WIE ENTSTEHT KONDENSAT?

Allgemeine Definition

Kondensation ist eine Folge der Taupunktunterschreitung an Flächen oder Kondensationskeimen. Dazu kommt es bei hoher Luftfeuchtigkeit und niedriger Temperatur. Das Kondenswasser tritt dabei als Tau an Flächen oder als Dunst bzw. Nebel an Kondensationskeimen in Erscheinung. Man kennt dieses Phänomen zum Beispiel aus Küchen (Dunst), oder von Autos, wenn sich in den Morgenstunden bei Sonnenaufgang die Tautropfen an den Scheiben niederschlagen. Kondensation im Freien ist ein häufiges Wetterphänomen.

Kondensation in Verteilerschränken

Auch Verteilerschränke im Freien bilden im Inneren ein „Mikroklima“ aus. Dieses Mikroklima wird dabei wesentlich von den Umgebungsbedingungen wie Luftfeuchte und Außentemperatur bestimmt. Bei freistehenden Schränken (oder Säulen) auf einem Eingrabsockel kommt zusätzlich die aufsteigende Erdfeuchte dazu. Weitere Einflussfaktoren sind zusätzliche Erwärmung durch Sonneneinstrahlung oder Abstrahlung von umgebenden heißen Flächen (z.B. Asphalt), Abkühlung durch Wind oder Niederschläge etc.. Nicht abgedichtete Kabelschutzrohre mit direkter Verbindung in einen feuchten Keller oder direkter Wassereintritt bei Starkregen können die Luftfeuchtigkeit im Schrankinneren ebenfalls erhöhen und somit die Kondensatbildung begünstigen.

Betauung durch raschen Temperaturabfall oder Temperatursturz

An schwülen Tagen oder Nächten ist die Luftfeuchtigkeit sehr hoch. Da die hier beschriebenen Schränke (bis inklusive IP54) nicht gasdicht sind, ist die Luftfeuchtigkeit im Schrank in der Regel ähnlich der Luftfeuchtigkeit der Umgebung. Bei schwüler Wetterlage ist also auch die Luftfeuchtigkeit im Schrank hoch. Kommt es nun zu einer plötzlichen Abkühlung, z.B. durch ein Gewitter mit kühlem Regen, durch das Einbrechen der Nacht, oder durch einen Lastwechsel mit sinkender Abwärme durch Verlustleistung, so sinkt die Schrankoberflächentemperatur außen und innen ab. Schon wenige Grad Temperaturdifferenz werden bei hoher Innenluftfeuchtigkeit zu Kondensation (Tröpfchenbildung) an der inneren Schrankoberfläche führen.

Betauung außen…

Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Tau ist am größten, wenn die Luft über dem Erdreich mit Feuchtigkeit gesättigt und wärmer als die Umgebungstemperatur ist. Das ist insbesondere in den frühen Morgenstunden der Fall. Die Luft ist in der Nacht deutlich abgekühlt und kühler als die aus dem Boden aufsteigende feuchte Luft. Tau „fällt“, Tröpfchen setzen sich auf Grashalmen o.ä. fest.

…Betauung innen im Verteilerschrank

Im Schrank, der direkt über dem Erdreich sitzt, passiert genau dasselbe. Auch hier sinkt die Schrankinnentemperatur in der Nacht (etwas zeitverzögert gegenüber der Außentemperatur und ggf. weniger stark, wenn es Abwärmen durch Verlustleistung gibt).

In diesem Zustand ist die Schrankinnenoberfläche am kühlsten und hat in etwa die Temperatur der Umgebungsluft. Das Erdreich liegt im Schrank frei, warme feuchte Luft kann ungehindert aufsteigen und schlägt sich als Tau an den Innenoberflächen ab.

Warum steigt warme Luft auf? Weil feuchte Luft leichter ist als trockene und weil warme Luft weniger dicht ist als kalte.

 


WANN MACHT KONDENSAT PROBLEME?

Feuchtestau im Verteilerschrank

Anders als im Freien, können weder Wind noch Sonnenlicht für rasche Austrocknung sorgen. Die feuchte Luft kann nicht entweichen. Erst die Erwärmung der Umgebung oder die zusätzliche Erwärmung der Schrankoberfläche durch Sonnenstrahlung führen zum Verdunsten der Tautropfen.

Probleme durch Betauung

Ob Einbauten, elektrische Komponenten, Kupferschienen etc. beschlagen hängt davon ab, ob diese Komponenten durch elektrische Verluste erwärmt sind. Sind sie das nicht, so nehmen sie die Temperatur der Schrankinnenluft an. In sehr kühlen Nächten kann es dann eventuell zu Betauung von eingebauten Komponenten und auch spannungsführenden Teilen kommen.

Probleme durch Abtropfen

Durch Betauung kann sich an den Schrankinnenoberflächen so viel Wasser ansammeln, dass sich die am Schrankdach hängenden Tautropfen lösen und abtropfen, Die Tautropfen an den Seitenwänden können abrinnen. Ob diese Vorgänge Probleme machen hängt von der Anwendung und den Einbauten des Schranks ab.

 


WIE VERMEIDET MAN KONDENSAT?

Beste Lösung: Sockelfüller verringert das Aufsteigen von Erdfeuchte

Bei freistehenden Schränken auf einem Eingrabsockel kann aufsteigende Erdfeuchte zu hoher Luftfeuchtigkeit im Schrankinnenraum führen. In der Folge kann es unter ungünstigen Bedingungen zu Betauung an der Innenseite der Schrankaußenflächen kommen.

Um das Aufsteigen der Erdfeuchte zu verringern sind Sockelfüller im Einsatz. Ein weit verbreitetes Füllmaterial ist Blähton.

ELSTA Mosdorfer empfiehlt jedoch einen hydrophoben Füller, der noch zusätzlich mit einer Kaltschaummatte, dem sogenannten Fundamentpolster, abgedeckt wird. Einfache Handhabung durch geringes Gewicht und vergleichbare Schutzwirkung bei geringerer Füllhöhe (ca. 1/3 weniger Füllvolumen gegenüber Blähton).

Wirkungsweise von Sockelfüller

Für beide Sockelfüller gilt, dass sie den Schrankinnenraum vom (feuchten) Erdreich so trennen, dass das Abrinnen von Nässe aus dem Schrank nicht behindert wird. Damit kann der Schrank nach Wassereintritt (z.B. durch Starkregen oder Kondensation an den Schrankwänden durch plötzliche Abkühlung nach Gewittern) wieder austrocknen – es entsteht kein feuchtes / kondensierendes Schrankklima, wie es z.B. durch eine IP54 Bodenplatte ohne weitere Maßnahmen entstehen kann.

Sockelfüller Blähton BT

Es handelt sich um ein granuliertes Schüttgut aus gebranntem Ton. Durch den Zusatz von organischem Material, das sich im Brennprozess zersetzt, bläht sich das Granulat auf und schließt Hohlräume ein. Das führt zu einem mäßig guten Dämmwert. Durch das Auffüllen des Sockels mit Blähton entsteht eine Barriere, die das Aufsteigen von mit Erdfeuchte angereicherter bodennaher Luft hemmt. Die Feuchtigkeit kondensiert an der Oberfläche der Blähtonkugeln. Blähton kann Wasser im Ausmaß von bis zu 20% der Eigenmasse aufnehmen und wirkt daher als Puffer, der Feuchtigkeitsspitzen abmindert (das Wasser wird aufgenommen und zeitverzögert wieder abgegeben). Die empfohlene Füllhöhe im Sockel beträgt 30 cm.

Sockelfüller Hydrophob

Hierbei handelt es sich um eine Schüttung aus Blähglas. Blähglas hat sehr gute Dämmeigenschaften (λ = 0,04 W/mK, also drei- bis viermal besser als Blähton). Zur Anwendung als Sockelfüller wird eine relativ feine Körnung eingesetzt. Die feuchte Luft, die sich über dem Erdreich gebildet hat, kondensiert an den Blähglaskugeln über den Temperaturgradienten zwischen Erdreich und Schrankinnentemperatur aus. Die Blähglaskugeln wirken also ähnlich wie eine Destillierkolonne mit entsprechend vielen Böden. Das so gebildete Tauwasser rinnt in das Erdreich zurück. Da das Blähglas selbst kein Wasser aufnimmt (daher die Bezeichnung „Hydrophob“), kann das Wasser auch nicht zeitverzögert als Dampf abgegeben werden.

Mit Blähglas feiner Körnung konnten wir in unseren Versuchen die besten Ergebnisse erzielen. Die empfohlene Füllhöhe im Sockel beträgt 20 cm.

Fundamentpolster

Der Fundamentposter (auch Absorptionsmatte genannt) besteht aus einem Polyurethanweichschaum mit einer Stärke von 100mm und ist genau den Sockelmaßen angepasst. Die Matte soll den Schrank vom Erdreich so trennen, dass es auch bei Nässe (Erde feucht, Sockelfüller nass oder feucht) im Fehlerfall nicht zu einer Spannungsverschleppung kommen kann. Daher ist die Absorptionsmatte auf elektrischen Durchschlag im nassen Zustand geprüft (5kV/9mm). Zusätzlich haben Versuche gezeigt, dass die Absorptionsmatte auch eine weitere Verbesserung der Dampfbremse durch den Sockelfüller bewirkt.

Zweitbeste Lösung: Antikondensationsvlies verhindert das Abtropfen des Kondensats

Bei einem Temperatursturz oder beim plötzlichen Absinken der Temperatur ist die feuchte Luft bereits im Schrankinneren. An den Schrankinnenoberflächen kann die Betauung durch Sockelfüller in diesem Fall nicht verhindert oder gebremst werden. Um die Auswirkungen dieses Phänomens minimal zu halten, empfiehlt Elsta Mosdorfer bei kritischen Anwendungen (z.B. bei Elektronik Bauteilen) entweder ein zweites Innendach (Dachplatte) oder die Verwendung eines Antikondensations-Vlieses. Dieses Vlies unterbindet die Bildung von Tautropfen durch die Oberflächenbeschaffenheit.

Kondensat binden und verdunsten

Damit Flüssigkeiten auf Oberflächen Tropfen bilden, müssen die Oberflächenspannung der Flüssigkeit, die Kohäsionskräfte der Flüssigkeit und die Adhäsionskräfte zwischen Flüssigkeit und Oberfläche in einem bestimmten Verhältnis zueinanderstehen. Wasser kann am Antikondensvlies bis zur Sättigung keine Tropfen bilden, sondern wird durch die Kapillaren des Vlieses aufgesaugt. Das so gebundene Wasser verdunstet nach und nach, fällt aber nicht flüssig als Tropfen nach unten. Empfindliche Bauteile sind auf diese Weise wirksam vor Tropfwasser geschützt.

Positiv getestete Funktionalität

Um das Antikondensationsvlies zu testen, wurden Beobachtungen an mit dem Vlies ausgerüsteten Schränken unter kondensierenden Bedingungen durchgeführt. An den Kunststoffflächen und besonders deutlich an den Befestigungselementen des Dachs sind Kondenswassertröpfchen sichtbar. Nur am Antikondensvlies haben sich keine Tropfen gebildet.

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