klimatechnik
Werbung
m. fahrni Lüftung / Klima Klimaanlagen 1/50 m. fahrni 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 47 Klimaanlagen 2/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 3/50 m. fahrni 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: Klimaanlagen 4/50 m. fahrni • 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! Klimaanlagen 5/50 m. fahrni 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 6/50 m. fahrni 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 7/50 m. fahrni 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) Klimaanlagen 8/50 m. fahrni 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 Klimaanlagen 9/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 10/50 m. fahrni 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 Klimaanlagen 11/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 12/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 13/50 m. fahrni 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 Klimaanlagen 14/50 m. fahrni 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 Klimaanlagen 15/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 16/50 m. fahrni 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 17/50 m. fahrni 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 Klimaanlagen 18/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 19/50 m. fahrni • 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. Klimaanlagen 20/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 21/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 22/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 23/50 m. fahrni 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 Klimaanlagen 24/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 25/50 m. fahrni 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 Klimaanlagen 26/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 27/50 m. fahrni 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 m. fahrni 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. Klimaanlagen 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 % Klimaanlagen 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. Klimaanlagen 39/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 40/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 41/50 m. fahrni 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 42/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 43/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 44/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 45/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 46/50 m. fahrni 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 Klimaanlagen 47/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 48/50 m. fahrni • 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 Klimaanlagen 49/50 m. fahrni 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. Klimaanlagen 50/50
