Saisonale Optimierung von Feuchteregelungssystemen: Winterpotenzial nutzen und auf sommerliche Spitzen vorbereitet sein

Autor: Technische Abteilung Mycond

Feuchteregelungssysteme werden üblicherweise für mittlere Jahres- oder extreme Sommerbedingungen ausgelegt. Das führt im Winter zu erheblichen Energie-Mehrverbräuchen durch den dauerhaften Betrieb von Entfeuchtern, obwohl das trockene Winteraußenklima kostenloses Potenzial bietet, und im Sommer zu Schwierigkeiten beim Einhalten der Ziel-Feuchte aufgrund unterschätzter Spitzenlasten. Die richtige saisonale Adaption der Entfeuchtungssysteme ermöglicht es, den Energieverbrauch in bestimmten Perioden des Jahres um 30–50% zu senken und einen stabilen Betrieb in sommerlichen Spitzenmomenten sicherzustellen.

Jahreszeitliche Schwankungen der absoluten und relativen Außenluftfeuchte verursachen im Jahresverlauf erhebliche Lastsprünge für Entfeuchtungssysteme. Beispielsweise variiert im kontinental geprägten Klima Österreichs die absolute Luftfeuchte von 0,5–4 g/kg im Winter auf 10–15 g/kg im Sommer. Das Ignorieren dieser saisonalen Veränderungen führt zu Energie-Mehrverbrauch, verkürzter Lebensdauer der Geräte und der Unfähigkeit, die vorgegebenen Mikroklima-Parameter zu halten.

Physikalische Grundlagen saisonaler Änderungen des Luftfeuchte-Regimes

Die Fähigkeit der Luft, Feuchtigkeit zu halten, hängt wesentlich von ihrer Temperatur ab. Bei einer Temperaturerhöhung um jeweils 10°C verdoppelt sich die maximale Feuchteaufnahmekapazität der Luft ungefähr. Deshalb enthält Winterluft, selbst bei hoher relativer Feuchte, deutlich weniger Wasserdampf als Sommerluft.

Für die ingenieurtechnische Analyse saisonaler Luftzustände wird das psychrometrische Diagramm verwendet, mit dem sich die absolute Feuchte aus bekannter Temperatur und relativer Feuchte bestimmen lässt. Die Berechnung der absoluten Feuchte (d, g/kg) erfolgt mit der Formel:

d = 622 × φ × Ps / (P - φ × Ps)

wobei φ die relative Feuchte (im Dezimalbruch), Ps der Sättigungsdampfdruck bei gegebener Temperatur (Pa) und P der Atmosphärendruck (Pa) ist.

Winterperiode: Nutzung der trockenen Winterluft

Einer der wirkungsvollsten Ansätze der saisonalen Optimierung ist der Einsatz von Lüftungsentfeuchtung im Winter. Das Prinzip besteht darin, feuchte Innenluft durch trockene Außenluft zu ersetzen. Dieser Ansatz ist dann effektiv, wenn die Differenz der absoluten Feuchte zwischen Innen- und Außenluft ausreichend ist, um die notwendige Entfeuchtung zu erzielen (Richtwert – 2-3 g/kg; der konkrete Schwellenwert wird objektspezifisch berechnet).

Die Berechnung des Entfeuchtungspotenzials kann mit folgender Formel erfolgen:

W = L × (d_innen - d_außen)

wobei W – die abgeführte Feuchtemenge (g/h), L – der Luftvolumenstrom (m³/h), d_innen und d_außen – die absolute Feuchte der Innen- bzw. Außenluft (g/kg) sind.

Für einen Raum mit einem Volumen von 1000 m³, einer Innentemperatur von +20°C und einer relativen Luftfeuchte von 60% (vereinfachtes Beispiel zur Erläuterung der Methodik) beträgt die absolute Feuchte etwa 8,7 g/kg. Bei einer Außentemperatur von -5°C und 80% relativer Luftfeuchte liegt die absolute Feuchte der Außenluft bei nur etwa 2 g/kg. Bei einem Luftwechsel von 500 m³/h ergibt sich ein Entfeuchtungspotenzial von:

W = 500 × (8,7 - 2) = 3350 g/h bzw. 3,35 kg/h.

Wichtig ist jedoch, die Wärmeverluste bei dieser Entfeuchtungsmethode zu berücksichtigen. Die Berechnung der Wärmeaufwendungen für die Erwärmung der Außenluft:

Q = L × ρ × C_p × (t_innen - t_außen)

wobei Q – der Wärmebedarf (W), ρ – die Luftdichte (kg/m³), C_p – die spezifische Wärmekapazität der Luft (1005 J/(kg×°C)) sowie t_innen und t_außen – die Innen- bzw. Außentemperatur (°C) sind.

Sommerperiode: Sommerliche Spitzenlasten

Im Sommer stehen Luftfeuchtigkeitskontrollsysteme aufgrund des erhöhten absoluten Feuchtegehalts der Außenluft sowie der intensiveren inneren Feuchtequellen vor maximalen Lasten.

Zur Bestimmung der sommerlichen Spitzenlast sind zwei Hauptquellen des Feuchteeintrags zu berücksichtigen:

1. Externe Quellen (Infiltration und Lüftung):

W_außen = L_inf × ρ × (d_außen.max - d_innen.ziel)

2. Interne Quellen (technologische Prozesse, Personal, offene Wasserflächen usw.)

Die gesamte Spitzenlast wird mit folgender Formel berechnet:

Die Spitzen-Gesamtlast für den Entfeuchter ergibt sich aus:

W_spitze = W_außen.max + W_innen.max + W_reserve

Bei der Auslegung von Entfeuchtungssystemen ist eine Leistungsreserve von 15–25% über der berechneten Spitzenlast vorzusehen, um unvorhergesehene Feuchteeinträge zu kompensieren und einen stabilen Betrieb unter Extrembedingungen sicherzustellen.

Übergangsjahreszeiten: Systemadaption

Frühling und Herbst sind durch instabile Außenparameter gekennzeichnet: erhebliche tägliche Temperaturschwankungen (10–15°C) und relative Feuchte, abrupte Wetterwechsel. Das erschwert die Feuchteregelung und erfordert adaptive Regelalgorithmen.

Die optimale Lösung ist die Regelung der absoluten Feuchte von Außen- und Innenluft in Echtzeit mit automatischem Umschalten zwischen ventilatorischer und mechanischer Entfeuchtung in Abhängigkeit von den aktuellen Bedingungen. Algorithmus der adaptiven Regelung:

1. Messung von Temperatur und relativer Feuchte der Außen- und Innenluft.
2. Berechnung der absoluten Feuchte und Bestimmung des Potenzials der ventilatorischen Entfeuchtung.
3. Ist die absolute Außenfeuchte gegenüber der Innenfeuchte ausreichend niedriger und die Energiebilanz vorteilhaft – ventilatorische Entfeuchtung einsetzen.
4. Sind die Bedingungen ungünstig – mechanische Entfeuchter nutzen.
5. Bei Änderung der Bedingungen – automatische Umschaltung der Modi oder Kombination derselben.

Besondere Aufmerksamkeit erfordert die Vermeidung von Kondensation bei abrupten Abkühlungen. Hierfür sind Taupunkt der Innenluft und Oberflächentemperaturen der umschließenden Bauteile – insbesondere Fenster und Außenwände – kontinuierlich zu überwachen. Nähert sich die Oberflächentemperatur dem Taupunkt, ist präventiv die Entfeuchtungsintensität zu erhöhen oder eine lokale Beheizung kritischer Zonen bereitzustellen.

Energieoptimierung saisonaler Betriebsarten

Für maximale Energieeffizienz der Feuchteregelungssysteme über das Jahr ist eine Jahresanalyse des Energieverbrauchs mit der Identifikation von Phasen maximalen und minimalen Verbrauchs erforderlich. So lassen sich die Betriebsarten an die saisonalen Bedingungen anpassen.

Im Winter ist die Wärmerückgewinnung der Schlüsselfaktor der Energieeffizienz. Je nach Objekttyp und Budget können eingesetzt werden:

• Plattenwärmetauscher (Wirkungsgrad 50–70%)
• Rotationswärmetauscher (Wirkungsgrad 70–85%)
• Abluft-Wärmepumpen (COP >3)

Im Sommer ist die Vorkühlung der Zuluft vor dem Entfeuchter eine wirksame Strategie. Sie steigert die Leistungsfähigkeit von Kältemittel-Entfeuchtern und senkt den Energiebedarf für die Regeneration von Adsorptionsentfeuchtern. Dafür können Systeme der indirekten adiabaten Kühlung oder Erdreichwärmetauscher genutzt werden.

Die saisonale Adaption von Feuchteregelungssystemen ermöglicht eine Reduktion der Betriebskosten um 25–45% gegenüber Systemen mit ganzjährig fixem Betrieb.

Typische ingenieurtechnische Fehler und betriebliche Folgen

Die häufigsten Fehler bei der Planung von Feuchteregelungssystemen:

• Ignorieren des Potenzials der winterlichen ventilatorischen Entfeuchtung (verpasste Einsparungen von 40–60% Energie)
• Unterschätzung der sommerlichen Spitzenlasten (um 20–30%), was das Halten der Ziel-Feuchte verhindert
• Auslegung auf mittlere Jahreswerte ohne Berücksichtigung von Extremen
• Fehlende adaptive Regelung in den Übergangsjahreszeiten
• Nichtberücksichtigung der Wärmeverluste bei winterlicher Lüftung
• Geräteauswahl ohne Berücksichtigung saisonaler Leistungsänderungen

Betriebliche Folgen nicht optimierter saisonaler Betriebsarten:

• Übermäßiger Stromverbrauch im Winter (30–50%)
• Nichteinhaltung der Ziel-Feuchte im Sommer
• Beschleunigter Verschleiß der Geräte durch Dauerbetrieb am Limit
• Kondensation an kalten Oberflächen in den Übergangsjahreszeiten
• Zusätzliche Kosten für ungeplante Reparaturen

Wichtig ist, dass die vorgeschlagenen Ansätze zur saisonalen Optimierung gewisse Einschränkungen haben:

• In technischen Bereichen mit strikten Stabilitätsanforderungen (Reinräume, pharmazeutische Produktion) kann ventilatorische Entfeuchtung unzulässig sein
• Bei sehr niedrigen Außentemperaturen (unter -15°C) sind Vereisungen an Wärmerückgewinnern möglich
• Bei kleinen Objekten könnten Investitionen in Automatisierung und Wärmerückgewinnung sich nicht in angemessener Zeit amortisieren
• In Regionen mit geringer Differenz zwischen Winter- und Sommerparametern ist das Optimierungspotenzial begrenzt

Häufige Fragen (FAQ)

Wie berechnet man das Potenzial der winterlichen Lüftungsentfeuchtung?

Zur Berechnung des Potenzials der winterlichen Lüftungsentfeuchtung ist die Differenz der absoluten Feuchte von Innen- und Außenluft zu bestimmen. Zunächst wird die absolute Feuchte der Innenluft aus Temperatur und relativer Feuchte berechnet (mithilfe psychrometrischer Tabellen oder Formeln). Anschließend wird analog die absolute Feuchte der Außenluft ermittelt. Das Entfeuchtungspotenzial (W) ergibt sich aus: W = L × (d_innen - d_außen), wobei L der Luftvolumenstrom in m³/h ist. Für eine vollständige wirtschaftliche Bewertung ist der Energiebedarf zur Erwärmung der Zuluft mit dem Energieverbrauch des mechanischen Entfeuchters zu vergleichen.

Unter welchen Bedingungen wird ventilatorische Entfeuchtung im Vergleich zur mechanischen ineffizient?

Ventilatorische Entfeuchtung verliert an Effektivität, wenn: 1) Die Differenz der absoluten Feuchten zwischen Innen- und Außenluft gering wird (unter 1–2 g/kg); 2) Die Außentemperatur so niedrig ist, dass die Heizenergie den Vorteil des abgeschalteten Entfeuchters übersteigt; 3) Die absolute Außenluftfeuchte die innere übersteigt (typisch bei warm-feuchtem Wetter). Der Umschaltpunkt wird über eine Energiebilanz bestimmt. Für Wien ist ventilatorische Entfeuchtung in der Regel bei Außentemperaturen über -10°C und unter +10°C effektiv (bei entsprechendem relativen Feuchteniveau).

Welche Methodik bestimmt die sommerliche Spitzenlast des Entfeuchtungssystems?

Die Methodik umfasst: 1) Bestimmung der maximalen Außenfeuchteeinträge durch Infiltration und Lüftung mit Wзовн = Lінф × ρ × (dзовн.макс - dвнутр.ціл); 2) Berechnung der internen Feuchtefreisetzungen aller Quellen (Personen, Geräte, Prozesse, offene Wasserflächen); 3) Anwendung eines Gleichzeitigkeitsfaktors (0,8–1,0); 4) Addition einer Reserve von 15–25%. Beispiel: Für ein Schwimmbecken mit 200 m² beträgt die Spitzenlast: Verdunstung von der Wasseroberfläche (8–12 kg/h) + Feuchteabgabe durch Besucher (0,2 kg/h pro Person × Anzahl der Personen) + externe Feuchteeinträge durch Lüftung + 20% Reserve = etwa 15–20 kg/h.

Welche Regelparameter sollten in den Übergangsjahreszeiten angepasst werden?

In den Übergangsjahreszeiten sind anzupassen: 1) Sollwerte der relativen Feuchte (eventuell breiteres Toleranzband); 2) Algorithmen zum Umschalten zwischen mechanischer und ventilatorischer Entfeuchtung; 3) Umluftanteile; 4) Ventilatordrehzahl und Öffnungsgrade der Luftklappen; 5) Temperatur-Sollwerte für Heizen oder Kühlen; 6) PID-Regler-Parameter (längere Integrationszeit zur Kompensation von Trägheit). Beispiel: Im Frühling bei +10°C Außen und 40% r. F. können aggressivere Parameter für ventilatorische Entfeuchtung mit minimalem Einsatz mechanischer Entfeuchter eingestellt werden.

Wie verhindert man Kondensation auf kalten Oberflächen?

Um Kondensation bei plötzlichen Abkühlungen zu vermeiden, sind folgende Maßnahmen erforderlich: 1) Temperaturfühler an kritischen Oberflächen (Fenster, Außenwände) installieren; 2) Den Taupunkt der Innenluft kontinuierlich per Formel oder psychrometrischem Diagramm berechnen; 3) Automatische Erhöhung der Entfeuchtungsintensität, wenn die Oberflächentemperatur den Taupunkt erreicht (mit 2-3°C Sicherheitsabstand); 4) Bei Bedarf lokalen Heizbetrieb für kritische Zonen oder Oberflächen einsetzen; 5) Wetterprognosen nutzen, um vor starken Abkühlungen präventiv zu entfeuchten.

Schlussfolgerungen

Die saisonale Optimierung von Feuchteregelungssystemen steigert die Energieeffizienz deutlich und gewährleistet die stabile Einhaltung der vorgegebenen Mikroklima-Parameter über das gesamte Jahr. Zentrale Prinzipien dieser Optimierung:

• Maximale Nutzung des Potenzials der trockenen Winterluft für ventilatorische Entfeuchtung
• Ausreichende Leistungsreserve für sommerliche Spitzenlasten sicherstellen
• Einsatz adaptiver Regelungen mit automatischem Moduswechsel
• Integration von Wärmerückgewinnungssystemen zur wirtschaftlichen winterlichen Lüftungsentfeuchtung
• Obligatorische Energiebilanz-Berechnung für verschiedene Jahreszeiten bereits in der Planungsphase

Für Planungsingenieure in Österreich ist es besonders wichtig, die erheblichen saisonalen Schwankungen der Außenluftparameter in Städten wie Wien, Graz, Innsbruck u. a. zu berücksichtigen, Spitzenlasten korrekt zu berechnen und Geräte unter Berücksichtigung ihrer saisonalen Leistungscharakteristik auszuwählen.

Investitionen in die saisonale Optimierung von Feuchteregelungssystemen amortisieren sich im Durchschnitt in 2–3 Jahren durch 25–45% geringere Betriebskosten und eine verlängerte Lebensdauer der Geräte.