Auteur: technische afdeling van Mycond
De ongelijkmatige verdeling van vochtigheid in ruimten is een van de belangrijkste problemen waarmee ingenieurs te maken krijgen bij het ontwerpen van microklimaatsystemen. Dit speelt vooral in industriële faciliteiten, opslagruimten en proceszones, waar vochtigheidscontrole direct invloed heeft op het behoud van producten en de efficiëntie van processen. In de praktijk blijkt dat zelfs bij normale waarden op de centrale vochtigheidssensor in afzonderlijke zones van de ruimte condensatie kan optreden, wat tot ernstige gevolgen leidt.
Fysische mechanismen van massatransport van waterdamp
De verdeling van waterdamp in een ruimte vindt plaats via twee hoofdmechanismen: convectief transport en moleculaire diffusie. Convectief transport gebeurt door de beweging van luchtmassa’s en is het belangrijkste mechanisme voor het egaliseren van de vochtigheid in ruimten met actieve ventilatie. De snelheid van dit transport is recht evenredig met de intensiteit van de luchtverversing.
Moleculaire diffusie vindt plaats door de concentratiegradiënt van waterdamp en wordt beschreven door de wet van Fick: J = -D(dC/dx), waarbij J de vochflux is, D de diffusiecoëfficiënt van waterdamp in lucht, en dC/dx de concentratiegradiënt. In stilstaande lucht bedraagt de diffusiecoëfficiënt van waterdamp ongeveer 2,6×10^-5 m²/s bij 20°C, waardoor het egaliseren van de vochtigheid via diffusie uiterst langzaam verloopt.
De geometrie van de ruimte beïnvloedt de structuur van luchtstromen aanzienlijk. In ruimten met een complexe geometrie ontstaan stagnerende zones waar het convectieve transport minimaal is, en juist in deze zones treden lokale afwijkingen in vochtigheid op.
Luchtstratificatie en verticale gradiënt van het vochtgehalte
De dichtheid van vochtige lucht hangt af van de temperatuur en het vochtgehalte volgens de toestandsvergelijking van een ideaal gas. Bij gelijke temperatuur is vochtige lucht lichter dan droge lucht, wat leidt tot natuurlijke stratificatie – gelaagdheid van de lucht naar dichtheid en dus naar vochtgehalte.
Een verticale gradiënt van het vochtgehalte ontstaat wanneer warmte- en vochtbronnen zich op verschillende hoogten bevinden. Warme en vochtige stromingen stijgen op en creëren zones met verhoogde vochtigheid onder het plafond. Afhankelijk van het vermogen van de vochtbronnen en de intensiteit van de luchtverversing kan de verticale gradiënt variëren van 0,5 tot 3 g/m³ per meter hoogte.
Stabiele stratificatie ontstaat wanneer warme, vochtige lucht zich boven verzamelt en koude, droge lucht beneden. Deze toestand kan alleen worden doorbroken door geforceerde ventilatie met voldoende mengintensiteit.
Invloed van ventilatie en luchtverdeling op de uniformiteit van de parameters
Er zijn drie hoofdtypen luchtverdeling, die elk op een andere manier de vochtverdeling beïnvloeden:
1. Mengventilatie – de lucht wordt toegevoerd in de bovenste zone van de ruimte. Het systeem zorgt voor actief mengen en bevordert het egaliseren van de parameters in het hele volume. Toch kunnen er ook hier stagnerende zones ontstaan in hoeken en achter grote obstakels.
2. Verdringingsventilatie – toevoer van lucht in de onderste zone met lage snelheid. Creëert uitgesproken stratificatie met een onderste "schone" zone en een bovenste zone waar vocht zich ophoopt.
3. Gecombineerde schema’s – combineren elementen van beide voorgaande typen om de luchtverdeling in complexe ruimten te optimaliseren.
De benodigde luchtverversingsgraad voor het waarborgen van uniforme parameters wordt berekend op basis van de massatransportbalans, rekening houdend met alle vochtbronnen en de eisen aan toelaatbare afwijkingen in vochtigheid. Belangrijk is echter te begrijpen dat een hoge luchtverversingsgraad geen uniformiteit garandeert als de luchtverdeling onjuist is georganiseerd.
Lokale bronnen van vochtuitstoot en zones met verhoogd risico
De belangrijkste technologische vochtbronnen in ruimten:
- Open wateroppervlakken (zwembaden, reservoirs, spoelbakken) – creëren een constante verdampingsstroom, waarvan de intensiteit afhangt van de watertemperatuur, het oppervlak en de luchtbeweging erboven.
- Technologische processen met verdamping – creëren lokale zones met een hoge vochtconcentratie, met een invloedsstraal van 2 tot 5 meter, afhankelijk van de intensiteit van het proces.
- Personen – elke persoon geeft bij lichte activiteit 50 tot 100 g/uur vocht af, waardoor rondom zich een zone met verhoogde vochtigheid ontstaat met een straal tot 1 meter.
Besteed bijzondere aandacht aan koude oppervlakken – muren, ramen, koelapparatuur, leidingen. In de nabijheid van deze oppervlakken koelt de lucht lokaal af, wat tot condensatie kan leiden, zelfs bij normale gemiddelde vochtwaarden in de ruimte.
Methodiek voor het bepalen van het aantal en de plaatsing van vochtigheidssensoren
Een effectieve plaatsing van vochtigheidssensoren vereist een systematische aanpak, die kan worden weergegeven als een stapsgewijs algoritme:
Stap 1: Analyse van de plattegrond van de ruimte en identificatie van alle vochtbronnen en koude oppervlakken.
Stap 2: Bepaling van het type ventilatiesysteem en de richtingen van de belangrijkste luchtstromen.
Stap 3: Afbakening van karakteristieke zones: zone met actieve ventilatie, zone met procesapparatuur, zones met mogelijke stagnatie, zones nabij koude oppervlakken.
Stap 4: Voor elke zone bepalen of een aparte sensor nodig is aan de hand van het criterium: als er in de zone een lokale vochtbron is, een koud oppervlak, of de afstand tot de zone met actieve ventilatie groter is dan de karakteristieke menglengte, dan is een aparte sensor vereist.
Stap 5: Bepaling van de installatiehoogte van de sensor in overeenstemming met het type ventilatie en de kritieke zones.
Stap 6: Controleren dat geen enkele sensor direct naast de toevoer of afvoer is geplaatst op een afstand van minder dan drie kanaaldiameters of minder dan één meter.
Bijvoorbeeld, voor een opslagruimte van 30×15×6 m met een systeem voor mengventilatie en een zone met koelcellen zijn minimaal drie sensoren nodig: één in de zone met actieve luchtverversing, de tweede bij de koelapparatuur, en de derde in de verste hoek van de ruimte waar een stagnerende zone kan ontstaan.
Typische fouten bij het ontwerpen van vochtmeetsystemen
Bij het ontwerpen van systemen voor vochtigheidscontrole worden vaak de volgende fouten gemaakt:
1. Eén sensor voor het hele volume van de ruimte – leidt tot onvoldoende controle vanwege de ruimtelijke ongelijkheid van de parameters. In ruimten groter dan 100 m² bestaan altijd zones met vochtigheidsafwijkingen tot 15-25% ten opzichte van de gemiddelde waarde.
2. Plaatsing van de sensor direct in de toevoer- of afvoerluchtstroom – zo’n sensor meet de parameters van de ventilatiestroom en niet de gemiddelde parameters van de ruimte.
3. Negeren van temperatuursstratificatie – plaatsing van de sensor op een hoogte die niet overeenkomt met de kritieke zone leidt tot vertekening van de gegevens over de werkelijke vochtverdeling.
4. Geen sensoren nabij koude oppervlakken – maakt het onmogelijk om lokale zones met verhoogd condensatierisico te monitoren.
5. Sensors alleen installeren op plaatsen die montage-technisch gemakkelijk zijn – leidt vaak tot het structureel overslaan van kritieke zones.
Operationele gevolgen van onjuiste plaatsing van sensoren
Onjuiste plaatsing van vochtigheidssensoren kan tot ernstige operationele problemen leiden:
Scenario 1: De sensor bevindt zich in een zone met actieve luchtverversing en geeft normale vochtigheid (40-50%) aan, maar in stagnerende zones is de vochtigheid verhoogd (65-80%) en treedt condensatie op. Gevolgen: schade aan producten, corrosie van constructies, ontwikkeling van schimmel en micro-organismen.
Scenario 2: De sensor bevindt zich nabij een lokale vochtbron, geeft constant verhoogde waarden (60-70%) aan, en het ontvochtigingssysteem werkt op maximale capaciteit. Gevolgen: tot 30-40% extra energieverbruik, overdroging van andere zones tot kritisch lage waarden (25-30%).
Scenario 3: De sensor bevindt zich op een verkeerde hoogte, bijvoorbeeld onder het plafond in een ruimte met verdringingsventilatie, en geeft verhoogde vochtigheid (55-65%) aan, terwijl deze in de werkzone normaal is (40-45%). Gevolgen: nutteloze werking van de ontvochtiger en extra energieverbruik.
Beperkingen van de aanpak en voorwaarden voor correctie
Zelfs een correct ontworpen systeem voor sensorplaatsing heeft zijn beperkingen:
1. In ruimten met een volume van meer dan 10.000 m³ kunnen zelfs correct geplaatste sensoren onvoldoende controle bieden – er is een aanvullend monitoringsysteem nodig met mobiele sensoren of een netwerk van vaste sensoren.
2. Bij temperaturen onder -10°C neemt de nauwkeurigheid van standaard capacitieve vochtigheidssensoren af – er zijn speciale sensoren voor lage temperaturen nodig.
3. In ruimten met intensieve stofbronnen of agressieve stoffen vallen standaard sensoren snel uit – beschermkappen of sensoren met vervuilingsbescherming zijn vereist.
4. Bij seizoensgebonden veranderingen in het bedrijfsregime kan herkalibratie of zelfs een verandering van de sensorplaatsing nodig zijn, in overeenstemming met veranderende luchtstromen.
FAQ: Veelgestelde vragen over de plaatsing van vochtigheidssensoren
Vraag: Waarom ontstaat er condens op de muren terwijl de centrale sensor normale waarden aangeeft?
Antwoord: Dit is een klassiek gevolg van een ongelijkmatige vochtverdeling. De centrale sensor registreert gemiddelde parameters in de zone met actieve ventilatie, terwijl zich nabij koude muren lokale zones vormen met verhoogde vochtigheid en verlaagde temperatuur. Wanneer de lokale oppervlaktetemperatuur onder het dauwpunt daalt, treedt condensatie op, zelfs als de gemiddelde vochtigheid in de ruimte normaal is.
Vraag: Op welke hoogte moet een vochtigheidssensor worden geïnstalleerd?
Antwoord: De installatiehoogte hangt af van het type ventilatie: voor mengventilatie – op het niveau van de werkzone (1,5-1,8 m); voor verdringingsventilatie – in de zone met maximaal condensatierisico (vaak nabij koude oppervlakken); voor meerlagige ruimten – op elke verdieping afzonderlijk. Cruciaal is om sensoren niet te plaatsen op minder dan 0,3 m van de vloer en niet dichter dan 0,5 m bij het plafond.
Vraag: Hoeveel sensoren zijn nodig voor een magazijn van 500 m²?
Antwoord: Het aantal wordt bepaald volgens de methodiek uit paragraaf 5. Voor een magazijn van 500 m² met een hoogte van 6 m, typische mengventilatie en zonder significante vochtbronnen is het minimale aantal sensoren 3-4: één in de centrale zone, één in de verste hoek, één nabij buitenmuren of koelapparatuur, en optioneel één in een zone met specifieke producten.
Conclusies
De juiste plaatsing van vochtigheidssensoren is geen formaliteit, maar een ingenieursnoodzaak die voortvloeit uit de fysica van het massatransport van waterdamp. Het negeren van de ongelijkmatige vochtverdeling leidt tot ernstige problemen met condensatie, schade aan producten en overmatig energieverbruik.
Kernaanbevelingen voor ontwerpers:
- Analyseer altijd de structuur van luchtstromen voordat u controlepunten bepaalt
- Houd rekening met lokale vochtbronnen en de aanwezigheid van koude oppervlakken
- Bespaar niet op het aantal sensoren als dit gerechtvaardigd is door de omvang en complexiteit van het object
- Controleer periodiek de correlatie tussen de metingen van verschillende sensoren om parameterdrift op te sporen
- Onthoud dat een vochtigheidscontrolesysteem slechts zo effectief is als de juiste plaatsing van zijn sensoren
Het hanteren van een ingenieursmatige aanpak voor de plaatsing van vochtigheidssensoren zorgt voor betrouwbare microklimaatbeheersing, voorkomt condensatie in kritieke zones en optimaliseert het energieverbruik van ontvochtigingssystemen.
