DE4112198C2 - Raumfeuchteregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Warnung vor zu hoher relativer Feuchte oder zur Verminderung der relativen Feuchte in Innenräumen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

An Baukörpern treten bei zu hoher relativer Luftfeuchtigkeit in Räumen Feuchteschäden und Schimmelbefall auf, die zu vermeiden sind.

Aus der DE-OS 21 38 233 ist ein Verfahren zur Regelung der relativen Feuchte in Räumen bekannt, bei denen die Oberflächenfeuchte eines im Raum befindlichen Körpers als Steuergröße verwendet wird. Da die Messung der Oberflächenfeuchte sehr kritisch und teuer ist, scheint diese Methode für die Feuchteregelung in Gebäuden weniger geeignet zu sein.

Die DE 22 20 598 C2 offenbart die Möglichkeit, die Oberflächenfeuchtemessung durch eine Temperaturmessung an der Oberfläche zu ersetzen.

Aus der DE-OS 32 23 424 ist ein Lüftungsverfahren bekannt, bei dem neben der Raumtemperatur, dem CO₂-Gehalt und dem CO-Gehalt auch die Raumfeuchte als Steuergröße eingeht. Mit diesem Verfahren soll einer bewohnerspezifischen Anforderung ans Wohlbefinden und an die Raumluftqualität genüge getan werden. Bei einer Änderung der Luftfeuchte wird der Volumenstrom herauf- oder heruntergesetzt. Der Sollwert ist konstant.

Es sind weiterhin Raumfeuchteregelungen bekannt, bei welchen ein fester Sollwert, der nicht überschritten werden sollte, einstellbar ist. Diese Systeme haben den Nachteil, daß sie den wechselnden meteorologischen Größen wie Änderung der Außenluftfeuchte und Außenlufttemperatur und damit auch Änderung der Innenflächentemperatur der Außenwände, welche wiederum eine andere Atmosphäre für die Sporenbildung von Schimmelpilzen bewirkt, nicht berücksichtigen. Bei fest eingestelltem Feuchtesollwert kann es somit im Jahreszyklus zu Unter- als auch zu einer Überlüfung des Gebäudes kommen. Eine derartige Regelung ist weder energetisch zu vertreten, noch bietet sie einen sicheren Schutz gegen Feuchteschäden.

Die DE-OS 27 45 776 beschreibt ein gattungsgemäßes Verfahren zur Verminderung der relativen Feuchte in Innenräumen durch Maßnahmen, welche die Raumluftfeuchte herabsetzen, wie die Aktivierung eines ein- oder mehrstufigen Ventilators oder eines Entfeuchtungsgerätes, wobei zur Bestimmung des momentanen Schaltwerts der Feuchte die Oberflächentemperatur an einer kritischen Stelle des Raumes und die Raumlufttemperatur herangezogen werden, und wobei ein fester Höchstwert der Feuchte auf der überwachten Oberfläche eingestellt werden kann.

Bei diesem Verfahren wird stets eine Feuchtigkeitsmessung auf einer Oberfläche durchgeführt, was den Aufwand für die Meßtechnik erhöht. Da die Regelung ständig versucht, einen bestimmten Feuchtesollwert zu unterschreiten und keine kurzfristigen Feuchtespitzen toleriert, ist auch der Energieverbrauch höher.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Regelverfahren für die Bestimmung des jeweils richtigen Schaltwerts einer Raumfeuchteregelung vorzuschlagen, das mit einfacher Meßtechnik realisierbar ist, Feuchteschäden sicher vermeidet und minimalen Energieeinsatz ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst von einem Verfahren mit den im Anspruch angegebenen Merkmalen.

Kern der Erfindung ist, daß der Schaltwert nicht konstant ist, sondern ganz individuell nach Baukörper und meteorologischen Gegebenheiten bestimmt wird. Die Schaltwertbestimmung orientiert sich dabei an der Prämisse, Feuch­ teschäden zu vermeiden.

Zwei erfindungsgemäße Regelverfahren werden anhand der Fig. 1 und 2 erläutert.

Entsprechend Fig. 1 kann der Schaltwert ϕ_c der Feuchte, ab welchem irgend­ eine Maßnahme zur Warnung (akustisch oder optisch) oder zur Verringerung der Feuchte im Raum eingeleitet wird, dabei in einer Ausführung der Erfin­ dung aus der Raumlufttemperatur ϑ₁, der Wandoberflächentemperatur ϑ_s und einem Regelkriterium ϕ_cr gebildet werden.

Da sich sowohl ϑ₁ als auch ϑ_s in der Regel mit der Zeit ändern, wird auch der Schaltwert den momentanen Bedingungen angepaßt. Da aber für das Wachs­ tum von Schimmelpilzen nicht Momentanzustände maßgebend sind, sondern der mittlere Feuchtegehalt an der Oberfläche z. B. während eines Monats, wird der momentane Schaltwert ϕ_c der Feuchte so bestimmt, daß im Monatsmittel der mittlere feuchte Gehalt an der Oberfläche gerade so groß ist, daß keine günstigen Bedingungen für die Vermehrung von Schimmelpilzen gegeben sind.

Das wird erfindungsgemäß durch das Regelkriterium ϕ_cr sichergestellt, das im Hinblick auf einen energieoptimierten Betrieb von der Oberflächentemperatur abhängig ist.

Übersteigt die tatsächliche, über einen Feuchtefühler gemessene Raumluft­ feuchte diesen so bestimmten Schaltwert, kann z. B. ein Ventilator eines Lüf­ tungssystems mit einer oder mehreren Stufen aktiviert werden, oder die Betä­ tigung von Drosselorganen oder andere den Luftwechsel beeinflussende Maßnahmen eingeleitet werden, so daß der Luftwechsel erhöht und die Feuchte im Raum gesenkt wird. Ebenso ist die Aktivierung eines Entfeuch­ tungsgerätes in ein oder mehreren Stufen möglich. Möglich ist auch nur die Abgabe eines optischen oder akustischen Signals, das dem Bewohner signa­ lisiert, daß die Luftfeuchte zu hoch ist und feuchtereduzierende Maßnahmen eingeleitet werden sollten.

In der Praxis kann es vorkommen, daß bei starker Feuchteproduktion (z. B. beim Duschen) die Istfeuchte den Schaltwert übersteigt, was in der Regel durch die begrenzte Förderkapazität eines Ventilators oder die begrenzte Kondensationsrate eines Entfeuchtungsgeräts nicht verhindert werden kann. Diese Feuchtespitzen bewirken normaleweise noch kein Pilzwachstum. Hier greift die Erfindung mit dem Regelkriterium ϕ_cr ein, welches dafür sorgt, daß die Bedingungen an der kritischen Stelle im Langzeitmittel so sind, daß ge­ rade kein Schimmelpilzwachstum auftritt.

Entsprechend Fig. 2 kann, falls die Messung der Oberflächentemperatur an einer kalten Stelle der Wand in bewohnten Räumen nicht praktikabel ist, in einer zweiten Ausführung der Erfindung die Messung der Oberflächentempe­ ratur durch eine zusätzliche Messung der Außenlufttemperatur ϑ_e ersetzt wer­ den. Fig. 2 zeigt das erweiterte Schaltschema, bei dem aus ϑ_e, ϑ₁ und Mate­ rialkenngrößen die Oberflächentemperatur ϑ_s berechnet wird. Diese wird dann zusammen mit der Raumtemperatur ϑ₁ und dem Regelkriterium ϕ_cr zum Schaltwert für die Feuchte ϕ_c umgerechnet.

Bei der Berechnung der tatsächlichen momentanen Oberflächentemperatur ϑ_s aus ϑ_e und ϑ₁ ist wichtig, der thermischen Trägheit der Wand und den häufig komplizierten Wärmeübertragungsmechanismen in zwei- und dreidi­ mensionalen Wandecken in geeigneter Weise Rechnung zu tragen. Die Ober­ flächentemperatur ϑ_s berechnet sich z. B. aus der Gleichung

ϑ_s = τ · (ϑ₁ - ϑ_e) + ϑ_e

wobei τ der dimensionslose Temperaturfaktor ist, eine Zahl, die bevorzugt zwischen 0,5 und 1 liegt und sich beispielsweise aus den Langzeitmitteln der Temperaturen ϑ₁, ϑ_s und ϑ_e nach folgender Gleichung berechnet:

In einer einfachen Ausführung kann τ auch konstant gewählt und abgeschätzt werden.

Die kälteste in einem Raum befindliche Oberfläche ist Pilzbefall am anfällig­ sten, da dort die relative Oberflächenfeuchte am größten ist und damit bes­ sere Wachstumsbedingungen für Schimmelpilze vorliegen als an anderen Stellen.

Erfindungsgemäß orientiert sich die Steuerung an dieser kritischen Stelle.

Die maximale zulässige Oberflächenfeuchte hängt primär von der Oberflä­ chentemperatur und sekundär von weiteren Parametern wie Nahrungswert der Oberfläche für Pilze, Oberflächenrauhigkeit und insbesondere der Pilzart selbst ab.

Durch die Eigenschaft, daß die absolute Feuchte der Raumluft X₁ gleich groß ist wie die absolute Feuchte an der Wandoberfläche X_s, läßt sich der Schalt­ wert ϕ_c über nachfolgende Gleichung ermitteln:

wobei

P_e der Luftdruck
P⁰ der Sättigungsdampfdruck von Wasserdampf sind.

Hierzu sind die Kenntnis der Oberflächentemperatur ϑ_s, der Raumtemperatur ϑ₁ und des Regelkriteriums ϕ_cr notwendig. ϑ_s und ϑ₁ sind Meßgrößen. ϕ_cr ist so gewählt, daß über einen längeren Zeitraum auch für Schimmelpilzarten mit geringem Feuchtebedarf die Oberflächenfeuchte gerade nicht zur Vermeh­ rung ausreicht. ϕ_cr liegt beispielsweise zwischen 0 und 1, bevorzugt zwischen 0,8 und 1, ist abhängig von der Oberflächentemperatur bzw. von der Außentemperatur und sinkt mit fallender Oberflächentemperatur bzw. Außentemperatur.

Der aktuelle Wert eines vorhandenen Feuchtefühlers im Raum wird ständig mit dem berechneten Schaltwert verglichen. Bei Überschreitung des Schalt­ werts werden, wie vorher ewähnt, entsprechende Signale abgegeben oder Maßnahmen begonnen, wie z. B. die Aktivierung des Ventilators eines Lüf­ tungssystems oder der Kaltfläche eines Kühlaggregats, so daß die Feuchtig­ keit über die Außenluft oder über die Kaltfläche abgeschieden werden kann.

Die Erfindung bietet folgende Vorteile: Keine Feuchteschäden, da der mittlere Feuchtegehalt von Oberflächen so niedrig ist, daß diese nicht aufreten.

Gleichzeitig optimierte Anpassung von Luftströmen an den Bedarf, das heißt die dem Raum zugeführten Volumenströme sind so gering wie möglich und gerade so groß wie notwendig, um Feuchteschäden zu vermeiden. Das führt zu einem minimalen Aufwand an Energie. Ein Entfeuchtungsgerät wird gera­ de so lange wie notwendig betrieben.

Eine individuelle Anpassung des Regelkonzeptes an den Baukörper ist da­ durch sichergestellt, daß bei der ersten Ausführung die tatsächliche kritische Oberflächentemperatur gemessen und bei der zweiten Ausführung gemäß den - tatsächlichen - Materialkonstanten der Wand berechnet wird.

Auf beliebige Gebäude anwendbar. Die kritische und teure Messung der Oberflächenfeuchte wird vermieden und durch einfache Temperaturmessung an der Wandoberfläche bzw. der Außen- und Innentemperatur, sowie eine Messung der relativen Luftfeuchte ersetzt.

Da der maximal zulässige Wert der Oberflächenfeuchte nicht konstant einge­ stellt ist, sondern auch von der Oberflächentemperatur abhängig ist, bietet das neue Verfahren bei gleichzeitig minimalem Energieeinsatz eine bessere und problemorientiertere Lösung zur Vermeidung von Feuchteschäden.

Claims (2)

1. Verfahren zur Warnung vor zu hoher relativer Feuchte oder zur Verminderung der relativen Feuchte in Innenräumen durch Maßnahmen, welche die Raumluftfeuchte herabsetzen, wie die Aktivierung eines ein- oder mehrstufigen Ventilators oder eines Entfeuchtungsgerätes, insbesondere für Wohnräume, wobei zur Bestimmung des momentanen Schaltwerts (ϕ_c) der Feuchte die Oberflächentemperatur (ϑ_s) an einer kritischen Stelle des Raumes und die Raumlufttemperatur (ϑ₁) herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltwert (ϕ_c) nach folgender Gleichung ermittelt wird: mit
P_e dem Luftdruck, und
P⁰ dem Sättigungsdampfdruck von Wasserdampf,
und einem Regelkriterium (ϕ_cr), das von der Oberflächentemperatur (ϑ_s) abhängig ist und sicherstellt, daß als Mittelwert über einen längeren Zeitraum vorzugsweise einen Monat Bedingungen an der kritischsten Stelle einer Raumoberfläche vorliegen, welche ein Wachstum oder eine Vermehrung von Schimmelpilzen gerade sicher verhindern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Oberflächentemperatur (ϑ_s) ersetzt wird durch eine Messung der Außentemperatur (ϑ_e), wobei die Oberflächentemperatur (ϑ_s) aus der Außentemperatur (ϑ_e) und der Raumlufttemperatur (ϑ₁) berechnet wird.