Torluftschleier

Der Torluftschleier (auch Luftschleier, Türluftschleier, Torluftschleieranlage, Lufttür, Luftvorhang, Luftwand) bezeichnet eine Anlage, die an häufig oder ständig geöffneten Türen und Toren mittels eines kräftigen Gebläses unterschiedlich konditionierte Luftmassen durch eine Barriere aus strömender Luft voneinander trennt und so deren Austausch verhindert. Diese Barriere besteht aus einer gerichteten Luftströmung, die in Art einer Luftwalze zwischen Ausblasöffnung und Ansaugöffnung zirkuliert.

Typische Einsatzbereiche finden sich bei der Abschirmung warmer Raumluft gegen kalte Außenluft, beispielsweise an den Eingängen eines Kaufhauses, an Toren von Industrieanlagen und Werkhallen, oder an den Eingangsbereichen von Flughäfen und Bahnhöfen. Bei diesen Anwendungen arbeiten die Anlagen meist mit erwärmter Luft. Neben der kalten Luft werden je nach Einsatzbereich auch warme Luftmassen, Gerüche, Insekten, Schmutz, Staub und Rauch durch Luftschleier abgehalten.

Die Anlagen werden u. a. nach ihrer Bauart und der Richtung der Luftwalze unterschieden. Wesentliche Bauarten sind Anlagen mit verstellbaren Lamellen und Anlagen mit Düsen nach dem Venturi-Prinzip. Im Allgemeinen wird eine vertikale Richtung der Luftwalze bevorzugt. Wo die baulichen Gegebenheiten dies nicht zulassen, werden Anlagen mit horizontalen Strahlrichtungen eingesetzt. Dies ist vor allem dann erforderlich, wenn an Rolltoren der Torpanzer eine Montage oberhalb des Tores nicht zulässt. Auch aus Designgründen fällt eine Entscheidung oft auf Luftschleieranlagen mit horizontaler Ausblasrichtung. Durch den Einsatz von Torluftschleiern an offenen Durchgängen kann eine Heizkostenersparnis bis zu 80 % erzielt werden.^[1] Eine verschlossene Tür oder ein Windfang ist noch effektiver. Häufig wird eine Kombination eingesetzt, bei der sich die Luftschleieranlage einschaltet, sobald die Tür geöffnet wird.

Luftschleieranlage in einem Verwaltungsgebäude

Geschichte

Die ersten Luftschleieranlagen wurden in den 1960er Jahren an den Türen von Kaufhäusern installiert. Diese frühen Versionen arbeiteten noch mit einem aufsteigenden Warmluftschleier. 1974 wurde die erste in Deutschland entwickelte Luftschleieranlage vorgestellt. Sie arbeitete mit einer Ausblasrichtung von oben nach unten und ist mittlerweile zum Standard geworden. Die Ausrichtung des Luftschleiers erfolgt bei dieser Art Anlagen mit starren oder verstellbaren Lamellen. Eine wesentliche Verbesserung der Abschirmleistung brachte 1994 die Einführung einer Luftschleieranlage nach dem Prinzip der Venturi-Düse.

Funktionsprinzip

Anhand einer Luftschleieranlage gegen das Eindringen von Kaltluft in ein Gebäude lässt sich folgendes Funktionsprinzip definieren, das in abgewandelter Form für alle Aufgabenbereiche einer Luftschleieranlage gilt:

Luftmassen unterschiedlicher Temperatur haben die Eigenschaften sich auszugleichen. In einen warmen Raum strömt kalte Luft, während warme Luft aus dem Raum entweicht. Dieser Vorgang wird erst mit dem Ausgleich der Temperaturen beendet. Aufgabe des Luftschleiergerätes ist es, dem Kaltlufteinfall (K) mit einer Gegenströmung (H) zu begegnen. Dabei müssen Volumenstrom, Geschwindigkeit, Temperatur und Impuls dem Kaltlufteinfall entsprechen. Der Luftschleierstrahl (R) resultiert aus den benötigten horizontalen und vertikalen Komponenten. Die Anlage erzielt in Verbindung mit der Luftführung eine optimale Luftabschirmung bei geringstem Energieeinsatz. Die drei wichtigen Größen Ausblaswinkel, Volumenstrom und Geschwindigkeit werden exakt so gesteuert, dass sich als Gegenimpuls die Kraft H ergibt. Kaltluft von außen, die in den Luftstrahl eingespeist wird, muss außerdem durch Erwärmung mindestens auf Raumtemperatur gebracht werden. Zudem ist die Ausblashöhe ein entscheidendes Kriterium bei der Auswahl der Luftschleieranlage. Es gilt: Je niedriger die Anlage installiert ist, desto geringer ist die zur Abschirmung erforderliche Luftmenge. Systembedingt sollte eine Luftschleieranlage möglichst über der Tür angeordnet werden. Die Auswahl von Leistung, Bauform und Luftführung ermöglicht praktikable Lösungen für alle Eingangssituationen.

Funktionsprinzip einer Luftschleieranlage

Nutzen

Luftschleieranlagen haben ein großes Nutzenpotenzial. Sie sparen Energie, erhöhen die Aufenthaltsqualität in Räumen, schützen die Umwelt vor unangenehmen Gerüchen sowie schädlichen Substanzen und sichern die Produktionsqualität beispielsweise in der Reinraumtechnologie.

Energieeinsparung

In den meisten Fällen kommen Luftschleieranlagen dort zur Anwendung, wo warme Räume gegen das Eindringen von Kaltluft geschützt werden sollen. Gegenüber Räumen ohne Luftschleier an offenen Zugängen lassen sich mit Luftschleiern bis zu 80 % der Heizenergie einsparen. Anlagen nach dem Druckkammer-Düsen-Prinzip bieten dabei je nach Anwendung gegenüber herkömmlichen Anlagen mit Lamellen eine Einsparung von bis zu 40 %. In warmen Gegenden und bei hochsommerlichen Temperaturen schirmen Luftschleieranlagen die gekühlte Raumluft gegen warme Außenluft ab. Einen großen Beitrag zur Energieeinsparung leisten Luftschleieranlagen auch in Kühlhäusern und Tiefkühl-Centern. Mit steigenden Energiepreisen machen sich Luftschleieranlagen immer schneller bezahlt.

Aufenthalts- und Umgebungsqualität

Ein weiterer Nutzen von Luftschleieranlagen liegt darin, dass im Gebäudeinneren Zuglufterscheinungen nahezu ausgeschlossen sind. In Einkaufszentren und in Industriehallen mit Luftschleier ist der Krankenstand der Beschäftigten deutlich geringer. Auch für Besucher ergibt sich eine wesentlich höhere Aufenthaltsqualität. Bei Industriebetrieben mit starken Geruchsemissionen, wie z.B. Fisch verarbeitenden Unternehmen oder bei Abfallbehandlungsanlagen leisten Luftschleieranlagen einen Beitrag zur Umweltqualität.

Bauarten

Lamellenprinzip

Herkömmliche Luftschleieranlagen nach dem Lamellenprinzip blasen die Luft gegen verstellbare Lamellen. Der austretende Luftstrom ist dabei abhängig von der Stellung der Lamellen und von der Anordnung der Ventilatoren innerhalb des Gerätes. Es entsteht ein ungleichmäßig starker, turbulenzreicher Luftschleier. Um dennoch die geforderte Abschirmleistung zu erreichen, muss eine große Luftmenge angesaugt, erwärmt und ausgeblasen werden.

Düsenprinzip

Bei Luftschleieranlagen mit Druckkammer-Düsensystem wird die angesaugte Luft zunächst gegen ein Prallrohr mit Schallabsorptionselement und anschließend durch die Düse gleitet. Da sich Luft immer den Weg des geringsten Widerstandes sucht, wird der Luftstrom hier über die gesamte Breite vergleichmäßigt, bevor er von der nachströmenden Luft durch die Düse gepresst wird. Die Venturi-Düse bündelt den Luftstrom und beschleunigt ihn. Dadurch wird ein hoher Druck aufgebaut. Da die Düse auf einer Scheibe drehbar angebracht ist, kann der Ausblaswinkel exakt eingestellt werden. So entsteht ein kontrollierter Luftschleier, der über die gesamte Düsenbreite eine nahezu gleichmäßige Ausblasgeschwindigkeit erreicht. Der Luftstrom ist dabei unabhängig von der Stellung der Düse. Wird der Luftstrom gezielt nach außen gerichtet, baut sich eine zusätzliche Kraftkomponente auf, die dem Druck der Außenluft entgegenwirkt. Die höhere Ausblasgeschwindigkeit und die gezielte Luftlenkung ermöglichen es, ein Düsensystem mit einer wesentlich geringeren Luftmenge gegenüber einem Lamellensystem zu betreiben. Die Düse bei Luftschleieranlagen arbeitet nach dem Venturi-Prinzip. Die Luft wird gebündelt und beschleunigt.

Die patentierte Düse nach dem Venturi-Prinzip bündelt die Luft und beschleunigt sie. Dadurch erhöht sich die Effizienz der Anlage.

Auslegung

Die Auslegung einer Luftschleieranlage ist vor allem abhängig von der Gebäudesituation. Bei einzelnen Ladenlokalen oder eingeschossigen Gebäuden mit einer Eingangstür bietet eine relativ kleine Anlage mit einfacher Steuerung eine gute Lösung. Bei mehrgeschossigen Gebäuden, bei anstehendem Winddruck, Thermik im Gebäude und Leckagen im Dachbereich bzw. unkontrollierten Lüftungszuständen wird der Anteil eindringender Außenluft erhöht. Zudem gilt: Je größer das Raumvolumen, desto größer ist auch der unerwünschte Austausch von verschieden temperierten Luftmassen. Auch die Größe der Türöffnung ist entscheidend. Als praktikable Maximalgröße haben sich etwa 30 m² erwiesen. Noch größere Türöffnungen erfordern einen Energieaufwand, der nahezu das gesamte Luftvolumen in einem Gebäude einbezieht und daher kritisch zu beurteilen ist.

Einbauformen

Grundsätzlich gibt es zwei Einbauformen: eine Variante mit so genannter nach innen drehender Luftwalze (IDW) und eine zweite mit nach außen drehender Luftwalze (ADW). Luftwalze bezeichnet dabei den zwischen Ausblasöffnung und Ansaugöffnung zirkulierenden Luftstrom.

Innendrehende Luftwalze

Beim IDW-Einbau wird die Luft aus dem Rauminneren angesaugt, während sich die Ausblasöffnung über der Tür befindet. Der Drehsinn der Luftwalze wirkt in den Raum. Diese Form eignet sich besonders für kleinere und mittlere Gebäude, bei denen sich keine Dauerarbeitsplätze im Türbereich befinden, bzw. dort, wo im Gebäude Überdruck herrscht und nur ein Druckausgleich stattfindet.

Luftschleier mit nach innen drehender Luftwalze – IDW-Einbau

Wird beim IDW-Einbau die Luft stirnseitig aus dem Innenraum angesaugt, entwickelt sich eine Luftwalze mit relativ großer Eindringtiefe in den Raum. Die Anlagenform hat einen sehr geringen Energiebedarf, da nur Raumluft verwendet wird. Bei unterseitiger Ansaugung über eine Ansaugkammer verringert sich die Eindringtiefe in den Raum deutlich. Die Wirkung wird stärker auf den Türbereich fokussiert. Damit lassen sich auch Türen mit mittelgroßer Windbelastung und leicht exponierter Lage gut abschirmen.

Außendrehende Luftwalze

Bei Unterdruck im Gebäude empfiehlt sich generell der ADW-Einbau. Dabei befindet sich die Ansaugung in Türrichtung und die Luftwalze hat einen Drehsinn nach außen. Sie ist der eindringenden Außenluft direkt entgegen gerichtet.

Luftschleier mit nach außen drehender Luftwalze – ADW-Einbau

Bei der Montage in einem Windfang ist die Platzierung an der Innentür sinnvoll. Die Luft wird stirnseitig aus Richtung der Außentür angesaugt, der Ausblas befindet sich in unmittelbarer Nähe der Innentür. Durch die Beimischung von Außenluft und den damit verbundenen Abbau von Druckdifferenzen hat ein Gerät in dieser Einbauform eine deutlich höhere Abschirmleistung. Der Einsatzbereich liegt bei Unterdruck im Gebäude und gegenüberliegenden Eingängen – wie sie z.B. bei Baumärkten angetroffen werden. Die Anordnung eignet sich für alle üblichen Windbelastungen und auch für ungünstige Geschäftslagen.

Eine weiter erhöhte Abschirmleistung ergibt sich bei nach außen gerichteter unterseitiger Ansaugung und ebenfalls nach außen drehender Luftwalze Diese Bauform bildet fast keine Zirkulation im Innenraum aus und bietet durch die Beimischung von Außenluft und den Abbau von Druckdifferenzen eine sehr hohe Abschirmleistung. Konstruktionsbedingt sind etwas größere Abmessungen und ein höherer Energiebedarf nötig, da die Ansaugtemperatur in der Regel niedriger ist. Auch diese Anordnung eignet sich besonders gut bei Unterdruck im Gebäude. Sie wird allen üblichen Windbelastungen und auch ungünstigen Geschäftslagen gerecht.

Steuerung

Die Steuerung einer Luftschleieranlage leistet einen wesentlichen Beitrag zu Wirtschaftlichkeit und Komfort. Während bei kleineren Ladenlokalen oft eine von Hand geschaltete mehrstufige Steuerung ausreicht, sind mit steigender Komplexität der Gebäude auch umfangreichere Steuerungsmöglichkeiten erforderlich. So kann die Steuerung beispielsweise die Anlage nur dann einschalten, wenn ein Tor geöffnet wird. Eine sehr komplexe Steuerung kann aber auch mit unterschiedlichen Sensoren bis hin zum Windmesser verbunden sein und komplett in die Hausleittechnik integriert werden

Anwendungen

Torluftschleier lassen sich an Dreh- und Pendeltüren, an Schiebetüren und Automatiktüren, an Karusselltüren sowie an Roll- und Sektionaltoren einsetzen.

Neben Anwendungen, die Kaltluft abhalten, ist der Schutz gekühlter Räume vor warmer Außenluft ein wichtiges Anwendungsgebiet. Auch Kühlregale, Kühlräume, Kühlhäuser und Tiefkühlhäuser lassen sich mit Luftschleieranlagen gegen warme Luft schützen.

Eine Kaltluftschleieranlage trennt hier die unterschiedlich temperierten Luftmassen zwischen dem Kühlraum und dem Verkaufsraum.

Die Abschirmung der Umgebungsluft hat sich bei Müllumladestationen und bei Fabrikationsbetrieben mit starker Geruchsentwicklung bewährt. In Supermärkten kann beispielsweise die Allgemeinfläche vor Geruchsbelästigung aus der Frischfischabteilung geschützt werden.

Auch bei der Müllbehandlung schützt eine Luftschleieranlage vor unangenehmen Gerüchen.

Weitere Anwendungsgebiete von Luftschleieranlagen liegen in der Reinraumtechnologie, in der Abschirmung der Umwelt gegen industriell kontaminierte Luft und in der Sicherheitstechnik als Alternative zu Rauchschutz-Türen.

Zertifizierung/Normung

Als erste internationale Organisation prüft die Agentur des niederländischen Wirtschaftsministeriums, SenterNovem, auch Luftschleieranlagen exakt auf ihre Energie-Effizienz, auf umweltgerechte Fertigung und Nachhaltigkeit. Produkte, die den Anforderungen von SenterNovem entsprechen, erhalten ein Label und werden in eine Empfehlungsliste aufgenommen. Diese Liste ist Grundlage für ein richtungweisendes Fördermittelprogramm für energiesparende Produkte, das Investoren in den Niederlanden einen Steuerbonus gewährt. Unabhängig davon gibt es derzeit noch keinen allgemein anerkannten Standard für Luftschleier, der die Technik energetisch und wirtschaftlich bewertet. Es gibt ein Regelwerk der international tätigen Air Movement & Control Association AMCA, das aber sehr allgemein gehalten ist. Es wird mit Labormethoden gemessen und die energetische Bewertung erfolgt nur überschlägig anhand der elektrischen Leistung. Führende Hersteller arbeiten mit dem AMCA-Ausschuss zusammen, um eine DIN-Norm zu erstellen und zu zertifizieren.

Einzelnachweise

1. ↑ H. Mürmann: Kälte und Klimatechnik, Nr. 9/1979, S. 414–417.

Literatur

• Recknagel, Sprenger, Schramek: Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik, R. Oldenbourg Verlag München, Wien, 2001
• Moderne Gebäudetechnik Ausgabe 6/2005
• Moderne Gebäudetechnik Ausgabe 4/2007
• RWE kompakt Dez. 2006