Luft-Aufbereitung Temperatur und Feuchte

Da in Lüftungs- und Klimaalagen die Luft bewusst beeinflusst wird, kann man alle diese einzelnen Luft-Behandlungs-Zenarien im Mollier h-x-Diagram darstellen. Dadurch ist jede Veränderung des Luft-Zustandes sehr anschaulich und verständlich nachzuvollziehen.
Natürlich kann man auch die Luft-Zustände in einem Raum darstellen, nur ist die an verschieden Stellen im Raum etwas unterschiedlich und hängt immer von den Gegebenheiten ab, da die physikalischen Werte an unterschiedlichen Positionen im Raum abweichen können..

Wenn wir die Zustände der Luft verändern, dann heist das, dass wir uns innerhalb des h-x-Diagrammes bewegen. Je nachdem welcher Art die Beeinflussung ist, bewegen wir uns im h-x-Diagramm entlang den Linien, die diesen Einfluss beschreiben. Wir müssen uns daher immer im klaren sein, welchen Einfluss wir nehmen, bzw. wie dieser Einfluss stattfindet.
Betrachten wir zunächt den einfachen Fall der reinen Luft-Erwärmung. In einem Lüftungskanal wäre das ein Heizregister, das die durchströmende Luft lediglich erhitzt und nichts anders beigibt. In einem Raum währe das ein einfacher Heizkörper, Ofen oder eine Flächenheizung, die die Raumluft erhitzt (die Strahlungswärme wird hier vernachlässigt). Das bedeutet im h-x-Diagramm, dass wir uns längs der Temperaturlinie nach oben bewegen, und zwar bei konstantem Wasserhehalt, (absolute Feuchte) also paralell zur absoluten Feuchte. In diesem Beispiel von 10°C auf 22°C bei konstantem Wassergehalt von knapp unter 6 g Wasser pro kg Luft. Da ein Heizkörper/Erhitzer nur die Luft erwärmt, aber keinerlei Wasser ein-, oder ausbringt. Die relative Feuchte ist hier bei 10°C ca. 70% und bei 22°C knapp 35%. bei exakt gleichem Wassergehalt der Luft. Die Enthalpie (der Energieinhalt der Luft) steigt hierbei von 25 kJ/kg Luft auf ca. 37 kJ/kg Luft. Das ist die Energie, die der Heizkörper/Erhitzer an die Luft überträgt. In diesem Beispiel entspricht das einer Lufterwärmung von einer Aussentemperatur von 10°C mit 70% Feuchte (durchaus realistisch) auf 22°C mit knapp 35% Feuchte, also innerhalb des Behaglichkeitsbereiches. Wenn man also im Frühjahr oder Herbst in unseren Breitengraden Aussenluft in einen Raum bläst, müsste man dies wie in diesem Beispiel umsetzen. Die Lufterhitzung über ein Heizregister führt der Luft natürlich Energie zu, aber die Wassermenge in der Luft bleibt unverändert. Wir bewegen uns also paralell der Linien der absoluten Feuchte nach oben, je nachdem wieviel Wärme wir der Luft zuführen. In einer Lüftungsanlage reden wir hier von der Zuluft und bei einer Raumheizung von der Raum-Luft.
Wir sehen hier aber auch, dass wir aus einer doch etwas feuchten Aussenluft (10°C bei 70% Feuchte) eine relativ trockene Raumluft erhalten (22°C bei 35% Feuchte), obwohl wir kein Wasser entzogen haben. Man kann also deutlich und auch schematisch im h-X-Diagramm erkennen dass reine Lufterhitzung die Relative Feuchte der Luft stark reduziert. Das ist der Grund, warum beheizte Räume im Winter praktisch immer trocken wirken, und man daher oft Luftbefeuchter einsetzt um im komfortablem Bereich (Thermische Behaglichkeit) zu bleiben.

Genau diesen Fall sehen wir in nächsten Beispiel.Wir wollen hier die Luft von 0°C bei 50% Feuchte in den Behaglichkeits-Bereich von 22°C bei 40% Feuchte bringen. Wir verwenden in diesem Beispile eine Lüftungsanlage mit Befeuchtungs-Möglichkeit. Wenn wir in der Lüftungsanlage einen Kreuzstrom- oder Register-Wärmetauscher einsetzen, wird in der Wärmerückgewinnung nur die Luft erhitzt, exakt wie in einem Heizregister. Daher verhält er sich genau so wie das Heizregister. Die Luft wird zunächt durch die Wärmerückgewinnung (WRG) erhitzt und anschliessend durch das Heizregister. In diesem Beispiel von 0°C auf 25°C. Dadurch hat aber die Luft nach dem Vorerhitzer lediglich noch 10% Feuchte. Wenn wir anschliessend mit einem Sprühbefeuchter (bringt nur Wasser und keine Energie in die Luft) der Zuluft Wasser beifügen, steigt zwar die relative Luftfeuchte auf ca. 70% Feuchte, aber die Temperatur nimmt dabei wieder auf ca. 13°C ab. Wir bewegen uns dann der Linie mit konstnter Enthalpie (keine Energieänderung). Daher müssen wir anschliessend die Luft nochmals mit einem Nacherhitzer erwärmen, um, in den komfortablen Bereich (thermische Behaglichkeit) zu kommen.
Dies ist nur eine der Möglichkeiten das Ziel zu erreichen.
Wir könnten auch zunächst mit der Wärmerückgewinnung und einem Heizregister die Luft auf ca. 35°C erhitzen und dann mit der Befeuchtung über die Enthalpie-Linie 40kJ/kg in den Komfort Bereich gelangen. Wir bräuchten dann nur 1 Heizregister, aber dieser müsste relativ viel Energie in die Luft bringen, was entweder ein großes Heizregister oder eine hohe Heizemediums-Temperatur erfordert.
Diese Luftbehandlung ist vor allem im Winter oder bei kühleren Aussentemperaturen erforderlich, da bei niedrigen Temperaturen die Luft nicht viel Wasser (absolute Feuchte) enthalten kann. Die Kurve von 100% relativer Feuchte kann nicht überschritten werden, da das Wasser in der Luft dann kondensiert und als Flüssigleit (Tröpfchen) oder gar gefrohren (Schnee) ausgeschieden wird.

Exakt diese Eigenschaft (Kondensation) macht man sich zu Nutze um Luft zu entfeuchten. Dies ist im Sommer oft erforderlich, bei höheren Temperaturen, denn dann enthält die Luft relativ viel Wasser (absolute Feuchte). Wenn wir wie in diesem Beispiel eine Aussentemperatur von 30°C mit einer Luftfeuchte von 50% annehmen, dann sind in der Luft fast 14 g Wasser pro kg Luft enthalten, also fast 7 mal soviel Wasser als im vorigen Winter-Beispiel bei gleicher relativer Feuchte (50%). Da wir der Luft aber nicht einfach das Wasser entziehen können, müssen wir uns dem Hilfsmittel der Kondensation bedinen. Wenn wir die Luft mit einem Kühlregister stark abkühlen, dann sinkt zunächst die Lufttemperatur bei kontantem Wassergehalt (absolute Feuchte) ab, dabei steigt zwangsläufig aber die relative Feuchte an, bis wir den Kondensationspunkt, die 100% relative Feuchtigkeit errreicht haben. Wenn wir dann die Luft noch weiter abkühlen, dann tritt das Wasser, das in der Luft in Dampfform vorliegt in flüssiger Form auf. Diesen Effekt nennt man kondensieren. Die Nebelbildung in der freien Natur ist genau dieser Effekt. Das überschüssige Wasser, das nun in flüssiger Form auftritt muss natürlich abgeleitet werden. Da es keine Luftzutände jenseits der 100% relativer Feuchtigkeit gibt, folgt der Luftzustand bei weiterer Abkühlung genau dieser 100% Linie (Kondensationslinie). man kann hier sehr gut erkennen, dass die absolute Feuchtigkeit dann geringer wird, nämlich genau um den Wasseranteil, der kondensiert. Um nun wieder in den Bereich der Thermischen Behaglichkeit zu kommen, müssen wir nach der Entfeuchtung (Kondensation) die Luft natürlich wieder erhitzen. Dazu benötigt man also einen Erhitzer , der nach dem Kühler angeordnet ist (Nachererhitzer).
Man kann hierbei im h-x-Diadramm ganz deutlich und anschaulich diesen Effekt nachvollziehen. Um eine Luft zu entfeuchten müssen wir also die Luft zunächt unter den Kondensationspunkt abkühlen und danach wieder erhitzen. Wieviel Energie wir hierbei der Luft zunächst entziehen und dann wider zuführen müssen kann man an den Linien der Enthalpie ablesen. Es ist daher auch nachvollziehbar, dass das entfeuchten der Luft ziemlich Energieintensiev ist. 

Man kann aus diesem Effekt auch die ungekehrte Erkentniss ziehen. Wenn man einen Raum in der Thermischen Behaglichkeit hat und irgenwo in diesem Raum Temperaturen auftreten, die unterhalb der Kondensationslinie liegen (z.B. eine Ecke, hinter Möbelstücken oder schlecht isolierten Fenstern), dann tritt bei Unterscheritung der Kondensationslinie an dieser Stelle Feuchtigaut aus der Luft in Form von Wassertropfen aus. Die kalte Oberfläche wird feucht und das führt dann mit der Zeit zur Schimmelbildung.

Man kann mit Hilfe des h-x-Diagrammes auch die Mischung von Luft mit unterschiedlichen Zuständen darstellen.
Wenn man die beiden Punkte der Luftzustände im h-x-Diagramm markiert und diese dann mit einer Linie verbindet, dann wird sich eine Mischung dier beiden Luftzustände igendwo längs dieser Linie einstellen. Je nachdem in welchem Verhältnis die beiden Luftzustände vermischt werden, befindet sich die Mischtemperatur näher beim einen oder anderen Ausgangspunkt. Die Pfeillängen der Linien sind umgekehrt proportional zu den Luftmengen der Mischung. Der Mischpunkt liegt immer näher an dem Ausgangspunkt, von dem die gößere Luftmenge stammt. Man kann aber auch erkennen, dass bei einer Luftmischung sich alle Eigenschaften der Luft verändern, die Temperatur, die relative- und absolute Feuchtigkeit, sowie der Energieinhalt (Enthalpie).

Wenn man diese Erkentniss auf einen Raum mit Heizkörpern (keine Lüftungsanlage) bezieht, kann man das Verhalten des Lüften eines Raumes nachvollziehen. Im Winter verliert der Raum beim Lüften sowohl Energgie (Enthalpie) , als auch Feuchtigkeit (absolute Feuchte), wobei sich die relative Feuchte sogar erhöhen kann. Durch die dauernde Erwärmung des Raumes durch die Heizung, wird zwar die Temperatur wieder in den komfortalen Bereich ansteigen, aber der fehlende Wassergehalt (absolute Feuchte) erzeugt einen trokeneren Raum als vor dem Lüften. Da Personen über die Atemluft und die Hautoberfläche auch Wasser abgeben, gleicht sich das zwar mit der Zeit aus, aber es ist sinnvoller das Wasser anderweitig, durch Verdunstung einzubringen, als über Personen. Hier helfen Verdunstungbehäter an den Heizkörpern, oder einfach Pflanzen, die auch Wasser an die Luft abgeben.

Mit dem Mollier h-x-Diagramm kann man praktisch alle Luftzustände, Luftveränderungen und Luftbehandlungen grafisch sehr anschaulich darstellen. Man muss nur wissen auf welche Weise die Luft mit den unterschiedlichen Mehoden verändert werden. reines heizen und kühlen, ohne zu-, oder abführen von Wasser bedeutet immerer ein senkrehte bewegung in Diagramm. Sobald man aber an die Kondensationslinie (100% rel.Feuchtigkeit) kommt verändert sich der Wassergehalt aufgrund der Eigenschaft des Wassers, das sich in der Luft, im Normalfall in Dampfform, befindet.

Das Mollier h-x-Diagramm Hochformat können Sie hier als PDF herunterladen ==> Anklicken
Das Mollier h-x-Diagramm Querformat als Beispiel für Stuttgart hier als PDF herunterladen ==> Anklicken