Raumluftfrage in der Industrie, gezeigt an Untersuchungen zur Lösung der Raumluftfrage im Textilbetrieb [Reprint 2019 ed.] 9783486773279, 9783486773262

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BEIHEFTE ZUM GESUNDHEITS-INGENIEUR REIHE I

HEFT 39

HERAUSGEGEBEN

VON

DER L E I T U N G

DES

GESUNDHEITS-INGENIEURS

RAUMLUFTFRAGE IN DER INDUSTRIE G E Z E I G T AN

UNTERSUCHUNGEN ZUR LÖSUNG DER RAUMLUFTFRAGE IM TEXTILBETRIEB VON

DR.-ING. OTTO O L D E N H A G E RHEINE/WESTF.

Mit 62 Bildern und 14 Zahlentafeln

IIIIIfI) M Ü N C H E N U N D BERLIN 1940

V E R L A G V O N R. O L D E N B O U R G

Inhaltsübersicht.

Seite

A. E i n l e i t u n g

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B. R a u m k l i m a im T e x t i l b e t r i e b 1. Erstrebenswerter Luftzustand im Textilbetrieb 2. Mittel und Apparate zur Aufbereitung der Raumluft

4 4

C. P h y s i k a l i s c h e G r u n d l a g e n z u r M e s s u n g d e s Luftzustandes 1. Das Aspirations-Psychrometer als Eichgerät zur Ermittlung der relativen Luftfeuchtigkeit . . . 2. Die Sprungseile Formel 3. Der Einfluß des Barometerstandes auf die Ermittlung der relativen Luftfeuchtigkeit mit dem Aspirationspsychrometer 4. Die Meßgröße der Raumluft 5. Das /z-Diagramin zur Bestimmung der relativen Luftfeuchtigkeit D. M e t h o d e n u n d G e r a t e z u r M e s s u n g Luftzustandes 1. Das einfache Psychrometer 2. Der Thermohygrograph . . . . • 3. Der Meteorograph 4. Andere Meßgeräte 5. Folgerungen

5 5 f> 7 8 10

des 12 13 14' 17 17 18

E. B e z i e h u n g e n z w i s c h e n A u ß e n l u f t u n d Raumluft 1. Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen der Außenluft 2. Abhängigkeit des Raumluftzustandes vom Zustande der Außenluft bei Berücksichtigung der Bauweise der Fabrikräume 3. Speicherung von Wärme und Feuchtigkeit in den Arbeitssälen des Textilbetriebes 4. Ergebnis über die Untersuchungen des Einflusses der Außenluft auf die Raumluft F. I n n e r r ä u m l i c h e E i n f l ü s s e auf d e n luftzustand 1. Betriebsbedingte Luftströmungen

4

Seite

2. Feuchtigkeits- und Wärmequellen 3. »Spezifischer Wärmeanfall« in den verschiedenen Betriebsabteilungen der Textilindustrie . . . . G. G r u n d l a g e n z u r B e r e c h n u n g v o n L u f t a u f bereitungsanlagen H. B e h e r r s c h u n g d e r W ä r m e u n d F e u c h t i g k e i t im R a u m . U n t e r s u c h u n g an d r e i v e r s c h i e denartigen Luftaufbereitungssystemen . . 1. Einzelluftbefeuchter (Emil Mertz, Basel) . . . a) Aufbau und Wirkungsweise b) Betriebserfahrungen 2. Universalluftbefeuchtungssystem (Schulze und Schultz, Dresden); a) Aufbau und Wirkungsweise b) Betriebserfahrungen 3. Klimaanlagen (Lufttechnische Gesellschaft, Stuttgart) a) Aufbau und Wirkungsweise b) Betriebserfahrungen J. V e r g l e i c h e n d e U n t e r s u c h u n g b e z ü g l i c h d e r Vor- und Nachteile der v o r h a n d e n e n L u f t aufbereitungsanlagen über folgendePunkte: 1. Temperatur- und Feuchtigkeitsverteilung im Raum 2. Durch die Anlage entstehende Luftströmungen im Raum 3. Bautechnische Fragen 4. Wartung und Pflege der Anlagen 5. Über Anlage- und Betriebskosten

18 18 20 24 28

Raum29 29

30 33 34

37 38 38 39 40 40 43 48 48 49

50 50 51 52 52 53

K. R i c h t l i n i e n f ü r d i e p r a k t i s c h e A u s w e r t u n g der U n t e r s u c h u n g s e r g e b n i s s e 54 1. Über die Zweckmäßigkeit der Verwendung und Führung von Betriebsluft in den Arbeitsräumen des Textilbetriebes 54 L. S c h l u ß w o r t

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Schrifttum

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Druck von R.Oldenbourg Printed in Germany

D 89

Vorwort. Die Raumluftfrage im Textilbetrieb ist in den letzten J a h r e n in den B r e n n p u n k t des Interesses von Fachkreisen der Textilindustrie und ebenso der Lüftungsindustrie gerückt. Jahrzehntelang gab es auf diesem Gebiete nur ein Tasten und Fühlen. Die Textilindustrie mußte sich mit den oft sehr zweifelhaften Erfolgen der Luftaufbereitung in den Arbeitsräumen zufrieden geben. E i n e Änderung der Einstellung zur Raumluftfrage brachte für den Textilfachmann offensichtlich eine fertigungstechnische Umstellung im Spinnereibetrieb mit sich. Dadurch nämlich, daß aus den Spinnsälen die Seifaktoren allmählich entfernt und durch Ringspinnmaschinen ersetzt wurden, wurde die Raumluftfrage in sehr empfindlicher Weise berührt. Mit dieser Umstellung war eine wesentliche Leistungssteigerung verbunden und in gleichem Maße stieg auch der K r a f t b e d a r f der Spinnmaschinen. In einem Arbeitssaal, in dem die Seifaktoren durch Ringspinnmaschinen ersetzt wurden, mußte der Kraftbedarf für den Antrieb der Arbeitsmaschinen verdoppelt werden. D a m i t wurde also auch der W ä r m e a n f a l l durch die Umwandlung der mechanischen Energie in Wärmeenergie in diesem Arbeitssaal um 1 0 0 % vergrößert. (Der Wärmeanfall im Ringspinnsaal übersteigt mit sehr großem Unterschied den Wärmeanfall aller anderen Arbeitsräume im Textilbetrieb.) Dieser außerordentlich großen Steigerung des Wärmeanfalls konnte man mit den bisherigen Befeuchtungs- und Lüftungsanlagen nicht mehr

Herr werden. Eine ernste Prüfung dieser T a t s a c h e wurde eine unbedingte Notwendigkeit. Man geht wohl nicht fehl, wenn man annimmt, daß dadurch die Raumluftfrage im Textilbetrieb auch ganz allgemein eine entscheidende Wendung erfahren hat. Heute sind die technischen Vorbedingungen für die Lösung der Raumluftfrage im Textilbetriebe in befriedigendem Maße vorhanden. Das allein aber genügt noch nicht, um eine einwandfreie und vor allem auch wirtschaftliche Lösung herbeizuführen. Dazu bedarf es der tatkräftigen Mitarbeit des F a c h m a n n e s aus der Textilindustrie selbst. Um das aber zu erreichen, müssen noch viele Unklarheiten, die über die Raumluftfrage im Textilbetrieb vorhanden sind, beseitigt werden. In seinem Berufe als Betriebsingenieur im Textilbetrieb kam der Verfasser mit all diesen Fragen in enge Berührung. Herr Professor Dr.-Ing. M a r c a r d , Hannover, gab deshalb die Anregung, die Raumluftfrage im Textilbetrieb einer eingehenden Prüfung zu unterziehen und die gesammelten Betriebserfahrungen zusammenzufassen; für seine hierzu erteilten wertvollen und jederzeit gern gegebenen R a t schläge sei ihm aufrichtig gedankt. Zu weiterem Danke ist der Verfasser den Herren Betriebsführern der F i r m a F . A. K ü m p e r s , Rheine in Westf., verpflichtet, die in entgegenkommender Weise und mit außerordentlich großem Verständnis die Betriebsuntersuchungen ermöglichten und das dazu erforderliche Arbeitsmaterial zur Verfügung stellten.

A. Einleitung. Die Raumluftfrage hat in der Textilindustrie für die Verarbeitung von Faserstoffen eine große Bedeutung. Dies erkannte man schon frühzeitig. Aus dem Schrifttum über den Einfluß des Raumluftzustandes auf die Eigenschaften der Textilien und auf deren Verhalten im Fabrikationsprozeß seien nur einige Hinweise gegeben (1, 2, 3 ) * ) . In den meisten Betriebsabteilungen der Textilindustrie h a t t e die L u f t in ihrem ursprünglichen durch das Klima bedingten Zustande Eigenschaften, die sich auf die Verarbeitung der Faserstoffe nachteilig auswirkten. Man versuchte deshalb die R a u m l u f t auf die verschiedenste Art in einen günstigeren Zustand zu bringen. Die hierfür gewählten künstlichen Mittel brachten aber in den meisten Fällen lange Zeit nicht den gewünschten Erfolg. Man kann annehmen, daß dies seine Ursache in einer mangelnden Kenntnis lufttechnischer Fragen hatte. Dafür kann man aber nicht die Textilindustrie verantwortlich machen. Denn es ist Sache der Lüftungsindustrie, Anlagen zuschaffen, durch die die R a u m l u f t aufbereitet und in den Zustand umgeformt wird, den der Textilbetrieb verlangt. Der Textilfachmann kann die Lüftungsindustrie als Hilfsindustrie ansehen. Trotzdem aber muß er auf dem Gebiete der Lüftungstechnik ausreichende Kenntnisse besitzen, um selbst das Urteil und die Entscheidung darüber fällen zu können, welche lufttechnische Anlage für seinen ») Die e i n g e k l a m m e r t e n Z a h l e n v e r w e i s e n a u f d a s S c h r i f t t u m a m E n d e des B e i h e f t e s .

Betrieb zu wählen ist. Dabei sind insbesondere vier Gesichtspunkte zu berücksichtigen: 1. textiltechnische, 2. gesundheitliche,

3. bautechnische, 4. wirtschaftliche.

Leider besitzen die meisten Textilingenieure heute noch nicht diese Kenntnisse. Die folgenden Untersuchungen werden für den Textilfachmann eine Hilfe in seinem Berufe sein. Durch diese Arbeit soll ein Beitrag zur Lösung der Raumluftfrage in der Textilindustrie geliefert werden, der besonders heute eine große Bedeutung beizumessen i s t : Solange die R a u m l u f t im Textilbetrieb nicht den günstigsten Zustand hat, muß bei der Verarbeitung von Faserstoffen mit Verlusten an Rohstoffen und mit Fehlern in den Textilerzeugnissen gerechnet werden. Die Ausnutzung der vorhandenen Rohstoffe muß aber auf das größtmögliche Maß gesteigert werden. Die deutsche Textilindustrie muß deshalb neben ihren anderen großen Aufgaben im R a h m e n des zweiten Vierjahresplanes der deutschen Reichsregierung auch der Raumluftfrage Beachtung schenken. Die Untersuchungen der vorliegenden Arbeit wurden in Baumwoll- und Zellwollspinnereien und Webereien eines Textilbetriebes in Nordwestfalen durchgeführt. Die Versuchsergebnisse haben also zunächst nur Gültigkeit für diesen Betrieb. Da in anderen Textilbetrieben die Verarbeitung von Textilien sich aber in gleicher oder ähnlicher Weise abspielt, darf man den erzielten Untersuchungsergebnissen allgemeine Gültigkeit beimessen. I*

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4

—

B. Raumklima im Textilbetrieb. i . Erstrebenswerter Luitzustand im Textilbetrieb. I m Textilbetrieb, u n d liier besonders in der Spinnerei, können im Arbeitsvorgang Fehler a u f t r e t e n . Das ist bei jeder anderen maschinellen Fertigung auch der Fall. Ganz allgemein k a n n die Ursache insbesondere sein: 1. Beschaffenheit des Rohstoffes, 2. Mängel im Antrieb der Arbeitsmaschine, 3. Mängel in der Arbeitsmaschine selbst, 4. U n a c h t s a m k e i t des Bedienungspersonals. In der Textilindustrie k o m m t eine weitere Fehlerquelle noch d a n n hinzu, wenn die R a u m l u f t einen Z u s t a n d h a t , der f ü r den jeweiligen Arbeitsvorgang ungünstig ist. Diese zusätzliche Fehlerquelle m u ß aber f ü r den Textilmeister bei der Ü b e r w a c h u n g seiner Abteilung von vornherein ausgeschlossen sein. Es ist die F o r d e r u n g zu stellen: Die R a u m l u f t im Textilbetrieb soll den bestmöglichen Z u s t a n d haben, der nötig ist, d a m i t sich in dieser Hinsicht der Arbeitsvorgang in der Herstellung von Textilien am günstigsten vollziehen kann. Durch einen günstigen R a u m l u f t z u s t a n d soll bei der V e r a r b e i t u n g von Faserstoffen erzielt w e r d e n : 1. Größere Gleichmäßigkeit der Erzeugnisse, 2. Steigerung der Zerreißfestigkeit u n d Dehnbarkeit des Garnes und d a d u r c h 3. V e r m i n d e r u n g von F a d e n b r ü c h e n beim Spinn- und Webvorgang, 4. V e r h i n d e r ü n g einer A u f l a d u n g der Fasern mit statischer Elektrizität u n d dadurch 5. V e r m e i d u n g des R a u h - und Sprödewerdens der Fasern, 6. S t a u b - und F a s e r f l u g v e r m i n d e r u n g und d a d u r c h 7. V e r m i n d e r u n g des Verlustes an spinnbaren Fasern. Auf diese textiltechnischen Z u s a m m e n h ä n g e soll hier im einzelnen nicht näher eingegangen werden. Das Schriftt u m gibt genügend Aufschluß d a r ü b e r (4, 5). E s m u ß aber geklärt werden, wann eine R a u m l u f t f ü r den Textilbetrieb günstig ist und welche Eigenschaften der T e x t i l f a c h m a n n von einer R a u m l u f t verlangt, die f ü r seinen Betrieb geeignet sein soll. Die charakteristischen Eigenschaften der R a u m l u f t im Textilbetrieb sind besonders: Relative L u f t f e u c h t i g k e i t , Lufttemperatur, S t a u b g e h a l t der L u f t , L u f t b e w e g u n g im R a u m . Die weitaus größte B e d e u t u n g davon h a t f ü r die Verarbeit u n g von Faserstoffen die relative Luftfeuchtigkeit. In den u n t e r s u c h t e n Betrieben liegen die Grenzwerte der verlangten relativen Feuchtigkeit der R a u m l u f t zwischen 4 0 % und 8 0 % ; d. h. in einigen Abteilungen des Textilbetriebes ist eine niedrige, in anderen eine mittlere oder hohe R a u m l u f t f e u c h t i g k e i t nötig. Sie wird b e s t i m m t durch den jeweils sich abspielenden Arbeitsprozeß u n d die verarbeitete Textilie. Dabei soll jedoch der f ü r eine b e s t i m m t e Abteilung als richtig e r k a n n t e Feuchtigkeitswert möglichst nicht u m mehr als ± 5 relative Feuchtigkeitsprozente, auch von Jahreszeit zu Jahreszeit, schwanken. W ä h r e n d der Gleichmäßigkeit der relativen Feuchtigkeit eine große B e d e u t u n g z u k o m m t , darf die T e m p e r a t u r der R a u m l u f t in großen Grenzen sich ändern, ohne auf die V e r a r b e i t u n g von Textilien einen wesentlichen nachteiligen E i n f l u ß auszuüben. Schwankungen zwischen 18° G und 30° C u n d auch d a r ü b e r spielen in textiltechnischer Hinsicht oft keine unwesentliche Rolle. Der T e m p e r a t u r f r a g e h a t man jedoch trotzdem Beacht u n g aus dem Grunde zu schenken, w-eil es j a eine Selbstverständlichkeit ist, f ü r die in den Arbeitssälen beschäftigten Menschen eine L u f t mit erträglicher T e m p e r a t u r zu schaffen. E s ist erfahrungsgemäß eine T e m p e r a t u r anzustreben, die bei sehr hohen A u ß e n t e m p e r a t u r e n einen Höchstwert u n t e r h a l b 30° G hat. (Die V D I - L ü f t u n g s r e g e l n nennen

f ü r V e r s a m m l u n g s r ä u m e als Mindestforderung bei Klimaanlagen bei einer A u ß e n t e m p e r a t u r von 35° C eine Innent e m p e r a t u r von 27° C.) F ü r die u n t e r s u c h t e n Betriebe ist als Bestwert 20 bis 25° C anzusehen. F ü r die Behaglichkeit des Bedienungspersonals sind a u ß e r T e m p e r a t u r noch relative Feuchtigkeit, Luftgeschwindigkeit und andere F a k t o r e n von B e d e u t u n g , w o r ü b e r nähere Angaben u n d Untersuchungsergebnisse im Schriftt u m verzeichnet sind (6, 7, 8). W i r haben gesehen, d a ß m a n bezüglich der R a u m l u f t im Textilbetrieb zwei Aufgaben zu lösen h a t : 1. E i n e textiltechnische Aufgabe, 2. eine personelle Aufgabe. Bei der e r s t e n Aufgabe ist f ü r jede Textilie u n d f ü r jeden Arbeitsprozeß ein b e s t i m m t e r optimaler R a u m l u f t z u s t a n d zu fordern. Diese Aufgabe ist also von Fall zu Fall d u r c h A n w e n d u n g von L u f t mit verschiedenen Z u s t a n d s w e r t e n zu lösen. Bei der z w e i t e n Aufgabe sind die Gesetze über die Behaglichkeit des Menschen zu berücksichtigen. Diese sind in jedem Falle gleich. Die günstigste V e r b i n d u n g beider Aufgaben miteinander ergibt eine Lösung, durch die die W e r t e des • R a u m l u f t zustandes festgelegt sind, den der T e x t i l f a c h m a n n f ü r diese oder jene Betriebsabteilung verlangen m u ß . Es gibt also f ü r jede Betriebsabteilung in der Textilindustrie einen bestmöglichen R a u m l u f t z u s t a n d , den m a n als »spezifisches R a u m k l i m a « , z. B. f ü r die Baumwollvorspinnerei, Zellwollfeinspinnerei, Wollweberei usw. bezeichnen kann. In j e d e m Falle m u ß das spezifische R a u m k l i m a Zustandswerte haben in d e n Grenzen, die f ü r die betreffende Textilabteilung die bestmöglichen Arbeitsbedingungen gewährleisten. W e n n die Bezeichnung: spezifisches R a u m k l i m a gew ä h l t wurde, d a n n deshalb, um f ü r jede gleichartige Betriebsabteilung ein f ü r allemal den günstigsten L u f t z u s t a n d gekennzeichnet zu haben. Diese einheitlichen und allgemein gültigen W e r t e werden aber heute noch nicht überall in der Textilindustrie anerk a n n t . Insbesondere gehen die Ansichten über die günstigsten W e r t e der relativen R a u m l u f t f e u c h t i g k e i t sehr auseinander. Das ist verständlich.. Denn, wie wir noch sehen werden, ist die Meßgenauigkeit der heute meistens in Textilbetrieben gebräuchlichen Feuchtigkeitsmesser außerordentlich gering. Es handelt sich hier also nicht um eine grundsätzliche Meinungsverschiedenheit, sondern n u r um eine scheinbare, die den tatsächlichen R a u m l u f t z u s t a n d nicht betrifft. 2. Mittel und Apparate zur Aufbereitung der Raumluft. J e d e r Arbeitssaal im Textilbetrieb soll sein spezifisches R a u m k l i m a haben. Zur E r f ü l l u n g dieser F o r d e r u n g sind lufttechnische Anlagen notwendig, die so bemessen und so eingerichtet sein müssen, d a ß sie entweder d u r c h selbsttätige Regelung oder durch einfachste Bedienungsvorrichtungen eine R a u m l u f t schaffen, die der T e x t i l f a c h m a n n verlangt. Mittel u n d A p p a r a t e zur A u f b e r e i t u n g der R a u m l u f t in der Textilindustrie sind in einer Zeitspanne von mehr als fünfzig J a h r e n entwickelt worden. Aber erst in den letzten zehn bis f ü n f z e h n J a h r e n h a t m a n zielbewußt, auf der Grundlage wissenschaftlicher Berechnungen u n d Untersuchungen, Anlagen geschaffen, die in ihrer W i r k u n g zufriedenstellend sind. Vor dieser Zeit w u r d e n Anlagen aufs Geratewohl g e b a u t , die wohl an einigen günstigen Tagen im J a h r e das spezifische R a u m k l i m a zu erzeugen vermochten, denen aber ein Dauererfolg selten beschieden war. H e u t e noch erinnern in einigen Textilbetrieben alte W i n d k a n ä l e , L u f t s c h ä c h t e u. a. m. an diese z. T. mit ungeheuren Kosten errichteten Anlagen.

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Es wäre verfehlt, wollte man diese f r ü h e r durch Erf a h r u n g und Probieren entwickelten E i n r i c h t u n g e n aber ganz und gar als u n b r a u c h b a r bezeichnen. Durch sinnvolle u n d zweckentsprechende A b ä n d e r u n g e n und E r g ä n z u n g e n können sie in einigen Betriebsabteilungen in der Textilindustrie d u r c h a u s zur S c h a f f u n g des spezifischen R a u m klimas b e n u t z t werden. Man m u ß sich einmal ganz klar machen, d a ß eine lufttechnische Anlage f ü r den einen Fall b r a u c h b a r sein kann, w ä h r e n d dieselbe Anlage f ü r einen anderen Zweck vollkommen versagt. E i n Allheilmittel f ü r die Lösung der R a u m l u f t f r a g e . in der Textilindustrie gibt es nicht und wird es auch nicht geben. In j e d e m Betrieb ist diese Frage individuell zu lösen. Auch bei den in letzter Zeit mit großer R e k l a m e herausgebrachten Neuerungen auf diesem Gebiete ist in jedem Falle mit großer Sorgfalt zu prüfen, ob sie den an sie gestellten F o r d e r u n g e n in jeder Hinsicht gerecht werden können. Bei jeder P l a n u n g einer lufttechnischen Anlage soll der T e x t i l f a c h m a n n seine Ansprüche durch die Angabe des spezifischen R a u m k l i m a s klar und eindeutig geltend machen. Der F a c h m a n n der L ü f t u n g s i n d u s t r i e h a t dann festzustellen, welche Einflüsse dieses spezifische R a u m k l i m a s t ö r e n können, mögen diese nun außenklimatischen Ursprungs sein oder mögen sie von W ä r m e - u n d Feuchtigkeitsquellen im Betriebe u. a. m. herrühren. F ü r den T e x t i l f a c h m a n n ist die R a u m l u f t f r a g e gewissermaßen ein s t a t i s c h e s Problem, f ü r den L ü f t u n g s f a c h m a n n ein d y n a m i s c h e s . Nach diesen Gesichtspunkten sind lufttechnische Anlagen f ü r die Textilindustrie zu schaffen. Die bisher b e k a n n t e n Mittel und A p p a r a t e zur Aufb e r e i t u n g der R a u m l u f t im Textilbetrieb lassen sich allgemein in vier Gruppen einteilen: 1. Primitive Mittel: a) E i n s t r ö m e n von Wasserdampf in die R a u m l u f t ,

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b) Verdunsten von Wasser, welches auf den F u ß b o d e n des Arbeitssaales gespritzt wird. 2. E i n z e l a p p a r a t e zur Z e r s t ä u b u n g von Wasser ohne wesentliche künstliche L u f t b e w e g u n g : a) Mit Druckwasserbetrieb, b) mit Druckluftbetrieb. y. E i n z e l a p p a r a t e zur Z e r s t ä u b u n g von Wasser in Verb i n d u n g mit künstlicher L u f t b e w e g u n g u n d Heizung: a) Druckwasserbetrieb, b) Betrieb mit mechanischen Zerstäubern. 4. Zentralanlagen: a) von I l a n d geregelte Anlagen, b) T e m p e r a t u r und relative L u f t f e u c h t i g k e i t selbstt ä t i g regelnde Anlagen (Klimaanlagen). Diese Aufstellung gibt einen Überblick der wesentlichsten Mittel und A p p a r a t e zur L u f t b e f e u c h t u n g und Klimatisierung von Textilbetrieben. Die Gliederung entspricht einmal a n n ä h e r n d der E n t w i c k l u n g der Anlagen zur R a u m l u f t a u f b e r e i t u n g in zeitlicher Folge, zum anderen sind durch diese Gliederung auch die verschiedenen charakteristischen Methoden zur L u f t b e h a n d l u n g im Textilbetrieb gekennzeichnet. Dazu m u ß aber b e m e r k t werden, d a ß die genannten vier Gruppen nicht ganz und gar gegeneinander abgeschlossen sind. Es kommen vielmehr o f t E r g ä n z u n g e n und Verbindungen zwischen den einzelnen Gruppen vor. In der Textilindustrie sind heute zur A u f b e r e i t u n g der R a u m l u i t die g e n a n n t e n Mittel und A p p a r a t e aus allen vier Gruppen noch anzutreffen. Teilweise sind die mit den ersten B a u a r t e n erzielten Erfolge allerdings außerordentlich gering. Das spezifische R a u m k l i m a k a n n nicht d a u e r n d erzeugt bzw. gehalten werden. Die in der Gruppe 4 a n g e f ü h r t e n Klimaanlagen haben erst in den letzten J a h r e n E i n g a n g in die deutsche Textilindustrie gefunden.

C. P h y s i k a l i s c h e G r u n d l a g e n z u r M e s s u n g des L u l ' t z u s t a n d e s . 1. Das Aspirationspsychromcter als Eichgerät zur Ermittlung der relativen Luftfeuchtigkeit. Eine U n t e r s u c h u n g der physikalischen Grundlagen zur Messung des L u f t z u s t a n d e s f ü h r t zwangläufig zu Fragen, die grundsätzliche B e d e u t u n g auch f ü r die A u f b e r e i t u n g der R a u m l u f t f ü r den Textilbetrieb haben. Deshalb ist es gerechtfertigt, diesem Abschnitt etwas breiteren R a u m zu schenken. W e n n auch über die Methoden und Geräte zur Messung der L u f t f e u c h t i g k e i t s p ä t e r noch gesprochen werden soll, so ist es doch nötig, dieses Gebiet hier schon kurz zu streifen. In den weitaus meisten Fällen finden in Textilbetrieben einfache u n t e r dem N a m e n August b e k a n n t e P s y c h r o m e t e r mit einem, trockenen und einem feuchten T h e r m o m e t e r (Bild 1) zur B e s t i m m u n g der relativen L u f t f e u c h t i g k e i t Anwendung. An Iland von Zahlentafeln werden die Anzeige des trockenen T h e r m o m e t e r s und der Unterschied zwischen der Anzeige des trockenen u n d des feuchten T h e r m o m e t e r s als Bezugsgrößen zur E r m i t t l u n g der relativen Luftfeuchtigkeit b e n u t z t . Die B e n u t z u p g dieses Gerätes ist zwar einfach, aber seine Anzeigen sind mit außerordentlich großen Feldern b e h a f t e t , wie die s p ä t e r noch zu besprechenden eigenen Versuche u n t e r Beweis stellen. Wenn es sich bei diesem Feuchtigkeitsmesser immer noch u m a n n ä h e r n d ein u n d denselben Fehler in der Anzeige handeln würde, d a n n wäre gegen die B e n u t z u n g wenig einzuwenden, denn f ü r den Betrieb sind nicht u n b e d i n g t absolute W e r t e erforderlich, es genügen bei ausreichender B e t r i e b s e r f a h r u n g d u r c h a u s Vergleichswerte. Die Fehlerwerte schwanken aber in weiten Grenzen. Dies soll später nachgewiesen werden, da in der Textilindustrie d a r ü b e r große Unklarheit herrscht. In der vorliegenden Arbeit sind die Anzeigen des Aspirationspsychrometers, eines von A ß m a n n im J a h r e 188G

erfundenen Gerätes, die Grundlage f ü r die E r m i t t l u n g der relativen Luftfeuchtigkeit. Dieses Meßgerät (Bild 2) bezeichnet die Herstellerfirma R. Fueß, Berlin-Steglitz, als international a n e r k a n n t e s N o r m a l i n s t r u m e n t . E s erzielt d i e g r ö ß t -

ISild 1. l'syclirometer. Schutzkorb hochgeklappt.

Bild 2. A s p i r a t i o n s Psychrometer nach Aßmann.

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mögliche erreichbare Genauigkeit bei Messungen der Lufttemperatur und relativen Luftfeuchtigkeit und ist nach den VDI-Lüftungsregeln auch für Abnahmemessungen geeignet. Das trockene und feuchte Thermometer dieses Gerätes werden in gleicher Weise künstlich belüftet (Zahlentafel 1). Beide Thermometer sind durch je zwei konzentrische hochglanzpolierte Hüllrohre gegen Strahlungseinflüsse so geschützt, daß sie sowohl voneinander als auch gegen den Instrumentenkörper thermisch isoliert sind und durch den Luftstrom ebenfalls belüftet werden. Bei Verwendung andersartiger Temperatur- und Feuchtigkeitsmeßgeräte ist das Aspirationspsychrometer stets als Eichgerät benutzt worden. Das benutzte Gerät hat folgenden Prüfschein: Z a h l e n t a f e l 1.

Das Instrument enthält die in '/s'C geteilten F u e ß Therinometer:

43 225 43226

— —

D1(,

...

skaU

, 1

Milli.

¡•"r?ri',= Gefäßes j Durchmesser d_ ( i e f ä ß e s

reicht von

15 mm | 4,6 mm 16 mm j 4,5 mm

— 9 "bis + 6 2 ° 8°bis+62°

i

Querschnitt des Luftraumes an beiden Thermometergefäßen 415,7 qmm Ganze Abiaufzeit des Aspirators Dauer der einzelnen Umdrehungen des Federhauses

1. 2. 3. 4. 5. 6.

76 61 64 70 77 —

s s s s s s

9 min

Umdrehungen des Aspirators in 1 s

Geschwindigkeit des L u f t s t r o m e s a. d. Therm.-Gefäß.

2,70 3,32 3,17 2,93 2,67 —

28,5 35,7 34,0 31,0 28,2 —

m/s m/s m/s m/s m/s m/s

Eine ausreichende Übereinstimmung innerhalb % J a h r e n ist also vorhanden. 2. Die Sprungseile Formel. Mit dem trockenen und feuchten Thermometer des Aspirationspsychrometers werden zwei Temperaturen gemessen. Aus dem Unterschied dieser beiden Temperaturen, allgemein als »psychrometrische Differenz« bezeichnet, wird mit der von Sprung durch Versuche festgestellten empirischen Formel Pa=Pf

— 0,5 (t — t f ) —

der Dampfdruck der untersuchten Luft und aus diesem deren relative Feuchtigkeit ermittelt: y = ^-100

(%)

Es bedeuten: pd = Teildruck des Wasserdampfes in mm QS bei der Temperatur t, pf = Sättigungsdruck des Wasserdampfes in mm QS bei der Temperatur t f , ps = Sättigungsdruck des Wasserdampfes in mm QS bei •der Temperatur t, b = Barometerstand in mm QS, t = Temperatur des trockenen Thermometers in °C, tf = Temperatur des feuchten Thermometers in 0 C, t — tf = Psychrometrische Differenz in 0 G. Über die Entstehung der Sprungschen Formel gibt das Schrifttum Aufschluß (9). Bei der Benutzung der Sprungschen Formel ist für jede Luftfeuchtigkeitsbestimmung eine umständliche Berechnung nötig. Um das zu vermeiden, sind aus der Sprungschen Formel Zahlentafeln entwickelt worden, die die Ermittlung der relativen Luftfeuchtigkeit aus der Temperatur des trockenen Thermometers und der psychrometrischen Differenz gestatten. Eine solche Tafel enthält z. B. das bereits genannte Buch von Bongards: »Feuchtigkeitsmessung«. Demselben Zwecke dient ein ebenfalls bei Bongards enthaltenes Nomogramm (Bild 3). Die Sprungsche Formel enthält den Beiwert

Die Geschwindigkeit des Luftstromes an den Thermometergefäßen darf nicht unter 2 m in der Sekunde sinken, deshalb muß das L a u f w e r k mindestens alle 1 Minuten aufgezogen werden. Um eine Prüfung der Ablaufgeschwindigkeit auszuführen, ziehe man das Laufwerk vollständig auf, wobei man den Aspirator zunächst durch ein in den Spalt geklemmtes Stückchen Pappe festhält. Mittels einer Sekundenuhr messe man dann die Dauer der einzelnen Umdrehungen des Federhauses, indem man, durch das Kontrollfenster des Gehäuses blickend, die an diesem befindliche Strichmarke mit dem am Federhause angebrachten Querstrich eines Pfeiles zur Deckung bringt. Sind die bei dieser Prüfung gefundenen Umlaufzeiten nennenswert größer als die in der ersten Spalte angegebenen, dann ist die Reinigung oder R e p a r a t u r des L a u f w e r k e s erforderlich. Die Prüfung ist am 16. Dezember 1936 nach den Vorschriften des Erfinders ausgeführt von H. A ß m a n n . V e r m e r k d e s V e r f a s s e r s : Als einfache Kontrolle des Aspirationspsychrometers wurde in gewissen Zeitabständen das Laufwerk des Gerätes nachgeprüft. Dabei wurde vorausgesetzt, daß gegebenenfalls ein Fehler nur durch den Ventilator entstehen kann. Es wurden bei der Nachprüfung beispielsweise folgende Werte für die Dauer der einzelnen Umdrehungen des Federhauses ermittelt: 1. U m - 2. Um- 3. Um- 4. Um- 5. U m Datum 1. Dez. 1937 20. Okt. 1938

—

Ps

Prüfschein für das Normal-Asph'ationspsychromcter Nr. 122 454 nach Prof. Dr. R . A ß m a n n.

Nummer tl. PnUsehcin-j Thermo(P T I U ! meters

6

drehung

drehung

drehung

drehung

drehung

71 s 72 s

59 s 60 s

62 s 64 s

67 s 69 s

77 s 76 s

Es

wird also der W e r t der zu bestimmenden relativen Luftfeuchtigkeit in Abhängigkeit vom Barometerstand gebracht, obwohl die Begriffsbestimmung für die relative Luftfeuchtigkeit : 1. das Verhältnis des wirklichen Dampfdruckes zum Sättigungsdruck von gleicher Temperatur oder 2. das Verhältnis des wirklichen absoluten Feuchtigkeitsgehaltes zum größtmöglichen Feuchtigkeitsgehalt (Sättigungsvolumen) von gleicher Temperatur ist und in keiner Weise zum Luftdruck in Beziehung steht, sondern nur eine Funktion der Temperatur ist. Es ist aber leicht einzusehen, warum die Sprungsche Formel den barometrischen Beiwert enthält, wenn man den physikalischen Vorgang untersucht, der sich am feuchten Thermometer im Aspirationspsychrometer bei dessen Benutzung zur Bestimmung der relativen Luftfeuchtigkeit abspielt. Die zu untersuchende ungesättigte Luft erfährt am feuchten Thermometer eine Wasserdampfzufuhr bis zur Sättigungsgrenze. Das hierbei vom feuchten Thermometer freizugebende Wasser braucht zu seiner Verdampfung eine bestimmte Menge W ä r m e , die Verdampfungswärme. Diese W ä r m e wird der Luft entzogen. Die Luft wird dabei von der Temperatur t auf die Temperatur tf abgekühlt. Dieser Meßvorgang beruht also auf einem Wärmeaustauschprozeß zwischen dem verdampfenden Wasser des feuchten Thermometers und der zu untersuchenden Luft. Es bildet sich ein Gleichgewichtszustand zwischen der aufzubringenden Verdampfungswärme des verdunstenden Wassers und dem Abkühlungsgrad der auf ihre Feuchtigkeit hin zu untersuchenden Luft.

—

7

Die physikalischen Beziehungen dabei sind folgende: 1. Für die Wasserverdampfung: von der Luft aufgenommene Wasserdampfmenge: x

aufzubringende Verdampfungswärme: 2. Für die Abkühlung der L u f t : t —tf

=

k

2

=

Q =

k

• V

L u ! t

,

• FLuft.

ÖLuft

Gmft = k3 • Fmft • „ - g Während also die zur Sättigung der Luft erforderliche Dampfmenge und ebenfalls die für die Wasserverdampfung aufzubringende Wärmemenge dem L u f t v o l u m e n verhältnisgleich ist, ist für den Abkühlungsgrad der Luft das L u f t g e w i c h t maßgebend. T Si-i ¡ ( 2 54

i/I

—

derart miteinander in Berührung kommen, daß die zugeführte Luft ganz .gesättigt wird, nehmen Betriebswasser und Luft die Temperatur tf an. Dabei bezieht sich die feuchte Temperatur tf auf die zugeführte Luft in ihrem Anfangszustand und ist um so niedriger je kleiner die relative Feuchtigkeit der Luft ist. Der Abkühlungsgrad entspricht der von der Sprungschen Formel her bekannten psychrometrischen Differenz. Auf die Nutzanwendung dieser Zusammenhänge soll später noch näher eingegangen werden. 3. Der Einfluß des Barometerstandes auf die Ermittlung der relativen Luftfeuchtigkeit mit dem Aspirationspsychrometer. Wir haben gesehen, daß der barometrische Beiwert in der Sprungschen Formel physikalisch bedingt ist. Es soll nun noch geprüft werden, welchen Einfluß ein schwankender Barometerstand auf das durch die Anzeigen des Aspirationspsychrometers gewonnene Meßergebnis hat. Die Bilder 26 und 27, die hier nur nebenbei herangezogen werden sollen und für andere Zwecke später noch wertvoller sein werden, zeigen, daß selbst im Verlauf einer einzigen Woche der Barometerstand sich um 35 bzw. 37 mm QS Relative Feuchtigkeit in X

4 t m ~2 4 4 -

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s

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4 2 40M - ,

£

s

36/ /

s

2626 /

24 22 20-.

JT

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11 16

14

W--

'"E 4-= 0 Trockenes Thermometer

Damit ist die Einführung des barometrischen Beiwertes in die Sprungsche Formel begründet. Die hier untersuchten physikalischen Zusammenhänge beschränken sich aber nicht allein auf den besprochenen Meßvorgang. Das Prinzip des Psychrometers hat auch f ü r alle Luftbefeuchtungsanlagen eine wesentliche Bedeutung: dieselben physikalischen Vorgänge spielen sich hier im großen ab, wie bei der Feuchtigkeitsbestimmung mit dem Psychrometer im kleinen. Die Temperatur des feuchten Thermometers tf ist eine wichtige Kenngröße aller Luftbefeuchtungsanlagen: sie ist die unterste Kühlgrenze für die Aufbereitung der Raumluft mit Betriebswasser. Unter Betriebswasser ist hier das im Kreislauf geführte und dabei mit der zu befeuchtenden Luft innig in Berührung gebrachte Wasser zu verstehen, wenn auf künstliche Weise von außen Wärme weder zu- noch abgeführt wird. Vorausgesetzt, daß Betriebswasser und Luft bei diesem Vorgang

Bild 3. Graphische P s y c h r o m e t e r t a l e l n a c h Bongards. Die Tafel dient zur E r m i t t l u n g der relativen Feuchtigkeit u n m i t t e l bar aus den Angaben des trockenen u n d f e u c h t e n T h e r m o m e t e r s eines A ß i n a n n s c h e n Aspirationspsychroineters. Sie m a c h t eine B e r e c h n u n g nach der S p r u n g s c h e n Formel überflüssig u n d gilt dementsprechend fiir einen L u f t d r u c k von 755 m m ± 15 m m . Durch einen g e s p a n n t e n F a d e n , ein Lineal oder eine auf einer durchsichtigen P l a t t e eingezeichnete Linie v e r b i n d e t m a n die e n t s p r e c h e n d e n P u n k t e der T h e r m o m e t e r s k a l e n . An der Verlängerung dieser Geraden k a n n m a n auf der Teilung rechts die relative F e u c h t i g k e i t u n m i t t e l b a r ablesen. B e i s p i e l : Trockenes T h e r m o m e t e r 35», F e u c h t e s T h e r m o m e t e r 30", Relative F e u c h t i g k e i t 707o.

ändern kann. Diese Unterschiede in einer so kurzen Zeitfolge stehen allerdings in den während einer Zeitspanne von mehr als einem Jahre aufgeschriebenen Kurven vereinzelt da. In der Sprungschen Formel ist der barometrische Beiwert gleich 1, wenn der Luftdruck 755 mm QS beträgt. Angenommen, daß der tatsächliche Barometerstand hiervon um ± 2 5 mm QS abweichen kann, soll an folgendem Beispiel der Einfluß auf das Meßergebnis der relativen Luftfeuchtigkeit untersucht werden. Bei verschiedenen Luftdruckwerten und bei gleicher Lufttemperatur von 25° C und bei gleicher psychometrischer Differenz von 7° G in jedem Falle ist die relative Luftfeuchtigkeit nach der Sprungschen Formel bei: 730 mm QS:

»>

24 22 20 19 18,5 22 26 30 32 35 29,5 26,5 22,5 21,5

3

68 79 87 88 86 68 55 41 39 35 63 67 72 80

4

23,5 22,5 21,5 20,5 20,5 23 25 26 28 28 28 27,5 26 25

H ö c h s t e u n d niedrigste T e m p e r a t u r und F e u c h t i g k e i t s w e r t e der R a u n i und A u B e n l u f t und deren U n t e r s c h i e d e

5

60 61 63 65 64 58 54 52 50 51 54 56 57 57

6

i.iniax = 3 5 0 C ^linin — 1 8 , 5 °G