Industriehallen effizient mit Wärme und Kälte versorgen

Für die Beheizung und Kühlung von Industriehallen gibt es viele verschiedene Möglichkeiten. Unser Artikel gibt einen Überblick über die Systeme.

Zur Beheizung und Kühlung von Produktions- oder Logistikhallen steht eine Vielzahl von verschiedenen Technologien und Produkten zur Verfügung. Die große Auswahl hat den Vorteil, dass sich für nahezu jedes Objekt eine individuell passende Lösung finden lässt. Der folgende Artikel gibt einen Überblick zu Systemen, die eine ebenso effiziente wie komfortable Wärme- und Kälteversorgung sicherstellen.

Die Anforderungen bei der Temperierung einer Industriehalle sind so verschieden und vielfältig wie die Nutzungsmöglichkeiten eines solchen (Nichtwohn-)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 versorgt werden. Die Herstellung temperaturempfindlicher Produkte stellt beispielsweise besonders hohe Anforderungen an das thermische Umfeld. Und beim Einsatz großer Maschinen oder im Zuge von Metall- bzw. Kunststoffschmelzverfahren entstehen sehr hohe Wärmemengen, die abgeführt werden müssen, um eine angemessene Raum- bzw. Umgebungslufttemperatur für die Mitarbeiter zu schaffen.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Anforderungen mit entsprechender Gebäudetechnik zu erfüllen. So stehen einerseits zahlreiche Systeme zum reinen Heizen und Kühlen zur Verfügung, anderseits kann die Temperierung auch mit einer Außenluftzufuhr 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 die 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", erläutert Frank Heidrich, Leiter Key Account Kälte-Klima bei der Kamp-mann GmbH.

Deckenstrahlplatten und Türluftschleier reduzieren Wärmeverluste

Lange Zeit war die Deckung des Wärmebedarfs das zentrale Thema in Industriehallen. Auch wenn inzwischen die Fälle zunehmen, in denen ebenfalls eine Kühlung nötig ist, existieren immer noch viele Gebäude, bei denen die reine Beheizung völlig ausreicht. Eine komfortable Wärmeübergabe ermöglichen Deckenstrahlplatten. Diese arbeiten nach dem Wärmestrahlungsprinzip. Durch die hierdurch sehr geringen Luftbewegungen werden Zugerscheinungen und Staubaufwirbelungen vermieden. Varianten mit gelochter Verkleidung absorbieren darüber hinaus Schall und verringern somit die Geräuschkulisse. Zum hohen Komfort kommt der energiesparende Betrieb der Geräte durch die Möglichkeit, die Halle nur partiell in den Bereichen bzw. Zonen zu heizen, in denen gerade gearbeitet wird bzw. Personen anwesend sind. Ferner können Deckenstrahlplatten auch in hohen Hallen einfach installiert und i.d.R. wartungsfrei betrieben werden. Die Modelle der Serie "Galaxis" von Kampmann sind darüber hinaus mit integrierter LED-Beleuchtung erhältlich, die auch aus optischer Sicht höchste Ansprüche erfüllt.

In Produktionshallen oder Logistikzentren, wo regelmäßig größere Tore geöffnet werden bzw. offen stehen, verhindern Türluftschleier hohe Energieverluste. Bei der Auslegung sind grundsätzlich der erzeugte Impuls, sprich das Produkt aus Luftvolumen/-massenstrom und Luftaustrittsgeschwindigkeit zu berücksichtigen, sowie die maximale Montagehöhe und die Wärmeleistung. Dabei bedeutet eine höhere Wärmeleistung nicht zwangsweise eine bessere Abschirmung. Der Torluftschleier "ProtecTor" des Herstellers aus Lingen arbeitet beispielsweise mit dem patentierten "Tandem"-Prinzip, um Mischverlusten des Luftschleiers mit der Außenluft vorzubeugen. Dafür sind der nicht-temperierte Vorschleier und der Warmluftschleier parallel angeordnet. Der Vorschleier stabilisiert dabei mit erhöhter Austrittsgeschwindigkeit den Warmluftschleier und steigert somit dessen Eindringtiefe. Deswegen reicht ein Ventilator zur wirksamen Abschirmung der kalten Luft, sodass das Halleninnere nicht unkontrolliert auskühlt. Zudem erzielt die Wirkungsweise von Vorschleier und Warmluftschleier, nach Herstellerangaben, Energieeinsparungen von bis zu 38 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Systemen. Weitere Eigenschaften des "ProtecTor" sind realisierbare Montagehöhen von bis zu 4,5 m, die Möglichkeit des vertikalen oder horizontalen Einbaus und eine Auswahl verschiedener Wärmeübertrager.

Lufterhitzer zum Heizen und Kühlen

Eine beliebte und bewährte Lösung zum Beheizen von Industriehallen sind Lufterhitzer. Die dezentral eingesetzten Geräte erwärmen die Luft im Umluftverfahren und verteilen sie in der Halle. Hochwertige Modelle zeichnen sich dabei durch einen energieeffizienten und gleichzeitig leisen Betrieb aus. Ein Beispiel ist der "Top"-Lufterhitzer mit stufenlos einstellbarem EC-Motor von Kampmann. Serienmäßig ist das Gerät mit einer einreihigen Luftlenkjalousie ausgestattet. Wahlweise kann die Luft allerdings mit zweireihiger Luftlenkjalousie oder anderen Luftverteilern, die als Zubehör erhältlich sind, bedarfsgerecht ausgerichtet werden.

Der spezielle Luftauslass "KaMax" erlaubt beispielsweise auch bei sehr hohen Hallen eine komfortable Luftverteilung von der Decke bis zum Aufenthaltsbereich am Boden. Außerdem stehen mehrere Wärmeübertrager für verschiedene Anwendungssituationen zur Verfügung. Neben einem Kupfer-Aluminium-Wärmeübertrager, unter anderem für die Kombination mit Niedertemperatursystemen, gibt es zwei Varianten aus verzinktem Stahl, einmal für Pumpenwarmwasser (PWW), Pumpenheißwasser (PHW) und thermisches Öl sowie für Dampf. Der Kreuzgegenstrom-Wärmeübertrager aus verzinktem Stahl eignet sich besonders für Anwendungen mit hohen Temperaturspreizungen, wie zum Beispiel Fernwärme. Auch bei den eingesetzten Ventilatoren kann eine individuell passende Lösung gewählt werden, unter anderem ist hier ein explosionsgeschützter Ventilator (Ex e) für Anwendungen mit explosiver Atmosphäre verfügbar.

Lufterhitzer können aber längst mehr als reines Heizen, der Markt bietet inzwischen eine große Auswahl von Geräten mit zusätzlicher Kühlfunktion. Damit wird unter anderem dem zunehmenden Kühlbedarf in Industriehallen Rechnung getragen, der durch vorhandene Wärmelasten von Maschinen und den gewachsenen Komfortanspruch seitens der Beschäftigten entstanden ist. "Heutzutage wird nicht mehr toleriert, dass Mitarbeiter in Produktionshallen hohe Temperaturen hinnehmen, während ihre Kollegen in gut klimatisierten Büros sitzen", erklärt Heidrich. Darüber hinaus bedingen bestimmte Produktionsprozesse eine Kühlung. In Bereichen der Präzisionsarbeit, wie beispielsweise der Medizintechnik, müssen konstante Umgebungslufttemperaturen herrschen, die einen gewissen Wert nicht überschreiten. Modelle wie der "Ultra"-Lufterhitzer gewährleisten die effiziente, bedarfsgerechte Beheizung und Kühlung einer Halle. Der ringförmige Wärmeübertrager in einem sechseckigen Gehäuse und die individuell einstellbaren Luftlenklamellen erlauben dabei die zielgerichtete Lenkung der konditionierten Luft in jede Richtung. Darüber hinaus erfüllt das Deckengerät mit seinem modernen Design hohe gestalterische Ansprüche und eignet sich deswegen auch für exklusivere Umgebungen.

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Schwerkraftkühlsysteme als interessante Variante

Eine alternative Lösung, an der Fachplaner und Investoren zunehmend Interesse zeigen, sind Schwerkraftkühlsysteme. Diese nutzen, vereinfacht ausgedrückt, den "umgekehrten Kamin-Effekt": An der Wand wird ein Schacht installiert, darin oder darüber an der Hallendecke befindet sich ein Kühlregister. Die so gekühlte Luft sinkt aufgrund der höheren Dichte im Schacht nach unten und "reißt" durch den entstehenden Unterdruck warme Luft von der Decke mit. An der unteren Öffnung tritt die Luft aus, erwärmt sich durch Personen oder Maschinen 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 der Kampmann GmbH, ohne Ventilator und somit geräuschlos, sodass hier auch von "stiller Kühlung" gesprochen wird.

Deutlich aufwändiger und komplexer wird die Erstellung eines energetischen Konzepts für Industriehallen, wenn neben der Temperierung auch eine Versorgung mit Primärluft nötig ist, da in diesem Fall sowohl Systeme zur Belüftung als auch zum Heizen bzw. Kühlen eingesetzt werden müssen. Häufig wird dafür eine Kombination aus zentralem RLT-Gerät und einem Wärme- bzw. Kälteerzeuger gewählt. Eine innovative und zugleich wirtschaftliche Alternative zu diesem Ansatz sind sogenannte Zwei-Richtung-Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung (WRG), wie das "Hybrid Eco"-System des Lingener Unternehmens. Hier erfolgt das Heizen bzw. Kühlen über dezentrale Geräte im Gebäudeinneren, das zum Einsatz kommende RLT-Gerät wird lediglich zur reinen Be- und Entlüftung und Wärmerückgewinnung eingesetzt. Die Zuluft wird über ein Kanalsystem etwa 10 cm über dem Sekundärluft-(Umluft)-Ventilator eines Raumgerätes ausgeblasen, wie etwa dem des "Top"- oder "Ultra"-Lufterhitzers. Im Lüftungsfall arbeitet das RLT-Gerät und der Lufterhitzer nimmt die Zuluft auf und erwärmt bzw. kühlt diese. Ist nur eine Beheizung oder Kühlung des Raumes gefordert, arbeitet der Lufterhitzer im Sekundärluftbetrieb (Umluftbetrieb). In Übergangszeiten kann zudem die freie Nachtkühlung, sprich eine reine Außenluftzufuhr ohne WRG, genutzt werden.

Fazit

Aufgrund der Vielzahl verschiedener Möglichkeiten und der teilweise komplexen Anforderungen bei der Entwicklung eines Beheizungs- bzw. 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 hinaus bietet es Vorteile, mit Systemanbietern zusammen zu arbeiten: "Eine Lösung »aus einer Hand« stellt zum einen sicher, dass die Systeme problemlos miteinander funktionieren. Zum anderen ist die Planung und Ausführung deutlich einfacher, wenn man statt mehrerer nur einen zentralen Ansprechpartner hat", resümiert Frank Heidrich von der Kampmann GmbH.