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- Für eine Poolrinnen-Zustellhalle waren die Randbedingungen so komplex und einmalig, dass eine Simulation der Temperaturverhältnisse für sichere Aussagen zur Frostfreihaltung nicht möglich war.
- Die Verantwortlichen entschieden sich für den Einbau einer Industrieflächenheizung. Eine messtechnische Begleitung hat ergeben, dass die Entscheidung richtig war, denn langfristig ist das System günstiger als die alternative Beheizung mit erdgasbefeuerten Hell- oder Dunkelstrahlern.
Auf dem Werksgelände der ThyssenKrupp Steel Europe AG in Duisburg dürfte einer der ungewöhnlichsten Orte für den Einsatz einer Industrieflächenheizung sein. In der „Poolrinnen-Zustellhalle“ (Grundfläche 800 m2) Abb. 1 werden die für das Abstechen des Roheisens im Hamborner Hochofenwerk erforderlichen Abgießrinnen repariert. Aufgrund der dadurch entstehenden Abgase muss die Halle ganzjährig mit einem hohen Luftwechsel beaufschlagt werden. Eine Uponor-Industrieflächenheizung übernimmt dabei die Aufgabe, die Reparaturhalle auch bei niedrigsten Außentemperaturen frostfrei zu halten.
Bei –10 °C Auslegungstemperatur, einer erforderlichen Innentemperatur von mindestens 5 °C und einem hohen Außenluftvolumenstrom von mindestens 115000 m3/h ist die Beheizung der Halle für die Industrieflächenheizung keine leichte Aufgabe. Genauso ungewöhnlich: Im Rahmen der Fachplanung konnten aufgrund der komplexen Luftströmungs- und Wärmequellen-Verhältnisse keine Temperaturvorhersagen in unterschiedlichen Höhen oder eine Simulation der Temperaturverhältnisse in der Halle erstellt werden. Erschwerend kam hinzu, dass für die gesamte Baumaßnahme nur ein Zeitfenster von zehn Tagen zur Verfügung stand.
Luftaustausch über Jalousieklappen
Poolrinnen Abb. 2 werden in der Stahlproduktion benötigt, um nach dem Abstechen das flüssige, 1500 °C heiße Roheisen aus dem Hochofen ablaufen zu lassen. In der Poolrinnen-Zustellhalle werden sie repariert, sommers wie winters, Stahl hat immer Saison. Der Ablauf dabei ist immer der Gleiche: Die Rinne auf einem Eisenbahnwaggon in die Halle einbringen, mit einem Spezialbeton auskleiden und anschließend austrocknen lassen. Dazu bekommen die Rinnen eine Haube, gleich einem riesigen Fön, aufgesetzt. Die Haube besteht aus einem Gasbrenner und einem Abgaskamin, über den das Abgas in die Halle geleitet wird. Für das Trocknen wird die Poolrinne auf ca. 900 °C erhitzt, bis zu drei Wochen können das Aufheizen und Trocknen dauern.
Zum Schutz der Arbeiter müssen die Abgase abgeleitet werden. Dazu ist die Halle an beiden Längsseiten mit 20 Wandöffnungen (2,60 × 1,90 m) versehen, die mit elektrisch betriebenen Jalousieklappen ausgestattet sind Abb. 3. Im Dach befinden sich Dachreiter, die mit der gleichen Technik funktionieren. Sie dienen auch der Wärmeabfuhr. Die Maximaltemperatur der Hallendecke darf 60 °C nicht überschreiten. Eine Gaswarnanlage liefert zusätzliche Steuerungssignale für den Klappenmechanismus. Während des Aushärtungsvorgangs werden die Klappen automatisch um 10 % geöffnet. Wird der Abgassollwert überschritten, entsprechend mehr. Umfangreiche klimatechnische Messungen seitens der TGA-Abteilung ergaben, dass bei Klappenstellung „10 % auf“ der Außenvolumenstrom ca. 115000 m3/h beträgt. Das entspricht einem 12-fachen Luftwechsel.
„Im Winter bedeutet dies, dass die durch die Halle geführte Luft der Außentemperatur entspricht, also extrem kalt ist. Die Halle muss aber unbedingt frostfrei gehalten werden, was bei extremen Minusgraden ohne zusätzliche Heizung nicht möglich ist“, so Dipl.-Ing. (FH) Markus Kauling M.Sc. Abb. 4, Senior Engineer bei der ThyssenKrupp Steel AG in Duisburg. Es bestand Handlungsbedarf, um den Mitarbeitern und dem Material frostfreie Arbeitsbedingungen zu gewährleisten.
Vorteile der Industrieflächenheizung
Zwei Lösungen zur Nachrüstung standen zur Auswahl: Erdgasbefeuerte Gasstrahler (hell/dunkel) oder eine Industrieflächenheizung. Bei beiden Lösungsansätzen wurde maximal von einer Frostfreihaltung ausgegangen – eine Beheizung der Halle auf die gewünschten 12 °C oder ähnlich, bei freier Be- und Entlüftung, stellte sich als unrealistisch heraus. Versuche, die Hallensituation rechnergestützt zu simulieren, scheiterten. Alle Parameter – Anströmung der Halle, Luftströmung in der Halle bei unterschiedlichen Öffnungsgraden der Jalousien, geöffnete Hallentore oder Anlieferungsverkehr – eines so komplexen Sachverhaltes in ein Modell zu verpacken, war einfach nicht möglich.
Schlussendlich folgte man dem Vorschlag von Kauling und entschied sich für den Einbau einer Industrieflächenheizung. Für die erdgasbefeuerten Hellstrahler sprachen zwar geringere Investitionskosten. Da sie aber zusätzlich Abgase in die Halle emittieren, hätte das Auswirkungen auf den Öffnungsgrad der Jalousieklappen gehabt. Gegen Dunkelstrahler sprachen hohe Investitionskosten, da sie mit Abgaskaminen hätten versehen werden müssen. Zudem benötigen beide Systeme Erdgas als Brennmedium, was höhere Betriebskosten verursacht hätte.
Die Flächenheizung erfordert zunächst höhere Investitionskosten. Da aber die Halle an die Fernwärmeversorgung angeschlossen ist, fallen die Betriebskosten wesentlich geringer aus. Es entstehen auch keine zusätzlichen Kosten für die Versorgung, da das System im Temperaturbereich des Fernwärmerücklaufs betrieben wird Abb. 6. Ein weiterer Vorteil der Industrieflächenheizung. Der Wärmeeintrag erfolgt unterhalb der Luftströmung der Jalousieklappen, damit liegen die bodennahen Arbeiten im unmittelbaren Heizbereich. Tatsächlich ist der Heizeffekt in wesentlichen Teilen von der Steuerung der Jalousieklappen abhängig. Nur mit einer kombinierten Heizungs- und Klappenregelung kann ein möglichst hoher Komfort erzielt werden. Ein weiterer interessanter Aspekt: Selbst bei geöffneten Toren und starker Außenluft-Querströmung ist die Strahlungswärme des schwerlastfähigen Bodens für einen längeren Zeitraum, mehr als eine Arbeitsschicht, ausreichend. Die Wärmespeicherfähigkeit der Industrieflächenheizung macht zudem eine redundante Wärmeversorgung überflüssig. Im Rahmen eines Monitorings der Werkhalle wurden an verschiedenen Stellen Innentemperaturen in Abhängigkeit des erforderlichen Luftwechsels und der Außentemperatur ermittelt Abb. 6 Abb. 7.
„Nach zwei strengen Wintern mit Frost bis zu –15 °C können wir sagen, dass sich der planerische und bautechnische Aufwand, in eine für uns neue und simulationstechnisch nicht zu erfassende Anlage zu investieren, gelohnt hat. Die Innentemperatur fiel nie unter 5 °C, was für unser wärmetechnisches Know-how sowie die Leistungsfähigkeit der Fußbodenheizung spricht, selbst bei solch hohem Luftwechsel“, zieht Kauling eine mehr als positive Bilanz.
Matthias Hemmersbach, Leiter Marktsegment Planer bei Uponor; Markus Kauling, Senior Engineer bei der ThyssenKrupp Steel AG
Bautafel Poolrinnen-Zustellhalle
Auftraggeber/Bauherr
ThyssenKrupp Steel Europe AG, Duisburg-Hamborn
Ausführung
1 A Service, Ahaus-Ottenstein
Beratung
Uponor-Fachberater Marcell Oppenberg, Schermbeck
Industrieflächenheizung
Leistung: 150 kW
Heizkreise: 14 Stück, Gesamtleitungslänge ca. 3500 m (PE-Xa-Rohr, d 25 x 2,5 mm), modulare Industrieverteiler G 1 ½“
Bauzeit: 10 Tage inklusive dem Auskoffern des Bestandsbodens, dem Erstellen einer Sauberkeitsschicht sowie dem Einbringen der unteren und oberen Bewährung mit Betonarbeiten.
Fußbodenbelastung: Schwerlast- und Staplerverkehr bis zu 50 t
Anbieter
Uponor
97437 Haßfurt
Telefon (0 95 21) 69 00
Telefax (0 95 21) 69 01 05
