Energieeinsparung mit Unterflur-Luftschleiern

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• Toröffnungen und Verladeeinheiten von Industrieobjekten und Logistikzentren sind aus energetischer Sicht große Kostentreiber. Selbst kürzeste Öffnungszeiten führen zu erheblichen Wärmeverlusten, die durch mechanische Lösungen (wie ergänzende Folienrolltore etc.) nicht abgefangen werden können.
• Nur über eine thermisch-physikalische Entkopplung der Luftströmungen kann eine messbare Energieeinsparung erreicht werden.
• Individuell ausgelegte Unterflur-Luftschleieranlagen erreichen diesen Effekt ohne die Anwärmung des schützenden Luftvorhangs. Das wird durch einen präzise definierten Volumenstrom und eine abgestimmte Ausblasgeschwindigkeit erreicht.
• In Kombination mit der vergleichsweise einfachen Installation oder Nachrüstung einer Unterflur-Luftschleieranlage trägt dies erheblich zur Gesamtrentabilität bei.

Im Wohnungsbau hat das Thema Energieeffizienz über die Energieeinsparverordnung (EnEV) bereits zu einer sehr genauen Betrachtung der Einflussgrößen geführt, die die Energieeffizienz beeinflussen. In Gewerbebauten, speziell Logistikzentren oder Lager-hallen, stellt sich die Situation aufgrund ganz anderer Relationen (z. B. Volumina, Heizwär-mebedarf, Nutzungszeiten), vor allem aber der komplexen Wechselbeziehungen (z. B. Lüftungs- vs. Heiz- und Klimatisierungsbedarf, übergangslose Nutzungszonen mit dynamischer Durchströmung usw.) wesentlich differenzierter dar [2].

Nicht zuletzt durch eine Studie des Bundesverbandes Antriebs- und Steuerungstechnik. Tore (BAS.T) rücken auf der Suche nach Optimierungsmöglichkeiten, aktuell vor allem die Torsysteme der Gewerbeobjekte als (de)zentrale „Energieschleudern“, in den Fokus. Unter dem – nach EnEV begrifflich nicht ganz korrekten – Stichwort Lüftungswärmeverluste heißt es dazu [3]:

„Wärmeverluste infolge eines geöffneten Tores haben in der Regel größere Auswirkungen auf die Wärmebilanz des Gebäudes als der Wärmeverlust durch Transmission oder Leckagen. Es steht deshalb außer Frage, dass insbesondere zur kalten Jahreszeit eine Minimierung von Öffnungszyklen und der jeweiligen Öffnungsdauer nicht nur unter energetischen, sondern auch unter raumklimatischen und wirtschaftlichen Aspekten zu empfehlen ist.“

Entscheidend ist an dieser Stelle das Wort „Minimierung“, denn die Notwendigkeit eines weit geöffneten Tores zur Aufrechterhaltung des zügigen und nur dadurch wirtschaftlichen Warentransports bleibt bestehen.

Wirtschaftlichkeit der Investition

Gerade im Bestand ist der Ansatz der Minimierung aber fast immer mit einer hohen Einstiegshürde verbunden: Zur Verringerung der Öffnungszeiten muss in aller Regel die Toranlage ausgetauscht bzw. um ein nachgelagertes Schnelllauftor oder Folienrolltor ergänzt werden. Beide Maßnahmen sind mit beträchtlichen Kosten verbunden. Vor allem, wenn für die Umrüstung teilweise deutlich in die Gebäudesubstanz eingegriffen werden muss.

Eine ebenso effiziente wie wirtschaftliche Alternative sind Unterflur-Luftschleieranlagen Abb. 1, die speziell für große Gebäudeöff-nungen und Industrietore mit Werks-, Straßen- oder Schienenverkehr entwickelt wurden. Während mechanische Tor-Lösungen zur Verringerung der Lüftungswärmeverluste auf eine höhere Öffnungsgeschwindigkeit und / oder eine Reduzierung der Öffnungshöhe setzen, errichten die überfahrbaren Luftschleieranlagen eine nahezu vollständige thermisch-physikalische Barriere zwischen Innen- und Außenluft.

Da die Unterflur-Luftschleieranlagen innen oder außen auch nachträglich vor bestehenden Toranlagen installiert werden können, sind die Investitionskosten deutlich geringer. Dies gilt insbesondere für Neubauten, wo ein signifikant hoher Anteil der Investitionskosten bereits über die ohnehin notwendige Planung und Ausführung der Toröffnung abgedeckt wird.

Wirksamkeit auch beim Beladen

Die größten Energieverluste entstehen in Logistikhallen jedoch beim direkten Be- und Entladen, denn dann muss jede noch so gut gedämmte Gebäudehülle zwangsläufig für einen gewissen Zeitraum geöffnet werden. Der BAS.T geht in seiner Studie beispielsweise davon aus, dass „bereits bei einer dreiminütigen Öffnungsdauer pro Stunde die Lüftungswärmeverluste […] gegenüber den Wärmeverlusten durch Transmission und Leckage überwiegen. Das gilt auch für die beiden Gebäudemodelle Werkstatt und Lager.“

Mit Unterflur-Luftschleieranlagen wird dieser Wirkzusammenhang vollständig entkoppelt: Über die volle Breite einer Toröffnung bauen beispielsweise die Systemair-Anlagen des Typs UF 600 eine mit bis zu 40 m/s von unten nach oben strömende Luftbarriere auf. Sie wirkt wie ein thermischer Vorhang – auch wenn für den Be- und Entladeprozess ein Lkw oder Sattelzug nur teilweise in das Gebäude eingefahren ist. Dann umströmt der Luftvorhang das Fahrzeug vollständig und dichtet so vertikal den verbleibenden freien Querschnitt der Öffnung ab. Im Gegensatz zu mechanischen Torlösungen gibt es also selbst dann keine nennenswerten Energieverluste mehr.

Die Höhe der Einsparungen kann allerdings nur geschätzt werden, da die raumklimatischen Rahmenbedingungen gerade in Logistik- oder Produktionshallen für eine präzisere Festlegung zu stark differieren und eine Einzelfallbetrachtung notwendig ist. Fachleute gehen aber von bis zu 70 % aus.

Erreicht wird der Abschirmeffekt durch ein auf die jeweilige Torgröße abgestimmtes Doppel-Axialventilatorensystem, das

• über einen oder zwei Energietürme die Außenluft ansaugt Abb. 2,
• im Bodenkanal vor der Torschwelle komprimiert und
• durch eine spezielle Düsenkonstruktion gleichmäßig nach oben ausbläst Abb. 3.

Der Impuls im Bodenbereich hat seine größte Dynamik also genau dort, wo die Eindringtiefe der kalten Außenluft ansonsten am höchsten wäre.

Wohlfühlklima für Mitarbeiter

Dieser Effekt ist nicht nur für die thermische Abschirmung und damit für die Energieeinsparung von entscheidender Bedeutung, sondern auch für das Wohlfühlklima im Halleninnern. Der physikalische Hintergrund: Bei geöffneten Toren entweicht die angewärmte Hallenluft aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen innen und außen selbst dann durch den oberen Torbereich, wenn ein Lkw einen Teil der Öffnung ausfüllt. In der Folge strömt mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit zumeist deutlich kältere Außenluft nach. Es kommt zu Zugerscheinungen und massiven Luftturbulenzen in der Halle, die die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter an tornahen Arbeitsplätzen stark belasten.

Wie stark diese Belastungen sind, hängt dabei wesentlich von der Temperaturdifferenz ab. Je wärmer es in der Halle ist, umso mehr Kaltluft strömt bei geöffnetem Tor nach. Die Zugluft wird über die Luftgeschwindigkeit hinaus noch unangenehmer wahrgenommen, als dies bei einer geringeren Temperaturdifferenz der Fall ist. Die bekannten Folgen sind höhere Krankenraten bei Mitarbeitern, die ihren Arbeitsplatz in Tornähe haben, oder zumindest eine generell stärker ausgeprägte Unzufriedenheit mit den Arbeitsbedingungen, die letztlich ebenfalls zu einer reduzierten Leistungsfähigkeit führt. Gerade in hoch spezialisierten Branchen, wie der Autoindustrie oder dem Maschinenbau, kann das erhebliche Auswirkungen auf die Produktivität haben.

Individuell präzise ausgelegt

Den über die Unterflur-Luftschleieranlage erzeugten Luftvorhang zusätzlich zu erwärmen, wäre technisch zwar ebenfalls möglich. Es würde aber aufgrund des zusätzlichen Energiebedarfs die Wirtschaftlichkeit konterkarieren – und das eingangs definierte Ziel einer nachhaltigen Verbesserung der Energiebilanz durch signifikante Verringerung der Lüftungswärmeverluste gleich mit.

Wie viel das ausmacht, zeigen belastbare Praxiswerte von Türluftschleiern: In deren vergleichsweise stabilen thermischen Umfeld müssen zur Erwärmung des Luftschleiers an einem 2,5 × 2,5 m großen Warenhaus-Durchgang 30 kW aufgewendet werden. Demgegenüber steht ein Leistungsbedarf von 22 kW zur kinetischen Abschirmung eines 5 × 5 m (vierfacher Öffnungsquerschnitt) großen Logistiktores. Dazu kommt, dass eine rein kinetische Abschirmung sofort einsatzbereit ist und keine Bereitschafts- und Leitungsverluste entstehen.

Systemair setzt vor diesem Hintergrund nicht auf die Erwärmung, sondern auf die sehr präzise Auslegung der Unterflur-Luftschleieranlage unter Berücksichtigung der baulichen und topografischen Rahmenbedingungen Abb. 4. Dazu gehört auch die Ausrichtung der Toranlagen unter Beachtung der durchschnittlich herrschenden Windrichtung und des allgemeinen Winddrucks.

Darauf werden dann die Leistung der Doppel-Axialventilatoren und / oder die Anzahl der benötigten Flügelräder und deren Anstellungswinkel abgestimmt. Die individuelle Auslegung dieser Komponenten ist letztlich entscheidend für den Energieaufwand, der für die Druckerzeugung des Luftstroms im Bodenkanal als Druckkammer aufgewendet werden muss, um den gewünschten Abschirmungseffekt zu erzielen – also eine entscheidende Frage der langfristigen Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems.

Literatur

[1] Klimaschutz liefern, Logistikprozesse klimafreundlich gestalten; Kurzstudie, Fraunhofer IML. 2011

[2] Gesamtanalyse Energieeffizienz von Hallengebäuden; Institut für Technische Gebäudeausrüstung Dresden – Forschung und Anwendung GmbH und Universität Kassel, Fachgebiet Bauphysik. 2011

[3] Unterschiedliche Torsysteme in Industriegebäuden unter Berücksichtigung energetischer, bauklimatischer und wirtschaftlicher Aspekte; BAS.T, Technische Universität München – Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik. 2013

ist Key-Account-Managerin bei der Frico AB Schweden; einer 100%igen Tochter der Systemair Gruppe. www.systemair.de