DE69717681T2

DE69717681T2 - Eine methode für das entwässern von kapillaren materialien

Info

Publication number: DE69717681T2
Application number: DE69717681T
Authority: DE
Inventors: Hans Kristiansen
Original assignee: ELEKTRO PULS TEKNOLOGIER AS PO
Current assignee: ELEKTRO PULS TEKNOLOGIER AS PO
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2017-08-08
Also published as: PT1012418E; EP1012418A1; ATE229114T1; EP1012418B1; US5755945A; CA2216232C; ES2188987T3; AU4474797A; CA2216232A1; WO1998016698A1; JP2001502390A; DK1012418T3; DE69717681D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entwässern von kapillaren Materialien wie feuchten Wänden und/oder Böden einer Gebäudestruktur aus Mauerwerk oder Beton mittels des Prinzips der Elektroosmose durch Anlegen einer pulsierenden Gleichstromspannung eines bestimmten Pulsmusters an erste Elektrodenmittel, die in der Struktur eingebettet sind, wobei die ersten Elektrodenmittel Anodenmittel bilden, und zweite Elektrodenmittel, die im Boden außerhalb der Struktur eingebettet sind und Kathodenmittel bilden, die in Wechselwirkung mit den Anodenmitteln stehen, wobei die pulsierende Spannung ein Pulsmuster mit einer Gesamtpulsperiode T aufweist, bestehend aus einem positiven Puls der Dauer T+, einem negativen Puls der Dauer T- und einer neutralen Periode oder Pause der Dauer Tp.
Probleme, die Feuchtigkeit in Gebäudestrukturen, insbesondere in unter der Erde befindlichen Gebäudestrukturen wie Kellern, betreffen, treten mehr als oft auf. Die heutigen Anforderungen an minimale Errichtungszeiten für Gebäude führen sehr leicht zu einem verringerten Nachdruck auf die Beton betreffenden Erfordernisse in Bezug auf ausreichende Trockunungszeit, etwas, das zu gegebener Zeit leicht zu Feuchtigkeitsproblemen in der Gebäudestruktur führt. Der Grund ist, daß Beton aus einer solchen Zusammensetzung besteht, daß herkömmlichen Trockungsmethoden, z. B. unter Verwendung von Entfeuchtern in Verbindung mit Heizen, zu viel Zeit in Anspruch nehmen.
Über viele Jahre wurde Forschung an Verfahren betrieben, um kapillare Materialien und insbesondere Strukturen aus Beton oder Mauerwerk wirksam zu entwässern. Die Nachteile der meisten dieser Verfahren sind, daß sie zusätzlich zum zeitlichen Aspekt viel Energie benötigen. Das Prinzip der Elektroosmose wurde von Professor Reuss bereits 1807 entdeckt. Elektroosmose basiert auf den folgenden Grundlagen. Angenommen, daß ein Material spontan oder auf künstlichem Wege einer Spannungspotentialdifferenz zwischen zwei Punkten davon ausgesetzt worden ist. Weiterhin angenommen, daß die kapillare Struktur des Materials mit Wasser gesättigt ist. Die kapillaren Wandungen werden mehr als oft ein negatives Potential annehmen. Dies bewirkt, daß positive Ionen im Wasser um die kapillaren Wandungen angeordnet werden. Dieses Phänomen wird die elektrische Doppelschicht genannt. Die positiven Ionen bewegen sich nun auf Bereiche mit einem geringeren Potential zu. Weil die positiven Ionen hydriert werden, trägt jedes Ion eine geringe Menge Wasser, und dadurch wird ein Wasserfluß geschaffen.
Über die Jahre wurde versucht, Elektroosmose in kommerzielle Aktivitäten einzubinden, jedoch mit nicht allzu viel Erfolg in Bezug auf die Entwässerung von Gebäudestrukturen. In einigen europäischen Ländern sind sogenannte passive, elektroosmotische Systeme verwendet worden. Dies, bedeutet, daß die natürliche Potentialdifferenzen, die zwischen einer feuchten Struktur und der Umgebung geschaffen werden, verwendet worden sind. Die Wirkungen dieser Art von Einrichtung sind eher nicht überzeugend gewesen.
In allen Arten Elektroosmose-bezogener Systeme wurden bis in die 1980er Gleichspannung oder herkömmliche Wechselspannung (50 Hz) verwendet. Dies bedeutet, daß es nur möglich ist, Wasser zwischen Anode und Kathode über eine kürzere Zeitdauer zu transportieren, weil sich die Kräfte nach einiger Zeit umkehren, so daß der Elektrolyt (Wasser) zu seinem Ursprungsort zurück transportiert wird.
Daher hat sich die Situation ergeben, daß es ein System gibt, das in der Lage ist, über einen ausgedehnten Zeitraum zu funktionieren, ohne daß das sogenannte "Zeta-Potential" umgekehrt wird (was impliziert, daß das Wasser zu dem kapillaren Material zurückkehrt).
Daher wurden Versuche gemacht, Apparate, die pulsierende Gleichspannung emittieren, zu entwickeln. Solche Systeme sind z. B. aus den öffentlich zugänglichen US- Patenten 5368709, 4600486 und 5015351, den schwedischen Patentanmeldungen 8106785-2 und 8601888-4 (T. Ellassen), Anmeldung 8202570-1 (A. Basinsky), dem schwedischen Patent 450264 und dem polnischen Patent 140265 (Basinsky et al.) bekannt. Die mit den Systemen des Standes der Technik verbundenen Probleme sind die Haltbarkeit der Elektroden auf der Anodenseite des Systems gewesen, weil die Anoden aufgrund einer Reduktions- Oxidation sehr leicht korrodiert sind. Zusätzlich waren die Probleme mit dem Ausgleichen in Bezug auf Pulse (die Beziehung zwischen der positiven und der negativen Energie in Spannungssekunden, auch als magnetischer Induktionsfluß bezeichnet) in einer Weise, daß ein maximaler Wasserfluß aus der Gebäudestruktur erhalten wird, ohne daß man ein weiteres Feuchtwerden der Struktur zu einem späteren Zeitpunkt bekommt, verbunden. Im Stand der Technik hat man daher viele Jahre lang versucht, Systeme mit pulsierenden Gleichspannungen auf solche Weise zu entwickeln, daß sich die elektroosmotischen Kräfte nach einem Zeitraum nicht umkehren, um zu bewirken, daß der Transport von Flüssigkeit den dem gewünschten Weg entgegengesetzten nimmt.
Gemäß dem vorliegenden erfinderischen Verfahren hat man entdeckt, daß die Pulsmusterstruktur sehr wichtig ist, um optimale Entwässerungsergebnisse zu erhalten. Um die in den kapillaren Strukturen des Materials gebildeten Kräfte zu optimieren, ist es wichtig, in der Lage zu sein, über ein Pulsmuster zu verfügen, das verändert werden kann, abhängig von der chemischen Zusammensetzung des Elektrolyts und der elektrischen Spannung, die an das Material angelegt wird, zusätzlich zu der Kapillargröße. Entgegen herkömmlicher Verfahren hat man gemäß der vorliegenden Erfindung gefunden, daß die Pulsmuster den folgenden Bedingungen gehorchen sollten:
0,8 T < T+ ≤ 0,98 T;
0,0 T < T- ≤ 0,05 T
0,02 T < Tp ≤ 0,15 T;
und
3 Sekunden < T ≤ 60 Sekunden.
Daher wird, indem man T+ und T- wählt, die neutrale Periode oder Pause der Dauer Tp automatisch ihren Wert erhalten. Tp sollte jedoch nicht kleiner sein als 2% der gesamten Pulsperiode. Daher hat es sich in einer bestimmten Testinstallation gezeigt, daß besonders gute Ergebnisse erhalten werden, wenn T+ = 0,95 T; T- = 0,01 T und Tp = 0,04 T. Entgegen den Pulsmustern des Standes der Technik stellt die vorliegende Erfindung Entwässerungsergebnisse zur Verfügung, die eine stete Zunahme in der Entwässerung über die Zeit zeigen. Am wichtigsten ist, daß von dem Erfinder gefunden wurde, daß es, indem man einen positiven Puls einer Dauer T+ größer als 80% der gesamten Pulsperiode T hat, eine deutliche Zunahme bei den Entwässerungsergebnissen gibt.
Geeigneterweise sollte das Pulsmuster der Dauer T für eine Zeitperiode von mindestens 3 Tagen, geeigneterweise mindestens 15 Tagen, wiederholt werden.
Der positive Puls weist eine Gleichstromspannungsamplitude gewählt aus dem Bereich von +12 Volt bis +250 Volt auf, und der negative Puls sollte eine Gleichstromspannungsamplitude gewählt aus dem Bereich von -12 Volt bis -250 Volt aufweisen. Obwohl in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Pulsmuster positive und negative Pulse von im wesentlichen gleichen numerischen Gleichstromspannungswerten aufweist, liegt es nichtsdestoweniger im Bereich der vorliegenden Erfindung, Pulsmuster zu verwenden, die positive und negative Pulse von ungleichen numerischen Gleichstromspannungswerten aufweisen. Dies bedeutet, daß der positive Puls z. B. einen Spannungswert von +50 Volt aufweist, wobei der negative Puls einen Spannungswert von -25 Volt aufweist. Dies bedeutet, daß eine Anzahl Kombinationen möglich ist, und heißt auch, daß das Amplitudenmuster in einer parallelen Weise in die negative oder positive Richtung relativ zum neutralen Potential verschoben wird. Die Summe der positiven und negativen Teile des Pulsmusters über ein vorgegebenes Zeitintervall drückt somit den magnetischen Induktionsfluß (Einheit Weber) aus, d. h. die Flußintensität.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun weiter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren beschrieben.
Fig. 1 veranschaulicht eine herkömmliche Umweltsituation bezogen auf eine Gebäudestruktur aus Mauerwerk oder Beton.
Fig. 2 veranschaulicht einen prinzipiellen Vorrichtungsentwurf zum Entwässern der Gebäudestruktur.
Fig. 3 ist eine vereinfachte Erklärung der Vorrichtungsstruktur.
Fig. 4 veranschaulicht ein schematisches Blockdiagramm für einen Schaltkreis zum Ausführen des Verfahrens gemäß der Erfindung.
Fig. 5 veranschaulicht ein typisches Pulsmuster gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 6 ist ein typisches Pulsmuster gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 ist ein Diagramm, das den Wassersäulenanstiegspegel in mm H&sub2;O relativ zur Anzahl an Tagen unter Verwendung des Verfahrens mit einem typischen bevorzugten Pulsmuster gemäß der Erfindung zeigt.
Fig. 1 zeigt eine Gebäudestruktur, bei der deren Wände 1' und deren Boden 1" im wesentlichen unter dem Erdboden 2 angeordnet sind. Herkömmlicherweise ist ein Drainagerohr 3, das vom Dach und nahe der äußeren Wand 1' verläuft, angeordnet. Wasser wird daher wahrscheinlich in die Wand 1' sickern, und einige kapillare Absorption wird zusätzlich zu dem Hydrationsproblem auftreten, was eine hohe Luftfeuchtigkeit in dem Raum unterhalb des Erdbodens verursacht. Mehr als oft stellt nicht ausreichende Belüftung ein weiteres Problem mit Gebäudestrukturen des vorliegenden Typs dar.
Somit stellt die vorliegende Erfindung eine Anzahl Anoden 4 zur Verfügung, die in den Wänden und/oder im Boden der unterhalb des Erdbodens befindlichen Gebäudestruktur vorgesehen sind. Ein gemeinsames Kathodenmittel 5 ist im Boden eingebettet, wie z. B. in Fig. 2 dargestellt. Wenn eine Stromsteuereinheit, die allgemein mit Bezugszeichen 6 bezeichnet ist, in der Lage ist, den Anoden 4, die in der Gebäudestruktur eingebettet sind, und der Gegenelektrode 5, die das Kathodenmittel bildet, ein Gleichstromspannungsmuster zuzuführen und die Anoden 4 so mit pulsierendem Gleichstrom versorgt sind, wandert Wasser vom positiven Potential zum negativen Potential. Somit gibt es einen Wasserfluß außerhalb der Gebäudestruktur 1 und in den Boden 2. Ein vereinfachtes Schema ist in Fig. 3 gezeigt.
Die Stromsteuereinheit 6 umfaßt eine Stromzufuhreinheit 7 und eine Ausgabeeinheit 8. Die Steuereinheit 6 weist einen programmierbaren Mikroprozessor 9, eine Programmeingabekonsole 10 und eine Überwachungsanzeige 11 auf. Die Stromeinheit 7 erhält über einen Schalter 12, der ein wärmesensitiver sein kann, Wechselstrom. Die zugeführte Spannung wird in einem Stromrichter 13 herabkonvertiert und in einem Gleichrichter 14 gleichgerichtet und von einem Kondensator 15 auf geeignete Weise stabilisiert, um eine Gleichstromspannung, geeigneterweise 25 Volt Gleichstrom, zu liefern.
Die Ausgabeeinheit 8 empfängt Steuersignale von der Steuereinheit 6 über Steuerleitungen 16, um den Betrieb der elektronischen Schalter 17, 18, 19 und 20 wie auch der Relays 21 und 22, die zwei verschiedene Sätze Anodenelektroden, die in Fig. 4 einfach mit +A und +B bezeichnet sind, verbinden, zu steuern. Die gemeinsame Kathode 5 ist in Fig. 4 mit Bezugszeichen -A und -B bezeichnet. Es sind einfach mehrfache Sätze A und B von Anoden vorgesehen, um die Gesamtarbeitskapazität der Steuervorrichtung 6 und ihres zugehörigen Schaltkreises zu berücksichtigen. Mehrfache verschiedene Sätze liefern größere Betriebssicherheit und steigern auch die Entwässerungskapazität, aber der Entwässerungsvorgang kann längere Zeit dauern. Wenn die Arbeitskapazität der Vorrichtung wesentlich erhöht wird, kann jedoch mit den verbundenen Kosten die Entwässerungszeit verkürzt werden.
Mit einer Pulsmusterkonfiguration, wie in Fig. 5 gezeigt, wurde durch Laborexperimente gezeigt, daß solche Pulsmuster und andere bekannte herkömmliche Pulsmuster eine Abnahme und ein Ausgleichen der Entwässerung selbst nach einem so kurzen Zeitraum wie einigen Tagen, liefern. In der in Fig. 5 gezeigten Konfiguration beträgt T+ ungefähr 0,74 T, T- ist ungefähr 0,08 T, und Tp ist ungefähr 0,18 T.
Überraschende und überzeugende Ergebnisse, basierend auf der vorliegenden Erfindung wurden erreicht, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
0,8 T < T+ ≤ 0,98 T;
0,0 T < T- ≤ 0,05 T
0,02 T < Tp ≤ 0,15 T;
und
3 Sekunden < T ≤ 60 Sekunden.
und insbesondere, wenn
T+ = 0,95 T; T- = 0,01 T und Tp = 0,04 T ist,
kann man eine extrem zufriedenstellende Entwässerungswirksamkeit erhalten. Langzeitlabortests mit einem Pulsmuster gemäß der vorliegenden Erfindung haben im Vergleich mit Pulsmustern nach dem Stand der Technik gezeigt, daß die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verfügung stellt, das sogar für einen Langzeit-Entwässerungsvorgang zeigt, daß es keine Tendenz einer umgekehrten Tätigkeit gibt, und in der Versuchsinstallation wurde gezeigt, daß der Wassersäulenanstiegspegel über eine Versuchszeitraum von 16 Tagen ständig anstieg. Der Anstiegspegel wird zum Wasserpegel außerhalb der Struktur in Beziehung gesetzt. Um ein zufriedenstellendes Entwässerungsergebnis zu erhalten, sollte das Pulsmuster jedoch geeigneterweise kontinuierlich über einen Zeitraum von mindestens 3 Tagen mehrfach wiederholt werden. Das Diagramm in Fig. 7 zeigt das typische Entwässerungstendenzergebnis für ein Pulsmuster mit T+ = 0,95 T, T- = 0,01 T und Tp = 0,04 T.
Entgegen den Lehren des Standes der Technik kann der positive Puls eine Dauer haben, die wesentlich größer ist als die Dauer des negativen Pulses und sogar größer als die Dauer der neutralen Periode für die Pause Tp. Obwohl das Pulsmuster positive und negative Pulse von im wesentlichen gleichen numerischen Gleichstromspannungswerten liefern könnte, gibt es nichtsdestotrotz die Möglichkeit, ein Pulsmuster zur Verfügung zu stellen, bei dem die positiven und negativen Pulse ungleiche numerische Gleichstromspannungswerte aufweisen. Geeigneterweise könnte der positive Pulse einen Gleichstromsspannungsamplitudenwert gewählt aus dem Bereich von +12 Volt bis +250 Volt aufweisen, und der negative Puls könnte eine Gleichstromspannungsamplitude gewählt aus dem Bereich von -12 Volt bis -250 Volt aufweisen.
Dies Gesamtpulsdauer T sollte größer als 3 Sekunden, aber kleiner oder gleich 60 Sekunden sein. In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung beträgt die gesamte Pulsdauer T 6 Sekunden. Es wäre jedoch möglich, die Dauer der Gesamtpulsdauer T auf andere Werte in diesem Bereich einzustellen, während die Pulsdauerbereiche wie oben angedeutet erhalten bleiben.

Claims

1. Verfahren zum Entwässern von kapillaren Materialien wie feuchten Wänden (1') und/oder Böden (1") einer Gebäudestruktur (1) aus Mauerwerk oder Beton mittels des Prinzips der Elektroosmose durch Anlegen einer pulsierenden Gleichstromspannung eines bestimmten Pulsmusters an erste Elektrodenmittel, die in der Struktur eingebettet sind, wobei die ersten Elektrodenmittel Anodenmittel (4) bilden, und zweite Elektrodenmittel, die im Boden (2) außerhalb der Struktur (1) eingebettet sind und Kathodenmittel (5) bilden, die in Wechselwirkung mit den Anodenmitteln (4) stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierende Spannung ein Pulsmuster mit einer Gesamtpulsperiode T aufweist, bestehend aus einem positiven Puls der Dauer T+, einem negativen Puls der Dauer T- und einer neutralen Periode oder Pause der Dauer Tp, wobei:

0,8 T < T+ ≤ 0,98 T;

0,0 T < T- ≤ 0,05 T

0,02 T < Tp ≤ 0,15 T; und

3 Sekunden < T ≤ 60 Sekunden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Pulsmuster positive und negative Pulse von im wesentlichen gleichen numerischen Gleichstromspannungswerten aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Pulsmuster positive und negative Pulse von ungleichen numerischen Gleichstromspannungswerten aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der positive Puls einen Gleichstromspannungsamplitudenwert gewählt aus dem Bereich von +12 Volt bis +250 Volt und bei dem der negative Puls eine Gleichstromspannungsamplitude gewählt aus dem Bereich von -12 Volt bis -250 Volt aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem

T+ = 0,95 T; T- = 0,01 T und Tp = 0,04 T ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Pulsmuster der Dauer T für eine Zeitdauer von wenigstens drei Tagen mehrfach wiederholt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Pulsmuster der Dauer T für eine Zeitdauer von wenigstens drei Tagen mehrfach wiederholt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Zeitdauer wenigstens 15 Tage beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Zeitdauer wenigstens 15 Tage beträgt.