DE2354417C3 - Verfahren und Gerät zur Bestimmung der absoluten Luftfeuchtigkeit - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und ein Gerät zur Bestimmung der absoluten Luftfeuchtigkeit.

Die üblichen Hygrometer dienen der Bestimmung der relativen Luftfeuchtigkeit.

Die Bestimmung der relativen Luftfeuchtigkeit ist jedoch für zahlreiche Anwendungen nicht ausreichend, und zwar vor allem dann nicht, wenn es sich darum handelt, Luft für die Einführung in einen zu klimatisierenden Raum zu konditionieren.

Will man erreichen, daß die in einem Raum eintretende Luft eine bestimmte Temperatur und einen bestimmten Feuchtigkeitsgrad (relative Luftfeuchtigkeit) aufweist, obwohl man weder die Temperatur noch die Feuchtigkeit der von außen für die Klimatisierung entnommenen Luft kennt, so ist man bis jetzt zu einer Reihe kostspieliger Maßnahmen in bezug auf die Deckung des Energiebedarfs gezwungen und zwar vor allem dann, wenn das anzuwendende Verfahren zunächst eine Sättigung der Luft mit Wasser, nachfolgend eine Aufheizung mit anschließender Rückführung und abschließend wieder eine weitere Aufheizung vorsieht.

Im Hinblick auf diese Sachlage ist die Untersuchung der Methoden zur Bestimmung der absoluten Luftfeuchtigkeit überlegenswert und notwendig, da die Definitionen der absoluten und der relativen Feuchtigkeit eine Weiterverarbeitung des Absolutwertes — beispielsweise für die Konditionierung von Luft für Klimaanlagen — eventuell sinnvoll erscheinen läßt.

Der Vollständigkeit halber sei hier kurz wiederholt: Die üblicherweise gravimetrisch bestimmte Masse des dampfförmig in einer Volumeneinheit Luft vorliegenden Wassers gibt den absoluten Luftfeuchtigkeitsgehalt an. Dieser ist temperaturabhängig.

Der relative Luftfeuchtigkeitsgehalt gibt dagegen das momentane Verhältnis des in der Luft vorhandenen Wnsserdamnfes zu dem bei der herrschenden Temperatur maximal möglichen Wasserdampfgehalt an, d. h. sie kann als das in Massenanteilen ausgedrückte Sättigungsverhältnis des Wasserdampfes in der betrachteten Luftmasse definiert werden.

Zum Stande der Technik überführend ist restzuhalten: Die einfachste Bestimmung der absoluten Luf;-feuchtigkeit kann man dadurch erreichen, wenn man ein gemessenes Luftvolumen durch eine Trockensubstanz strömen läßt; das Gewicht des in der Trockensubstanz sich bindenden Wasserdampfes ist gleich der Gewichtszunahme der Trockensubstanz (Absorptionsverfahren), wobei aus der Menge des Wasserdampfes der Partialdruck bestimmt wird. Diese Methode läßt keine kontinuierliche Messung dei absoluten Feuchtigkeit zu.

Eine weitere Möglichkeit, die absolute Feuchtigkeit zu bestimmen, ist die Taupunktfeststellung mit Hilfe eines Kondensationshvgrometers.

Der Taupunkt ist die Temperatur, für die der in der Luft vorhandene Wasserdampfdruck der Druck der Sättigung ist. Auf einem Körper, den man in der Luft um ein Minimum unter den Taupunkt abkühlt, muß sich Wasser in tropfbarer Form niederschlagen, wobei dieser Niederschlag auf polierten Metalloberflächen leicht erkennbar ist. Als Kühlmittel wird beispielsweise Äther genommen. Der Mittelwert aus der Kühlmitteltemperatur, bei der der Beschlag entsteht und der Tempera tür, bei welcher er nach Unterbrechung wieder abdampft, wird als Taupunkt angesetzt, wobei die absolute Luftfeuchtigkeit der aus einer Dampfdrucktabelle zu entnehmende Sättigungsdruck, der dem Taupunkt entspricht, ist.

Weitere Verfahren basieren auf dem Psychrometer von August (Verdunstungsverfahren). Dieses besteht im wesentlichen aus zwei gleichen Thermometern, bei denen ein Thermometergefäß trocken ist und dessen Steigrohr die Lufttemperatur anzeigt, während das Gefäß des anderen Thermometers durch einen in Wasser tauchenden Docht umschlossen und feucht gehalten wird. 1st die Luft mit Wasserdampf gesättigt, so zeigen beide Thermometer die gleiche Temperatur an, da kein Wasser am feuchten Thermometer verdampfen kann.

Liegt keine Wasserdampfsättigung vor, so tritt die Verdampfung des Wassers am feuchten Thermometer ein und sinkt so lange, bis der Wärmeverlust durch Verbrauch latenter Verdampfungswärme dem Wärmegewinn durch Wärmezufluß aus der wärmeren Umgebung gleich geworden ist.

Die absolute Feuchtigkeit oder der Wasserdampfdruck in der Luft ist also kleiner als der der Temperatur des feuchten Thermometers entsprechende Sättigungsdruck, wobei die Differenztemperatur zwischen den Thermometern den üblichen Rechnungsgang ermöglicht.

Auf diesem System basieren im Grunde genommen alle Psychrometer-Ausführungen wie Assmann, F u e ß (s. zum Beispiel L u e g e r, Taschenbuchausgabe 72, Bd. 27, S. 815), wobei praktisch ausgehend von der Ausführung nach August, eine kontinuierliche bzw. Momentanzeige der absoluten Feuchtigkeit denkbar erscheint.

Der Vollständigkeil halber sei noch die Gruppe der Hydrographen erwähnt, die eine Aufzeichnung des Feuchtigkeitsgehaltes der Luft auf Grundlage der organischen Absotptionshygrometrie ermöglicht (menschliches Haar oder Goldschlägerhaul). Die Stellkräfte von Haaren usw. können Potentiometer od. dgl. beeinflussen und hieraus resultierend deren jeweilige Länge als elektr'scher Wert dargestellt wird.

Für technische Zwecke sind noch die kapazitiven Hygrometer von Interesse.

Eine moderne Darstellung dieser bis jetzt erwähnten iji-undverfahren muß als in ihrem System aufwendig bezeichnet werden, da sie nicht nur den Abgriff von n'iferenzwerten und deren rechnerische Manipulation, leichgültig auf welchem Wege, verlangt, sondern darüber hinaus !aufende Kontrollen wie z. ß. die der Kühlflüssigkeit usw. verlangt.

Soviel zum Stand der Technik der Verfahren und Geräte zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit.

In Würdigung dieser Aspekte ist es deshalb Aufgabe dieser Erfindung ein einfaches Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung der absoluten Luftfeuchtigkeit darzustellen, wobei der momentane Meßwert insbesondere bestimmend für die ein- bzw. abzuführende Wassermenge sein sol!, um die zu konditionicrende Luft mit der gewünschten Feuchtigkeit und bei der verlangten Temperatur konstant zu halten.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäßc zo Verfahren zur Bestimmung der absoluten Luftfeuchtigkeit dadurch gekennzeichnet, daß die Luft auf eine vorher festgelegte Temperatur gebracht und anschließend die relative Luftfeuchtigkeit gemessen wird.

Die gleichzeitige Kenntnis einer vorbestimmten konstanten Temperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit erlauben die unmittelbare Bestimmung der in der Einheit des Luflvolumens enthaltenen Wassermenge und damit deren volumenmäßige Korrektur. /. B. für die Konditionierung der in einen zu klimatisierenden Ruim einzuführenden Luft bei Einhaltung konstanter Bcdinbetrachten ist. Dasselbe gilt für die ifcsondere Anwendung des Verfahrens zur Ermittlung der Glatieisgefahr.

Durch die Zeichnung wird die Erfindung beispielhaft in einem Schema dargestellt.

Das Gerät besteht aus einem Rohr oder einer Hülse 1 mit einer Eintrittsöffnung 2 und einer Austriitsöffnunfe 3, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, die Luft vom Eintritt 2 zum Austritt 3 fließen zu lassen.

Die Eintrittsöfinung 2 ist z. B. die ^führungseinrichtung der Klimaanlage eines Gebäudes, dessen Raum oder dessen Räume mit Luft vorbestimmter Temperatur versorgt werden soll und diese Luft bei der voreingestellten Temperatur einen vorbestimmten Feuchtigkeitsgrad aufweisen soll.

Rohr oder Hülse 1 können auch von der Klimatis.erungsanlage unabhängig sein und die Entnahmeluft von der gleichen Stelle erhalten, die auch die Klimaanlage versorgt.

Die durch die Öffnung 2 eintretende Luft durchströmt ein Filter 3', das vorieilhafierweise abnehmbar ist und leicht gereinigt werden kann. Im weiteren Verlauf ist die Luft der Einwirkung einer Heizvorrichtung 4 unterworfen, die aus einem elektrischen Heizwiderstand besteht, der z. B. als Gewebe verarbeitet scm kann und der von einem Isolierring G getragen wird, wobei dieser Isolierring 5 an der Wand des Rohres 1 befestigt ist. Der Stromfluß in den Heizwiderstanden 4 ist dabei abhängig von Einrichtungen zur Temperaturkontrolle, z. B. einer Sonde oder einem sonstigen temperaturabhängigen Widerstand 6. der in Stromungsrichtung unmittelbar hinter dem He.zwiderstand 4 an-

des Wassergehalts in Abhängigkeit von dem ermittel ten absoluten Momentanwert kann Luft optimal konditioniert und Räume mit einem minimalen Energieaufwand klimatisiert werden.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens stehen Bauteile aus der einschlägigen Fertigung zur Verfügung, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Gerätes zur Ermittlung der absoluten Luftfeuchtigkeit kombiniert sind.

Es ist vorgesehen, daß das Gerät ein Rohr als Kanal tür die Durchführung der Luft, deren absolute Feuchtigkeit zu bestimmen ist, aufweist, in Slrömungsrich· tung einen elektrischen Heizwiderstand, dahinter eine Temperaturmeßsonde mit zugeordnetem einstellbarem Gerät zur Steuerung des Stromflusses im Heizwiderstand sowie hinter der Temperaturmeßsonde ein Hygrometer zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit enthält.

Als temperaturabhängiger Fühler wird beispielsweise ein Heißleiter, d. h. ein Leiter mit einem negativen Temperaturkoeffizienten verwendet (z. B. NTC-Material).

Für die kontinuierliche Weiterverarbeitung der durch den Hygrometer vermittelten Werte ist es vorteilhaft, daß dieser für die Abgabe elektrischer Informationen ausgebildet ist.

Eine erfindungsgemäße Anwendung des Verfahrens sieht vor, daß dieses zur Ermittlung der Glatteisgefahr auf einer Straße od. dgl. verwendet wird und hierbei die Luft in Straßennähe entnommen und zusätzlich die Temperatur dieser Luft und die Bodentemperatur gemessen wird.

Zusammenfassend ist zu dem erfindungsgemäßen Verfahren und zu den Geräten nach der E^rfindung festzuhalten, daß diese zur Luftkonditionierung eines Raumes als wesentlicher Beitrag zur optimalen Lösung zu

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Kontrolle des Stromflusses im Heizwiderstand 4 in der Weise steuert, daß die Temperatur des Widerslandes 6 und folglich auch die der in die Kammer 8 hinter dem Widerstand 6 eintretenden Luft einen vorbestimmten einstellbaren Wert beibehält.

Die hinter dem temperaturabhängigen Widerstand 6 ' strömende Luft gelangt zu einem Hygrometer 9 üblieher Bauart, das die relative Luftfeuchtigkeil feststellt. Der Feuchtigkeitsmesser 9 ist vorteilhafterweise ein Hygrostat, der so ausgewählt ist, daß er an seinem Aus gang 10 elektrische Informationen liefert, z. B. in Abhängigkeit vom Vergleich des Wassergehaltes der Luft, die die Vorrichtung 9 passiert, zu einem vorher festgelegten Wen.

Die in dem Ausgangskreis 10 verfügbare Information ist eine echte Information über einen Absolutwert, d. h. über die Wassermenge, die pro Volumeneinheit Luft enthalten ist. Dieser Absolutwert ist dadurch gegeben, daß die Temperatur der feuchten Luft, die die Vorrichtung 9 passiert, bekannt und entsprechend der Voreinstellung konstant ist.

Im Falle der Anwendung eines Gerätes gemäß der Erfindung zur Steuerung einer Klimaanlage wird die im Ausgangskreis 10 gegebene Information an eine Einrichtung 11 weitergeleitet, die imstande ist, in den im Abschnitt 12 hinter dem Gerät 9 fließenden Luftstrom eine bestimmte Menge Wasser mittels der Vorrichtung 60 13 eingeben zu lassen, so daß die Luft in dem Abschnitt 14 in Strömungsrichtung in der Volumeneinheit genau die Wassermenge enthält, die dem verlangten leuchigkeiisgrad entspricht, die bei einer bestimmten Tem-1 ■!—.:..:—,„„ Doiim f>intjpführt werden

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peratur in den klimatisierten Raum eingeführt werden

65 soll.

Die so befeuchtete Luft strömt dann durch das Gerät 15 zum Aufheizen oder Abkühlen auf die vorbestimmte Temperatur.

In einer anderen Ausführung ist für den Fall, daß das Gerät 11 einen Feuchtigkeitsüberschuß in der einzuleitenden Luft feststellt, die Entziehung dieses Überschusses durch Absorption, Adsorption, Kondensation oder durch Änderung des Rückführanteils im Kreislauf vorgesehen.

Das Gerät kann mit einem Kleinvcntilator versehen werden, der den Durchfluß der zu prüfenden Luft bewirkt, sofern es außerhalb der eigentlichen Klimaanlage installiert ist.

Das Gerät kann mit einem Schreiber, Alarmgeber oder einem Gerät mit Sichtkontrolle verbunden werden.

Ebenso kann es Teil einer Anlage zur Verminderung der Luftfeuchtigkeit mittels Absorption, Adsorption oder Kondensation sein.

In einer anderen Ausführungsari sind Einrichtungen zur Bestimmung der Größe des elektrischen Stroms vorgesehen, der von der Vorrichtung 7 geliefert wird.

Aus dieser Bestimmung wird auf die Temperatur der Luft geschlossen, die in das Gerät eingeführt wird (direkte Temperaturmessung). Bei dieser Ausführungsform. oder auch durch Verwendung eines unabhängigen Temperaturfühlers, ist das Gerät zur Feststellung

ίο von Glatteisgefahr geeignet. Die Kenntnis der Lufttemperatur, ihres absoluten Wassergehaltes in Verbindung mit der Bodentemperatur, erlaubt die Abschätzung einer mehr oder weniger großen Gefahr der Glatteisbildung auf einer Straße.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der absoluten Luftfeuchtigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft auf eine vorher festgelegte Temperatur gebracht und anschließend die relative Luftfeuchtigkeit gemessen wird.

2. Gerät zur Bestimmung der absoluten Luftfeuchtigkeit nach dem Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß es ein Rohr (I) als Kanal für die Durchführung der Luft, deren absolute Feuchtigkeit zu bestimmen ist, aufweist, in Strömungsrichtung einen elektrischen Heizwiderstand (4), dahinter eine Temperaturmeßsonde (6) mit zugeordnetem einsielibarem Gerät (7) zur Steuerung des Stromflusses im Heizwiderstand (4), sowie hinter der Temperaturmeßsonde (6) ein Hygrometer (9) zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit enthält.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hygrometer (9) für die Abgabe elektrischer Informationen ausgebildet ist.

4. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Ermittlung der Glatteisgefahr auf einer Straße od. dgl., wobei die Luft in Straßennähe entnommen und zusätzlich die Temperatur dieser Luft gemessen wird.