Wärmeerzeugung mit Luftheizungen

Luftheizungen für Hallen werden hinsichtlich der Wärmeerzeugung in zwei Gruppen unterteilt – in solche Geräte, welche die Wärme mittels eines integrierten Brenners selbst erzeugen, und solche, die an ein wasser- oder dampfführendes Wärmeverteilnetz (Zentralheizung) angeschlossen werden.


Dezentrale Wärmeerzeugung: direkt befeuerte Warmlufterzeuger

Die Wärmeerzeugung erfolgt durch einen in das Gerät integrierten Gas- oder Ölbrenner. Das verbrennende Brennstoff-Luft-Gemisch wird durch einen Abgas-Luft-Wärmeübertrager geführt. Das Gerät übernimmt hierbei nicht nur die Wärmeerzeugung, sondern auch die Übergabe der Wärme an den zu beheizenden Raum: Ein Ventilator saugt Raum-, Außen- oder Mischluft an, leitet sie über den Wärmeübertrager und mit nunmehr erhöhter Temperatur in den Raum.

Warmlufterzeuger werden sowohl in raumluftabhängiger als auch raumluftunabhängiger Betriebsweise angeboten – d. h., die notwendige Verbrennungsluft wird entweder dem Aufstellungsraum entnommen oder als Außenluft zugeführt. Die Abfuhr der Verbrennungsabgase erfolgt entweder über eine Abgasanlage je Gerät oder durch eine Sammelabgasanlage für mehrere Warmlufterzeuger. Bei raumluftunabhängigem Betrieb werden Verbrennungsluft- und Abgasführung oft in einem Luft-Abgas-System kombiniert, welches die von außen angesaugte Verbrennungsluft mit Wärme der Verbrennungsabgase vorwärmt. Warmlufterzeuger sind auch als Brennwertgeräte verfügbar, welche die Verbrennungsabgase unter günstigen Betriebsbedingungen bis zur Kondensation des enthaltenen Wasserdampfs abkühlen können und so eine bessere Brennstoffausnutzung erreichen.


Warmlufterzeuger sind in der Regel nicht in Räumen mit leicht entzündlichen Stoffen – z. B. brennbaren Konzentrationen von Gasen, Nebeln / Dämpfen oder Stäuben – in der Raumluft bzw. explosionsfähiger Atmosphäre einsetzbar. (Es sind die Brand- und Explosionsschutzanforderungen nach geltendem Recht, anerkannten Regeln der Technik und im Kontext des jeweiligen Landesbaurechts zu berücksichtigen. Eine Zusammenstellung wesentlicher Regelungen kann unter anderem den RLTRichtlinien des Herstellerverbands Raumlufttechnische Geräte e. V. entnommen werden – RLT-Richtlinie 02 geht insbesondere auf Explosionsschutzanforderungen ein. Eine Aufstellung außerhalb des zu beheizenden Raumes und kanalgebundene Luftführung kann zulässig sein.)


Zentrale Wärmeerzeugung: indirekt beheizter Lufterhitzer, Luftheizer

Lufterhitzer beziehen die notwendige Heizwärme von einem externen Wärmeerzeuger – z. B. dem Heizkessel der Zentralheizung – über ein Wärmeverteilnetz. Sie werden für den Anschluss an warm-/heißwasser- und dampfführende Wärmeverteilnetze angeboten. Der Lufterhitzer übernimmt hierbei nur die Wärmeübergabe an den zu beheizenden Raum: Ein Ventilator saugt Raum-, Außen oder Mischluft an, leitet sie über den extern beheizten Wärmeübertrager und bläst sie mit nunmehr erhöhter Temperatur in den Raum. Ein Betrieb in Bereichen mit Explosionsschutzanforderungen ist bei entsprechender Geräteausführung möglich.

 

Solar-Luft-Kollektoren: solare Lufter- oder -vorwärmung

Neben der aktiven Erwärmung von Luft durch zentrale oder dezentrale Wärmeerzeugung besteht auch die Möglichkeit, Luft mit Solar-Luft-Kollektoren durch solare Strahlungsenergie zu erwärmen. Solar-Luft-Kollektoren wandeln Solarstrahlung in konvektiv nutzbare Wärme um – sie nehmen Energie aus Sonnenstrahlung an Absorberflächen auf und geben einen Teil dieser Energie an Luft ab, welche den Kollektor durchströmt.

Die Kollektoren werden zur Erwärmung der Raumluft oder Außenluftvorwärmung genutzt. Sie werden sowohl in der Heizungs- und Raumlufttechnik als auch im Bereich der (Niedertemperatur-)Prozesswärme eingesetzt. Solar-Luft-Kollektoren werden in einer Vielzahl technisch unterschiedlicher Varianten ausgeführt, welche sich vor allem hinsichtlich

  • Luftzufuhr / Luftführung,
  • ggf. Abschirmung gegen Außenluft und
  • Ausführung des Absorbers

unterscheiden. Es gibt sowohl wandals auch dachmontierte Geräte. Auf dem deutschen Markt sind Solar-Luft-Systeme bisher noch recht wenig verbreitet – besonders im Vergleich mit wasserführenden Solarthermieanlagen, welche u. a. in der aktuellen Energieeinsparverordnung als Referenzgebäudeausführung der Trinkwassererwärmung vorgesehen sind.

 

Geräteanordnung, Montagearten und Luftverteilung von Luftheizungen

In einer Vielzahl von Hallen – besonders in Montage- und Fertigungs- sowie Lager-/Logistikhallen – kommen üblicherweise Systeme zum Einsatz, welche im zu beheizenden Raum montiert werden und Warmluft unmittelbar an den Raum abgeben. Diese werden je nach Anwendungsfall in Wand- oder Deckenmontage ausgeführt. Der für den Hallenbetrieb notwendige Außenluftwechsel kann in solchen Nutzungen meistens durch freie Lüftung oder optionale Außenluftanbindung eines oder mehrerer Luftheizgeräte sichergestellt werden.

In manchen Nutzungen, wie Verkaufs- und Versammlungsstätten, ergibt sich durch das jeweilige Landesbaurecht oft die Notwendigkeit maschineller Belüftung. In solchen Nutzungen ist die Zuluft i. d. R. gleichmäßig auf große bis sehr großen Grundflächen verteilt einzubringen, welche u. U. durch Regale und ähnliche Einbauten unterteilt werden. Mitunter wird eine aufwändigere Konditionierung der Raumluft gefordert (z. B. Kühlung an warmen
Tagen, Be-/Entfeuchtung, Reinigung/Filterung usw.). Die Luft wird in solchen Fällen oft zumindest teilweise zentral konditioniert – z. B. durch eine zentrale RLT-/Klimaanlage – und mit Luftkanälen verteilt. Bei kanalgebundener Luftverteilung kommen je nach Anwendungsfall sowohl zentral angeordnete Luftheizungen oder RLT-Anlagen als auch im Raum montierte Lufterhitzer zum Einsatz. Bei zentralen RLT-/Klimaanlagen – welche je nach Anwendungsfall auch zu Heizzwecken eingesetzt werden können – ist die Aufdachmontage außerhalb der thermischen Gebäudehülle sehr verbreitet.

Hinsichtlich der Ausblasrichtung innerhalb des zu beheizenden Raums kann grob zwischen seitlich/waagerecht und nach unten ausblasenden Luftauslässen unterschieden werden. Viele Luftheizsysteme werden mit einstellbaren Luftauslässen ausgeführt – sehr verbreitet bei Hallen-Luftheizungen sind Ausblasjalousien mit verstellbaren Lamellen. Diese erlauben sowohl das Neigen des konzentrierten Ausblasstrahls als auch seine Auffächerung für eine höhere Induktionswirkung sowie einen rascheren Abbau der Strömungsgeschwindigkeit oder das Anblasen eines größeren Flächenbereichs.

Darüber hinaus sind Luftauslässe – sowohl für direkte Montage an Luftheizgeräten als auch für kanalgebundene Luftführung – in einer Vielzahl von Ausführungen erhältlich. Die Tabelle zeigt eine beispielhafte Auswahl typischer Luftauslässe. Hinsichtlich der Anordnung von Luftheizungen bzw. Luftauslässen im Raum, mindestens einzuhaltender oder maximal zulässiger Montagehöhen sowie der Wand- und Zwischenabstände sind die jeweiligen Herstellervorgaben zu beachten – angesichts der großen Bandbreite an Luftauslässen, deren Variationen, Einstellmöglichkeiten sowie Kombinationen mit unterschiedlich leistungsstarken Heizgeräten lassen sich diese geometrischen Parameter kaum allgemeingültig quantifizieren.

Warmluftrückführung in Hallen

In sehr hohen beheizten Räumen kann sich durch thermischen Auftrieb der warmen Luft ein signifikanter Temperaturanstieg über der Höhe einstellen. Dies ist besonders bei rein konvektiven Heizsystemen zu beobachten. Die Aufheizung des bodennahen Aufenthaltsbereichs kann sich durch den Aufstieg der warmen Luft stark verzögern, während der Dachbereich unnötig überheizt wird. Die Überheizung des Dachbereichs deutlich über die notwendige Temperatur hinaus erhöht u. a. die Transmissionswärmeverluste des Gebäudes.


Ist der Lufttemperaturgradient auch im Aufenthaltsbereich deutlich spürbar – also bei einer merklichen Temperaturdifferenz zwischen Fuß- und Kopfbereich – ergeben sich hieraus zusätzlich Behaglichkeitseinbußen.

Bei Luftheizungen in Hallen ist aus Gründen der Behaglichkeit und der Energieeffizienz daher besonders auf eine Minimierung dieser Temperaturschichtung zu achten. Hierfür können verschiedene Ansätze verfolgt werden, ggf. auch in Kombination:

  • Verringerung der Lufttemperatur des Ausblasstrahls, z. B. durch
    - Verringerung der Systemtemperaturen bei Lufterhitzern, Einsatz von Brennwertgeräten mit entsprechend geringeren Ausblastemperaturen bei Warmlufterzeugern
    - aktive Beimischung von Raumluft mit ventilatorgestützten Systemen
    - passive Beimischung von Raumluft/Erhöhung der Induktionswirkung mit speziellen Luftauslässen
  • Einsatz von Systemen zur Rückführung warmer Raumluft aus dem Decken-/Dachbereich in den bodennahen Bereich, z. B. Deckenventilatoren oder kanalgebundene Warmluftrückführung
  • ggf. kanalgebundene Luftzufuhr zum Heizgerät aus dem wärmeren Decken-/Dachbereich
  • zusätzliche Nutzung des Lufterhitzers/Warmlufterzeugers (Heizfunktion aus) zur Umwälzung der aufgeheizten Raumluft bei deckenmontierten Geräten oder kanalgebundener Luftzufuhr aus dem Dachbereich
  • Ausblasrichtung entgegen thermischem Auftrieb: senkrecht oder schräg nach unten gerichtete Luftauslässe bzw. entsprechend eingestellte Ausblasjalousien
  • Gewährleistung möglichst freier Ausblasstrecken bis auf Bodenniveau

Mehrere der Ansätze zielen auf eine stärkere Durchmischung der Raumluft bis auf Bodenniveau ab und können zu einem Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit in diesem Bereich führen. Gleichwohl müssen unbehagliche Strömungsgeschwindigkeiten in Bereichen für den andauernden Personenaufenthalt vermieden werden. Hier muss in der Regel ein Kompromiss gefunden werden. Hallen weisen üblicherweise Bereiche unterschiedlicher Benutzung auf; so bietet es sich beispielsweise an, in Bereichen ohne Behaglichkeitsanforderungen – z. B. Lagerflächen und i. d. R. nur sporadisch genutzte Verkehrswege – für eine starke Durchmischung der Raumluft zu sorgen und in Bereichen zum andauernden Personenaufenthalt hingegen auf angemessen geringe Strömungsgeschwindigkeiten zu achten.


Anders als im Heizfall kann an warmen Sommertagen sowie in warmen Gegenden die Behaglichkeit durch moderat erhöhte Luftbewegung verbessert werden, sodass geringerer oder gar kein Aufwand für Raumkühlung zu betreiben ist.

Luftheizung, beispielhafte Variation der Warmluftrückführung

 

Sonderanwendung Torluftschleier

Ein Torluftschleier bzw. eine Torluftschleieranlage besteht aus einem oder mehreren speziellen Gebläsen, welche einen im Vergleich zu seiner Breite sehr flachen Luftstrahl hoher Strömungsgeschwindigkeit entlang der Öffnungsfläche des Tores erzeugen.


Durch diese „Luftwand“ kann der Transport von Luft und ggf. anderen Gasen oder Schwebstoffen durch das geöffnete Tor hindurch verringert werden. Torluftschleier werden häufig an oft oder länger anhaltend zu öffnenden Außentoren/-türen montiert, um den Kaltlufteinfall durch diese zu verringern. Der Luftstrom des Torluftschleiers kann hierbei leicht nach außen geneigt oder auch parallel zur Wand geführt werden. In manchen Anwendungsfällen werden Torluftschleier mit automatischen Toren/Türen kombiniert – teils auch als Schleuse ausgeführt (z. B. Kaufhaustür).

Torluftschleier können nach mehreren Kriterien unterschieden werden, u. a.:

  • Erwärmung des Luftstrahls
  • beheizt (Torluftschleier mit eigenem Heizelement)
  • unbeheizt (Gerät ohne zusätzliche Nachheizung)
  • Ausblasrichtung
  • vertikal (oben-unten oder unten-oben)
  • horizontal
  • nach außen
  • nach innen (z. T. mit speziellen Absaugöffnungen im Torbereich)


Torluftschleider an Außentoren dienen vordergründig der Minimierung des Kaltlufteintritts aus Gründen der Behaglichkeit oder zur Einhaltung technologischer Anforderungen. Während des Betriebs eines Torluftschleiers bei offenem Tor ergeben sich in gewissem Maß Lüftungswärmeverluste – je nach Bauweise entweder durch einen Transport warmer Innenluft nach außen oder durch Induktion kalter Außenluft nach innen (siehe auch schematische Darstellung). Darüber hinaus fällt Energiebedarf für den Antrieb des Luftstrahls an. Für eine energetische Bewertung des Torluftschleiers müsste dieser Gesamtaufwand den Lüftungswärmeverlusten des geöffneten Tores – ohne Torluftschleier – gegenübergestellt werden. Bisher sind die energetischen Effekte von Torluftschleieranlagen jedoch nicht abschließend untersucht und finden beispielsweise in einer Energiebedarfsberechnung nach DIN V 18599 keine Berücksichtigung. Die Vornormenreihe DIN V 18599 beschreibt das Berechnungsverfahren, welches im Rahmen der Energieausweiserstellung für Nichtwohngebäude nach Energieeinsparverordnung zwingend anzuwenden ist.

Je nach Anwendungsfall können sich auch alternative bauliche Maßnahmen oder Kombinationen aus Torluftschleiern und baulichen Maßnahmen zur Verminderung des Kaltlufteinfalls bei häufigen Tordurchquerungen anbieten, z. B.:

  • Schnellauftore, automatische Türen
  • thermisch entkoppelte Verladeschleusen zur Ankopplung von Verladeeinheiten/Containern
  • Vorräume/Schleusen mit doppelten Türen

Doppelnutzung Luftheizungen: Beheizung und Belüftung, ggf. Kühlung

Die meisten Luftheizungen für Hallen sind mit Außenluftanschluss verfügbar, wodurch das System auch zur aktiven Belüftung eingesetzt werden kann – hierbei sind besonders die folgenden Betriebsarten denkbar:

  • Heizbetrieb mit Umluft im Aufheizfall und im regulären Heizbetrieb
  • Heizbetrieb mit Außenluft bzw. Außenluftanteil (Mischluft) zur Lufterneuerung während der Beheizung
  • Lüftungsbetrieb ohne Beheizung zur Lufterneuerun oder auch zur passiven Ankühlung durch erhöhte Nachtlüftung
  • Luftumwälzung ohne Beheizung (ggf. auch durch oder in Verbindung mit Warmluftrückführung) zur Erhöhung der Behaglichkeit im Sommerfall durch moderat erhöhte Strömungsgeschwindigkeit

Luftheizungen mit Lüftungsfunktionen können auch mit Wärmeübertragern zur Wärmerückgewinnung zwischen Ab- und Zuluft ausgestattet werden, sofern die Abluft durch das Gerät geführt wird.

Indirekt beheizte Lufterhitzer können darüber hinaus prinzipiell auch zur aktiven Raumkühlung eingesetzt werden, indem sie – bei Kühlbedarf – nicht mehr durch das Wärmeverteil-, sondern durch ein Kaltwassernetz gespeist werden. Dasselbe Gerät kann also je nach Bedarf als Wärme- oder Kälteübergabesystem betrieben werden. Hierbei ist auf eine Freigabe des Herstellers für Kühlbetrieb zu achten; ggf. muss das Gerät mit Kondensatwanne/Kondensatablauf ausgestattet sein.

Reine Warmlufterzeuger können hingegen nicht zum aktiven Kühlbetrieb genutzt werden. Allerdings bietet der Markt Hybridsysteme, welche sowohl die dezentrale Brennereinheit mit Abgas-Luft-Wärmeübertrager als auch ein zusätzliches wasserführendes Heizregister enthalten. Diese Geräte erlauben sowohl den Betrieb als dezentrales Hallenheizsystem als auch die hydraulische Anbindung an ein wasserführendes Verteilnetz – je nach Geräteausführung kann damit auch ein Kühlbetrieb wie bei Lufterhitzern möglich sein.

Anwendungsbereich von Luftheizungen

Luftheizungen erlauben eine sehr gleichmäßige Beheizung großer Flächen.


Da Luftheizungen hinsichtlich Ausblastemperatur, -richtung und -volumenstrom in der Regel sehr variabel sind, können Mindestabstände zwischen Luftauslass und Aufenthaltsbereichen je nach System kleiner gewählt werden als die Mindestabstände zu Hochtemperatur Strahlungsheizungen. Natürlich muss ein unmittelbares Anblasen mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten von Aufenthaltsbereichen bzw. Arbeitsplätzen dabei vermieden werden. Anders als Strahlungsheizungen sind Luftheizungen nicht auf eine Sichtverbindung zwischen Heizgerät und zu beheizendem Bereich angewiesen – Hindernisse können bis zu einem gewissen Maß umströmt werden. So können Luftheizungen u. a. zweckmäßig da eingesetzt werden, wo Strahlungsheizungen aufgrund der verschattenden Wirkung von Halleneinbauten ausscheiden. Aus energetischen Gründen sollten bei Planung und Einbau von Luftheizungen dennoch zumindest weitgehend ungestörte Ausblasstrecken vorgesehen werden, wo möglich.


Der Einsatz von Luftheizungen bietet sich oft auch an, wenn ohnehin Lüftungsanforderungen bestehen – diese können dann in der Regel teilweise oder vollständig durch das Luftheizsystem erfüllt werden. So kann die Luftheizung auch zur Erneuerung der Raumluft oder für eine erhöhte Nachtlüftung zwischen sehr warmen Tagen
eingesetzt werden.


Bei adäquater Planung, Dimensionierung und anlagentechnischer Ausführung können mit zeitgemäßen Luftheizungen auch Temperaturunterschiede im Höhenverlauf äußerst klein gehalten werden. In Verbindung mit einer leistungsfähigen Warmluftrückführung können Luftheizungen auch in Hallen mit Raumhöhen um 20 m extrem geringe Temperaturgradienten über der Höhe einhalten; entsprechende Anlagen kommen besonders dann in Frage, wenn die gleichmäßige Beheizung technischen Aspekten geschuldet ist – beispielsweise zur Minimierung von Fertigungstoleranzen bei der Bearbeitung sehr großer Bauteile.


Eine Teilbeheizung einzelner Bereiche innerhalb eines verbundenen Großraums ist mit Luftheizungen nur bedingt möglich – naturgemäß sorgt die notwendige und gewollte erzwungene Luftbewegung für einen allmählichen Lufttemperaturausgleich. Eine grobe Unterteilung – z. B. zur Nutzung einer Hallenhälfte als kühlerem Lagerbereich und der zweiten Hälfte als etwas höher temperiertem Montage-/Produktions- und Aufenthaltsbereich – mit relativ weichem Temperaturübergang zwischen den Bereichen kann dennoch realisierbar sein. Wird eine ausgeprägte Teilflächenbeheizung einzelner Bereiche (z. B. vereinzelter Arbeitsplätze) angestrebt, ohne dass eine räumliche Abtrennung möglich ist, können hierfür andere Heizsysteme eingesetzt werden – in vielen Hallen werden unterschiedliche Hallenheizsysteme kombiniert.


Als mögliche Konstellationen seien nur beispielhaft genannt:

  • Beheizung von (Hoch-)Regallagern, Logistikhallen mit Güterleitsystemen oder auch Fertigungshallen mit starker Verschattung durch große Werkzeugmaschinen und sonstige Einbauten
    - Grundtemperierung durch Warmlufterzeuger oder Lufterhitzer in Zwischengängen
    - zusätzliche Arbeitsplatzbeheizung durch Strahlungsheizungen in Verlade-/Kommissionierbereichen
  • Beheizung von Hallenkomplexen mit Sonderanforderungen
    - Beheizung großer weitgehend unverschatteter Flächen (z. B. Lagerflächen, Verkehrswege, Arbeitsbereiche) durch Hell-/Dunkelstrahler
    Beheizung von Sonderbereichen mit Explosionsschutzanforderungen (leicht entzündliche Chemikalien, Stäube, Dämpfe, Lacknebel usw.) durch ex-geschützte Lufterhitzer
  • Beheizung von Sporthallen
    - Betrieb einer Luftheizung als reguläres Heizsystem und zur Lufterneuerung (mit/ohne Heizbetrieb)
  • Spitzenlastheizung zur Ergänzung von Niedertemperaturwärme
    - Grundtemperierung durch NT-Fußbodenheizung oder thermische Bauteilaktivierung (Wärmepumpe, hydraulisch eingebundene Prozessabwärme usw.)
    - Betrieb einer Luftheizung als schnelle Aufheizreserve im Umluftbetrieb und ggf. zur Lufterneuerung mit Außenluftanteil
  • gleichmäßige Beheizung hoher Räume aus technologischen Gründen und Vermeidung lokal/höhenabhängig variabler Strahlungswärmeeinträge (Hoch- temperaturstrahlungsheizungen)
    - Kombination einer Luftheizung mit einer leistungsfähigen kanalgebundenen Warmluftrückführung, Betrieb mit hoher Luftumwälzung; ggf. zusätzliche bedarfsgeführt gesteuerte Abluftöffnungen im Dachbereich zur Vermeidung von Abwärmestaus (z. B. thermische Lasten durch Produktionsmaschinen).


Warmluftheizung mit Erdgas

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Detaillierte Informationen, insbesonder zur Technik und zu den Anwendungsbereichen, entnehmen Sie bitte unserem Handbuch "Erdgasbetriebene Warmlufterzeuger".

Beheizung Gewerbehallen

Beheizung Gewerbehallen |  ( Datei / 0.00 B)

Der Flyer "Warmluftheizung mit Erdgas" gibt einen Überblick über energiesparende Warmlufterzeuger für Gewerbehallen und Wärmerückgewinnung in Lüftungsanlagen.

Nutzung der Abgaswärme

Nutzung der Abgaswärme |  ( Datei / 0.00 B)

Mit einem maßgeschneiderten Gesamtkomzept, bestehend aus Dunkelstrahlern, Abgaswärmeübertragern und Warmlufterzeugern lässt sich viel Energie sparen und die Wärme optimal verteilen.