross sein. Wird eine Schichtlüftung als Luftführungsprinzip gewählt, muss sichergestellt sein, dass entsprechende Zuluftleitungen in den Arbeitsbereich geführt werden können und keine Querströmungen vorhanden sind.

Zuluftzufuhr bodennah im Arbeitsbereich_Hoval
Schematische Darstellung einer Schichtlüftung in einer Produktionshalle

Einfluss von Erfassungseinrichtungen

Erfassungseinrichtungen haben entscheidenden Einfluss auf die Qualität der lüftungstechnischen Massnahmen. Sie sorgen dafür, dass freigesetzte Stoffe unmittelbar am Freisetzungsort erfasst und abgeführt werden können. (Stoffe, die aufgrund unvollständiger Erfassung in den Arbeitsbereich gelangen, müssen mit erheblichem Mehraufwand durch zusätzliche Belüftungsmassnahmen abgeführt werden.)

Ziel ist es, eine hohe Wirksamkeit mit möglichst geringen Erfassungsluftströmen zu realisieren. Die Einrichtungen sind entsprechend exakt auszulegen, zumal mit Zunahme des Erfassungsluftstromes auch die Betriebs- und Investitionskosten (z.B. Luftkanal, Filter, Ventilator) steigen.

Sind Erfassungseinrichtungen geplant oder vorhanden, muss sowohl bei einer Misch- als auch einer Schichtströmung der (bekannte) Erfassungsluftstrom dem errechneten Zuluftstrom zugeschlagen werden.

Um eine Rückströmung belasteter Luft in den Arbeitsbereich zu vermeiden, ist zudem sicherzustellen, dass die Abluft nicht vollständig aus Erfassungsluft besteht.

Die erforderliche Durchströmung des oberen Hallenbereiches kann durch zwei Massnahmen sichergestellt werden:

  • Anordnung der Abluftöffnungen (möglichst) an der höchsten Stelle der Halle
  • Dimensionierung des Abluftstroms mit m& AB   ³ 0,3× m& ZU. Im Falle einer Schichtströmung sollten mindestens 20 Prozent des Abluftstroms an der höchsten Stelle abgeführt werden.

Einfluss der Reinluftrückführungen

Bei der Reinluftrückführung wird belastete Luft dem Arbeitsbereich entnommen, gereinigt und in den Raum zurückgeführt. Dabei findet bei einer:

  • Mischlüftung keine Veränderung des Zuluftstroms statt.
  • Schichtlüftung mit Rückführung in die untere Schicht, keine Veränderung des Zuluftstroms statt. Bei einer Rückführung in die obere Schicht wird der Rückführungsluftstrom dem Zuluftstrom zugeschlagen.

Einfluss dezentraler Maschinenkühler

Dezentrale Maschinenkühler sind als Split-Geräte (Innen- und Ausengerät) konzipiert. Benötigte Kühlluft wird dem Arbeitsbereich entnommen. Die im Kühlprozess erwärmte Luft wird anschliessend in den Arbeitsbereich zurückgeführt. Bei einer Mischströmung findet dabei keine Veränderung des Zuluftstroms statt. Bei einer Schichtströmung sind die Kühlerabluftströme nach oben zu richten und den Thermikströmen zuzuschlagen.

Schematische Darstellung der Auslegung einer Produktionshalle:

 

 

 

 

 

Lastfälle

  • Kleine Wärmelast
  • Stofflast
  • Kleine Wärmelast + Stofflast
  • Grosse Wärmelast
  • Grosse Wärmelast + Stofflast, im Thermikstrom   freigesetzt

Luftführung

Mischen

Schichten

Voraussetzung

 

  • Luftleitung in den Arbeitsbereich möglich
  • Keine Querströmung

Erfassungen aus dem Arbeitsbereich

  • Erfassungsluftstrom dem Zuluftstrom zurechnen
  • Abluftstrom überprüfen: mAB  ³ 0,3× mZU

 

  • Erfassungsluftstrom dem Zuluftstrom zurechnen
  • Abluftstrom überprüfen: mAB  ³ 0,3× mZU
  • 0,2 × mAB an höchster Stelle abführen

 

Reinluftrückführung

  • Kein Einfluss auf den Zuluftstrom

 

  • Innerhalb unterer Schicht
  • Kein Einfluss auf den Zuluftstrom
  • Von der unteren in die obere Schicht
  • Reinluftstrom dem Zuluftstrom zurechnen

Maschinenkühlung dezentral

  • Kein Einfluss auf den Zuluftstrom
  • Kühlerabluftströme nach oben richten
  • Kühlerabluftströme dem Zuluftstrom zurechnen

 

Zielwerte im Arbeitsbereich

Temperatur

Stoffkonzentration

Temperatur

Stoffkonzentration

Zuluftstrom aus

Wärmelast

Stofflast

Summe der Thermikströme

Stofflastrechnung

Wärmelast   mit Stofflast

Maximalwert wird

Auslegungs-Zuluftstrom

Maximalwert wird

Auslegungs-Zuluftstrom

Weiterführende Blogs

Zur Vertiefung der dargelegten Zusammenhänge werden folgende Blogs empfohlen:

  • Misch- und Schichtlüftung von Produktionshallen
  • Belastungen im Arbeitsbereich − Was Sie wissen sollten
  • Lastrechnung − Was Sie wissen sollten
Autor
Tobias Brugger
 
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