FAQ - Fragen und Antworten zur dezentralen Hallenbeheizung

Die wichtigesten Fragen zum Themenkomplex "Hallenheizung" werden im Folgenden ausführlich behandelt. Sollten Fragen offen geblieben sein wenden Sie sich gerne an Herrn Born.


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Fachbereich Gas - Referent
Dipl.-Ing. Werner Born

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Wärme und Behaglichkeit in Großräumen

Der Zweck der Heizungstechnik in Gebäuden ist in der Regel die Erzielung thermischer Behaglichkeit für die sich dort aufhaltenden Menschen. Für eine gute Leistungsfähigkeit und ein angenehmes Wohlbefinden benötigt der Mensch ein Gleichgewicht zwischen aufgenommener, produzierter und abgegebener Wärme.

 

Physikalisch relevante äußere Faktoren zur Bestimmung der thermischen Behaglichkeit sind neben der Lufttemperatur die Luftbewegung, die relative Luftfeuchte sowie die mittlere Strahlungstemperatur der Umgebung.

 

Daneben wird das Temperaturempfinden durch den Grad der körperlichen Aktivität und die Bekleidung des Menschen beeinflusst. In Gebäuden, die der menschlichen Arbeit dienen, liegt die erforderliche Raumtemperatur typischerweise niedriger als in Wohngebäuden.

Die Temperatur der Luft kann mit einem üblichen Thermometer gemessen werden. Das thermische Behaglichkeitsempfinden wird jedoch neben der Lufttemperatur ungefähr in gleicher Gewichtung durch die Strahlungstemperatur der Raumumschließungsflächen bestimmt, mit denen sich der Mensch in Strahlungsaustausch befindet (die weiteren Einflussparameter - Luftfeuchtigkeit und Luftgeschwindigkeit - sind in den meisten Gebäuden ohne große Relevanz und werden deshalb hier nicht näher betrachtet).

 

Jeder Mensch kennt die Wirkung des Strahlungsaustauschs mit der Umgebung z.B. positiv durch die Sonneneinstrahlung bei niedriger Lufttemperatur (im Winter bei wolkenlosem Himmel), aber auch negativ durch den Aufenthalt in einem beheizten Raum in Nähe einer schlecht gedämmten Wand oder in Nähe einer großen Fensterfläche im Winter.

 

Die für das Temperaturempfinden ausschlaggebende Raumtemperatur misst man üblicherweise mit einer Globekugel.

In Hallengebäuden ist wegen des großen Volumens ein effektiver Wärmetransport nur durch erzwungene LuftKonvektion oder Infrarotstrahlung möglich. Die in Wohngebäuden übliche Heizkörperheizung (natürliche Konvektion) wäre in Hallen nahezu wirkungslos und würde durch die thermische Trägheit wesentlich mehr Ressourcen benötigen.

 

Bei der Konvektionsheizung wird die Hallenluft (und / oder Außenluft) durch geeignete Ventilatoren angesaugt, über ein Brennkammer-Wärmetauschersystem erwärmt und mit einer Zuluft-Verteilung dem Raum gleichmäßig zugeführt. Die bereits im Raum evtl. vorhandene aufsteigende Abwärme von Betriebsprozessen, Maschinen, Personen, Beleuchtung sowie Sonneneinstrahlung kann in den Heizprozess aufgenommen und durch Re-Zirkulation in den Arbeitsbereich zurückgeführt werden. Durch die flächige und gleichmäßige Verteilung der Wärme im gesamten Raum werden Kaltzonen vermieden. Das Behaglichkeitsgefühl der im Raum befindlichen Personen wird positiv beeinflusst.

 

Bei der Wärmestrahlung findet die übertragung der Wärme von einem Körper zu einem anderen ohne Wärmeträger statt. Während bei Konvektion und Wärmeleitung also die Wärmeenergie in Form von Molekularbewegungen vom Ort höherer Temperatur zu dem niederer fließt, erfolgt bei der Wärmestrahlung der Energietransport in Form elektromagnetischer Wellen (Infrarot-Strahlung), d.h. ohne Wärmeträgermedium. Die von einer Fläche ausgestrahlte Wärmeenergie ist stark überproportional der Temperaturdifferenz, d.h. z.B. bei einer Erhöhung der Temperatur der Wärmequelle auf das Doppelte erhöht sich die abgegebene Strahlungswärme auf etwa das 16-fache. Wärmestrahlung durchdringt Luft nahezu verlustfrei und temperiert beim Auftreffen die Wände, Maschinen, Lagergut, Fußboden, welche daraufhin diese Wärme wieder an die Umgebung abgeben. Natürlich erfährt auch der Mensch, der sich im Strahlungsaustausch mit der Wärmequelle befindet eine direkte Erwärmung. Die aufgenommene Strahlungswärme wird in der Regel als sehr angenehm empfunden. Beispiele: Strahlungswärme des Feuers im Freien, Wärme der Sonnenstrahlung auf der Erde oder direkt auf der Haut, Strahlungsheizung.

 

Beide Wärmeübertragungsmechanismen - Zwangskonvektion wie Infrarotstrahlung - wirken in Großräumen unmittelbar. Die dadurch resultierenden geringeren Nutzungszeiten (Brennerlaufzeiten) tragen erheblich dazu bei, die (Energie-) Ressourcen zu schonen. 


Hallengebäude

Hallen können zunächst definiert werden als überwiegend gewerblich genutzte Gebäude oder Teile solcher Gebäude, bestehend aus Großräumen mit Raumhöhen von etwa 4m und höher. Darunter zählen Fertigungs- und Montagehallen, Werkstätten, Ausstellungs- und Verkaufsräume, Lager- und Logistikhallen, Sporthallen, Kirchen etc.

Verglichen mit Wohngebäuden ist das Verhältnis der wärmeübertragenden Hüllfläche zum Raumvolumen bei Hallengebäuden signifikant kleiner. Darüber hinaus sind bei Hallengebäuden durch das Fehlen von Zwischenwänden und Zwischendecken die Masse und Wärmekapazität des Baukörpers im Verhältnis zu Raumvolumen und Hüllfläche deutlich niedriger. Betrachtet man nur den Baukörper, so haben Hallengebäude eine geringe thermische Zeitkonstante: sie lassen sich schnell aufheizen, kühlen aber nach Abschaltung der Heizungsanlage auch schnell wieder aus.

 

Das reale Zeitverhalten von Hallengebäuden wird jedoch ganz wesentlich durch den Nutzinhalt des Gebäudes bestimmt (Erhöhung der wirksamen Wärmespeicherfähigkeit z.B. durch Maschinen, Einrichtungen, Lagergut). Die Nutzung von Hallengebäuden wird durch die darin verrichteten Arbeitszeiten bzw. die Aufenthaltszeiten von Personen bestimmt. In der Regel (z.B. in einem einschichtigen Fertigungsbetrieb oder in einer Turnhalle) überwiegt die Nichtnutzungszeit deutlich die Nutzungszeit des Gebäudes.  

Es kommt bei der Planung und Errichtung einer Hallenheizungsanlage nicht nur darauf an, eine bestimmte Wärmeleistung zu installieren, sondern diese auch im Aufenthaltsbereich der Menschen und zum richtigen Zeitpunkt wirksam werden zu lassen. Dabei sind die folgenden Parameter des Gebäudes und der Nutzung zu berücksichtigen:

 

a. Welchen Einfluss hat die Hallenhöhe auf die Raumtemperatur?

Mit zunehmender Hallenhöhe ist der Wahl des richtigen Beheizungssytems eine noch größere Bedeutung beizumessen. Aufsteigende Wärme, bedingt durch den thermischen Auftrieb, kann heutzutage durch geeignete Strahlungs- und Warmluftsysteme vermieden werden. So wird kein unerwünschtes Wärmepolster im Deckenbereich entstehen.

 

b. Welche Rolle spielt der Luftwechsel in Hallengebäuden?

Lange offenstehende Tore (z.B. bei Verladeprozessen) oder produktionsbedingte Luftwechsel zur Abfuhr von Schweißgasen oder anderen Dämpfen können zu hohen Lüftungswärmeverlusten in Hallen führen, die mit steigender Lufttemperatur steigen und die Transmissionsverluste des Gebäudes deutlich übersteigen können. Das Heizungssystem muss schnell auf Wärmesenken wie aber auch auf das Auftreten innerer Wärmequellen reagieren und einen Ausgleich schaffen.

 

c. Welche Bedeutung hat die räumliche Auslastung des Hallengebäudes?

Zeitweise werden in Hallengebäuden nur Teilbereiche (z.B. Teilflächen oder einzelne Arbeitsplätze) genutzt oder es sind für verschiedene Nutzungen mehrere unterschiedliche Temperaturzonen erforderlich. Mit zentralen Heizungssystemen sind solche räumlichen Teilnutzungen kaum wirtschaftlich zu beheizen.

 

d. Welche Rolle hat die zeitweise Nutzung (Beschäftigungsschwankungen /Schichtbetrieb)?

Wenn das Gebäude z.B. nur 40 von 168 Wochenstunden genutzt wird, spielen Aufheiz- und Abkühlvorgänge in der Jahresenergiebilanz eine ganz wesentliche Rolle. Dezentrale Heizsysteme mit ihrer sehr geringen thermischen Trägheit spielen hier ihren großen Vorteil gegenüber zentralen Heizsystemen in Hallen aus: sie bringen die Wärmeleistung punktgenau dann und dorthin, wo sie wirklich gebraucht wird. Wärmeträgersysteme wie Wasser oder Dampf entfallen bei der dezentralen Heizung, es entstehen keine Stillstands- und Verteilungsverluste.

Lange Aufheizzeiten sind ein gravierender Faktor der Energieverschwendung in Hallengebäuden, diese werden durch dezentrale Systeme auch weitestgehend vermieden. Dezentrale Heizsysteme bieten, im Gegensatz zu den zentralen Systemen, die Möglichkeit einer Komplettabschaltung der Anlage außerhalb der Nutzungszeit bei gleichzeitigem Temperaturabsenk- bzw. Frostschutzbetrieb. Eine permanente Bereitstellung von Fernwärme, Warmwasser oder Dampf mit dem daraus resultierenden Energieverbrauch ist nicht erforderlich.  


Regelwerke und Softwarefragen

In Deutschland ist die Bewertung und Einhaltung des zulässigen Energiebedarfs von Gebäuden - dokumentiert im Energieausweis - nach Energieeinsparverordnung (EnEV 2009) verpflichtend. Der Energiebedarf von Nichtwohngebäuden mit den Anlagensystemen Heizung, Trinkwarmwasser, Kühlung, Lüftung und Beleuchtung wird auf Basis der Normenreihe DIN V 18599 berechnet.

Neben der EnEV ist in Deutschland bei Neubauten seit Januar 2009 das Erneuerbare Energien Wärmegesetz (EEWärmeG) einzuhalten. Ferner ist für alle Feuerungsanlagen die novellierte BImSchV zu beachten. Schon in der Phase des Bauantrags von Nichtwohngebäuden - so auch von Hallen - ist der primär-energetische Nachweis nach EnEV zu führen - für den Planer eine komplexe Anforderung unter Einbeziehung aller anlagentechnischen Gewerke wie Beleuchtung, Trinkwarmwasser, Lüftung, Klimatisierung und Heizung. Die Nachweisführung ist nur mit komplexen Softwareprogrammen möglich.

Welche Anlagentechnik und speziell Heizungstechnik ist in Hallengebäuden zulässig und zukunftsfähig? Und wie sieht es mit der Wirtschaftlichkeit in Investition und Betrieb aus?

Einige kommerzielle Softwareprogramme zur Nachweisführung der EnEV 2009 hatten anfangs durch eine fehlerhafte Interpretation der EnEV-Anforderungen im Bereich Hallengebäude für Verwirrung gesorgt. Die Fachkommission der Bundesregierung hat im Hinblick auf die energetischen Anforderungen der EnEV an Hallengebäude Anfang 2010 Klarheit geschaffen:

 

Als Referenzsystem für Hallengebäude dient eine dezentrale Warmluftheizung. Als Unterscheidungsmerkmal der Gebäude dient allein die Hallenhöhe (> 4m).

 

Damit ist klar: dezentrale, gas- und ölbetriebene Hallenheizsysteme erfüllen und übererfüllen in den meisten Fällen in Verbindung mit gutem baulichen Wärmeschutz die Anforderungen der EnEV 2009. Dies wird im Energieausweis, der seit Mitte 2009 bei Neubauten von Nicht-wohngebäuden obligatorisch ist, dokumentiert. Zwischenzeitlich haben die Softwarehäuser korrigierte Programmversionen für ihre Anwender bereitgestellt.

 

Das figawa-hallenmodul bietet sich hier an als eine leicht zu bedienende Planungshilfe. 

Eine Alternative zur Berechnung und Erstellung des Energieausweises ausschließlich für Hallengebäude stellt das figawa-Hallenmodul dar. Es basiert auf einem Excel-Tool und stellt damit keine besonderen Anforderungen an Hardware oder Betriebssysteme. Die Menüführung ist einfach und weitgehend selbsterklärend.

 

Durch die Konzentration auf Hallengebäude und die darin auftretenden Besonderheiten erlaubt das Programm eine schnelle Berechnung mit korrekten und nachvollziehbaren Ergebnissen. Besonders vorteilhaft ist die Nutzung bei Optimierungsaufgaben von Gebäudehülle und Heizungstechnik in der Planungsphase.

 

Das Programm wurde durch das Institut für Technische Gebäudeausrüstung (ITG Dresden, Prof. Oschatz) intensiv auf seine Normkonformität, seine Rechengenauigkeit und seine Nutzerfreundlichkeit geprüft und ausgesprochen positiv bewertet. Das Berechnungsmodul wird von der figawa gegen eine geringe Schutzgebühr vertrieben. 

Das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz schreibt seit dem 01. Januar 2009 in Deutschland für Neubauten die Nutzung eines bestimmten Anteils erneuerbarer Energien (Solarstrahlung, Geothermie, Umweltwärme, Biomasse) für die Deckung des Wärmeenergiebedarfs (Heizung, Kühlung, Warmwasser) vor.

 

Direktbeheizte Warmluft- und Lüftungssysteme haben die Möglichkeit, erneuerbare Energien in Form von Biomasse (Pellets, Hackschnitzel), Solar- Luft-Kollektoren und Umweltwärme (Wärmepumpen- Warmluft-Kombinationsanlagen) zu nutzen, um dieses Gesetz zu erfüllen und ihren Beitrag zur CO²-Reduzierung aktiv zu leisten. Ferner besteht grundsätzlich die Möglichkeit, durch "Ersatzmaßnahmen" (§ 7 EEWärmeG) neben der Nutzung von Abwärmepotentialen "Maßnahmen zur zusätzlichen Einsparung von Energie" vorzunehmen.

 

In diesem Fall müssen eine verbesserte Wärmedämmung der Gebäudehülle und der Primärenergiebedarf des Gebäudes das EnEV-Anforderungsniveau um 15% unterschreiten. Effiziente dezentrale Hallenheizungen erfüllen, ja übererfüllen bei neuen Gebäuden in den meisten Fällen diese verschärften Bedingungen in Kombination mit gutem baulichen Wärmeschutz und energiesparender Beleuchtung. Der Nachweis der übererfüllung der EnEV um 15% im Sinne des EEWärmeG erfolgt automatisch in Form des neuen, erweiterten Energieausweises, der mit der EnEV zum 01. Oktober 2009 eingeführt wurde.

 

Moderne dezentrale Hallenheizsysteme wie Hellstrahler, Dunkelstrahler oder Warmlufterzeuger überzeugen ferner durch ihren schadstoffarmen Betrieb gemäß der novellierten BImSchV.  


Hallenheizsysteme

Zentrale Systeme (meist mit Pumpen-Warmwasser-Betrieb) benötigen i.d.R. einen separaten Heizraum, in dem Primärenergie (Gas, öl oder evtl. Fernwärme) in Wärme umgewandelt wird. Mittels Verteilungssystem (z.B. durch Rohrleitungen) wird die Wärmeenergie dann zum eigentlichen Nutzraum transportiert. Dezentrale Systeme sind dagegen dadurch charakterisiert, dass die Primärenergie (Gas, öl) vom Heizgerät direkt im Nutzraum in Wärme umgewandelt wird - ein separater Wärmetransport entfällt.

 

Zentrale Systeme ermöglichen prinzipiell den Einsatz verschiedener Wärmeerzeuger-Technologien und unterschiedlicher Brennstoffe (fossile und biogene) bei Verbrennungsaggregaten. Durch die räumliche Trennung von zentralem Wärmeerzeuger und dem Ort der Wärmeübergabe entstehen jedoch zwangsweise Wärmeverluste durch den Transport sowie ein erhöhter Bedarf von elektrischer Antriebsenergie. Hinzu kommt eine gewisse Trägheit des Heizsystems mit längeren Aufheiz- und Abkühlvorgängen. Auf typische schnelle Lastwechsel in Hallengebäuden z.B. durch Toröffnungen, Materialtransport, innere Wärmequellen etc. können zentrale Heizsysteme nur ungenügend reagieren. Flächenhafte Anordnungen der Wärmeübertragung können ferner zu einer Einschränkung der Hallennutzung führen. Bei einer Fußbodenheizung lassen sich z.B. Verankerungen für Maschinen und Regalsysteme nur begrenzt einbringen, eine spätere Umnutzung der Halle oder hohe Punktlasten durch Transportfahrzeuge können problematisch werden.

 

Zentrale und dezentrale Heizsysteme unterscheiden sich zudem fundamental in ihrer Masse und Wärmekapazität und damit in ihrer Speicherwirkung. Verglichen mit einem Wärmeübergabesystem mit Deckenstrahlplatten oder gar einer Fußbodenheizung ist die beteiligte Masse der dezentralen Systeme minimal. Diese Systeme können praktisch als trägheitslos angesehen werden: die geforderte Wärmeleistung steht wenige Sekunden nach Signaleintritt zur Verfügung. Dezentrale Systeme können sich damit dynamischen Wechseln des Heizbetriebes wesentlich besser anpassen. Dezentrale Systeme mit ihren vielfältigen Adaptionsmöglichkeiten erlauben eine individuelle Anpassung des Heizsystems an die spezifischen Raum- und Nutzungsbedingungen sowie die heiztechnischen Anforderungen und reduzieren so deutlich den Energieverbrauch. Bei Nutzungsänderungen des Hallengebäudes räumlicher oder zeitlicher Art bieten dezentrale Systeme größte Flexibilität. Dezentrale Heizsysteme werden im Wesentlichen mit Gas oder öl betrieben und lassen sich in 4 Produktkategorien einteilen. 

Warmluft-Heizsysteme stellen aufgrund ihrer universellen Einsetzbarkeit den größten Anteil der Wärmeversorgungsanlagen in Hallengebäuden dar. Grundmerkmal der Wärmeübergabe im Nutzraum ist, dass die Wärmeenergie in Form eines Warmluftstroms mittels Axial- oder Radialgebläse eingebracht und gleichmäßig verteilt wird. Der Nutzraum wird durch den Warmluftstrom durchspült.

 

Direkt beheizte Warmlufterzeuger (WLE) (Wärmeerzeuger und Wärmeübergabesystem dezentral im Nutzraum) werden betrieben mit atmosphärischen Gasbrennern oder Gebläsebrennern im Wesentlichen auf Basis von Gas oder öl. Mittlere und große Hallengebäude können durch den Einsatz von Anlagen mit entsprechender größerer Leistung (> 600 kW) mit einem einzigen Gerät und Luftverteilsystem flächendeckend sinnvoll beheizt werden. Auch ist die Einbringung von temperierter und gefilterter Frischluft/Mischluft problemlos möglich.

 

Moderne Brennwert-Warmlufterzeuger mit modulierenden Brennern nutzen zusätzlich die Kondensationswärme des Brennerabgases und erreichen dabei feuerungstechnische Wirkungsgrade von bis zu 105%*. Zur Nutzung des Wärmepolsters unter der Hallendecke können zusätzliche Deckenventilatoren eingesetzt werden, die Regelung erfolgt über eine geeignete Temperaturdifferenz. Bei direkt beheizten Warmluft- und Lüftungssystemen kann durch Zuführung temperierter und gefilterter Frischluft (konditionierte Luftergänzung) der Lufthaushalt im Ausgleich gehalten werden.

* bezogen auf Hi 

Dunkelstrahler - herkömmlich auch "Strahlrohre" genannt- beheizen den Aufenthaltsraum vornehmlich durch Infrarotstrahlung. Spezielle Brenner mit Gebläse - in der Regel mit Gas-, in wenigen Fällen auch mit öl betrieben - erzeugen innerhalb eines Stahlrohres (typische Rohrdurchmesser sind 80 bis 100 mm, bei anderen Bauarten auch bis zu 400 mm) eine lang gestreckte Flamme bzw. einen Abgasstrom, der die Rohroberfläche auf Temperaturen von 200 bis ca. 600° C erhitzt.

 

Die heiße Rohroberfläche emittiert Infrarot-Wärmestrahlung. Durch Reflektorkonstruktionen - teilweise mit Wärmedämmung - oberhalb und seitlich der Strahlrohre, wird die Wärmestrahlung gerichtet zum Aufenthaltsbereich gelenkt. Die Verbrennungsgase werden mittels eines Abgassystems nach außen abgeführt. Dunkelstrahler sind dezentrale Wärmeerzeuger und Wärmeübergabesysteme in einer Baueinheit. Das Einsatzfeld von Dunkelstrahlern beginnt daher erst mit Installationshöhen von ca. 3 m, bei hohen Geräteleistungen sind Höhen von mind. 8 m erforderlich. 

Hellstrahler - auch Infrarotstrahler genannt - emittieren Wärmestrahlung im für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängenbereich - daher die Namensgebung. Klassische Hellstrahler arbeiten mit Brenngasen, die in einem speziellen Injektorbrenner vollständig mit der erforderlichen Verbrennungsluft vorgemischt werden, sog. premix-System. Das homogenisierte Gas/Luft-Gemisch tritt durch eine perforierte Keramikfläche, in deren Oberfläche der Verbrennungsprozess stattfindet. Die keramische Brennfläche kommt im Betrieb bei Oberflächentemperaturen von 850° bis 950° C zum Glühen und ist damit gleichzeitig Strahlfläche.

 

Die keramische Strahlfläche ist von teilweise aufwändigen Reflektorkonstruktionen umgeben, die die Infrarotstrahlung richten und zum Aufstellungsraum lenken. Moderne Hellstrahler-Bauformen, sog. Kombistrahler, nutzen die von Abgas überströmten Reflektorflächen als zusätzliche Dunkel-Strahlflächen. Hellstrahler werden unter der Decke, im Bereich der Dachkonstruktion oder an den oberen Seitenwänden installiert. ähnlich wie bei Dunkelstrahlern müssen bei Hellstrahlern Mindestaufhängehöhen von mindestens ca. 3,5 m bis hin zu 9 m zur Vermeidung von lokal zu hohen Strahlungsintensitäten gegeben sein.

 

In mittleren und großen Hallengebäuden sind bei hoher Heizlast zur flächendeckenden Beheizung des Gebäudes stets mehrere Einzelgeräte zu installieren. 

Von verschiedenen Herstellern werden auch sog. Hybridsysteme angeboten, die den Abgasen die noch enthaltenen Restmengen an Energie mittels Wärmetauscher entziehen und diese einer Nutzung in anderen Heizsystemen zuführen: z.B. zur Beheizung von angrenzenden Büroräumen oder zur Brauchwassererwärmung. Sie erreichen feuerungstechnische Wirkungsgrade von bis zu 105%*.

* bezogen auf Hi

Mehrere Hersteller von direkt beheizten Warmluft- und Lüftungssysteme bieten Anlagen mit Nutzung von Biomasse (Pellets, Hackschnitzel), Solar-Luft-Kollektoren und Umweltwärme (Wärmepumpen-Warmluft-Kombinationsanlagen) an.

 

Analog stehen sie so wie auch Hellstrahler und Dunkelstrahler zur direkten wärmetechnischen Nutzung von Biogas zur Verfügung.


Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit

Dezentrale Hallenheizsysteme mit modernen Hellstrahlern, Dunkelstrahlern und direktbeheizten Warmluft- und Lüftungssystemen sind im Hinblick auf die thermische Behaglichkeit auch bei höchsten Ansprüchen und bezüglich der Einsparung von Energie als sehr günstig zu bewerten. Dies gilt vor allem bei typischen Nutzungsbedingungen wie z.B. einem Schicht-Betrieb, d.h. wenn die Halle nicht durchgehend oder nur temporär genutzt wird. Aber sie sind auch dort energetisch besonders sinnvoll, wo nur bestimmte Bereiche einer Halle beheizt werden müssen oder wo mit schnellen Lastwechseln aufgrund von Toröffnungen, Materialtransport oder inneren Wärmequellen zu rechnen ist.

 

Die Einsparpotenziale sind unterschiedlich und stark abhängig vom Ausgangszustand. Allein durch den Ersatz eines alten Heizsystems werden oft deutlich mehr als 30 Prozent Energie eingespart, in Verbindung mit einer baulichen Sanierung lassen sich deutlich höhere Raten und in Extremfällen sogar bis zu 90 Prozent einsparen. Eine große Bedeutung kommt dabei der Wahl des geeigneten Heizsystems in Bezug auf die Gebäudestruktur und Nutzungsart der Halle zu. Mit einem richtig gewählten dezentralen Hallenheizsystem lässt sich bei vergleichsweise geringem Investitionsaufwand und i.d.R. günstigen Amortisationszeiten oftmals viel Energie einsparen.

 

Zudem stehen im Bereich von Hallengebäuden die Investitionskosten noch stärker als bei anderen Gebäuden im Vordergrund. Das Heizsystem einer Halle soll bei möglichen betrieblichen oder technologischen Nutzungsänderungen flexibel zur Verfügung stehen und rationell und ressourcenschonend thermische Behaglichkeit für die Arbeitsprozesse zu beliebigen Nutzungszeiten bereitstellen. Das alles spricht zusätzlich für dezentrale Heizsysteme.


figawa-Forschungsprojekt

Der Forschungsbericht wurde mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesinstitutes für Bau-, Stadt- und Raumforschung gefördert (Aktenzeichen: SF - 10.08.18.7- 09.45 / II 3 - F20-09-047).

Die Verantwortung für den Inhalt des Berichtes liegt beim Autor.

Die figawa führte im Rahmen der "Initiative Zukunft Bau" mit Unterstützung des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Straßenwesen das Forschungsvorhaben mit dem Titel "Untersuchung von Hallengebäuden mit ihrer charakteristischen Gebäudestruktur und HLK- Anlagentechnik zur zielgerichteten Erschließung des gesamten Potenzials der Energieeinsparung und Emissionsminderung im Zuge der Fortschreibung der Normenreihe DIN V 18599 / EnEV 2012" durch. 

Mit den wissenschaftlichen Arbeiten waren beauftragt: das Institut für Technische Gebäudeausrüstung (ITG - Prof. Dr. Oschatz) für die Anlagentechnik und die Universität Kassel (Prof. Dr. Maas) für den Bereich Bauphysik. 

Es hatte sich herausgestellt, dass sowohl in der EnEV 2009 als auch im EEWärmeG Hallengebäude mit ihren Spezifika nur unzureichend berücksichtigt wurden. Der Gesetz- und Verordnungsgeber hatte zunächst vor allem Wohngebäude und im Nicht-Wohnbereich typische Gebäude wie Büros bei der Formulierung der energetischen Anforderungen vor Augen.

Auch in der Norm zur Berechnung des Energiebedarfs (DIN V 18599) war das Thema Hallengebäude bisher eher unterdurchschnittlich beleuchtet. Die Realität zeigte aber, dass in Hallen aufgrund der baulichen Besonderheiten wie beispielsweise Raumhöhen mit zum Teil mehr als 20 Metern sowie der speziellen Nutzung und Anlagentechnik ganz andere thermische Bedingungen herrschen als beispielsweise in einem Büro. Die Studie sollte Grundlagen für eine korrekte energetische Bewertung von Hallengebäuden und im Besonderen von Hallenheizsystemen schaffen. Mit der Untersuchung wurden zugleich die Energieeinsparpotenziale auf der gebäude- und anlagentechnischen Seite von Hallengebäuden in Deutschland ermittelt. 

Zunächst wurden sieben typische Hallengebäude definiert, die einen repräsentativen Querschnitt der Nutzungsmöglichkeiten wiedergeben sollen: eine Werkstatt, zwei Fertigungsbetriebe mit unterschiedlichem Fensterflächenanteil, eine Logistikhalle, eine Turnhalle, ein Baumarkt mit Gartenbereich und ein großer Lebensmittelmarkt. Auf Basis der charakteristischen Bauteil- und Gebäudekennwerte dieser Nutzungstypen wurden die Energiebedarfswerte nach bisheriger Normversion errechnet.

 

Auf Grundlage dieser Berechnungen wurden u. a. Variationen verschiedener Einflussparameter (wie Nutzungszeiten, Wärmedurchgangskoeffizienten, Luftwechselraten, Wärmespeicherkapazitäten der Gebäudehülle wie der Einrichtung etc.) durchgeführt, um die Sensitivität der Berechnungsergebnisse für einen größeren Bereich zu studieren. Über eine Analyse realer Verbrauchsdaten waren bereits deutliche Abweichungen zwischen Energiebedarf und -verbrauch festgestellt worden. Als wesentliche Ursachen für die Differenzen zeigten sich u.a. gebäude- und nutzungsbedingte Luftwechsel sowie die Berechnung der Bilanzinnentemperatur.

 

Als nächster Schritt wurden für ausgewählte Hallen Simulationen zu den Verhältnissen bei unterschiedlichen Heizungssystemen durchgeführt. Weiterhin existierte bereits eine Reihe von Vorschlägen zur Verbesserung der normativen Berechnung des Energiebedarfs von Hallengebäuden. Ebenso sollten Änderungen bei den Nutzungsprofilen und bei der Bewertung von Heizungssystemen erreicht werden.

Die Ergebnisse und Erkenntnisse floßen in die Überarbeitung der Norm DIN V 18599 und damit in die EnEV 2012 ein.

Außerdem sollte dem Verordnungsgeber aufgezeigt werden, an welchen Stellen Potenzial für eine weitere Verschärfung der Anforderungen besteht, bzw. wo das Ende des technisch und wirtschaftlich Sinnvollen (z.B. bei der Nutzung erneuerbarer Energien) bereits ersichtlich ist.


Die Entscheidung über die Auswahl eines Hallenheizsystems fällt in der Regel in einer sehr frühen Phase der Realisierung eines Bauprojekts - für den Energieausweis bereits bei der Abgabe des Bauantrags!

 Architekten, Bauingenieure, TGA-Planer und Bauherren sollten deshalb schon in den ersten Planungsphasen die Wechselwirkung von baulicher Beschaffenheit, beabsichtigter Nutzung, Investitions- und Betriebskosten sowie einer langfristigen Nutzungsperspektive des Hallengebäudes analysieren.


  1. Große Raumhöhen
    Deckenhöhen von 4 -30 Metern

  2. Wärmespeicherkapazität von Gebäudehülle und Einrichtung
    Je nach Eigenschaft der Gebäudehülle sowie der Masse und Beschaffenheit der Einrichtung (Maschinen, Werkstoffe, Lagergut) variiert der Bedarf an zu erzeugender Wärme.

  3. Verschiedene Temperaturzonen / Teilbeheizung
    (wechselnde) zu beheizende Arbeitsbereiche oder Nutzungstypen (Baumarkt, Blumencenter, Logistikzentrum Kommissionierung, Lager, etc.).

  4. Hohe Luftwechselraten
    häufige oder längere Toröffnungszeiten ( z.B. Kommissionierungsbereich in Lager- und Logistikzentren oder Belüftung bei Produktionsprozessen (Produktions- oder Montagehalle, etc)

  5. Einschichtbetrieb / zeitweise Nutzung
    Wird das Hallengebäude nicht durchgehend 24 h /365 Tage in Wechselschicht genutzt, muss das Heizsystem schnell und flexibel auf die Bedarfszeiten reagieren.

  6. Niedrige Investitionskosten
    Hier zeichnen sich dezentrale Hallenheizsysteme besonders gegenüber zentralen Systemen aus.

  7. Niedriger Primärenergieverbrauch, reduzierter CO2-Ausstoss
    Dezentrale Hallenheizsysteme erzeugen nur dort und dann Wärme, wenn sie gebraucht wird. Durch ihre effiziente Wärmeübergabe werden beste Werte erreicht.

  8. Niedrige Betriebskosten
    Auch bei den Betriebskosten schneiden dezentrale Hallenheizsysteme gegenüber zentralen Systemen durch räumlich und zeitlich punktgenauen Betrieb sehr gut ab.

  9. Schnelle Amortisation
    der Anlagentechnik aufgrund niedriger Investitions- und Betriebskosten

  10. Langfristige Nutzungsflexibilität
    Veränderungen und Umnutzungen des Hallengebäudes werden durch flexible dezentrale Heizsysteme erleichtert. Keine Einschränkungen von Belastungen des Fußbodens, schnelle Anpassungen an neue Erfordernisse wie Änderung der Installation oder Nutzung erneuerbarer Energien.

  • In der Eisen- u. Stahlindustrie wie z. B. Maschinenbau
  • In allen Bereichen der Fertigung und Produktion (Herstellung und Verarbeitung von Werkstoffen aller Art), Apparatebau
  • In der Automobil- und Zulieferindustrie (Fertigung, Montage, Reparatur, Waschhallen)
  • In Werften (Schiffsbau und Reparatur)
  • In Gewerbehallen (Werkstätten, Servicebetriebe, Verkaufsräume, Supermärkten, Shopping-Center)
  • In Verkehrsbetrieben (Fertigung, Montage und Reparatur von Bussen und Schienenfahrzeugen), Feuerwehr, Fahrzeugdepots
  • In Flugzeughangars und Reparaturhallen
  • In Sport- und Freizeiteinrichtungen (Sport- und Eissporthallen, Tribünen, Indoor und Stadien)
  • In Versammlungsräumen aller Art (Kirchen, Museen, Ausbildungsstätten)
  • In der Hotellerie und Gastronomie
  • In der Landwirtschaft (Tieraufzucht, Ställe, Gartenbau, Gewächshäuser, Agrarindustrie)