Mediendecke LT

Nachhaltiges Lüftungskonzept, LT- Mediendecke

Lüftungskonzept

In Grossteil aller Labore kommt eine turbulente Mischlüftung mit Drallauslässen zum Einsatz. Dabei wird die austretende Frischluft mit einem starken Drehimpuls versehen und induziert eine grosse Menge Umgebungsluft in der Mitte und schleudert diese zur Seite. Die Mischlüftung sorgt dafür, dass die Temperatur sowie vorhandenen Schadstoffe im ganzen Raum gleichmässig verteilt ist.

Das gewählte LT- Lüftungskonzept ist neu und entspricht einer Mischung aus Quell- und Verdrängungslüftung. Dieses Konzept ist turbulenzarm und erzeugt eine fast laminare Abtriebsströmung. Dabei ist die Luftgeschwindigkeit immer so tief, dass die Auftriebsströmung eines Menschen gegenüber der Abtriebsströmung der Zuluft dominant ist und so, nie als Zugluft wahrgenommen werden kann.

Zuluftkanal

Bei Standard- Textil-, Quell- oder Laminarauslässen, egal in welcher Form, bildet sich kurz unterhalb des Auslasses eine umgekehrte Tropfenform der austretenden kalten Luft. Die Frischluft beschleunigt dadurch in einem schmalen Band rasch nach unten und erreicht Abtriebsgeschwindigkeiten, die bei den in Labors benötigten Luftwechselraten und Untertemperaturen der Zuluft zu Geschwindigkeiten führen, die weit ausserhalb der erlaubten Maximalwerte liegen und von den Laboranten als Zugluft wahrgenommen werden.

Der segmentförmige LT- Zuluftkanal besteht aus einer dünnen, lichtdurchlässigen Membrane mit geringer Permeabilität. Der Zuluftkanal erstreckt sich über die ganze Mittelganglänge des Labors. Er verfügt über eine Mikroperforation mit Löchern von ca. 0.5mm Grösse. Die Perforation ist im Mittelbereich an der Unterseite unterbrochen. Die Anordnung der Löcher erfolgt in Reihen quer zur Längsachse mit einem Abstand von ca. 2cm. In der Reihe haben die Löcher einen Abstand von ca. 4mm. Diese Werte beziehen sich auf ein Standardlabor und decken eine Luftwechselrate von 4 – 12fach ab. Auf die Fläche bezogen heisst das, zwischen 12,5  - 37,5m3/m2/h. Der Standardwert liegt bei 25m3/m2/h. Durch die Änderung der Loch- Anzahl- und Querschnitte können die Leistungswerte des Zuluftkanals auch bei Bedarf erhöht werden.

Durch die seitliche Anordnung der Mikroperforation in Streifen wird ein seitlicher Ausblasimpuls erzeugt, der bedingt durch die Streifenanordnung eine Mikroinduktion an den einzelnen Löchern zulässt und so bereits am Austritt die kalte Frischluft mit einem bestimmten Mass an warmer Raumluft gemischt wird. Dadurch wird der Abtrieb der seitlich austretenden Luft reduziert. Die seitlich ausgetretene Frischluft vereinigt sich nach kurzer Distanz in der Mitte unter dem Auslass zu einem einzelnen, breiten Strahl nach unten. Dieser Strahl senkt sich durch die zuvor induzierte, warme Raumluft nur noch langsam zu Boden. Die dabei auftretenden Abtriebsgeschwindigkeiten liegen je nach Luftwechselrate und Zulufttemperatur zwischen 0,20m/Sek. und max. 0.25m/Sek. bei sehr hohen Luftwechselraten, gepaart mit tiefen Zulufttemperaturen.

Die durch die Zuluft gekühlte Oberfläche des Textilluftauslasses wirkt im Raum ähnlich wie ein Kühlsegel, indem sie Wärme aus dem Raum aufnimmt über Wärmestrahlung und über freie Konvektion. Sie trägt dazu bei, die Wärmeabfuhr aus dem Raum mit einer geringeren Zugluftgefahr zu realisieren als konventionelle Systeme. Insbesondere wird die sogenannte empfundene Temperatur (Mittelwert aus Lufttemperatur und Strahlungstemperatur) im Aufenthaltsbereich der Laboranten günstig beeinflusst. Die Lufttemperatur im Aufenthaltsbereich darf in diesem Fall etwas höher liegen (ca. 1°C) als im Normalfall; dadurch kann wiederum der Luftvolumenstrom und damit letztlich der Energieverbrauch reduziert werden.

Frischluftverlauf

Die Frischluft senkt sich als Schleier in der ganzen Gangbreite Richtung Boden.   Dabei wird entsprechend der Luftwechselrate, ein Teil der Frischluft an den Tischkanten links und rechts des Ganges über die Tischplatten abgezweigt. Der Grossteil der Frischluft strömt zum Boden und teilt sich da, nach rechts und links.

Thermodynamik der Frischluft

Aufgrund der Laborlayouts befinden sich die Geräte (Wärmequellen) links und rechts vom Mittelgang, entweder unter oder auf den Tischen. Die Wärmequellen generieren starke Auftriebsströmungen über den Arbeitstischen und saugen über den Tischplatten die Umgebungsluft an. Die starke Auftriebsströmung reicht bis unter die Raumdecke, wo sie zu Raummitte hin abgelenkt wird.

Dadurch entstehen zwei gegenläufige Luftwalzen. Links im Uhrzeigersinn, rechts im Gegenuhrzeigersinn. An dem Punkt in der Raummitte unter der Decke wo sich die beiden Luftwalzen treffen,  ist der Raumabluftkanal installiert.

Raumabluftkanal

Der Raumabluftkanal ist mit einem Abstand von 2- 5cm unter der Decke installiert. Die Absaugöffnungen befinden sich an der Oberseite des Abluftkanals und sind so ausgelegt, dass sich auf der ganzen Länge des Abluftkanals zwischen Decke und Kanal ein gleichmässiger Unterdruck einstellt. So erfolgt die Raumluftabsaugung an der absolut höchstmöglichen Stelle im Raum, über eine möglichst grosse Länge.

Thermische Schichtung

Gegenüber einer Standard- Mischlüftung wo im ganzen Raum eine fast konstante Temperatur herrscht, entsteht bei der LT- Lüftung eine starke thermische Schichtung im Raum. Bei gleichen thermischen Verhältnissen von ca. 22.5°C im Personen- Aufenthaltsbereich ergeben sich durch die thermische Schichtung mit der LT- Lüftung bis zu 30°C direkt unter der Decke. An dieser Stelle befindet sich der Absaugschlitz der LT- Raumabluft.

Thermische Effizienz / Nachhaltigkeit

Bedingt durch die thermische Schichtung im Raum, wird mit dem LT- System nicht der ganze Raum, sondern nur die Aufenthaltszone temperiert. Die Zone zwischen Deckenraster und Decke interessiert bei der thermischen Auslegung nicht.

Die Ablufttemperatur bei einem vergleichbaren konventionellen System wird bei

ca. 23°C liegen, wobei die Temperatur beim LT-System bei ca. 29°C liegt.

Das heisst um die Differenz der Systeme zwischen ZU- Und Ablufttemperatur auszugleichen, muss bei einem konventionellen System mit wesentlich tieferer Zulufttemperatur und oder einer massiv höherer Luftwechselrate gefahren werden.

Die erhöhte thermische Effizienz beim LT- System entspricht einer Energieeinsparung im zweistelligen Prozentbereich. Im Idealfall kann eine Energieeinsparung von bis zu 30% realisiert werden.

Sicherheit bei Schadstoffemissionen

Mittels CFD- Simulation wurde ein Schadstoffaustritt (SF6) simuliert. Bei einer idealen Mischlüftung (Standard) wird eine mittlere Schadstoffkonzentration von 3.54ppm im ganzen Raum erreicht.

Beim LT- Lüftungskonzept stellt sich, bedingt durch die gegenläufigen Luftwalzen eine Zweiteilung des Raumes in Längsrichtung ein. Es ergibt sich über den ganzen Raum eine mittlere Konzentration von durchschnittlich 2,77ppm.

Auf der Seite mit dem Schadstoffaustritt wird eine maximale Konzentration von 3.8ppm direkt bei der Schadstoffquelle gemessen. Auf der anderen Raumseite liegt die Konzentration bei 1.7ppm und somit mehr als 50% tiefer als bei der Mischlüftung. In Atemhöhe bei ca. 1.6m liegt die Konzentration beim LT- System bei 2.37ppm und somit im Durchschnitt um mindestens 33% tiefer als bei einer Mischlüftung.

Daraus lässt sich schliessen, dass die Sicherheit in einem Labor nicht nur durch die Luftwechselrate gegeben wird, sondern vielmehr, durch das Lüftungskonzept als Ganzes.

Flexibilität / Thermische Lasten

Bei der Auslegung der Lüftung eines Laborgebäudes wird auf Grund der Anwenderdaten die Lüftungs- und Kühlleistung festgelegt. Muss aber eine Planung ohne bekannte Benutzer gemacht werden stossen die Planer mit konventionellen Systemen an Ihre Grenzen. Als nahezu einzige Möglichkeit thermische Lasten abzubauen, könne in konventionellen Systemen nur noch Umluftkühler eingesetzt werden. Diese sind aber teuer in der Anschaffung und im Unterhalt und verursachen immer massive Zugluft. Das LT- Mediendeckensystem ist genau für diese Anforderungen entsprechend flexibel ausgelegt.

Das LT- Mediendeckensystem erlaubt dankt der Anordnung aller Komponenten, links und rechts vom Mittelgang, an jeder Stelle im Raum, den Abluftanschluss von Abzügen, Essen, Spotabsaugungen, Geräteeinhausungen und kleinen „Cubicals“. Damit kann sichergestellt werden, dass die Wärme nicht in den Laborraum abgegeben wird.

Nachkühlung / Zuluft

Der Zuluftstrang der LT- Mediendecke ist so ausgelegt, dass ein Passstück vor dem Volumenstromregler durch einen, oder zwei Wärmetauscher ersetzt werden kann. Dadurch kann pro Laborachse, preisgünstig und einfach eine zusätzliche Kühlleistung von bis zu 2,5KW/h nachinstalliert werden. Der maximale Nachkühlwert ist dabei abhängig von der Zulufttemperatur und deren relativer Feuchte.

Kühlbaffel

Kann nicht genügend Kälte über die Zuluft mit Nachkühlung in den Laborraum geführt werden, stehen die inaktiven Kühlbaffels beidseits vom Zuluftkanal zur Disposition. Die Kühlbaffels sind quer zur Achse, einfach verschiebbar am Deckenraster aufgehängt, damit  die Sanitär- und Elektroinstallationen auf dem Zuluftkanl zugänglich bleiben.

Die Baffels sind mit einem Abstand von ca. 10cm neben dem Zuluftkanal installiert. Dadurch wird zwischen dem Zuluftkanal und Kühlbaffel eine entsprechende Menge Raumluft induziert und sichergestellt, dass die austretende Kaltluft aus Zuluftkanal und Kühlbaffel, keine Abtriebsströmung mit zu hoher Geschwindigkeit generiert.

Zusammenfassung