Autor: Technische Abteilung Mycond
Die Effizienz von Luftentfeuchtern haengt in hohem Mass von den Steuer- und Automationssystemen ab, die sie regeln. Ein gut konzipiertes Automationssystem für die Luftentfeuchtung stellt nicht nur die Einhaltung der vorgegebenen Mikroklima-Parameter sicher, sondern optimiert auch den Energieverbrauch, verlaengert die Lebensdauer der Geraete und senkt die Betriebskosten. In diesem Artikel betrachten wir verschiedene Arten von Feuchtesensoren für Entfeuchter, die Funktionsprinzipien von Hygrostaten, Regelstrategien und die Platzierung von Sensoren sowie die Integration in Gebaeudemanagementsysteme (BMS).
Feuchteregelung als dynamischer Prozess
Die Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Feuchteniveaus ist ein dynamischer Prozess, der kontinuierliche Ueberwachung und Regelung erfordert. Die Feuchtelast in Raeumen variiert im Tages- und Jahresverlauf aufgrund zahlreicher Faktoren: Schwankungen der Aussenluftfeuchte, menschliche Aktivitaet, technologische Prozesse. Einer der meist unterschaetzten Faktoren ist die Infiltration durch geoeffnete Tueren. Innerhalb einer Minute kann durch eine offene Tuer mehr Feuchte eindringen, als ein Entfeuchter in einer Stunde Dauerbetrieb entfernen kann.
Moderne Steuerungen von Entfeuchtern erfuellen vier Grundfunktionen:
- Messung der Luftfeuchte oder des Feuchtegehalts von Materialien
- Anzeige des Messwertes auf Display oder Bedientafel
- Aufzeichnung der Werte auf Diagramm oder in elektronischem Speicher zur Analyse
- Regelung der Entfeuchtungsgeraete gemaess den eingestellten Parametern
Wichtig ist zu verstehen, dass jede zusaetzliche Funktion des Controllers nicht nur die Geraetekosten erhoeht, sondern auch potenzielle Fehlerquellen. Fuer ein einfaches Lager, in dem es ausreicht, die Feuchte unter 60% RH zu halten, genuegt beispielsweise ein grundlegender Hygrostat fuer weniger als 100 Euro ohne Anzeige- und Datenaufzeichnungsfunktionen.
Typen von Sensoren für relative Feuchte
Der heutige Markt bietet eine Vielzahl von Feuchtesensoren, die sich in Funktionsprinzip, Genauigkeit und Kosten unterscheiden:
Mechanische Hygrometer
Diese Geraete nutzen die Eigenschaft bestimmter Materialien, ihre Abmessungen bei Feuchteaufnahme zu aendern. Bereits Leonardo da Vinci beobachtete, dass eine Wollkugel an feuchten Tagen schwerer ist. Moderne mechanische Hygrometer verwenden menschliches Haar oder Polymerfilme, die sich bei steigender Feuchte verlaengern. Sie sind einfach und preiswert, haben jedoch eine begrenzte Genauigkeit von ±5-7% RH.
Elektronische kapazitive Sensoren
Das Funktionsprinzip basiert auf der Messung der Aenderung der elektrischen Kapazitaet eines Polymers bei Feuchteaufnahme. Diese Sensoren zeigen eine bessere Empfindlichkeit bei niedriger Feuchte (unter 15% RH) und werden in industriellen Systemen weit verbreitet eingesetzt. Die typische Genauigkeit betraegt ±2-3% RH.
Resistive Sensoren
Sie messen die Aenderung des elektrischen Widerstands eines Polymers mit quartiaeren Ammoniumsalzen bei Feuchteaufnahme. Im Gegensatz zu kapazitiven Sensoren sind resistive Sensoren bei hoher Feuchte (ueber 90% RH) genauer, da sie die volumetrische und nicht die oberflaechliche Feuchteaufnahme erfassen.
Psychrometer
Sie verwenden ein Thermometerpaar – trocken und befeuchtet. Die Temperaturdifferenz zwischen ihnen ist proportional zur Verdunstungsrate des Wassers vom befeuchteten Thermometer, die von der Luftfeuchte abhaengt. Die Genauigkeit ist hoch, jedoch ist regelmaessige Wartung erforderlich.
Es ist wichtig zu beachten, dass die typische Genauigkeit industrieller Hygrostate ±2% RH betraegt, jedoch eine wesentliche Einschraenkung aufweist: Wird ein Geraet bei 24°C und 65% RH kalibriert, liefert es bei 21°C und 10% RH keine praezisen Messungen, da der Unterschied im Feuchtegehalt zu gross ist.
Sensoren für absolute Feuchte
In vielen industriellen Anwendungen ist die Regelung der absoluten Feuchte (Feuchtegehalt) der Luft wichtiger als die der relativen Feuchte:
Kondensationshygrometer
Sie arbeiten nach dem Prinzip, eine Spiegeloberflaeche bis zur Temperatur abzukuehlen, bei der Tau auftritt. Diese Temperatur entspricht dem Taupunkt der Luft. Die Methode ist seit 1751 bekannt, als der franzoesische Naturforscher Charles Le Roy Eis in einen polierten Stahlbehaelter gab. Moderne optische Kondensationshygrometer haben eine typische Genauigkeit von ±1,5°C Taupunkt und gelten als die genausten Geraete zur Feuchtemessung.
Sensoren mit Aluminiumoxid
Sie haben eine typische Genauigkeit von ±3°C Taupunkt und sind fuer die Messung sehr niedriger Feuchten optimiert. Sie werden zur Kontrolle eines Taupunkts von -40°C bei Lufttemperaturen über 150°C am Austritt von Adsorptionstrocknern eingesetzt, zum Beispiel bei der Trocknung von Kunststoffgranulat. Wichtiger Hinweis: Aluminiumoxid bindet Wasser fest, daher kann die Sensorreaktion beim Wechsel von feuchter zu trockener Luft Stunden dauern.
Lithiumchlorid-Sensoren
Das Funktionsprinzip beruht auf dem Erhitzen einer Salzschicht bis zur Austrocknung. Bei 11% relativer Feuchte geht Lithiumchlorid von der Fluessigloesung in die trockene Form ueber, und die Temperatur des Salzes in diesem Moment ist proportional zur absoluten Luftfeuchte.
Genauigkeit und Wiederholbarkeit von Feuchtemessungen
Bei der Auswahl eines Feuchtesensors für einen Entfeuchter ist es wichtig, zwischen Genauigkeit und Wiederholbarkeit zu unterscheiden:
- Genauigkeit – die Faehigkeit, den tatsaechlichen Feuchtewert anzuzeigen
- Wiederholbarkeit – die Faehigkeit, bei gleicher Feuchte wieder denselben Wert anzuzeigen
Zentraler Grundsatz: Ein wiederholbares Geraet kann kalibriert und damit genau gemacht werden, ein nicht wiederholbares Geraet wird jedoch ungeachtet der Kalibrierung niemals genau sein. Daher geben Hersteller hochwertiger Geraete die Wiederholbarkeit in den Spezifikationen an, waehrend billige Sensoren oft nur mit der Genauigkeit beworben werden.
Auswahl des Reglertyps
Bei der Auswahl eines Reglers für relative Feuchte für einen Entfeuchter sind die Anforderungen an die Regelgenauigkeit zu beruecksichtigen:
Zweipunktregelung (On-Off)
Ausreichend für Anwendungen, die keine hohe Genauigkeit erfordern. Zum Beispiel für die Laderampe eines Kuehllagers, wo es vor allem darum geht, Bodenvereisung zu verhindern; eine praezise Regelung von ±1% RH ist nicht noetig – je trockener, desto besser. Der typische Schwingungsbereich für Kondensationsentfeuchter mit On-Off-Regelung betraegt ±10% RH.
Modulierende Regelung
Erforderlich für Produktionen mit engen Toleranzen: Pharma, Halbleiter, Trocknung von Back- und Süsswaren. Adsorptionstrockner mit Modulation erreichen eine Genauigkeit von ±5% RH und besser.
Zur Veranschaulichung der Unterschiede vergleichen wir drei Reglertypen am Beispiel einer Laderampe bei 4°C:
- Regler für relative Feuchte – auf 80% RH eingestellt, schaltet den Entfeuchter ein, wenn der Feuchtegehalt 4 g/kg uebersteigt (bei 4°C). Dies ist die guenstigste Option mit ±2% RH Genauigkeit, aber wenn die Temperatur deutlich von der Auslegung abweicht, wird die Regelung ungenau.
- Kondensationsregler – waere ideal, da der Entfeuchter nur arbeitet, wenn Feuchte tatsaechlich kondensiert, aber solche Sensoren sind zu empfindlich für Boeden, auf denen Stapler fahren.
- Taupunktregler – auf 1°C eingestellt, genauer als ein Hygrostat und unabhaengig von der Lufttemperatur; er kann an der Wand statt am Boden montiert werden.
Leistungsmodulations-Strategien
Zur Steigerung der Energieeffizienz und der Regelgenauigkeit werden verschiedene Strategien zur Leistungsmodulation von Entfeuchtern eingesetzt:
Bypass-Regelung
Für Adsorptionstrockner: Wenn die Feuchtelast sinkt, umgeht ein Teil der Luft den Adsorptionsrotor ueber einen Bypass, mischt sich mit dem getrockneten Strom und erhoeht so die Zuluftfeuchte. Es ist entscheidend, den aerodynamischen Widerstand von Bypass und Rotor mit einer fest eingestellten Klappe anzugleichen – ohne dies wird die Modulation nichtlinear und instabil.
Modulation der Regenerationsenergie
Die effizienteste und kostenguenstigste Einsparmassnahme. Ein Temperaturregler am Austritt der Regenerationszone reduziert die Heizleistung, wenn die Temperatur 49°C uebersteigt (für Lithiumchlorid-Desiccants). Physikalischer Hintergrund: Wenn Luft in der Regenerationszone Feuchte aus dem Rotor aufnimmt, sinkt ihre Temperatur. Bleibt die Temperatur hoch, ist wenig Feuchte vorhanden und die Energie kann reduziert werden. Die Einsparung betraegt bei dieser Regelung 25-50% der jaehrlichen Energiekosten.
Es lassen sich zwei Modulationsstufen unterscheiden:
- Erste Stufe (reactivation load following control) – Reduktion der Heizleistung bei sinkender Feuchtelast; bestes Kosten-Nutzen-Verhaeltnis.
- Zweite Stufe (part-load control dehumidifier) – Einsatz von Mikroprozessoren und Frequenzumrichtern für Ventilatoren und Kompressoren; hohe Kosten, nur bei grossen Systemen gerechtfertigt.
Sensorplatzierung als kritischer Erfolgsfaktor
Die richtige Platzierung der Feuchtesensoren erweist sich haeufig als wichtiger fuer die Wirksamkeit als deren Genauigkeit. Ein Praxisbeispiel: Ein Korrosionsschutzsystem für Stahl funktionierte nicht, obwohl der Entfeuchter einwandfrei arbeitete. Der Grund – der Hygrostat war in der Naehe des Auslasses der Trockenluft montiert, 23 Meter von den Lagerregalen entfernt. Der Entfeuchter hielt den Luftkanal trocken, waehrend Stahl im Wert von 50’000 Euro rostete.
Grundregel: Der Sensor sollte in der Naehe des zu schuetzenden Objekts platziert werden, nicht am Entfeuchter.
Bei niedriger Feuchte (unter 10% RH) verschaerft sich das Problem der Sensorplatzierung: Der Unterschied zwischen 50% und 55% RH betraegt bei 21°C rund 0,85 g/kg, aber der Unterschied zwischen einem Taupunkt von -29°C und -26°C weniger als 0,01 g/kg – 85-mal geringer. Unter solchen Bedingungen muss der Sensor deutlich empfindlicher sein, und Feuchtegradienten im Raum koennen durch menschliche Atmung und lokale Feuchtequellen betraechtlich sein.
Integration in BMS
Moderne Industrie-Entfeuchter sind mit einer Modbus-RS485-Schnittstelle zur Anbindung an die Gebaeudeautomation (BMS) ausgestattet. Das ermoeglicht:
- Zentralen Monitorings der Feuchte- und Temperaturparameter
- Programmierung von Zeitplaenen und komplexen Regelalgorithmen
- Schnelles Reagieren auf Parameterabweichungen
- Datenarchivierung zur Analyse der Effizienz und zur Validierung von Prozessen
PLC-Controller mit Touch-Displays bieten hohe Steuerungsflexibilitaet und die Moeglichkeit der Integration mit weiteren technischen Systemen des Gebaeudes.
Typische Planungsfehler
Bei der Planung von Automationssystemen für Entfeuchter treten haeufig folgende Fehler auf:
- Uebergrosse Auslegung der Geraeteleis tung bei On-Off-Regelung, was zu grossen Feuchteschwankungen fuehrt (vergleichbar mit einem Auto mit Schalter statt Gaspedal)
- Fehlende Modulation der Regenerationsenergie, wodurch 25-50% Energie verschwendet werden
- Kalibrierung des Sensors bei Temperatur und Feuchte, die von den Betriebsbedingungen abweichen
- Platzierung von Anzeige und Regler an unterschiedlichen Orten, was zu abweichenden Anzeigen fuehrt
- Ignorieren der Trocknungszeit bei Inbetriebnahme – zum Beispiel enthaelt Wellkarton bei 80% RH 14% Feuchte und bei 35% RH nur 6%, daher kann das System tage lang mit voller Leistung laufen, bis das Material die Feuchte abgegeben hat
FAQ
Wie hoch ist die typische Regelgenauigkeit bei verschiedenen Entfeuchtertypen?
Kondensationsentfeuchter mit On-Off-Regelung erreichen ±10% RH, Adsorptionstrockner mit Modulation ±5% RH und besser. Für praezise Anwendungen mit optischen Taupunktsensoren ist eine Regelgenauigkeit von ±1-2% RH moeglich.
Wie waehlt man zwischen Regelung nach relativer Feuchte und Taupunkt?
Die Regelung nach relativer Feuchte ist guenstiger und für die meisten Komfort- und Lageranwendungen mit ±3% RH ausreichend. Taupunktregelung ist erforderlich, wenn sich die Lufttemperatur stark aendert oder hohe Genauigkeit bei Feuchte unter 10% RH gefordert ist.
Warum sollte der Sensor nicht am Auslass des Entfeuchters platziert werden?
Die Luft am Entfeuchterauslass ist die trockenste im System und spiegelt nicht die realen Bedingungen in der zu schuetzenden Zone wider. Der Sensor muss dort messen, wo das Ergebnis zaehlt – in der Naehe von Anlagen, Materialien oder Produkten.
Wann reicht eine einfache On-Off-Regelung aus?
On-Off-Regelung ist ausreichend für Langzeitlager mit stabiler Last, für Raeume mit zulaessigem Feuchtebereich von 40-60% RH sowie wenn die jaehrlichen Energiekosten im Vergleich zu den Kosten einer Modulationssteuerung gering sind.
Wie reduziert die Modulation der Regenerationsenergie die Betriebskosten?
Das System reduziert die Heizleistung, wenn die Feuchtelast unter den Auslegungswert faellt. Die Einsparung betraegt 25-50% der jaehrlichen Energiekosten, und 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 Regenerationsaustritt die Heizleistung automatisch reduziert, wenn die Temperatur 49°C uebersteigt. Das ist die einfachste und wirkungsvollste Energiesparmassnahme bei Adsorptionstrocknern.
Wie integriert man den Entfeuchter in das uebergeordnete Gebaeudeautomationssystem?
Ueber die Modbus-RS485-Schnittstelle wird der Entfeuchter an das BMS angeschlossen und uebermittelt Daten zu Feuchte, Temperatur und Geraetezustand. Das System empfängt Befehle zur Aenderung von Sollwerten und Betriebsarten und ermoeglicht zentrales Monitoring und Management der gesamten technischen Ausruestung.
Fazit
Die Wahl des Steuer- und Automationssystems für Luftentfeuchter wird von den Anforderungen an die Regelgenauigkeit und der wirtschaftlichen Begruendung bestimmt. Für die meisten Anwendungen mit zulaessiger Abweichung von ±5-10% RH genuegt ein Hygrostat mit grundlegender Modulation der Regenerationsenergie. Praezisionsproduktionen benoetigen Taupunktregelung und vollstaendige Leistungsmodulation.
Die korrekte Sensorplatzierung ist oft wichtiger als seine Genauigkeit – das teuerste Geraet am falschen Ort liefert schlechtere Ergebnisse als ein einfacher Hygrostat in der Naehe des Schutzobjekts. Die Integration in Gebaeudemanagementsysteme ermoeglicht eine schnelle Kontrolle und Dokumentation der Parameter, was besonders wichtig für die Validierung von Prozessen in regulierten Branchen ist.
Das Verstaendnis der ingenieurtechnischen Grundsaetze von Auswahl, Einstellung und Betrieb der Steuerungssysteme ermoeglicht den Aufbau eines effizienten, energieeffizienten und zuverlaessigen Luftentfeuchtungssystems für alle industriellen und gewerblichen Anwendungen.
