Heizen und Kühlen großer Hallen

Bei herkömmlichen Split-Systemen werden oft Umluft-Innengeräte mit einem Direktverdampfer und einer jeweils zugeordneten Wärmepumpe als Außeneinheit verwendet. Bei verfügbaren Leistungen von 25 – 30 kW sind für eine durchschnittliche Halle mit 10.000 m² mindestens 10 bis 12 dieser Kombinationen erforderlich, bei erhöhten Anforderungen entsprechend mehr (s. Bild 1). Dies führt zu einem nicht unerheblichen Installations- und vor allem erhöhten Wartungsaufwand während des Betriebs. Aus Kostengründen werden die Innengeräte oft stirnseitig installiert, welche die Luft über Düsenauslässe einseitig in die Halle blasen, obwohl damit eine ausreichende Versorgung des hinteren Hallenbereichs nicht gewährleistet werden kann. Auch der aufwendige Einsatz von Textilschläuchen mit Düsen kann nicht sicherstellen, dass die Luft in der gesamten Halle gleichmäßig verteilt wird.

Die größte Herausforderung an alle Hallenlüftungs-Systeme ist es, die temperierte Luft von der Decke in den Aufenthaltsbereich zu transportieren und gleichmäßig in der gesamten Halle zu verteilen, ohne die „Logistikhöhe“ durch Installationen zu reduzieren. Da es sich bei allen Split-Lösungen um eine Impulsströmung handelt, ist die Eindringtiefe des Strahls von der Temperatur und der Geschwindigkeit der Luft abhängig. Insbesondere im Heizfall wird die Luft nach oben abgelenkt, ohne dass sie den Boden erreicht, was zu einer Temperaturschichtung führt – d. h. die warme Luft sammelt sich unter der Decke, der Aufenthaltsbereich wird nicht ausreichend erwärmt, die Wärmeverluste über das Dach sind deutlich erhöht. Ein Teillastbetrieb ist mit diesen Systemen nicht realisierbar.

Klimatisierung aus großer Höhe

Das neuartige Hallen-Klimasystem des australischen Herstellers Fusion Modulair besteht aus einem wetterfesten Luftbehandlungsteil mit einer integrierten Luft/Luft-Wärmepumpe sowie einem angebauten Luftverteilelement mit einem hochinduktiven, motorisch verstellbaren Drallauslass. Die dezentralen Geräte sind mit Heiz- bzw. Kühlleistungen bis 190 kW und Luftmengen bis 30.000 m³/h verfügbar und können mit einer Einheit eine Halle mit bis zu ca. 5.000 m² versorgen.

Das patentierte Luftverteilsystem ist direkt (ohne Kanalsystem) nahezu ohne Druckverlust am Gerät angebaut. Im Zuluftteil sorgt ein hochinduktiver, motorisch verstellbarer Drallauslass mit einem Durchmesser von 2 m für eine effektive Verteilung der Luft über das gesamte Volumen der Halle – sowohl im Heiz- als auch im Kühlbetrieb. Dabei wird die Luft analog zu einem Komfortauslass direkt am Austritt so stark mit der Raumluft vermischt, dass die Geschwindigkeits- und Temperaturdifferenzen nahezu vollständig abgebaut werden. Durch die optimierte Regelung werden Ausblascharakteristik sowie Luftmenge und -temperatur so gesteuert, dass sich eine stabile Strömung bis zum Boden einstellt, die sich dann mit niedrigem Impuls durch die gesamte Halle schiebt – wobei sie auch durch die freien Flächen in bestückten Lagerregalen strömt. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der Halle (auch über die gesamte Höhe) sichergestellt werden, z. B. für anspruchsvollen Pharmalogistik-Anwendungen. Der Auslass kann dabei direkt unter dem Dach montiert werden, sodass die Logistikhöhe nicht eingeschränkt wird und aus Höhen von bis zu 15 m ohne Unterstützung von HVLS-Ventilatoren gearbeitet werden kann.

Optimiert für Teillastbetrieb

Die Luft/Luft-Wärmepumpen heizen und kühlen mit den GWP-reduzierten Kältemitteln R32 bzw. R454b. Sie können optional auch bei niedrigen Außentemperaturen kleiner -10 °C noch 100 % der Heizleistung erreichen und somit kleiner dimensioniert und ohne elektrische Zusatzheizung betrieben werden. Ebenso können diese auch im Frischluftluftbetrieb arbeiten, z. B. für die Versorgung personenbesetzter Hallen oder für erweiterte HLK-Funktionen zur Energieeinsparung, wie z. B. freie Kühlung oder CO₂- bzw. Bedarfs-Lüftung.

Das modulare Mehrkreiskonzept und die speziell darauf zugeschnittene Regelung der Luftmengen- und Lufttemperatur sowie der Wärmepumpe sorgt für einen niedrigen Energieverbrauch, insbesondere im (zumeist überwiegenden) Teillastbetrieb. In Verbindung mit der optimierten Luftverteilung können Einsparung bei den Heizkosten gegenüber herkömmlichen Split-Systemen je nach Durchschnittstemperatur bei über 40 % erreicht werden.

Reduzierter Planungsaufwand

Die Geräte werden werkseitig vollständig verrohrt, verdrahtet und funktionsgeprüft. Sie verfügen über eine eigene Steuerungseinheit, auf welche die zugeordneten Sensoren über eine einfache Verkabelung aufgeschaltet und über die diese per Busverkabelung oder WLAN untereinander bzw. mit einem BMS verbunden werden können. Neben einer Hallenbedieneinheit besteht auch die Möglichkeit eines Remote Betriebs bzw. einer Fernüberwachung und Inbetriebnahme-Unterstützung. Jede Anlage kann zonenweise individuell gesteuert werden. Die Steuerlogik umfasst auch optionale Funktionalitäten wie Start-up Routinen, Spitzenlast-Optimierung und Echtzeit-Systemüberwachung zur Energieverbrauchsoptimierung und Fehlererkennung bzw. -diagnose.

Abgesehen vom Anschluss an die Elektroversorgung und der regelungstechnischen Verdrahtung beschränken sich die Schnittstellen zum Gebäude auf die statische Einbindung in die Konstruktion. Damit reduziert sich der Planungs- und Montageaufwand deutlich, die Vorbereitungsarbeiten können zum jeweils passenden Zeitpunkt während des Bauablaufs durchgeführt werden. Die Montage des Luftverteilmoduls und des Geräts auf dem vorbereiteten Dachrahmen kann innerhalb kürzester Zeit von Dach aus erfolgen. Nach dem Anschluss an die verlegte Verkabelung kann unmittelbar die komplette Inbetriebnahme mit Remote-Unterstützung vorgenommen werden.