klimatechnik

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Lüftung / Klima
Klimaanlagen
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Inhaltsverzeichnis
Seite
1.
2.
3.
Grundlagen
1.1
Was ist eine raumlufttechnische Anlage?
1.2
Definitionen
1.3
Raumklima / thermischer Komfort
1.4
Schadstoffanfall / Aussenluftmengen
1.5
h-x - Diagramm
4
6
8
10
11
Systeme
2.1
Freie Lüftung
2.2
Einfache Lüftungsanlagen
2.3
Teilklimaanlagen
2.4
Klimaanlagen
2.5
Einzel-Klimageräte
14
14
15
16
17
Komponenten
3.1
Aussenlufteintritt / Fortluftaustritt
3.2
Klappen
3.3
Filter
3.4
Wärmerückgewinnung
3.5
Lufterhitzer / -kühler
3.6
Befeuchtung
3.7
Ventilator
3.8
Schalldämpfer
3.9
Kanäle / Rohre
3.10 Lufteinführung
18
19
21
25
28
37
42
45
46
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Klimaanlagen
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Klimatechnik
Nicht nur aus wirtschaftlichen Überlegungen heraus, sondern auch in Hinblick auf einen
wirksamen Klima- und Umweltschutz, spielt der sparsame Energieeinsatz in Gebäuden eine
immer grössere Rolle. Fluidmechanik und Thermodynamik sind wichtige technische
Disziplinen, um in der Gebäudetechnik innovative und energiesparende Lösungen zu
entwickeln und umzusetzen. Deshalb erweitert das Institut für Thermo- und FluidEngineering fortlaufend seine Kompetenzen auf dem Gebiet der Gebäudetechnik.
Die Aufgabe der Gebäudetechnik lässt sich so beschreiben, dass mit einem minimalen
Aufwand an Energie und Ressourcen ein höchst möglicher Komfort und Nutzen für den
Menschen erzielt werden kann.
Komfort bedeutet, die Wärmeabgabe des menschlichen Körpers in der kalten und heissen
Jahreszeit durch Erwärmen oder Kühlen der Umgebung derart zu regulieren, dass sich ein
Gleichgewicht zwischen Wärmeproduktion und Wärmeabgabe einstellt und sich der Mensch
wärmephysiologisch behaglich fühlt. Die Faktoren, die die Behaglichkeit beeinflussen, sind
ausser der Kleidung und Aktivität insbesondere Lufttemperatur, mittlere Wandtemperatur,
Luftfeuchte, Luftbewegung und Luftreinheit. Die Heizung beeinflusst unmittelbar nur zwei
dieser fünf Faktoren, nämlich die Lufttemperatur und die mittlere Wandtemperatur, die man
beide unter dem gemeinsamen Begriff der Empfindungstemperatur zusammenfasst. Die
übrigen Faktoren lassen sich nur durch eine Klimaanlage beeinflussen, die so ausgelegt
werden sollten, dass mit möglichst geringem Aufwand ein behagliches und gesundes
Raumklima geschaffen wird.
Um die Ziele bei der Reduktion des CO2-Ausstosses zu erreichen, wozu sich die Schweiz
mit der Ratifizierung des Kyoto-Protokolls verpflichtet hat, muss insbesondere der
Energieverbrauch im Gebäudebereich stark reduziert werden. Dabei ist es nicht allein mit
einer immer besseren Isolierung getan. Auch müssen Energiegewinne durch
Sonneneinstrahlung realisiert werden. Um das komplexe Zusammenspiel der verschiedenen
Energieflüsse am Gebäude, die sich auch zeitlich verändern, zu erfassen, werden
thermische Simulationsmethoden eingesetzt. Nur mit numerischen Methoden ist es möglich,
den Energiebedarf mit vertretbarem Aufwand zu reduzieren, ohne den Komfort der
Menschen zu beeinträchtigen.
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1. Grundlagen
1.1 Was ist eine raumlufttechnische Anlage?
Während die Aufgabe der Heizungsanlage im Wesentlichen darauf beschränkt ist, Räume
im Winter zu heizen, hat die Lüftungs- und Klimatechnik das weitaus grössere Ziel, den
Zustand der Raumluft hinsichtlich Reinheit, Temperatur und Feuchte innerhalb
bestimmter Grenzen zu halten. Die Anforderungen, die an den Raumluftzustand gestellt
werden, können je nach Art des Raumes sehr verschieden sein. Bei Wohnräumen begnügt
man sich in der Regel mit einer einfachen Fensterlüftung, während für manche industrielle
Betriebe, wie Chip-, Textil-, Tabakfabriken usw. Klimaanlagen verlangt werden, die jeden
gewünschten Luftzustand mit grosser Genauigkeit innezuhalten in der Lage sind. Zwischen
diesen beiden Extremen gibt es zahllose Zwischenstufen mit mehr oder weniger
weitgehender Luftbehandlung für Versammlungsräume, Hörsäle, Theater, Krankenhäuser
usw.
Energie- und Umweltbewusstsein bedingen bei jeder Anlage eine sorgfältige integrierte
Planung, besonders durch geeignete Grundrissformen, wärmedämmende Fenster und
Wände, Sonnenschutz, günstiges Klimaanlagensystem, zweckmässige Beleuchtung,
Nutzung des Tageslichts, Wärmerückgewinnung, Abstimmung der Betriebszeiten u.a.
Geschichte der Lüftungs- und Klimatechnik
Steinofen-Luftheizungen sind die ersten Lüftungsanlagen, Frischluftzufuhr verbunden mit
Lufterwärmung. Später im 19. Jahrhundert wurden gemauerte Ofen und Kalorifere
entwickelt. Ende des 19. Jahrhunderts gab es Fortschritte durch die Begründung der
wissenschaftlichen Hygiene (Max von Pettenkofer 1819 - 1901). Untersuchungen über
Luftaustausch, Luftfeuchte, Lufteinigung, Gasgehalt der Luft (Kohlensäuremassstab) wurden
durchgeführt. Mit dem Aufschwung der Elektrotechnik wurden elektrisch getriebene
Ventilatoren mit Gleichstrommotoren zur Lüftung und Luftheizung grosser Gebäude
eingesetzt. Die Lufterwärmung erfolgte durch gusseiserne Rippenrohre, Radiatoren und
Röhrenlufterwärmer. Die Luft wurde mittels Tuchfilter oder Kohleschichten gereinigt. Um
1890 wurde die Luftbefeuchtung durch grosse, dampfbeheizte Wasserwannen eingeführt,
etwas später zerstäubte man Wasser mittels Düsen. Dies war der Beginn der Klimatechnik.
In Deutschland gab es Anlagen zur Luftaufbereitung mit gemauerten Kammern. In den USA
wurden Anfang des Jahrhunderts Klimaaggregate in Blechgehäusen mit Vorwärmer,
Befeuchter und Nachwärmer eingesetzt. Der Vater der Klimatechnik ist W. H. Carrier, USA
(1876 - 1950). Die erste Temperatur- und Feuchteregelung pneumatischer und elektrischer
Art kam auf.
Nach 1920 erlebte die Klimatechnik einen grossen Aufschwung, es wurden zentrale
Klimaanlagen für Komfort (Theater, Kinos, Bürohäuser, Versammlungsräume) und Industrie,
namentlich bei der Verarbeitung hygroskopischer Stoffe (Tabak, Textilien, Papier)
verwendet. Erstmalig wurden Kältemaschinen mit Ammoniak oder Kohlensäure als
Kältemittel zur Kühlung und Entfeuchtung der Luft eingesetzt.
Ab 1930 wurden Klimageräte gebaut, in denen alle zur Luftaufbereitung erforderlichen Teile
wie Kältemaschinen, Ventilatoren, Erhitzer, Filter usw. eingebaut waren. Es wurden neue
Kältemittel (Freone), hermetische Kältemaschinen, Klimageräte in Form von Truhen,
Schränken und Kästen, ferner Fenster-Luftkühlgeräte entwickelt.
Nach 1945 entwickelte sich die Klimatechnik schnell weiter. Es wurden neue Bauarten
eingeführt:
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•
Einkanal-Hochdruck (oder Hochgeschwindigkeits-Klimaanlagen) mit Nacherwärmer zur
Verkleinerung der Kanalquerschnitte.
•
Zweikanal-Klimaanlagen mit Warmluft- und Kaltluftleitungen mit konstantem VoIumenstrom.
•
Ein- und Zweikanalanlagen mit variablem Volumenstrom.
•
lnduktions-Klimaanlagen kombiniert aus örtlichen Wärmeaustauschern in jedem Raum
und einer zentralen Klimaanlage zur Aufbereitung der Aussenluft. Temperatur in jedem
Raum individuell regelbar mit konstantem oder variablem Volumenstrom.
•
Umfangreiche automatische Regelanlagen. Zunehmende Verwendung grosser Turbound Absorptionskälteanlagen.
•
Lüftungs- und Klimageräte sowie Zubehörteile wie Ventilatoren, Filter, Regler, Befeuchter, Luftauslässe usw. in ständig verbesserter Form.
Ab 1973 wurde wegen der Erhöhung der Energiepreise durch Wärmerück-gewinnungsanlagen Energie gespart und ab 1980 digitale Regelungs- und Leittechnik eingeführt.
Ab 1985 erhöhten sich die Anforderungen an Zug-Freiheit, Reinheit der Innenluft und
Geräuschpegel.
Betrieb und Instandhaltung - leider oft vernachlässigt
Zum angeschlagenen Ruf der Lüftungs- und Klimaanlagen in der Öffentlichkeit tragen nicht
nur viele bezüglich rationeller Energienutzung oder auch bezüglich Komfort ungenügende
Anlagen älteren (und manchmal neueren) Datums bei. Viel zu oft wird auch dem Betrieb und
der Instandhaltung nicht die gebührende Beachtung geschenkt. Es fehlt an der Erkenntnis
der Bedeutung auf Stufe Eigentümer bzw. Verwaltung, was sich im zahlenmässig zu
geringen oder ungenügend ausgebildeten Betriebspersonal ausdrückt. Wie wirkt sich das
aus? Zum Beispiel so:
•
Die Luftvolumenströme stimmen nicht
•
Die Anlage ist allgemein schlecht einreguliert
•
Bei der Wärme- oder Kälteversorgung stimmt etwas nicht (abgestellt; defekt;
Absperrorgane geschlossen)
•
Die Regelung funktioniert nicht (Ventile öffnen oder schliessen nicht; Thermostate
oder Fühler defekt...)
•
Luftwege verstopft (z.B. Filter); grosse Lecks
•
Zugerscheinungen (Luftauslässe schlecht eingestellt)
Mit einer besseren Instruktion des technischen Betriebspersonals, mit einer
Energiebuchhaltung, einem Wartungskonzept, vollständigen Betriebsanleitungen und Ersatzteillisten könnten viel Energie und Geld gespart werden!
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1.2 Definition
In den nachfolgenden Abbildungen sind die wichtigsten Begriffe der Lufttechnik
zusammengefasst.
Einteilung der lufttechnischen Anlagen
Lufttechnik
Prozesslufttechnik
Raumlufttechnik
Raumlufttechnische Anlagen
Lüftungsanlage
Klimaanlage
Teilklimaanlage
Klimaanlagen
Einrichtungen zur freien
Lüftung
(Lüftungseinrichtungen)
AussenhautFensterlüftung
Dachaufsatzlüftung
Schachtlüftung
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Bezeichnung und Symbole
Es gelten die Festlegungen der Empfehlung SIA 410
Luftarten
Aussenluft
Mischluft
Zuluft
Abluft
Umluft
Fortluft
Kurzzeichen
AUL
MIL
ZUL
ABL
UML
FOL
Kennfarben
Grün
Orange
Rot, Klima violett
Gelb
Gelb
Blau
Anlagen – Klassifizierung
Entsprechend der Luftbehandlung können vier Anlagetypen unterschieden werden.
Jede Anlage enthält auch ein Abluftsystem.
Bezeichnung der lüftungstechnischen Anlagen
Lüftungsanlage
Lüftungsanlage
mit Befeuchtung
Lüftungsanlage
mit Kühlung
Klimaanlage
Klimaanlagen
Filtern
Zuluftbehandlungen
Heizen
Filtern
Heizen
Filtern
Heizen
Filtern
Heizen
Befeuchten
Kühlen
Befeuchten
Kühlen
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1.3 Raumklima / Thermischer Komfort
Allgemeines
Da sich der Mensch heute über 80% der Zeit in Innenräumen aufhält, muss dem Raumklima
eine besondere Bedeutung beigemessen werden.
Das Wohlbefinden und die Leistungsfähigkeit von Personen hängen von verschiedensten
Faktoren ab. Neben dem Raumklima, d.h. den physikalischen und chemischen
Einwirkungen, darf man die psychischen Einflüsse nicht vergessen.
Einflussgrössen, die das Raumklima beeinflussen
- Licht
- Strahlung
- Luftqualität
- Lärm
- Lufttemperatur
- Infraschall
- Luftgeschwindigkeit
- Feuchtigkeit
- Temperatur der Umschliessungsflächen
- Statische Elektrizität
- Vibrationen
Damit die Benutzer sich in einem Raum wohl fühlen, müssen alle am Bau beteiligten
Spezialisten gemeinsam auf dieses Ziel hin arbeiten.
Lufttechnische Anlagen haben die Aufgabe, die Luftqualität und die gewünschten
Raumbedingungen zu gewährleisten. Bei Komfortanlagen ist dies das thermische
Wohlbefinden im Aufenthaltsbereich von Personen. Bei Produktionsanlagen sind es die
Umgebungsbedingungen an den Maschinen bzw. in den Lagern.
Die wichtigsten Aufgaben sind:
• zugfreies Zuführen von sauberer Luft
• direkter Abtransport von Schadstoffen
• regeln der Raumtemperaturen (heizen, kühlen)
• regeln der Raumluftfeuchtigkeit (be- und entfeuchten)
Aufenthaltsbereich
Die Kriterien für die Raumluftgeschwindigkeiten müssen nicht im ganzen Raum eingehalten
werden sondern nur im Aufenthaltsbereich. Entsprechende Abnahmemessungen sind auch
nur in diesem Bereich durchzuführen.
Folgende Bereiche gehören ohne besondere Vereinbarung nicht zum Aufenthaltsbereich:
• Durchgangszonen
• im Bereich von offenen bzw. häufig benutzten Türen
• im Bereich von Geräten mit hoher Wärmeabgabe bzw. grosser Luftumwälzung (z.B. PCs,
Kopier- und Faxgeräte)
• in unmittelbarem Bereich von Zuluftdurchlässen (z.B. Bodenluftdurchlässe)
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Messen und Beurteilen von Raumluftströmungen
Da die Raumluftströmung nicht nur durch die Lufteinführung beeinflusst wird, ist sie durch
regellose örtliche und zeitliche Schwankungen geprägt.
Diese turbulenten Raumluftgeschwindigkeiten werden mit richtungsunabhängigen,
trägheitsarmen (Zeitkonstante von < 1 s) thermischen Sonden gemessen und statistisch
ausgewertet
(>1000 Messwerte in 200s).
Raumluftgeschwindigkeitsmessgerät (DANTEC)
Zur Beurteilung verwendet man den 50%- sowie den 84%-Zeitwert, d.h. diejenige
Luftgeschwindigkeit (v), welche während 50% bzw. 84% der Messzeit nicht überschritten
werden. Daraus wird der für das Zugsempfinden wichtige Turbulenzgrad (Tu) bestimmt.
Vor allem bei durch die Lufteinführung bestimmten Raumluftströmungen ist der Turbulenzgrad von der Art des Luftdurchlasses abhängig. In Räumen mit konventionellen
lufttechnischen Anlagen liegt dieser im Bereich von 0.3 und 0.6.
SIA V 382/1
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1.4
Schadstoffanfall / Aussenluftmengen
Die Bestimmung der Aussenluftrate
Wohnungsbau, Büros
Die Raumluft wird verunreinigt durch die Tätigkeit des Menschen. Die durch seinen Körper
verursachte Raumluftbelastung ist anhand des Kohlendioxidgehaltes messbar. Damit dieser
den Wert von 0.15% nicht übersteigt, ist eine Aussenluftrate von 12... 15 m3/h und Person
notwendig. Wird häufig geraucht, so ist dieser Wert gemäss SIA V 382/1 auf etwa 30...70
m3/h und Person zu erhöhen. Weitere Verunreinigungen werden durch Lösungsmittel, durch
Kochen und Heizen mit Gas sowie durch Aerosol- und Zerstäubergeräte verursacht.
Gewisse Inneneinrichtungen geben Schadstoffe an die Raumluft ab: Formaldehyd aus
unbeschichteten Spanplatten oder falsch verarbeitetem Wärmedämmungsschaum,
aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe aus Farbanstrichen, chlorierte
Kohlenwasserstoffe aus Holzschutzmitteln. Die ‘zulässigen‘ Belastungen dieser Stoffe sind
noch nicht alle bekannt. Für die Bestimmung der Aussenluftrate können sie deshalb nicht
herangezogen werden.
Industrie
Die Raumluft wird verunreinigt
• bei der Produktion von Konsumgütern, Apparaten, Maschinen usw.
• bei der Bearbeitung wie Färben, Reinigen usw.
• durch den Betrieb von Verbrennungsmotoren
• durch die Tätigkeit des Menschen und die Inneneinrichtung wie unter Wohnungsbau,
Büros‘ beschrieben, wobei die so entstehenden Emissionen gegenüber den industriell
oder gewerblich verursachten meist vernachlässigbar sind.
Die zulässige Konzentration eines Schadstoffes ist gesetzlich geregelt durch den MAK-Wert
(maximale Arbeitsplatz-Konzentration). Dieser Wert bildet die Grundlage für die Berechnung
der Aussenluftrate.
Der MAK-Wert eines Schadstoffes ist keine absolut gültige Schwelle, sondern er repräsentiert den heutigen Stand des Wissens. Er berücksichtigt auch nicht, dass die
gleichzeitige Anwesenheit weiterer Schadstoffe zu einer stärkeren oder andersartigen
Wirkung auf den Menschen führen kann, als es nur der Wirkung jedes einzelnen Stoffes für
sich allein entspricht.
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Aussenluftrate bei gesundheitsschädlichem Schadstoffanfall
1.
Gesetzliche Vorschriften und MAK-Werte abklären. Frühzeitig die zuständigen
Amtsstellen konsultieren, z.B. SUVA, Fabrikinspektorat, Lebensmittelinspektorat
2.
Anfallende Mengen der Gase, Dämpfe oder Partikel genau abklären. Hersteller
konsultieren.
3.
Abklären, welche Gase, Dämpfe oder Partikel an der Quelle erfasst werden können.
Räumliches Abtrennen der entsprechenden Apparate oder Bearbeitungsbereiche.
Der erforderliche Aussenluftvolumenstrom VAUL wird dann z.B. für gasförmige Stoffe:
VAUL =
VAUL
Aussenluftvolumenstrom in m3/h
V
anfallende Schadstoffmenge in ml/h oder mglh
CZUL
MAK-Wert in ppm (ml/m3) oder mg/m3
CAUL
Schadstoffmenge in der Aussenluft in ml/m3 oder mg/m3
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1.5
h-x-Diagramm
Fragen, die sich in der Lüftungs- und Klimatechnik stellen
Trockene Luft setzt sich aus etwa
75 Gewichts-% Stickstoff, 23% Sauerstoff, 0,05%
Kohlendioxid und aus Edelgasen zusammen. Durch die Zugabe von Wasserdampf
(Verdunstung, Kochen, Duschen, Produktions-vorgänge) entsteht die atmosphärische Luft.
Wie viel Wasser enthält Luft in einem bestimmten Zustand?
Wo liegt dann der Taupunkt?
Wie hoch ist die relative Feuchtigkeit?
Welchen Wärmeinhalt hat die Luft?
Auf all diese Fragen gibt das h-x-Diagramm für feuchte Luft Auskunft. Es ist die Grundlage
für die Arbeit in der Lüftungs- und Klimatechnik und in der Bauphysik.
Das h-x-Diagramm wird in einem separaten Kurskapitel behandelt.
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2. Systeme
Genügt bei Wohnräumen im Allgemeinen die freie Lüftung, evtl. in Verbindung mit einem
örtlichen Fortluftventilator, gibt es andererseits Anwendungsfälle, bei denen eine
Vollklimaanlage unerlässlich ist. Zwischen diesen beiden Extremen gibt es zahllose
Zwischenstufen mit mehr oder weniger weitgehender Luftbehandlung.
- Freie Lüftung
- Einfache Lüftungsanlage
- Fensterlüftung
- Teilklimaanlage
- Primärluftanlagen
- Einzonen- oder Mehrzonenanlagen
- Volumenstrom System konstant oder variabel
- Zweikanalanlagen (Warm- und Kaltkanal)
- Fan Coil Niederdruckanlagen
- Hochdruckanlagen
- Quelllüftungen
In diesem Kapitel werden einige dieser Systeme kurz umschrieben.
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2.1 Freie Lüftung
Von einer freien Lüftung wird dann gesprochen, wenn der Luftwechsel in einem Raum
ausschliesslich auf natürliche Weise, also ohne mechanische Unterstützung, zu Stande
kommt. Die Luftströmungen entstehen durch Wind, durch Temperaturunterschiede zwischen
innen und aussen sowie durch die Molekularbewegung der Luftmoleküle.
Die folgenden Öffnungen sind beabsichtigt oder unbeabsichtigt am Luftaustausch beteiligt:
• Fugen und Undichtheiten in der Gebäudehülle: Fenster und Türfälze; Undichtheiten bei
Fassadenelementanschlüssen, Rollladenkästen oder Schrägdächern; Ofen- und
Chemineklappen usw.
• Fensteröffnung durch die Benützer das folgende Bild zeigt den Luftwechsel in
Abhängigkeit von der Stellung des Fensterflügels
• Schächte oder Dachaufsätze für die Lüftung durch Auftriebs- und Windwirkung.
Sie werden für ungeheizte Räume oder solche mit grossem innerem Wärmeanfall
angewandt.
2.2 Einfache Lüftungsanlagen
Entlüftung
Luft wird mit einem Ventilator aus dem Raum abgesaugt und ins Freie geblasen.
Entlüftungen oder Abluftanlagen werden eingesetzt für Räume mit starker Luftbelastung
durch Gerüche, Feuchtigkeit, Gase, Dämpfe oder hohe Temperaturen wie Küche, Bad, WC,
Garderoben, Trafo- oder Akkuräume, Einstellgaragen, Archivräume.
Bei Abluftanlagen in grösseren Gebäuden gibt es zwei Lösungen:
• Einzel-Abluftventilatoren mit Absperrklappe gesteuert über den Lichtschalter oder
separat, mit Abschaltverzögerung durch Zeitrelais. Bei wenig Absaugstellen separates
Steigrohr für jeden Ventilator. Für grössere Objekte zentrales Steigrohr, jedoch
Schallübertragung beachten.
• Zentraler Abluftventilator für grössere Gebäude mit vielen Absaugstellen, z.B. Hotels.
Jeder Raum hat ein über den Lichtschalter zu öffnendes Absperrventil mit
Schliessverzögerung durch ein Zeitrelais. Es gibt auch uhrwerkgesteuerte Ventile mit
dem Vorteil wesentlich geringerer Investitionen. Der Ventilator ist mehrstufig oder evtl.
stufenlos druckgesteuert, damit der Volumenstrom der Anzahl geöffneter Ventile
angepasst wird.
Be- und Entlüftung
Luft wird durch einen Zuluftventilator in einen Raum gefördert und durch einen Abluftventilator aus dem Raum abgesaugt.
Die Anlage kann mit der Auslegung der Ventilatoren als Überdruck-, Unterdruck- oder
ausgeglichene Anlage gebaut werden.
Durch den Einbau eines Filters in die Zuluftanlage wird die Luft gereinigt. Ist ein Lufterhitzer
eingebaut, so kann durch eine manuelle oder automatische Regeleinrichtung die
Zulufttemperatur kontrolliert und beeinflusst werden. Gesteuert wird je nach Anlagezweck
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über eine Schaltuhr, mit einer Drucktaste und Zeitrelais, über Aussen-, Raumtemperaturoder Immissionsfühler.
Anwendung: In grossen Räumen, bei hohem Luftwechsel, bei langer Betriebszeit,
beispielsweise in Sälen aller Art, Gaststätten, Hallen, Grossküchen, Büros.
2.3
Teilklimaanlagen
Das oben beschriebene Anlagesystem der Be- und Entlüftung mit Erwärmung der Zuluft wird
je nach Bedarf mit einer oder zwei zusätzlichen thermodynamischen Funktionen
ausgerüstet.
Solche Systeme kommen dort in Frage, wo zwar keine Vollklimaanlage nötig ist, aber doch
bestimmte Luftzustände einzuhalten sind.
Lüftungsanlage mit Kühlung
Die Anlage ist nebst Luftfilter und Lufterhitzer mit einem Luftkühler ausgerüstet. Luft mit
einer Temperatur unterhalb der Raumlufttemperatur wird in den zu kühlenden Raum
gefördert.
Man unterscheidet Anlagen mit reiner Aussenluft-, Umluft- oder Mischluftkühlung.
Anwendungsbeispiele:
•
Bei Komfortanlagen für Räume mit einem hohen inneren oder externen Wärmeanfall
•
Lebensmittel- und pharmazeutische Industrie, EDV-Räume
Konventionelle Büro- und Verwaltungsgebäude mit üblichen Raumtiefen brauchen in
unserem Klima keine Kühlung, wenn die Fenster geöffnet werden können und ein
einwandfreier äusserer Sonnenschulz vorhanden ist.
Lüftungsanlage mit Befeuchter
Die Anlage ist nebst Luftfllter und Lufterhitzer mit einer Befeuchtungseinrichtung ausgerüstet
(System und Befeuchtungsart siehe Kapitel 3.6).
Anwendungsbeispiele:
• Bei grossem Frischluftbedarf im Winter
• In diversen lndustriezweigen wie Textil, Film, Tabak, Papier
• In Museen, Kunstsammlungen
• Verkauf von Blumen, Fleisch, Käse, Möbel, Textilien
übliche Verkaufsräume, Restaurants, Kantinen oder Küchen benötigen keine Befeuchtung.
Lüftungsanlage mit Entfeuchtung
Entfeuchtet wird durch Kühlung. Funktion und Aufbau einer Anlage mit Entfeuchtung sind
deshalb mit der oben beschriebenen zu vergleichen, mit dem Unterschied, dass hier ein
Nachwärmer notwendig ist. Die Temperatur des Kühlmediums muss unterhalb des
Taupunktes der Luft liegen.
Anwendungsbeispiele:
• Hallenbäder; die Entfeuchtung soll immer mit einer Wärmepumpe kombiniert werden. Die
Rückgewonnene Wärme wird zum Vorwärmen der Zuluft sowie zum Erwärmen des
Dusch- oder Badewassers verwendet.
• Chemisch-pharmazeutische Betriebe
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2.4
Klimaanlagen
Klimaanlagen haben die Aufgabe, Temperatur und Feuchte der Luft innerhalb beliebig
vorgeschriebener Grenzen konstant zu halten.
In der Regel enthalten sie daher Einrichtungen für alle vier thermodynamischen Luftbehandlungsmethoden - heizen, kühlen, befeuchten, entfeuchten. Ferner sind sie meistens
mit selbsttätigen Temperatur- und Feuchtereglern ausgerüstet.
Sie finden in zwei Gebieten Anwendung: als Komfortklimaanlagen und als Industrieklimaanlagen.
Mit den Komfortklimaanlagen wird Sommer und Winter das günstigste Raumklima
aufrechterhalten, d.h. je nach Wetter und persönlichen Wünschen Temperaturen von 20..
26°C und eine relative Feuchte von 30....50%.
Die Industrieklimaanlagen hingegen haben die Aufgabe, den für die Fabrikation
notwendigen Luftzustand zu halten.
Einkanal-Nur-Luft-Anlagen
Einzonen-Anlagen mit konstantem Volumenstrom führen allen Räumen Luft des gleichen
Temperatur- und Feuchtezustandes zu. Einzelne Räume können nicht individuell klimatisiert
werden.
Anwendung:
Die Einzonen-Klimaanlage eignet sich für grosse Räume wie Kinos, Theater, Säle, EDV
oder für die Innenzonen von Gebäuden mit Grossraumbüros.
Mehrzonen-Anlagen
ermöglichen dagegen ein individuelles Anpassen der RaumIuftzustände in verschiedenen
Räumen oder Gebäudezonen. Die Luft wird zentral vorbehandelt und dezentral
nachbehandelt. Man unterscheidet Systeme mit:
Nachwärmer
Diese können im Abgang des Zonenkanals in der Zentrale oder erst vor den entsprechenden Räumen installiert werden.
Nebst den Nachwärmern können die einzelnen Zonen auch mit
Nachkühlern oder einer zusätzlichen Befeuchtung ausgerüstet werden.
Anwendung von Mehrzonen-Anlagen:
• Unterteilung in Zonen nach Himmelsrichtung
• Unterteilung nach Räumen oder Raumgruppen mit unterschiedlichen Heiz- oder
Kühllasten.
Variable-Volumenstrom-Systeme (VVS)
gleichen die unterschiedlichen Kühllasten der einzelnen Räume durch Änderung des
Zuluftvolumenstroms mittels Volumenstromregler aus. Ist es im Raum zu warm, so wird der
Volumenstrom vergrössert, ist es zu kühl, so wird er verkleinert. Die Zulufttemperatur bleibt
konstant auf z.B. 160C. Für Räume mit wechselndem Wärmeanfall, z.B. in den
Aussenzonen, ist das System mit einer statischen Heizung durch Heizkörper zu ergänzen.
Im Winter kann zudem die Zulufttemperatur angehoben werden.
Anwendung:
Vor allem für Gebäude mit grosser Kühllast wie Kaufhäuser, Banken oder Bürogebäude.
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Zweikanal-Nur-Luft-Anlagen
Bei der Zweikanalanlage wird die Luft vorbehandelt und anschliessend auf einen Warm- und
einen Kaltluftkanal aufgeteilt. Die Warm- und die Kaltluft werden in Hochdruckrohren zu den
einzelnen Mischkästen geführt. Dort wird entsprechend der gewünschten Zulufttemperatur
das Warmluft/Kaltluftverhältnis eingestellt.
Anwendungsbeispiele:
Vielräumige Bürohäuser, Hoteltürme, Aussenzonen von Grossraumbüros, Laborgebäude.
Luft-Wasser-Anlagen
Bei den Hochdruck-Primäranlagen (auch Induktionsanlagen genannt) wird nur die zum
Erzielen einer genügenden Aussenluftrate notwendige Aussenluft zentral vorbehandelt
(=Primärluft). Bei jedem Luftauslass sind Wärmetauscher vorhanden, die je nach Bedarf von
Warm- oder Kaltwasser durchflossen werden. Die Primärluft strömt mit hoher
Geschwindigkeit durch lnjektionsdüsen aus und zieht Raumluft (=Sekundärluft) nach. Diese
Sekundärluft strömt dabei durch die Wärmetauscher, wo sie erwärmt oder gekühlt wird.
Anwendungsbeispiele:
Vielräumige Gebäude mit umfangreichen Aussenzonen wie Bürogebäude, Luxus-Hotels,
Gebäude mit flexibler Raumteilung.
Bei Ventilator-Konvektoren-Anlagen, auch Fan-Coil-Anlagen genannt, ist jedes Gerät mit
einem Ventilator ausgerüstet. Der Wärmetauscher kann, wie bei den Induktionsanlagen, im
Zwei-, Drei- oder Vierrohrsystem angespiesen werden. Für die Zufuhr von Aussenluft gibt es
drei Methoden:
•
•
Ansaugen der Aussenluft durch eine Öffnung in der Aussenwand
Die Aussenluft wird zentral aufbereitet und wie bei den lnduktionsanlagen direkt den
Geräten zugeführt.
• Zufuhr der Aussenluft über eine separate zentrale Anlage direkt in die Räume.
Vorteilhaft ist, dass jedes Gerät bei Nichtbenutzung des Raumes abstellbar ist. Ferner
erlaubt der Ventilator eine Schnellaufheizung oder -kühlung.
Nachteilig ist der vergleichsweise grössere Wartungsaufwand.
Anwendungsbeispiele:
Vielräumige Gebäude mit unterschiedlicher Belegung der Räume, z.B. Hotels.
2.5 Einzel-Klimageräte
Fenster- und Truhenklimageräte
Sie dienen hauptsächlich zur Kühlung von Einzelräumen. Bei den Truhengeräten sind
Öffnungen in der Fassade notwendig, oder der Verdampfer steht im Freien und ist durch
Kältemittelleitungen mit dem Gerät verbunden. Oft sind diese Geräte mit einer elektrischen
Zusatzheizung ausgerüstet, oder die Kältemaschine wird zur Wärmepumpe ‘umfunktioniert‘.
Kompakt-Klimaschränke
Sie können als Luftheiz- oder Kühlgerät bis zur vollwertigen Anlage ausgerüstet sein, je
nach Verwendungszweck. Aufstellung in dem zu klimatisierenden Raum oder in einem
Nebenraum.
Einsatz in Räumen mit hoher Wärmelast (EDV).
Klimaanlagen
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3. Komponenten
3.1 Aussenlufteintritt / Fortluftaustritt
FUNKTION
Die Elemente werden bei Aussenluftansaugen und Fortluftaustritten in der Fassade oder auf
dem Dach eingesetzt.
Sie verhindern das Eindringen von Regenwasser, Schnee, Laub, Vögeln usw.
AUFBAU
Es gibt grundsätzlich zwei Konstruktionen:
• für horizontalen Luftdurchgang Wetterschutzgitter
Es ist das am häufigsten verwendete Element. Seine einfache Ausführung erlaubt es, den
Luftdurchtritt in Form und Farbe den architektonischen Gegebenheiten anzupassen.
Die im Rahmen eingesetzten Lamellen sind
üblicherweise aus Aluminium. Die Lamellenneigung beträgt ca. 45 0 Die Lamellenteilung
sollte mindestens 50 ... 60 mm betragen.
Das hinter dem Wetterschutzgitter angeordnete Maschendrahtgitter sollte eine
Maschenweite von ca. 10 mm haben. Ist die Maschen-weite zu klein, verstopft das Gitter
schnell (Insekten usw.).
• für vertikalen Luftdurchgang Regenhut
Er wird in Flach- und Schrägdächer eingebaut. Er kann rund und eckig aus verz. Blech, Cu
oder Kunststoff hergestellt werden.
BETRIEB / UNTERHALT / STORUNGEN
Wenn die Maschendrahtgitter nicht zu eng sind genügt es, wenn die Luftein- und -austritte
einmal jährlich kontrolliert und gereinigt werden.
3.2 Klappen FUNKTION
Die Gründe für den Einsatz von Klappen sind Sicherheit und Anlagefunktionen. Die Klappe
sperrt den Luftweg oder drosselt in einer Zwischenstellung den Luftvolumenstrom.
Daher unterscheidet man:
• Absperrklappen (auf / zu)
• Drosselung / Regelung (stetig)
am
am
als
als
als
als
Aussenlufteintritt
Fortluftaustritt
Zonenklappe
Rückschlagklappe
Brandschulzklappe
Explosionsschutzklappe
als
Aussen-,Umluft-, Fortluftmischklappen
als Volumenstromregelung
in Variabel-VolumenSystemen (bzw. VAV)
Einregulieren von
Luftvolumenströmen
als
zum
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Mischklappen
Zur Mischung verschiedener Luftströme wird pro Luftart eine Klappe eingesetzt. Entweder
hat jede Klappe einen eigenen Antriebsmotor, oder sie sind mit einem Klappengestänge
untereinander verbunden.
Bei der üblichen Mischung von Aussen- und Umluft ist der Zuluftvolumenstrom von den
Druckverhältnissen vor den Klappen, der Klappenkennlinie und -autorität abhängig.
AUL
MIL
ZUL
UML
Raum
FOL
ABL
AUFBAU
Klappen gibt es in runder und eckiger Ausführung.
Grundsätzlich unterscheidet man:
• Gleichlaufende Klappen
Die Klappenlamellen verstellen sich parallel.
Diese Klappenart eignet sich vor allem für auf/ Zu-Betrieb, d.h. für den Abschluss von
Luftwegen.
• Gegenläufige Klappe
Diese Klappen haben eine bessere
Regelcharakteristik als die gleichlaufenden
Klappen und können darum auch für eine
stetige Regelung des Luftvolumenstromes
eingesetzt werden.
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• Brandschutzklappen
Diese haben die Aufgabe, Luftkanäle, die durch verschiedene Brandabschnitte führen, im
Brandfall abzutrennen.
Die Konstruktion ist durch die Feuerversicherungen vorgeschrieben, und sie müssen deshalb typengeprüft sein.
Üblicherweise besteht das Gehäuse aus ca. 2 mm dickem Stahlblech und das
Feuerhemmende Klappenblatt aus asbestfreiem lsolationsmaterial.
Die Auslösung erfolgt im Allgemeinen über eine Brandmeldeanlage, und die mit
Federrückzug schliessen stromlos.
• Rückschlag / Überdruckklappen
Diese Klappe öffnet nur bei Druckaufbau. Wenn die Klappe geöffnet hat, fällt der Druck
zusammen und die Klappenblätter wollen wieder schliessen. So können die Klappenblätter
zu flattern beginnen. Um dies zu vermeiden, können die einzelnen Klappenblätter mit einem
Gestänge verbunden werden.
• Luftdichte Klappen
Normale Klappen sind nicht luftdicht. Sie erfüllen jedoch die in der Haustechnik gestellten
Anforderungen weitgehend.
“Dicht“ Klappen werden in
- Industrie
- Chemie
- Gasschutz
- Kernkraftwerken
eingesetzt und müssen entsprechend spezifiziert werden.
BETRIEB / UNTERHALT / STÖRUNGEN
Abschluss- und Regelklappen müssen mindestens 1 x jährlich kontrolliert und gereinigt
werden.
Bei Aussenluftklappen muss vor Beginn der Heizperiode die Funktion bei Frostalarm
kontrolliert werden.
Die Funktion der Brandschutzklappen sollte monatlich kontrolliert
werden.
Bei Einstellklappen für den Luftvolumenstromabgleich muss die
Stellung eindeutig markiert werden. Diese Klappen dürfen nicht
verstellt werden.
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3.3 Filter
Funktion
Die Aussenluft ist durch verschiedene Stoffe unterschiedlicher Teilchengrösse Л
verunreinigt. Die Anzahl und Zusammensetzung ist von Ort zu Ort unterschiedlich.
Meeresluft
85 000 Л
Kleinstadt
500 000 Л
Grossstadt
1 000 000 000 Л
Antarktis
5000 Л
Filter haben die Aufgabe, staub- und gasförmige Verunreinigungen aus der Luft
auszuscheiden. Die unterschiedlichen Filterarten können aufgrund ihres Abscheidegrades
oder ihrer Funktion klassifiziert werden.
Partikelabscheidung
Die Abscheidung von Partikeln in einem Filter beruht, auf verschiedenen physikalischen
Eigenschaften
Siebwirkung
Partikel mit einem grösseren Durchmesser als der freie Abstand zwischen zwei
Fasern können das Filtermedium nicht passieren.
Trägheitseffekt
Grössere Partikel sind zu träge, dem Luftstrom um die Filterfaser zu folgen. Sie
bewegen sich in ihrer ursprünglichen Bahn weiter und bleiben an der Anströmseite
der Faser haften.
Sperreffekt
Kleine leichte Partikel folgen dem Luftstrom um die Filterfaser. Liegt der Mittelpunkt eines
Partikels auf dieser Strömung, deren Abstand kleiner ist als der Halbmesser des Partikels,
so wird dieses von der Faser aufgefangen und bleibt haften.
Diffusionseffekt
Partikel kleiner als 1 μm folgen nicht den Strömungslinien, sie werden von der Brownschen
Molekularbewegung beeinflusst, das heisst, sie werden von den Luftmolekülen in
Schwingung versetzt und bleiben bei Berührung mit den Filterfasern an diesen hängen.
Faserfilter
Grobstaubfilter:
Grobstaubfilter werden aus Glasfasern und synthetischen Fasern usw. mit einem
Faserdurchmesser von 30 ... 50 μm und einem Faserabstand von 200 - 400 μm hergestellt.
Die Abscheidung erfolgt nach dem Trägheitseffekt und setzt darum eine Luftgeschwindigkeit
durch das Filtermedium von 2 ... 2.5 m/s voraus.
Auf Partikel kleiner als 1 μm haben Grobstaubfilter eine geringe Wirkung.
Feinstaubfilter:
Das Filtermaterial wird hauptsächlich aus Glasfasern mit einem Faserdurchmesser von 1 ...
10 μm und einem Faserabstand kleiner 10 μm hergestellt. Die Luftgeschwindigkeit durch
das Medium beträgt üblicherweise 2 ... 12 cm/s.
Der Wirkungsgrad ist ein Mass für die Abscheidung von atmosphärischem Staub.
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Schwebstofffilter
Bieten Schutz vor Bakterien und Viren, und kleinsten Partikeln. Sie werden in der
Lebensmittelindustrie, an reinen Fertigungsräumen und -plätzen, in Kernkraftwerken und
Operationssälen usw. eingesetzt.
Um die Standzeit der Schwebstofffilter zu erhöhen, werden diese normalerweise mit einem
Vorfilter kombiniert.
AUFBAU
Die Rahmen der Filter werden immer mehr aus entsorgungs-freundlichem Material wie Holz,
Karton, PP usw. hergestellt.
Flachfllter
• Einfachste Ausführungen sind ebene Filterzellen mit Mediumdicke 25 oder 50 mm innerhalb Kartonrahmen und Blech oder Pappe mit gröbster Lochung zur Stützung.
• Bessere Ausführung einer ebenen Filterzelle mit U-Rahmen, Stützgitter und Klemmbügel.
Taschenfilter
Taschenfilter sind die am meisten verbreitete Bauform für Grob- und Feinfilter. Sie bestehen
aus 6 bis 12 keilförmigen, auf einem Rahmen befestigten Taschen. Einzelne Heftfäden, eingeklebte oder genähte Streifen oder geschweisste Zwischennähte verhindern das
Aufblähen. Sie zeichnen sich durch eine hohe Staubspeicherfähigkeit bei kleinen Einbaumassen aus.
Sackfllter
Sack- oder Haubenfilter werden konfektioniert durch Nähen, Verschweissen zu haubenförmigen Formen und in Rahmen eingebaut. Durch die Haubenform wird die Filterfläche
vergrössert. Anwendung vor allem bei Grobfiltern.
Zellenfilter
Zellenfilter sind für die Abscheidung von Feinst- und Schwebstäuben von besonderer
Bedeutung. Das Filtermedium, ein Vlies aus mikrofeinen Fasern (Glas, Kunststoff, Zellulose,
Mineralien, Metalloxyd oder Metall), wird zickzackförmig gefaltet in einem Rahmen
untergebracht. Die einzelnen Falten werden mit Abstands-Haltern aus Metall, Papier oder
Kunststoff auseinander gehalten. Der Verbund zum Rahmen wird entsprechend den
Abscheideansprüchen durch eine Vergussmasse hergestellt. Diese so genannten Zellenfilter
werden als letzte Filter-Quelle: Filterprogramm Unlfll AG, 5702 Niedetlenz stufe eingesetzt
bei Laboratorien, in Operationsräumen, bei reinen Räumen, bei Abluftanlagen aus
Kernkraftwerken, d.h. bei Feinst- und Schwebstofffilterbedarf.
Aktivkohlenfilter
Diese Filter dienen zur Adsorption von schädlichen Gasen oder unerwünschten gas und
dampfförmigen Verunreinigungen.
Das Basismaterial ist Steinkohle, Torf oder Kokosnuss-Schalen. In Spezialfällen wird die
Kohle zusätzlich imprägniert.
1 g Aktivkohle hat ein Volumen von ca. 2 cm3 und eine innere Oberfläche von
ca. 1‘OOO m2.
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Metallfllter
Das Filtermedium besteht aus Stahlwolle oder Metallgestricken.
Diese Filter werden in Küchen für Absaugungen von ölhaltiger Luft eingesetzt. Die
Abscheidung erfolgt auf Grund des Trägheits- und Sperreffektes.
Elektrofilter
In einem lonisationsteil eines Elektrofilters werden die Staubteile elektrisch positiv
aufgeladen. Im anschliessenden Abscheideteil passieren die Teilchen negativ geladene
Platten. Diese ziehen die Staubpartikel an.
Gereinigt wird der Elektrofilter, der kleinste Teile wie Tabakrauch, Pollen usw. abscheidet,
durch Abspritzen mit Wasser.
BETRIEB / UNTERHALT / STÖRUNGEN
Bei der Auswahl eines Filters/Ersatzfilters muss auf
• die Standzeit
• den Energieverbrauch
• die Entsorgung
geachtet werden.
Ein guter Filter hat einen guten Wirkungsgrad, einen kleinen Widerstand, eine optimale
Standzeit und ist wartungs- und entsorgungsfreundlich.
Beim Filterwechsel müssen die Anweisungen des Herstellers beachtet werden. Es soll
immer der ganze Filtersatz und nicht nur Einzelzellen ausgewechselt werden.
Diese Arbeiten müssen bei abgestellter Anlage durchgeführt werden. Im Weiteren muss
darauf geachtet werden, dass das Filtermedium und die Dichtflächen nicht beschädigt
werden.
Vorgehen bei der Filterprüfung
1. Achtung, wenn Filteralarm durch die Automatik ausgelöst wurde, soll man sich zuerst
vergewissern, ob tatsächlich die Alarmmeldung aufgrund der Filterverschmutzung
hervorgerufen wurde.
2. Filterwiderstand messen.
3. Messen des Volumenstroms.
4. Vergleichen mit dem rot angegebenen Endwiderstand.
5. Vergleichen mit dem minimal zulässigen Sollvolumenstrom.
6. Achtung, sobald die relative Luftfeuchtigkeit 70% r.F. übersteigt (erfolgt häufig im
Frühling und Herbst), erhöht sich der Durchflusswiderstand des Luftfilters.
7. Filterauswechsel notwendig Ja oder Nein. Ev. Kontakt mit Hersteller.
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Einstellen und Überprüfung des Filteralarms
Beim Inbetriebsetzen oder Kontrollieren der Filterüberwachung kann der notwendige Druck,
z.B. mittels einer Medizinalspritze simuliert werden.
Differenzdruckpressostaten
- Filteralarm
- optische Filterüberwachung
Messwerte
- Druckdifferenz
- SoIl-Volumenstrom
Verschmutzte Filter verursachen:
•
Verminderung der Heiz- oder Kühllast
•
kleinere Austrittsgeschwindigkeiten an den Luftdurchlässen
•
geringere lnduktionsbeimischung
•
unkontrollierte Raumströmungsverhältnisse
•
Druckverhältnisse im Gebäude sind nicht mehr beherrschbar. Unterdruck: Luft wird
durch undichte Gebäudeteile nachgezogen = Fensterfugen, Treppenhaus usw.
•
Zugserscheinungen
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3.4 Wärmerückgewinnung
FUNKTION
Mit der Wärmerückgewinnung wird der Fortluft-Energie (Wärme, Kälte und ev. Feuchtigkeit)
entzogen und diese der Aussenluft zugeführt. Mit richtig ausgelegten WRG-Anlagen können
die lnvestitions- und Betriebskosten gesenkt werden.
WRG-Anlagen sind heute vom Energiegesetz vorgeschrieben und lassen sich bei richtiger
Auslegung in vernünftiger Zeit amortisieren.
Grundsätzlich unterscheidet man zwischen folgenden Systemen:
•
•
•
Umluftbeimischung
regenerative Systeme Wärmeaustausch mit Hilfe eines
Wärmeträgers (Rotoren, kreislaufverbundene Systeme usw.)
rekuperative Systeme Wärmeaustausch über eine Trennfläche
(Plattentauscher, Röhrentauscher u.ä.)
Die Wirkung einer Wärmerückgewinnung wird mit der Rückwärmezahl (oft auch Wirkungsgrad genannt) umschrieben
V
AULaus -
V
AULein
ф=
V
ABLeIn
V
ф
- VAULein
Lufttemperaturen (°C)
Rückwärmezahl (-)
Die Rückwärmezahlen liegen im Allgemeinen im Bereich von 0.50 ... 0.75.
Da die Rückwärmezahl aussentemperaturabhängig ist, muss bei der Auslegung einer WRG
neben der Rückwärmezahl vor allen der Jahresnutzungsgrad beachtet werden.
AUFBAU
Umluft
Dies ist zwar kein eigentliches WRG-System‘ sondern eher eine - auch in der Vergangenheit
häufig angewandte - Anlageart. Wegen der hohen Wirksamkeit sollte das Umluftsystem, falls
vom sicherheitstechnischen und hygienischen Standpunkt aus vertretbar, immer
angewendet werden.
In vielen Fällen ist die Kühllast im Sommer massgebend für die Bestimmung des Zuluftvolumenstroms. Um Energie für die Kühlung bzw. Erwärmung der Aussenluft einzusparen, wird der Aussenluft Umluft beigemischt. Der Aussenluftanteil verändert sich, je
nach dem Aussenluftzustand, zwischen dem für die Benützer minimal notwendigen Anteil
und dem maximalen Anteil in der Übergangszeit, wenn mit der Aussenluft gekühlt wird.
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Platten- Rohrwärmetauscher
Fortluft und Aussenluft werden durch feststehende Platten oder Rohre aus Metall oder Glas
getrennt, aneinander vorbeigeführt. Dabei wird Wärme ausgetauscht.
Vorteile:
• keine beweglichen Teile, deshalb preisgünstig
• keine Übertragung von Partikeln und Keimen
• bei Wärmetauscherflächen aus Glas korrosionssicher
Nachteile:
• Zu- und Abluftanlage müssen beieinander liegen
• Rückgewinnung im Sommer gering
• Platzbedarf relativ gross
Kreislaufverbundenes System (Wasser / Glykol)
Ein im Fortluftkanal installierter Wärmetauscher entzieht der Luft Wärme mittels eines
Wasser-Glykolgemisches, das in geschlossenem Kreislauf über einen zweiten Austauscher
die Wärme auf die kalte Aussenluft überträgt.
Vorteile:
• gute Einbaumöglichkeit in bestehenden Anlagen, da die Zu- und Abluftanlage nicht
beieinander liegen müssen
• keine Übertragung von Partikeln und Keimen
• gut regelbar
Nachteile:
• Wärmeträger und Pumpe notwendig
• relativ niedriger Wärmerückgewinnungsgrad
• praktisch keine Rückgewinnung ausserhalb des Winters
Diese Art der WRG sollte nur dann angewandt werden, wenn aus baulichen Gründen ein
direkter Luft-Luft-Wärmeaustausch nicht realisierbar oder nicht wirtschaftlich ist.
Rotierende Wärmetauscher
Ein sich langsam drehendes Rad aus Speichermasse in wabenförmiger Anordnung wird
halbseitig in der einen Richtung von Fortluft und halbseitig in der anderen Richtung von
Aussenluft durchströmt. Je nach der Art der Speichermasse wird nur Wärme oder auch
Feuchtigkeit zurückgewonnen. Zur Verhinderung einer direkten Luftmischung dient eine
Spülzone.
Vorteile:
• hoher Wärmerückgewinnungsgrad
• Wärme- und Feuchterückgewinnung
Nachteile:
• Leckverlust 1...1O%
• Zu- und Abluftanlage müssen beieinander liegen
• bei hygienisch problematischer Abluft nicht einsetzbar
• grosse Temperaturschichtung
• schlechte Regelbarkeit
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Wärmepumpen
Die Leistungszahl ist der Quotient aus erzeugter Wärmeleistung und notwendiger
elektrischer Energie. Er liegt üblicherweise im Bereich von 3 .... 6. Im Gegensatz dazu liegt
der vergleichbare Wert bei WRG-Anlagen im Bereich von 20 ... 60. Im Fortluftsystem ist ein
Kältemittelverdampfer eingebaut. Durch die Verdampfung des Kältemittels wird der Fortluft
Wärme entzogen. Mittels Kompressor bzw. Absorberanlage wird unter Zugabe von Energie
das Kältemittel auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Im Kondensator im
Aussenluftsystem wird das Kältemittel unter Wärmeabgabe wieder verflüssigt. Die
Leistungszahl der Wärmepumpe wird grösser, je kleiner der Temperaturunterschied
zwischen Aussen- und Fortluft ist.
BETRIEB / UNTERHALT / STÖRUNGEN
• Um die Funktion der WRG zu kontrollieren, sollten vor und nach den Wärmetauschern
Thermometer eingebaut werden, d.h. 4 Stück pro Anlage.
• Bei korrosiver Fortluft muss bei Wärmetauscher und Gehäuse auf die geeignete
Materialwahl und -beschichtung geachtet werden.
• Vor und nach den Wärmetauschern sind geeignete Revisionsöffnungen vorzusehen.
• Um die Verschmutzung möglichst gering zu halten, müssen den Wärmetauschern
Luftfilter vorgeschaltet werden. Ist dies nicht möglich oder sinnvoll, müssen andere
Massnahmen wie grosse Lamellenabstände und gute Reinigungsmöglichkeiten
vorgesehen werden.
Gemäss SWKI-Richtlinien sollten folgende Richtwerte für min. Lamellen- bzw.
Plattenabstände eingehalten werden.
Wichtig:
Bei Wärmetauschern, welche periodisch gereinigt werden, müssen die Rohre
fluchtend angeordnet sein (nicht versetzt)! Es sind dicke, stabile Lamellen zu
verwenden (geeignet für Reinigung mit Hochdruck-Reiniger).
• Bei rotierenden WRG-Systemen ist im Stillstand ein Reinigungsbetrieb gemäss
Herstellerangaben vorzusehen.
• Für Kondensat- und Reinigungsentwässerung sind Tropfschalen und syphonierte Abläufe
(mit Füllstutzen) vorzusehen.
• Bei kreislaufverbundenen WRG-Systemen muss das Wasser/Glykol-Gemisch periodisch
kontrolliert werden.
1. Probe
nach ca. 6 Monaten Betriebszeit
2. Probe
nach 1 ... 2 Jahren
Die nachfolgenden Intervalle richten sich nach den Ergebnissen der ersten beiden
Untersuchungen.
Die eingesetzten Aethylen- und Propylenglykole sind biologisch abbaubar.
Im Gegensatz zu Polypropylenglykolen (Vorsicht: ev. giftige lnhibitoren) sind
Äthylenglykole giftig.
Altes Glykol sollte an den Hersteller zurückgegeben werden. Eine Entsorgung über das
Abwasser muss mit dem zuständigen Gewässerschutzamt abgesprochen werden.
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3.5 Lufterhitzer / -kühler
FUNKTION
Grundsätzlich gibt es in der Lüftungstechnik zwei Arten von Wämeaustausch:
• Lufterwärmung
• Luftkühlung
Lufterhitzer
Grundsätzlich unterscheidet man von der Funktion zwischen Vorwärmer und Nachwärmer.
Da heute die meisten Anlagen mit einem WRG-System ausgerüstet sind, ersetzt diese den
Vorwärmer.
Die Lufterwärmung im h,x-Diagramm.
Luftkühler
Grundsätzlich unterscheidet man “trockene Kühlung“ (sensibel) und Kühlung mit
Wasserauscheidung/Entfeuchtung (sensibel und latent). Dabei ist zu beachten, dass das
Ausscheiden von Wasser die notwendige Kühlleistung wesentlich erhöht.
Ob und wie viel Wasser ausgeschieden wird, hängt von der Oberflächentemperatur des
Kühlers ab, d.h von der Temperatur des Kühlmediums und der hydraulischen Schaltung.
Die Luftkühlung im h,x-Diagramm.
Grundschaltung der Wärmetauscher
Bei der hydraulischen Anschlussweise der Wärmetauscher gibt es je nach Ventilbauarten
mehrere Varianten, jedoch können sie in vier Grundschaltungen zusammengefasst werden.
Das Problem ist, wo ist der Volumenstrom konstant oder variabel primär oder sekundär. In
der Abbildung sind die Schaltungen in Bezug auf die Volumenströme in einer Matrix
dargestellt.
Vor- / Nachwärmer
Klimaanlagen
Kühler
28/50
m. fahrni
Vorwärmerschaltungen
Konstante Wassermenge im
Primärnetz
Nicht bei einem Zweikreissystem mit
Speicher oder Fernwärmeversorgung.
Konstante Wassermenge im
Verbraucher
- Bei Primärnetzen mit Bedingung
Vw = konstant
-> Sicherheit / Frostgefahr
Variable Wassermenge im
Primärnetz.
Bei einem Zweikreissystem mit Speicher
- bei hoher Regelanforderung
Konstante Wassermenge im
Verbraucher
Klimaanlagen
- Sicherheit / Frostgefahr
29/50
m. fahrni
Vorwärmerschaltungen
Konstante Wassermenge im
Primärnetz
Nicht zu empfehlen (untauglich)
Variable Wassermenge im
Verbraucher
Variable Wassermenge
Klimaanlagen
nicht zu empfehlen (untauglich)
30/50
m. fahrni
Nachwärmerschaltungen
Konstante Wassermenge im
Primärnetz
Nicht bei einem Zweikreissystem mit
Speicher oder Fernwärmeversorgung.
Konstante Wassermenge im
Verbraucher
- Bei Primärnetzen mit Bedingung
Vw = konstant
- bei hoher Regelanforderung
- bei VVS-Aufbereitung
Variable Wassermenge im
Primärnetz.
Bei einem Zweikreissystem mit Speicher
oder Fernwärme
- bei hoher Regelanforderung
- bei VVs-Aufbereitung
Konstante Wassermenge im
Verbraucher
Klimaanlagen
31/50
m. fahrni
Nachwärmerschaltungen
Konstante Wassermenge im
Primärnetz
Variable Wassermenge im
Verbraucher
Variable Wassermenge
Klimaanlagen
Nicht zwbei einem Zweikreissystem mit
Speicher oder Fernheizung.
- bei geringer Regelanforderung
- bei Primärnetz Vw = konstant
Bei einem Zweikreissystem mit Speicher
oder Fernwärme
- bei geringer Regelanforderung
- nicht bei längeren Leitungen
32/50
m. fahrni
Kühler
Konstante Wassermenge im
Primärnetz
Nicht bei einem Zweikreissystem mit
Speicher.
Konstante Wassermenge im
Verbraucher
- Bei Primärnetzen mit Bedingung
Vw = konstant
- bei hoher Regelanforderung
- bei rein sensibler Kühlung
- bei VVS-Aufbereitung
Variable Wassermenge im
Primärnetz.
Bei einem Zweikreissystem mit Speicher.
- bei hoher Regelanforderung
- bei VVS-Aufbereitung
- bei rein sensibler Kühlung
- bei VVS-Aufbereitung
Konstante Wassermenge im
Verbraucher
Klimaanlagen
33/50
m. fahrni
Kühler
Konstante Wassermenge im
Primärnetz
Variable Wassermenge im
Verbraucher
Variable Wassermenge
Klimaanlagen
Nicht bei einem Zweikreissystem mit
Speicher.
- nicht bei langen Leitungen
- bei sensibler und latenter Kühlung
- bei Primärnetz mit Bedingung konstant.
Bei einem Zweikreissystem mit Speicher bei geringer Regelanforderung
- bei sensibler und latenter Kühlung
- bei hohen Regelanforderung
-
34/50
m. fahrni
AUFBAU
Lufterhitzer
Zur Erwärmung von Luft werden folgende Austauscherarten eingesetzt:
• Warmwasser-Lufterhitzer, in der Lüftungs- und Klimatechnik am
gebräuchlichsten.
Beim Warmwasser-Lufterhitzer unterscheidet man Lammellenrohr-, Glattrohr- und Rippenrohrwärmetauscher. In der Luft- und
Klimatechnik wird praktisch nur noch der Lamellenrohrwärmetauscher verwendet. Als Kernrohr kommt Kupfer und für die
Lamellen Aluminium zur Anwendung. Je nach der zu erbringenden
Leistung werden mehrere Rohrreihen hintereinander geschaltet.
•
•
•
•
•
Dampflufterhitzer für industrielle Anwendungen
Feuer- und Gaslufterhitzer für Sonderfälle
Elektrolufterhitzer für kleinere Leistungen
Luft-Luft-Wärmetauscher
Kondensatoren als Bestandteil eines Kältemittelkreislaufes in Wärmepumpen oder
Kühlgeräten.
Luftkühler
Die in der Lufttechnik fast ausschliesslich verwendeten Lamellen-Wärmetauscher arbeiten
wie Lufterhitzer. Als Kühlmedium kann sowohl Kaltwasser wie auch ein verdampfendes
Kältemittel verwendet werden. Wärme wird übertragen zwischen gasförmiger Luft und
flüssigem Betriebsmittel oder verdampfendem Kältemittel.
Die Temperaturunterschiede zwischen Wasser und Luft sind beim Kühler geringer als beim
Lufterhitzer, darum werden die Austauschflächen grösser.
Wird als Kühlmedium ein Kältemittel verwendet welches in den Wärmetauscherrohren
verdampft spricht man von einem Direktverdampfer. Der Aufbau ist ähnlich wie beim
Kaltwasserkühler. Der wesentliche Unterschied besteht in der Zuführung des Kühlmediums.
Anstelle eines Kollektors wird jedes Verteilrohr einzeln mit kleinen Kupferrohren
angeschlossen.
Geregelt wird der Kältemitteldurchfluss wird mit einem Expansionsventil. Dieses regelt die
Temperatur des Kältemittelgases am Wärmetauscherausgang. Folgendes Bild zeigt die
Funktion eines thermostatischen Expansionsventils:
Es regelt den Kältemittelfluss, indem es eine mehr oder weniger konstante Temperatur des
Kältemittelgases am Verdampferausgang aufrechterhält.
Das verflüssigte Kältemittel wird im Expansionsventil entspannt und dadurch abgekühlt.
Dann fliesst es zum Verdampfer. Je nach der Temperatur des Dampfes am
Verdampferausgang wird über den Temperaturfühler die Membrane bewegt, welche das
Ventil verstellt und dadurch den Kältemittelfluss verändert. Damit ist der Regelkreis geschlossen.
Wenn eine Ausscheidung von Wasser nicht ausgeschlossen werden kann (Z.B. beim
Direktverdampfer), muss dem Kühler ein Tropfenabscheider nachgeschalten werden.
Klimaanlagen
35/50
m. fahrni
BETRIEB / UNTERHALT / STÖRUNGEN
Lufterhitzer und -kühler sind bei richtiger Filterung der Luft weitgehend wartungsfrei.
•
1 x jährlich sollte die Oberfläche auf Sauberkeit kontrolliert werden
•
Die Kondensatwannen sollte min. 2 x jährlich gereinigt werden
•
Kondenswasserabläufe müssen periodisch gereinigt, durchgespült werden
•
Nur richtig dimensionierte Siphon (min. Siphonhöhe) bringen den gewünschten Erfolg.
Sind bei einem saugseitig vom Ventilator angeordneten Wärmetauscher die Siphonhöhe
zu knapp dimensioniert oder der Siphon nicht gefüllt, so können Kanalisationsgerüche in
die Lüftungsanlage gesogen werden.
Siphon müssen periodisch (min. halbjährlich) durchgespült und gefüllt werden.
•
Bringt ein Wasser/Luft-Wärmetauscher seine Leistung nicht mehr so muss neben
Pumpen- und Ventilfunktion sowie Betriebsmitteltemperaturen auch geprüft werden ob
der Wärmetauscher vollständig entlüftet ist.
Klimaanlagen
36/50
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3.6 Befeuchtung
FUNKTION
Luft befeuchten braucht relativ viel Energie. Darum sollten sie in Komfortanlagen nur
eingesetzt werden, wenn die Raumluftfeuchtigkeit unter 35 ... 40 % r.F. absinkt. Im
Allgemeinen sind Luftbefeuchter bewilligungspflichtig und bedürfen eines Bedarfnachweises.
Die Wirkung eines Befeuchters wird mit dem Befeuchterwirkungs-grad umschrieben. Dieser
ist wie folgt definiert:
effektive Zunahme des Wasserdampfgehaltes
Befeuchtungswirkungsgrad
=
max. mögliche Wasserdampfaufnahme
(bis zur Sättigungslinie)
Die Befeuchter werden aufgrund der Zuführung der Verdampfungswärme in zwei
Hautgruppen unterteilt:
a)
Dampfbefeuchtung
Bei diesen Systemen wird die Verdampfungswärme dem Wasser/Dampf zugeführt und
die zu befeuchtende Luft erwärmt sich leicht. Darunter fallen u.a.:
• zentrale Dampferzeugung in elektrisch- oder öl-/gasbefeuerten Dampfkesseln
• dezentrale, elektrische Dampferzeugung
b)
Verdunstungsbefeuchtung
Bei diesen Systemen wird die “Verdampfungswärme“ der zu befeuchtenden Luft
entzogen. Dadurch kühlt sich diese, je nach Wassertemperatur und Verdunstungsmenge, mehr oder weniger ab. Diese Systeme werden auch adiabatische
Befeuchter genannt. Darunter fallen:
• Verdunstungsbefeuchter
- Kontakt- und Waben- oder Mattenbefeuchter
• Zerstäubungsbefeuchter
- Sprühbefeuchter / Luftwäscher
- Zweistoff-Düsen
- Scheibenzerstäuber
- Kaltdampfgenerator
• Ultraschallbefeuchter
AUFBAU
Nachfolgend werden einige der am häufigsten eingesetzten Bauarten beschrieben:
• Elektro-Dampferzeuger
In einem Kunststoffbehälter mit Gitterelektroden wird Wasser verdampft. Der Dampf ist
annähernd mineralfrei, da organische und anorganische Stoffe ausgeschieden werden und
im Behälter zurückbleiben. Daher muss das Wasser periodisch abgeschlämmt werden.
Trotzdem setzen sich an den Gitterelektroden im Laufe der Zeit Feststoffe ab, welche eine
Zylinderauswechslung bedingen. Die Zylinderstandzeit hängt von der Wasserbeschaffenheit
ab. Verschiedene Zylinder-Ausführungen erlauben eine Anpassung an die Wasserbeschaffenheit.
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37/50
m. fahrni
Wasser- und Dampf-Fluss
Bei geöffnetem Einlassventil fliesst das Wasser durch eine Begrenzungsdüse über den
Füllbecher in den Dampfzylinder.
Nach Erreichen eines bestimmten Wasserstandes schliesst das Einlassventil; es öffnet
erneut, um die verdampfte und die abgeschlämmte Wassermenge zu ersetzen.
Das Auslassventil lässt bei Bedarf eine bestimmte Wassermenge aus dem Dampfzylinder
abfliessen.
Gleichzeitig wird über den Wassereinlass Kaltwasser beigemischt (Spül- und Abkühlungseffekt).
Der Dampf strömt durch den Dampfverteiler in die zu befeuchtende Luft. Das Kondensat
fliesst in den Füllbecher zurück.
Die Dampfentwicklung setzt mit kleiner Verzögerung ein - nach längerer Regelpause
innerhalb weniger Minuten. Schaltet der Hygrostat aus, so hört die Verdampfung sofort auf;
das heisse Wasser verbleibt im Dampfzylinder und gewährleistet unmittelbare
Betriebsbereitschaft des Dampf-Luftbefeuchters.
Kein vollentsalztes Wasser verwenden, funktioniert nur mit minheralhaltlgem Wasser
bzw. der dadurch möglichen elektrischen Leitfähigkeit zwischen den Gitterelektroden.
Anschluss an Kaltwasser und Abwasser.
Verdampfung mittels elektrischem Strom.
Regelung einstufig, mehrstufig oder stetig.
Verteilung durch Einblasen in Luftkanal mittels Verteilrohr.
Leistungen von 1.0 kg/h bis 80 kg/h bei Anschlusswerten von 3.0 kW bis 60 kW.
Dampfzyllnder
1 Dampfschlauchstutzen
2 Sensor-Elektrode
3 Heiz-Elektrode
4 Trennplatten (je nach Typ)
5 Siebkorb
6 Steckstutzen
• Kontaktbefeuchter
Ein Wabenkörper (Füllkörper) aus Aluman oder Kunststoff wird mit Frischwasser berieselt.
Durchströmt wird er von Luft. Die über die Wasserfilmfläche des Wabenkörpers strömende
Luft kühlt sich adiabatisch ab.
Anstelle von Frischwasser kann auch Umwälzwasser verwendet werden.
Eingebaut wird der Wabenkörper in ein Monoblocgehäuse.
Befeuchtungswirkungsgrade:
kurze Ausführung = bis 60 %
lange Ausführung bis 85 %
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38/50
m. fahrni
• Luftwäscher
Die Luftwäscherpumpe saugt das Bassinwasser über einen Siebkorb an und drückt es in
den Düsenstock. Der Tropfenabscheider verhindert das Durchreissen von Tropfen.
Um eine optimale Bassin- bzw. Sprüh-Wasserqualität halten zu können bzw. hohe
Konzentration von Rückständen zu vermeiden, wird ausser der Verdunstungsmenge eine
bestimmte Abschlämmmenge ständig abgelassen und ersetzt. Der Wasserverbrauch
(Verdunstungs- und Abschlämmmenge) des Luftwäschers wird von der Wasseraufbereitung
nachgespiesen und durch das Schwimmventil reguliert.
Gebaut wird der Luftwäscher als Monoblocteil, als separates Metallgehäuse oder als
gemauerte Kammer.
Befeuchtungswirkungsgrad bei Monoblocausführung einreihig:
kurzer Wäscher (ca. 1,2 m netto) bis 70 %
langer Wäscher (ca. 1,8 m netto) bis 95 %
• Ultraschallbefeuchter
Als Ergebnis eines schnellen Druckwechsels entstehen Ultraschallwellen. Um diese
Ultraschallwellen für den Befeuchtungsvorgang nutzen zu können, muss die elektronisch
hergestellte Ultraschallfrequenz in mechanische Energie mittels eines so genannten piezoelektrischen Wandlers umgesetzt werden.
Die Oberfläche des Schwingungswandlers schwingt nun in derart grosser Geschwindigkeit,
dass das Wasser der Bewegung aufgrund der Massenträgheit nicht mehr folgen kann und
somit ein momentanes Vakuum und eine Kompression entstehen kann.
Die Blasen, die bei diesem Vorgang entstehen, treffen mit grosser Kraft aufeinander =
Kavitation. Des Weiteren werden durch die Fokussierung der Schallleistung dicht unter der
Wasseroberfläche Kreuzwellen erzeugt, in deren Kreuzungspunkt sich kleinste
Wassertropfen lösen und ein Nebel entsteht, der von dem Luftstrom eingenommen wird.
• Kaltdampfgenerator
Die in das Gerät eintretende Luft passiert zuerst den lnfraschall-Generator, der die
durchströmende Luft in Schwingungen versetzt. Durch die nachgeschaltete Düse wird mit
hohem Druck Wasser eingespritzt und fein zerstäubt. Das Wassernebelluftgemisch wird in
den nachgeschalteten fünf Resonanzräumen durch Schwingungen intensiv durchgemischt,
wobei das Wasser bis annähernd zur Sättigung der Luft kalt verdampft. Sollte die
Kernströmung noch grössere Wassertropfen aufweisen, scheidet der Nassdampfeliminator
diese aus. Der am Ende der Einheit angeordnete Sattdampftrockner scheidet den
überflüssigen Sattdampf aus und trocknet den kalten Dampf durch Drosselung.
Der gewünschte Luftzustand am Austritt kann je nach Wasserdruck erreicht werden. Dabei
lässt sich auch eine Übersättigung erzielen.
Herzstück des Systems ist die Düse, die eine feinste Zerstäubung des Wassers zulässt.
Dabei findet eine teilweise Verdampfung des Wassers statt. Um eine vollständige
Verdampfung zu erreichen, wird die Einheit durchströmende Luft in den Resonanzräumen in
Schwingung gebracht.
Zur Befeuchtung sind Wasserdrücke bis 180 bar notwendig. Dieser wird durch eine
Pumpeneinheit, bestehend aus einer bewährten Kolbenpumpe, erzeugt.
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BETRIEB / UNTERHALT / STÖRUNGEN
Grundsätzlich sind die Betriebs- Wartungsanleitungen der Hersteller sowie die SUVARichtlinie für Arbeitssicherheit (B-Nr. 44021 .d) zu befolgen.
Sind die Befeuchterstrecken zu knapp bemessen, so scheiden sich an den Hindernissen
(Kanalwände, Umlenkungen usw.) Wasserdampf ab. Sind in diesen Bereichen keine
Abläufe vorgesehen, bleibt das ausgeschiedene Wasser liegen oder fliesst ins Kanalsystem
und führt dort zu Korrosions- und Hygieneproblemen.
Kleine Dampferzeuger
Elektroden-Dampferzeuger
•
Dampfzylinder aufgrund der Wartungsmeldung am Gerät auswechseln.
•
Bei kurzen Dampfzylinderstandzeiten anhand einer Wasseranalyse vom Hersteller
geeigneten Dampfzylindertyp bestimmen lassen.
•
Dampf- und Kondensatleitungen auf Dichtheit und Gefälle für
Kodensatablauf kontrollieren, notfalls korrigieren.
•
Frischwasseranschlüsse kontrollieren.
•
Kondens- und Spülwasseranschlüsse kontrollieren.
Luftwäscher, Verdunstungsbefeuchter
Um eine optimale Wasserqualität halten zu können bzw. eine hohe Konzentratioin von
Rückständen zu vermeiden, wird ausser der Verdunstungsmenge eine bestimmte
Abschlämmmenge ständig abgelassen und ersetzt. Der Wasserverbrauch (Verdunstungsund Abschlämmmenge) des Luftwäschers wird von der Wasseraufbereitung oder ab dem
Frischwassernetz nachgespiesen und durch das Schimmer-Ventil oder über einen
Niveauschalter reguliert.
Auch bei Betrieb mit aufbereitetem Wasser müssen die Luftwäscher im Minimum 4x jährlich
vollständig entleert und gereinigt werden. Dadurch wird die Bildung von Bakterienstämmen,
Algenwuchs sowie alle Geruchsimmissionen weitgehend verhindert. Zu reinigen sind:
Sprühdüsen, Wasserfilter, Gehäuse, Bassin, Leer- und Obenauf sowie Tropfenfänger.
Werden im Luftwäscher krustenartige Ablagerungen festgestellt, so ist ein Spezialist für
Anlagereinigung beizuziehen.
Wäscher, die in der Nacht und am Wochenende abgeschaltet werden, sind wie folgt zu
betreiben:
Bei Einschaltung der Anlage wird über eine Programmsteuerung zuerst das Wäscherbassin
der Anlage automatisch mit Frischwasser gefüllt.
Bei Abschaltung der Anlage werden die Wäscherwannen über Magnetventile automatisch entleert (zur Verhinderung von Bakterienbildung).
(Beim Wäschenlieferanten ist darauf zu drängen, dass Wannenböden ein vernünftiges
Gefälle aufweisen, so dass sich diese vollständig entleeren können. Vorteil für Wartung und
Unterhalt.) Die Wäscherpumpen bleiben gefüllt.
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Die Häufigkeit der regelmässigen Reinigung hängt ab von Wasserqualität, Wasserbehandlung, Betriesweise, Abschlämmung sowie
Staubteil der dem Wäscher zugeführten Luft und kann in vielen Fällen
wöchentlich notwendig sein.
Gegebenenfalls ist eine Wischdesinfektion der Oberflächen notwendig.
Von kontinuierlichen Desinfektionen wird abgeraten.
Bei der Verwendung von Chemikalien zur Reinigung der Wäscher oder
der Impfung des Speisewassers, sind die Vorschriften des zuständigen
Amtes für Gewässerschutz zu befolgen.
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3.7 Ventilator
FUNKTION
Das Zustandekommen und die Aufrechterhaltung des Luftdurchsatzes bzw. -umlaufs in
lufttechnischen Anlagen bedingt, dass dem Luftstrom soviel Energie zugeführt wird, wie zur
Überwindung des Apparate- und Leitungs-Systemwiderstandes notwendig ist. Die zur
Förderung von Luft und anderen Gasen verwendeten Strömungsmaschinen sind die
Ventilatoren.
In der Praxis ist es üblich, statt mit den absoluten statischen Drücken P1 und P2 mit den
statischen Druckdifferenzen Pa - Pi = psi, und P2 - Pa = PS2 zu rechnen, da man sie
unmittelbar gegen den Atmosphärendruck messen kann.
Daher sind für den Lüftungstechniker nachfolgende Drücke wichtig:
PSi
ps2
pd1
pd2
ps
pt
=
=
=
=
=
=
stat. Unterdruck saugseitig
stat. Unterdruck druckseitig
dynamischer Druck saugseitig = v12 · (p/2)
dynamischer Druck druckseitig = v22 · (p/2)
stat. Druckdifferenz = ApSI + Aps2
Gesamtdruckdifferenz = ∆ps + ∆pd2
[Pa]
[Pa]
[Pa]
[Pa]
[Pa]
[Pa]
v1 und v2 bedeuten die mittleren Geschwindigkeiten im Messquerschnitt A1 und A2.
Aufgrund denn Funktionsweise unterscheidet man 3 Arten von Ventilatoren:
•
Radialventilatoren mit rückwärts gekrümmten Schaufeln bei Anwendungen bei hohen
Drücken, mit vorwärts gekrümmten Schaufeln für Anwendungen bei geringeren Drücken,
mit Gehäuse.
•
Axialventilatoren für grosse Luftvolumenströme bei geringen Drücken.
•
Querstromgebläse für Anwendungen in Einzel- und Kleingeräten
Art und Grösse eines Ventilators hängen ab von der Art der Anlage, den benötigten
Luftvolumenströmen und der Anlagekennlinie (Beziehung zwischen Druck und VoIumenstrom).
Eine Ventilatorkennlinie gilt für eine bestimmte Drehzahl des Laufrades. Sie gibt an, welchen
Volumenstrom der Ventilator bei dieser Drehzahl in Abhängigkeit von der
Gesamtdruckdifferenz fördert.
Mitteldruckventilator
Zweiseitig saugend mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln
Klimaanlagen
Trommelläuferventilator
zweiseitig saugend mit vorwärtsgekrümmten Schaufeln
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Gesetzmässigkeiten bei Ventilatoren
Eine höhere Drehzahl ergibt....
grösseren Volumenstrom
grösseren Druck
grösseren Leistungsbedarf
Das Verhältnis der Drehzahl zum...
Volumenstrom
Druck
Leistungsbedarf
ist proportional
ist proportional dem
Quadrat der Drehzahl
ist proportional der
3. Potenz der Drehzahl
AUFBAU
Nachfolgend werden einige der am häufigsten eingesetzten Bauarten beschrieben:
• Radialventilator
Der Radialventilator saugt die Luft axial an und fördert sie radial. Als Leitvorrrichtung
dient das Ventilatorgehäuse.
Unterschieden werden sie aufgrund Ihrer Laufräder
- vorwärts gekrümmt (Trommelläufer)
- rückwärts gekrümmt
sowie ihrer Bauart
Dachventilator
Rohrventilator
BETRIEB / UNTERHALT / STÖRUNGEN
Nur wenn die Ventilatoren bedarfsmässig betrieben werden, kann der Energieverbrauch für
die Luftförderung und die Luftaufbereitung auf einem Minimum gehalten werden.
Die richtige Montage und die periodische Kontrolle der Keilriemen kann Geld und Ärger
gespart werden.
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Keilriemen
Die Keilriemenspannung kann mit Spannkraft-Tester (Federwaage) eingestellt werden.
Nach dem Auflegen der Riemen sollten sie von Hand durchgedreht werden, bis alle Riemen
in der gleichen Richtung durchhängen.
Die Rillenscheiben müssen genau parallel ausgerichtet werden. Bei kleineren Antrieben kann dies mit dem Lineal erfolgen.
Sind grössere Achsabstände vorhanden, kann dies mit einer Richtschnur und einem
Zündholz erfolgen.
Die Richtschnur wird unter dem Riemen eingeklemmt und bis etwa zur Achsmitte nach
vorne durchgedreht.
Unter die Scheibenflange wird ein Zündholz unter der Richtschnur eingeklemmt und bildet
so eine für das Auge gut erfassbare Abstanddistanz.
Sind alle Abstände zwischen Scheibenrand und Schnur gleich gross, die Distanz des
Zündholzes, sind die Rillenscheiben parallel ausgerichtet.
Keilriemenwechsel
Vor dem Auflegen der Keilriemen ist folgendes zu beachten:
•
•
•
•
•
•
•
•
Das Keilriemenprofil muss mit den Rillen der Keilriemenscheibe übereinstimmen.
Keilriemenscheiben müssen auf scharfe Kanten untersucht, und wenn solche vorhanden
sind, sorgfältig entfernt werden.
Scheibenrillen sind von allfällig anhaftendem Rost, Farbe, Öl oder Fett zu reinigen.
Zum Auflegen der Keilriemen ist der Motor gegen den Ventilator hin zu verschieben.
Die Keilriemen dürfen nicht mit Gewalt aufgezogen werden.
Anschliessend die Keilriemen durch Rückstellen des Motors auf Vorspannung bringen.
Dabei ist zu beachten, dass die Rillenscheiben in genauer Flucht mit Ventilator- und
Motorachse liegen. Schräg laufende Keilriemen werden an den Flanken vorzeitig
beschädigt.
Die Keilriemen sind nur so stark zu spannen, dass sie keinen Schlupf haben.
Beim Keilriemen ist auf ruhigen Lauf zu achten.
In den ersten Tagen nach Inbetriebsetzung arbeiten sich die Riemen in die Rillen ein,
wodurch eine leichte Entspannung entsteht und etwas Staub erzeugt wird.
Nach etwa 8 Arbeitstagen sind die Riemen zu kontrollieren und der Motor entsprechend der Riemenspannung um einige Millimeter zurückzustellen.
Die Riemen und Scheiben sollen kühl bleiben. Heisse Scheiben zeigen meist Schlupf und zu
kleine Spannung, heisse Lager oft zu starke Spannung an.
Mehrrillige Keilriemenantriebe erfordern die Verwendung eines in den Massen aufeinander
abgestimmten Keilriemensatzes. Bei Ausfall einzelner Keilriemen ist ein kompletter Satz
neuer Riemen erforderlich, da alte und neue Riemen der unterschiedlichen Länge wegen
nicht befriedigend zusammenlaufen.
Wartung der Keilriemen
Keilriemen sind vor Öl und Fett zu schützen. Die Verwendung von Riemenharz oder
Ähnlichem ist nicht nur überflüssig sondern schädlich. Keilriemenantriebe erfordern ausser
Reinhaltung der Riemen und Rillen keinerlei Unterhalt.
Die Spannung der Hochleistungs-Keilriemen müssen mit Federwaage den Vorschriften des
Unterlieferanten entsprechend kontrolliert werden.
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3.8 Schalldämpfer
FUNKTION
In lufttechnischen Anlagen können die von den Ventilatoren, Motoren und Kältemaschinen
erzeugten Geräusche in den zu belüftenden Räumen, in Korridoren, Schächten,
Nebenräumen oder in der Umgebung im Freien unzulässig hoch werden.
Um diese Geräusche zu vermindern, setzt man möglichst nahe bei den Störquellen
Schalldämpfer ein. Diese Schalldämpfer nennt man Primärschalldämpfer.
Im Kanalnetz können an Abzweigungen, Umlenkungen usw. zusätzliche Strömungsgeräusche entstehen, welche mittels Sekundärschalldämpfern möglichst nahe beim Lufteinoder Auslass angeordnet, eliminiert werden.
Die Übertragung von Geräuschen durch das Kanalnetz von Raum zu Raum wird ebenfalls
mit Schalldämpfern, welche man Telephonieschalldämpfer nennt, verhindert.
Im allgemeinen werden in lufttechnischen Anlagen Absorbtionsschalldämpfer eingesetzt.
In einem Kanal mit starren Wänden kann sich eine eben fortschreitende Schallwelle
ungehindert ausbreiten. Schallenergie wird ihr nicht entzogen. Wird die starre Wand jedoch
durch ein poröses Material ersetzt, so dringt ein Teil der Schallenergie darin ein. Je nach
Absorptionsfähigkeit des verwendeten Materials wird diese Schallenergie durch Reibung in
Wärme umgesetzt. Das Absorptionsvermögen eines porösen Materials ist dann am
grössten, wenn die wirksame Dicke optimal bestimmt wird. Der Absorptionsgrad ist
frequenzabhängig. Zur Dämpfung von tiefen Frequenzen ist eine grössere Schichtdicke
erforderlich als bei hohen Frequenzen.
AUFBAU
Absorptionsschalldämpfer werden in rechteckiger oder runder Form verwendet.
Rechteckig
Kulissen oder Absorptionswände aus porösem Material wie Glas oder Mineral-Wolle werden
in der Strömungsrichtung der Luft angeordnet. Zusätzlich sind die Oberflächen durch
Gewebe, Lochbleche, feinmaschige Gitter oder Folien abgedeckt. Schmalseitig werden die
Kulissen mittels Blech eingefasst.
Rund
Der runde Aussenmantel enthält ein gelochtes lnnenrohr zum Schutz gegen Abrieb, und der
Zwischenraum wird durch das Absorptionsmaterial (z.B. Glas- oder Mineralwollevlies)
aufgefüllt. Ein- und austrittsseitig sind Rohranschlussstutzen entsprechend dem lnnenrohr
angeordnet. Zwischen Aussen- und Innenrohr dienen Rosetten als zusätzliche Abdeckung
für Absorptionsmaterial.
BETRIEB / UNTERHALT / STÖRUNGEN
Schalldämpfer bedürfen keiner besonderen Wartung.
Bei verschmutzter Luft müssen sie jedoch periodisch gereinigt werden.
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3.9 Kanäle / Rohre
FUNKTION
In lufttechnischen Anlagen haben die Kanäle die Aufgabe, die Zuluft mit möglichst geringem
Druckverlust den einzelnen Räumen zuzuführen bzw. die Abluft von dort abzuführen.
AUFBAU
Die runden und rechteckigen Kanäle werden vorwiegend aus senzimierverzinktem Blech
hergestellt. In Spezialfällen werden andere Materialien wie
- Aluminium
- Chrom/Nickel-Stahl
- Kupfer
- Kunststoff
- Beton
usw. verwendet
Um den Druckverlust und damit die notwendige Förderenergie sowie den Schallpegel tief zu
halten, sollte bei der Auslegung von Kanalnetzen darauf geachtet werden, dass die
Luftgeschwindigkeiten nicht zu hoch gewählt werden und die Formstücke
strömungstechnisch gut ausgebildet sind.
Aus hygienischen Überlegungen sollte, vor allem nach der letzen Filterstufe, auf InnenWärmedämmungen verzichtet werden
Flexible Rohre sollten wegen dem hohen Druckverlust und Schallpegel möglichst
wenig eingesetzt werden.
BETRIEB / UNTERHALT / STÖRUNGEN
• Bei der Luftmengenmessung Querschnittsverengung durch lnnenisolation berücksichtigen.
• Volumenstrommessung siehe Handbuch ‘Messen in der Haustechnik‘ (lmpulsprogramm
Haustechnik, Bundesamt für Konjunkturfragen, 3003 Bern)
• Dichtheit kann durch Messung des Leckluftstromes z.B. nach DIN 2080 nachgewiesen
werden. Nachweis an Kanalstrecke oder Kanalsystem mittels Ventilator, Blende, Unteroder Überdruck. Messung in 1/s pro m2 Leitungsoberfläche.
• Ausser der Reinigung bedürfen die Anlageteile keiner weiteren Wartung.
• Staub soll durch Absaugen und nicht durch Abblasen beseitigt werden.
• Beim Reinigen ist darauf zu achten, dass fest eingestellte Klappen in den Leitungen und
Regulierklappen an Lüftungsgittern nicht verstellt werden.
• An Küchenkanälen muss zur Verminderung der Brandgefahr das Fett entfernt
werden.
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3.10 Lufteinführung
FUNKTION
Die Luftdurchlässe gehören zu den wichtigsten Elementen jeder lufttechnischen Anlage.
Damit Zugserscheinungen, Temperatur-Schichtungen, Kurzschlussströmungen und
Geräuschprobleme vermieden werden können, müssen sie mit grösster Sorgfalt
dimensioniert, angefertigt und platziert werden. Gleichzeitig sollten die Wünsche des
Architekten bezüglich Form, Farbe und Einbauort berücksichtigt werden.
Grundsätzlich gilt:
Eine lufttechnische Anlage kann noch so gut dimensioniert sein und die Regelung noch so
perfekt funktionieren, wenn aber die Lufteinführung zu Zugserscheinungen führt, wird die
Anlage von den Benutzern nicht akzeptiert.
Eine der wesentlichsten Grössen, welche das thermische Wohl-Befinden beeinflussen, ist
die Luftbewegung im Aufenthaltsbereich. Dafür können folgende Ursachen verantwortlich
sein:
• Bewegung und Auftrieb von Personen und Wärmequellen
• schlecht wärmegedämmte Gebäudehüllen sowie Oberflächen mit Über- bzw. Untertemperatur
• frei in den Raum ausblasende interne Lüftungen von Maschinen
• Windanfall bei undichten Fenstern
• Auftriebsströmungen in undichten Gebäuden
• geöffnete Fenster und Türen
• falsch ausgelegte Lufteinführungen
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Luftführungssysteme
Verdrängungsströmung
Kolbenströmung
Die Luft strömt turbulenzarm horizontal oder vertikal durch einen Raum.
Das Ziel ist, dass möglichst keine bzw. kleine Querströmungen auftreten.
Wird in OPs, Reinräumen usw. verwendet.
Thermisch bestimmte Luftströmungen
Die Zuluft wird über grossflächige Luftdurchlässe im Bodenbereich turbulenzarm eingeführt.
Sie verteilt sich gleichmässig und strömt durch den Auftrieb der Wärmequellen in den
Deckenbereich, wo die warme und schadstoffbelastete Luft abgesaugt wird.
Misch- Verdünnungsströmung
Bei diesen Systemen wird die Luft mit hoher Geschwindigkeit eingeblasen. Das Ziel ist eine
möglichst intensive Vermischung mit der Raumluft (hohe Induktion).
Tangentiale Strömung
Die Luft wird tangential zu einer Wand oder Decke (Walzen) eingeblasen, es bildet sich im
allgemeinen eine Raumfüllende Luftwalze (z.B. Gitter, Klimakonvektoren).
Diffuse Strömung
Bei diesen Systemen wird so eingeblasen, dass sich keine Raumluftwalze bilden kann. Die
Induktion ist sehr gross. Dadurch ist der Abbau der Geschwindigkeit und der TemperaturDifferenz des Strahles sehr schnell (z.B. Schlitz- oder Dralldurchlässe).
AUFBAU
• Diffusiongltter
Das Zuluftgitter wird ausführlicher behandelt, da diese Überlegungen sinngemäss auf
andere Luftdurchlässe übertragen werden können. Unter Zuluftgitter versteht man in einem
Rahmen angeordnete horizontale und vertikale Luftleitlamellen. Es gibt sie in verschiedenen
Ausführungen, d.h. kombiniert mit Drossel- und Umlenkelementen. Für eine gute
Strahllenkung müssen die Lamellen strömungstechnisch gut geformt und einzeln verstellbar
sein. Im Weiteren muss für eine gute Luftführung die Lamellentiefe eindeutig grösser sein
als der Lamellenabstand / -teilung. Je besser die Anströmung des Gitters ist, desto kürzer
können die Lamellen gebaut sein.
Die kurzen, vertikalen Lamellen sind üblicherweise vorne und die längeren, horizontalen
hinten angeordnet. Um die Eindringtiefe eines Zuluftstrahles zu vermindern, wird mit der
entsprechenden Stellung der vertikalen Lamellen die Turbulenz im Gitter erhöht und der
Ausbreitungswinkel vergrössert (divergieren).
Gitter werden in Komfort- und lndustrieanlagen eingesetzt. Es gibt sie deshalb in den
verschiedensten Ausführungen, z.B.
- für den Einbau in Rohre
- kombiniert mit Filter
- verstellbar für die Anpassung an verschiedene Betriebsbedingungen
Als Material wird je nach Einsatz einbrennlackierter Stahl, eloxiertes Aluminium oder
Kunststoff verwendet.
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• Schlitzdurchlässe
Mit diesen hochinduktiven Zuluftdurchlässen werden Einblasgeschwindigkeiten und
Untertemperatur schnell abgebaut. Im Aufenthaltsbereich herrscht eine diffuse Raumström
ung mit kleinen Luftgeschwindigkeiten.
Schlitzdurchlässe gibt es in den verschiedensten Formen. Sie sind für Komfortanlagen 1 ...2schlitzig, für Industrieanlagen mit grossen Raumhöhen können auch 3 und mehrschlitzige
Durchlässe eingesetzt werden.
Die Ausblasöffnungen von Schlilzdurchlässen sind rund oder schlitzförmig. Die
Strahlumlenkung erfolgt durch Führung oder über Impuls (Lamellen, Walzen, Zungen,
Verdrängungskörper usw.).
Bei den meisten Schlitzdurchlässen kann die Ausblasrichtung verstellt werden. Bei in
flachen Decken eingebauten, durchlaufenden Schlitzen (1> 0.5 m) ist das in einem Bereich
von 450 ± 100 sinnvoll. Ist der Winkel kleiner, so legt sich der Zuluftstrahl aufgrund des
Coanda-Effekts an die Decke. Diese Strahlablenkung wird im Heizfall durch die Thermik
zusätzlich verstärkt. Wird der Winkel grösser als 45° gewählt, besteht vor allem im starken
Kühlbetrieb die Gefahr von Zugserscheinungen. D.h. Bei zweireihigen Durchlässen saugen
sich im Extremfall die links und recht ausgeblasenen Teilstrahlen zusammen und fallen
schlecht bzw. nicht aufgelöst in den Aufenthaltsbereich.
Die stabilsten Strömungsverhältnisse werden mit unterschiedlich eingestellten kurzen
Umlenkelementen (1 = ca. 10 cm), die den Zuluftstrahl auf Fächen, erreicht. Die
abwechselnd nach links und rechts ausgeblasenen ‘Einzelstrahlen‘ (evtl. mit Zwischenstellungen) können so leichter Sekundärluft induzieren, was die Wirkung des CoandaEffektes schwächt und auch die Gefahr von Kaltluftabfall vermindert.
Bei sehr niedrigen Räumen wird die Zuluft der Decke entlang geblasen.
Die Schlitzdurchlässe werden normalerweise nur einmal vor ihrer Lieferung durch den
Hersteller eingestellt. Treten Örtliche Zugsprobleme auf oder werden die Räume umgenutzt,
so kann die Einstellung der Ausblaselemente der Situation angepasst werden.
• Dralldurchlässe
Dralldurchlässe werden sowohl im Komfort wie auch im lndustriebereich eingesetzt. Es gibt
sie als Decken- und Bodenluftdurchlässe, für den Einbau in Doppeldecken sowie frei im
Raum. Dralldurchlässe sind so konstruiert, dass die Zuluft radial/drallförmig eingeblasen
wird. Dadurch wird sie schnell und intensiv mit Raumluft vermischt (hoher Turbulenzgrad /
Mischzahl) und sowohl die Geschwindigkeit als auch die Temperatur-Differenz wird schnell
abgebaut.
Dralldurchlässe werden in ca. 3 bis ca. 15 m hohen Räumen eingesetzt und können mit
Zuluftvolumenströmen bis zu 10‘000 m3/h belastet werden. Damit die gewünschte
Raumströmung erreicht wird, muss in jedem Fall abgeklärt werden, ob der Durchlass frei im
Raum platziert werden darf oder ob er in eine flache Decke (Coanda-Effekt) eingebaut
werden muss.
Dralldurchlässe eignen sich, bei richtiger Dimensionierung, auch für VAV-Anlagen. Im
Allgemeinen kann der Volumenstrom, ohne Beeinträchtigung der Behaglichkeit
(Zugserscheinungen), im Bereich von ca. 30... 100% variiert werden. Die für optimale
Komfortverhältnisse zulässigen Unter- bzw. Übertemperaturen betragen in Komfortanlagen
ca. 8 K. In lndustrieanlagen sind höhere Werte zulässig. Als spezifischer Luftvolumenstrom
sollten 30 m3/h*m2 nicht überschritten werden.
Bei Dralldurchlässen, die horizontal ausblasen, liegen die Arbeitsplätze im allgemeinen im
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Sekundärluftvolumenstrom. Es ist typisch für solche Systeme, dass bei ungünstiger
Möblierung (Engpässe im Nachströmbereich) im Bodenbereich Luftgeschwindigkeiten
auftreten, die zu Zugserscheinungen führen können.
• Quelllüftung
Die Quelllüftung, auch ‘Schichtlüftung‘ bezeichnet, ist eine thermisch geprägte
Raumluftströmung. Es handelt sich jedoch weder um eine Kolbenströmung noch um eine
reine Verdrängungsströmung. Sie entspricht vom Strömungsprinzip her im wesentlichen der
Luftströmung und dem Wärmetransport in einem natürlich belüfteten Raum.
Die wesentlichen Merkmale einer Quelllüftung sind:
*
*
*
*
*
Turbulenz- und impulsarme Luftzuführung im Bodenbereich
Zulufttemperatur kleiner als Raumlufttemperatur
Abluftabsaugung im Deckenbereich
Wärmequellen im Aufenthaltsbereich
Gesamtmenge der an den Wärmequellen aufsteigenden Luft (Konvektion) ist grösser als
der Zuluftvolumenstrom
Die Lufteinführung kann über den Wänden entlang angeordnete, gross-flächige Durchlässe
oder durch schwach induzierende Bodenluftdurchlässe, Teppichböden oder
Laminardurchlässe im Deckenbereich erfolgen.
Bei der Platzierung im Deckenbereich muss darauf geachtet werden, dass die
Untertemperatur der Zuluft unter 2 K liegt und die Einblaszonen ausserhalb des
Aufenthaltsbereiches angeordnet sind (z.B. im Türbereich).
Quelllüftungen werden in Industrie-, Büro- und Versammlungsräumen usw. eingesetzt.
Sie gelten, bei richtiger Auslegung, unter den Gesichtspunkten ‘thermischer Komfort‘ und
‘Luftqualität‘ als optimales System.
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