Autor: Technische Abteilung Mycond
Die Kontrolle der Luftfeuchte ist eine der wichtigsten Aufgaben in vielen Industrie- und Haushaltsbereichen. Unkontrollierte Feuchte kann zu Materialschäden, Schimmelbildung, Störungen von Prozessen und sogar zu Gesundheitsproblemen führen. Steuerungssysteme für Entfeuchter spielen eine Schlüsselrolle bei der Aufrechterhaltung optimaler Bedingungen in Räumen unterschiedlichster Nutzung.
Die dynamische Natur der Feuchteregelung
Die Feuchtebelastung in einem Raum ändert sich ständig. Im Tagesverlauf schwankt die Luftfeuchte abhängig von menschlicher Aktivität, dem Betrieb von Anlagen und den Außenbedingungen. Auch jahreszeitliche Veränderungen wirken sich deutlich aus. Die dramatischsten Änderungen treten bei kurzzeitigen Ereignissen auf: Das Öffnen einer Tür an einem feuchten Tag kann in einer Minute mehr Feuchte einbringen, als der Entfeuchter in einer Stunde entfernt.
Deshalb muss die Entfeuchtungs-Automatisierung diese Dynamik berücksichtigen. Die Steuerungen von Luftentfeuchtern erfüllen vier Hauptfunktionen:
- Messung der Luftfeuchte oder des Feuchtegehalts von Materialien
- Anzeige der Messwerte für Bediener
- Aufzeichnung der Werte auf Diagramm oder im elektronischen Speicher
- Steuerung der Entfeuchtungstechnik gemäß den Sollwerten
Wichtig: Jede Zusatzfunktion erhöht die Kosten des Steuerungssystems und kann potenziell die Fehlerwahrscheinlichkeit steigern. Für einfache Lager, in denen es genügt, die Feuchte unter 60 % zu halten, reicht ein einfacher Hygrostat bis 100 Euro ohne Anzeige- und Aufzeichnungsfunktionen völlig aus.
Arten von Sensoren für relative Luftfeuchte
Das Funktionsprinzip eines Hygrostaten und anderer Feuchtesensoren beruht auf verschiedenen physikalischen Phänomenen. Die wichtigsten Typen:
Mechanische Hygrometer
Das sind die einfachsten Sensoren, die die Eigenschaft mancher Materialien nutzen, ihre Abmessungen bei Feuchtigkeitsaufnahme zu ändern. Schon Leonardo da Vinci bemerkte, dass eine Wollkugel an einem feuchten Tag mehr wiegt. Moderne mechanische Hygrometer verwenden menschliches Haar oder spezielle Polymerfolien, die sich bei steigender Feuchte verlängern. Diese Änderungen werden in eine Anzeige oder ein Steuersignal umgewandelt.
Elektronische kapazitive Sensoren
Diese Sensoren messen die Änderung der elektrischen Kapazität eines Polymers bei Feuchteaufnahme. Sie zeigen hohe Empfindlichkeit bei niedriger Feuchte (unter 15 % rF) und eignen sich ideal zur Überwachung trockener Umgebungen.
Resistive Sensoren
Sie messen den Widerstand eines speziellen Polymers mit quartären Ammoniumsalzen. Solche Sensoren sind bei hoher Feuchte (über 90 % rF) genauer, da sie die volumetrische statt der Oberflächen-Absorption messen.
Psychrometer
Sie verwenden ein Paar Thermometer — trocken und mit Wasser benetzt. Die Temperaturdifferenz ist proportional zur Verdunstungsrate und damit zur Luftfeuchte. Diese Methode liefert recht genaue Ergebnisse, erfordert jedoch regelmäßige Wartung.
Industrielle Hygrostate haben typischerweise eine Genauigkeit von ±2 % rF, jedoch ist eine kritische Einschränkung zu beachten: Wird das Gerät bei 24 °C und 65 % rF kalibriert, ist es bei 21 °C und 10 % rF nicht mehr genau, da der Unterschied im Feuchtegehalt zu groß ist.
Sensoren für absolute Feuchte
Für viele technologische Prozesse ist es wichtiger, die absolute Feuchte der Luft unabhängig von der Temperatur zu kontrollieren. Ein Taupunktsensor für den Entfeuchter wird in solchen Fällen zum unverzichtbaren Instrument.
Kondensationshygrometer
Das Prinzip beruht auf dem Abkühlen einer spiegelnden Oberfläche bis zum Auftreten von Tau. Die Oberflächentemperatur entspricht dann dem Taupunkt der Luft. Diese Methode wird seit 1751 verwendet, als der französische Naturforscher Charles Le Roy Eis in einen polierten Stahlbehälter gab, um Kondensation zu beobachten. Moderne optische Kondensationshygrometer haben eine typische Genauigkeit von ±1,5 °C Taupunkt und gelten als die genauesten Geräte.
Sensoren mit Aluminiumoxid
Sie weisen eine typische Genauigkeit von ±3 °C Taupunkt auf und sind für die Messung sehr niedriger Feuchten optimiert. Häufig werden sie zur Messung eines Taupunkts von −40 °C bei Lufttemperaturen über 150 °C am Ausgang von Adsorptionstrocknern eingesetzt, z. B. beim Trocknen von Kunststoffgranulat.
Wichtiger Hinweis: Aluminiumoxid bindet Wasser stark, daher kann die Sensorantwort beim Übergang von feuchter zu trockener Luft Stunden dauern.
Lithiumchlorid-Sensoren
Die Funktionsweise beruht auf dem Erhitzen einer Salzschicht bis zur Austrocknung. Bei 11 % relativer Feuchte geht Lithiumchlorid vom flüssigen Lösungsgemisch in die trockene Form über, und die Temperatur des Salzes in diesem Moment ist proportional zur absoluten Luftfeuchte.
Genauigkeit und Wiederholbarkeit von Feuchtemessungen
Bei der Auswahl eines Sensors für die Entfeuchter-Steuerung sind zwei Schlüsselbegriffe zu unterscheiden:
- Genauigkeit — Fähigkeit, den tatsächlichen Feuchtewert anzuzeigen;
- Wiederholbarkeit — Fähigkeit, bei Rückkehr zu früheren Feuchtebedingungen zum vorherigen Messwert zurückzukehren.
Grundsatz: Ein wiederholbares Gerät kann kalibriert und damit genau gemacht werden; ein nicht wiederholbares Gerät wird unabhängig von der Kalibrierung nie genau sein. Daher geben Hersteller hochwertiger Geräte die Wiederholbarkeit in den Spezifikationen an, während billige Sensoren oft nur über die Genauigkeit beschrieben werden.
Arten von Reglern für Luftentfeuchter
Ein Regler der relativen Luftfeuchte kann je nach Anforderungen an die Genauigkeit in verschiedenen Modi arbeiten.
Positionsregelung On/Off des Entfeuchters
Diese Methode genügt, wenn hohe Regelgenauigkeit nicht erforderlich ist. Beispielsweise bei einem Verladedock eines Kühlhauses, wo es vor allem darum geht, Bodenvereisung zu verhindern, ist kein präziser ±1 % rF-Regelbereich nötig. Je trockener, desto besser. Der typische Schwankungsbereich für Kondensationstrockner mit On/Off-Regelung beträgt ±10 % rF.
Modulierende Regelung
Erforderlich für Produktionsbereiche mit engen Luftzustand-Toleranzen: Pharma, Halbleiterfertigung, Trocknung von Süßwaren. Adsorptionstrockner mit Leistungsmodulation erreichen eine Genauigkeit von ±5 % rF und besser.
Betrachten wir drei Reglertypen am Beispiel eines Verladedocks bei 4 °C:
- Ein Feuchteregler für relative Luftfeuchte, auf 80 % rF eingestellt, schaltet den Entfeuchter ein, sobald der Feuchtegehalt bei 4 °C 4 g/kg überschreitet. Das ist die günstigste Variante mit ±2 % rF Genauigkeit, die Regelung ist jedoch ungenau, wenn die Temperatur vom Auslegungswert abweicht.
- Ein Kondensationsregler am Boden oder Förderband wäre ideal, weil der Entfeuchter nur arbeitet, wenn tatsächlich Feuchte kondensiert; solche Sensoren sind jedoch zu empfindlich für Bereiche mit Gabelstaplerverkehr.
- Ein Taupunktregler, auf 1 °C eingestellt, ist genauer als ein Hygrostat und unabhängig von der Lufttemperatur. Er kann an der Wand statt am Boden montiert werden.
Strategien zur Leistungsmodulation von Entfeuchtern
Für effiziente Entfeuchtung und Energieeinsparung werden verschiedene Methoden der Leistungsregelung eingesetzt:
Bypass-Regelung des Entfeuchters
Wird vor allem bei Adsorptionstrocknern eingesetzt. Nimmt die Feuchtelast ab, strömt ein Teil der Luft über einen Bypass am Adsorptionsrotor vorbei und mischt sich anschließend mit dem getrockneten Luftstrom. Es ist entscheidend, den aerodynamischen Widerstand von Bypass und Rotor mittels fester Klappe im Bypass anzugleichen — andernfalls verläuft die Modulation nichtlinear und instabil.
Modulation der Regenerationsenergie
Das ist die wirkungsvollste und kostengünstigste Einsparmethode. Ein Temperaturregler am Austritt der Regenerationszone reduziert die Heizleistung, sobald die Temperatur 49 °C überschreitet (für Lithiumchlorid-Desiccants). Das physikalische Prinzip: Wenn Luft im Regenerationsbereich Feuchte aus dem Rotor aufnimmt, sinkt ihre Temperatur (ähnlich der Abkühlung der Luft nahe einem Brunnen im Sommer). Bleibt die Temperatur hoch, ist wenig Feuchte vorhanden und die Energie kann reduziert werden.
Die Einsparung bei dieser Regelung (reactivation energy control) beträgt 25–50 % der jährlichen Energiekosten. Es werden zwei Modulationsstufen unterschieden:
- Erste Stufe — „Folgen der Regenerationslast“ (reactivation load following control) — Reduzierung der Heizleistung bei abnehmender Feuchtelast;
- Zweite Stufe — „Rekonfiguration der Ausrüstung“ — Einsatz von Mikroprozessoren und Frequenzumrichtern für Ventilatoren und Kompressoren (part-load control dehumidifier).
Kritische Bedeutung der Platzierung von Feuchtesensoren
Wovon hängt die Regelgenauigkeit eines Entfeuchters ab? In hohem Maß von der richtigen Platzierung der Sensoren. Ein Praxisbeispiel: Ein Korrosionsschutzsystem für Stahl funktionierte nicht, obwohl der Entfeuchter einwandfrei lief. Der Grund — der Hygrostat war in der Nähe des Auslasses trockener Luft, 23 Meter von den Lagerregalen entfernt, montiert. Der Entfeuchter hielt den Luftkanal trocken, während Stahl im Wert von 50.000 Euro rostete.
Grundregel: Der Sensor muss nahe am Schutzobjekt und nicht am Entfeuchter platziert werden. Bei niedriger Feuchte (unter 10 % rF) verschärft sich dieses Problem: Der Unterschied zwischen 50 % und 55 % rF bei 21 °C beträgt ca. 0,85 g/kg, während der Unterschied zwischen einem Taupunkt von −29 °C und −26 °C weniger als 0,01 g/kg beträgt — also 85-mal weniger!
Integration des Entfeuchters in das BMS
Moderne Industrie-Entfeuchter sind mit einer Modbus RS485-Schnittstelle zur Anbindung an Gebäudeautomationssysteme (BMS) ausgestattet. PLC-Controller mit Touch-Displays erlauben die Programmierung von Zeitfenstern und komplexen Regelalgorithmen. Die Fernüberwachung über das BMS ermöglicht ein schnelles Reagieren auf Parameterabweichungen.
Was beeinflusst die Wirksamkeit der Automatisierung? Vor allem ein richtig ausgelegtes Steuerungssystem, das die Besonderheiten des Objekts und die Entfeuchtungsaufgabe berücksichtigt.
Typische Fehler bei der Auslegung von Entfeuchter-Steuerungen
- Überdimensionierung der Geräteleistung bei On/Off-Regelung, die zu großen Feuchteschwankungen führt (ähnlich einem Auto mit Schalter statt Gaspedal).
- Fehlende Modulation der Regenerationsenergie, wodurch 25–50 % Energie verschwendet werden.
- Kalibrierung des Sensors bei Temperatur und Feuchte, die von den Betriebsbedingungen abweichen.
- Platzierung von Anzeige und Regler an unterschiedlichen Orten, was zu ständigen Abweichungen der Messwerte führt.
- Ignorieren der Entfeuchtungszeit von Materialien bei der Inbetriebnahme. Beispielsweise enthält Wellpappe bei 80 % rF 14 % Feuchte und bei 35 % rF nur 6 %, daher kann die Anlage nach dem Einbringen feuchter Pappe tageweise mit voller Leistung laufen, bis das Material die Feuchte abgegeben hat.
Häufige Fragen zu Steuerungssystemen für Entfeuchter
Wie ist die typische Regelgenauigkeit für verschiedene Entfeuchtertypen?
Kondensationstrockner mit On/Off-Regelung erreichen eine Regelgenauigkeit von ±10 % rF, Adsorptionstrockner mit Modulation ±5 % rF und besser. Für Präzisionsanwendungen mit optischen Taupunktsensoren ist eine Genauigkeit von ±1–2 % rF möglich.
Wie wählt man zwischen Regelung nach relativer Feuchte und Taupunkt?
Die Regelung nach relativer Feuchte ist günstiger und für die meisten Komfort- und Lageranwendungen mit ±3 % rF ausreichend. Die Taupunktregelung ist erforderlich, wenn die Lufttemperatur stark variiert oder hohe Genauigkeit bei Feuchten unter 10 % rF nötig ist.
Warum sollte der Sensor nicht am Auslass des Entfeuchters platziert werden?
Die Luft am Auslass ist die trockenste im System und repräsentiert nicht die Bedingungen im zu schützenden Bereich. Der Sensor muss dort messen, wo das Regelresultat zählt.
Wann genügt eine einfache On/Off-Regelung?
Für Langzeitlager mit stabiler Last, für Räume mit einem zulässigen breiten Feuchtebereich von 40–60 % rF, wenn die jährlichen Energiekosten im Vergleich zu den Kosten eines Modulationssystems niedrig sind.
Wie senkt die Modulation der Regenerationsenergie die Betriebskosten?
Das System reduziert die Heizleistung, wenn die Feuchtelast unter dem Auslegungswert liegt. Die Einsparung beträgt 25–50 % pro Jahr, die Amortisation des modulierenden Reglers liegt meist unter einem Jahr.
Fazit
Die Wahl des Entfeuchter-Steuerungssystems wird durch die Anforderungen an die Regelgenauigkeit und die Wirtschaftlichkeit bestimmt. Für die meisten Anwendungen mit einem Toleranzband von ±5–10 % rF genügt ein Hygrostat mit Modulation der Regenerationsenergie. Präzisionsproduktionen erfordern Taupunktregelung und eine vollständige Leistungsmodulation.
Wichtig: Die Platzierung des Sensors ist oft wichtiger als seine Genauigkeit — das genaueste Gerät am falschen Ort liefert schlechtere Ergebnisse als ein einfacher Hygrostat in der Nähe des Schutzobjekts.
Die Integration des Entfeuchters mit dem BMS über Modbus RS485 ermöglicht eine schnelle Kontrolle und Dokumentation der Parameter, was besonders wichtig für die Validierung technologischer Prozesse in der Pharma- und Elektronikfertigung ist.
Die Automatisierung der Luftentfeuchtung ist nicht nur eine Frage des Komforts, sondern ein wesentlicher Faktor für Energieeinsparung und Produktqualität in modernen Produktionsprozessen.
