Bei der Lufttrocknung wird der Wassergehalt der Luft (absolute Feuchte) verringert. Dies ist auf verschiedene Arten möglich:

a) Kühlung der Luft mit Wasserausscheidung (Unterkühlungsmethode)

b) Absorption des Wassers durch Absorptionsstoffe (Absorptionsmethode)

c) Beimischen von trockenerer Luft!

 Bei den Varianten a und b ist der Energieverbrauch und der technische Aufwand sehr hoch.

Bei der solaren Trocknung favorisieren wir das Mischen der Luft, da dies die technisch einfachste Lösung mit dem geringsten Energieaufwand ist.

Grundlage unserer der Systematik ist das HX oder Mollierdiagramm.

Absolute Luftfeuchte

Die Ermittlung der absoluten Luftfeuchte in Gramm Wasser je Kubikmeter Luft, bildet die Basis für eine einfache und physikalisch korrekte Beurteilung der Trocknungsmöglichkeit und Trocknungsleistung.

Absolut trockene Luft kommt in der freien Atmosphäre nicht vor. Ein gewisser Anteil an Wasserdampf ist stets in ihr enthalten. Feuchte Luft ist also eine Mischung von trockener Luft und Wasserdampf.

Die dabei notwendigen Luft-Zustandsänderungen lassen sich mit Hilfe der Gasgesetze berechnen und mit Hilfe des hx-Diagramms können die einzelnen Zustandsgrößen eines Luftzustandes grafisch dargestellt und ermittelt werden.

Bei unserem System wird die erforderliche Energie durch solare Energie bereitgestellt. Die Temperaturerhöhung der Umgebungsluft bewirkt ein absinken der relativen Luftfeuchte (Bei gleichbleibender absoluter Luftfeuchte). Das Sättigungsdefizit wird größer und somit steigt die Wasserabgabe des Trocknungsgutes. Der Feuchtegehalt der Trocknungsgutes sinkt bis zum erreichen der Ausgleichsfeuchte.

Die nachfolgende Tabelle zeigt auf, bei welcher Temperatur und relativer Luftfeuchte welche absolute Luftfeuchte vorliegt:

 

 

Temperatur

50%

60%

70%

80%

relative Luftfeuchte

 

 

 

 

 

 

3,2

3,8

4,5

5,1

absolute

4,1

5

5,8

6,6

Luftfeuchte

12°

5,3

6,4

7,5

8,5

in

14°

6

7,3

8,5

9,7

Gramm

16°

6,8

8,2

9,6

10,9

Wasser

18°

7,7

9,2

10,8

12,3

je

20°

8,7

10,4

12,1

13,9

Kubik-

22°

9,7

11,7

13,6

15,6

meter

24°

10,9

13,1

15,3

17,4

Luft

 

 

Praktisches Anwendungsbeispiel der Tabelle:

Angenommenes Klima Aussen 12°C., 80 % relative Luftfeuchte = absolute Luftfeuchte 8,5 Gramm Wasser je m3 Luft.

Enthalpie

Unter der Enthalpie versteht man die Wärmemenge, die in der Luftmasse relativ zu einem bestimmten Luftzustand vorhanden ist. Die Enthalpie hängt wesentlich vom Feuchtegehalt ab.

Die Einheit der Enthalpie lautet [ kJ/kg trockene Luft]. Die Enthalpie ist auf 1 kg trockene Luft bezogen. Die Temperatur muss in °C in die Gleichung eingegeben werden.

Bei übersättigter Luft ist die Berechnung wesentlich komplizierter, da der überschüssige Wasseranteil und, im Eisnebelgebiet, die Schmelzenergie des Eises (mit anderem Vorzeichen) berücksichtigt werden müssen. Die weiterführenden Zusammenhänge sind in dem Fachbuch „Lufttechnische Prozesse“ vom Autor Prof. Friedrich Reinmuth sehr gut erläutert und dargestellt. Die detaillierten Zusammenhänge für übersättigte Luft werden an dieser Stelle nicht weiter behandelt.

Die Enthalpie wird in der Klimatechnik sehr oft benötigt, da für jede Änderung des Luftzustandes Energie benötigt wird, die dem System extern zugeführt werden muss. In Zusammenhang mit dem Massen- oder Volumenstrom der Prozessluft lässt sich über die Enthalpie der Luftzustandsänderung die notwendige Leistung berechnen

Der Bezugspunkt für die Berechnung der Enthalpie ist bei 0°C festgelegt. Des Weiteren wird gedanklich festgelegt, dass der Wasseranteil in flüssiger Form vorliegt. Die Enthalpie der nicht übersättigten Luft setzt sich daher aus drei Anteilen zusammen:

·              Der Wärmeenergie der Trockenluft, relativ zu 0°C

·              Der Wärmeenergie des Dampfanteiles, relativ zu 0°C

·              Der Wärmeenergie, die gedanklich nötig ist, den Feuchteanteil zu verdampfen. Diese Wärmemenge muss berücksichtigt werden, da sich die Enthalpie definitionsgemäß auf den Wasseranteil im flüssigen Aggregatzustand bezieht.

Die Enthalpie der ungesättigten Luft ist also die Summe der Enthalpie, um den enthaltenen Wasseranteil zu verdampfen, zuzüglich der Enthalpie, um das Wasser-Dampfgemisch auf die entsprechende Temperatur zu erwärmen. Für gesättigte Luft gilt die gleiche Berechnungsformel, wobei für den Feuchtegehalt xs eingesetzt wird:

h(1+X) = 1,006 . t + x . (2500 + 1,86 . t)

h(1+x)  Enthalpie des Gemisches aus 1 kg Luft und x kg Wasserdampf

h(1+X,s) = 1,006 . t + xs . (2500 + 1,86 . t)

h(1+x,s)  Enthalpie von 1 kg feuchtegesättigter Luft

Taupunkt

Wird ungesättigte Luft abgekühlt, so bleiben der Feuchtigkeitsgehalt und der Teildruck des Wasserdampfes zunächst konstant. Die relative Feuchte steigt jedoch an, da die kältere Luft weniger Feuchte aufnehmen kann. Sowie die Sättigungsgrenze bei 100% rF erreicht wird, kondensiert so viel Feuchtigkeit aus, bis der Dampfdruck wieder dem Sättigungsdruck entspricht. Die relative Feuchte bleibt bei 100% und der Feuchtegehalt der Atmosphäre verringert sich.

Der gedachte Temperaturpunkt, bei dem die Kondensation gerade noch nicht aufgetreten ist, wird als Taupunkt bezeichnet. Beim Taupunkt gilt:

·              Der Feuchtegehalt am Taupunkt ist unverändert, es ist noch kein Wasser auskondensiert. Der Wasserdampfteildruck ist unverändert und entspricht dem Sättigungsdruck.

·              Die relative Feuchte am Taupunkt liegt bei 100%. Die Luft ist mit Wasserdampf gesättigt.

Die rechnerische Bestimmung des Taupunktes ist kompliziert, da zur Berechnung der Sättigungsdruck (Naturkennlinie) benötigt wird. In der Praxis wird daher oft mit der Dampfdrucktabelle gearbeitet.

Verdunstung

Der Wasserentzug erfolgt durch Verdunstung. Verdunstung ist die bei Temperaturen unter dem Siedepunkt stattfindende Art der Verdampfung, die von der Oberfläche einer Flüssigkeit aus erfolgt. Die hierzu aufzubringende Energie wird der Umgebung entzogen. Die Intensität der Verdunstung hängt vom Sättigungsdefizit der Dampfphase sowie Druck, Temperatur und Wärmeaustausch mit der Umgebung ab. Bei benetzten festen Flächen auch von deren Form und Rauhigkeit.

Der Wasserdampfanteil spielt in der Lüftungs- und Klimatechnik eine sehr wichtige Rolle, obwohl die physikalisch größtmögliche Menge Wasserdampf in der Luft – bei den in Frage kommenden Luftzuständen – nur einige Gramm pro kg trockener Luft beträgt.

Herrscht in einer mit Schnittholz gefüllten Trockenkammer eine Temperatur von 20°C. und 80 % relative Luftfeuchte, so beträgt die absolute Luftfeuchte 13,9 Gramm Wasser je m3 Luft. Wird diese Luft nun abgesaugt und durch ebenfalls 20°C. warme Prozessluft (Solar um 8 °C. erwärmte Aussenluft) ersetzt, ergibt sich eine Feuchteabfuhr von 5,4 Gramm je m3 ausgetauschter Luft.

Aufsteigende Feuchte

Sogenannte aufsteigende Feuchte ist aus unserer 10jährigen Erfahrung mit Absolutfeuchte-Regelungen sehr oft eine Fehldiagnose, bzw. hat andere physikalische Ursache, wie

  • Defekte Dachentwässerung, oder defekte Grundleitungen. Hier dringt oft über jahre eine geringe Menge an Wasser in die Bodenplatte des Hauses. Im Haus sind dann and den Wänden Feuchteränder sichtbar.

  • Taupunktunterschreitung im Bereich des Mauerwerkssockels im Keller. Da hier das Erdreich angrenzt liegt hier auch der kälteste Bereich im Keller. Liegt die Temperatur unter dem Taupunkt, kondensiert hier das in der Raumluft enthaltene Wasser an der Wandoberfläche. Dadurch wird dem Mauerwerk wiederum Energie entzogen und das Mauerwerk wird wieder kälter. Den Effekt von feuchten Wänden kennt man auch aus anderen Bereichen. In Wohnungen mit feuchten Wänden sind die Heizkosten höher als normal. Denn man muss nebem dem Raum, das Mauerwerk (Ziegel, Putz, usw. erwärmen und zusätzlich das hier gebundene Wasser).

Herrscht in einer mit Schnittholz gefüllten Trockenkammer eine Temperatur von 20°C. und 80 % relative Luftfeuchte, so beträgt die absolute Luftfeuchte 13,9 Gramm Wasser je m3 Luft. Wird diese Luft nun abgesaugt und durch ebenfalls 20°C. warme Prozessluft (Solar um 8 °C. erwärmte Aussenluft) ersetzt, ergibt sich eine Feuchteabfuhr von 5,4 Gramm je m3 ausgetauschter Luft.

Ausgleichsfeuchte und Materialfeuchte am Beispiel Holztrocknung:

Je nach Verwendungszweck ist einen bestimmte Verarbeitungsfeuchte erforderlich. Nachfolgend wird die Abhängigkeit der relativen Luftfeuchte von der Temperatur als eigene Qualität dargestellt. Als Quantität für eine Regelung ist die absolute Luftfeuchte als direkt verwertbarer Wert für eine Regelung nutzbar.

Der Wert für die absolute Luftfeuchte bei 20°C und 60% relativer Luftfeuchte beträgt 10,4 Gramm Wasser je Kubikmeter Luft. Bei diesem Luftzustand gelagertes Holz nimmt 11 % Wasser auf.

Es ist reiner Zufall, daß absolute Luftfeuchte und Materialfeuchte zahlenmäßig in etwa korrelieren.

Bei Freilufttrocknung kann die Feuchte im Holz nur auf ca. 16 - 17 % gesenkt werden. Dies entspricht einer Luftfeuchte von 70 - 80 % bei 22 - 24 °C.

Erklärung direkte und diffuse Solarstrahlung:

Das Sonnenlicht auf der Erdoberfläche setzt sich aus einem direkten und einem diffusen Anteil zusammen. Die direkte Strahlung kommt aus der Richtung der Sonne und verursacht scharfe Schattenwürfe von Gegenständen. Die diffuse Strahlung hingegen besitzt keine vorgegebene Richtung. An klaren Tagen überwiegt der Anteil der direkten Strahlung an der Gesamt- oder Globalstrahlung. An stark bewölkten Tagen hingegen (vor allem im Winter) ist die Sonneneinstrahlung nahezu vollkommen diffus. In Deutschland liegt der Anteil der diffusen Sonneneinstrahlung bei ca. 60% und der Anteil der direkten Strahlung bei etwa 40%. Beide Strahlungsarten lassen sich für Solaranlagen nutzen.

Relative Luftfeuchtigkeit:

Die relative Luftfeuchtigkeit ist das prozentuale Verhältnis zwischen dem momentanen Dampfdruck des Wassers und dem Sättigungsdampfdruck desselben (bei einer bestimmten Lufttemperatur) über einer reinen und ebenen Wasseroberfläche.

Die relative Feuchtigkeit lässt unmittelbar erkennen, in welchem Grad die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist:

  • Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % enthält die Luft nur die Hälfte der Wasserdampfmenge, die bei der entsprechenden Temperatur maximal enthalten sein könnte.
  • Bei 100 % relativer Luftfeuchtigkeit ist die Luft vollständig mit Wasserdampf gesättigt.
  • Wird die Sättigung von 100 % überschritten, so kann sich die überschüssige Feuchtigkeit als Kondenswasser bzw. Nebel niederschlagen.
  • Ab einer relativen Luftfeuchte von ca. 80% ist Schimmelpilzwachstum begünstigt.

Anhand der relativen Feuchtigkeit lässt sich daher leicht abschätzen, wie rasch Verdunstungsvorgänge ablaufen werden oder wie groß die Wahrscheinlichkeit von Tauwasserbildung ist. Da die Verdunstung von Feuchtigkeit durch die Haut stark von der relativen Feuchtigkeit der Umgebungsluft bestimmt wird, stellt die relative Feuchtigkeit eine wichtige Kenngröße für das Behaglichkeitsempfinden dar.

Ein zweiter Grund für die Bedeutung der relativen Feuchtigkeit liegt darin, dass sie den Ausgleichswassergehalt hygroskopischer Materialien bestimmt. Hygroskopische Materialien, insbesondere poröse Materialien wie Holz, Ziegel, Gipsputz, Textilien usw., nehmen beim Kontakt mit Luft Feuchtigkeit auf und binden die Wassermoleküle durch Adsorption an ihren Porenwänden. Die Menge der gebundenen Moleküle wird bestimmt durch die absolute Luftfeuchtigkeit einerseits und die Temperatur. Die Kombination dieser beiden einander entgegengerichteten Einflussgrößen führt dazu, dass der sich einstellende Ausgleichswassergehalt im Wesentlichen von der relativen Feuchtigkeit der Luft bestimmt wird.

Das Problem einer Regelung allein über die relative Luftfeuchte (beispielsweise eines häufig verwendeten Hygrostates) ist das unterschiedlich temperierte Zuluft die Absolute Luftfeuchte stark verändert.

Beispiel: In einem Gebäudeherrscht Innen 20°C. bei 50% relativer Luftfeuchte die Zuluft hat eine Temperatur von 17°C. bei ebenfalls 50% relativer Luftfeuchte, dann ist die Absolute Luftfeuchte im Gebäude um 25 % höher, somit könnte mit Lüftung 25% Luftfeuchte entfernt werden. Stellen Sie sich vor das Gebäude ist an einem Fluss gelegen, wo fast immer über 70 % relative Luftfeuchte anliegt. Hier ist eine Regelung über die Absolute Luftfeuchte reine Glückssache!

Lösen Sie Feuchteprobleme professionell. Nutzen Sie unsere Erfahrung. Anruf unter 089 1241 48250 genügt, oder senden Sie uns Ihre Anfrage.

 

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