Unscheinbare Technologien des Luftschleiers mit realer Wirkung auf die Energieeinsparung

Einleitung: ​ 

In der Forschung zur Energieeffizienz von Gebäuden liegt der Schwerpunkt häufig auf festen Segmenten der Gebäudehülle wie Außenwänden, Fenstern und Dächern. In vielen Industriegebäuden und öffentlichen Einrichtungen dominieren jedoch dauerhaft geöffnete Türen oder Tore, durch die ein intensiver Luftaustausch stattfindet. Der sich wiederholende Prozess des Türöffnens führt zu schnellen Mischungen warmer und kalter Luftmassen und kann dadurch zu erheblichen Energieverlusten beitragen.  

Vor diesem Hintergrund erkennt der ANSI/ASHRAE/IES Standard 90.1-2022 den Luftschleier als Maßnahme zur Reduktion der Luftinfiltration bei geöffneten Türen an, um den Energiebedarf zu senken. Unter Berücksichtigung der entsprechenden Anforderungen kann ein Luftschleier als energieäquivalente Alternative zu einem Vorraum (Vestibül) eingesetzt werden. Dies verdeutlicht, dass die Steuerung des Luftaustauschs während des Türöffnungsprozesses ein praxisrelevantes Forschungsthema im Bereich der Gebäudeenergieeffizienz darstellt. 

Was ist ein Luftschleier? 

Luftschleier sind keine neuartige Technologie. Die beobachtbare Wirksamkeit kennen viele aus Eingangsbereichen von Einkaufszentren oder öffentlichen Gebäuden, in denen Türen geöffnet bleiben, ohne dass kalte oder warme Luft signifikant in den Innenraum eindringt.  

Aus einer ingenieurwissenschaftlichen Perspektive lassen sich Luftschleier jedoch nicht als simples „Abschirmen von Luft“ charakterisieren. Vielmehr ermöglichen sie eine gezielte Beeinflussung von Strömungswegen durch einen kontrollierten Luftstrom. Die Wirksamkeit hängt nicht allein von der Volumenstromrate ab, sondern wesentlich von der Strömungsrichtung, der Stabilität des Luftstrahls sowie der Interaktion mit der umgebenden Luft. 

Funktionsweise: 

Grundprinzip: Ein Luftschleier erzeugt einen kontrollierten, horizontal gerichteten Luftstrom, der die Türöffnung umströmt und eine Barriere- bzw. Pufferzone zwischen Innen- und Außenraum bildet. Mechanismus: Der Luftstrom schafft zwei benachbarte, inkompatible Strömungsfelder (innerer, leichter Warmluft- bzw. kühlerer Luftstrom versus umliegende Luft), die sich direkt vor der Tür mischen, aber durch Impulskontrolle und Strömungsrichtung eine Vermischung in geringerem Ausmaß ermöglichen. Hauptwirkung: Reduktion der Luftinfiltration (und damit des ungewollten Luftaustauschs) sowie Verringerung von Wärmeverlusten und Zugluft beim Türzyklus. 

Abbildung 1: a) Schematische Darstellung eines Luftschleiers [1] b) Positionierung des Luftschleiers [3]] 

Zu den Einflussfaktoren gehören die Luftgeschwindigkeit und das Strömungsprofil des Schleierstrahls, der Einbauort und die -höhe (Türrahmen, Nischen, Innen-/Außenseite) sowie der Abstand zwischen Schleieröffnung und Türblatt und die damit verbundene Türgeometrie. Hinzu kommen die Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenraum, der Türzyklus (Häufigkeit, Dauer, Öffnungswinkel) sowie Raum- und Außenströmungsbedingungen wie Ventilation und Winddruck. 

Als typischen Betriebsmodi zählen der Außenluftschleier, der vorwiegend zur Abkühlung bzw. Abwehr kühler Außenluft dient, der Innenluftschleier, bei dem der Luftstrom auf der Innenraumseite liegt und oft durch Düsen- oder Plattenanordnungen unterstützt wird, und Dual-/Hybrid-Schleier, die eine Kombination aus innen- und außenliegendem Strömungssystem darstellen. 

Messgrößen zur Bewertung sind die Luftwechselrate (ACH) bei geöffnetem Türzustand, das Temperaturprofil vor und hinter dem Schleier, die Druckdifferenz über die Tür sowie die gemessene bzw. erwartete Energieeinsparung im HVAC-System (z. B. Reduktion der Wärmeverluste). 

Simulationsergebnisse:  

Im Rahmen des Projekts EnOpWeMa wurde eine nostalgische Fabrikanlage (vgl. Abbildung 2) aus den 1970er-Jahren der Firma Hydraulik Schwerin als Untersuchungsobjekt ausgewählt, um die Wirksamkeit von Luftschleiern in realen Gebäudesituationen zu evaluieren. Die Anlage verfügt über drei große Lagertore, die während Be- und Entladeprozessen regelmäßig geöffnet sind. Bisher wurden keine zusätzlichen Maßnahmen zur Begrenzung des Luftaustauschs implementiert. Zur Untersuchung der räumlichen Verteilung der Raumlufttemperatur wurde ein numerisches Strömungssimulationsmodell in ANSYS CFX (CFD) entwickelt. In diesem exemplarischen industriellen Szenario wurden die Veränderungen der Temperaturverteilung der Raumluft durch Luftschleier mit und ohne den Einsatz von Luftschleierkomponenten analysiert. Optional können ergänzend Unterschiede in den Randbedingungen (offene Tore vs. teilweise geschlossene Tore) sowie deren Einfluss auf die Wärmeverteilung diskutiert werden. Zudem wurden geeignete Turbulenzmodelle (wie k-ε bzw. SST-k-ω) und geeignete Gitterauflösungen validiert, um die Ergebnisse zu stützen. Die Ergebnisse dienen der Einschätzung der Effektivität von Luftschleiern zur Reduktion von Luftaustausch- und Wärmeverlusten in heterogenen Industrieumgebungen. 

Abbildung 2: Luftaufnahme der Werkhalle mit anliegenden Gebäuden, Blickrichtung Norden [2] 

Der Einsatz eines Luftschleier-Gehäuses am Hallentor wird durch eine numerische Simulation untersucht. Hierzu wird das Luftschleier-Gehäuse im CAD-Modell über dem großen Tor an der nordwestlichen Wand positioniert und entsprechend geometrisch modelliert (vgl. Abbildung 3). Die Geometrie des Gehäuses, einschließlich Eintrittskahn, Düse, Absaugung und Randbedingungen wurde vereinfacht und als parametrisches Modell abgebildet, um typische Variationen (z. B. Streifenbreite, Austrittsdruck) systematisch zu erfassen. 

Abbildung 3: a) CAD-Modell Frontansicht auf das Tor mit Luftschleier; b) Seitenansicht auf das Tor mit Luftschleier [2] 

Zudem erfolgt eine Kopplung der Strömungssimulation mit Wärmeübertragungs- bzw. Kondensationsmodellen, um Nebenwirkungen wie Strömungsinstabilitäten, Temperaturunterschiede im Hallentrakt sowie potenzielle Luftleckagen zu bewerten. Die Berechnungen verwenden eine zeitabhängige Navier–Stokes-Lösung (RANS oder DES je nach Komplexität) mit geeigneten Turbulenzmodellen. 

Gegebene Randbedingungen umfassen: 

• Druck- bzw. Geschwindigkeitsprofile an den Ein- und Ausströmöffnungen, 
• thermische Randbedingungen der Innen- und Außenflächen, 
• Oberflächeneigenschaften der Gehäuseoberflächen, 
• gegebenenfalls feuchte- bzw. kondensationsrelevante Parameter. 

Ziel der Studie ist es, den Einfluss des Luftschleier-Gehäuses auf die Luftwechselrate, die Kontaminationsvermeidung (z. B. Verdrängung von Partikeln), den Energieverbrauch und die Behaglichkeit der Innenraumluft quantitativ zu bewerten. Erste Ergebnisse werden in Form von Ausschlusskriterien, Druckunterschieden, Strömungsunterschieden sowie Sensitivitätsanalysen gegenüber Gehäusegeometrie und Betriebsdruck untersucht. 

Das Luftschleier-System wird sowohl im Winter- als auch im Sommerszenario getestet, um den Luftaustausch zwischen Innen- und Außenraum mit warmer bzw. kalter Außenluft zu minimieren und damit verbundene Wärmeverluste sowie Sicherheits- und Komfortaspekte zu adressieren. Neben der Festlegung der Strömungsgeschwindigkeit des Luftschleiers auf 3,5 m/s in der Basissimulation werden zusätzlich Sensitivitätsstudien zu Geschwindigkeiten im Bereich von 2,5 bis 10,0 m/s durchgeführt, um die Robustheit der Ergebnisse gegenüber Parameteränderungen zu evaluieren (vgl. [2]). Hierbei werden unterschiedliche Randbedingungen berücksichtigt, z. B. offene Tore, teilweise geschlossene Tore und verschiedene Toreinfahrten, um die realen Betriebszustände abzubilden. Die Simulationen umfassen außerdem die Auswirkungen der Luftschleier-Anordnung (z. B. Zweikammer- versus Monosystem, Höhe des Gehäuses, Abdeckungen) auf die zeitliche Entwicklung der Raumlufttemperaturverteilung und Luftschichtbildung. Ergänzend werden relevante Kennwerte wie der Luftaustauschkoeffizient, Temperaturgradienten in der Halle, sowie potenzielle Bereiche mit Strömungsblasen oder Hotspots ermittelt. Zur Validierung der Modelle können experimentelle Messungen (Temperatur, Luftgeschwindigkeit) an ausgewählten Messstellen der Halle herangezogen oder verifiziert werden. Die Ergebnisse dienen der Abschätzung der Effektivität von Luftschleier-Lösungen zur Reduktion von Luftaustausch- und Wärmeverlusten in heterogenen Industrieumgebungen und können Hinweise für die Optimierung von Gehäuseabmessungen, Positionierung und Betriebsparametern liefern. Abbildung 4 zeigt die Position des Querschnitts durch die Halle, dessen Ergebnisse in den folgenden Abschnitten detailliert diskutiert werden. 

Abbildung 4: Position des betrachteten Querschnittes in der Halle, ohne Luftschleier 

Zunächst werden die Ergebnisse des Sommerszenarios erläutert. In Abbildung 5 sind die Temperaturverteilungen am Hallentor dargestellt, während Abbildung 6 die Strömungsgeschwindigkeiten zeigt. Ohne Luftschleier findet ein ungehinderter Luftaustausch statt. Aufgrund der hohen Außentemperaturen steigt die einströmende Außenluft in Richtung Hallendecke auf. 

Wird der Luftschleier aktiviert, bleibt die Außenluft außerhalb der Halle. Der Luftaustausch mit dem Innenraum wird signifikant reduziert. Bei einer simulativen Untersuchung mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 3,5 m/s erreicht der Luftschleier den Hallenboden nicht und strömt stattdessen durch das Tor nach außen. Um eine vollständige Abdeckwirkung bis zum Boden zu erreichen, wird die Strömungsgeschwindigkeit schrittweise angepasst: zunächst auf 7 m/s verdoppelt und anschließend auf 10,5 m/s verdreifacht, bis der Luftschleier schließlich bis zum Boden reicht und die Außenlufteinströmung optimal abdecken kann. 

Abbildung 5: Temperaturverteilung im Sommer, ohne und mit Luftschleier bei 10,5 m/s, Seitenansicht des Hallentors im Querschnitt 

Abbildung 6: Strömungsgeschwindigkeit im Sommer, ohne und mit Luftschleier bei 10,5 m/s, Seitenansicht des Hallentors im Querschnitt 

Für das Winterszenario zeigen sich ähnliche Ergebnisse (vgl. Abbildung 7 und 8). Bei inaktiven Luftschleier strömt kalte Außenluft bis auf Bodenniveau in die Halle. Durch den Luftschleier mit 10,5 m/s lässt sich dieser Kühlluftaustausch effektiv verhindern.  

Abbildung 7: Temperaturverteilung im Winter, ohne und mit Luftschleier bei 10,5 m/s, Seitenansicht des Hallentors im Querschnitt 

Abbildung 8: Strömungsgeschwindigkeiten im Winter, ohne und mit Luftschleier bei 10,5 m/s, Seitenansicht des Hallentors im Querschnitt 

Die Simulationen zeigen, dass der Einsatz eines Luftschleiers am Hallentor den unkontrollierten Luftaustausch zwischen Innen- und Außenbereich unterbindet und damit den Energieverlust verhindert. Damit der Luftschleier bis zum Boden reicht, muss eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit verwendet werden. 

Die Simulationen zeigen, dass der Einsatz eines Luftschleiers am Hallentor den unkontrollierten Luftaustausch zwischen Innen- und Außenbereich signifikant unterbindet und damit den Energieverlust reduziert. Um eine vollständige Abdeckung bis zum Boden zu gewährleisten, ist eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Luftschleiers erforderlich. 

Zusammenfassung und Schlussfolgerung: 

• Der Luftschleier wirkt als Barriere gegen den Massenaustausch von Luft zwischen Innenraum und Umgebung, wodurch sowohl Wärmeverluste als auch kalte Luftzufuhr reduziert werden. 

• Eine ausreichende Abdeckung bis zum Hallenboden erfordert höhere Strömungsgeschwindigkeiten; eine zu niedrige Geschwindigkeit führt zu einer Vernachlässigung der Bodenkontaktzone und damit zu ineffizienter Schutzwirkung. 

• Zukünftige Arbeiten sollten Sensitivitätsanalysen zu Gehäusegeometrie, Randbedingungen und Turburlenzmodellen umfassen, um robuste Betriebsbereiche zu definieren. 

• Zur Reproduzierbarkeit werden konkrete Parameter (Geometrie des Luftschleier-Gehäuses, Torrandbedingungen, verwendetes Turbulenzmodell, Messpunkte) sowie die Randbedingungen der Simulationsumgebung angegeben.

Headerbild: Erstellt mit Gemini 3, am 14.01.2026

Literatur:  

[1] SHOSHE, Md Arif Mahmud Shuklo; RAHMAN, Md Ashiqur. Improvement of heat and smoke confinement using aircurtains in informal shopping malls. Journal of Building Engineering, 2022,46. Jg., S. 103676. 

[2] Dudicz L, Energienachnutzungspotentiale in der Produktionsinfrastruktur, Diplomarbeit, Technische Universität Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, 2025 

[3] tekadoor: Industrie Torluftschleier tic. Zugriff am 14.01.2026, https://​tekadoor.de​/​download/​prospekte/​tekadoor-luftschleier-tic-produktbroschuere.pdf