Warum überhaupt die Luft befeuchten? Wie funktioniert die Umkehrosmose und wie rechne ich Härtegrade in Einheiten anderer Länder um? Hier gibt es viel Wissenswertes rund um die Luftbefeuchtung zu entdecken.
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Warum müssen manche Räume befeuchtet werden?
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- Weil Menschen bei Raumluftfeuchten unter 40% rF krank werden können. Haut und Schleimhäute können austrocknen, wenn sie nicht mehr ausreichend gegen eindringende Viren und Bakterien geschützt werden.
- Weil viele Materialien empfindlich auf sich ändernde Luftfeuchten reagieren (hygroskopische Stoffe). So brauchen zum Beispiel Papier, Stoffe oder Holz eine bestimmte, konstante Luftfeuchte, damit sie nicht austrocknen, reißen oder sich verformen.
- Weil Lebensmittel nur frisch und ansehnlich bleiben, wenn sie im Kühlraum oder Lager nicht austrocknen können.
- Weil viele Produktions-Prozesse nur mit der richtigen Luftfeuchte funktionieren. Brotteig kann nur richtig aufgehen, Käse kann nur richtig reifen, wenn die Luftfeuchte stimmt.
- Weil ab 50% rF störende elektrostatische Aufladungen deutlich vermindert werden. Das ist besonders in Computer-Räumen unverzichtbar.
- Weil Pflanzen sich nur in der richtigen Luftfeuchte wohlfühlen. In trockener Umgebung gedeihen sie schlechter: Blätter, Blüten und Früchte werden nur klein und halten sich nicht lange.
- Weil Tiere bei der richtigen Luftfeuchte besonders gut wachsen und gesund bleiben.
Allgemeine Grundbegriffe der Luftbefeuchtung.
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- Luft ist ein Gasgemisch aus 78,1% Stickstoff, 20,9% Sauerstoff, 0,9 %Argon, 0,03% Kohlendioxid und 0,01% Wasserstoff sowie kleine Mengen anderer Gase wie z. B. Helion, Neon, Krypton oder Xenon. Luft, die ausschließlich aus den oben genannten Bestandteilen besteht ist trockene Luft. Luft in Verbindung mit Wasserdampf ist feuchte Luft. In der Natur kommt ausschließlich feuchte Luft vor, egal, ob "trockene" Wüstenluft oder Londoner Nebel: Immer ist dies ein Gemisch von Luft und Wasserdampf, also feuchte Luft.
- Psychrometrie ist die Lehre von der feuchten Luft (Psychros (griechisch): Kalt, frisch). Sie ist ein Teilgebiet der Thermodynamik und behandelt die thermodynamischen Eigenschaften der Luft.
- Absolute Feuchte ist die Masse Wasserdampf x, die in 1 kg Trockenluft enthalten ist; das Ergebnis ist also immer (1+x) kg Luft-/Wasserdampfgemisch.
- Relative Luftfeuchte ist, vereinfacht ausgedrückt, die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit, ins Verhältnis gesetzt zu der Menge Feuchtigkeit, die die Luft bei gleicher Temperatur und 100-prozentiger Sättigung mit Wasserdampf enthalten könnte. Sie wird üblicherweise als Prozentzahl ausgedrückt.
- Die Dichte der Luft verändert sich mit ihrem Feuchtigkeitsgehalt.
- h,x-Diagramm (nach Mollier) für feuchte Luft ist ein psychrometrisches Diagramm, also ein Diagramm für Dampf-/Luftgemische, das Aufschluss gibt über die verschiedenen Luftzustände, abhängig von Lufttemperatur, Luftdichte, absoluter Feuchte und spezifischer Enthalpie.
- Befeuchtungsleistung ist die Menge an Wasserdampf oder Aerosolen, die ein Luftbefeuchter oder Luftbefeuchtungssystem üblicherweise innerhalb einer Zeitstunde produziert. Sie kann u. a. mit Hilfe des h,x-Diagrammes ermittelt werden.
- Adiabatische Befeuchtung entsteht bei der Luftbefeuchtung durch Zerstäubungsbefeuchter oder Zerstäubungssysteme. Diese Geräte produzieren Aerosole, die zum Verdunsten Energie benötigen. Diese Energie entziehen sie der umgebenden Raumluft in Form von Wärme. Daher hat die adiabatische Befeuchtung einen zusätzlichen Kühleffekt.
- Aerosole sind Gase, in dem feste (Rauch) oder flüssige (Nebel) Stoffe in Form von nebelartig verteilten Partikelchen schweben. In der Luftbefeuchtung versteht man unter Aerosolen feinste Wassertröpfchen mit einer Größe von ca. 1-20 µ. Sie werden von Zerstäubungsbefeuchtern erzeugt und in die Raumluft befördert. Befeuchtung mit Aerosolen ist immer adiabatisch.
Das Wichtigste über Dampf.
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- Sattdampf ist gesättigter Dampf, d. h. Dampf, der keine weitere Flüssigkeit mehr aufnehmen kann. Dieser Dampf ist mit Wasser noch in direkter Berührung.
- Überhitzter Dampf entsteht aus Sattdampf, der bei konstantem Druck weiter erhitzt wird. Überhitzter Dampf ist nicht mehr gesättigt.
- Ungesättigter Dampf entsteht durch Überhitzen von gesättigtem Dampf, oder wenn das Volumen des Sattdampfes bei konstanter Temperatur vergrößert wird.
- Kondensat entsteht, wenn Dampf abkühlt. Kondensat entsteht auch in der Natur, wenn der Taupunkt der Luft erreicht ist, d. h. die Luft bei einer gegebenen Temperatur kein weiteres Wasser mehr aufnehmen kann.
Das Wichtigste über Wasserqualität und Härtebildner.
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- Wasser sollte in unbehandeltem Zustand zur Luftbefeuchtung Trinkwasserqualität aufweisen. Bei z.B. Brunnenwasser sollte mit dem Hersteller des Befeuchtungssystems Rücksprache gehalten werden. Je nach Herkunftsart weist Wasser verschiedene Bestandteile auf, die so die Wasserhärte bestimmen und Einfluss auf das Betriebsverhalten von Luftbefeuchtern nehmen.
- Wasserhärte gibt Aufschluss über Menge und Art von enthaltenen Wasserbestandteilen, den Härtebildnern. In Deutschland wird die Wasserhärte in ° dH angegeben und umfasst die Summe aller Härtebildner, die als gelöste Ionen vorliegen. Der Ionengehalt wird in mg/l angegeben. Das bedeuten die deutschen Härtegrade: 0 - 4 = sehr weich, 4 - 8 = weich, 8 - 12 = mittelhart, 12 - 18 = ziemlich hart, 18 - 30 = hart, über 30 = sehr hart.
- Härtebildner sind im Wasser gelöste Mineralsalze. Man unterscheidet die Karbonate (Kalziumbikarbonat, Magnesiumkarbonat, Magnesiumbikarbonat) und die Nicht-Karbonate (Kalziumsulfat, Magnesium-Sulfat, Kalziumchlorid, Magnesiumchlorid, Kalzium-Nitrat, Magnesiumnitrat). Wird Wasser verdampft, bleiben die Härtebildner zurück. Die Gesamthärte des Wassers ist die Summe aus der Karbonathärte und der permanenten Härte (Gesamthärte = Karbonathärte + Permanenthärte).
- Karbonathärte sind die im Wasser gelösten Kalzium- und Magnesiumsalze. Sie werden auch temporäre Härte oder vorübergehende Härte genannt, da sie beim Erhitzen des Wassers als Kalk ausfallen.
- Permanente Härte oder Nicht-Karbonathärte sind die im Wasser gelösten Sulfate, Chloride und Nitrate von Kalzium und Magnesium. Sie bilden die bleibende Härte des Wassers, weil sie erst beim völligen Verdampfen des Wassers ausfallen. Bei Elektrodenbefeuchtern kann dies zu einer Aufkonzentration des Zylinderwassers führen.
- Umrechnung in fremde Härtegrade: Andere europäische Länder verwenden nicht den deutschen Härtegrad. In der Schweiz oder in Frankreich ist die französische Härte üblich, in Amerika die amerikanische Härte, in Russland die russische Härte usw. Hier einige Umrechnungen: 1° dH = 1,252° engl. Härte, 1,785° franz. Härte, 1,043° amer. Härte, 7,149° russ. Härte, 17,850 ppm (parts per million), 17,850 mg CaCO3/l.
Das Wichtigste zur Wasseraufbereitung.
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- Wasserenthärtung ist in der Regel der Austausch von Kalzium- und Magnesiumionen durch Natriumionen. Das Wasser wird dadurch weicher und es fallen weniger Härtebildner (Kalk) aus.
- Wasservollentsalzung entzieht dem Wasser sämtliche Mineralsalze. Man unterscheidet grundsätzlich zwei Systeme: Ionentauscher und Umkehrosmose. Der Ionenaustausch ist eine Methode zur Vollentsalzung von Speisewasser. Spezielle Harze tauschen alle im Rohwasser enthaltenen Kationen gegen Wasserstoffionen (H) und alle zugehörigen Anionen gegen Hydroxylionen. Die Hydroxylgruppen und die Wasserstoffionen verbinden sich zu H2O (Wasser). Je nach Leistungsbedarf arbeiten Ionentauscher mit einem 2-Säulen-System, bei dem die Austauscherharze getrennt (je in einer Säule) eingelagert sind. Für kleine und mittlere Leistungen verwendet man ein Mischbett, in dem beide Harze vermischt in einem Behälter (Patrone) untergebracht sind.
- Umkehrosmose: Bei der Umkehrosmose werden nach einer vorhergehenden Wasserenthärtung dem Wasser mit Hilfe einer halbdurchlässigen Membran unter Druck sämtliche Mineralsalze entzogen. Vollentsalztes Wasser hat keine eigene Leitfähigkeit mehr, ist daher also nicht für Elektroden-Dampfluftbefeuchter geeignet und enthält keine Härtebildner. Es ist daher optimal geeignet als Speisewasser für Heizkörper-Dampfluftbefeuchter, die bei Betrieb mit vollentsalztem Wasser so gut wie keinen Wartungsaufwand mehr benötigen, da keine Härtebildner mehr ausfallen. Vollentsalztes Wasser kann jedoch sehr gut mit Trinkwasser zu einem weniger leitfähigen Speisewasser für Elektroden-Dampfluftbefeuchter verschnitten werden, so dass sich die Zylinderstandzeiten deutlich verlängern.
Methoden der Luftbefeuchtung.
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- Zerstäubung (Sprühdüsen und Scheibenzerstäubung) Hierbei wird das Befeuchtungswasser in feinste Tröpfchen zerstäubt, die sogenannten Aerosole. Die benötigte Energie, um in den gasförmigen Zustand übergehen zu können, entziehen sie der umgebenden Luft in Form von Wärme. Die Zerstäubung hat dadurch einen abkühlenden (adiabatischen) Effekt auf die Raumtemperatur. Der Bedarf an elektrischer Energie ist bei dieser Befeuchtungsart besonders niedrig.
- Sprühdüsenzerstäubung Sprühdüsen-Systeme arbeiten entweder nur mit Wasser oder mit Wasser und Druckluft. Bei Einstoffdüsen wird das vollentsalzte Befeuchtungswasser mit einem Druck von 50-60 bar in spezielle Hochdruckdüsen gepresst und dort in Aerosole zerstäubt. Zweistoffdüsen arbeiten mit Druckluft und Wasser, wodurch eine zusätzliche Erhöhung des Wasserdrucks entfällt.
- Scheibenzerstäubung Hierbei wird Frischwasser auf eine rotierende Scheibe gebracht, auf der es durch Zentrifugalkraft zu einem dünnen Film gezogen wird. Am Scheibenaußenrand wird das Wasser auf spezielle Prallzähne geschleudert, dadurch in Aerosole zerstäubt und in den Raum befördert.
- Dampfluftbefeuchtung Hierbei wird Wasser erhitzt und mit dem entstehenden reinen Wasserdampf die Luft befeuchtet.
- Elektroden-Dampfluftbefeuchter sind geeignet für den Betrieb mit leitfähigem Wasser ( z.B. Leitungswasser). In einem speziellen Dampfzylinder sind Elektroden angeordnet. Wird Wasser eingelassen, schließt sich der Stromkreis zwischen den Elektroden und das Wasser wird erhitzt: Es entsteht reiner, geruchloser Wasserdampf.
- Heizkörper-Dampfluftbefeuchter arbeiten nach dem Tauchsieder-Prinzip. Heizstäbe im Dampfzylinder erhitzen das Wasser. Daher ist diese Art der Befeuchtung für alle Wasserqualitäten geeignet, wobei vollentsalztes Speisewasser den Wartungsaufwand minimal hält.
- Druckdampfbefeuchter Hierbei wird der Befeuchter an bestehende Dampfnetze individuell angeschlossen. Der entstehende trockene Dampf ermöglicht kürzeste Befeuchtungsstrecken.
