Absaugen allein reicht nicht für eine effiziente Großküchenlüftung!
Die Großküchenlüftung dienen dem Arbeitsschutz der weißen Brigade. Hierzu wird über dem Herdblock eine Dunstabzugshaube oder eine Lüftungsdecke mit Fettabscheidern installiert. Eine besonders effiziente Absaugtechnik basiert auf der Induktionslüftung.
Damit die Kochbrigade nicht im Nebel steht, muss die Großküchenlüftung den fetthaltigen Wrasen absaugen und filtern. Das klappt freilich nur effizient, wenn zuvor eine wichtige Funktion erfüllt wird – das restlose Erfassen des Wrasens und der enthaltenen Schadstoffe. Und hier liegt der Hund begraben: Die meisten Abzugshauben und Abluftdecken können das nicht.
Capturing – so nennt der Fachmann die Erfassung des Kochwrasens – ist die erste Aufgabe einer Großküchenlüftung. Denn was nützt ein hoher Abscheidegrad der Fettfänger, wenn nur zwei Drittel des Wrasenvolumens in den Abluftkanal gelangen, ein Drittel dagegen in der Totzone der Haube zirkuliert oder in die Küche zurückströmt.
Neueste Untersuchungen mit Hilfe der numerischen Strömungssimulation CFD entlarven, dass solche Totzonen und Leckageluftmengen bei den meisten Küchenhauben auftreten. Die Ursache: Das Ansaugen des Wrasens ist nur bis zu einem Abstand von 30 cm vom Abscheider effektiv (Bild 1). Weiter entfernt, vagabundieren die Dämpfe unkontrolliert im Haubenraum und verlassen ihn teilweise, auch bei einem korrekten Überstand der Küchenhaube. Die gebotene Lufthygiene in der Küche ist damit nicht gewährleistet.
Sehr komplexe Strömungsverhältnisse in einer Großküchenlüftung
Der schwäbische Hauben- und Deckenproduzent Rentschler Reven hat die Strömungsverhältnisse in vielen Großküchen akribisch untersucht und kam zu der Erkenntnis: Die Strömungsverhältnisse in der Küchenhaube sind sehr komplex. Viel komplizierter als es die VDI-Richtlinie 2052 darstellt. Resultat der CFD Strömungssimulation: Das Saugen alleine genügt nicht. Es sind zusätzliche Impulse notwendig, um das restlose Capturing des Wrasens zu gewährleisten. Mit Hilfe der erwähnten CFD-Software (siehe Anhang 1) entstand unter dem Namen Induktionstechnik ein neues Strömungsprinzip für eine Großküchenlüftung. Es wurde zunächst kontrovers in Fachkreisen diskutiert.
Die Funktion einer effizienten Großküchenlüftung:
Ein Stützstrahl wird horizontal in die Küchenhaube geblasen (Bild 2). Dadurch wird der der aufsteigende Wrasen von unten angezogen (induziert). Die dazu erforderlich Luftmenge wird der Raumluft an der Stirnseide der Küchenhaube entnommen (Bild 3). Die Temperatur des Stützstrahles liegt mit etwa 20-25°C deutlich unter der Wrasentemperatur mit etwa 80°C. Folglich findet die Kondensation der Kochdämpfe im Abscheider statt und nicht erst im Abluftkanal. Das hält den Kanal trocken und keimfrei und erhöht den vorbeugenden Brandschutz.
Da es bei den neuen Küchenhauben keine Totzonen mehr gibt, werden die Kochdämpfe restlos erfasst und zu den Abscheidern getrieben. Ein stufenlos regelbares Gebläse erlaubt den gleitenden Betrieb zwischen 0 und 100%. So entsteht auch bei vollem Kochbetrieb keine Zugluft im Aufenthaltsbereich der Köche.
Das neue Induktionsprinzip für eine moderne Großküchenlüftung
Reven hat das Induktionsprinzip nicht erfunden. In USA sind zig-tausende Küchenhauben in Betrieb. Es sind typische «Hauben light»,nämlich grob geschusterte Blechboxen mit unzureichender Wirkung und hohem Geräuschpegel. Die ersten Induktionshauben in Deutschland hatten ebenfalls ihre Kinderkrankheiten und erzielten oft nicht den gewünschten Effekt: Für den Stützstrahl wurde kalte Außenluft eingeblasen; das erforderte eine zusätzliche Zulufteinrichtung. Der Mehrpreis gegenüber konventionellen Hauben war beträchtlich. Fachplaner beurteilten das Prinzip daher oft kritisch.
Die Induktionsdüse wurde per CFD optimiert
Mit schwäbischer Gründlichkeit hat Reven indessen das Prinzip via CFD auf europäische Ansprüche hochgetrimmt und als Premium-Produkt auf den Markt gebracht. Wichtig ist in der Praxis, dass eine saubere Strömung die Induktiondsdüse zielgerichtet in Richtung Abscheider verlässt.
Das wichtigste Bauteil ist demnach die Induktionsdüse. Reven hat sie strömungstechnisch optimiert und durch eine Patentschrift international schützen lassen (Bild 4). Die konstruktiven Verbesserungen, vor allem der Verzicht auf die Einbringung kalter Außenluft, haben den Preisunterschied zur früheren Küchenhauben mit Induktion auf Null schrumpfen lassen. So wurde die Induktionstechnik zur Erfolgsgeschichte, was sich in vielen Referenzanlagen manifestiert.
Ideal für enge Küchen
Ihre wahre Stärke offenbart die Großküchenlüftung in engen Küchen mit hoher Leistungsdichte. Hier müssen große Luftmengen zugfrei und geräuscharm eingebracht werden.Die Gastroküchen werden deshalb immer kleiner, weil Kipper, Kessel, Herd und Fritteuse oft zu einem Herdblock zusammengefasst sind. Und die Flächenkosten immer teurer werden.
Der Einsatz von Convenience Food trägt ebenfalls zur Verkleinerung der Küchen bei. In naher Zukunft kommt noch der 3D-Lebensmitteldruck hinzu. So sind 100 kW Anschlussleistung in einer 20 m2-Küche keine Seltenheit. Im Catering-Bereich gibt es indes Produktionsküchen, die auf 15 m2 täglich 1.000 (!) Mahlzeiten zubereiten. Wrasen, Mief und Wärme müssen aber raus – und zwar zugfrei, damit sich die Köche keinen Schnupfen holen. Das fordert den Lüftungsbauer heraus. Mit der Induktionstechnik hat der Fachplaner die richtige Lösung an der Hand.
Beispiele Großküchenlüftung aus der Praxis
Die „Herrenküferei“ im schwäbischen Markgröningen ist ein 600 Jahre altes, verputztes Fachwerkhaus, das ein Hotel mit Restaurant beherbergt. Die alte Hotelküche wurde unlängst mit hohem handwerklichem Aufwand erneuert. Das denkmalgeschützte Gebäude erforderte vom Lüftungsbauer viel Phantasie und technische Finessen, weil etliche Wände schief und nicht im rechten Winkel stehen. Ferner verbietet der Denkmalschutz nicht nur Änderungen an der Fassade sondern auch am Ständer-Fachwerk und Gebälk im Innern.
Die enge Küche hat eine geringe Deckenhöhe und ist mit Geräten vollbepackt. Sie misst rund 80 m2.Die Luftmengenberechnung ergab eine Zuluftmenge von etwa 10.000 m3/h bei vollem Kochbetrieb. Wie lässt sich die hohe Zuluftmenge realisieren, ohne dass es den Köchen die Mützen vom Kopf zieht? Rentschler Reven löste das Problem mit mehreren baumaßgeschneiderten Küchenhauben mit Induktion aus Edelstahl (Bild 5).
Showküche in Hessen
Im hessischen Kelkheim entstand unlängst ein dreigeschossiges Wohnhaus mit dem Restaurant «Da Antonio» im Erdgeschoss. Die «gläserne» Küche misst rund 30 m2 und bietet indische und italienische Spezialitäten an. Die Gäste können bei der Zubereitung zuschauen. Pizza-Ofen, Kombidämpfer, Gas-Woks und leistungsstarke Tandoori-Öfen verursachen indes eine hohe Leistungsdichte auf engem Raum. Planer und Bauherr entschieden sich für eine Großküchenlüftung nach dem Induktionsprinzip von Reven. Die maßgeschneiderte Küchenhaube installierte das Mainzer TGA-Unternehmen Dornhöfer.
Die hohen Wärme- und Feuchtelasten in Kelkheim machten eine hohen Luftwechsel erforderlich. Von der Zuluftmenge mit 5.000 m3/h durchströmen aber nur 3.000 m3 die Kochzone, der Rest saugt als Induktionsstrom den Wrasen wirkungsvoll ab. Damit ist ohne Zugerscheinungen die gebotene Lufthygiene gewährleistet. Da die vorzuwärmende Zuluftmenge unter 4.000m3/h liegt, konnte auf die von der EnEV vorgeschriebene Wärmerückgewinnung verzichtet werden.
Auch im MEIKO Schulungsgebäude Küchenhauben mit der neuen Induktionstechnologie
Auch Meiko favorisiert die Induktionslösung. Der führende Spülmaschinenbauer in Offenburg/Baden bezog kürzlich ein neues Schulungsgebäude mit zwei Bandspülmaschinen. Unter anderem werden für den Küchen-Nachwuchs unterschiedliche Betriebszustände und Lastfälle durchgespielt.
Für die Entlüftung der Spülküche wählte der Bauherr vier Induktions Küchenhauben der neuesten Generation von Reven. Die Edelstahl-Hauben haben eine Luftleistung von je 2.000 m3/h und wurden von der Firma Büchele Lufttechnik aus Karlsruhe installiert. (Bild 6). Sie konditionieren die Küche ohne Zugerscheinungen.
Last but not least: Im Globalworth Tower in Bukarest hat der chinesische Smartphone-Hersteller Huawei seine Europazentrale (Bild 7). Zentralküche und Kantine befinden sich in der 25. Etage des 120 m hohen Bürogebäudes. In der Küche verursachen allein die großen Woks mit ca.1 m Durchmesser eine starke Wrasenbildung sowie hohe Wärme- und Feuchtelasten. Die Großküchenlüftung ging mit der Fertigstellung des Gebäudes im Jahr 2015 in Betrieb. Sie erwies sich als ineffizient und ließ die Kochbrigade in Dunst und Zugluft stehen. Die Erneuerung war dringend geboten.
REVEN Großküchenlüftung hoch über den Wolken
Beim Entwurf der neuen Anlage waren die wechselnden Druckverhältnisse (Winddruck) in ca. 70 m Höhe zu berücksichtigen. Ferner war die Verschmutzung der Fassade durch fetthaltige Fortluft absolut zu vermeiden. Mit dem Bauherrn vereinbarte Reven ein Anlagenkonzept mit mehreren Induktionshauben und einer Aluminium-Lüftungsdecke. Integriert sind X-Cyclone-Fettabscheider, LED-Leuchten und ein UV-System zur Beseitigung der Gerüche aus der Fortluft. Gesamte Abluftmenge: 30.000 m3/h. Die Lüftung wurde binnen 4 Wochen im Rahmen der Gesamterneuerung der Küche montiert.
Alle Küchenhauben mit Induktion sind mit hochwirksamen X-Cyclone-Fettabscheidern ausgerüstet, die einen konstanten Abscheidegrad haben, der bei gedrosselter Lüftung nicht in die Knie geht (Bild 8 und Anhang 2).
Just in time geliefert
Beim Entwurf einer Induktionslüftung bedient sich Reven modernster Planungsmethoden: Die Anlage virtuell nach der BIM-Methode am Bildschirm entworfen (Bild 9). BIM (Building Information Modeling ist die derzeit fortschrittlichste Arbeitsmethode für die Planung und Ausführung einer Anlage. Alle am Bau Beteiligten sind dabei vernetzt und können sich jederzeit über den aktuellen Status des Objektes und über Änderungen informieren (siehe Anhang 3).
Die Komponenten der Küchenhauben werden im Werk millimetergenau vorgefertigt (Bild 10) und just in time auf die Baustelle verfrachtet. Dadurch spart der Bauherr teure Lohnstunden am Bau und der Installationsbetrieb erzielt einen höheren Stundenumsatz pro Mann. Das gewährleistet auch die Kosten- und Terminsicherheit. Bei Nachrüstungen geschieht die Installation mitunter ohne Unterbrechung des Küchenbetriebes. Tagsüber sind dann die Köche am Werk, nachts kommen die Lüftungsmonteure.
Einige Anmerkungen zur Einbringung der Zuluft. Sie wird von oben durch Quell-Luftauslässe impulsarm und laminar eingeführt und sickert nahezu senkrecht bis zum Boden (Bild 11). Damit versorgt sie den Aufenthaltsbereich zugfrei mit frischer Außenluft (sog. Schichtströmung). Die Decke bleibt sauber, weil keine fetthaltige Luft in der Küche aufgewirbelt wird. Dagegen hat sich das horizontale Einblasen laut Reven nicht bewährt, weil der waagrechte Zuluftstrom den aufsteigenden Thermik-Luftstrom ablenken kann. Wenn die Zuluft waagrecht eingeblasen wird, sind auf jeden Fall die vom Hersteller empfohlenen Mindestabstände zu den Absaugstellen einzuhalten.
Auch Induktions-Lüftungsdecken
Die guten Erfahrungen mit Induktionshauben veranlassten Reven, auch Lüftungsdecken mit der Induktionstechnik auszustatten. Die Decke überspannt den ganzen Raum; ihre glatten, kondensatdicht verschweißten Oberflächen lassen sich mit dem Dampfstrahler reinigen und die Aerosolabscheider sind versetzbar, wenn die Küche erweitert oder umorganisiert wird (Bild 12). Grundrissänderungen der Küche sind also aus lufttechnischer Sicht problemlos. Die Induktionsdecke ist wie die Haube totraumfrei, so dass der Wrasen vollständig erfasst wird.
Die Abluft verlässt den Raum durch linear abgehängte Abluftmodule. Darin sind die Aerosolabscheider eingesetzt. Ihnen gegenüber sind die schlitzförmigen Induktionsmodule abgehängt (Bild 13).
Abluftmodule und dahinterliegender Abluftraum bilden eine geschlossene, kondensatdicht verschweißte Konstruktion. Die Abluft kommt folglich nicht mit dem Bauwerk in Kontakt. Aufgrund vieler aggressiver Reinigungsmittel und dem drohenden Lochfraß werden die Zu- und Abluftmodule vorzugsweise in Edelstahl ausgeführt. Durch diese „geschlossene Großküchenlüftung“, erspart sich der Bauherr die periodische Reinigung des Deckenhohlraumes und beugt der Versottung des Mauerwerkes durch Fettsäure vor. Das verbessert auch den baulichen Brandschutz.
Best-Practice-Beispiele für Kondensat dichte Elemente
Abluftmodule und dahinterliegender Abluftraum bilden eine geschlossene, kondensatdicht verschweißte Konstruktion. Die Abluft kommt folglich nicht mit dem Bauwerk in Kontakt. Aufgrund vieler aggressiver Reinigungsmittel und dem drohenden Lochfraß werden die Zu- und Abluftmodule vorzugsweise in Edelstahl ausgeführt. Durch diese „geschlossene Luftführung“, erspart sich der Bauherr die periodische Reinigung des Deckenhohlraumes und beugt der Versottung des Mauerwerkes durch Fettsäure vor. Das verbessert auch den baulichen Brandschutz. Auch dazu einige Best-Practice-Beispiele:
Das 80 m hohe Main-Forum in Frankfurt/Main ist ein gemischtes Wohn- und Bürogebäude. Es beherbergt unter anderem den Hauptsitz der IG Metall. Die Zentralküche des 2003 errichteten Gebäudes erhielt eine herkömmliche Großküchenlüftung, die beträchtliche Energiekosten verursachte. Sie wurde unlängst abgerissen und durch eine moderne Induktionsdecke aus V2A-Edelstahl mit 60 m2 Fläche und einer Abluftmenge von11.000 m3/h ersetzt.
Eine 200 m²-Induktionsdecke aus Edelstahl und pulverbeschichtetem Aluminium erhielt unlängst die Küche des Bundeswehr-Krankenhauses in Ulm.
Lowbudget Lösung
Ein weiterer Fall: In Frankfurt/Main betreibt die Caritas eine neue Versorgungsküche für Obdachlose. Aufgrund des knappen Budgets entschied sich die Verwaltung für die Abzugshaube des billigsten Anbieters. Die Beschwerden der Kochbrigade ließen nicht lange auf sich warten: Die Zugluft war nicht zumutbar und die Küche nicht behaglich zu temperieren.
Außerdem tropfte bei der niedrigen Drehzahlstufe Kondensat in die Suppe. Bereits nach dem ersten Winter wurde die Küchenhaube durch eine Induktions-Lüftungsdecke ersetzt. Die Firma RUF Gebäudetechnik aus Kleinheubach installierte die weiß beschichtete Decke, ausgelegt für eine Abluftmenge von 5.400 m3/h. Seither ist das Personal mit den Luftverhältnissen sehr zufrieden und riskiert keinen Schnupfen mehr.
Große Lüftungsdecke auch mit Induktionsystem
Eine 200 m²-Induktionsdecke aus Edelstahl und pulverbeschichtetem Aluminium erhielt unlängst die Küche des Bundeswehr-Krankenhauses in Ulm.
Ein gigantisches Projekt realisierte Reven bei Frankenberg Food in Würselen bei Aachen. Das Familienunternehmen produziert hochwertige Tiefkühlmenüs für internationale Fluggesellschaften (Inflight-Menüs) und andere Großverbraucher. Die Lüftungsdecke mit den Induktionsmodulen aus Chromnickelstahl misst rund 1.000 m² und ist für insgesamt 80.000 m³/h Luftleistung ausgelegt (Bild 15).
Um Energie zu sparen, wird die Luftmenge wrasenabhängig gefahren; Feuchte- und Wärmesensoren messen die Wrasendichte und steuern selbsttätig die Ventilatoren-Drehzahlen. Jede Kochzone hat eine eigene Sensorik für die Luftmengenregelung. Das spart Energie, verlängert die Standzeit der Fettabscheider und vermeidet Zugerscheinungen.
Die Frankenberg-Decke dürfte die größte Induktions-Lüftungsdecke sein, die bisher realisierte wurde und zählt zu den aufwendigsten Projekten in der Firmengeschichte von Reven. Für die Decke in Würselen verbaute das Unternehmen allein 12 Tonnen (!) Edelstahl.
Immer mehr Zuspruch bei Planern und Innenarchitekten findet indessen die Hybriddecke – eine Kombination von Abluft- und/oder Induktionshaube und Flachdecke. Ihre Vorteile: Die flache Konstruktion kommt auch für niedrige Räume bereits ab etwa 2.50 m Höhe infrage. Die Verdrängungsauslässe für die Zuluft sind integriert. Zugfrei und impulsarm rieselt die Zuluft in den Raum. Die Hybriddecken werden allein vom Stammhaus Reven projektiert.
Mischung aus Küchenlüftungsdecke und Küchenhaube
Das elegante Design der Hybriddecke wertet die Vista der Küche auf. Die Decke ist leicht zu reinigen; es gibt keine optisch störenden Revisionsöffnungen, weil die Decke an beliebiger Stelle leicht zu öffnen ist. Sie ist wasserabweisend, flammhemmend und entspricht den Hygiene-Richtlinien.Und: Sie wird aus einer Hand geliefert samt Montage und Verkabelung der LED-Leuchten. Das schafft Planungssicherheit und die immer wieder vorkommenden Schnittstellenprobleme mit anderen Gewerken sind vom Tisch.
In Frankfurt/Main erhielt das neue Restaurant im Untergeschoss des Messeturms eine Edelstahl-Hybriddecke mit 100 m2, ausgelegt für ein Abluftvolumen von15.000 m3/h.
Die Deckenlösung rechnet sich für Räume ab 50-60 m ²; darunter ist die Dunstabzugshaube oder die erwähnte Hybriddecke der Favorit. Die Induktionstechnik wird vermehrt auch in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie eingesetzt, um die Hygiene-Vorschriften in der Produktion einzuhalten. Digitale Schnittstellen erlauben die Integration in eine Gebäudeleittechnik. Die Reven-Induktionstechnik ist somit vorbereitet für die Küche bzw. Produktion 4.0.
Zusammenfassung als Erklärvideo
Anhänge:
Anhang 1 Begriffserläuterung: CFD-Strömungssimulation
CFD (Computanional Fluid Dynamics) ist ein bildgebendes Verfahren zur Simulation komplexer Luftströmungen. Es ergänzt die empirischen Versuche im Strömungslabor. Flugzeug- und Rennwagenkonstrukteure beispielsweise optimieren damit Tragflächen und Spoiler. Rentschler Reven nutzt die CFD-Methode zur realistischen Darstellung der Partikelbahnen bei der Fettabscheidung in Großküchen.
Denn nicht alle Partikelgrößen werden gleich gut abgeschieden; sie bewegen sich auf eigenen Bahnen und folgen nicht unbedingt der Luftströmung. So stellte sich heraus, dass sich beispielsweise 3-5 µm große Schadstoffaerosole aufgrund ihrer Massenträgheit auf anderen Bahn bewegen als nur 0,1 µm große Partikel. Sie lassen sich relativ leicht abfangen – im Gegensatz zu Partikeln in der Größe 3-5 µm, die einen Agglomerator erfordern, der die kleinen Partikeln zu größeren Tröpfchen vereinigt (agglomeriert).
Mit der CFD-Software läßt sich auf einem handelsüblichen PC die Geometrie von lufttechnischen Komponenten optimieren, beispielsweise von turbulenzverursachenden Bauteilen und Abrisskanten, ferner die Optimierung von Verdrängungs- und Induktionsauslässen.
Der Vorteil von CFD gegenüber experimentellen Verfahren im Labor: Die Messwerte werden nicht nur an bestimmten Stellen ermittelt, vielmehr werden sämtliche physikalische Größen auf einmal erfasst und dargestellt. CFD ist somit eine kostengünstige Alternative zu Rauchversuchen und endlosen Windkanal-Tests.
Anhang 2 Begriffserläuterung: X-Cyclone-Fettabscheider
Die patentierten X-Cyclone-Abscheider speichern nicht das Fett in einem Filtermedium sondern schleudern es durch wiederholte Luftumlenkung aus. Der Abluftstrom wird in den Cyclone-Abscheideelementen in schnelle Rotation versetzt. Durch die Fliehkräfte werden selbst mikrofeine Aerosole nahezu restlos entfernt. Sie fließen entlang den Edelstahllamellen in eine Sammelrinne ab. Der Abscheider reinigt sich praktisch von selbst.
Das stabilisiert den Abscheideprozess – im Gegensatz zum Luftfilter, dessen Wirkungsgrad mit zunehmender Sättigung abnimmt und durch den höheren Luftwiderstand die Ventilatorkosten in die Höhe treibt. Wird die Wartung vernachlässigt, kann das Filtermedium zuwachsen und es zu Ablösungen auf der Reinluftseite kommen. Somit können auch Viren übertragen werden, die an den Aerosolen und Staubpartikeln haften. Der regelmäßige Filterwechsel ist unverzichtbar. X-Cyclone-Abscheider haben dagegen eine Standzeit bis zu einem Jahr und werden mit dem Dampfstrahler gereinigt.
Anhang 3 Begriffserläuterung: Ganzheitlich planen mit BIM
Building Information Modeling, kurz BIM, ist eine ganzheitliche Arbeitsmethode für die Planung, Ausführung und Verwaltung eines Gebäudes. Alle am Bau Beteiligten sind dabei vernetzt und können sich jederzeit über den aktuellen Status des Objektes und über Änderungen informieren. Fachleute sprechen auch von Baustellenoptimierung. Planungsfehler und Kollisionen der Gewerke werden vermieden, Nacharbeiten minimiert.
In der TGA zählt Rentschler Reven zu den ersten Anbietern, die ihre Projekte mit der BIM-Methode planen und ausführen. Der Hersteller von Großküchenlüftungen entwirft die Anlage über CAD und bildet dann das Projekt als 3D-Modell ab. Der Betrachter kann die Küche virtuell betreten und aus allen Perspektiven betrachten.
Marktforscher von BauinfoConsult eruierten, dass 2019 rund 60% der Architekten BIM nutzen, während TGA-Firmen noch zögerlich sind. Das liegt u.a. daran, dass sich die Gewerke noch nicht auf einheitliche Standards einigen konnten. Die Firma Reven unterstützt den Trend, indem sie dem Architekten und Fachplaner technische Datensätze für ihre Produkte zur Verfügung stellt.