Tatsache ist: Stellt der Zugang zu einem Geschäft eine Barriere dar, kostet das kaufwillige Kundschaft. Tatsache ist aber auch: Für Mitarbeiter, die den ganzen Tag an zugigen Türen arbeiten müssen, entstehen hohe gesundheitliche Belastungen, die sogar arbeitsschutzrechtlich unzulässig sind. Außerdem steigen an kalten Tagen die Heizkosten drastisch, wenn Türen geöffnet bleiben, um Verkehrswege nicht zu behindern. Einen geeigneten Lösungsansatz bietet meistens der Einbau einer Luftschleieranlage an Durchgängen und Durchfahrten. Mit einer gezielten Warmluftströmung wird dabei eine unsichtbare Trennung zwischen Außen- und Innenklima eines Gebäudes erzeugt (s. Grafik auf S. 66). Damit der Luftschleier aber auch wirklich nur Personen und Güter passieren lässt, jedoch keine Luft, sind zwei wesentliche Planungspunkte entscheidend: die qualifizierte Auslegung der Luftschleieranlage und eine auf wechselnde Umgebungssituationen intelligent reagierende Regelung. Maßgeblichen Einfluss auf den Installationsaufwand, die Energiekosten und den Komfort hat dabei der Zeitpunkt, zu dem die Projektierung einer solchen Anlage in die Bauplanung einfließt. In jeder Hinsicht optimal ist es daher, schon von Beginn an mit jeder geplanten Tür und jedem Tor den möglichen Einbau einer Luftschleieranlage zu verifizieren.
Planungsschritt 1: Nutzenbetrachtung
Ob eine Luftschleieranlage an einer Tür generell sinnvoll ist, lässt sich anhand einiger weniger Kriterien sehr zuverlässig prüfen. Zum Beispiel: Wie häufig wird ein Eingang geöffnet? In Verbindung mit der Öffnungsgröße und der Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenluft im Jahresverlauf lässt sich so überschlägig der potenzielle Energieverlust ermitteln und auch in Kosten ausdrücken.
Mindestens gleichwertig ist der Aspekt zu berücksichtigen, wie der Innenraum unmittelbar hinter der Tür genutzt wird. In Supermärkten beispielsweise ist in Türnähe der Kassenbereich untergebracht. Trotz Windfang empfinden hier die zumeist still sitzenden Mitarbeiter/-innen die kalte, einströmende Luft als unangenehm. Und nicht selten sind Erkrankungen die Folge. Stehen dagegen im Eingangsbereich Verkaufswaren, wie häufig in Bekleidungsgeschäften, wird Kaltluft die Kunden schnell weitertreiben. Beides ist nicht im Interesse eines Geschäftsinhabers.
Aber auch an warmen Tagen ergeben sich Vorteile durch den Betrieb von Luftschleieranlagen: Die Klimatisierung eines Gebäudes oder einer Nutzungsfläche ist bei offenstehenden Türen nicht präzise und schon gar nicht effizient möglich. Weitere Einsatzgebiete von Luftschleieranlagen sind die Abschirmung gegen Insekten, Gerüche, Feuchtigkeit oder durch die Luft transportierte Schadstoffe.
Planungsschritt 2: Analyse der Einbausituation
Damit sich ein Luftschleier vollständig schützend vor eine Gebäudeöffnung legen kann, ist eine spezifische Auslegung der Anlage erforderlich. Hinweise dazu gibt das Regelwerk VDI 2082 in der Überarbeitung von 2010. Darüber hinaus ist es jedoch auf jeden Fall sinnvoll, die Unterstützung der Hersteller anzufordern, denn die baulichen Situationen vor Ort sind in aller Regel sehr individuell. Frico beispielsweise, eine Marke von Systemair, stellt Planern dazu umfangreiches Know-how zur Verfügung.
Bei der Auslegung in jedem Fall zu berücksichtigen sind aber zunächst die Türart (Flügeltür, Schnelllauftür, Automatiktür, Dreh- oder Karusselltür) sowie die Öffnungsfläche. Darauf abgestimmt kann die Einblasrichtung variabel gestaltet werden: horizontal von oben nach unten oder – wie es vorzugsweise bei Karusselltüren der Fall ist – seitlich, bei größeren Öffnungsbreiten auch beidseitig. Bei reinem Warenverkehr ist sogar die besonders effektive Luftrichtung von unten nach oben realisierbar.
Objektbezogen werden Luftschleieranlagen in unterschiedlichen Gehäusen verbaut. Unter Berücksichtigung der baulichen Gegebenheiten können Architekt und Bauherr auf Optik und Platzierung der Anlage Einfluss nehmen: versteckt“ in Zwischendecken, abgehängt vor der Decke oder seitlich aufgestellt. Ist der Luftschleier sichtbarer Teil einer Tür- oder Toranlage, stehen unterschiedliche Design-, Werkstoff- und Farbausführungen zur Verfügung, die ein architektonisch ansprechendes Erscheinungsbild gewährleisten.
Planungsschritt 3: Luftdruckverhältnisse ermitteln
Um die erforderliche Leistung einer Luftschleieranlage zu ermitteln, sind im nächsten Schritt die Luftverhältnisse im und außerhalb des Gebäudes zu analysieren. In der Regel bestehen an Türen keine ausgeglichenen Druckverhältnisse. Wechselnde Windlasten – speziell, wenn die Türen im Windfang keine ausreichende Distanz aufweisen – Leckagen im Gebäude und instabile Druckverhältnisse durch offene Verbindungen zwischen den Geschossen sowie weitere Türen verändern die notwendige Strömungsgeschwindigkeit und den Luftvolumenstrom eines Luftschleiers ständig. Ausgehend von der maximal benötigten Leistung kann die Luftschleieranlage aber situationsabhängig geregelt werden.
Um Komfort und Schutz vor eindringender Kaltluft an Eingängen mit besonders hohen Windlasten miteinander zu vereinbaren, werden dort Luftschleieranlagen mit zwei Ausblaseinheiten platziert: Die erste Einheit ist direkt der Gebäudehülle zugewandt und transportiert unbeheizte Luft als Barriere gegen hineinströmende Kälte. Damit legt sich dieser erste Luftschleier gleichzeitig schützend vor den zweiten, der Raum zugewandten Einheit, die dort Warmluft transportiert. Damit erhöht sich die Eindringtiefe der beheizten Luft in den Raum hinein. So wird mittels Luftschleieranlage ein virtueller Windfang“ hergestellt: Dem Raum kommt die Warmluft effektiver zugute, Energieverluste werden erheblich reduziert.
Planungsschritt 4: Wärmeenergiequellen wählen
Zwar ist für die Trennung von Klimazonen grundsätzlich keine Wärme erforderlich, sondern die physikalische Wirkung geht ausschließlich von der kinetischen Energie des Impulsstroms einer Luftschleieranlage aus. Für die Behaglichkeit ist es aber wichtig, diese Luft vorzuwärmen. Außerdem kann damit die Anlage auch zur Beheizung des Raums genutzt werden. Ausblastemperaturen von ca. 30 bis 33 °C werden in öffentlichen Gebäuden und Geschäftslokalen normalerweise als angenehm empfunden.
Wird die Luftschleieranlage schon in der Planungsphase eines Objektes vorgesehen, ist in der Regel die Anbindung an die Zentralheizung möglich. Typisch sind dabei 70 °C Vorlauf- und 50 °C Rücklauftemperatur. Zunehmend stehen jedoch weitaus niedrigere Vorlauftemperaturen zur Verfügung. Die Wärmeübertrager in Luftschleieranlagen können daher auch so ausgelegt werden, dass Vor- und Rücklauftemperaturen von 50 °C / 35 °C oder weniger ausreichend sind. Das ist besonders bei regenerativen Wärmequellen interessant. Als autarkes Heizkonzept in der Nachrüstung sind dann zum Beispiel Luft/Wasser-Wärmepumpen nutzbar. Bei lediglich temporärem Betrieb eines Luftschleiers kann als eigenständiger oder zusätzlicher Wärmeerzeuger auch ein Elektroheizregister gesamtwirtschaftlich sinnvoll sein.
Planungsschritt 5: Regelungskonzept festlegen
Sind die erforderliche kinetische Energie und Heizleistung einer Luftschleieranlage definiert, wird im nächsten Schritt die Regelung von Luftvolumenstrom und Ausblastemperatur der Anlage geplant. Der Volumenstrom lässt sich besonders energieeffizient durch Ventilatoren mit EC-Motoren regeln. Im Übrigen sind ab 2015 gemäß der Ökodesign-Richtlinie“ ErP für bestimmte Leistungsbereiche diese ohnehin vorgeschrieben. Die Drehzahl kann beispielsweise über externe Stellungsgeber wie einen Türkontakt und/oder einen Raumthermostat situationsbedingt angepasst werden. So übernimmt die Anlage bedarfsgesteuert sowohl die Funktion eines Luftschleiers als auch einer Raumheizung. Dazu eine typische Situation als Beispiel:
Entsteht durch die geöffnete Tür ein erhöhter Kaltlufteintritt, wird automatisch die Ausblasgeschwindigkeit erhöht – ein schützender Luftschleier legt sich als Barriere vor die Türöffnung. Durch den nun größeren Luftvolumenstrom steigt allerdings auch die benötigte Heizwassermassenstrom an, um die voreingestellte Ausblastemperatur konstant halten zu können. Sinnvoll für die energieeffiziente Zuführung der Wassermenge zum Wärmeübertrager ist der Einbau eines thermostatisch geregelten 3-Wege-Ventils. Das Ventil bildet mit einem Fühler für die Ausblastemperatur einen Regelkreis. Nach dem Schließen der Tür und einer einstellbaren Nachlaufzeit, reduziert sich automatisch die Drehzahl der Ventilatoren – die Anlage fungiert bis zur nächsten Türöffnung wieder als Raumheizung. In Relation zum abgesenkten Luftvolumenstrom reduziert das 3-Wege-Ventil ebenfalls die dem Wärmeübertrager zugeführte Heizwassermenge. Mit dieser optionalen Technik bleibt also die vorgewählte Ausblastemperatur bei geringem Energieeinsatz konstant, ebenso die am Raumthermostat eingestellte Komforttemperatur. Außer dem Automatikbetrieb ist dieses System zum Beispiel bei Frico über ein zusätzliches Modul und ein elektrisch betriebenes 3-Wege-Ventil auch zentral über die Gebäudeleittechnik realisierbar.
Fazit Frühzeitige Planung steigert Effizienz
Heizkosten senken, das Wohlgefühl in Räumen für Kunden, Besucher oder Mitarbeiter sichern und die Effizienz der Gebäudenutzung durch offenstehende Türen verbessern – diese in letzter Konsequenz auch wirtschaftlichen Vorteile lassen sich realisieren, wenn Luftschleieranlagen schon gleich zu Beginn der Gebäudeplanung mit berücksichtigt werden. Praktisch für jede Einbausituation stehen geeignete Bauarten zur Verfügung. In jedem Fall aber ist für ein Maximum an Effizienz eine spezifische Auslegung notwendig. Frico beispielsweise stellt Planern dafür über Jahrzehnte gewonnenes Know-how zur Verfügung.
Merkmale effizienter und komfortabler Luftschleieranlagen
Die Energieeffizienz moderner Luftschleieranlagen führt schon bei weniger stark frequentierten Türen und Toren zu kurzen Amortisationszeiten. Entscheidend dafür ist die Konstruktion zur Erzeugung und Führung des Luftschleiers. In Strömungsrichtung betrachtet besteht eine Luftschleieranlage aus den Komponenten Ansauggitter, Wärmeübertrager (oder Heizregister), Ventilator, Druckkammer und Ausblasöffnung mit Strömungs-Richtlamellen.
In eigenen Versuchsständen und in Kooperation mit dem Mutterkonzern Systemair sowie Universitäten forscht Frico als führender Hersteller in Europa ständig an strömungsoptimierten Luftschleieranlagen, um den Energieeinsatz weiter zu reduzieren. Zudem setzt Frico seit Jahren Ventilatoren mit hohem Wirkungsgrad ein – und seit neuestem entsprechend der ErP-Richtlinie 2015 effiziente EC-Motoren. Denn im Vergleich zu AC-Motoren wird dadurch nicht nur das Regelverhalten optimiert, sondern auch die Leistungsaufnahme reduziert; im Teillastbetrieb um etwa 50 Prozent.
Wichtig für den Effekt einer Luftschleieranlage ist, dass der Luftstrom bis zum Boden reicht. Denn dort ist durch die schwere“ Außenluft bei geöffneten Türen der höchste Kälteeintrag zu verzeichnen. Die vollständige Abschottung gewährleisten in erster Linie die Luftgeschwindigkeit und die Qualität der Bündelung des Luftstroms (s. Grafik rechts). Frico nutzt dazu Richtlamellen statt Düsen. Der Unterschied: Luftdüsen erzeugen unregelmäßig angeordnete Strahlen. Erforderlich für eine vollständige Abdeckung der Gebäudeöffnung ist jedoch eine gleichmäßige, möglichst laminare Strömung über die gesamte Gerätelänge, sprich Türbreite. Außerdem ist es Frico gelungen, den internen Luftwiderstand der Anlagenkomponenten insgesamt zu senken. Das optimiert sowohl die Effizienz als auch den Komfort: Ein dadurch geringeres Luftvolumen senkt den Geräuschpegel, und es kommt zu weniger Verwirbelungen, sodass selbst in unmittelbarer Nähe zum Luftschleier der Aufenthalt angenehm ist – ob als Mitarbeiter an der Kasse oder als Kunde am Warentisch.
Gerlinde Fuss,
Key Account & Product Manager für Luftschleieranlagen, Systemair, Boxberg-Windischbuch
