Natürliche Rauch- und Wärmeabzugsysteme (NRWG) arbeiten nicht nur nahezu energiefrei (lediglich zum Öffnen und Schließen wird Energie benötigt), sondern auch äußerst effizient. Der thermische Auftrieb, der bei einem NRWG genutzt wird, ermöglicht bereits bei einer Öffnungsfläche von 4 m²  (7,5m² möglich) ein Abluftvolumen von durchschnittlich 8.892 m³/h. Das entspricht der Lüftungskapazität eines Abluftventilators mit einer Antriebsleistung von ca. 2 kW. Möglich wird dies, da roda-Systeme wie der PHÖNIX auch zur Lüftung mit einer Haubenstellung von 90° öffnen und somit die gesamte aerodynamisch wirksame Öffnungsfläche zur Verfügung stellen. Damit arbeiten sie weit effizienter als Lichtkuppeln, die zur Lüftung nur mit einem Hub von 300 mm öffnen und so bei einer Öffnungsfläche von 2 x 2 m eine aerodynamisch wirksame Öffnungsfläche von 0,72 m² erreichen (= Abluftvolumen von 2.462 m³/h ohne Berücksichtigung der ungünstigen Luftumlenkung). Doppelklappensysteme wie der PHÖNIX realisieren also die mehr als dreieinhalbfache Lüftungskapazität. Und eine Endlagenverriegelung der Zylinder (bei pneumatischem Antrieb) sorgt dafür, dass diese Lüftungskapazität auch bei starkem Wind (bis Windstärke 8) erhalten bleibt.

Diese Vorteile einer Doppelklappensystems soll folgende Beispielrechnung aufzeigen. Möchte man in einer eine Halle von 100 x 50 x 8 Meter (LxBxH) mit einem Hallenvolumen von 40.000 m³ eine Luftwechselrate vom 3,5-fachen des Raumvolumens erzielen (Empfehlung des FVLR 2-5 fach), liegt der erforderliche Volumenstrom Verf bei 140.000 m³/h. Bei Lüftung über ein NRWG kann in einem solchen Warmbetrieb mit einer thermischen Auftriebsgeschwindigkeit (Wth) von 0,95 m/s gerechnet werden. Um die 140.000 m³/h mit einem NRWG Typ PHÖNIX  der Baugröße 2 x 2 m zu realisieren, müssen 16 Systeme auf dem Dach installiert werden. Zum Erzielen der gleichen Lüftungskapazität müssten 57 Lichtkuppeln der gleichen Baugröße eingebaut werden. Würde man den erforderlichen Luftwechsel mechanisch realisieren wollen, läge der Energiebedarf dafür bei rund 40.000 kW/h jährlich. An dieser Rechnung, die im folgenden genauer aufgeschlüsselt ist, lässt sich leicht erkennen, dass die Systeme von roda sowohl einer mechanischen Lüftung, als auch einer Lichtkuppel deutlich überlegen sind. 

 

Beispielrechnung / thermische Auftriebsgeschwindigkeit Wth in einer Formguss-Gießerei Quelle: FVLR Lichtkuppeln und Lichtbänder - Zusatznutzen Raumlüftung


Wth = √0,5×g×hwirk ×(∆T÷Ta) [m/s] = √0,5 x 9,81m/s x 6 m x (8,7K ÷ 282,5 K)

      = 0,95m/s

g = Erdbeschleunigung = 9,81 m/s

hwirk = Wirksame Raumhöhe in Meter gemessen von Mitte-Zuluftöffnung bis Mitte
           Abluftöffnung - hier bei 8 m hoher Halle mit 4 m hohen Rolltoren und
           Abluftöffnung im Dach = 6 m

r = Temperaturgradient in K/m (Kaltbetriebe = 0,6-1 K/m ; Mittelbetriebe = 1,0-1,3 K/m;
      Warmbetriebe = 1,4-1,6 K/m)

∆T = hwirk x r [K] = 6 m x 1,45 k/m = 8,7 K (Temperaturanstieg je Meter Raumhöhe
        in Kelvin)

Ta = Außentemperatur ; die durchschnittliche Außentemperatur auf Jahressicht liegt
       in Deutschland bei ca. 9,5°C = 282,5 K        
       Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Zeitreihe_der_Lufttemperatur_in_Deutschland#2011_bis_2020

 

Beispielrechnung / Auslegung der erforderlichen Systeme Typ PHÖNIX bei einem zu erzielenden Volumenstrom Verf von 140.000 m³/h und einer Gerätegröße von 2x2 m

Verf = 140.000 m³/h = 38,89 m³/s

erforderliche Abluftfläche Awirk = Verf ÷ Wth = 38,89 m³/s ÷ 0,95 m²  = 40,94 m²

aerodynamisch wirksame Öffnungsfläche Aa = Ag x cv = 4 m² x 0,65 = 2,6 m²

Ag  = geometrische Öffnungsfläche

cv = Wirkungsgrad = 0,65 (aerodynamisch geprüft für System PHÖNIX)

Anzahl der Systeme = Awirk ÷ A= 40,94 m² ÷ 2,6 m² ≈ 16 Systeme

 

Beispielrechnung / Auslegung der erforderlichen Lichtkuppeln bei einem zu erzielenden Volumenstrom Verf von 140.000 m³/h und einer Gerätegröße von 2x2 m bei 300 mm Hub zur Lüftung

Aerodynamisch wirksame Öffnungsfläche A= Ag x cv = 4 m² x 0,18 = 0,72 m²

cv = Wirkungsgrad = 0,18 für Lichtkuppeln mit einem Öffnungswinkel  < 15° (hier ca. 8°) und einem
       Längen- Breitenverhältnis (B/H) < 1,10
(Quelle:       http://www.raico.de/assets/web/PDFs/Download/Deutsch/Techn.%20Infos/Richtlinien_NRWG.pdf S. 40)

Anzahl der Systeme = Awirk ÷ A= 40,94 m² ÷ 0,72 m² ≈ 57 Systeme

 

Beispielrechnung / Luftwechsel von 140.000 m³/h mit einem mechanischen Lüftungssystem DRH des Herstellers Trox.
(Quelle: TROX XFANS QUICK SELECTION GUIDE 2016 Seite 60)

max. Volumenstrom: 35.000 m³/h

max. Antriebsleistung: 5 kW

erforderliche Anzahl = 4 Systeme

250 Arbeitstage pro Jahr je 8 Std. = 2.000 Betriebsstunden

Jahresstrombedarf = Anzahl der Systeme x Antriebsleistung x Betriebsstunden 

                           = 4 x 5 kW x 2.000 h = 40.000 kWh

 

Fazit - Für einen 5-fachen Luftwechsel in einem 40.000 m³ großen Warmbetrieb benötigt man:

  • Eine mechanische Lüftungsanlage mit einem jährlichen Strombedarf von 40.000 kWh

  • 57 Lichtkuppeln oder

  • 16 RWA- und Lüftungssysteme Typ PHÖNIX, FIREFIGHTER oder MEGAPHÖNIX