Mit Heizgeräten Hallen kühlen

Für die Kühlung von Großräumen, insbesondere Industriehallen, gibt es drei Gründe: In einigen Fällen ist es aus produktionstechnischen Gründen nötig, die Raumtemperatur innerhalb einer geringen Toleranz zu halten. Nur so ist die geforderte Präzision der zu fertigenden Teile gewährleistet. Für die Regelung der Hallentemperatur ist also eine Kühlung notwendig.

Der zweite Grund resultiert aus der Produktivität. Nachweislich nimmt die Arbeitsleistung von Menschen bei höheren Temperaturen ab (Bild 2). Gleichzeitig nimmt die Unfallhäufigkeit zu. Wirtschaftlichkeitsüberlegungen führen also zu der Frage, ob eine Raumkühlung sinnvoll ist [2]. Je niedriger die Kosten dafür sind, desto eher ist eine Realisierung möglich.

Der dritte Grund resultiert aus Komfortansprüchen. Durch die positiven Erfahrungen mit Klimaanlagen in anderen Anwendungen, ins­besondere im privaten Pkw, ist der Wunsch von Angestellten und Arbeitern nach Raumkühlung auch in Produktionsstätten verständlich. Dem ­stehen die dafür notwendige Investition und ­Betriebskosten entgegen. Ein Kompromiss zwischen Anspruch und Kosten ist sinnvoll, so dass sich die Idee aufdrängt, die oft vorhandenen Umluftheizgeräte zur Kühlung zu ver­wenden.

Kühlen mit Umluftheizgeräten

Grundsätzlich kann jedes Heizsystem auch zur Kühlung benutzt werden, wenn anstelle des Wärme abgebenden Mediums ein Kühlmedium (z.B. Kaltwasser) verwendet wird. Allerdings müssen dabei einige Randbedingungen eingehalten werden oder, falls dies nicht möglich ist, daraus resultierende Probleme, wie Kondensat oder Kälteverteilung, gelöst werden. Dies gilt auch für die die Beheizung von großen Räumen dominierende Lösung: die Umluftheizgeräte. Folgendes ist dabei zu überlegen bzw. zu berücksichtigen:

Freie Kühlung

Mit einem dem Gerät vorgeschalteten Mischluftkasten ist es möglich, kühle Außenluft in die Halle einzubringen und damit zu kühlen. Die Kühl­leistung hängt dann von der Außentemperatur ab, so dass dies nur eine Ergänzung zur Reduktion der Betriebskosten sein kann (Bild 3).

2- oder 4-Leiter-System

Zu überlegen ist, ob das für die Heizung notwendige Register auch für die Kühlung genutzt wird oder ob ein separates Kühlregister installiert wird. Dem Vorteil des 4-Leiter-Systems, dass beide ­Register optimal dimensioniert werden können, stehen höhere Kosten gegenüber. Bei Industrie­anwendungen dominiert deshalb die 2-Leiter-Lösung.

Kondensat

Beim Kühlen von Luft kann die Sättigungsgrenze des Wasserdampfes erreicht werden und Kondensat ausfallen. Kondensat muss gesammelt und abgeleitet werden; eine Leckage könnte zu erheblichen Gebäude-, Maschinen- oder Produktionsschäden führen. Während das Sammeln des Kondensats bei Geräten mit horizontaler Luftführung durch Tropfenabscheider relativ einfach möglich ist, ist die Abscheidung bei Geräten mit vertikalem Luftstrom technisch schwierig. Da diese Anordnung jedoch aus Gründen des Energieverbrauchs und der Luftführung dominiert [3], ist hier für eine kostengünstige Lösung Erfindergeist gefordert. Die Praxis zeigt, dass – wenn auch nach jahrelanger Entwicklung und einigem Lehrgeld – eine Lösung möglich ist, die sich sogar unter extremen Bedingungen, z.B. im feuchtwarmen asiatischen Klima, bewährt (Bild 4).

Neben dem bei der Abkühlung des Luftstroms im Kühlregister entstehenden Kondensats besteht zusätzlich die Möglichkeit, dass Raumluft außen an kühlen Teilen des Gerätes kondensiert. Unter Umständen muss deshalb je nach Raumluftkonditionen das Gerät entsprechend isoliert werden. Auch Kältebrücken sind zu vermeiden.

Luftverteilung

Umluftheizgeräte werden in der Regel in hohen Hallen so angeordnet, dass die Luftführung vertikal nach unten geht (Bild 1). Daraus resultieren einige Vorteile:

• keine Behinderung von Produktionsmitteln, z.B. Kränen
• kein zusätzlicher Raumbedarf durch die ­ Geräte
• zugfreie Luftführung
• geringe Temperaturschichtung
• niedrige Betriebskosten

Wenn diese Geräte jetzt auch für Kühlung genutzt werden sollen, können daraus als Probleme Zugerscheinungen und eine ineffiziente Kälteverteilung entstehen. Eine Lösung bzw. Minimierung dieser Probleme ist aber möglich:

• Mit einem (möglichst automatisch) verstellbaren Luftverteiler kann die Luftführung in Abhängigkeit der Zulufttemperatur zugfrei eingestellt werden; dazu ist eine hohe Induktion nötig.
• Für eine effiziente Kühlung sollten die Geräte so niedrig wie möglich installiert werden, damit das zu kühlende Raumvolumen reduziert wird [4].
• Falls möglich, kann die kühle Zuluft direkt vertikal nach unten geblasen werden, um damit eine verdrängungsähnliche Luftführung im Aufenthaltsbereich zu erreichen.

Grundsätzlich ist aber bei konträren Zulufttemperaturen (Heizen und Kühlen) ein Kompromiss bezüglich der Luftführung notwendig.

Wie regeln?

Hier gibt es keine Probleme, jedoch lässt sich durch eine gut durchdachte Regelung der Komfort verbessern und die Wirtschaftlichkeit erhöhen:

• Die Betriebsarten Heizung und Kühlung sollten durch eine Kaskade getrennt sein.
• Ob 2-Punkt- oder stetige Regelung ist eine Frage des Komforts und der Betriebskosten, auch die Toleranz des Sollwertes ist wichtig.
• Wichtig ist, dass der Sollwert in Abhängigkeit der Betriebszeit verändert werden kann.
• Wirtschaftlich sinnvoll ist die Zusammenfassung mehrerer Geräte in Regelgruppen, um im Raum frei werdende Energie, z.B. von Maschinen, besser nutzen zu können.

Fazit

Die Kühlung großer Räume und Hallen, ins­besondere Industriehallen, muss kostengünstig sein; die Nutzung von sowieso notwendigen ­Heizgeräten zur Kühlung bietet sich deshalb an. Im Vergleich zu Lüftungsanlagen mit Zentral­geräten sind dafür keine Kanäle (bei Kühlung sogar isoliert) nötig. Mit der für solche Geräte ­üblichen dezentralen Anordnung ist höchste Flexibilität gegeben. Dies gilt sowohl für eine etwaige Erweiterung wie auch für die Regelung und die Art der Geräte (Leistung). Eine inzwischen mehr als 20-jährige Betriebserfahrung schützt vor unangenehmen und unerwarteten Über­raschungen.

Literatur

[1] F. Sodec: Trends in der Gebäudetechnik. Industriebau 5-1995

[2] O. Fanger, P. Wargocki: Effektiver arbeiten in gesundem Raumklima. IHKS-Fachjournal, 2002/03

[3] E. Beck: Gedanken zur Luftführung in Industrieräumen. CCI 3-1992

[4] D. Beckmann: Heiße Luft und kalte Füße?. Betriebstechnik 11-1992

Dipl.-Ing., ist Geschäftsführer der Hoval (Deutschland) GmbH, Fachbereich Hallenklima-Systeme, 72108 Rottenburg, Telefon (0 74 72) 1 63 31, E-Mail: info.hallenklima@hoval.com, https://www.hoval.com/en/