IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 1/1996, Seite 72 ff.

LÜFTUNG

Luftbefeuchtungs-Systeme und -Techniken

Tips und Anregungen aus der Praxis und für die Praxis

Reinhard Steiner

Am Markt existieren die unterschiedlichsten Luftbefeuchtungssysteme. Dieser Artikel will eine Übersicht der gängigsten Techniken geben und deren bevorzugtes Einsatzgebiet beschreiben.

1. Allgemeines

Zum Thema Luftbefeuchtung bietet die Technik für die vielfältigsten Aufgabenstellungen heute die verschiedensten Möglichkeiten. Alle Systeme können aber immer wieder auf die drei historischen Grundarten zurückgeführt werden und zwar auf das

hierzu zählen mit Wasser besprühte Matten- oder Filtersysteme, Waben- bzw. Kontakt-Befeuchter usw.,

wie mechanische Scheibenzerstäuber, Zweistoff-Düsensysteme, Sprühdüsenbefeuchter, Umlaufbefeuchter (Wäscher), Ultraschall-Systeme usw.

als einzelne Eigendampferzeuger oder als Umwandler zur Verwendung von bauseits vorhandenem Dampf.

Bild 1: Kritische Zustandspunkte im h,x-Diagramm.

Die Frage nach dem richtig gewählten Luftbefeuchtungssystem - ob zum Zwecke der Raumluftbefeuchtung oder auch als Bestandteil einer RLT-Anlage - stellt sich jedem Ingenieur oder Techniker, ob als Planer oder auch Anwender schon bei der Vorplanung, der Budgeterstellung und der damit verbundenen Betriebskostenermittlung immer wieder von neuem. Sehr oft fehlt jedoch bei der Auswahl der jeweils richtigen Technik die persönliche Praxis. Deshalb sollte immer wieder, zur Vermeidung von Fehlplanungen und Fehlinvestitionen, der erfahrene Praktiker, der täglich mit der Luftbefeuchtungstechnik umgeht, zur Beratung hinzugezogen werden. Er wird eine passende und wirtschaftliche Lösung vorschlagen können.

2. Zustandspunkte im h,x-Diagramm

Daß bei der Luftbefeuchtung mit Hilfe der verschiedenen Gerätetechniken eine Aggregatzustandsänderung vollzogen wird, ist eine physikalische Tatsache. Mit Hilfe der Umwandlungsenergie wird Wasser (flüssig) in Wasserdampf (gasförmig) umgewandelt. Wasserdampf ist also ein Gas und damit auch ein Bestandteil in der atmosphärischen Luft. Deshalb gelten auch für Wasserdampf die gleichen Gasgesetze wie für alle übrigen Gase. Und diese Gesetze müssen beachtet werden und dürfen nicht, wie oft in der Praxis festgestellt werden muß, ignoriert bzw. übergangen werden!

Sehr leicht können alle Änderungen der Luftzustände im h,x-Diagramm nach Mollière dargestellt werden, das, da es schon mehrfach detailliert beschrieben wurde, hier keiner näheren Erläuterung mehr bedarf.

Die Aufnahmefähigkeit der Luft für Wasserdampf wird durch einen gegebenen Luftzustand bestimmt und kann aus der Differenz zwischen einem möglichen Sättigungszustand "xS" und dem vorhandenen Wasserdampfgehalt "x1" - bei entsprechend gleicher Temperatur - im h,x-Diagramm dargestellt werden. Eine geforderte Befeuchtungsleistung "Dx" ergibt sich dann aus dem eigentlichen Sollwert - als gefordertem Raumluftzustand oder dem geforderten Feuchtewert in der Zuluft "x2" eines RLT-Systemes - minus dem Luftzustand als Feuchtewert vor einem Luftbefeuchter "x1" in g/kg Luft multipliziert mit der Dichte und dem jeweiligen Luftmassenstrom.

Ist ein Luftbefeuchtungssystem in einem Klimasystem vorgesehen, ist vor allem der zur Verfügung stehende Raum nach dem Befeuchter - die Vermischungsstrecke - innerhalb der die Aggregatzustandsänderung und gleichzeitig auch der Übergang in die vorbeiströmende - umgebende - Luft vollzogen wird, von großer Bedeutung. Besonderer Beachtung bedarf deshalb der Punkt "x2" und vor allem dessen Abstand zu "xS" bei entsprechender Temperatur. Diese Position allein ergibt bereits einen ersten Überblick für einen "Sicherheitsabstand" zu einem möglichen Hindernis wie einer Verengung, einer Verteilung, einem Krümmer, einem Ventilator o.ä. nach dem jeweils installierten Luftbefeuchtungssystem in einem Kanal oder in einem Gerät einer RLT-Anlage.

Bild 2: Schematische Darstellung eines Scheiben-Zerstäubers.

Der Praktiker geht immer davon aus, daß die Sättigungslinie im h,x-Diagramm eine rein theoretische Linie darstellt, die sich besonders bei RLT-Anlagen durch kalte Anlagenteile, kalte Luft usw. in der Praxis gegen die Linie j = 0,9 entsprechend 90% r.F. (relative Feuchte) hin verschieben kann. Hinzu kommt, daß auch handelsübliche Hygrostate, die als Sicherheitshygrostate bzw. Maximalbegrenzer eingesetzt werden - ob proportional oder zweipunktschaltend -, eine Schaltdifferenz haben und deshalb nie bei j = 1 bzw. = 100% r.F. noch sicher reagieren können.

Je näher deshalb der Punkt "x2" (geforderte Feuchte) bei "xS" Sättigungswert = 1) liegt, um so länger muß deshalb im Kanal oder Klimagerät zwangsläufig die Vermischungsstrecke gewählt werden. Es muß leider immer wieder festgestellt werden, daß gerade dem Punkt "x2" in der Praxis kaum oder nur geringe Beachtung geschenkt wird. Sonst würde nicht immer in Ausschreibungen die vorhandene Vermischungsstrecke bei relativ hoher Befeuchtungsleistung mit "maximal ca. 1000 mm nach dem Befeuchter" angegeben werden. Der Autor ist der Meinung, daß es sich hier mancher Planer zu leicht macht, der die Verantwortung, so sieht es des öfteren aus, seiner Sekretärin überläßt, die einfach, weil sie es nicht besser weiß, aus vorhandenen Unterlagen abschreibt.

Besonders kritisch ist die Aussage im h,x-Diagramm bei der Planung und Ausführung von Hygienegeräten, bei denen hohe Befeuchtungsleistungen und niedrige Temperaturen gefordert werden. Hier ist vor allem der planende Ingenieur in seiner Verantwortung, denn er bestimmt die Grundvoraussetzungen, nach denen später RLT-Anlagen gebaut werden. Er kann sich auch nicht aus der Pflicht stehlen und die Verantwortung über die Vorbemerkungen einer Ausschreibung auf den ausführenden Auftragnehmer übertragen; denn er hat die ersten und grundsätzlichen Gespräche mit Bauherren und Architekten geführt. Nach seinen Angaben wird der Platzbedarf für eine Klimazentrale festgelegt. Der Anlagenbau kann später, gerade beim Einbau der Luftbefeuchter in die Klimageräte, die Leerkammern nicht mehr größer wählen, da meistens dann die Aufstellungsflächen bereits ausgereizt sind.

Es kommt hinzu, daß die DIN 1946, wie bereits angedeutet, vorschreibt, daß der "Luftbefeuchter vor der zweiten Filterstufe anzuordnen ist". Die Folge ist, daß dann vor der zweiten Filterstufe - meistens ein sogenannter "C"-Filter - der Befeuchter als vorletztes Bauteil in ein Gerät eingebaut wird. Diese DIN läßt zwar einen Feuchtewert am Ende der Befeuchtungsstrecke von 90% r.F. zu, die Filter vertragen aber meistens nicht mehr als 70 bis maximal 80% r.F. Hier fehlt einfach die Logik für die Luftbefeuchtung in diesem Regelwerk.

Die Frage, wo der Maximalhygrostat, ein für die Befeuchtung wichtiges Regelorgan, installiert werden soll, beantwortet die DIN 1946 leider auch nicht. Folglich wird in fast allen Anlagen der Maximalbegrenzer hinter der zweiten Filterstufe im Kanal installiert. Was soll er dann eigentlich da noch bewirken?

Bild 3: Schematische Darstellung eines Zweistoff-Düsen-Systems.

Es sollte in diesem Zusammenhang auch nicht vergessen werden, daß DIN-Normen im wahrsten Sinne des Wortes grundsätzlich Richtlinien und keine Gesetze sind, deren Einhaltung für den Planer ein unbedingtes "Muß" ist. Diese Richtlinien sind bestenfalls Planungshilfen. Es ist deshalb immer besser, einen Luftbefeuchter nach der zweiten Filterstufe vernünftig und technisch einwandfrei in dem nachfolgenden Zuluftkanal anzuordnen, als eine Zwangslösung zu suchen, die zwar der Norm entspricht, im Grunde aber von vornherein eine hygienisch fragliche Lösung darstellt und sich dann eventuell sogar noch negativ auf das gesamte RLT-System auswirkt.

Ein Beispiel aus der Praxis für eine Dampfluftbefeuchtung - für eine Verdunstungs- oder Zerstäubungs-Luftbefeuchtung ist der nachstehende Fall nicht denkbar: Für eine Hygieneanlage wird ein Raumluftzustand von 24°C und 55% r.F. gefordert. Infolge interner Lasten ist eine relativ hohe Kühlleistung erforderlich, die eine Zulufttemperatur von 16°C zur Folge hat (Bild 1); ob Außenluft oder vorbehandelte Luft aufbereitet bzw. nachbehandelt wird, ist hierbei vorerst nebensächlich. Wichtig ist wieder die Betrachtung des Punktes "x2". Wenn bei 16°C dieser Punkt nicht durch Änderung der Anforderung oder durch Änderung der Geräte- bzw. Zulufttemperatur - z.B. Anhebung der Temperatur auf 18°C -, geändert werden kann, ist das Dilemma vorauszusehen - ja, man kann fast sagen, es ist bereits geplant. Die Folgen sind:

Das dargestellte Beispiel ist leider alltäglich und gipfelt später immer wieder in Aussagen wie:

Der Luftbefeuchter ist mit das wichtigste Element eines Klimasystems, was die Anschaffungskosten angeht jedoch das kleinste Bauteil in dem Gesamtkonzept. Es kann aber bei Nichtbeachtung der Physik des Wasserdampfes - es wird ja sehr oft nahe an der Sättigungslinie befeuchtet - erheblichen Ärger und enorme Kosten verursachen, die nicht sein müssen!

Zu unserem Beispiel zurück:
Angenommen, die Temperatur könnte auf 18°C erhöht werden oder aber der Raumluftzustand wird, was nicht immer möglich ist, auf 45% r.F. bei gleicher Temperatur reduziert. Dann wären schon Verhältnisse geschaffen, bei denen bei einwandfreier Auslegung ein Luftbefeuchtungssystem störungsfrei arbeiten kann.

Bild 4: Wasserdampfnebel aus einem Ultraschall- Luftbefeuchter.

Woran kann sich nun der Ingenieur oder Techniker orientieren? Hilfen und Richtwerte werden nachstehend noch aufgezeigt. Vorher sollen jedoch die einzelnen Befeuchtungsarten- bzw. Befeuchtungssysteme behandelt werden.

3. Befeuchtungstechniken, adiabate*) Systeme

3.1 Verdunstungs-Luftbefeuchtung

Bei der Anwendung der Verdunstungs-Luftbefeuchtung in RLT-Anlagen gibt es eigentlich keine direkten Forderungen nach einer Befeuchtungs- oder Vermischungsstrecke. Die durch ein Filter- oder Wabenmaterial strömende Luft nimmt bei entsprechender Temperatur annähernd bis an die Sättigungslinie Wasserdampf auf. Sehr oft wird ein Tropfabscheider nachgeschaltet, der verhindert, daß Wassertropfen, die vom Kontaktmaterial mitgerissen werden, in das Anlagensystem gelangen. Folglich bestimmt auch die Umgebungslufttemperatur vor dem Luftbefeuchter indirekt dessen Leistung. Im h,x-Diagramm wird dieser Vorgang adiabat dargestellt. Die zur Aggregatzustandsänderung von Wasser in Gas erforderliche Energie wird als Umwandlungsenergie der Umgebungsluft entzogen. Deshalb muß die durch den Befeuchtungsvorgang gekühlte Luft entweder vorher entsprechend vorerwärmt oder über einen nachgeschalteten zusätzlichen Wärmetauscher auf den gewünschten Wert für die Zulufttemperatur gebracht werden.

Wichtig ist vor allem die Beachtung der vorhandenen Wasserqualität; denn Mineralien und Schwebstoffe aus dem Wasser lagern sich, obwohl das Material selbst als resistent beschrieben wird, an dem Kontaktmaterial an und bilden, wenn nicht ständig und regelmäßig gereinigt wird, Nährböden für Algen und Bakterien. Es gibt zwar heute schon Spül- und Abschlammechanismen, die aber eine intensive Pflege und Wartung nicht ausschließen.

Bei regelmäßiger Pflege eignet sich diese Technik vor allem zur Raumluftbefeuchtung mit Haushaltsgeräten, die durch ihren geringen Stromverbrauch auch im Dauerbetrieb mit relativ geringen Kosten betrieben werden können.

3.2 Zerstäubungs-Luftbefeuchtung

3.2.1 Sprühdüsen-Luftbefeuchter oder Wäscher

Häufig werden bei RLT-Anlagen Sprühdüsen-Luftbefeuchter zum Zweck der Luftbefeuchtung eingesetzt, eine Aufgabenstellung, für die diese Technik nur in zweiter Linie geschaffen ist. In erster Linie wurde sie geschaffen, um aus vorhandenen Luftmassenströmen Staubpartikel "auszuwaschen" - daher auch die Bezeichnung "Wäscher". Bedingt ist diese Technik sogar in der Lage, Gase aus vorhandenen Luftströmen aufzunehmen, zu binden und abzuleiten. Unter hohem Pumpendruck wird Wasser durch gegen den Luftstrom gerichtete Dralldüsen versprüht. Auch hier wird zur Aggregatzustandsänderung der strömenden Luft die Umwandlungsenergie entzogen. Um das Mitreißen größerer Wassertropfen in das System zu vermeiden, ist auch hier auf der Abströmseite ein Tropfabscheider nachgeschaltet. Eigentlich ist der Wäscher kein reiner Zerstäubungsbefeuchter, sondern in der Funktion als Luftbefeuchter gesehen eher ein Verdunstungs-Luftbefeuchter. Auch bei dieser Technik geschieht der Befeuchtungsvorgang adiabat gegen die Sättigungslinie und wird im h,x-Diagramm entsprechend dargestellt. Eine Vermischungsstrecke muß, bedingt durch den Tropfabscheider nicht besonders berücksichtigt werden.

Auch bei dieser Technik stehen, wie bei der Verdunstungstechnik, die Wasserqualität, die Hygiene und die Wartung im Vordergrund.

3.2.2 Mechanischer Zerstäubungs-Luftbefeuchter

Die wohl älteste, industriell in Serie hergestellte und in der Industrie eingesetzte Befeuchtungstechnik ist die Scheiben-Zerstäubungstechnik. Luftbefeuchter dieser Art werden hauptsächlich zur direkten Raumluftbefeuchtung eingesetzt.

Bild 5: Neuer Dampfzylinder mit Reinigungsmöglichkeit.

Bekannt ist auch der Einsatz dieser Technik aus früheren Jahren in Verbindung mit großflächigen Naßfiltern, die den Befeuchtern nachgeschaltet wurden, um die sonst erforderliche sehr lange Vermischungsstrecke zu verkürzen. Zwangsläufig ergab sich so eine Kombination aus Zerstäubungs- und Verdunstungsbefeuchtung.

Schematisch ist in Bild 2 die Funktion eines Zerstäubungs-Luftbefeuchters dargestellt. Wasser strömt über ein Zulaufventil (7) in ein Vorratsbecken (2), das mit moderner Steuerungstechnik ständig entleert und gespült wird. Mittels der Zentrifuge wird das Wasser "angesaugt" und auf den oder die Rotationsteller gebracht, wo der entstehende Wasserfilm durch die hohe Umfangsgeschwindigkeit gegen Ende des Tellers immer dünner wird, um an dessen Ende abzureißen und gegen den Zerstäuberkranz geschleudert zu werden (3). Größere Wassertropfen werden in das Wasserbecken wieder zurückgeleitet. Schwebefähige Wasserpartikel durchdringen den Kranz (4) - eine rein mechanische Erzeugung feinster Wasserteilchen (Aerosole) in einer Größenordnung von 5 bis 15mm (= 5 bis 15tausendstel Millimeter) - , diese werden von dem vorbeiströmenden Primär-Luftstrom erfaßt und an die Raum- oder Kanalluft gegeben. Hier geschieht dann unter Entzug der Umwandlungsenergie aus der umgebenden Atmosphäre die Aggregatzustandsänderung von flüssig nach gasförmig. Eine Technik, die heute noch vor allem in der Obst- und Gemüselagerung, in Käsereife- und Lagerräumen, in der Treibhaustechnik u.ä. eingesetzt wird.

3.2.3 Zweistoff-Düsentechnik

Unter Verwendung von Druckluft und Wasser werden nach dem Injektorprinzip mittels Präzisionsdüsen feinste Aerosole mit einer Partikelgröße von 2 bis 5 mm (=2 bis 5 tausendstel mm) erzeugt, die aufgrund ihrer Größe sehr schwebefähig sind und wiederum schnell unter Entzug der Umwandlungsenergie aus der Umgebungsluft die Aggregatzustandsänderung vollziehen können. Hierbei durchströmt die Druckluft die Düse und erzeugt ein Vakuum, in das das Wasser nachströmt. Das Vakuumventil regelt die nachströmende Wassermenge. Nach Abschalten der Druckluft über die Regelung - oder über Zeittakt das Umschaltventil - schiebt eine Gegendruckfeder eine Reinigungsnadel in den Düsenmund, gleichzeitig bricht die Wassersäule nach dem Gesetz der kommunizierenden Röhre in den Versorgungsleitungen zusammen, so daß kein Wasser nachtropfen kann. Schematisch ist der Aufbau eines Zweistoff-Düsen-Systemes zur direkten Raumluftbefeuchtung in Bild 3 dargestellt.

Der Vorteil dieser Technik liegt aus der Sicht der Luftbefeuchtung in der reinen Partikelgröße und in der garantiert tropfenfreien Luftbefeuchtung und aus hygienischer Sicht in der Tatsache, daß es sich um ein absolut geschlossenes System handelt, das direkt und ohne offene Vorratsbehälter direkt mit dem Trinkwassernetz verbunden ist. Deshalb wird diese Technik heute zur direkten Raumluftbefeuchtung mit Vorliebe in Industrien wie Holz- oder Druckindustrie, Obst- und Gemüselagerung zur direkten Produkt-Befeuchtung u.ä. eingesetzt. Zur Vermeidung von Staubablagerungen im Raum aus dem Versorgungswasser empfiehlt sich die Vorschaltung einer Wasseraufbereitung in Form einer Umkehr-Osmoseanlage. Für besonders kritische Anwendungsfälle kann auch noch eine UV-Bestrahlung nach der Wasseraufbereitung vorgesehen werden.

Bild 6: Schema eines Dampfluftbefeuchters mit Widerstandsheizung.
1 Einlaßventil
3 Dampfzylinder
5 Widerstandsheizelement
7 Dampfventilrohr

Der Einsatz bei einzelnen wenigen RLT-Anlagen unter Verwendung von vollentsalztem Wasser ist bekannt. Allerdings liegen dem Autor noch keine definitiven Aussagen über Vermischungsstrecken vor, so daß das Thema nur im Zusammenhang erwähnt werden kann.

3.2.4 Ultraschall-Technik

Ein in Ihrer Art und Technik relativ junge Luftbefeuchtungsart ist die nachstehend beschriebene Ultraschall-Befeuchtungstechnik, die bereits in Heft 10/1994 der IKZ-HAUSTECHNIK ausführlich beschrieben wurde. Totzdem sollen die wichtigsten Punkte der Vollständigkeit halber noch einmal angesprochen werden.

Sie wird vor allem in Verbindung mit RLT-Anlagen immer häufiger eingesetzt. Der Vorteil dieser Art der Luftbefeuchtung - es ist im Grunde genommen ebenso eine Zerstäubungs-Luftbefeuchtung wie die vorher beschriebenen Techniken - liegt in der Größe der erzeugten Aerosole von <1mm (< 1 tausendstel mm) und der damit verbundenen relativ kurzen Vermischungsstrecke. Trotzdem müssen für einen einwandfreien Betrieb dieser Geräte innerhalb eines RLT-Systemes einige wichtige Kriterien bekannt sein und beachtet werden. Grundsätzlich ist diese Art der Luftbefeuchtung genauso zu behandeln wie jede andere mit Wasser betriebene Befeuchtungstechnik. Die für die Aggregatzustandsänderung von flüssig nach gasförmig erforderliche Umwandlungsenergie wird deshalb auch hier der Umgebungsluft entzogen. Auch hier wird der Vorgang des Energieentzuges im h,x-Diagramm adiabat - also auf der h-Linie - dargestellt. Das bedeutet: Durch die Luftbefeuchtung kühlt die Umgebungsluft genauso wie bei den anderen adiabaten Systemen ab.

Der Wirkungsgrad der Ultraschall-Luftbefeuchtung hängt sehr stark von den nachstehend genannten Kriterien ab:

Die "Abkühlung" bzw. der Wärmeentzug aus der Umgebungsluft ist auch eine Erklärung dafür, daß der erzeugte Aerosol- bzw. Wassertröpfchennebel aus dem Luftbefeuchter stark gebündelt austritt (Bild 4) und immer die Neigung haben wird, nach unten zu fallen.

Dem Autor ist auch hier noch nicht bekannt, ob es sich bei den erzeugten Nebelteilchen um kleinste Tröpfchen oder reine Aerosole handelt. Für die Anwendung der Ultraschalltechnik zur Luftbefeuchtung ist diese Tatsache auch sekundär. Wichtig ist die Größe der Partikel und deren relativ leichter Übergang in Wasserdampf und die damit verbundene schnelle Vermischung mit der umgebenden Luft.

Bild 7: Druckdampf-Luftbefeuchter mit Stellantrieb als komplette Einheit.

Aufgrund langjähriger Erfahrung in Theorie und Praxis mit dieser Art der Luftbefeuchtung, können für die Ultraschall-Befeuchtungstechnik nachstehende Richtwerte für den Einbau in einen Kanal oder ein Gerät einer RLT-Anlage heute genannt werden:

4. Dampf-Luftbefeuchtung

4.1 Eigendampf-Erzeuger

Bei der Eigendampferzeugung wird in Dampf-Zylindern aus Kunststoff oder auch aus Edelstahl unter Verwendung von elektrischer Energie Dampf erzeugt. Am Markt existieren heute Techniken, die nach dem Elektroden-Prinzip oder nach dem Widerstands-Heizungsprinzip arbeiten. Beide Arten werden hier kurz beschrieben. Zunächst sei aber noch erwähnt, daß diese Luftzustandsänderung als "isotherm" (keine Temperaturänderung) bezeichnet wird.

4.1.1 Elektroden-Prinzip

Hier wird das im Zylinder befindliche Wasser mit Hilfe von eingetauchten Gitterelektroden erwärmt und verdampft. Eine Elektronik registriert ständig die Leitfähigkeit des Wassers, hält diese immer auf dem gleichen Wert und beeinflußt den Wasserzulauf sowie die Abschlämmung. Die Technik spricht hier von einer auto-adaptiven Wasserregelung, einer ständigen Selbstanpassung an die jeweilige vorhandene Wasserqualität. Neben dem bekannten Einweg-Dampfzylinder gibt es heute Dampfzylinder, die ohne jegliches Werkzeug geöffnet und gereinigt werden können (Bild 5). Eine Arbeit, die demnach auch ohne weiteres dem Nichtfachmann zugemutet werden kann.

Durch Änderung der Elektrodenabstände zueinander ist eine noch bessere Anpassung an unterschiedliche Wasserqualitäten möglich. Neu ist auch, daß die Zylinderöffnung nach oben verlegt wurde und nicht im Bereich des "heißen" Wasserspiegels, also nicht wie sonst üblich in der Zylindermitte angeordnet ist. Eine Technik, die früher schon bei kleinen Dampfluftbefeuchtern für Warmluftheizungen in einer Vielzahl von Anlagen mit Erfolg eingesetzt wurde.

4.1.2 Widerstands-Heizungsprinzip

Die Technik spricht auch von dem Tauchsiederprinzip, eine Bezeichnung, die eigentlich die hohe Leistung und den hohen technischen Standard etwas in ein falsches Licht rückt. Der Dampf wird in leicht reinigbaren Edelstahlzylindern erzeugt, die mit einer mehrfach verwendbaren Kunststoffolie zum Schutz des Edelstahles ausgekleidet ist. Diese Gerätetechnik arbeitet unabhängig von jeweils vorhandenen Wasserqualitäten und kann deshalb auch mit vollentsalztem Wasser gespeist werden. Neu ist das Abschlämmventil, das mit Keramikscheiben arbeitet und absolut dicht schließt; es können sich also keine Partikel in diesem Ventil mehr festsetzen. Einen weiteren Vorteil bietet die stufenlose Dampfabgabe von 0 bis 100%. Bild 6 zeigt die schematische Darstellung eines solchen Dampfluftbefeuchters mit Widerstandsheizung.

Bild 8: Vermischungsstrecken- Nomogramm für x1 = 1 g/kg.

Bei beiden Systemen wird der erzeugte Dampf über flexible Schlauchleitungen und entsprechend dimensionierte Dampfverteiler in das Zentralgerät oder den Kanal eines RLT-Systemes eingespeist. Wichtig ist, daß bei der Montage der Schlauchleitungen auf eine gute Unterstützung geachtet wird, damit diese nicht abknicken und die Regeldampfabgabe negativ beeinflussen.

Obwohl bei der Dampf-Luftbefeuchtung aufgrund der Möglichkeiten mit der Elektronik bzw. der Prozessortechnik auch mit Master-/Slave-Verbindungen Befeuchtungsleistungen mit bis zu 320 kg Dampf pro Stunde erreicht werden können, dürfte die wirtschaftliche Grenze in der Mehrzahl der Anwendungsfälle bei einer Befeuchtungsleistung von ca. 160 kg/h liegen. Einfach, weil bis zu dieser Leistung gegenüber dem nachstehend beschriebenen Druck-Dampfsystem die Anschaffungskosten geringer sind und die Betriebs- und Unterhaltskosten sich noch in vertretbarem Rahmen bewegen.

4.2 Druckdampf-System

Die Technik spricht auch von einer "Dampf-Umwandlung", da der zentral erzeugte Dampf über Regelventil, Kondensatabscheidung und entsprechender Dampfverteilung geregelt an ein RLT-System abgegeben wird; Raumluftbefeuchtung ist hier technisch nur mit hohem Aufwand möglich. Häufig wird für den zu erzeugenden Dampf vollentsalztes, also aggressives Wasser verwendet, dem bei der Qualitätsauswahl der Luftbefeuchter entsprechend Rechnung zu tragen ist.

Neu am Markt ist eine Regeleinheit, die ein speziell entwickeltes Keramik-Drehschieberventil verwendet, das absolut dicht schließt und zudem nur geringe Stellkräfte erfordert. Die bei metalldichtenden Hubventilen übliche und zugelassene Leckrate von 5% der Befeuchtungsleistung ist ausgeschlossen. Als Ventilantrieb können deshalb kleine Antriebe mit relativ geringen Stellkräften verwendet werden. Neu ist auch, daß eine Überwachungseinheit mit potentialfreien Kontakten zur Weiterleitung von Betriebsdaten wie etwa Ventilstellung, Dampftemperatur, Kondensattemperatur u.ä. an eine ZLT weitergeleitet werden kann. Bild 7 zeigt eine solche Dampfluftbefeuchtungseinheit mit einem waagerechten Dampfverteilsystem für Kanaleinbau.

Es soll zunächst die "Länge" der Vermischungsstrecke an Hand der Druckdampfbefeuchtungstechnik näher betrachtet werden, und zwar einmal am Beispiel einer stehend angeordneten (einem gesamten Querschnitt eines Klimagerätes oder eines Kanales angepaßten Verteilung) und dann später einer liegend über die Kanal- oder Gerätebreite angeordneten Verteilung dargestellt werden. Die letztere Betrachtung schließt dann auch die Dampfverteilung der Eigendampferzeugung mit ein.

Für die Bestimmung der Anzahl von Dampfverteilern in einem RLT-System und für die Länge der Vermischungsstrecke gibt es heute praktikable Nomogramme (Auswahldiagramme), die mehr oder weniger produktbezogen sind, andererseits aber den gleichen Ursprung haben. Diese Unterlagen stützen sich weitgehendst auf empirisch (auf Versuche) ermittelte Werte. So können beispielsweise Luftströmungsarten bzw. Turbulenzen, da sie nur sehr schwer oder kaum dargestellt werden können, nicht berücksichtigt sein. Diese Nomogramme, die für einen Feuchtegehalt vor den Befeuchtern von 1 und 4 g/kg zur Verfügung stehen - also der gebräuchlichsten Aufgabenstellungen in der Klimatechnik -, geben Auskunft über Mindestabstände nach dem oder den Dampfverteilern und zeigen die Möglichkeiten der Verkürzung der Vermischungsstrecke durch eine sinnvolle Dampfverteilung auf, wobei die spezifische Befeuchtungsleistung pro Meter Dampfverteilerrohr von 30 bis 40 kg/h, schon mit Rücksicht auf die Wirtschaftlichkeit der Dampfbefeuchtung, nicht überschritten werden sollte. Bild 8 zeigt das eigentliche "Befeuchtungsstrecken-Nomogramm" für den Eingangswert 1g/kg vor dem Befeuchter, mit dessen Hilfe die Werte für BN, BF und BS bei unterschiedlichen Temperaturen im Kanal oder im Gerät leicht abgelesen werden können.

Bild 9: Schnitt durch ein Dampf-Verteilerrohr.

Die angegebenen kurzen Vermischungsstrecken sind nur durch die besondere Konstruktion der Dampfregeleinheit und der Dampfverteiler mit den speziellen angeordneten Düsen möglich, durch die der Dampf mit einer Geschwindigkeit von ca. 170 m/s meistens quer zum Luftstrom abströmt. Der Dampf innerhalb des Verteilrohres steht zudem noch, systembedingt, unter einem Restüberdruck von etwa 0,15 bar. Beim Durchströmen durch die Düse und aufgrund der Entspannung gegen "0" an der umgebenden Atmosphäre erfährt dieser nochmals eine leichte Überhitzung bei gleicher Energie, die wiederum eine Nachverdampfung kleinster Kondensattröpfchen zur Folge hat. Hinzu kommt, daß diese Düsen ca. 2 cm in das Dampfverteilrohr hineinragen, der zur Luftbefeuchtung verwendete Dampf ausschließlich aus der Kernzone und nicht aus der inneren Randzone des Verteilrohres entnommen wird, wie in Bild 9 dargestellt. Damit ist auf jeden Fall eine absolut tröpfchen- und kondensatfreie Dampfübergabe an die Umgebungsluft gewährleistet. Diese Technik mit der Feinstverteilung erlaubt in den meisten Anwendungsfällen ein "BN" von < 1m.

Wie sieht es nun mit Dampfverteilern aus, die waagerecht in ein RLT-System installiert sind? Hierfür kann das Diagramm in Bild 8 unter Zuhilfenahme eines Korrekturfaktors angewendet werden. Diese Korrektur ist unbedingt erforderlich, weil aus einem oder mehreren waagerecht montierten Dampfabgabesystemen abströmender Dampf immer gebündelt austritt und kurzzeitig eine relativ kompakte Nebelfahne bildet, die erst durch die vorbeiströmende Luft aufgenommen werden muß. Hierbei ist es unwesentlich, ob der Dampf aus dem Verteilsystem mit einem gegebenen Luftstrom, gegen diesen, mit diesem oder senkrecht nach oben austritt. Gerade bei einer fast laminaren Luftströmung in einem Gerät kann sich die Nebelzone sehr weit in die Richtung zum nächsten Bauteil ziehen.

Auch bei der Dampfbefeuchtung sind, wie vorher schon gesagt, die Werte für Temperatur, die Feuchte vor dem Befeuchter und die Befeuchtungsleistung zu beachten. Der Zustand bzw. die Darstellung jedes Befeuchtungsvorganges im h,x-Diagramm ist auch hier genauso zu beachten. Turbulenzen fördern auf jeden Fall den Übergang in die umgebende Luft bzw. deren Aufnahme des abgegebenen Dampfes durch die Luft.

Zusammenfassung

Anhand der im einzelnen beschriebenen Luftbefeuchtungstechniken und der Beschreibung neuerer in Kürze erscheinenden Techniken wurde versucht, einen Überblick über derzeit am Markt am häufigsten eingesetzte Luftbefeuchter zu vermitteln. Bei der Vielzahl der unterschiedlichsten Möglichkeiten empfiehlt es sich, wie auch eingangs angedeutet, die Unterstützung eines fachkundigen Beraters zu nutzen.

B i l d e r : Barth & Stöcklein GmbH

L i t e r a t u r :

[1] Henne, E.: Luftbefeuchtung. Oldenbourg-Verlag, München; 4. Auflage 1995.

[2] Arbeitsunterlagen des Herstellers Axair/ Defensor.

[3] Berchtold, W.: Branchendokumentation "Das Aerosol". Herausgeber: Barth & Stöcklein.

[4] Herstellerunterlagen Esco-Schönmann: Technische Dokumentation Nr. D R 010

[5] Steiner, R.: Ultraschall-Technik als Befeuchtungstechnik. IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 10/1994

*) adiabatisch: ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung verlaufende Luftzustandsänderung, die Enthalpie h (der Wärmeinhalt) bleibt gleich.

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