DE4402320C2 - Feuchtemeßgerät zur Ermittlung der Luftfeuchte an einem Bauteil - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Feuchtemeßgerät zur Ermittlung der Luftfeuchte an einem Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein Problem bei der Nutzung von Gebäuden, Anlagen und Vorrichtungen kann die Bildung von Schwitzwasser und damit einhergehende Korrosion, Schimmelbildung bzw. Bakterienvermehrungen an kalten Bauteilen sein. Schwitzwasser entsteht, wenn Luft in Kontakt mit kälteren Oberflächen auf Temperaturen unterhalb ihres Taupunk­ tes abkühlt. Entsprechende Oberflächen sind insbesondere in kaltbetriebenen Anlagen, Gebäuden oder Vorrichtung vorhanden, wie Wasserwerken, Wasserkraftwerken oder Brücken. Dabei ist regelmäßig ein erheblicher Luftaustausch mit der Umgebung vor­ handen, wodurch auskondensierte Luftfeuchte ständig ersetzt und wiederum auskon­ densiert wird. Infolgedessen kann Schwitzwasser in erheblichen Mengen anfallen und an metallischen Bauteilen Korrosion verursachen. Die Wasserschicht kann zudem Maßnahmen der Oberflächenbehandlung beeinträchtigen. Sie fördert gesundheitsge­ fährdende und bauteilschädigende Schimmelbildungen. Im Schwitzwasser kann es ferner zu Bakterienanreicherungen kommen, die in Reinwasseranlagen die Wasser­ qualität beeinträchtigen.

Auch ohne Schwitzwasserbildung kann sich hohe Luftfeuchtigkeit korrosionsfördernd auswirken. Die Korrosionsgeschwindigkeit von Stahl steigt nämlich ab etwa 60% re­ lativer Luftfeuchte sprunghaft an. Um 50% ist die Korrosionsgeschwindigkeit gering und bei 35% relativer Luftfeuchte geht sie gegen Null. Aus Sicherheitsgründen for­ dert man zur Vermeidung schwerer Korrosionsschäden in der Regel eine Luftfeuchte unter 50% relativ.

Durch Isolierschichten zum Abbau der Temperaturdifferenz zwischen Luft und Bau­ teiloberfläche lassen sich die vorbeschriebenen Effekte nicht wirksam bekämpfen, da Isolierungen durch die unvermeidbare Wasserdampfdiffusion durchfeuchtet werden. Auch eine Verhinderung der Schwitzwasserbildung durch Kühlen der Raumluft und/oder Erwärmen der Bauteile ist zumeist aus wirtschaftlichen Gründen undurch­ führbar. In der Regel ist wesentlich einfacher, der Raumluft die Feuchtigkeit zu ent­ ziehen und dadurch von deren Temperatur bzw. der Bauteiltemperatur unabhängig zu werden. Beispielsweise beträgt in unbeheizten wasserführenden Anlagen die Tempe­ ratur der Rohrleitungen und zugehöriger Einrichtungen über das gesamte Jahr verhältnismäßig konstant ungefähr 10°C. Bei einer Entfeuchtung der Luft so, daß ihr Tau­ punkt etwa 5°C beträgt, wird dann mit ausreichender Sicherheit eine Schwitzwasser­ bildung verhindert.

Die Luftentfeuchtung wird beispielsweise nach dem Munters-Luftentfeuchtungs-Ver­ fahren mittels einer Sorptionseinrichtung oder mittels Kondensationsentfeuchtern durchgeführt. Ein Feuchtemeßgerät ermittelt die aktuelle Luftfeuchte, um den Luftent­ feuchter so zu schalten, daß stets die geforderte relative Feuchte erreicht wird. Her­ kömmlicherweise ist das Feuchtemeßgerät direkt am Gerät oder in dessen Nähe pla­ ziert und mißt die Luftfeuchte bei Raumlufttemperatur. Die Raumluftfeuchte unter­ liegt jedoch erheblichen lokalen Schwankungen und kann vor allem starke vom Raumluftzustand in Bauteilnähe abweichen. Infolgedessen muß der Luftentfeuchter mit einer gewissen Sicherheit betrieben werden, die eine Taupunktsunterschreitung an den Bauteiloberflächen ausschließt. Damit wird jedoch eine Luftentfeuchtung erreicht, die beträchtlich über das für eine Vermeidung von Schwitzwasser erforderliche Maß hinausgeht. Die Luftentfeuchter können selbst dann eingeschaltet werden, wenn die Lufttemperatur die Bauteiltemperatur unterschreitet und keine Kondensation zu be­ fürchten ist. Somit wird ein unnötig hoher Trocknungsaufwand betrieben.

Aus der DE-PS 6 98 426 ist eine Vorrichtung zum Prüfen der Feuchtigkeit von Frischluft, die zur Belüftung eines Raumes von abweichender Temperatur bestimmt ist, bekannt. Ein Wärmespeicher und ein Haarhygrometer sind in einem beweglichen Gehäuse zusammengefaßt, in das man die Frischluft einleitet, um ihren Feuchtigkeits­ grad in bezug auf die Temperatur des zu belüftenden Raumes festzustellen. Dabei kann der Wärmespeicher so ausgebildet und angeordnet sein, daß er dicht an die Wände des zu belüftenden Raumes herangebracht werden kann, um deren Temperatur anzunehmen, worauf er beim Transport durch einen besonderen Wärmeschutz gegen Temperaturänderungen geschützt werden kann. Die Feuchtigkeit von Frischluft bei Raumtemperatur kann jedoch erheblich von der Feuchtigkeit von Raumluft bei Bau­ teiltemperatur abweichen.

Das DE 90 12 377 U1 bezieht sich auf einen Feuchtigkeitsdetektor, der für die Mes­ sung der Raumfeuchte konzipiert ist. Hierfür hat der Feuchtigkeitsdetektor ein Ge­ häuse mit mehreren senkrechten Stäben, die durch einen Schlitz zum Erzielen einer guten Luftkonvektion getrennt sind. Dieser Raumhygrostat kann nur für die Steuerung eines Entfeuchters in Abhängigkeit vom Zustand der Luft in einer Entfernung vom Bauteil dienen.

Eine genauere Regelung des Luftentfeuchters wird durch eine Luftfeuchtemessung an den Bauteiloberflächen erreicht. Bekannte Vorrichtungen arbeiten nach dem Prinzip der Taupunktsmessung, wobei elektrische Sensoren am Bauteil und an einer davon entfernten Raumstelle angeordnet sind. Die elektronische Feuchtemessung ist jedoch sehr aufwendig und nur in einem engen Temperaturbereich von etwa 6 bis 10°C funktionsfähig.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Feuchtemeßgerät zur Ermittlung der Luftfeuchte an Bauteilen zu schaffen, das mit geringem Aufwand eine insbesondere für die Steuerung eines Luftentfeuchters geeignete Feuchtemessung über einen großen Zustandsbereich der Luft ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Ein erfindungsgemäßes Feuchtemeßgerät ermöglicht einen Rückgriff auf verhältnis­ mäßig einfache Hygrometer mit einem großen Feuchtemeßbereich für eine Messung der Feuchte der am Bauteil anliegenden Luft. Bislang war es nicht möglich, derartige Hygrometer so an dem Bauteil zu plazieren, daß der Meßwert repräsentativ für den zu messenden Luftzustand war. Deshalb sieht die Erfindung zunächst ein Gehäuse vor, welches eine Abschirmung der Luft in seinem Inneren vor Außenluftbewegungen be­ wirkt. Damit der Luftzustand im Gehäuseinneren repräsentativ für den Zustand der Luft an freien Bauteilbereichen ist, wird durch Öffnungen des Gehäuses ein Feuchte- und Druckausgleich mit der Umgebung sichergestellt. Ein gut wärmeübertragender Verbindungsbereich des Gehäuses stellt sicher, daß die Luft im Gehäuseinneren auf die jeweilige Oberflächentemperatur des Bauteils temperiert wird. Damit erhält prak­ tisch die gesamte Luft im Gehäuse denselben Zustand, wie die unmittelbar am Bauteil anliegende Raumluft. Dieser Zustand kann von einem Hygrometer im Gehäuseinnern praktisch ohne Störungseinflüsse gemessen werden. Eine Einrichtung des Hygrome­ ters setzt die vom Hygrometer gelieferte Meßgröße in eine nach außen übertragbare Größe beispielsweise für die Steuerung eines Luftentfeuchters um. Dabei kann das Feuchtemeßgerät besonders einfach und mit ausreichender Meßgenauigkeit mit einem hygroskopischen Hygrometer insbesondere in Form eines Kunststoff- oder Haarhy­ grometers bestückt sein. In weiterer Vereinfachung handelt es sich bei dem Hygro­ meter um einen Hygrostaten mit einer elektrischen Schalteinrichtung, die für eine Zweipunktregelung des Luftentfeuchters beim Erreichen einer bestimmten Luft­ feuchte geschaltet wird.

Das Gehäuse kann in einfacher Ausgestaltung kastenförmig sein und für eine schnelle, variable Befestigung an einem metallischen oder anderen Bauteil an einer bauteilzu­ gewandten Seite Magnethalter oder Haltewinkel haben. Für eine Luftaustausch mit der Umgebung unter weitgehender Abschirmung des Gehäuseinneren von Außenluft­ bewegung reichen an der bauteilabgewandten Gehäuseseite ausgebildete Schlitze aus.

Für eine besonders gute Übertragung der Bauteiltemperatur auf die Gehäuseluft ist der wärmeübertragende Verbindungsbereich ein Kühlkörper, der mit einer aus dem Ge­ häuse ragenden Basis an das Bauteil ansetzbar ist und im Gehäuseinnern erstreckte Kühlrippen aufweist. Magnethalter oder Haltewinkel und die Basis des Kühlkörpers können für eine gleichzeitige Anlage an einer Bauteiloberfläche nivellierbar sein.

Damit die Luft im Gehäuse vor Kontakt mit dem Hygrometer den Zustand an freien Bauteilbereichen erreicht, sind bevorzugt die Öffnungen und der wärmeübertragende Verbindungsbereich an übereinstimmenden Positionen in Längsrichtung des Gehäuses angeordnet, d. h. die Öffnungen sind direkt auf den wärmeübertragenden Verbin­ dungsbereich ausgerichtet. Eine Beeinflussung des Hygrometers durch Außenluftbe­ wegungen ist praktisch nicht gegeben, wenn sich das Hygrometer und die Öffnungen an verschiedenen Positionen in Längsrichtung des Gehäuses befinden. In Montagelage kann das Hygrometer unterhalb der Öffnungen angeordnet sein.

Für eine gute Übertragung der Oberflächentemperatur auf das Hygrometer sind die Kühlrippen bis in die Nähe des Hygrometers erstreckt. Das Hygrometer kann an einer bauteilabgewandten Gehäuseinnenseite angeordnet sein. Konstruktiv und montage­ technisch besonders günstig ist, das Hygrometer an einer bauteilzugewandten Ge­ häuseinnenseite anzuordnen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Feuchtemeßgerät an einem Wasserrohr grob schematisch im Querschnitt;

Fig. 2 bis 5 dasselbe Feuchtemeßgerät am Wasserrohr in Seitenansicht, vergrößerter Einzelheit III der Seitenansicht, Draufsicht und Vorderansicht;

Fig. 6 ein anderes Feuchtemeßgerät an einem Wasserrohr grobschematisch im Quer­ schnitt;

Fig. 7 konventionelle und erfindungsgemäße Regelung des Luftzustandes in einem hx-Diagramm.

Gemäß Fig. 1 ist ein Feuchtemeßgerät 1 an einem Wasserrohr 2 als Bauteil montiert. Das Feuchtemeßgerät 1 hat ein ka­ stenförmiges Gehäuse 3, dessen bauteilabgewandte Seite mit Schlitzen 4 versehen ist, durch die in Diffusionsrichtung D ein Luftaustausch mit der Umgebung möglich ist. An der bauteilzugewandten Seite hat das Feuchtemeßgerät 1 einen Kühlkörper 5, dessen Basis 6 auf einem Rohrmantel 7 ruht und dessen Kühlrippen 8 weit in das Gehäuseinnere 9 er­ streckt sind. Geeignete Kühlkörper sind für die Kühlung von Halbleiter-Leistungsschaltelementen bekannt. Der Kühl­ körper 5 überträgt die Manteltemperatur des Rohres 2 auf die Luft im Gehäuseinnern 9.

Innen an der mit Schlitzen 4 versehenen Gehäuseseite ist ein Haarhygrometer 10 montiert. Haarhygrometer sind im Stand der Technik als Feuchtemesser bekannt. Ihre Funktion beruht auf den Eigenschaften gewisser organischer Fasern, wie Wolle, Seide, Baumwolle, menschliche Haare oder Kunst­ stoffe, sich bei zunehmender relativer Feuchtigkeit auszu­ dehnen. Gewöhnlich wird ein Bündel entfettetes blondes Frauenhaar zur Erzeugung der Stellkräfte benutzt, die einen hydrometrischen Geber betätigen. Bei dem Ausführungs­ beispiel sind die Haare 11 harfenartig zwischen starren Spannstücken 12 aufgespannt. Die Spannstücke 12 sind an einem Träger 13 so gelagert, daß sie mittels eines dreh­ baren Stellrades 14 vorspannbar sind. Sockel 15 halten das Basisteil 13 am Gehäuse 3 fest. Die Spannung der Haare 11 wirkt auf elektrische Schalteinrichtungen 16 ein, die bei Überschreiten oder Unterschreiten eines bestimmten Wertes einen Schaltimpuls auf eine nach außen geführte Steuerlei­ tung 17 geben. Der Umschaltwert ist durch Einstellen des Stellrades 14 veränderlich.

Somit ist das Feuchtemeßgerät 1 in der Lage, die relative Luftfeuchte unter den Bedingungen der Oberflächentempera­ tur des Wasserrohres 2 zu messen, wobei die Schlitze 4 stets garantieren, daß der Zustand der Raumluft in der zähe der Bauteiloberfläche erfaßt wird. Zur Vermeidung von Störungseinflüssen wird man das Feuchtemeßgerät 1 an einer für Raumluft und Oberflächentemperatur der Bauteile reprä­ sentativen Stelle der Anlage montieren.

Für die Montage sind gemäß Fig. 2 bis 5 an den Stirnseiten des Gehäuses 3 Magnethalter 18 befestigt. Um den Abstand eines Magneten 19 der Magnethalter 18 bezüglich des aus der behälterzugewandten Gehäuseseite herausragenden Fußes 6 nivellieren zu können, sind die Magnethalter mittels Winkeln 20 am Gehäuse festgelegt, die in einem Längs­ schlitz eine Befestigungsschraube 21 für eine einstellbare Fixierung haben.

Die Fig. 2 bis 5 verdeutlichen, daß die Schlitze 4 paral­ lel gerichtet und Lamellen 22 zum Lenken eintretender Um­ gebungsluft in den Oberbereich des Gehäuses 1 aufweisen. Die drei Schlitze 4 sind im Oberbereich des Gehäuses 1 an­ geordnet, so daß im Gehäuseunterbereich genügend Platz für die Unterbringung des Hygrometers im Abstand von den Luft­ durchlässen vorhanden ist.

Die Montage des Feuchtemeßgerätes geschieht einfach durch Magnetbefestigung in der gezeichneten Ausrichtung an einem Rohr 2. Dann muß nur das elektrische Verbindungskabel 17 zur Steuerung eines Luftentfeuchters geführt werden.

Die Version gemäß Fig. 6 ist mit denselben Bauteilen wie die zuvor beschriebene versehen, die jedoch in anderer Weise angeordnet sind. Unter Rückgriff auf die obigen Be­ zugsziffern und die zugehörige Beschreibung wird deshalb nachfolgend nur auf die Unterschiede in der Anordnung ein­ gegangen.

Gemäß Fig. 6 hat das Feuchtemeßgerät 1 ein Haarhygrometer 10, das mittels Sockeln 15 an der bauteilzugewandten In­ nenseite des Gehäuses 3 angeordnet ist. In diesem Fall ist das Stellrad 14 von der bauteilzugewandten Gehäuseinnen­ seite abgewandt. Das Haarhygrometer 10 ist in (der zur Zeichnungsebene senkrechten) Längsrichtung des Gehäuses 3 an einer anderen Position als die Schlitze 4 angeordnet. Wie bei der Version gemäß Fig. 1 haben jedoch die Schlitze 4 und der Kühlkörper 8 in Längsrichtung des Gehäuses 3 einander überdeckende Positionen. In Diffusionsrichtung D in das Gehäuse 3 strömende Luft wird also zunächst am Kühlkörper 5 vorbeigeführt und hierdurch auf Oberflächen­ temperatur des Bauteiles 7 gebracht, bevor sie zum Hygro­ meter 10 gelangt.

Bei der Version gemäß Fig. 6 hat die Anordnung des Hygro­ meters 10 an der bauteilzugewandten Gehäuseinnenseite den Vorteil, daß sämtliche Einbauten an dieser Gehäuseinnen­ seite montiert und danach das Gehäuse durch eine Haube ge­ schlossen werden kann. Dann läßt sich das Einstellrad 14 einfach einstellen, wozu gegebenenfalls eine Haube des Ge­ häuses 3 abgenommen werden kann.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Feuchtemessung wird durch das hx-Diagramm gemäß Fig. 7 verdeutlicht. Ausgegan­ gen wird von Raumluft mit einer Temperatur von 13°C von einer Oberflächentemperatur einer Wasserleitung von 11°C. Um Kondensation an der Wasserleitung sicher zu vermeiden, wird durch herkömmliche Lufttrocknung eine Raumluftfeuchte von 60% sichergestellt. Bei diesem Feuchtezustand hat die Luft einen Taupunkt TP von 5°C, der sicher von einer was­ serführenden Leitung nicht unterschritten wird. Bei Ein­ satz eines erfindungsgemäßen Feuchtemeßgerätes kann in Oberflächennähe der wasserführenden Bauteile eine "Mikro­ feuchte" von 90% eingehalten werden, ohne daß Kondensation zu befürchten ist. Diese Luft hat einen Taupunkt TP von 9,5°C und ist erheblich kostengünstiger bereitzustellen.

Claims (13)

1. Feuchtemeßgerät zur Ermittlung der Luftfeuchte von Raumluft an einem Bauteil (2) mit einem in Bauteilnähe anzubringenden Sensor (11), dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (3) zur weitgehenden Abschirmung von Luft in einem Gehäuseinnenraum (9) vor Außenluftbewegungen vorgesehen ist, das Gehäuse Öffnungen (4) für einen Feuchte- und Druckausgleich mit der Umgebung hat, das Gehäuse einen gut wärmeübertragenden Verbindungsbereich (5) zum Übertragen der Oberflächentemperatur des Bau­ teils (2) in den Gehäuseinnenraum aufweist, der wärme­ übertragende Verbindungsbereich ein Kühlkörper (5) mit einer aus dem Gehäuse ragenden Basis (6) und im Ge­ häuseinnern erstreckten Kühlrippen (8) ist, und im Ge­ häuseinnenraum ein der vom Kühlkörper (5) übertragenen Oberflächentemperatur ausgesetztes Hygrometer (10) mit einer Einrichtung (16) zur Übertragung von Meßwerten angeordnet ist, und die Kühlrippen (8) bis in die Nähe des Hygrometers (10) erstreckt sind.

2. Feuchtemeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) kastenförmig ausgebildet ist.

3. Feuchtemeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (3) an einer bauteilzuge­ wandten Seite Magnethalter (18) für eine Befestigung an einem Metallbauteil (2) oder Haltewinkel für die Be­ festigung an Bauteilen aus beliebigem Material hat.

4. Feuchtemeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Halter (18) austauschbar sind.

5. Feuchtemeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Öffnungen als Schlitze (4) an einer bauteilabgewandten Gehäuseseite ausgebil­ det sind.

6. Feuchtemeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in Verbindung mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnethalter (18) oder Haltewinkel und die Basis (6) des Kühlkörpers für eine gleichzeitige Anlage an einer Bauteiloberfläche (2) nivellierbar sind.

7. Feuchtemeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (4) und der wärmeübertragende Verbindungsbereich (5) an überein­ stimmenden Positionen in Längsrichtung des Gehäuses (3) angeordnet sind.

8. Feuchtemeßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Hygrometer (10) und die Öffnungen (4) an verschiedenen Positionen in Längsrichtung des Gehäuses angeordnet sind.

9. Feuchtemeßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das Hygrometer (10) in Montagelage unterhalb der Öffnungen (4) angeordnet ist.

10. Feuchtemeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Hygrometer (10) innen an einer bauteilabgewandten Gehäuseseite angeordnet ist.

11. Feuchtemeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Hygrometer (10) an einer bauteilzugewandten Gehäuseinnenseite angeordnet ist.

12. Feuchtemeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß das Hygrometer (10) ein hygroskopisches, insbesondere ein Kunststoffhygrometer oder Haarhygrometer ist.

13. Feuchtemeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß das Hygrometer (10) als Hygrostat mit einer beim Erreichen einer bestimmten Luftfeuchte geschalteten elektrischen Schalteinrich­ tung (16) ausgebildet ist.