IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 19/2000, Seite 54 ff.


KLIMATECHNIK


Grundlagen der Raumluftentfeuchtung

Claus Ihle    Teil 1

Der nachfolgende Fachbeitrag befasst sich mit der Volumenstrombestimmung für raumlufttechnische Anlagen zur Entfeuchtung von Schwimmhallen und anderen Nassräumen. Im ersten Teil werden die unterschiedlichen Varianten dazu aufgezeigt.

Es gibt viele Räume, wie Wäschereien, Färbereien, Textilfabriken, Konservenfabriken, Reinigungsbetriebe, Großküchen, Schlachthöfe, Schwimmhallen, Duschräume usw., bei denen mehr oder weniger große Wasserdampfmengen anfallen:

a) Durch Verdunstung von kalten, warmen oder extrem von heißen Flüssigkeiten, wie z.B. bei offenen Behältern, Bottichen, Bädern, nassen Oberflächen (geometrische Kontaktflächen zwischen Luft und Wasser) oder bei Zerstäubungseinrichtungen, Duschen usw. (innige Berührung von Luft mit zahlreichen kleinen Flüssigkeitsteilchen).

b) Durch Austreten von Wasserdampf aus vorübergehend geöffneten Behältern, Apparaten, Geräten.

Sollen nun solche Räume entfeuchtet werden, so unterscheidet man grundsätzlich zwischen folgenden beiden Möglichkeiten:

1. Man mischt die Raumluft mit einer Luft, die eine geringere absolute Luftfeuchtigkeit hat; in der Regel mit Außenluft. Die hierfür erforderlichen Anlagen bezeichnet man vielfach als "Entnebelungsanlagen", d.h. Anlagen, bei denen der Förderstrom nach den im Raum entstehenden Feuchtequellen bestimmt wird.

Je nach Wasserdampfanfall und Jahreszeit kann der hierfür erforderliche Außenluftstrom sehr groß werden. Die Folgen sind: ein umfangreiches Luftverteilsystem und höhere Betriebskosten, da diese Luft - je nach Jahreszeit - mehr oder weniger aufwendig erwärmt werden muss.

2. Man kondensiert den Wasserdampf, indem man die feuchte Luft - wie in der Klimatechnik üblich - über einen Kühler mit einer sehr geringen Oberflächentemperatur führt. In der Regel ist es direkt der Verdampfer eines Kälteaggregats mit der Verdampfungstemperatur Jo Der Raumluftzustand wird hier demnach unabhängig vom Außenluftzustand erreicht. Die drei voneinander abhängigen Größen sind Wasserdampfanfall w, Volumenstrom und Kühleroberflächentemperatur JK.

Die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen hängt von zahlreichen Einflussgrößen ab, wie z.B. Anschaffungskosten, Energiepreise, Nutzungszeiten, Anlagengröße, Wasserdampfanfall, bauliche Gegebenheiten, Anforderungen an das Raumklima, Platzbedarf, Lüftungsforderung, u.a.

Unabhängig von der Anlage soll durch die Entfeuchtung vor allem das Raumklima verbessert und eine Nebel- oder Schwitzwasserbildung vermieden werden, denn eine solche kann zur Mauerwerkdurchfeuchtung, Schimmelbildung, Geruchsbildung, Rostbildung bei Maschinen, Fäulnis bei Holz und Textilien usw. führen.

Entfeuchtungsmöglichkeiten

Je nachdem, ob im Raum nur an einer bestimmten örtlichen Stelle oder ob im gesamten Raum eine Wasserdampfaufnahme erfolgt, unterscheidet man zwischen den verschiedenen Möglichkeiten, wie die feuchte Raumluft getrocknet bzw. abgeführt werden muss. Vereinzelt müssen in Fabrikationsbetrieben auch nur kleinere Raumgruppen innerhalb eines großen Raumes entfeuchtet werden, die dann z.B. durch Trennwände, Luftschleusen abgeteilt werden können.

Anschließend sollen einige Grundlagen für die Entfeuchtung von Nassräumen, insbesondere für Schwimmbadräume, zusammengefasst werden.

Örtliche Absaugung durch Hauben

Auf Absaughauben soll hier nicht eingegangen werden. Schließlich handelt es sich dabei nicht um eine Raumluftentfeuchtung, sondern mit der Haube soll verhindert werden, dass möglichst wenig Wasserdampf an die Raumluft übergeht. Gemeint sind hier nur lokale, meist kleinere Wasserflächen z.T. mit hohen Temperaturen, wie z.B. Reinigungsbäder, kleinere Heißwasserbecken, Dampfbehälter, Herde u.a. Vorteile der örtlichen Absaugung sind: sofortige Absaugung an der Entstehungsstelle, geringe Anschaffungs- und Betriebskosten, geringe Förderströme. Nachteilig ist eine evtl. Beeinträchtigung bestimmter Arbeitsvorgänge, die Ortsgebundenheit und eine evtl. Sichtbehinderung. Eine Alternative zu den Hauben ist die Anordnung von seitlich angebrachten Saugschlitzen.

Bild 1: Ablufthaube

Den erforderlichen Volumenstrom kann man näherungsweise aus folgenden Gleichungen ermitteln:

Entfeuchtung der Raumluft durch Zuführung von Außenluft

Insbesondere in der kälteren Jahreszeit und z.T. auch in der Übergangszeit wird durch die Zuführung von Außenluft ein starker Trocknungseffekt erzielt. Während man hierfür bei kleineren Objekten vielfach Einzelgeräte wählt (Bild 2), sind bei Räumen mit großen Zu- und Abluft-Volumenströmen umfangreichere Kanalführungen erforderlich. Möchte man auf diese konventionelle Entfeuchtungsart die Raumluft durch Mischung mit Außenluft entfeuchten (manchmal auch als "Entlüftungsentfeuchtung" bezeichnet), muss man sorgfältig die Wirtschaftlichkeit überprüfen. Die geringen Anschaffungskosten können nämlich bald durch höhere Betriebskosten aufgebraucht werden.

Bild 2 zeigt die Entfeuchtung eines Privat- oder Hotelschwimmbads mit einer Lüftungstruhe (Gebläsekonvektor). Die Fortluft wird z.B. durch einen Wand-Einbaulüfter - hier möglichst diagonal - abgeführt. Zur Erreichung einer besseren Luftführung wird man oft zwei kleinere Fortluftventilatoren einem einzigen größeren vorziehen; keinesfalls in unmittelbarer Nähe über Heizkörper angebracht. Die Heizlast wird durch Heizflächen gedeckt. Die Heizkörpermontage soll in Fensternähe oder an kalten "toten" Ecken erfolgen.

Bild 2: Entfeuchtung mittels Lüftungstruhe (Gebläsekonvektor).

Eine bessere Alternative sind Unterflur- oder Sockelkonvektoren längs der Fensterfront. Ein warmer Fußboden wird durch eine Fußbodenheizung erreicht.

Bild 3 zeigt die Entfeuchtung eines Schwimmbadraumes durch ein Kastengerät mit Zu- und Abluftkanalführung; hier wahlweise auch mit der Möglichkeit eines Mischluftbetriebs. Bei reinem Außenluftbetrieb ist Abluft AB = Fortluft FO und die Außenluft AU = Zuluft ZU, während die Mischluftklappe M geschlossen ist. Bei größeren Anlagen steht der Einsatz einer zusätzlichen Wärmerückgewinnung zur Diskussion.

Die Frage, ob Über- oder Unterdruck im Raum, hängt vor allem von den angrenzenden Räumen und von der Dichtheit der Fenster und Türen ab. Bei Überdruck strömt die feuchte Luft in kältere Nebenräume (Schwitzwasserbildung, Geruchsausbreitung), bei Unterdruck (übliche Ausführung) können bei größeren Fensterfugen, undichten Türen und kalten Nebenräumen leicht Zugerscheinungen auftreten. Falls beide Nachteile auftreten können, kann man zwar eine Gleichdruckanlage (zu und AB) anstreben, die jedoch, je nach Auswirkung der freien Lüftung, ebenfalls zu Störungen führen kann. Besser wäre dann, in einem Verbindungsraum zwischen Schwimmbad und Wohnteil, Hotelteil usw. einen Unterdruck zu erzeugen, indem dort ein Fortluftgerät angeordnet wird.

Bild 3: Kombiniertes Kastengerät.

Erforderlicher Außenluftvolumenstrom

Den erforderlichen Außenluftvolumenstrom errechnet man nach folgender Formel:

in m3/h

und den verdunsteten Wassermassenstrom nach:

in g/h

Bild 5 zeigt den jährlichen Verlauf von xa für die Städte Frankfurt (M), Karlsruhe und Kiel sowie die Mittelwerte. Die im Laufe nicht nur eines Jahres, sondern auch im Laufe eines Monats und manchmal sogar eines Tages unterschiedlichen Werte haben Konsequenzen für die Geräteauswahl und Betriebsweise (vgl. Folgerungen nach Schwimmbadbeispiel).

Die Zustandsänderungen der Luft durch Mischung, Erwärmung, Abkühlung usw. lassen sich sehr einfach im h,x-Diagramm darstellen. Hierzu einige Beispiele (siehe dazu Bild 6):

1. Bringt man die Linie der relativen Feuchte mit der Temperaturlinie zum Schnitt, kann man die zugehörige absolute Feuchte x ablesen.

Beispiel:
Luftzustand (1) (innen) i = 30C; i = 60% aus Diagramm xi = 16,1 g/kg

Raumluftzustand (2) (außen) a = + 0C; a = 80% aus Diagramm xa = 3 g/kg2.

2. Möchte man die beiden Volumenströme mischen (Mischkasten im Gerät),

Je höher xi - xa, desto stärker ist der Trocknungseffekt.

so verbindet man die beiden Zustandspunkte (1) und (2). Nach Bild 6 werden z.B. 60% Außenluft mit 40% Umluft gemischt (Mischpunkt M). Die absolute Feuchte dieser Mischluft beträgt etwa 8,2 g/kg, d.h., der Raumluft werden 16,1 - 8,2 g/kg = 7,9 g/kg Wasserdampf "entzogen"; multipliziert mit dem Massenstrom der Luft () ergibt die Entfeuchtung in g/h.

Bild 4: Mögliche Anordnung der Luftauslässe.

Tabelle 1: Sättigungsdampfmenge (bei 1013 mbar)

C

20

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

xs

g/kg

14,7

27,2

36,6

48,8

65,0

86,2

114

152

204

276

382

545

828

1400

3. Wird die Mischluft anschließend erwärmt (Pkt. 3), bleibt die absolute Feuchte konstant, die relative ist von 90% auf etwa 32% gesunken. Diese Luft wird eingeführt (Zuluft) und erreicht nach Aufnahme der 7,9 g/h wieder den Raumzustand (Abluft).

Je kälter die Mischluft, desto mehr Energie ist erforderlich, um die Luft auf JZU = 30C zu bringen.

4. Die höchstmögliche Wasserdampfmenge xs (= Sättigungsdampfmenge) kann auf der Sättigungslinie = 100% abgelesen werden; z.B. bei 20C ist xs = 14,7 g/kg, bei 28C sogar 24 g/kg. Bei höheren Temperaturen werden die Werte aus Tabellen entnommen (Tab. 1).

Bild 5: Jährlicher Verlauf von xa.

5. Auch der Taupunkt kann einfach abgelesen werden ( = 100%-Linie). So beträgt z.B. die Taupunkttemperatur der Raumluft 21,5C (Pkt. 4), d.h. im Raum darf keine Fläche kälter sein, wenn eine Schwitzwasserbildung verhindert werden soll, entscheidend ist allerdings noch die Luftbewegung.

Umgekehrt: Liegt als kälteste Umgebungstemperatur z.B. 17C vor (Pkt. 5), so darf bei Ji = 30C die relative Feuchte i nicht höher als bei etwa 46% liegen (Pkt. 6).

Bild 6: hx-Diagramm

Entfeuchtung durch Oberflächenkühler mit Direktverdampfer

Am Verdampfer eines Kälteaggregats wird die erforderliche Verdampfungswärme der feuchten Raumluft entzogen. Diese kühlt sich dabei ab. Bei entsprechender Kühleroberflächentemperatur wird der Taupunkt der Raumluft unterschritten und somit die Entfeuchtung ermöglicht. Das Kondensat fließt ab. Je nach Konzeption kann die Kondensationswärme beim Verflüssiger zurückgewonnen und wieder für Heizzwecke genutzt werden (z.B. zur Unterstützung der Raum-, Fußboden- oder Beckenbeheizung). Schließlich werden durch die freigewordene Verflüssigungswärme etwa 700Wh je 1 Kondensat zuzüglich die Kompressorwärme an das Kältemittel abgegeben.

Bild 7: Verschiedene Geräte zur Entfeuchtung von Schwimmbadräumen mit Direktverdampfung.

Bild 7 zeigt verschiedene Geräte zur Entfeuchtung von Schwimmbadräumen mit Direktverdampfung.

a) Wandgerät (fabrikatbezogen): bis etwa 20 - 25 m2Beckenoberfläche, Volumenstrom je nach Drehzahl 500 - bis 600 m3/h, Entfeuchtungsleistung ca. 2 l/h, Heizleistung (für Raum) ca. 2 kW; Kompressorleistung ca. 0,8 kW; günstiger Montageort im oberen Raumbereich.

b) Truhengerät (fabrikatbezogen): bis etwa 35 - 40 m2 Beckenoberfläche, Volumenstrom 400/800 m3/h (Außenluft 100/ 200 m3/h), Entfeuchtungsleistung ca. 3,5 l/h, Heizleistung 4,4 kW (für Raum 0,6 kW und Beckenwassererwärmung 3,8 kW), Motorleistung für Kompressor ca. 1,2 kW, Anschlussmöglichkeit für Außenluft, PWW - Heizregister als Zubehör. Zur überschläglichen Auswahl kleinerer Schwimmbadentfeuchtungsgeräte werden z.T. auch Auswahldiagramme zur Verfügung gestellt (Bild 8).

c) Zentralgerät mit Zu- und Abluftkanal, bei größeren Baugrößen mit rekuperativer Wärmerückgewinnung, je nach Baugröße 70 - 100 m2 Beckenoberfläche, Volumenstrom 1400 - 3000 m3/h (200 - 450 m3/h) als Außen- und Fortluftanteil, Entfeuchtungsleistung 7 - 10 l/h, Heizleistung ca. 9 - 12 kW, Motorleistung für Kompressor 3,5 - 5 kW.

Derartige Geräte werden im privaten Bereich, in Büros, Geschäftsräumen, kleineren Versammlungsräumen vorwiegend zur Raumkühlung eingesetzt. In gewerblichen Räumen und speziellen Produktionsräumen werden neben der Raumentfeuchtung spezielle Geräte auch zum Trocknen eingesetzt, z.B. zur Bauaustrocknung oder zur Trocknung von Waren (Lebensmittelindustrie, Holzindustrie, Bauindustrie, Getränkeindustrie u.a.).

Bild 8: Auswahldiagramm für Schwimmbadentfeuchtungsgeräte (fabrikatsbezogen).

Entfeuchtung durch Sorption

Bei dieser Entfeuchtungsart wird der in der Luft vorhandene Wasserdampf von speziellen hygroskopischen Stoffen (Absorbienten) aufgenommen. Dabei handelt es sich z.B. um rotierende Sorptionskörper mit einer sehr großen Oberfläche, die ähnlich arbeitet wie der bekannte regenerative Wärmerückgewinner. Ist jedoch die maximal mögliche Feuchtigkeitsaufnahme und somit der Trocknungseffekt beendet, müssen die Stoffe wieder - in der Regel durch erwärmte Außenluft - regeneriert werden.

Schon seit Jahren setzt sich die adiabatische Kühlung mittels Düsenkammer in Verbindung mit Sorption und Wärmerückgewinnung immer mehr durch. Der Entfeuchter besteht hier z.B. aus dünnen wabenförmig aufgebauten Keramik - Silicagel - Folien, die in einem rotierenden Rad untergebracht sind.

Bild 9: Schwimmbadentfeuchtungsgerät mit Kältemaschine und Wärmerückgewinnung, Misch- und Umluftgerät (Fa. GEA Happel). (1) Zuluftventilator, (2) Nacherwärmer, (3) luftgekühlter Kondensator, (4) Wärmerohr, (5) Beckenwasserkondensator, (6) Umluftklappe, (7) (8) Taschenfilter, (9) Abluftventilator, (10) Bypassklappe, (11) luftgekühlter Direktverdampfer, (12) Kompressor.


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