8 Luftbilanzierung

Eine Bilanzierung der Luftströme ist zu erstellen.
Die Bilanz besteht aus der Summe der Luftströme, die dem Raum zugeführt werden (Zuluft von außen) abzüglich der Summe der Luftströme, die aus dem Raum abgeführt werden (Abluft nach außen).

Wenn die Summe der Zuluftströme von der Summe der Abluftströme abweicht, ergibt sich im Raum ein Über- oder Unterdruck. In der Regel ist das Ziel eine druckneutrale Auslegung der Anlage. Eine ausgeglichene Bilanz der Luftströme ist gegeben, wenn der Zuluftstrom nicht mehr als 5 % vom Abluftstrom abweicht.

Bei bestimmten Fertigungsverfahren kann es durchaus sinnvoll sein, den Raum im Über- oder Unterdruck zu betreiben:

• Überdruck ist sinnvoll, um den Eintritt von Luftverunreinigungen aus Nachbarbereichen zu vermeiden.
• Unterdruck ist erforderlich, um den Austritt von Luftverunreinigungen in Nachbarbereiche zu vermeiden (z. B. Strahlanlagen, Schleifkabinen).

Jeder Arbeitsbereich ist einem Bilanzraum zuzuordnen. Es können mehrere Arbeitsbereiche in einem Bilanzraum vorliegen.

Für jeden Bilanzraum ist eine Luftbilanzierung vorzunehmen, in der sowohl die Zu- und Abluftströme sowie die Fort- und Außenluftströme als auch die Umluft- und/oder Luftrückführungsströme aufzuführen sind.

Häufig ist der Bilanzraum die Werkhalle und die Bilanzgrenze wird durch die Gebäudehülle vorgegeben. In der Praxis können auch nebeneinanderliegende oder ineinander verschachtelte Bilanzräume auftreten.

Bei nicht bautechnisch voneinander abgegrenzten Bilanzräumen ist ein Gesamtbilanzraum (z. B. Halle) anzunehmen. In diesen Fällen ist zu überprüfen, ob stark unterschiedliche Luftaustauschvorgänge in den einzelnen Bilanzräumen vorliegen. Kann dies auf Grund der Geometrie der Bilanzräume und weiterer Randbedingungen angenommen werden, sind umfangreiche messtechnische Ermittlungen notwendig, um diese Bereiche differenziert zu betrachten.

Folgende prinzipielle Möglichkeiten der Luftzufuhr und -abfuhr bestehen:

• nur freie Lüftung
• Fortluft der Prozesslüftung – freie Lüftung
• Luftrückführung der Prozesslüftung – freie Raumlüftung
• Fortluft der Prozesslüftung – mechanische Raumlüftung ohne Umluft
• Luftrückführung der Prozesslüftung – mechanische Raumlüftung ohne Umluft
• Reinluft der Prozesslüftung in die Abluft der Raumlüftung – mechanische Raumlüftung ohne Umluft
• Reinluft der Prozesslüftung in die Abluft der Raumlüftung – mechanische Raumlüftung mit Umluft
• Fortluft der Prozesslüftung – mechanische Raumlüftung mit Umluft
• Luftrückführung der Prozesslüftung – mechanische Raumlüftung mit Umluft

Der erforderliche Außenluftvolumenstrom, der in den Arbeitsbereich eingebracht werden muss, ergibt sich aus drei Faktoren:

• Ausgleich der Luftbilanz (Ersatz von Fortluftströmen vorhandener Absauganlagen),
• ausreichende, gesundheitlich zuträgliche Atemluft für die Beschäftigten (siehe auch ArbStättV, ASR A3.6) und
• Verdünnung freigesetzter gasförmiger Gefahrstoffe unter die maximal zulässige Konzentration.

Für Berechnungen der Luftbilanz bei freier Lüftung können folgende Luftwechselzahlen für überschlägige Berechnungen verwendet werden:

8.1 Fortluft/Wärmerückgewinnung

Zusätzliche Heizkosten entstehen, wenn bei einer Lüftungs- oder Absauganlage die Abluft nach außen geführt und damit auch die Wärmemenge aus dem Raum entfernt wird, die durch Beheizung der Zuluft wieder ausgeglichen werden muss. Mit einer Wärmerückgewinnung können diese zusätzlichen Heizkosten gesenkt werden. Hier kommen zwei unterschiedliche Prinzipien zum Einsatz:

• die Rückgewinnung der Wärme aus der Fortluft mit Hilfe von Anlagen zur Wärmerückgewinnung oder
• die Reduzierung der Abluftmenge durch Luftrückführung oder Umluft.

Bei der Wärmerückgewinnung wird die Wärme aus der Abluft oder Erfassungsluft an die Zu- oder Außenluft übertragen und so in den Raum zurückgeführt.

Wird eine Anlage zur Wärmerückgewinnung eingesetzt, muss eine Verschleppung von Gefahrstoffen von der Ab- oder Erfassungsluft an die Zuluft verhindert werden. Die Verschleppung von Feuchte und Geruchsstoffen ist ebenfalls zu vermeiden. Eine aus technischen Gründen nicht auszuschließende Verschleppung in einer eingesetzten Anlage sollte minimiert werden.

In Tabelle 8 werden die Wirkprinzipien verschiedener Arten von Anlagen zur Wärmerückgewinnung dargestellt und Hinweise zur Verschleppung von Stoffen aus der Ab- oder Erfassungsluft gegeben.

Wesentliche Kriterien für die Auswahl einer Anlage zur Wärmerückgewinnung sind die Effizienz der Wärmerückgewinnung (Rückwärmzahl), die Jahresarbeitszahl und die Höhe der Investitions- und Betriebskosten (Wirtschaftlichkeitsrechnung). In Wirtschaftlichkeitsberechnungen sollte auch berücksichtig werden, dass die Anlagen vor Verschmutzung durch die Abluft oder Erfassungsluft zu schützen sowie regelmäßig zu reinigen sind.

Weitere wichtige Entscheidungsmerkmale bei Auswahl und Auslegung einer Anlage zur Wärmerückgewinnung sind:

• konstruktive und anlagentechnische Randbedingungen, z. B. Platzbedarf,
• Beständigkeit der verwendeten Materialien gegenüber den luftgetragenen Stoffen,
• Temperatur der Abluft,
• Eigenschaften der Gefahrstoffe,
• Anforderungen aus anderen gesetzlichen Bestimmungen (z. B. Immissionsschutz),
• Kondensatbildung auf der Fortluftseite.

Tabelle 8 Arten von Anlagen zur Wärmerückgewinnung

Bezeichnung	Wirkungsweise und Hinweis zur Stoffverschleppung	Aufbau, Beispiele
Regeneratoren	Die Übertragung der Wärme erfolgt mit einem sich drehenden Wärmespeicher (Rotor), der in getrennten Halbräumen von Abluft und Außenluft durchströmt wird. Durch Undichtigkeiten zwischen Rotor und Gehäuse sowie eventuelle Anhaftungen von Stoffen im Rotorkörper treten Verschleppungen auf. Sie lassen sich mit konstruktiven Maßnahmen reduzieren.	Rotationswärmetauscher
Rekuperatoren	Abluft und Außenluft werden entlang gemeinsamer Trennflächen geführt; die Wärme der Abluft wird über Wärmeleitung durch die Trennwand an die einströmende Außenluft übertragen. Treten auf Grund von Korrosion/Abrasion oder Fertigungsmängeln Undichtigkeiten an den Trennwänden für die Wärmeübertragung auf, kommt es zu einer Stoffverschleppung.	Plattenwärmetauscher
Verbundsysteme	Die Wärme wird mit Hilfe eines Mediums für die Wärmeübertragung, das zwischen zwei Wärmeüberträgern zirkuliert, von der Abluft an die einströmende Außenluft übertragen. Durch die nötige zweifache Wärmeübertragung ist der Wirkungsgrad systembedingt geringer als bei Rekuperatoren. Aufgrund der räumlichen Trennung und Wärmeübertragung mit Medien in Rohrleitungen ist ein Stoffübertrag praktisch ausgeschlossen.	Kreislauf-Verbundwärmetauscher
Wärmepumpen	Beim Wärmepumpen-Verfahren wird ein Kältemittel im Kreislauf geführt, das unter Energiezufuhr Wärme überträgt. Dabei wird aus der Abluft bei niedriger Temperatur Wärme entzogen und der Außenluft mit höherer Temperatur übertragen. Aufgrund der räumlichen Trennung und der Wärmeübertragung mit Medien in Rohrleitungen ist ein Stoffübertrag praktisch ausgeschlossen.	Kompressorwärmepumpe