Weiterentwicklung eines kapazitiven Temperatur-Feuchte-Sensors für den überhygroskopischen Feuchtebereich

Abstract

Zur Einhaltung der Klimaziele, welche durch die Bundesregierung festgelegt wurden, sind Maßnahmen zur Reduktion der CO2-Emissionen im Gebäudesektor erforderlich. Neben einer energieeffizienten Gestaltung von Neubauten können durch Sanierungen von Bestandsgebäuden erhebliche Einsparungen erreicht werden. Zur Untersuchung von Sanierungsmaßnahmen ist es neben Simulationen ebenfalls notwendig praktische Versuche durchzuführen. Hierbei sind insbesondere die Feuchtigkeits- und Temperaturwerte innerhalb des Mauerwerkes zu überwachen. Auf Grundlage der Messergebnisse ist eine Beurteilung von Sanierungsmaßnahmen und deren Einsparpotential im Bezug auf Energieverluste möglich. Für die Erfassung der Feuchtigkeit im Mauerwerk im Rahmen eines Monitorings werden Sensoren benötigt, welche die relative Feuchtigkeit über einen langen Zeitraum möglichst mit einer ausreichend kleinen Messunsicherheit (+/- 2% r. F.) erfassen können. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein kapazitiver Feucht- und Temperatursensor ausführlich auf seine Genauigkeit und Streuung sowie Stabilität der Feuchtigkeitsmesswerte im Hochfeuchtebereich untersucht. Der Sensortyp besitzt eine integrierte Digitalisierung der Messwerte, dies verringert eine Vielzahl von Unsicherheiten, welche bei konventionellen Sensoren auftreten. Zudem wird der Sensor von verschiedenen Herstellern und in verschiedenen Messprojekten eingesetzt. Zur Auswertung der Sensordaten wurde ein Aufbau mit einem Mikrocontroller, Datenspeicherung mit Hilfe eines Servers sowie eine Datenvisualisierung über eine Webseite implementiert. Zudem wurden verschiedene Skripte zur Veranschaulichung der Daten sowie zum optimierten Verfahren bei der Kalibrierung entwickelt. Bei Monitoringprojekten werden Sensoren teilweise über mehrere Monate bis hin zu mehreren Jahren sehr hohen Luftfeuchtigkeiten (überhygroskopischer Bereich) ausgesetzt. Der hier untersuchte Sensor verwendet zur Bestimmung der relativen Luftfeuchtigkeit ein kapazitives Verfahren. Beim Verwendung im Hochfeuchtebereich kommt es vermutlich zu einer Veränderung der Materialeigenschaften des Polymers. Hierdurch wird die Genauigkeit der Sensorwerte verringert. Auf Grundlagen der Genauigkeitsuntersuchungen sowie den ermittelten Grundlagen zum Messprinzip wurde eine Weiterentwicklung des Messablaufs durchgeführt. Eine eigens entwickelte Kappe, welche im 3D-Druckverfahren hergestellt wurde, ist mit einer Heizung ausgestattet. Durch den regelmäßigen Betrieb der Heizung konnte die Messunsicherheit der Sensorwerte im Hochfeuchtebereich erheblich verringert werden. Anhand eines praktischen Versuches sind Abweichungen eines unbeheizten Sensors von ca. 6 % r. F. sowie Abweichungeneines beheizten Sensors von ca. 0,6 % r. F. bei einer relativen Feuchtigkeit von 97,5 % festgestellt worden