Gutes Zeugnis für Hellstrahler

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• In einer Studie sind erstmals Hallenheizungen mit Gasinfrarot-Hellstrahlern hinsichtlich Energieeffizienz, thermischer Behaglichkeit, Raumklima und Energieeffizienz umfassend untersucht worden.
• Ein Zugluftrisiko konnte bei geschlossenen Türen/ Toren praktisch immer ausgeschlossen werden.
• In den vermessenen Hallen lag die Lufttemperatur während des Heizbetriebes um 2 K unter der ge­forderten Raum- und Empfindungstemperatur.
• Eine punktuelle Beheizung lässt sich innerhalb ­einer Halle mit hohem Komfort realisieren.

Infrarot-Heizstrahler spielen bei der Beheizung von Hallen- und Industriegebäuden mit großer Deckenhöhe eine wichtige Rolle. Im Auftrag von Elvhis, dem europäischen Leit-Verband der Hersteller von Infrarot-Heizstrahlern, hat das Institut für Technische Gebäudeausrüstung (ITG) Dresden zusammen mit der Hochschule Zittau/Görlitz erstmals Hallenheizungen mit Gasinfrarot-Hellstrahlern Abb. 1 verschiedener Hersteller und Typen umfassend hinsichtlich Energieeffizienz, thermischer Behaglichkeit, Raumklima und Energieeffizienz untersucht.

Zehn Hallen messtechnisch überprüft

Dazu wurden zehn mit Hellstrahlern beheizte Hallengebäude – alle mit gutem baulichem Wärmeschutzniveau – während des regulären Heizbetriebs messtechnisch Abb. 2 überprüft. Anschließend folgten für drei der zehn untersuchten Hallen aufwendige Simulationsrechnungen, um sie nach weiteren raumklimatischen Parametern und ihrem jährlichen Energiebedarf zu untersuchen. Die Untersuchungsergebnisse waren wie erwartet gut, schließlich ist die Technologie ausgereift.

Als grundsätzlicher energetischer Vorteil e­rweist sich die dezentrale Anordnung der ­Hellstrahler, die die angebotene Heizleistung dem in Hallengebäuden typischerweise gewünschten – zeitlich und räumlich ein­geschränkten – Wärmebedarf optimal anpassen können. Durch die direkte Strahlungswirkung der Heizgeräte aus dem Deckenbereich – die Wärmestrahlung durchdringt die Luft nahezu verlustfrei – lag die Lufttemperatur in den gemessenen Hallen während des Heizbetriebes um 2 K unter der geforderten Raum- und Empfindungstemperatur sowie 1 bis 3 K unter der Fußbodentemperatur.

Stabile Luftschichtung

In den untersuchten Großräumen stellte sich zudem außerhalb des Einflussbereichs von Toren eine stabile Luftschichtung Abb. 3 mit sehr geringem Temperaturgradient (Durchschnittswert 0,2 K/m) ein. „Die niedrigere Lufttemperatur im Aufenthaltsbereich in Verbindung mit der sehr ausgeglichenen vertikalen Temperaturverteilung sprechen für die Energieeffizienz moderner dezentraler Strahlungsheizsysteme in Großräumen – dies spiegelt auch die aktuelle energetische Bewertung in der überarbeiteten Fassung der Normenreihe DIN V 18599 Revision 2011 wider“, kommentiert Prof. Dr.-Ing. Bert Oschatz vom ITG die Untersuchungsergebnisse.

Der thermische Komfort im Aufenthalts­bereich der Gebäude wurde in der Studie als in der Regel gut bewertet. Für die meisten ­untersuchten Hallen zeigte sich im Aufenthaltsbereich keine merkliche Luftbewegung. Ein Zugluftrisiko konnte – bei geschlossenen Türen/Toren – praktisch immer ausgeschlossen werden. Die Infrarotstrahlung der Hellstrahler bewirkt ein unmittelbares Ansteigen der Strahlungs- und damit auch der Empfindungstemperatur und das auch bei niedrigeren ­Lufttemperaturen.

Entsprechend zeigten die Messungen und Simulationen kurze Aufheizzeiten von durchschnittlich 1 bis 1,5 h, um eine hinreichende operative Temperatur herzustellen Abb. 4. Den Ergebnissen nach ist eine überaus gleichmäßige Beheizung von Hallen durch Hellstrahler problemlos möglich. Aber auch eine Teilbeheizung, wie sie oft in Produktions- und Lagerhallen vorzufinden ist, kann nach Bedarf punktuell mit hohem Komfort realisiert werden. Hierdurch lässt sich Energie sparen, da beispielsweise im (teilweisen) Schichtbetrieb nicht die ganze Halle geheizt werden muss.

Gute bis sehr gute Raumluftqualität

Auch beim Thema Schadstoffemission am Arbeitsplatz schneiden die Hellstrahler gut ab. „Zur Charakterisierung der Raumluftqualität ­haben wir differenzierte Messungen vorge­nommen“, erläutert Dr.-Ing. Jens Bolsius von der Fakultät Bauwesen der Hochschule Zittau/ Görlitz die Vorgehensweise. „In diesen modernen, dichteren Gebäuden – selbst in einem Objekt, in dem massive Schweißarbeiten stattfanden – lagen die gemessenen Gehalte an Kohlendioxid und Kohlenmonoxid weit unter den entsprechenden Grenzwerten der maxi­malen Arbeitsplatz-Konzentration. Insofern kann die Raumluftqualität als gut bis sehr gut bezeichnet werden.“

Die Stickstoffoxidkonzentrationen waren regelmäßig unterhalb der Nachweisgrenze der verwendeten Messgeräte. Die Ergebnisse bestätigen eine frühere Untersuchung des Gas-Wärme-Instituts zur Schadstoffkonzentration von Gas-Strahlern in beheizten Werkhallen. Angesichts der sehr guten Raumluftqualität in den untersuchten Hallen sehen die Wissenschaftler es aus energetischer Sicht als sinnvoll an, bei leistungsgeregelten Strahlern den Abluftvolumenstrom in Abhängigkeit von der aktuellen Heizleistung zu regeln bzw. einzustellen. Sie schlagen vor, eine entsprechende Anpassung der einschlägigen Regelwerke zu prüfen.

Hallen: Viele Hüllen haben Defizite

Besonders angemerkt haben die Forscher den Einfluss des baulichen Wärmeschutzes und der Gebäudedichtheit auf den Bedarf an Heizleistung und -energie. Untersuchungen der Gebäude mittels Thermografie belegten bei zwei der untersuchten Hallen deutliche Wärmebrücken und teilweise Undichtigkeiten der Gebäudehülle Abb. 5. Zudem werden vielfach Torelemente eingesetzt, die einen deutlich schlechteren Wärmeschutz als die verwendeten Fassaden­elemente bieten. Die Simulationsrechnungen belegen, dass Undichtigkeiten der Gebäude­hülle den Bedarf an Heizleistung und Heizenergie maßgeblich beeinflussen, da kontinuierlich einfallende Kaltluft in Hallengebäuden ohne Zwischenwände dazu führt, dass die Fußbodenfläche teilweise oder ganz auskühlen kann. •

Weitere Informationen zu der Studie werden auf der Internetseite https://figawa.org/themen/hallenheizung/strahler-studien/ zur Verfügung gestellt.

Mit dem „Factbook – Zukunft Hallenheizung“ hat die figawa ein Handbuch zur energieeffizienten Beheizung von Hallengebäuden herausgegeben. Der 20-seitige Wegweiser informiert Bauherren, Hallenbetreiber und Planer über die Besonder­heiten der Bau- und Nutzungsstruktur sowie die spezifische Heiztechnik in Hallen. Dabei steht vor allem die dezentrale Hallenheiztechnologie im Fokus. Das Handbuch steht als PDF-Download auf https://figawa.org/themen/hallenheizung/ zur Verfügung.

Für die Messungen wurden zehn typische, moderne Hallengebäude für leichte und mittelschwere Tätigkeiten (Baujahr 2004 bis 2009) mit zusammenhängenden Großräumen ohne Zwischenwände oder Zwischendecken ausgewählt. Alle Hallengebäude weisen gemäß ihrer gewerblichen Nutzung große Tore auf, deren Öffnen und Schließen während der Messungen protokolliert wurde.

Bei den eingesetzten Hellstrahlern handelt es sich in allen Fällen um raumluftunabhängige Feuerstätten Typ A nach DIN EN 419-1 mit indirekter Abgasführung nach DIN EN 13410 / DVGW G 638-1. Die verwendeten Strahler bewegen sich in einem Leistungsbereich von 11 bis 35 kW pro Gerät. Je nach Größe und Heizlast der Hallen lagen die installierten Leistungen zwischen 120 und 1920 kW.

Die Messungen vor Ort führte die Hochschule Zittau/Görlitz unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Jens Bolsius durch. Neben Temperaturmessungen wurden auch Untersuchungen zur Oberflächentemperaturverteilung (Thermografieaufnahmen) sowie zur Raumluftströmung und -schichtung (Nebelversuche) und Raumluftanalysen durchgeführt.

Anschließend erfolgten am ITG Dresden unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Bert Oschatz für drei von zehn untersuchten Hallen aufwendige Gebäudesimulationen. Für diese drei Hallen wurde der Heizbetrieb über jeweils eine komplette Heizperiode simulationstechnisch untersucht. Eine exakte geometrische Nachbildung der Gebäude und der eingebauten Hellstrahler erlaubte die detaillierte Simulation des Strahlungsaustauschs innerhalb der Gebäude. Auch Strömungsvorgänge wurden im Rahmen der Simulationsrechnungen berücksichtigt – diese umfassen den Austausch zwischen Raum- und Außenluft, bedingt Undichtigkeiten der Gebäudehülle und die indirekte Abgasabfuhr der Hellstrahler, sowie Strömungsvorgänge im Halleninneren. Letztere wurden über ein Zonen-/Schichtenmodell approximiert.

ist Geschäftsführer Fachbereich Gas der figawa, Bundesvereinigung der Firmen im Gas- und Wasserfach, Köln, http://www.figawa.de