DE9101629U1 - Selbststeuernde Klimatisierungsvorrichtung zur stromlosen Erzielung von konstanten Werten der relativen Luftfeuchtigkeit in umschlossenen Lufträumen mit geringem Luftaustausch zur umgebenden Atmosphäre - Google Patents
Selbststeuernde Klimatisierungsvorrichtung zur stromlosen Erzielung von konstanten Werten der relativen Luftfeuchtigkeit in umschlossenen Lufträumen mit geringem Luftaustausch zur umgebenden AtmosphäreInfo
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Description
Christoph Waller
Falkenberger Str. 18
7 80 0 Freiburg 1
Falkenberger Str. 18
7 80 0 Freiburg 1
Selbststeuernde Klimatisierungsvorrichtung zur stromlosen Erzielung von konstanten Werten der relativen Luftfeuchtigkeit
in umschlossenen Lufträumen mit geringem Luftaustausch zur umgebenden Atmosphäre
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungsvorrichtung, mit der in umschlossenen Lufträumen von auch mehr als Im Rauminhalt,
wie z.B in relativ dichten Museumsvitrinen, definierte Werte der relativen Luftfeuchtigkeit erzielt und über eine
lange Zeit sehr konstant gehalten werden können.
Es ist bekannt, daß die relative Luftfeuchtigkeit (RFj^ auf
eine Vielzahl von Prozessen und Phänomenen einen großen Einfluß ausübt. So steht z.B. das Oxydieren von Metallen oder
das Wachstum von Schimmelpilzen in direktem Zusammenhang zur RF.
Andere Materialien wie z.B. Holz sind außerdem sensibel gegenüber Schwankungen der RF, d.h. sie reagieren auf schwankende
RF durch kontinuierliches Schrumpfen. Mitunter können durch unkontrollierte Luftfeuchtigkeitswerte daher erhebliche
Schäden entstehen.
Die in vielen Fällen beste Möglichkeit, solche Schäden gering zu halten oder zu begrenzen, besteht darin, die das Objekt
umgebende RF künstlich zu verändern.
Bisher standen zur Regelung der Luftfeuchtigkeit im wesentlichen
drei Methoden zur Auswahl:
1. Elektrische Be- und Entfeuchtung. Sie hat den Nachteil,
Strom zu benötigen und durch die komplizierte Technik störanfällig zu sein. In den Entfeuchtungselementen wird die Luft
über ein Kühlaggregat geführt, wobei sich Wasser niederschlägt, das anschließend abgeführt wird. Die Kühlaggregate
arbeiten meist nach dem Prinzip des Kompressors, was Geräusche und leichte Erschütterungen mit sich bringt. Bei niedrigen
Temperaturen laufen die Kühlaggregate Gefahr, zu vereisen.
Die elektrischen Geräte haben zwar den Vorteil, stufenlos auf einen gewünschten Wert einstellbar zu sein, doch sind die
Meßfühler bauartbedingt nie sehr genau. Mit der Zeit, und vor allem bei niedriger RF, können sich leicht ernstzunehmende
Abweichungen ergeben.
2. Feuchtigkeitsregulierung durch wasseradsorbierende Stoffe, sog. "Klimapuffer" (Silikagel...).
Der Klimapuffer wird z.B. durch langen Aufenthalt bei definierter RF, beispielsweise in einer elektrisch klimatisierten
Kammer, in einen Zustand gebracht, wo er bei dieser definierten RF mit der Luft im Gleichgewicht ist. D.h, bei dieser
definierten RF nimmt der Klimapuffer weder Wasser auf noch gibt er Wasser ab. Man sagt dann, der Klimapuffer sei auf
diesen definierten RF-Wert "konditioniert".
Wird eine ausreichende Menge eines solchermaßen konditionierten Klimapuffers in einen umschlossenen Luftraum, z.B. eine
Vitrine, gebracht, so ist er in der Lage, die RF in der Vitrine seinem Konditionierungswert anzugleichen. Mit anderen
Worten, war die RF in der Vitrine höher als der Konditionierungswert, wird der Klimapuffer der Vitrinenluft Wasser ent-
ziehen, war er niedriger, wird der Klimapuffer Wasser abgeben. Je nachdem, wie hermetisch der Luftraum abgeschlossen
ist, kann der Klimapuffer die RF des Luftraums über kürzere oder längere Zeit unabhängig von Temperaturschwankungen konstant
halten.
So sinnvoll dieses Verfahren für manche Zwecke auch ist, für die Langzeit-Klimatisierung von nicht vollständig hermetisch
abgeschlossenen Lufträumen zeigt es sehr schnell seine Grenzen.
Glasvitrinen dürfen beispielsweise nie vollständig hermetisch sein, da sie sonst durch die Schwankungen des atmosphärischen
Luftdrucks zerdrückt würden. Findet aber ein Austausch zwischen Luftraum und Außenluft statt, weicht die RF in der Vitrine
recht schnell vom Konditionierungswert ab. (Bei lkg einer zu diesem Verwendungszweck typischen Sorte von Silikagel,
konditioniert bei 50%RF, weicht die RF in der Vitrine nach Aufnahme von nur 20g Wasser bereits um 10%RF ab und befindet
sich dann bei 60%RF. Quelle: M. Berducou: "La conservation en archeologie", Paris 1990, S.434).
Klimapuffer sind demnach nicht in der Lage, in einem nicht ganz hermetisch abgeschlossenen Luftraum die RF über eine
längere Zeit auf einem definierten Wert konstant zu halten.
3. Klimatisierung durch gesättigte Salzlösungen. Dieses Verfahren ist beschrieben in DIN 50008: "Konstantklimate über
wässrigen Lösungen":
» Im Luftraum über wäßrigen Lösungen bildet sich ein Umgebungsklima,
dessen Luftfeuchte vom Wasserdampfdruck der Lösung abhängig ist. Hierbei ist in einem Klimaraum bei gleicher
Temperatur der wäßrigen Lösung und der Luft nach Erreichen des Gleichgewichtszustandes der Teildruck des Wasserdampfs
in der Luft gleich dem Wasserdampfdruck über der Lö-
-A-
sung. Dieser Teildruck ist niedriger als der Wasserdampfdruck
über reinem Wasser. Mit den hier (in DIN 5 0008) ausgewählten Lösungen können bei geeigneter Konstruktion des Klimaraums in
einem eingeschränkten Anwendungsbereich einzelne Konstantklimate erzeugt werden...«
Einschneidende Einschränkungen dieser Methode sind ebenfalls in DIN 50008 genannt:
a) Mit dem Verfahren sind ohne Ventilation nur sehr kleine Räume (bis lOdm^) klimatisierbar: » Der Anwendungsbereich
wird beschränkt durch die nicht steuerbare begrenzte Wasseraufnahme und -abgabe der wäßrigen Lösung. Damit ist das Erreichen
des erwarteten Gleichgewichtszustandes abhängig von den Größenverhältnissen des Klimaraums, seiner Dampfdichtigkeit
und der darin vorhandenen Temperaturabweichungen, ebenso von der Luftumwälzung wie von der Wasseraufnähme und -abgabe
der eingesetzten Objekte...«
b) Größere Räume müssen ventiliert werden: »Klimaräume mit einem Inhalt größer als 10 dm3 sind so zu ventilieren, daß
eine Luftumwälzung ohne wesentliche Temperaturerhöhung und Aerosolbildung bei Luftgeschwindigkeiten unterhalb &ngr; = 0.1
m/s möglich ist...«
c) Die Luft im Klimaraum muß weniger als 0.50C verschieden
sein von der Temperatur der Salzlösung: »Auch bei einer Temperaturunabhängigkeit der relativen Luftfeuchte einer wäßrigen Lösung ist bei räumlichen und zeitlichen
Unterschieden der Lufttemperatur von z.B. 1° C gegenüber
der Lösung eine zusätzliche Abweichung der relativen Luftfeuchte von U = 3 - 5% vorhanden...«
d) Manche Salze haben die Eigenschaft, Kriechsalze auszubilden, die entlang der Behälterwand emporkriechen können:
» Die Objekte sind über der wäßrigen Lösung derart anzuordnen, daß sie nicht die Lösung berühren oder von Kriechsalzen
erreicht werden können...«
Die Hindernisse und Gefahren bei dieser Methode sind also so gravierend, daß diese z.B. zur Klimatisierung von Vitrinen
praktisch keine Anwendung fand. Es ist einerseits kaum möglich zu gewährleisten, daß der Temperaturunterschied zwischen
Vitrinenluft und Salzlösung kleiner als 0.50C bleibt. Andererseits
ist es sehr schwiereig, eine Ventilation bei so geringen Luftgeschwindigkeiten zu erreichen - die möglichst
auch noch wenig Platz beansprucht und nicht sichtbar ist. Ein Fehler beim Ventilationssystem, der Aerosolbildung zur Folge
hätte, könnte für eingesetzte Objekte fatale Folgen haben, wenn Salznebel sich auf den Objekten niederschlagen. Ähnliches
gilt, wenn Kriechsalze allmählich die Vitrine durchwandern.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Klimatisierungsvorrichtung vorzuschlagen, die es ermöglicht, auch Lufträume
>lm^ stromlos, geräuschlos und störungsunanfällig auf definierte
RF-Werte zu bringen und über lange Zeit wartungsfrei weitgehend konstant zu halten. Temperaturschwankungen dürfen
sich auf die RF nur geringfügig auswirken.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Behälter,
in dem sich eine wie z.B. in DIN 50008 beschriebene gesättigte Lösung eines hygroskopischen Salzes befindet,
durch einen gasdurchlässigen Aufsatz abgedeckt wird, welcher stark wasseradsorbierendes Material (Klimapuffer) enthält.
Die Funktionsweise ist wie folgt:
Das wasseradsorbierende Material wird durch das oberhalb einer gesättigten Salzlösung herrschende Konstantklima auf dessen
definierten RF-Wert konditioniert, d.h. der Dampfdruck
des Klimapuffers gleicht sich dem Dampfdruck der gesättigten Salzlösung an. Es ist nun vor allem der Klimapuffer, der in
Wechselwirkung mit der im zu klimatisierenden Raum befindlichen Luft tritt.
des Klimapuffers gleicht sich dem Dampfdruck der gesättigten Salzlösung an. Es ist nun vor allem der Klimapuffer, der in
Wechselwirkung mit der im zu klimatisierenden Raum befindlichen Luft tritt.
Da die Oberfläche des Klimapuffers im Mikrobereich sehr viel größer ist als die der Salzlösung, kann der Klimapuffer sehr
viel schneller im zu klimatisierenden Raum auftretende RF-Schwankungen ausgleichen, als wenn ausschließlich eine Salzlösung
verwendet würde. Solange die Wasserdampfaufnähme oder
-abgabe des zu klimatisierenden Raums (infolge von Undichtigkeiten) gegenüber der Wasserdampf-Austauschkapazität der
Salzlösung gering bleibt, ist somit eine Klimatisierung auch von größeren Lufträumen (auch Mm^) auf den definierten RF-Wert der Salzlösung ohne Ventilation möglich.
Salzlösung gering bleibt, ist somit eine Klimatisierung auch von größeren Lufträumen (auch Mm^) auf den definierten RF-Wert der Salzlösung ohne Ventilation möglich.
Die Erfindung ist daher den oben beschriebenen Klimatisierungssystemen
in vielen Punkten überlegen:
Die Erfindung arbeitet stromlos, geräuschlos und vibrationsfrei. Ein Versagen aufgrund eines Stromausfalls ist ausgeschlossen,
ein Vereisen ist oberhalb 00C unmöglich. Sie
arbeitet autonom nach physikalischen Prinzipien und ist daher nicht abhängig von der Funktionstüchtigkeit von Meßfühlern.
Durch die große Oberfläche des Klimapuffers ist sie in der
Lage, auf rasche RF-Änderungen (z.B. infolge Temperaturschwankungen) schnell zu reagieren. Langzeitschwankungen
(z.B. infolge von Undichtigkeiten des zu klimatisierenden
Luftraums), werden jedoch durch die langsam agierende Salzlösung ständig wieder ausgeglichen. Der Klimapuffer wird sozusagen durch die Salzlösung ständig neu konditioniert. Selbst
arbeitet autonom nach physikalischen Prinzipien und ist daher nicht abhängig von der Funktionstüchtigkeit von Meßfühlern.
Durch die große Oberfläche des Klimapuffers ist sie in der
Lage, auf rasche RF-Änderungen (z.B. infolge Temperaturschwankungen) schnell zu reagieren. Langzeitschwankungen
(z.B. infolge von Undichtigkeiten des zu klimatisierenden
Luftraums), werden jedoch durch die langsam agierende Salzlösung ständig wieder ausgeglichen. Der Klimapuffer wird sozusagen durch die Salzlösung ständig neu konditioniert. Selbst
nach kurzzeitiger Öffnung des zu klimatisierenden Raums
stellt sich das gewünschte Klima immer wieder ein. Da die Wasseraufnähme- bzw. -abgabefähigkeit einer gesättigten
Salzlösung vergleichsweise groß ist, kann die RF, abhängig natürlich vom Grad der Undichtigkeit des zu klimatisierenden
Raums, lange konstant gehalten werden. Eine Anordnung des Klimapuffers oberhalb der Salzlösung bewirkt,
daß kurzzeitige Änderungen des Konstantklimas oberhalb der Salzlösung (durch >1°C Temperaturunterschied zwischen
Salzlösung und Luft) ebenfalls durch den Klimapuffer abgeschwächt werden und sich somit nur geringfügig auf den zu
klimatisierenden Raum auswirken können. Die Abdeckung durch den Klimapuffer bewirkt ausserdem, daß die Salzlösung gegen
eventuelle starke Luftströme (z.B. durch unachtsame Bewegungen beim Beschicken des zu klimatisierenden Raums)
abgeschirmt ist. Es können also nach dem Abdecken der Salzlösung keine Salznebel mehr aufgewirbelt werden.
Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Maßnahmen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Um das Emporkriechen von Kriechsalzen zu verhindern, ist es zweckmäßig, die Wandung des Salzlösungsbehälters hydrophob zu
gestalten. Hydrophile Behälter können durch Beschichten mit hydrophoben Materialien wie Vaseline hydrophobisiert werden.
Sind die Temperaturschwankungen im Luftraum besonders hoch, oder werden besondere Ansprüche an die Konstanz der RF gestellt,
läßt sich der Wasseraustausch zwischen Klimapuffer und zu klimatisierendem Luftraum durch zusätzliche Ventilation
noch beschleunigen. Da die Salzlösung abgedeckt ist, besteht keine Gefahr, daß Salznebel aufgewirbelt werden.
Soll eine Unabhängigkeit vom Stromnetz gewährleistet bleiben, läßt sich ein solcher Ventilator ggf. auch durch ein photo-
voltaisches Element betreiben, denn oft werden rasche Temperaturänderungen
im Luftraum auf Lichteinstrahlung zurückzuführen sein.
Soll ein überschwappen der Salzlösung beim Hantieren mit dem
Salzlösungsbehälter verhindert werden, kann zwischen der Oberfläche der Salzlösung und dem Klimapuffer eine wasserdichte,
wasserdampfdurchlässige Membran angebracht werden. Diese Membran kann wasserdicht mit der Behälterwandung verbunden
werden.
Man erkennt, daß die Erfindung sicherstellt, daß auch größere Lufträume, sofern sie nur geringe Undichtigkeiten aufweisen,
über lange Zeit auf konstanter Luftfeuchtigkeit gehalten werden können. Die Erfindung vereinigt viele der Vorteile der
bisher gebräuchlichen stromlosen Klimatisierungssysteme und beseitigt gleichzeitig deren Einschränkungen und Nachteile
weitestgehend.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird näher erläutert.
Figur 1 zeigt in mittigem Vertikalschnitt:
A: Klimapuffer
B: Aufsatzrahmen
C: Wanne
D: Spiegel der gesättigten Salzlösung E: ungelöstes Salz
Der Aufsatzrahmen (B) besteht aus Edelstahl und ist bestückt mit als Klimapuffer (A) sechs Lagen Klimapuffer-Platten aus
in Polyäthylen gebundenem hochaktivem Klimapuffermaterial.
Die unterste Lage ist eine durchgehende Platte, die anderen
Lagen bestehen aus schmalen Streifen, die kreuzweise übereinandergelegt
sind.
Die Wanne (C) ist aus wasserdichter Keramik gefertigt. Die Innenwände sind zur Hydrophobisierung mit mikrokristallinem
Wachs beschichtet und mit Vaseline bestrichen. Im Inneren der Wanne befindet sich eine gesättigte Salzlösung
mit einem Bodensatz von ungelöstem Salz (E). Der Bodensatz ist vollständig vom Wasserspiegel (D) überdeckt.
Anwendungsbeispiel:
Werden drei Wannen (C), (Maße: Länge 40 cm, Breite 40 cm, Höhe 10 cm) mit insgesamt 18 kg MgCl2 Hexahydrat und 2 kg
Wasser gleichmäßig gefüllt, mit den entsprechenden Abdeckrahmen (B) versehen und in eine weitgehend gasdichte Glasvitrine
von 1,3 m3 Luftraum gebracht, ergibt sich folgende Rechnung:
Bei 18 kg MgCl2 (Hexahydrat) und 2 kg Wasser überdeckt die
Flüssigkeit den ungelösten Bodensatz bei Raumbedingungen vollständig.
3 kg MgCl2 können ca 1 kg Wasser aufnehmen.
6 kg MgCl2 sind also bereits durch die 2 kg zugegebenen Wassers
gebunden. Die restlichen 12 kg sind also in der Lage, der Vitrinenluft insgesmt ca 4kg Wasser zu entziehen.
MgCl2 erzeugt bei 200C eine RF von 34%.
Wie lange kann die RF in der Vitrine bei ca 34% konstant gehalten werden?
Angenommen, die Vitrine sei in einer Umgebung mit mittlerer
Jahresdurchschnittstemperatur von 200C und mittlerer Jahres-RF
von 55% aufgestellt.
Im3 Luft bei 200C und Normaldruck kann ca 17,5g Wasser lösen.
Im3 Luft bei 200C und 55% RF enthält also ca 10g Wasser.
Im3 Luft bei 200C und 34% RF enthält also ca 6g Wasser.
Um Im3 Luft bei 200C von 55%RF auf 34%RF zu bringen, muß der
Luft also ca 4g Wasser entzogen werden.
Sollen 1,3m3 Luft bei 200C von 55%RF auf 34%RF gebracht werden,
sind dies also 4g &khgr; 1.3 = 5.2g.
Wie groß sind die Undichtigkeiten der Vitrine? Gary Thompson geht in seinem Buch "The Museum Environment"
(Butterworth Verlag, London) davon aus, daß in einer gewöhnlichen in einem Museum verwendeten Klimavitrine sich die Luft
pro Tag ein Mal komplett austauscht. In diesem Fall ergäbe sich, daß das Klima 4000g:5.2g/Tag = ca 760 Tage, also über
zwei Jahre lang, konstant gehalten würde. Nach zwei Jahren müßte das Salz erneuert werden . Das ist ein Wartungsabstand,
der als äußerst praktikabel angesehen werden kann. Die entnommenene Salzlösung kann durch simples Eindampfen
regeneriert und einer späteren Verwendung zugeführt werden.
Claims (4)
1. Vorrichtung zur Regulierung der relativen Luftfeuchtigkeit,
dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer gesättigten Salzlösung gefüllter Behälter
mit einer Wasserdampf-adsorbierendes Material enthaltenden Abdeckung versehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch
dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter, der mit der Salzlösung gefüllt werden
soll, ist mit einer hydrophoben Beschichtung versehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die der Salzlösung abgewandte Seite der Abdeckung vom
Luftstrom eines Ventilators bestrichen wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Salzlösung und der Abdeckung eine Membran
aus wasserdichtem, wasserdampfdurchlässigem Material angebracht ist.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| DE9101629U DE9101629U1 (de) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | Selbststeuernde Klimatisierungsvorrichtung zur stromlosen Erzielung von konstanten Werten der relativen Luftfeuchtigkeit in umschlossenen Lufträumen mit geringem Luftaustausch zur umgebenden Atmosphäre |
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Publications (1)
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|---|---|---|---|
| DE9101629U Expired - Lifetime DE9101629U1 (de) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | Selbststeuernde Klimatisierungsvorrichtung zur stromlosen Erzielung von konstanten Werten der relativen Luftfeuchtigkeit in umschlossenen Lufträumen mit geringem Luftaustausch zur umgebenden Atmosphäre |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9101629U1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006022296A1 (de) * | 2006-05-11 | 2007-11-15 | M+W Zander Gebäudetechnik GmbH | Vitrine zur Unterbringung von Gegenständen |
| DE102007000916A1 (de) | 2007-07-20 | 2009-01-22 | Fachhochschule Lausitz | Anordnung zur Stabilisierung der relativen Luftfeuchte in geschlossenen Räumen |
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1991
- 1991-02-13 DE DE9101629U patent/DE9101629U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006022296A1 (de) * | 2006-05-11 | 2007-11-15 | M+W Zander Gebäudetechnik GmbH | Vitrine zur Unterbringung von Gegenständen |
| DE102007000916A1 (de) | 2007-07-20 | 2009-01-22 | Fachhochschule Lausitz | Anordnung zur Stabilisierung der relativen Luftfeuchte in geschlossenen Räumen |
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