Konzeption der natürlichen Belüftung im industriellen Kontext
In Anlagen mit starken Wärmequellen — Glashütten, Stahlwerke — nutzt die natürliche Belüftung die Wärmegewinne des Prozesses selbst, um eine ausreichende Antriebskraft zu erzeugen.
Konzipieren
- Dimensionierung der statischen Belüfter
- Konzeption von Belüftungsschächten
- Energetische Optimierung
Sanieren
- Abfuhr der Schadstoffe
- Abfuhr der Wassernebel
- Abfuhr der warmen Luftmassen
Verbessern
- Thermischer Komfort
- Luftqualität
- Filtersysteme
Prinzip der natürlichen Belüftung
Die Belüftung einer Fabrik, die Öfen mit extrem hohen Temperaturen beherbergt — notwendig für die Glasproduktion —, ist ein bedeutendes technisches Problem. Selbst die am besten isolierten Öfen geben große Mengen Wärme ab, was zu sehr hohen Wärmegewinnen in der Innenraumluft führt. Die natürliche Belüftung nutzt diese Gewinne als Antrieb der Luftzirkulation.
Risiko einer schlechten Belüftungssteuerung
Jedem Gebäude, insbesondere Glashütten, wird eine kritische Temperatur zugewiesen, deren Überschreitung die Struktur beschädigen kann — besonders das Dach, wo die Wärmegewinne am höchsten sind —, was Verformungen oder sogar Brände verursacht, falls sich mit der Zeit Fett abgelagert hat. Darüber hinaus muss der thermische Komfort der Bediener an den Arbeitsplätzen auf optimalen Schwellen gehalten werden, oder auf akzeptablen Werten für die Zonen vorübergehenden Eingreifens (über den Öfen zum Beispiel): Die Luft muss in die Atmosphäre abgegeben werden, um den kontinuierlichen Betrieb der Anlage zu gewährleisten.
Dimensionierung der statischen Belüfter
Die richtige Dimensionierung der statischen Belüfter ist wesentlich für die Effizienz der natürlichen Belüftung: Diese Vorrichtungen steuern die ein- und austretende Luft und gewährleisten eine optimale Zirkulation. Eine fehlerhafte Dimensionierung führt zu Überhitzung, übermäßiger Feuchtigkeit oder schlechter Luftqualität. Je nach Gebäudekonfiguration, Nutzung und lokalem Klima ist es entscheidend, in Größe und Positionierung geeignete Belüfter zu wählen — eine gute Dimensionierung maximiert zugleich die Energieeinsparungen.
Studien rund um die Systeme der natürlichen Belüftung
Charakterisierung der Luftvolumenströme
Die Berechnung per CFD modelliert präzise den Frischluftvolumenstrom, die Luftgeschwindigkeiten an den Toren und den statischen Belüftern (Typ Robertson) sowie den abgeführten Luftvolumenstrom. Besondere Aufmerksamkeit gilt den Luftgeschwindigkeiten an Toren und Belüftern: Eine schlechte Dimensionierung oder unangemessene Platzierung erzeugt thermischen Diskomfort oder eine schlechte Belüftung und erhöht das Risiko unkontrollierten Lufteintritts, der Zonen von Überhitzung oder Feuchtigkeit schafft.
Thermische Studie der Kalorienabfuhr
Die thermischen Studien quantifizieren die Auswirkung der Hochtemperaturprozesse (Öfen, Kessel, Motoren) auf die Luftzirkulation. Eine Analyse simuliert die Wärmeverteilung im Gebäude, identifiziert die Überhitzungszonen und optimiert die Dimensionierung der Belüfter und Öffnungen, um die Wärmeabfuhr zu maximieren und zugleich Luftqualität und Komfort zu gewährleisten.
Verfolgung und Abfuhr der Schadstoffe
Die Verfolgung und Abfuhr der Schadstoffe per CFD optimieren die natürliche Belüftung: Die Simulation modelliert das Verhalten der Feinstäube, VOC und toxischen Gase je nach Quellen und Umgebungsparametern, visualisiert ihre Bahn, identifiziert die Zonen hoher Konzentration und bestimmt die besten Strategien zur Abfuhr nach außen.
Einfluss der Wetterbedingungen
Die Außentemperatur, die Windgeschwindigkeit und die Feuchtigkeit wirken sich direkt auf die natürliche Belüftung aus: Warme Tage verstärken den thermischen Auftrieb und die Abfuhr der verbrauchten Luft; kühle oder windige Tage verbessern die Frischluftzufuhr, können aber unangenehme Zugluft erzeugen. Die Dimensionierung der Öffnungen und Kanäle berücksichtigt die lokalen klimatischen Schwankungen, wobei die CFD die Auswirkung der äußeren Bedingungen vorhersagt.
Automatisierte natürliche Belüftung
Die automatisierte natürliche Belüftung verbindet die natürlichen Prinzipien mit Sensoren (Temperatur, Feuchtigkeit, Luftqualität), die in Echtzeit die Öffnung der Belüfter und Fenster regeln. Sie passt sich den Wetterschwankungen an und vermeidet die Überdimensionierung, wodurch insbesondere übermäßige Luftgeschwindigkeiten auf Höhe der Bediener reduziert werden.
Verbesserung der Arbeitsbedingungen der Bediener
Optimierung des thermischen und aeraulischen Komforts
Durch Nutzung des thermischen Auftriebs und der Konvektionsbelüftung begünstigt die natürliche Belüftung die Zirkulation der warmen Luft nach außen und die Zufuhr frischer Luft, wodurch die Temperaturunterschiede ohne energieintensive Klimatisierung verringert werden — daher Energieeinsparungen. Eine präzise Dimensionierung der Öffnungen, Belüfter und Gitter gewährleistet einen an jede Zone angepassten Strom und verhindert Überhitzung wie übermäßige Kälte.
Verbesserung der Luftqualität
Die natürliche Belüftung gewährleistet eine konstante Lufterneuerung: Durch Nutzung des thermischen Auftriebs und der Konvektion verringert sie die Schadstoffkonzentration (Feinstäube, VOC, CO₂) und hält zugleich eine komfortable Temperatur. Eine angemessene Positionierung der Öffnungen führt die verbrauchte Luft ab und bringt frische Luft ein, ohne energieintensives System, wodurch übermäßige Feuchtigkeit und Schimmel verhindert werden.
Einhaltung der Normen und Vorschriften
Energetische Optimierung & Dekarbonisierung
Die energetische Optimierung und die Dekarbonisierung sind bedeutende Herausforderungen: Durch Nutzung des thermischen Auftriebs und der Konvektion gewährleistet die natürliche Belüftung eine effiziente Lufterneuerung ohne stark CO₂-emittierende mechanische Systeme. Eine präzise Dimensionierung der Belüfter und Öffnungen erhält den Komfort das ganze Jahr über und minimiert zugleich den CO₂-Fußabdruck des Gebäudes.
Einhaltung der Arbeitsplatzgrenzwerte (AGW)
Die Einhaltung der AGW ist wesentlich in Umgebungen, in denen Schadstoffe oder Gase vorhanden sind. Durch Gewährleistung einer optimalen Lufterneuerung hält die natürliche Belüftung die Schadstoffkonzentration unter den zulässigen Schwellen. Die AGW-Studien identifizieren auch die in den am stärksten belasteten Zonen notwendige PSA, was die natürliche Belüftung zu einem Trumpf für die Gesundheit der Anwesenden macht.
