Energieeffiziente Hallenbeheizung

Entwicklung einer Energie sparenden Deckenstrahlplatte mit Strahlungsregelung

Seit einigen Jahren entstehen verstärkt politische Vorgaben, die zu vernünftigem Umgang mit Energie und Ressourcen aufrufen. Maßnahmen, um diesen Vorgaben gerecht zu werden, werden selbstverständlich zuerst in jenen Bereichen ergriffen, die große Einsparpotenziale bieten. Hierzu zählt in Deutschland der Bereich Raumheizung, auf den ca. 35 Prozent des Gesamtenergiebedarfs entfallen. Der Anteil für die Beheizung von Industrie- und Produktionshallen hieran beträgt 50 Prozent und bietet somit Potenzial für weitere Reduktionen.

Prof. Dr.-Ing. Heinz Bach; Dipl.-Ing. Klaus Menge
Seit einigen Jahren entstehen verstärkt politische Vorgaben, die zu vernünftigem Umgang mit Energie und Ressourcen aufrufen. Maßnahmen, um diesen Vorgaben gerecht zu werden, werden selbstverständlich zuerst in jenen Bereichen ergriffen, die große Einsparpotenziale bieten. Hierzu zählt in Deutschland der Bereich Raumheizung, auf den ca. 35 Prozent des Gesamtenergiebedarfs entfallen. Der Anteil für die Beheizung von Industrie- und Produktionshallen hieran beträgt 50 Prozent und bietet somit Potenzial für weitere Reduktionen. Hier setzt das Forschungsvorhaben Enwedes der Universität Stuttgart zusammen mit FRENGER Systemen an.

Grundlegende physikalische und bauliche Rahmenbedingungen

In jeder Halle stellt sich ein vom Heizsystem abhängiger Temperaturgradient für den Anstieg der Lufttemperatur bei steigender Raumhöhe ein. Dies bedeutet, dass sich die wärmste Luft am höchsten Punkt des Gebäudes befindet. Dort wird sie nicht benötigt und verursacht zusätzlich hohe Wärmeverluste, die durch Oberlichte und Rauch-Wärme-Abzüge noch verstärkt werden. Die Verwendung von Deckenstrahlplatten stellt heute bereits die Energie sparendste Form der Beheizung dar, da gegenüber konvektiven Heizsystemen dieser Temperaturgradient schon reduziert ist.

Für die Entwicklung Energie sparender Heizsysteme im Bereich Deckenstrahlplatten muss zuerst die Art der Wärmeabgabe untersucht werden. An gegenüber der Umgebung wärmeren Flächen befindet sich ein Wärmeübergang, der sich aus Strahlung und Konvektion zusammensetzt, wobei das Verhältnis von der Flächenlage und der Oberflächenbeschaffenheit abhängt. Dies gilt auch für die Strahlbleche und Rohre von Deckenstrahlplatten, bei denen der Strahlungsanteil bei durchschnittlichen Breiten von ca. 1000 mm nur 69% beträgt. 10% der Energie werden über die rückseitige Isolation und 21% der Gesamtleistung über Konvektion an die Raumluft abgegeben. Da warme Luft aufgrund der Dichteunterschiede immer nach oben steigt und sich dadurch im Dachbereich erhöhte Wärmeverluste einstellen, sind Forderungen nach einer Deckenstrahlplatte berechtigt, bei der diese Konvektion bereits durch den Aufbau minimiert wird.

Ausgangspunkt der Entwicklung

Die Möglichkeit zur Konvektionsverringerung an Deckenstrahlplatten mit Strahlblechen bildet die Grundlage für das Konzept der gebogenen Ausführung einer Strahlplatte. Die Form eines U mit kurzem Schenkel dient konstruktiv als Grundidee. Warme, seitlich senkrecht nach oben gekantete Abschlussbleche sind als zusätzliche Entstehungsquellen für Konvektion bekannt. Hier muss eine thermische Trennung stattfinden. Um die Idee des Auffangens der Konvektion in einer Wanne konsequent fortzusetzen, ist ein dichter Abschluss an beiden Stirnseiten einer Deckenstrahlplatte unumgänglich.

CFD-unterstützte Entwicklung

Produkt-Neuentwicklungen im Bereich Deckenstrahlplatten wurden bisher durch Erstellung eines Prototyps mit anschließender Leistungsmessung auf dem Prüfstand vorangetrieben. Dies ist ein aufwändiges und kostspieliges Verfahren, da konstruktive Veränderungen am Prototyp für die Bewertung des daraus entstehenden Einflusses erneute Messungen auf dem Prüfstand mit sich bringen.

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