Luftfeuchtegehalt und Hygiene

Ein Lehrsatz der Physik soll als Einleitung stehen: „Im gesamten Universum geht keine Materie verloren, es sei denn sie wird gewandelt.“

In unserem Beispiel bedeutet dies: Wandlung von Wasserdampf (gasförmig) in Wasser (flüssig) oder auch Eis (fest) wieder in Wasser (flüssig) oder dann wieder in Wasserdampf (gasförmig).

Dieser Grundsatz gilt für die Klimatechnik im Allgemeinen und im Besonderen aber im Zusammenhang mit der Luft-Befeuchtung.

Klimatechnik und Luftbefeuchtung im Wandel der Zeit

Der Mensch ist mit dem Klima, das ihn ständig umgibt eng verbunden. Sein Verlangen nach Komfort, das heißt, sein Anspruch nach Behaglichkeit und Wohlbefinden, ist im Laufe der Evolution stets gestiegen und hat dadurch einen enormen Wandel vollzogen.

Lebten unsere Vorfahren erst in Höhlen, die eine ständige und natürliche Luftbewegung hatten, wurden später erst Holz- dann Steinhäuser gebaut. Die Wärme wurde meistens mit offenen Feuerstellen erzeugt. Der Rauch zog über Kamine ab. Der zur Verbrennung nötige Sauerstoff strömte über Undichtigkeiten am Gebäude auf natürlichem Weg

zur Feuerstelle. Noch um die Jahrhundertwende wurden die Fensterbänke. auf so genannte „Halbsteine“ gelegt. Der Luftraum dazwischen diente dem Luftaustausch zwischen Raum und Außenluft. Man saß deshalb an kalten Tagen „um den Ofen“ denn am Fenster war es kalt. Es „zog“.

Heute lebt und arbeitet der Mensch in relativ großen – teils sehr hohen – Gebäuden, die aufgrund ihrer Bauweise weitestgehend diffusionsdicht und gut isoliert sind. Die benötigte Luft und damit der erforderliche Sauerstoff können das Gebäude nicht mehr „natürlich durchspülen“ sondern müssen zu einer „Durchspülung gezwungen“ werden. Dabei reicht es nicht nur die Luft durch das Gebäude zu leiten. Sie muss im Winter beheizt und im Sommer gekühlt werden.

Aufgrund der Tatsache, dass angesaugte Luft im Winter einen geringen Wasserdampfgehalt hat, muss dieser Mangel durch eine hygienisch einwandfreie Luftbefeuchtungstechnik soweit ausgeglichen werden, dass in der Umgebung des Menschen wieder ein für ihn angenehmes und behagliches Klima herrscht..

Der Einzelofen ist zum großen Teil aus der privaten Wohnung verschwunden und durch eine zentrale Heizungsanlage oder auch eine einfache Lüf­tungsanlage, die nur die angesaugte Außenluft erwärmt, ersetzt worden.

Gerade alte Gebäude, vornehmlich aus Backstein, Bruchstein oder ähnlichen Materialien gebaut, werden aus Energieersparnisgründen heute mit 100 bis 200 mm starken Isolierplatten im wahrsten Sinne des Wortes „abgedichtet“.

Die Wärmeenergiebilanz mag zwar wesentlich besser werden, doch ein Luftaustausch zwischen dem Außenklima und dem Innenraumklima ist dann nur noch schwer möglich. Deshalb ist gerade bei

solchen Maßnahmen dem Thema Raumluftfeuchte ganz besondere Beachtung zu schenken.

Vor allem aber verlangt die Industrie mit ihren vielseitigen Produktionsspektren mit einem hohen Anspruch an Wirtschaftlichkeit und Rentabilität, an Genauigkeit und Präzision stets ein gleichbleibendes „Klima“ und damit auch eine gleich bleibende Luftfeuchte.

Ein Arzt wird heute während einer Operation auch nicht, wie man Prof. Sauerbruch nachsagt – die Charité lag damals mitten in einem Waldgebiet bei Berlin – zur Luftverbesserung rufen „dass einer einmal ein Fenster öffnen solle!“ Das ist heute schon aufgrund der hygienischen Bedingungen nicht möglich. Außerdem sind die Operationsräume sehr oft Innenräume, die wiederum von Fluren, Vorbereitungs- und Aufwachräumen und ähnlichem umschlossen sind.

Wachsend mit den vielseitigen Ansprüchen und Forderungen hat sich die Klimatechnik von der damaligen Lüftungstechnik zum dem heute hohen technischen Standard entwickelt. Parallel dazu ist auch die Entwicklung der dazu gehörigen Komponenten wie die

Gerätetechnik,

Ventilatortechnik,

Filtertechnik,

Wärmetauscher,

Luftbefeuchtungstechnik,

Regelungstechnik.

Luftdurchlässe usw.

fortgeschritten.

Die Richtlinien und Regelwerke der VDI- oder DIN-Ausschüsse, der Berufsgenossenschaften und ähnlicher Verbände sind im Laufe der Zeit immer wieder diesen gestiegenen Anforderungen auch dem jeweiligen Bedarf angepasst worden. So gelten heute die neue VDI 6022 bzw. die EN 13 779 – weitere Richtlinien werden diskutiert oder sind schon im Gründruck vorhanden – bei Planer, Anlagenbau und Nutzer als anerkannte Regelwerke.

Ist eine Luftbefeuchtung überhaupt noch nötig?

Zu diesem Thema sind zwei Fragen einzeln zu behandeln: Als Grundaussage gilt: Luftbefeuchtung betreiben, ist nichts anderen als einen Luftzustand, der eigentlich nicht vorhanden ist, bedarfsorientiert herstellen.

Mit anderen Worten: Aufgrund des geringen absoluten Feuchtegehaltes der Außenluft im Winter muss in den Räumen, die beheizt werden, die Raumfeuchte angehoben werden. Umgekehrt verhält es sich im Sommer. Bedingt durch relativ hohen Feuchtgehalt der Außenluft muss deshalb auch die relativ hohe Raumfeuchte dem jeweils geforderten Bedarf angepasst werden.

Hierbei spielt die Physik des Wasserdampfes eine besondere Rolle:

Unter Einwirkung von Energie – der Umwandlungsenergie – wird Wasser aus dem Aggregatzustand flüssig in Wasser in den Aggregatzustand gasförmig gewandelt. Die dazu nötige Wärmeenergie beträgt ca. 0,75 kW pro kg Wasser. Im Kühlfall verläuft der Vorgang umgekehrt: Der in der Luft gebundene Wasserdampf (Wassergas) fällt durch Auskondensierung wieder als flüssiges Wasser (Kondensat) aus. Die im Wasserdampf gebundene Umwandlungsenergie – die latente Energie – wird wieder „zurückgewonnen“. (siehe Leitsatz am Beginn des Beitrags).

So wird bei der Eisbildung dem Wasser Wärme entzogen, es wird fest. Beim Schmelzvorgang wird das Eis mit Hilfe der Wärmeenergie – wieder die Umwandlungsenergie – in den Aggregatzustand flüssig gewandelt.

Eine weitere wichtige Rolle im Zusammenhang mit der Luft-Befeuchtung spielt der Wasserdampf-Partialdruck , „P_D“ (in Pa), der als „Teildruck“ eines in einem Luftvolumen vorhandenen Wasserdampfes beschrieben werden kann.

Unter Berücksichtigung unterschiedlicher Teildrücke bei unterschiedlichen Luftzuständen wird die Luftfeuchte immer aus dem Gebiet des höheren Partialdruckes in das Gebiet des niedrigeren Partialdruckes diffundieren und das auch gegen einen vorhandenen Luftmassenstrom.

Warum ist eine Luftbefeuchtung überhaupt nötig?

Die Gründe für eine zwingende Notwendigkeit einer Luftbefeuchtung sind vielschichtig und erstrecken sich über die gesamte Bandbreite vom Menschen über die Tiere bis hin zur Produktionen und Verarbeitung von Präzisionsteilen, Lebensmitteln und Medikamenten. Aus Platzgründen seien hier nur einige Beispiele aufgeführt:

Der Mensch:

Bei mangelnder Luft-Feuchte in der Umgebung fühlt er sich unbehaglich. Über die Hautoberfläche und die Schleimhäute wird Feuchtigkeit nach außen abgegeben. Die Schleimhäute trocknen aus, das Flimmerepithel verliert seine Elastizität. Eingelagerter Staub und Mikroorganismen können nicht mehr zuverlässig nach außen zu transportiert werden.

Die Folge: Es kommt zu Erkrankungen des gesamten respirativen Systems (Atmungssystem). Das Spektrum reicht von der Erkältung bis hin zur Lungenentzündung.

Materialien:

Möbel, Bilderrahmen, Bilder, Holzskulpturen, Holzfußböden usw. geben die ihnen eigene Materialfeuchte an die Umgebung ab, werden trocken und bekommen Risse. Mit Papieren, Kartonagen, Leder und ähnlichen hygroskopischen Materialien geschieht das gleiche.

Die Folge: Hohe Wertverluste, besonders für Museen, in Kirchen, in der Industrie und auch beim öffentlichen und privaten Besitz.

Verarbeitung:

Papier- und Folienbahnen laden sich bei hohen Band- Geschwindigkeiten elektrostatisch statisch auf.

Die Folge: Es kommt zu elektrischen Entladungen verbunden mit Funkenüberschlag. Materialschäden und damit verbunden Produktions-Stopp oder sogar Produktionsausfall.

Es ist hinlänglich schon beschrieben, dass der Feuchtegehalt in der uns umgebenden Atmosphäre im Winter sehr gering ist. Beim Erwärmen der gleichen Luft im Raum bleibt zwar die absolute Feuchte konstant, allerdings ist dieser Feuchtegehalt zu gering, um ein behagliches und für den Menschen ein Gesundheit förderliches Raumklima zu schaffen.

Angenommen die Temperatur der Außenluft beträgt -5 °C, die Feuchte kann mit 80 % r.F. angenommen werden. Der absolute Feuchtegehalt beträgt dann 2,0 g/kg Luft. Beim Aufheizen im Raum auf angenommene 22 °C bleibt zwar der absolute Feuchtegehalt konstant, der Wert der relativen Feuchte, bezogen auf die mögliche Sättigung = 100 % r.F., betragt dann nur noch ca. 12 % r.F. Um ein behagliches Raumklima zu schaffen, muss also auf einen Wert von 40 bis 45 % r.F., entsprechend einem Wert der absoluten Feuchte von 7,4 g/kg „nachbefeuchtet“ werden. Einschlägige Fachinstitute, Humanmediziner und Richtlinien, wie DIN 1946-4 und die EN 13 779, empfehlen heute Werte zwischen (30) 40 und 70 % r.F. bei Raumtemperaturen von 21 bis 26 °C. Die DIN EN 13 779 beschreibt deutlich:

„Innerhalb des üblichen Raumluft-Temperaturbereiches zwischen 20 und 26 °C spielt Verdunstung eine geringere Rolle bei der Thermoregulation des menschlichen Körpers. Deshalb entstehen in der Regel kaum Probleme bezüglich thermischer Behaglichkeit, wenn die relative Feuchte zwischen 30 und 70 % r.F. liegt.“ Die Werte sind als Richtwerte zu betrachten und werden individuell festgelegt.

Bild 3 verdeutlicht den Zusammenhang zwischen Behaglichkeit und Gesundheitsschutz bei unterschiedlichen Raumluftfeuchten und beschreibt wiederum den Bereich optimaler relativer Feuchte zwischen 40 und 60 % r.F. In diesem Bereich ist eine Gefährdung durch unerwünschte Mikroorganismen sowie das Auftreten spezifischer Krankheitssymptome sehr stark reduziert. Gleiches haben bereits 1962 Prof. E. Grandjean von der ETH in Zürich und auch Prof. Dr. med E.A. Schieder von der HNO-Klinik im Städtischen Krankenhaus in Solingen 1979 ausführlich beschrieben.

Das Wasser, seine Herkunft und Behandlung

Das klassische Beispiel für die im Kernsatz gemachte Aussage ist der Wasserkreislauf in der Natur: Wasser verdunstet über den offenen Wasserflächen der Erdoberfläche, hauptsächlich der Meere. Diese Verdunstung führt zu sichtbaren Wolkenbildungen in der Atmosphäre. Diese Wolken werden durch Winde über Land getrieben, steigen in noch höhere Schichten, kühlen ab und regnen aus. Ein Großteil des Regens nimmt schon beim Eintreten in die Erdatmosphäre Gase und Schwebstoffe auf. Beim Auftreffen auf die Kontinente durchdringt es die obere Erdkruste mit ihren humusreichen Stoffen sowie Erd- und Tonschichten.

Fossile Bestandteile und auch Mikroorganismen im Erdreich werden aufgenommen. Beim weiteren Durchdringen der unterschiedlichen Gesteinsschichten werden vom Wasser, das immer noch im „Ungleichgewicht“ ist, Mineralien und Metalle aufgenommen. Irgendwann oder tritt das Wasser wieder als Quelle an die Oberfläche und fließt über Flüsse und Seen wieder in die Weltmeere. Der Kreislauf ist geschlossen.

Diese Beobachtung erklärt auch, warum die gewonnenen und zu Trinkwasser aufbereiteten Wässer so unterschiedlich in Ihrem Gehalt an Mineralien sind. So sind zum Beispiel im Jura, der fränkischen Schweiz oder im Raum Heidelberg die Wässer wesentlich kalkhaltiger als im Odenwald, der Pfalz um Kaiserslautern oder im Süden des Schwarzwaldes.

Obwohl mineralreiche Wässer für den Menschen auch gesund sein können, sind sie heute für die verschiedensten chemischen und physikalischen Produktionsprozesse in der Industrie, in Krankenhäusern und auch zur Luftbefeuchtung – hauptsächlich bei der Zerstäubungs- und Verdunstungstechniken – nicht zu verwenden. Sie müssen dem jeweiligen Bedarf entsprechend aufbereitet werden.

Eine besondere Rolle nehmen hierbei die Härtebildner Calcium und Magnesium ein, die die „unangenehme Eigenschaft“ haben, dort wo sie ausfällen, sofort zu verhärten und „versteinen“ und zwar unabhängig von der jeweils vorhandenen Wassertemperatur. Mit den heute zur Verfügung stehenden technischen Möglichkeiten kann diesen Erscheinungen begegnet werden. Um nur diese Härtebildner aus dem Rohwasser zu entfernen werden Enthärtungsanlagen – auch Ionenaustauscher genannt – eingesetzt. In mit Kunstharz gefüllten Behältern werden Calcium und Magnesium gegen Kochsalz getauscht. Die übrigen vom Wasser noch mitgeführten Bestandteile sind weiterhin vorhanden und werden „durchgeschleust“. Außerdem wird CO frei. Das Wasser ist in seinem „Gleichgewicht“ gestört und aggressiv. Dieser Aggressivität ist bei allen nachfolgenden Installationen Rechnung zu tragen. Mittels der „Vollentsalzung“, für die heute in der Mehrzahl die „Umkehrosmose“ eingesetzt wird, werden die restlichen Bestandteile des Wassers, auch ein Großteil der Mikroorganismen, entfernt. Das Ergebnis kann als „vollentsalztes Wasser“ – auch Permeat genannt – bezeichnet werden. Bei der Mehrzahl der Bedarfsfälle – unter anderem auch für die Luftbefeuchtung – wird heute die Umkehrosmose als zuverlässige Technik eingesetzt.

Hygienische Aspekte der Befeuchtungstechniken

Die drei Grundtechniken für die Luftbefeuchtung sind hinlänglich bekannt, so dass sie im Einzelnen nicht näher erläutert werden müssen.

Allein unter hygienischen Gesichtspunkten müssen sie dennoch genauer untersucht werden.

a) Dampf-Luftbefeuchtung

In drucklosen Dampferzeugern wird Wasser auf knapp über 100 °C erwärmt. In geschlossenen Dampfkesseln oder Wärmetauschern liegt die Erwärmung für die Dampf-Luftbefeuchtung in der Regel zwischen 110 bis 200 °C. Allein durch die Technik der Dampfproduktion ist die Hygienesicherheit gegeben. Auch die neue DIN 1946-4 – noch im Entwurf – empfiehlt den Einsatz der Dampfbefeuchtung in RLT-Anlagen für OP- Abteilungen in Krankenhäusern.

Wichtig ist bei dieser Technik die Berücksichtigung der so genannten Befeuchtungs- oder auch Vermischungsstrecke. Denn relativ „heißer“ Dampf wird an „kalte“ Umgebungsluft – im Raum, Kanal oder RLT-Gerät – abgegeben. Um von dieser aufgenommen, also absorbiert, zu werden, braucht der Dampf „Zeit und Raum“. Bedingt durch den hohen Temperaturunterschied werden, je nach Umgebungstemperatur, 20 bis 40 % der abgegebenen Dampfmenge als Nebel sichtbar. Der Rest ist von der Umgebungsluft als Wassergas bereits vollkommen absorbiert. Umso wichtiger ist es deshalb, dass nach der Dampfeingabe die Vermischungsstrecke so ausgelegt wird, dass in der „Nebelzone“ eine mechanische Auskondensierung des Dampfes durch Aufprall auf Widerständen wie Bögen, Abzweigen usw. vermieden wird. Hinzu kommt, dass die DIN 1946-4 den Einbau der Dampfverteilung „vor der 2. Filterstufe“ vorschlägt.

Sicherheit gegen mechanische Auskondensierung bieten gegenüber den einfachen Dampfverteilern auf alle Fälle Mehrfach-Verteilsysteme, bei denen der Dampf mittels feiner in stehenden oder auch liegenden Verteilrohren angebrachte Düsen quer zum Luftstrom über den gesamten Geräte- oder Kanal-Querschnitt gleichmäßig abströmt. Die Umgebungsluft kann diesen Dampf sehr schnell aufnehmen. Die Vermischungsstrecke ist somit bei normalen RLT-Systemen auf ein Minimum von 0,5 bis unter 1,0 m reduziert. Wichtig ist vor allem auch die Position und Einstellung des Maximalbegrenzers bzw. Maximalhygrostaten. Entweder ist er weit genug vom Dampfverteiler entfernt – ca. 4 bis 5 m –, oder im RLT-Gerät, wenn er nach der 2. Filterstufe montiert werden muss, auf den richtigen maximalen Feuchtewert eingestellt. Es gilt auf alle Fälle, nachgeschaltete Filter vor zu hoher Feuchte zu schützen. In der Praxis hat sich hierbei für normale RLT-Anlagen ein Wert von 75 bis max. 80 % r.F. als praktikabel und richtig erwiesen. Ausnahmen bilden besondere Produktions- oder Labor-Anlagen. Eine mikrobielle Vermehrung auf Luftfiltern durch „Überfeuchtung“ ist auf jeden Fall zu vermeiden. Im Ernstfall muss die Dampfverteilung, wenn baulich keine andere Möglichkeit besteht, auch einmal nach der 2. Filterstufe vorgesehen werden. Um sich den richtigen Betriebspunkt maximaler Feuchte im Kanal oder im Gerät zu veranschaulichen, genügt schon eine kurze Darstellung im h,x-Diagramm (Bild 6).

b) Verdunstungs-Luftbefeuchtung

Eine der ältesten Befeuchtungstechniken ist die Verdunstungstechnik. Ein anschauliches Beispiel hierfür sind Gradierwerke in den Kurorten. Das mineralhaltige Wasser rieselt über Reisigmatten und verdunstet. Die vorbeiströmende Luft nimmt diese Feuchtigkeit auf. Die Mineralien verhärten und versteinen auf den Matten und vergrößern so noch die Oberfläche. Ähnlich verhält es sich bei den Verdunstungstechniken in RLT-Geräten oder auch bei Raum-Luftbefeuchtern. Nur stören in diesem Fall die Mineralien. Das Wasser wird über Medien – Filtermatten, Folien, Räder mit Schöpfeinrichtungen u.ä. – geführt. Luft durchströmt diese Medien und nimmt, entsprechend ihrer Aufnahmefähigkeit, Feuchtigkeit auf. Das Wasser „verdunstet“.

Im Gegensatz zum Gradierwerk sollte das Wasser auf alle Fälle frei von Schwebstoffen, Mikroorganismen und Mineralien sein. Die Technik muss so konstruiert sein, dass ein Abriss von Wassertröpfchen oder Aerosolen ausgeschlossen ist.

Genauso ist eine mikrobielles Wachstum, also die eventuelle Bildung eines Biofilmes, auf dem Verdunstungsmaterial und der damit verbundene Eintrag in die Raum- oder Anlagenluft zu vermeiden. Planung und Ausführung für eine „Vermischungsstrecke“ ist im eigentlichen Sinn nicht erforderlich. Die durchströmende Luft kann, aufgrund der ihr eigenen Physik, je nach Temperatur, annähernd ca. 85 % r.F. Feuchtig­keit aufnehmen.

c) Zerstäubungs-Luftbefeuchtung

Dabei handelt es sich um eine Befeuchtungstechnik, die vor allem in den frühen Jahren der Luftbefeuchtung, hauptsächlich industriell, eingesetzt wurde. Im Laufe der Jahre ist diese Technik von anderen Lösungen weitgehend ersetzt worden.

Damals waren die Gefahren des Tröpfen- bzw Aerosol-Eintrages durch die Zerstäubungstechniknoch nicht so erkannt und bekannt wie heute.

Angeboten werden heute, teils mit entsprechender Wasseraufbereitung,

Ultraschalltechniken;

Zweistoff-Zerstäubungsdüsen (Wasser und Druckluft;

Hochdruck-Einstoff-Zerstäubungsdüsen (Zerstäubung bei Wasser-druck bis 140 bar);

Scheiben-Zerstäuber

Über die Längen der „Vermischungsstrecken“ in RLT-Geräten oder auch in Kanälen gibt es für die Zerstäubungsbefeuchtung kaum verwertbare Unterlagen, die ausreichend genaue Aussagen ermöglichen. Die beste Auskunft gibt hier immer noch die langjährige Sachkenntnis eines Fachberaters mit seiner Erfahrung. Auf alle Fälle kann die Vermischungsstrecke ohne Nachschaltung einer „Nachverdunstung“, je nach vorhandener Temperatur, Luftgeschwindigkeit und Strömungsprofil bis zu 15 m betragen. Früher wurden solche Anlagen in der Hauptsache in der Papier- oder Holzindustrie oder in Webereien und Spinnereinen als sog. „Übersättigungsanlagen“ eingesetzt. Heute findet die direkte Zerstäubungs-Luftbefeuchtung mittels Zerstäuber-Düsen in der Holz- oder Papierverarbeitung zur Raumluft-Befeuchtung ihre Anwendung. Hierbei stellen vor allem die erzeugten Aerosole und kleinste Wassertröpfchen den Anlagenbau vor eine große hygienische Herausforderung.

Bei der Ultraschall-Befeuchtung haben die Wasserpartikel wegen ihrer Größe von teilweise < 1 µm in der sie umgebenden Luft eine lange Verweildauer und aufgrund ihrer Oberflächenspannung einen relativ zähen Übergang in Wasserdampf. Nach der VDI 6022 sind solche Aerosole, die auch lungengängig sind, zu vermeiden.

d) Zerstäubungs-Verdunstungstechnik

Eine Technik, die nie klar als Kombination aus Zerstäubungs- und Verdunstungstechnik beschrieben wurde, hat sich aus den beiden vorgenannten Grundarten der Luftbefeuchtung entwickelt. Eigentlich ist sie als älteste Befeuchtungstechnik überhaupt in der Form des „Wäschers“ vor allem in der Industrie hinlänglich bekannt.

Wasser wird in einer Befeuchterkammer mittels Düsen zerstäubt. Sich bildende Tropfen werden von der Luft getragen. An einem nachgeschalteten „Tropfabscheider“ werden größere Wassertropfen zurückgehalten, abgeschieden, und in die Befeuchterwanne zurückgeleitet. Dabei kann, mit Einschränkungen und je nach Konstruktion, die Oberfläche von Tropfabscheidern als Nachverdunstungsfläche beschrieben werden. Erzeugte Aerosole jedoch passieren ungehindert den Tropfabscheider und werden zum großen Teil von der Luft in das RLT-System eingetragen. Über das Kanal- und Durchlass-System können sie in die Raumluft und damit auch in die Atemluft gelangen.

Materialien haben sich geändert. Neue Zerstäubungstechniken stehen zur Verfügung, so dass sich die verschiedensten Luftbefeuchtungssysteme entwickelt haben, die über spezielle Düsen das Befeuchterwasser mit Betriebsdrücken bis 140 bar in Form kleinster Wassertropfen oder Aerosole in ein RLT-System einbringen. Bezüglich der Abscheiderarten ist hier der VDI 6022 besondere Beachtung zu schenken, denn ein Abriss von Aerosolen an der Abströmseite einer Abscheideeinheit sind nicht zugelassen.

Anders verhält es sich beim System „Condair Dual“ in der zweiten Generation (Bild 10). Das über eine vorgeschaltete Umkehrosmose erzeugte vollentsalzte Befeuchterwasser wird vor Eingang in die Molekulardüsen zur Neutralisation der restlichen Mikroorganismen über eine Silberionisierung und einen Sterilfilter geführt. Bei einem Druck von 2 bis 6 bar wird dieses Wasser zu

feinsten Wasserpartikeln zerstäubt und von der Luft in einem RLT-­System gegen eine aufgestellte „Wand“ aus 5 cm starken dachziegelartig schräg gestellten Keramikplatten getragen.

In den engen Kavernen bildet sich ein feiner Wasserfilm der von der durchströmenden Luft gut absorbiert kann. Die Bildung von Aerosolen auf der Ab­strömseite ist somit ausgeschlossen. Die Düsen sind über den Querschnitt einer Anlage gleichmäßig in drei Zerstäuber-Kreise aufgeteilt. Entsprechend der jeweiligen Feuchte-Anforderung ergibt sich mittels einer speziellen internen Elektronik eine siebenstufige Regelung, mit der eine Feuchte-Toleranz von +/- 4 % r.F. erreicht werden kann.

Hygienekriterien

a) Befeuchterstrecke bei der Aerosol- und Dampfbefeuchtung

In Verbindung mit den einzelnen Befeuchtungstechniken sind die Kriterien für eine ausreichend dimensionierte Vermischungsstrecke hingehend beschrieben worden. Im Übrigen wird auf die ausführliche Literatur verwiesen. Damit sich in einem RLT-System vorhandene Mikroorganismen nicht ansiedeln können sind auf alle Fälle Feuchtenester oder gar Wasserpfützen nach einem Befeuchtungssystem zu vermeiden. Feuchtnester in einem RLT-System entstehen immer dann wenn grundsätzliche Voraussetzungen bei Planung, Montage und Inbetriebnahme nicht beachtet oder gar vernachlässigt werden. So ist z. B.

die Vermischungsstrecke zu knapp bemessen;

funktioniert die Regelung nicht einwandfrei;

kommt es zu Übersättigungen;

der Abscheider falsch gewählt.

Die Bildung von Biofilm mit seinen Folgen ist vorgegeben. Nicht nur in einem RLT-System sondern auch auf allen mit Wasser benetzten Flächen kann sich Biofilm bilden; so z. B. auch in oder an

Wasserzulaufleitungen zu Luftbefeuchtern;

Wasserleitungen innerhalb von Befeuchtungssystemen;

an Abscheidetechniken;

in Wasserwannen mit stehenden Wässern;

Abläufen von Wasserwannen.

b) Das Aerosol

Zum besseren Verständnis soll nachstehend das Aerosol kurz beschrieben werden. Bei Nebel, Rauch oder Staub spricht man allgemein von einer kolloiden – zerteilenden – Wirkung der Luft. Im Sinne der Luftbefeuchtung geschieht diese „Zerteilung“ mit Hilfe der Technik. Andere Bezeichnungen sind noch Lyosol oder Hydrosol. Das Aerosol hat im Verhältnis zu seinem Gewicht eine sehr große Oberfläche mit einer sehr hohen Oberflächenspannung. Die Viskosität der umgebenden Luft verursacht Reibung die der Schwerkraft entgegenwirkt und damit das Kolloid schwebefähig hält. Die Literatur sagt aus, dass ein Aerosol mit einem Durchmesser von 1 µm (= 1/1000 mm) nach der Stockesschen Formel eine Fallgeschwindigkeit von 100 mm/h hat. Die dem freien Fall entgegenwirkende Reibung wird durch Stöße von allen Seiten auf das Aerosol aufprallenden Luftmoleküle verursacht. Diese Molekularstöße bewirken bei Aerosolen unter 1 µm eine ungeordnete „Zick-Zack-Bewegung“ nach den Gesetzen der Brown’schen Molekular-Bewegung bei der die durch die Schwerkraft bestimmte Fallrichtung unbedeutend wird. Mit der Zunahme der Partikelgröße, etwa zwischen 10 bis 20 µm geht die Bewegung in ein „Zittern“ über. Werden die Teilchen noch größer wird auch die Intensität der Bewegungen geringer. Die Luftreibung wird geringer und damit die Fallgeschwindigkeit höher. Wind und Wärme könne die An- bzw. Ablagerung von Aerosolen aufhalten, Luftturbulenzen sogar dagegen beschleunigen. Ein Aerosol benötigt zum Übergang von Wasser in Wasserdampf ausreichend „Zeit und Raum“ wobei es seine Umwandlungsenergie jeweils der umgebenden Luft entzieht.

c) Mikroorganismen und Luft-Befeuchtungstechnik

Es gibt heute Grenzwerte für das Vorhandensein der Mikroorganismen (gemessen in KBE = Kolonien bildende Einheiten), die entsprechend den jeweiligen Richtlinien der Technik einzuhalten sind. So fordert

der DVGW eine Gesamtkeimzahl im Trinkwasser gleichbedeutend für das Befeuchterwasser von < 100 KBE/ml;

die VDI 6022 und die Berufsgenossenschaft Druck und Papierverarbeitung bei Umlauf-Sprühbefeuchtern (= “Wäscher“) in der Befeuchterwanne einen Wert von < 1000 KBE/ml und in der Luft einer RLT-Anlage von < 1000 KBE/m³.

Grundsätzlich kann in einem komplexen RLT-System das Vorhandensein von Mikroorganismen trotz aller Vorsichtsmaßnahmen nicht ganz ausgeschlossen werden. Deshalb sind an, (der Autor wiederholt sich absichtlich) feuchte oder gar nasse Stellen in einem Kanal oder Klimagerät unbedingt zu vermeiden. Nicht nur in RLT-Geräten, sondern überall dort wo sich Feuchtenester bilden können – auch im Wohnbereich an so genannten Kältebrücken –, ist die Bildung von Biofilm möglich. Es ist deshalb eine der wichtigsten Aufgaben für alle Beteiligten nach bestem Wissen und fachlichem Können diese „Feuchtenester“ auszuschließen.

d) Die Feuchteregelung.

Wichtig für eine, aus hygienischen Gesichtspunkten, einwandfreie Funktion der Befeuchtungstechnik ist die Schaffung einer der Aufgabenstellung angepassten Feuchteregelung. Die physikalischen Vorgänge der Luftbefeuchtung lassen sich am Besten wieder am h,x-Diagramm zeigen. Am leichtesten darzustellen und in der Regelungstechnik zu verwirklichen, ist die isotherme Luftbefeuchtung, also die Dampf-Luftbefeuchtung, durch die zwar eine geringe und deshalb in der Auslegung vernachlässigbare Temperaturerhöhung stattfindet. Der Vorgang kann deshalb auch als eine gerade Linie auf der jeweiligen Temperaturlinie – Isotherme – als konstant dargestellt werden. Für den Anlagenbau ist es wichtig, dass der Dampf möglichst gleichmäßig und über den gegebenen Querschnitt verteilt eingebracht wird.

Für die Regelungstechnik ist es wichtig, dass der Befeuchter mittels eines proportional wirkenden Hygrostaten oder einer Regelung angesteuert und durch einen ebenfalls proportional wirkenden und richtig eingestellten und angeordneten Maximalhygrostaten gegen Übersättigung gesichert wird. Empfohlen wird für normale RLT-Systeme im Gerät oder Kanal – keine Sonderanwendungen – eine maximale Feuchte von 75 bis 85 % r.F. Anders verhält es sich bei der Zerstäubung oder Verdunstung von Wasser (adiabate Technik). Um die Aggregat-Zustandsänderung von flüssig in dampfförmig zu gewährleisten, wir der Umgebungsluft ein hoher Anteil an Wärmeenergie – die schon erwähnte Umwandlungsenergie – entzogen, die wiederum ergänzt oder vorher erbracht werden muss. Die Luft nimmt Feuchte unter gleichzeitiger Abgabe von Wärme auf. So verläuft dieser Vorgang, im h,x-Diagramm dargestellt auf der h-Linie. Die Technik ist als adiabate Luftbefeuchtungstechnik bekannt.

Entweder wird die Luft vor der Be­feuch­tung auf „φ1“ erwärmt und kühlt dann unter Feuchteaufnahme auf den Betriebspunkt„φ2“ ab, oder die Wärmeerzeugung vor dem Befeuch­ter ist geringer, dann muss nach der Befeuchtung die Luft wieder auf den Betriebspunkt erwärmt werden. Bezüglich der Regelung der adiabaten Befeuchtungstechnik spricht man von einer „Enthalpie-Regelung“. Auf jeden Fall ist die Regelindustrie gefordert, sinnvolle Konzepte zu erarbeiten. Die entsprechenden Programme sind hinlänglich bekannt, werden aber selten oder auch falsch angewandt. Auf jeden Fall ist eine Rückfrage beim Lieferanten der Befeuchtungstechnik immer angebracht. Tabelle 2 zeigt eine Übersicht und hilft bei der Festlegung der richtigen Regelungstechnik für alle Befeuchtungstechniken.

e) Hygienenachweise

Grundsätzlich ist die Atemluft ein „Lebensmittel“ und unterliegt den Forderungen an die Hygiene. Eine wichtige Rolle spielen hierbei die individuellen Hygienebedürfnisse bzw. Ansprüche des Menschen. Hilfreich sind die bekannten technischen Mindeststandards und die einschlägigen und schon beschriebenen Regelwerke der Technik. Für den Betreiber, den Anlagenbau und den Planer ist es heute wichtig, dass eine eingebaute Technik und gerade die Luftbefeuchtungstechnik dauerhaft hygienisch einwandfrei funktioniert. Dass ein solches System, ob isotherm oder adiabat einer regelmäßigen Überprüfung und Wartung bedarf, ist eigentlich selbstverständlich. Eine weitere Hygienesicherheit bietet der Nachweis, dass alle mikrobiologischen und hygienerelevanten Erfordernisse beachtet und bewertet werden. Zur Beurteilung der Hygienequalität eines Luftbefeuchtungssystems sollten die nachstehenden Hygienemerkmale berücksichtigt werden:

Einhaltung der gültigen technischen Richtlinien;

Hygienemaßnahmen zur Keimminderung und

Regelmäßige Reinigung mit Desinfektion.

Unterstützend dazu können Langzeit-Hygieneuntersuchungen alle hygienerelevanten Zusammenhänge bewerten und somit die Hygienesicherheit von Luftbefeuchtungssystemen dokumentieren.