Autor: Technische Abteilung Mycond
Die Kontrolle der Luftfeuchtigkeit in Innenräumen ist nicht nur eine Frage des Komforts, sondern eine kritische technologische Notwendigkeit für viele Branchen. Die Effizienz von Luftentfeuchtern hängt direkt von den eingesetzten Automatisierungssystemen zur Steuerung ab. Das Verständnis der Funktionsprinzipien von Feuchtesensoren, der Reglertypen und der Strategien zur Leistungsmodulation hilft, den Betrieb der Entfeuchtungstechnik zu optimieren und die Betriebskosten zu senken.
Warum die Feuchteregelung ein dynamischer Prozess ist
Die Luftfeuchte ist eine äußerst dynamische Größe. Die Feuchtelast eines Raumes verändert sich fortlaufend im Tages- und Jahresverlauf. Das Öffnen einer Tür in einem Kühllager kann innerhalb weniger Minuten mehr Feuchte einbringen, als ein Entfeuchter in einer Stunde entfernen kann. Daher muss das Regelsystem schnell auf Änderungen reagieren.
Moderne Feuchteregelgeräte erfüllen vier Hauptfunktionen:
- Messung der relativen Luftfeuchte oder des Feuchtegehalts von Materialien
- Anzeige des Messwertes
- Aufzeichnung der Messwerte auf einem Diagramm oder im Speicher
- Steuerung der Entfeuchtungsanlage
Wichtig ist: Jede zusätzliche Funktion erhöht nicht nur die Gerätepreise, sondern auch das Potenzial für Messfehler. Für ein einfaches Lager, in dem lediglich eine Luftfeuchte unter 60% aufrechtzuerhalten ist, reicht ein einfacher Hygrostat ohne Anzeige- und Datenaufzeichnungsfunktionen für bis zu 100 Euro völlig aus.
Arten von Sensoren für relative Luftfeuchtigkeit
Mechanische Hygrometer nutzen die Längenänderung eines menschlichen Haars oder einer Polymerfolie beim Aufnehmen von Feuchtigkeit. Dieses Prinzip ist seit langem bekannt – bereits Leonardo da Vinci beobachtete, dass eine Wollkugel an feuchten Tagen mehr wiegt. Solche Geräte sind einfach und zuverlässig, besitzen jedoch eine begrenzte Genauigkeit.
Elektronische kapazitive Sensoren messen die Änderung der elektrischen Kapazität eines Polymers bei Feuchteaufnahme. Sie sind bei geringer Feuchte (unter 15% RH) sensitiver und werden in den meisten modernen Hygrostaten eingesetzt.
Resistive Sensoren messen die Widerstandsänderung eines Polymers mit quartären Ammoniumsalzen bei wechselnder Feuchte. Sie sind bei hoher Feuchte (über 90% RH) genauer, da sie die volumetrische und nicht nur die oberflächliche Feuchteaufnahme erfassen.
Psychrometer verwenden ein Paar Thermometer – ein Trocken- und ein Feuchtthermometer. Die Differenz der Anzeigen ist proportional zur Verdunstungsgeschwindigkeit des Wassers am feuchten Thermometer und damit zur Luftfeuchtigkeit.
Die typische Genauigkeit industrieller Hygrostate beträgt ±2% RH, jedoch ist eine kritische Einschränkung zu beachten: Wenn ein Gerät bei 24°C und 65% RH kalibriert wurde, ist es unter anderen Bedingungen, etwa bei 21°C und 10% RH, nicht mehr genau – wegen des erheblich abweichenden Feuchtegehalts.
Sensoren für absolute Feuchte
Kondensationshygrometer arbeiten nach dem Prinzip, eine Spiegeloberfläche so weit abzukühlen, bis Tau entsteht. Die Oberflächentemperatur im Moment der Kondensation entspricht dem Taupunkt der Luft. Dieses Verfahren wird seit 1751 genutzt, als der französische Naturforscher Charles Le Roy Eis in einen polierten Stahlbehälter gab, um die Feuchte zu bestimmen. Moderne optische Kondensationshygrometer besitzen eine typische Genauigkeit von ±1,5°C Taupunkt und gelten als die genauesten Geräte zur Feuchtemessung.
Sensoren aus Aluminiumoxid weisen eine typische Genauigkeit von ±3°C Taupunkt auf und sind für sehr geringe Feuchten optimiert. Sie werden eingesetzt, um Taupunkte von -40°C bei hohen Lufttemperaturen (über 150°C) am Auslass von Adsorptionstrocknern zu messen. Wichtiger Hinweis: Aluminiumoxid bindet Wasser fest; beim Übergang von feuchter zu trockener Luft kann die Sensorantwort daher Stunden dauern.
Lithiumchlorid-Sensoren arbeiten nach dem Prinzip, eine Salzschicht bis zur Austrocknung zu erwärmen. Bei 11% relativer Feuchte geht Lithiumchlorid von der flüssigen Lösung in die trockene Form über; die Temperatur des Salzes in diesem Moment ist proportional zur absoluten Luftfeuchte.
Genauigkeit und Wiederholbarkeit von Sensoren
Im Bereich der Feuchteregelung sind zwei Schlüsselbegriffe zu unterscheiden: Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Genauigkeit ist die Fähigkeit, den wahren Feuchtewert anzuzeigen, Wiederholbarkeit die Fähigkeit, bei Rückkehr zur früheren Feuchte denselben Messwert erneut zu erreichen.
Ein Grundsatz, den man sich merken sollte: Ein wiederholbares Gerät lässt sich kalibrieren und damit genau machen; ein nicht wiederholbares Gerät wird ungeachtet der Kalibrierung niemals genau sein. Deshalb geben Hersteller hochwertiger Geräte in den Spezifikationen stets die Wiederholbarkeit an, während Hersteller billiger Sensoren sich oft auf allgemeine Angaben zur Genauigkeit beschränken.
Auswahl des Reglertyps
Eine einfache Zweipunktregelung (On-Off) ist ausreichend, wenn keine enge Feuchtebandbreite gefordert ist. Bei einer Laderampe in einem Kühlhaus etwa, deren Hauptaufgabe die Vermeidung von Bodenvereisung ist, lohnt kein präziser Regelkreis mit ±1% RH. Der typische Schwankungsbereich für Kondensationsentfeuchter mit On-Off-Regelung beträgt ±10% RH.
Modulierende Regelung ist in Branchen mit engen Toleranzen erforderlich: Pharmaindustrie, Halbleiterfertigung, Trocknung von Süßwaren. Adsorptionstrockner mit Modulation erreichen eine Genauigkeit von ±5% RH und besser.
Betrachten wir drei Reglertypen am Beispiel einer Laderampe bei 4°C:
- Ein Regler für relative Luftfeuchte (Hygrostat), auf 80% RH eingestellt, schaltet den Entfeuchter ein, wenn der Feuchtegehalt bei 4°C 4 g/kg überschreitet. Dies ist die günstigste Variante mit ±2% RH Genauigkeit, deren Wirksamkeit jedoch sinkt, wenn die Temperatur vom Auslegungswert abweicht.
- Ein Kondensationsregler, auf dem Boden oder dem Förderband montiert, wäre ideal, da der Entfeuchter nur bei tatsächlicher Kondensation arbeiten würde. Solche Sensoren sind jedoch für Böden, auf denen Gabelstapler fahren, zu fragil.
- Ein Taupunktregler, auf 1°C eingestellt, ist genauer als ein Hygrostat und unabhängig von der Lufttemperatur. Er kann an der Wand statt am Boden montiert werden.
Strategien zur Leistungsmodulation von Entfeuchtern
Die Bypass-Regelung bei Adsorptionstrocknern basiert darauf, einen Teilstrom am Adsorptionsrotor vorbeizuführen. Sinkt die Feuchtelast, strömt ein Teil der Luft durch den Bypass am Rotor vorbei und wird anschließend dem getrockneten Strom beigemischt, wodurch die Zuluftfeuchte erhöht wird. Es ist entscheidend, den aerodynamischen Widerstand von Bypass und Rotor mit einer festen Drosselklappe auszugleichen – andernfalls wird die Modulation nichtlinear und instabil.
Die Modulation der Regenerationsenergie (reactivation energy control) ist die effizienteste und kostengünstigste Methode zur Energieeinsparung. Ein Temperaturregler am Auslass der Regenerationszone reduziert die Heizleistung, wenn die Temperatur 49°C überschreitet (für Lithiumchlorid-Desiccants). Das physikalische Prinzip: Wenn Luft in der Regenerationszone Feuchte aus dem Rotor aufnimmt, sinkt ihre Temperatur. Bleibt die Temperatur hoch, ist wenig Feuchte vorhanden und Energie kann eingespart werden. Mit dieser Regelung lassen sich 25–50% der jährlichen Energiekosten einsparen.
Zwei Modulationsstufen lassen sich unterscheiden:
- „Lastfolgeregelung der Regeneration“ (part-load control) – Reduzierung der Heizleistung bei sinkender Feuchtelast. Dies bietet das beste Verhältnis von Kosten zu Einsparung.
- „Rekonfiguration der Anlage“ – Einsatz von Mikroprozessoren und Frequenzumrichtern für Ventilatoren und Kompressoren. Die Kosten sind hoch und nur bei großen Industrieanlagen gerechtfertigt.
Sensorplatzierung als kritischer Erfolgsfaktor
Die korrekte Platzierung von Feuchtesensoren ist oft wichtiger als deren Genauigkeit. Ein Praxisbeispiel: Ein Korrosionsschutzsystem für Stahl funktionierte nicht, obwohl der Entfeuchter einwandfrei lief. Ursache war, dass der Hygrostat in der Nähe des Auslasses der trockenen Luft, 23 Meter von den Lagerregalen entfernt, montiert war. Der Entfeuchter hielt somit den Luftkanal trocken, während Stahl im Wert von 50.000 Euro rostete.
Die Hauptregel: Der Sensor muss in der Nähe des zu schützenden Objekts und nicht beim Entfeuchter positioniert sein. Bei geringer Luftfeuchte (unter 10% RH) verschärft sich das Problem: Die Differenz zwischen 50% und 55% RH beträgt bei 21°C etwa 0,85 g/kg, die Differenz zwischen einem Taupunkt von -29°C und -26°C jedoch weniger als 0,01 g/kg – also 85-mal weniger. Unter solchen Bedingungen muss der Sensor deutlich empfindlicher sein, und Feuchtegradienten im Raum können aufgrund der Atmung von Personen und lokaler Feuchtequellen erheblich sein.
Integration mit BMS
Moderne Industrieentfeuchter sind mit einer Modbus-RS485-Schnittstelle zur Anbindung an die Gebäudeautomationssysteme (Building Management System) ausgestattet. SPS-Regler mit Touch-Displays erlauben die Programmierung von Zeitprogrammen und komplexen Regelalgorithmen; die Fernüberwachung über das BMS ermöglicht ein schnelles Reagieren auf Parameterabweichungen.
Die Integration des Entfeuchters in die übergeordnete Gebäudeautomation optimiert den Energieverbrauch, ermöglicht die frühzeitige Erkennung von Störungen und erhöht die Bedienerfreundlichkeit erheblich.
Typische Planungsfehler
Eine übermäßige Überdimensionierung der Anlage bei On-Off-Regelung führt zu großen Feuchteschwankungen – ähnlich wie ein Auto mit Ein/Aus-Schalter statt Gaspedal. Das Fehlen einer Modulation der Regenerationsenergie verschwendet 25–50% Energie.
Ein weiterer häufiger Fehler ist die Kalibrierung des Sensors bei Temperatur und Feuchte, die von den tatsächlichen Betriebsbedingungen abweichen. Die Platzierung von Anzeige und Regler an unterschiedlichen Orten verursacht ebenfalls Probleme, da die Anzeigen zweier verschiedener Sensoren niemals identisch sein werden.
Viele Ingenieure ignorieren die Entfeuchtungszeit während der Inbetriebnahme. Wellpappe enthält z. B. bei 80% RH etwa 14% Feuchte, bei 35% RH nur 6%. Nach der Einlagerung feuchter Materialien kann die Anlage daher mehrere Tage mit voller Leistung laufen, bis das Material die überschüssige Feuchte abgegeben hat.
Häufige Fragen (FAQ)
Wie hoch ist die typische Regelgenauigkeit für verschiedene Entfeuchtertypen?
Kondensationsentfeuchter mit On-Off-Regelung erreichen eine Genauigkeit von ±10% RH, Adsorptionstrockner mit Modulation ±5% RH und besser. Für Präzisionsanwendungen mit optischen Taupunktsensoren sind ±1–2% RH möglich.
Wie wähle ich zwischen Regelung nach relativer Feuchte und nach Taupunkt?
Die Regelung nach relativer Feuchte ist günstiger und für die meisten Komfort- und Lageranwendungen mit ±3% RH ausreichend. Eine Taupunktregelung ist notwendig, wenn die Lufttemperatur stark variiert oder hohe Genauigkeit bei geringer Feuchte (unter 10% RH) gefordert ist.
Warum sollte der Sensor nicht am Auslass des Entfeuchters montiert werden?
Die Luft am Auslass des Entfeuchters ist die trockenste im System und repräsentiert nicht die Bedingungen im zu schützenden Bereich. Der Sensor muss dort messen, wo das Ergebnis zählt – in der Nähe der Anlagen, Produkte oder Materialien, die geschützt werden sollen.
Wann genügt eine einfache On-Off-Regelung?
On-Off-Regelung genügt für Langzeitlager mit stabiler Last, für Räume, in denen ein weiter Feuchtebereich zulässig ist (40–60% RH), und wenn die jährlichen Energiekosten im Vergleich zu den Kosten eines Modulationssystems gering sind.
Wie senkt die Modulation der Regenerationsenergie die Betriebskosten?
Das System reduziert die Heizleistung, wenn die Feuchtelast geringer als vorgesehen ist. Die Einsparung kann 25–50% der jährlichen Energiekosten betragen; die Amortisation eines modulierenden Reglers liegt in der Regel unter einem Jahr.
Was ist reactivation load following control?
Dies ist die erste Modulationsstufe, bei der ein Temperaturregler am Regenerationsauslass die Heizleistung automatisch reduziert, wenn die Temperatur über 49°C steigt. Dies ist die einfachste und wirkungsvollste Methode zur Energieeinsparung.
Wie integriere ich den Entfeuchter in die übergeordnete Gebäudeautomation?
Über die Modbus-RS485-Schnittstelle wird der Entfeuchter an das BMS angeschlossen, übermittelt Daten zu Feuchte, Temperatur und Anlagenzustand und empfängt Befehle zur Änderung von Sollwerten und Betriebsarten. So sind zentrale Überwachung und Steuerung der gesamten Gebäudetechnik möglich.
Fazit
Die Wahl des Regelungssystems für den Entfeuchter richtet sich nach den Anforderungen an die Feuchtegenauigkeit und der wirtschaftlichen Abwägung. Für die meisten Anwendungen mit zulässiger Abweichung von ±5–10% RH genügt ein Hygrostat in Kombination mit einer Modulation der Regenerationsenergie.
Präzisionsfertigungen benötigen eine Taupunktregelung und eine vollständige Leistungsmodulation des Entfeuchters. Wichtig: Die Platzierung des Sensors ist oft wichtiger als seine Genauigkeit – das genaueste Gerät am falschen Ort liefert schlechtere Ergebnisse als ein einfacher Hygrostat, der nahe am Schutzobjekt installiert ist.
Die Integration mit BMS-Systemen ermöglicht die laufende Kontrolle und Dokumentation der Parameter – besonders wichtig für die Validierung von Prozessen in der Pharma-, Lebensmittel- und anderen feuchteempfindlichen Industrien.
