Optimale Platzierung von Feuchtesensoren: Kontrolle von Inhomogenitäten und Vermeidung von Kondensation

Autor: Technikabteilung Mycond

Die Kontrolle der Luftfeuchte ist ein entscheidender Faktor, um die Produktqualität zu erhalten, Korrosion zu verhindern und das Wachstum von Mikroorganismen in Industrie- und Lagerräumen zu unterbinden. Allein die Installation eines Entfeuchtungssystems reicht jedoch nicht aus – ein Schlüsselfaktor ist die korrekte Platzierung der Feuchtesensoren, die den Betrieb dieses Systems steuern. Einer der häufigsten Planungsfehler: die Verwendung eines einzelnen Sensors zur Kontrolle eines großen Raums, was zu einem fehlerhaften Betrieb des Entfeuchtungssystems führt, selbst wenn der Messwert normal erscheint.

Physikalische Mechanismen des Feuchtetransports in der Luft

In Innenräumen wirken zwei Hauptmechanismen des Stofftransports von Wasserdampf: konvektiver Transport durch die Bewegung von Luftmassen und molekulare Diffusion aufgrund eines Konzentrationsgradienten. Der konvektive Transport dominiert in belüfteten Räumen, in denen die Luftgeschwindigkeit 0,1–0,2 m/s übersteigt. Die molekulare Diffusion spielt in Bereichen mit Luftstagnation eine Schlüsselrolle.

Die Geschwindigkeit der Feuchteangleichung hängt vom Diffusionskoeffizienten von Wasserdampf D ab, der für Luft unter Normalbedingungen etwa 2,6×10^-5 m²/s beträgt. Mit steigender Temperatur nimmt der Diffusionskoeffizient zu, und die Geschwindigkeit der Konzentrationsangleichung erhöht sich. Die Geometrie des Raums beeinflusst die Bildung von Luftströmungen erheblich – bei einem Seitenverhältnis größer als 3:1 entstehen Zonen unzureichenden Luftaustauschs, in denen sich Feuchte anreichert.

Luftschichtung und vertikaler Gradient des Feuchtegehalts

Die Dichte feuchter Luft hängt gemäß der Zustandsgleichung für ideale Gase von Temperatur und Feuchtegehalt ab: ρ = p/(R·T)·(1 + d)/(1 + 1,609·d), wobei ρ die Dichte, p der Druck, R die Gaskonstante, T die absolute Temperatur und d der Feuchtegehalt ist. Beim Erwärmen nimmt die Dichte der Luft ab, sie steigt nach oben und bildet einen vertikalen Feuchtegradienten.

In Räumen mit Wärme- und Feuchtequellen in unterschiedlichen Höhen entsteht ein komplexes vertikales Profil des Feuchtegehalts. Eine stabile Schichtung tritt auf, wenn warme feuchte Luft oben und kältere trockenere Luft unten konzentriert ist. Der vertikale Feuchtegradient kann je nach Lüftungsregime und Wärmebelastung 2–5 % relative Feuchte pro Meter Raumhöhe erreichen.

Einfluss des Lüftungssystems auf die Gleichmäßigkeit der Parameter

Es gibt drei grundlegende Luftverteilungstypen, die die Feuchteverteilung maßgeblich beeinflussen:

1. Mischlüftung mit Luftzufuhr in die obere Zone sorgt für aktive Durchmischung und relativ gleichmäßige Parameter. Sie ist für die meisten Räume effizient, erfordert jedoch hohe Zuluftgeschwindigkeiten.

2. Verdrängungslüftung mit Zufuhr in die untere Zone erzeugt einen vertikalen Parametergradienten. Zonen der größten Inhomogenität bilden sich an der Trennschicht der Strömungen.

3. Kombinierte Konzepte vereinen die Vorteile beider Systeme, erfordern jedoch eine präzisere Auslegung.

Die erforderliche Luftwechselrate n zur Sicherstellung der vorgegebenen Gleichmäßigkeit wird mit der Formel bestimmt: n = ln(C_max/C_zul)/τ, wobei C_max die maximale Wasserdampfkonzentration, C_zul die zulässige Konzentration und τ die Ausgleichszeit ist. Wichtig ist zu verstehen, dass selbst eine hohe Luftwechselrate keine Gleichmäßigkeit garantiert, wenn die Luftverteilung falsch organisiert ist.

Lokale Feuchtequellen und Risikobereiche

In Industriegebäuden gibt es viele Feuchtequellen mit unterschiedlicher Abgabestärke:

• Offene Wasserflächen: die Verdunstung kann 0,1–0,2 kg/m²·h erreichen
• Technologische Prozesse: abhängig vom Anlagentyp
• Menschliche Präsenz: ca. 50–150 g/h pro Person
• Feuchte Materialien: unterschiedliche Intensität je nach Temperatur und Fläche

Jede Quelle erzeugt in ihrer Umgebung eine Zone erhöhter Feuchte, deren Radius von der Intensität der Quelle und dem Luftaustausch abhängt. Besondere Aufmerksamkeit ist kalten Oberflächen zu widmen – Wänden, Rohrleitungen, Kälteanlagen –, an denen Kondensation selbst bei normalen mittleren Feuchtewerten im Raum auftreten kann.

Vorgehen zur Bestimmung der Anzahl und Platzierung von Feuchtesensoren

Für eine effektive Feuchtekontrolle empfehlen wir folgende schrittweise Methodik:

1. Analysieren Sie die Raumaufteilung und identifizieren Sie alle Feuchtequellen und kalten Oberflächen.
2. Bestimmen Sie den Typ des Lüftungssystems und die Hauptrichtungen der Luftströme.
3. Definieren Sie charakteristische Zonen: aktive Lüftung, technologische Anlagen, mögliche Stagnationsbereiche, Bereiche nahe kalter Oberflächen.
4. Bestimmen Sie für jede Zone die Notwendigkeit eines separaten Sensors anhand des Kriteriums: Befindet sich in der Zone eine lokale Feuchtequelle oder eine kalte Oberfläche oder ist der Abstand zur aktiven Lüftungszone größer als 7–10 m, dann ist ein eigener Sensor erforderlich.
5. Bestimmen Sie die Einbauhöhe des Sensors: bei Räumen mit Mischlüftung in Arbeitshöhe (1,5–1,8 m); bei Verdrängungslüftung auf der Höhe des maximalen Kondensationsrisikos; bei mehrstöckigen Lagern auf jeder Ebene separat.
6. Stellen Sie sicher, dass kein Sensor direkt an Zu- oder Abluftöffnungen in einem Abstand von weniger als drei Luftkanal-Durchmessern oder weniger als einem Meter angebracht ist.

Typische Fehler bei der Auslegung von Feuchtemesssystemen

Die häufigsten Fehler, die vermieden werden sollten:

• Ein Sensor für den gesamten Raum – führt aufgrund räumlicher Parameterunterschiede zu einer ungleichmäßigen Regelung;
• Platzierung des Sensors nahe Zu- oder Abluftkanälen – es werden Strömungsparameter gemessen, nicht die mittleren Raumparameter;
• Ignorieren der Temperaturschichtung – der Sensor bildet die Parameter in kritischen Zonen nicht ab;
• Fehlende Sensoren nahe kalter Oberflächen – keine Kontrolle in Zonen mit höchstem Kondensationsrisiko;
• Platzierung der Sensoren an montagefreundlichen Orten – ohne Berücksichtigung der Struktur der Luftströmungen.

Betriebliche Folgen einer falschen Sensorplatzierung

Betrachten wir drei typische Problemszenarien durch falsche Sensorplatzierung:

Szenario 1: Der Sensor befindet sich in einer Zone mit aktivem Luftaustausch, zeigt normale Feuchte (45–50 %), während in Stagnationszonen die Feuchte erhöht ist (65–70 %) und Kondensation auftritt. Folgen: Produktschäden, Korrosion, Wachstum von Mikroorganismen.

Szenario 2: Der Sensor ist in der Nähe einer lokalen Feuchtequelle platziert, zeigt ständig erhöhte Werte (60–70 %), das Entfeuchtungssystem arbeitet mit maximaler Leistung. Folgen: Energieverschwendung, Übergang zur Übertrocknung in anderen Bereichen des Raums (bis 30–35 %).

Szenario 3: Der Sensor ist in falscher Höhe platziert (unter der Decke), zeigt erhöhte Feuchte (55–65 %), obwohl im Arbeitsbereich normale Feuchte herrscht (45–50 %). Folge: unnötiger Betrieb des Entfeuchters, Erhöhung des Energieverbrauchs um 30–40 %.

Einschränkungen und Bedingungen für die Anpassung der Vorgehensweise

Es sind Bedingungen zu berücksichtigen, unter denen die Standardansätze zur Sensorplatzierung angepasst werden müssen:

• Bei Raumvolumina über 5000 m³ kann selbst eine korrekte Sensorplatzierung keine vollständige Kontrolle gewährleisten – ein zusätzliches Monitoring-System ist erforderlich.
• Bei Temperaturen unter -20 °C nimmt die Genauigkeit der Feuchtemessung ab – spezielle Tieftemperatur-Sensoren sind notwendig.
• In Räumen mit intensiven Staubquellen oder aggressiven Stoffen fallen Standard-Kapazitätssensoren schnell aus – Schutzgehäuse oder alternative Sensortypen sind erforderlich.
• Bei saisonalen Änderungen im Betriebsregime kann eine Neukalibrierung oder Verlegung der Sensoren notwendig werden.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Warum bildet sich Kondensat an den Wänden, obwohl der zentrale Sensor normale Werte zeigt?

Das geschieht aufgrund lokaler Inhomogenitäten der Feuchte. Der Zentralsensor kann 50 % relative Feuchte anzeigen, während sie an kalten Wänden 70–80 % erreichen kann. Liegt die Wandtemperatur unter dem Taupunkt für den lokalen Feuchtegehalt, entsteht Kondensation. Lösung: zusätzliche Sensoren an kalten Oberflächen installieren oder die Intensität des Luftaustauschs erhöhen.

In welcher Höhe sollte der Feuchtesensor installiert werden?

Die Höhe hängt vom Lüftungstyp und der Raumnutzung ab. Bei Mischlüftung: 1,5–1,8 m über dem Boden (Arbeitsbereich). Bei Verdrängungslüftung: auf der Höhe kritischer Prozesse oder Anlagen. In Lagerräumen mit mehrgeschossiger Lagerung: auf jeder Ebene. Grundprinzip: Der Sensor muss dort sein, wo die Feuchtekontrolle am kritischsten ist.

Wie viele Sensoren werden für ein Lager mit 500 m² benötigt?

Angewandt auf die Methodik aus Abschnitt 5 gilt für ein Lager mit 500 m² und 6 m Höhe mindestens: 1 Basissensor zur Gesamtüberwachung + 1 Sensor je 150–200 m² (bei fehlenden Hindernissen) + zusätzliche Sensoren in der Nähe von Feuchtequellen und kalten Oberflächen. Im Durchschnitt sind das 3–5 Sensoren, platziert nach einem Schema, das die objektspezifischen Gegebenheiten berücksichtigt.

Fazit

Die korrekte Platzierung von Feuchtesensoren ist keine formale Anforderung, sondern eine ingenieurtechnische Notwendigkeit, die sich aus der Physik des Wasserdampf-Stofftransports in Luft ergibt. Ein einzelner Sensor kann in einem Raum mit komplexer Geometrie, lokalen Feuchtequellen und ungleichmäßigen Luftströmungen keine adäquate Kontrolle gewährleisten.

Wesentliche Empfehlungen für Planer:

• Analysieren Sie die Struktur der Luftströmungen, bevor Sie die Messpunkte festlegen
• Berücksichtigen Sie lokale Feuchtequellen und kalte Oberflächen
• Sparen Sie nicht an der Anzahl der Sensoren, wenn dies durch Größe und Komplexität des Objekts gerechtfertigt ist
• Prüfen Sie regelmäßig die Korrelation zwischen den Messwerten verschiedener Sensoren
• Platzieren Sie Sensoren in optimaler Höhe entsprechend dem Lüftungstyp

Die Einhaltung dieser Prinzipien ermöglicht einen effizienten Betrieb von Entfeuchtungssystemen, verhindert Schäden an Produkten und Anlagen und optimiert den Energieeinsatz zur Aufrechterhaltung des Mikroklimas.