Möglichst mit Deckenstrahlplatten

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Möglichst mit Deckenstrahlplatten
Die Beheizung von Hallen
Durch Wärmedämmungsmaßnahmen ist in der
Vergangenheit auch der Wärmebedarf von Hallen
und Büros deutlich gesenkt worden. Jetzt wird es
interessant, auch die so genannten internen Wärmequellen aus dem Büro zur Versorgung der angrenzenden Produktionshalle zu nutzen. Mit Deckenstrahlplatten und guter baulicher Abstimmung ist dies keine Utopie. So lässt sich in den
Übergangszeiten die Energie aus dem Büro (Kühlbedarf) in die angrenzende Halle (Heizbedarf) verschieben, ohne dass ein Wärmeerzeuger oder eine
Kälteanlage in Betrieb sein muss.
Autor:
Armin Grebe,
Sachverständiger für
Gebäudetechnik, Hannover
Für die Planung einer
Hallenheizung sind neben
der EnEV die 18381 (Heizlastberechnung) und die
Arbeitsstättenrichtlinien
(ASR) zu beachten. Für die
Auslegung der Heizung gelten nach ASR – abweichend von der Heizlastberechung – üblicherweise folgende Lufttemperaturen:
überwiegende
Arbeitshaltung
Arbeitsschwere
Leicht
Sitzen
Mittel
+ 20°C + 19°C
Schwer
-
Stehen und/oder Gehen
+ 19°C + 17°C + 12°C
Für die übrigen Betriebsräumen gilt:
In Pausen-, Bereitschafts-,
Liege-, Sanitär- und Sanitätsräumen muss während
der Nutzungsdauer eine
Lufttemperatur von mindestens + 21 °C herrschen.
In Waschräumen, in denen Duschen oder
Badewannen installiert
sind, soll die Lufttemperatur während der Nutzungsdauer + 24 °C
betragen.
Folgende Möglichkeiten
für eine Beheizung von
Hallen stehen bei der Planung zur Auswahl:
Fußbodenheizung
Lüftungsheizung
Betonkerntemperierung
Decken(strahlungs)heizung
Bild 1:
Deckenstrahlplatten mit
ballwurfsicherer Abhängung in
einer Turnhalle. Die langen
Streifen sind aus 7 Meter
langen Elementen zusammengesetzt.
Foto: Firma Best GmbH
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Fußbodenheizung:
Ähnlich wie im Wohnungsbau lassen sich auch
Hallen über eine Fußbodenheizung erwärmen. Da
häufig aber Einbauten in
die Bodenplatte erfolgen
(Laufschienen für Geräte,
Kabelzuführungen etc.)
oder aber ein Großteil der
Fläche zugestellt ist, wird
die Fußbodenheizung nicht
in die engere Wahl kommen.
Bild 2:
In dieser Halle sorgen die gasbefeuerten Dunkelstrahler für
die Wärme.
Foto: Fa. Kübler
Bild 3:
An den Stoßstellen werden die
Deckenstrahlplatten mit
Pressverbindern und - wenn
gewünscht – mit Abdeckblechen versehen. Nach oben sind
diese Platten mit einer Dämmung aus Hanffasermatten
versehen worden.
Foto: Armin Grebe
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Lüftungsheizung
Entweder direkt beheizt
über einen Öl- oder Gasbrenner oder mit einem
Anschluss an eine Warmwasser-Zentralheizung wird
erwärmte Luft in die Halle
geblasen. Dabei wird – üblicherweise – die Luft gefiltert, erwärmt, ggf. gekühlt
und direkt oder über ein
Kanalsystem in den Aufenthaltsbereich gebracht. Die
Geräte können auch frische
Luft einbringen, also zur
Lüftung eingesetzt werden.
Nachteilig bei diesem
System sind die hohen Betriebskosten, da zum einen
die Luft kontinuierlich umgewälzt werden muss. Darüber hinaus muss die Halle
mit hohen Lufttemperaturen betrieben werden (denn
die Luft transportiert ja die
notwendige Heizenergie),
was zu erhöhten Wärmeverlusten führt. Erst bei einer Passivhausbauweise der
Halle, wenn die notwendige Heizenergie mit der
hygienisch notwendigen
Luftmenge transportiert
werden kann, wird dieses
Prinzip attraktiv.
Temporäre Beheizung
Problematisch wird die
Luftheizung, wenn in den
kalten Wintermonaten die
Halle nur temporär beheizt
wird. Dann sinkt die Temperatur in dieser Halle
stark ab. Auch die Maschinen, Werkstücke, Fußböden
und alle Gegenstände im
Raum kühlen ab und speichern die Kälte. Bei tiefen
Wintertemperaturen tritt
zunächst kein Kondenswasser auf, da der Taupunkt
der Luft nicht unterschritten wird. Steigt jedoch die
Temperatur der Außenluft,
so erhöht sich der Taupunkt der Luft. Übersteigt
der Taupunkt die Oberflächentemperatur der
Gegenstände, schlägt sich
an diesen Kondenswasser
nieder.
Um Korrosion zu vermeiden, ist es notwendig, die
Maschinen und das Material vor Kondenswasser zu
schützen, d. h. sie müssen
wärmer gehalten werden
als die Umgebungsluft. Diese Wärmezuführung sollte
aber keinesfalls durch
Warmluftzirkulation erfolgen, da hierdurch die
Schwitzwasserbildung
gesteigert werden kann.
Wird die nötige Wärme
durch Wärmestrahlung
zugeführt, besteht kein Problem.
Bei einem temporären
Heizungssystem über Strahlungswärme ist es nicht
notwendig, die Lufttemperatur in der Halle konstant
zu halten. Die Anlage kann
in dem Augenblick eingeschaltet werden, in dem
durch Witterungseinflüsse
ein Anstieg der Außenlufttemperatur und die Gefahr
der Taupunktunterschreitung an Maschinen und
Material eintritt.
Dazu kommt ein weiter
Punkt: Nach ASR soll die
Oberflächentemperatur des
Fußbodens an ständigen
Arbeitsplätzen in Arbeitsräumen nicht mehr als 3 °C
der Lufttemperatur liegen.
Gerade bei diskontinuierlicher Beheizung ist dieses
Kriterium häufig nur
schwer mit einer Luftheizung zu erfüllen. Bei Einsatz
einer Fußboden- oder
Deckenstrahlungsheizung
bestehen hier keine Probleme.
Deckenstrahlheizung:
Das Prinzip:
Bei einer
Decken(Strahl)Heizung
wird der überwiegende Teil
(65 bis 80 %) der Wärme
als Strahlung abgegeben.
Um diese Wärme als angenehm zu empfinden, muss
man sich in Sichtweite der
strahlenden Elemente
befinden. Abschirmungen
sollten dabei vermieden
werden, sie wirken wie
„Schattenspender“ beim
Sonnenlicht. Da die Luft
nahezu keine Wärmestrahlung absorbiert, werden die
angestrahlten Flächen, d. h.
die Personen, aber auch der
Fußboden, die Einrichtung
und auch der untere Bereich der Außenwände aufgeheizt. Dadurch steigt die
Oberflächentemperatur dieser Flächen bis zu 3 K über
Raumniveau und fährt somit indirekt zu einer Erwärmung der Luft. Vereinfacht
ausgedrückt kann man die
Wirkungsweise der Deckenstrahlheizung mit der Sonne
vergleichen, deren Strahlung erst einmal die Erdoberfläche und damit indirekt die darüber liegenden
Luftschichten erwärmt.
Temperaturprofile
in der Halle:
Da die Halle indirekt geheizt wird, also keine Luftbewegung durch das Einblasen erwärmter Luft erfolgt,
entsteht ein sehr gleichmäßiges Temperaturprofil.
Auch in Höhen von 10 Metern ist die Luft nur unwesentlich wärmer als in Bodennähe.
Heizzonen:
In der Halle sind durchaus unterschiedliche Temperaturzonen zu realisieren.
Entweder erflogt dies nach
Bedarf durch die Abschaltung oder Drosselung einzelner Heizgeräte oder Deckenstrahlplatten, oder es
werden einzelne Bereiche
stärker mit Platten bestückt. So werden üblicherweise in den Randbereichen, an Fenstern oder an
Toren, Platten mit höherer
Leistung gewählt bzw. die
Geräte oder Platten in engerem Abstand montiert.
Die Regelung:
Für den Heizkomfort einer Strahlungsheizung ist es
wichtig, das die Regelung
eine kontinuierliche Energiezufuhr gewährleist. Das
geringe Speichervolumen
der Deckenstahler bzw. Deckenstrahlplatten ermöglicht eine sehr schnelle Regelung und damit zu kurzen
Aufheizzeiten. Das bedeutet
aber auch, dass eine Unterbrechung der Wärmezufuhr
sehr schnell spürbar wird,
da die Raumtemperatur absinkt. Bewährt hat sich daher für Deckenstrahlungsheizung eine modulierende
Regelung.
Vier Varianten gibt es bei
der Deckenstrahlungsheizung:
Betonkerntemperierung
Dunkelstrahler
Hellstrahler
Deckenstrahlplatten
Betonkerntemperierung
Erhält die Halle ein Betondach, so ist eine weitere
Lösung denkbar: Die Betonkerntemperierung
(BKT) Dazu werden wasserdurchflossene Rohre in
der Betondecke verlegt.
Das System nutzt dabei die
thermische Speicherkapazität der Betonkonstruktion. Da es mit Wassertemperaturen nahe der Raumtemperatur betrieben wird,
können beispielsweise auch
Wärmepumpen, Grundwas-
ser-Wärmetauscher und andere alternative Energiequellen genutzt werden.
Damit ist die Möglichkeit
geschaffen, mit einem vorwiegend im Grundlastbereich arbeitenden System
im Winter zu heizen und im
Sommer zu kühlen.
Insbesondere wenn auch
Kühlbedarf besteht, ist ein
solches System attraktiv.
Schon bei einer Außentemperatur von 8°C kann beispielsweise in einem Büroraum mit zwei am Computer arbeitenden Personen
Kühlbedarf bestehen. Die
relativ neue Technologie
der thermischen Bauteilaktivierung ermöglicht das
Heizen und Kühlen eines
Bauwerks, ist zudem
kostengünstig zu realisieren
und wirtschaftlich zu betreiben.
Der normale Kühlbetrieb
ist durch den nächtlichen
Wärmeentzug aus dem
Bauteil mittels KaltwasserBeaufschlagung des Rohrregisters und die anschließende Wärmeaufnahme aus
dem Raum am Tage gekennzeichnet. Gerade bei
großen Bauprojekten spielt
die Anwendung der thermischen Bauteilaktivierung
eine immer wichtigere
Rolle.
Bei Schwachlast liegen
die Oberflächentemperaturen bei 21°C, bei Volllast
bei max. 26°C. Die Wärmeabgabe erfolgt nahezu ausschließlich durch Strahlung.
Zusätzliche konvektive Einflüsse entstehen durch die
Raumnutzung (Wärmebzw. Kältequellen).
Im Kühlbetrieb wird die
BKT gleitend zwischen
22°C (Schwachlast) und
min. 17°C (Volllast) geregelt. Die Wärmeaufnahme
der Decke erfolgt überwiegend durch Strahlung, die
zur Abkühlung aller Umgebungsflächen und Einrichtungsgegenstände führt.
Der konvektive Anteil von
ca. 40 % bringt zusätzlich
eine direkte Kühlung der
Raumluft.
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Bei Staubbelastung in der
Halle ist die mögliche
Staubverschwelung an den
heißen Oberflächen zu beachten.
Bild 4:
Platten für Deckenheizung und
-kühlung in einem Großraumbüro. Die Platten können auch
in gelochter Ausführung mit
darüber liegenden Akustikmatten geliefert werden.
Foto: Fa. Zehnder
Bild 5:
Für den hydraulischen Abgleich
der Platten untereinander
wurden automatische
Volumenstromregler eingesetzt. Alle Schweißarbeiten
erfolgten bei diesem Objekt am
Boden, die Montage erfolgte
nur mit Flanschen oder
Pressverbindern.
Foto: Armin Grebe
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Dunkelstrahler
Dunkelstrahler werden
heute in einer Länge von 3
bis 60 m und einer Leistung
von bis zu 100 kW hergestellt. Es sind direktbefeuerte Geräte, bei denen in der
Regel mit einem Gasbrenner (Erd- oder Flüssiggas)
ein Strahlungsrohr auf 180 400 °C erhitzt wird. Dieses
Strahlungsrohr gibt die aufgenommene Energie dann
in Form von Wärmestrahlung wieder ab. Die Abgase
werden über Abgasleitungen direkt ins Freie geführt
Achtung: bedingt durch
die hohen Temperaturen
müssen die Aufhängehöhen
beachten werden. Die
Strahlungsintensität für darunter befindliche Personen
oder Gegenstände darf
nicht zu groß werden. So
kann beispielsweise in einer
Autowerkstatt die Temperatur für ein Auto auf einer
Hebebühne unter einem
Dunkelstrahler zu hoch
werden.
Hellstrahler
Hellstrahler sind direktbefeuerte Geräte. Das Gas
wird in einer perforierten
Keramik katalytisch verbrannt und heizt diese auf
ca. 900 °C auf. Die Abgasführung erfolgt in der
Regel durch mechanische
Entlüftung. D. h., die Abgase werden mit der Raumluft
vermischt über Ventilatoren
ins Freie geführt. Rund
10 m2 Raumluft pro Stunde
sind je installierte kW
Nennwärme dazu notwendig. Die Gaszufuhr darf nur
dann freigegeben werden,
wenn die Abführung der
Gase sichergestellt ist. Daher wurden Infrarotstrahler
oder Hellstrahler in der
Vergangenheit häufig dann
eingesetzt, wenn in den
Hallen sehr hohe Luftwechsel gefahren werden mussten. Bei guter Isolierung der
Hallen führen Hellstrahler,
bedingt durch den sehr
hohen Luftwechsel, schnell
zu sehr hohen Betriebskosten. Bei Staubbelastung in der Halle kommt
es zu Staubverschwelungoder Verbrennung an den
glühenden Oberflächen.
Deckenstrahlplatten
Wird keine Betondecke
mit BKT ausgeführt, so ist
die beste Wahl der Einbau
von Deckenstrahlplatten.
Ein Öl-, Gas- oder Holzkessel heizen ganz konventionell Wasser auf, welches zu
den Strahlplatten gepumpt
wird.
Deckenstrahlplatten bestehen aus Metallplatten,
an denen – thermisch leitfähig – Wasserverteilrohre
angebracht sind. Diese sind
dann am Ende zu Registern
verschweißt, über die der
Anschluss an das Wärmebzw. Kältesystem erfolgt.
Nach oben vermindert eine
Wärmedämmung die Ab-
strahlung. Die Platten werden entweder als komplette
Decke eingebaut oder mit
Ketten von der Decke abgehängt.
Vorteilhaft ist dieses System zu einen dort, wo auch
für andere Zwecke Wasser
erwärmt wird. Das ist oft
dort, wo sowohl eine Bürofläche mit Heizflächen versehen wird, als auch eine
Halle versorgt werden
muss. Zum anderen ist ein
wasserdurchflossenes System dann notwendig, wenn
ein Brennstoff wie Holz für
die Wärmeversorgung eingesetzt wird. Die Deckenstrahlplatten werden dann
über einen Pufferspeicher
angeschlossen.
Darüber hinaus kann die
Deckenstrahlplatten aber
auch zur Kühlung eingesetzt werden. Dies ist besonders interessant für Büro- und Ausstellungsräume,
sowie in stark frequentierten Bereiche mit erhöhter
Wärmeemission und bei
intensiver Sonneneinstrahlung.
Im Heiz- bzw. Kühlbetrieb wird den Platten bzw.
jedem Raum gleitend die
notwendige Energie zugeführt. Ähnlich wie bei der
BKT wird eine Heiz- und
Kühldecke mit sehr geringen Temperaturunterschieden zur Raumluft betrieben.
So liegen die Heiztemperaturen zwischen 21 und
28°C, die Kühltemperaturen zwischen 22 und 16°C.
Dies macht das System
auch sehr attraktiv für direkte Nutzung der Umgebungs-Kühlenergie, beispielsweise für nüchtliches
Freecooling (Abkühlen
ohne Kälteanlage) bzw. für
Erdregister.