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Luftbefeuchtung einfach erklärt:

Was ist eine isotherme Luftbefeuchtung?



Für eine Luftbefeuchtung mit Wasserdampf, bei der die Lufttemperatur während der Befeuchtung im wesentlichen konstant bleibt, hat sich der Begiff isotherme Luftbefeuchtung etabliert.

Eine Luftbefeuchtung mit Dampf ist, je nach System, sehr präzise regelbar und verfügt durch die Verwendung eines Mediums von über 100 °C über eine ausgezeichnete Hygienequalität. Die Betriebsweise eines Dampf-Luftbefeuchters kann elektrisch oder auch gasbefeuert erfolgen.

Funktionsweise eines Dampf-Luftbefeuchters
Im Unterschied zu Verdunstungsbefeuchtern findet die Wasserdampferzeugung vor der Vermischung mit Luft statt. Dabei kann der Dampf über ein Ventilationsgerät direkt der Raumluft zugeführt oder in einer Klimaanlage während der Konditionierung zugemischt werden. Der Dampf wird entweder einer zentralen Dampferzeugung entnommen oder dezentral am Ort der Luftbefeuchtung für die Klimatisierung erzeugt.

Bei Luftbefeuchtung mittels Druckdampf aus zentraler Erzeugung spricht man von Druck-Dampfbefeuchtern. Diese Art Dampf-Luftbefeuchter wird zusammen mit RLT-Anlagen (Raumlufttechnischen Anlagen) verwendet. Der Befeuchter besteht aus einem Schmutzfänger, einem Drehschieberventil, Manometer und einem Kondensatableiter.
Wenn der Dampf direkt am Verbrauchsort erzeugt werden soll, sind elektrische Dampfbefeuchter oft sinnvoll.
Eine elektrisch betriebene Dampf-Luftbefeuchtung funktioniert entweder nach dem Elektroden- oder dem Widerstands-Prinzip. Bei Elektroden-Luftbefeuchtern tauchen gitterförmige Metallelektroden in den Wasserbehälter und nutzen die Leitfähigkeit des Wassers. Der Strom fließt dabei direkt über das Medium Wasser und verdampft es. Die Regelung der Dampfmenge erfolgt bei diesem Prinzip durch den Füllstand des Wassers im Dampfzylinder. Bei einem Widerstands-Dampfbefeuchter erfolgt die Erwärmung des Befeuchterwassers nach dem Tauchsiederprinzip.

Die verschiedenen Arten des Dampfes
Für eine isotherme Luftbefeuchtung muss zunächst Wasser auf 100°C erhitzt werden. Es erreicht dabei einen Wärmeinhalt von h=419 kJ/kg und einen Druck von 1,0133 bar. Bei diesem Punkt erfolgt der Wechsel des Aggregatszustandes, bei dem siedendes Wasser von 100°C in Dampf von 100°C umgewandelt wird. Dabei müssen je kg Wasser 2.258 kJ Energie hinzugeführt werden.
Diese für die Umwandlung in Dampf benötigte Energie wird als spzeifische Verdampfungswärme bezeichnet. Diese ist latent, also mit einem Thermometer nicht meßbar.

Sattdampf
Solange Dampf mit dem Wasser in direkter Berührung steht ist er „gesättigt“, dass heißt er kann keine weitere Flüssigkeit mehr aufnehmen und wird deshalb auch als „Sattdampf“ bezeichnet.

Ungesättigter Dampf
Ungesättigter Dampf entsteht, wenn sich das Volumen des Dampfes vergrößert, die Temperatur jedoch zur Wärmezufur gehalten wird. Ein wichtiges Merkmal ist dabei das Kondensat. Wird Dampf abgekühlt, so wird ihm die investierte Verdampfungswärme entzogen, sein Aggregatszustand ändert sich und es entsteht Kondensat.


Bildung von Kalk bei der Verdampfung


Warum entsteht Kalk?
Calcium ist das fünfthäufigste Element in der Erdkruste. Es liegt sehr häufig nicht in seiner Reinform, sondern verbunden mit anderen Stoffen, als Kalkstein oder gelöst im Wasser vor. Kalkstein besteht überwiegend aus Calciumcarbonat (CaCO3)

Durch Bestimmung der Wasserhärte lässt sich auch die intesität des Kalkbildung prognostizieren Wasserhärte ist ein Begriffssytem der angewandten Chemie, das sich aus den Bedürfnissen des Gebrauchs natürlichen Wassers mit seinen gelösten Inhaltsstoffen entwickelt hat. Konkret wird mit Wasserhärte die Äquivalentkonzentration der im Wasser gelösten Ionen der Erdalkalimetalle, in speziellen Zusammenhängen aber auch deren anionischen Partnern bezeichnet. Zu den „Härtebildnern“ zählen im Wesentlichen Calcium und Magnesium sowie in Spuren Strontium und Barium. Die gelösten Härtebildner können unlösliche Verbindungen bilden, vor allem Kalk und sogenannte Kalkseifen. Diese Tendenz zur Bildung von unlöslichen Verbindungen ist der Grund für die Aufmerksamkeit, die zur Entstehung des Begriffs- und Theoriesystems um die Wasserhärte geführt hat.

Weiches Wasser ist günstiger für alle Anwendungen, bei denen das Wasser erhitzt wird, zum Waschen, zum Gießen von Zimmerpflanzen etc. Weiches Wasser steht in Regionen mit Granit, Gneis, Basalt und Schiefer-Gesteinen zur Verfügung. Auch Regenwasser ist weiches Wasser.

Hartes Wasser führt zur Verkalkung von Haushaltsgeräten, erhöht den Verbrauch von Spül- und Waschmitteln, beeinträchtigt den Geschmack und das Aussehen empfindlicher Speisen und Getränke (z. B. Tee). Hartes Wasser kommt aus Regionen, in denen Sand- und Kalkgesteine vorherrschen.

Lösung des Kalkproblems
Um die Kalkablagerung bei der Dampfluftbefeuchtung zu reduzieren kann das von Condair patentierte Kalk-Management eingesetzt werden, bei dem Kalk-Ablagerungen von den Heizelementen abgesprengt und über einen externen Kalk-Auffangbehälter abgeführt werden.
Desweiteren kann vollentsalztes Wasser verwendet werden, bei dem Mineralien und Calcium vorab durch eine Wasseraufbereitung bereits entfernt wurde. Die Menge an Kalk, die dann noch anfällt, ist dann vernachlässigbar gering.

Anzumerken ist hierbei aber noch, dass der Betrieb mit Enthärtetem (also mineralfreiem Wasser) nicht bei jedem Luftbefeuchtertyp möglich ist. Ein Widerstands-Luftbefeuchter kann auch mit mineralfreiem Wasser betrieben werden. Ein Elektroden-Luftbefeuchter hingegen braucht leitfähiges, mineralhaltiges Wasser um effizient arbeiten zu können. Der Betrieb dieses Befeuchtertyps mit enthärtetem Wasser ist energetisch nicht sinnvoll.


Berechnungsbeispiel Isotherme Luftbefeuchtung

Gegeben:
Berechnung von ∆h/∆x:

∆h = kJ/kg
∆x kg trockene Luft