Klimatisierung und Befeuchtung von Atemluft (bei CPAP). Frage nach rel. Feuchte

Gegen Schlafapnoen nutze ich ein sog. „CPAP“-Gerät (Überdruckbeatmung).

Damit die Schleimhäute nicht austrocknen, ist ein Luftbefeuchter nachgeschaltet. Leider arbeitet der nur nach dem Prinzip der Verdunstung, das heißt, der Behälter wird elektrisch beheizt und der aufsteigende Wasserdampf wird vom darüber geführten Beatmungs-Luftstrom mitgerissen, wodurch die Luftbefeuchtung erreicht wird.

Ich bin einer der wenigen CPAP-Nutzer, die offenbar „paradox“ reagieren. Während die meisten anderen Patienten, die offenbar Nasenatmer sind, (laut Aussage des Geräteherstellers) eher angewärmte Atemluft bevorzugen, ruft bei mir - als Mundatmer - feucht-warme Atemluft eher „Erstickungsgefühle“ hervor, so dass zuletzt, während des heißen Wetters meine „Compliance“ in den Keller ging und ich das Gerät gar nicht mehr nutzte.

Zur Zeit konstruiere und baue ich ein Kühlsystem (2 getrennte Kühlaggregate, dazwischen temperaturgeregelte Peltier-Elemente), das - unabhängig von der Raumlufttemperatur - dem CPAP-Gerät eine auf 8 bis 15 °C konstant vortemperierte Ansaugluft vorgibt. Die genaue Temperatur ermittele ich experimentell. (Durch elektrische Verlustwärme erwärmt sich die Ansaugluft dann bereits in der Turbine um ein paar Grad - und anschließend kommt noch die Erwärmung durch den Verdunstungs-Befeuchter hinzu.)
Mein Ziel: Ich will sowohl im Sommer, als auch im Winter letzten Endes immer konstant eine zwar leicht befeuchtete aber dennoch nie wärmere Atemluft als ca. 20°C in der Maske haben.

Mir ist bewusst, dass hier die Physik klare Grenzen vorgibt: Kältere Luft nimmt weniger Wasserdampf auf, als wärmere. Außerdem kann es zu Kondensierungsproblemen im Atemschlauch kommen. Hier wird also einiges an Versuchen/Experimenten erforderlich sein.

Was ich leider (mangels Physikkenntnissen) nicht vorabschätzen kann, möchte ich hier erfragen - in der Hoffnung, dass mir jemand weiterhelfen kann:

1.) Vermute ich richtig, dass eine kältere Atemluft WENIGER oder sogar KEINE Kondensierung im Schlauch hervorruft, weil die umgebende Raumtemperatur niemals geringer als die Atemlufttemperatur ist? (Das wäre ein „Positiveffekt“ meiner Vorklimatisierung).

2.) Was aber geschieht in der Befeuchterkammer, wenn statt 20 °C eine deutlich niedrigere Atemlufttemperatur (10 bis 15 °C) zur Befeuchtung zuführt wird? Nimmt diese kühlere Luft bei gleicher Heizleistung des Befeuchters deutlich weniger Wasserdampf auf? Muss ich, um die gleiche relative Luftfeuchte im Beatmungsschlauch zu erzielen, dann den Befeuchter umso mehr anheizen? (Das wäre ein Negativeffekt, denn er würde meine vorhergehende Abkühlung zu einem großen Teil zunichte machen).Erläuterung: Der Ausblasluftstrom über dem Befeuchter schwankt im Rhythmus der Atmung und kann - beim Einatmen - vorübergehend einige Zig Liter/Minute betragen.
Der Atemluftdruck kann zwischen 6 und 20 mbar liegen und wird beim Ausatmen automatisch abgesenkt.

LG, FatzManiac

Hallo FatzManiac,

Damit die Schleimhäute nicht austrocknen, ist ein
Luftbefeuchter nachgeschaltet. Leider arbeitet der nur nach
dem Prinzip der Verdunstung, das heißt, der Behälter wird
elektrisch beheizt und der aufsteigende Wasserdampf wird vom
darüber geführten Beatmungs-Luftstrom mitgerissen, wodurch die
Luftbefeuchtung erreicht wird.

Da gäbe es noch die Möglichkeit mit Ultraschall zu vernebeln, wird auch für Luftbefeuchter angewendet und kann recht schnell geregelt werden.

1.) Vermute ich richtig, dass eine kältere Atemluft WENIGER
oder sogar KEINE Kondensierung im Schlauch hervorruft, weil
die umgebende Raumtemperatur niemals geringer als die
Atemlufttemperatur ist? (Das wäre ein „Positiveffekt“ meiner
Vorklimatisierung).

Im Prinzip ja.

Mir ist nicht klar, wo die Kühlfalle sitzt!
Wenn du nach der Befeuchtung kühlst, wirst du Kondensat am Kühler haben.

2.) Was aber geschieht in der Befeuchterkammer, wenn statt 20
°C eine deutlich niedrigere Atemlufttemperatur (10 bis 15 °C)
zur Befeuchtung zuführt wird? Nimmt diese kühlere Luft bei
gleicher Heizleistung des Befeuchters
deutlich weniger
Wasserdampf auf? Muss ich, um die gleiche relative Luftfeuchte
im Beatmungsschlauch zu erzielen, dann den Befeuchter umso
mehr anheizen? (Das wäre ein Negativeffekt, denn er würde
meine vorhergehende Abkühlung zu einem großen Teil zunichte
machen).

Die Sättigung der Luft ist Temperaturabhängig, weshalb es eben die Absolute und die Relative Luftfeuchtigkeit gibt.

Die Absolute Luftfeuchtigkeit wird in Gramm Wasser pro Kubikmeter Luft angegeben (g/m2).

Je höher die Lufttemperatur ist umso höher ist auch der Sättigungswert.

Die Relative Luftfeuchtigkeit wird in Prozent angegeben. 100% rF entspricht dabei dem Sättigungswert bei der entsprechenden Temperatur.

http://de.wikipedia.org/wiki/Luftfeuchtigkeit

Wenn du also eine bestimmte rF hast und dann die Luft erwärmst, nimmt die rF ab.
Im Wiki-Link findest du dazu auch Diagramme.

Praktisch sehe ich gerade folgende Probleme:

  1. Die erste Idee wäre die Luftfeuchtigkeit zu messen und zu Regeln. Das Problem dabei ist aber, dass die Feuchtigkeitssensoren sehr Träge sind, so 20s und langsamer. Mit dem variablen Luftstrom kommt das nicht hin.
  2. Das selbe Problem hast du bei der Luftkühlung, das wird die Luft anfangs kühl sein und dann mit dem Atemzug ansteigen, entsprechend ändert sich die Relative Luftfeuchte. Die Kühlstrecke muss also relativ lang sein und eine entsprechend grosse thermische Masse haben.
    3, Möglicherweise lässt sich etwas über eine Luftmengenmessung, einem schnell reagierenden Befeuchter und ausgeklügelter Regeltechnik machen.

MfG Peter(TOO)

Hallo Peter,

danke für Dein detailliertes Eingehen auf meine Frage.

Da gäbe es noch die Möglichkeit mit Ultraschall zu vernebeln,
wird auch für Luftbefeuchter angewendet und kann recht schnell
geregelt werden.

Diese CPAP-Geräte werden von der Krankenkasse bezahlt und bleiben Eigentum des Herstellers. Das bedeutet, dass ich nicht in das Beatmungs- und auch nicht in das Befeuchtungssystem eingreifen darf. Beides stellt auch elektronisch und mechanisch eine „gekoppelte Einheit“ dar. Das heißt, die einzige Möglichkeit, die ich habe, um den „Beatmungskomfort“ zu steigern, liegt VOR der Ansaugöffnung des Geräts. An alles dahinter folgende darf ich nicht heran - es sei denn, ich nehme die Kosten auf mich. Das aber kann ich mir nicht leisten.

Ja, an Ultraschallvernebelung habe ich auch schon gedacht, aber auf die Befeuchtungsmethode kann ich keinen Einfluss nehmen, und der Hersteller bietet nur das Verdunstungssystem an. In entsprechenden Foren fand ich dafür u. a. als Begründung, dass das geforderte Maß an Keimfreiheit bei Ultraschallvernebelung nicht gewährleistet (oder nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand zu garantieren) sei. Ich nehme das einfach mal so hin, weil ich KEINEN CPAP-Hersteller kenne, der mit Ultraschall befeuchtet.

Mir ist nicht klar, wo die Kühlfalle sitzt!
Wenn du nach der Befeuchtung kühlst, wirst du Kondensat am Kühler haben.

Das Kühlaggregat sitzt weit VOR der Befeuchterkammer (eben ganz am Eingang des Systems, an der Luftansaugöffnung). Keinesfalls hatte ich vor, danach zu kühlen. Dazu müsste der Schlauch selbst heruntergekühlt werden - mit dem Problem der Kondensatbildung. Ich erwähnte das Thema nur deshalb, weil ein „normales CPAP mit Befeuchtung“ im Winter, wenn die Schlafzimmertemperatur niedriger ist, als die befeuchtete Atemlufttemperatur, mit eben dieser Kondensatbildung im Schlauch zu kämpfen hat.

Die Sättigung der Luft ist Temperaturabhängig, weshalb es eben
die Absolute und die Relative Luftfeuchtigkeit gibt.

Was ich noch nicht weiß (und auch keine Vorstellung habe - also ausprobieren muss) ist die Frage, ob die Atemschleimhäute nun mehr an der absoluten oder an der relativen Luftfeuchtigkeit interessiert sind, um nicht den unangenehmen Austrocknungseffekt zu erzeugen.

http://de.wikipedia.org/wiki/Luftfeuchtigkeit

Wenn du also eine bestimmte rF hast und dann die Luft
erwärmst, nimmt die rF ab.
Im Wiki-Link findest du dazu auch Diagramme.

Danke - die sehe ich mir gleich an, in der Hoffnung, hinterher etwas schlauer zu sein.

… Die Kühlstrecke muss also relativ lang sein und eine entsprechend
grosse thermische Masse haben.

Ja, die hat sie! Ich verwende ein Hochleistungs-Kühlaggregat (massiver Guß-ALU-Körper mit einer Menge innenliegend…) und 2 Peltier-Elemente mit zusammen 110 Watt schnell und exakt nachgeregelter Wärmepumpleistung. Auf der Warmseite ist ebenfalls ein Hochleistungs-Kühlaggregat mit noch größerem Querschnitt und größerer Masse (ca. 2 kg) als auf der Kaltseite.

3, Möglicherweise lässt sich etwas über eine
Luftmengenmessung, einem schnell reagierenden Befeuchter und
ausgeklügelter Regeltechnik machen.

Leider habe ich - neben der Physik - zwei weitere Grenzsteine:
1.) Die Zeit: Das System soll noch in diesem Sommer fertig (getestet und eingestellt) sein.
2.) Das liebe Geld …
Ergo: Allzu aufwändig/kompliziert darf das System nicht werden.

LG, Fatz

Hallo Fatz,

die relative Feuchte dürfte bei gleicher Heizleistung und kalter Luft eher steigen, da das Wasser eine höherer Temperaturdifferenz hat.

Ich bin mir sicher, Dein System wird zu Deiner Zufriedenheit funktionieren!

Nur dafür sorgen, dass Kondensat aus Deinem Kühlaggregat abfließen kann.

Gruß
achim

Hallo Achim,

Ich bin mir sicher, Dein System wird zu Deiner Zufriedenheit
funktionieren!

danke für die Ermutigung!

Nur dafür sorgen, dass Kondensat aus Deinem Kühlaggregat
abfließen kann.

Ja, dazu hat der Kaltkanal (das Kühlaggregat) einen Steigungswinkel von etwa 10° zwischen der Raumluftansaugöffnung (warm) und dem mechanischen Anschluss an die Ansaugung des CPAP-Teils (kalt).
Ich bin nur mal gespannt, wie viel Kondensat im Extremfall (hohe Raumtemperatur [in den letzten Nächten rund 25°C] und rel. hohe Luftfeuchte im Raum) bei der durchgehenden Abkühlung um 10 bis 15 °C in einer Nacht (8 Stunden) so anfallen werden. Da habe ich überhaupt keine Vorstellung. Auf jeden Fall muss das Kühlaggregat daran gehindert werden, Eis zu bilden, denn wenn sich die Kühllamellen, durch die die angesaugte Luft strömt, zusetzen - das wäre irgendwie gar nicht so gut. Wenn aber doch, bin ich wiederum gespannt, ob zuerst irgendein Alarm am CPAP-Teil erzeugt wird, oder ob mein zentralnervöses Atemzentrum mich selbst aus dem Schlaf und mir die Maske vom Gesicht reißen muss, weil nicht mehr genug Luft ankommt … ;-((

Zum Auffangen stelle ich ein „Minitablett“ aus Niro-Stahl unter das Kühlaggregat. Welches Aufnahmevolumen es haben muss, muss ich ausprobieren. Zuerst probiere ich’s mit einem, das „so klein wie möglich“ ist, also gerade mal ein bischen länger und breiter als das Kühlaggregat und nur 1 cm hoch. (Bloß keinen unnötigen zusätzlichen Platz auf dem Nachttisch verschwenden).

Sollte sich herausstellen, dass da literweise Kondensat anfällt, kommt eine „Aufffangwanne“ unter das Gesamt system * , die so groß ist, wie die Fläche des Nachttischchens und deren Höhe ich anpasse. Dann müssen natürlich sämtliche Komponenten (und sonstige Teile auf dem Tisch) mit entsprechenden Füßchen versehen werden, damit sie nicht im Kondensat schwimmen …

*) CPAP-Gerät und Befeuchter, Kalt- und Warmkanal und das Kälteregelgerät mit der Netzversorgung der Peltiers inkl. Steuerung des Low-Noise-Lüfters für die Abfuhr der Wärme. Mit dem ganzen Krempel steht sowieso schon der Nachttisch voll. Hätte ich zu Beginn der Planung nicht gedacht! Obwohl ich fast alle Teile da habe, wird es aber noch einige Wochen dauern, bis es fertig ist. Die beiden (ge-)wichtigsten Komponenten (Alu-Strangguß-Kühlkörper mit Vorkammern [um die Luftströmung halbwegs laminar zu bekommen] an jeweils Ein- und Ausgangsseite) haben - in der gewünschten Ausführung - eine Lieferzeit von mehreren Wochen und fehlen noch. Aber eben damit will ich beginnen.

LG, Fatz

Hallo, bin Neu hier,
habe aber genau das gleiche Problem und den gleichen Lösungsansatz
mit dem Peltier Element.
@FatzManiac hat offensicht was gebaut gibt es schon was fertiges, fange gerade an
das Thema mit Peltier zu lösen ?
Gruss
udo-R


Edit: benannten User verlinkt. J~ [MOD]

Hallo,

statt was zu „basteln“ solltest Du Dich lieber mal mit dem technischen Fortschritt beschäftigen, der gerade bei CPAC-Beatmung in den letzten Jahren enorm war.
Das, was vor 10-12 Jahren verordnet werden konnte, hat mich der heutigen Technik nur noch sehr wenig zu tun - gerade auch in Sachen Luftbefeuchtung.

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Hallo Udo,

ich hatte gestern bereits im Schlafapnoeforum - unter anderem Namen - auf Deinen Beitrag geantwortet. Hier nochmal:

Je tiefer ich mich damals mit dem Peltier-Atemluftkühlsystem auseinandergesetzt und meine Planung vorangetrieben hatte, desto klarer wurde mir, dass ich die Physik einfach nicht überlisten kann. Stark verkürzt: Entweder feucht und warm oder kalt und trocken .

Außerdem entdeckte ich (ausschließlich Mundatmer) bei meinen Experimenten, dass kalte und trockene Luft schon nach wenigen Nächten zu schmerzhaften Wunden/Entzündungen auf meiner Zunge und komplett ausgetrockneten Rachenschleimhäuten führte. Mir wurde klar, dass - falls der Peltier-Kühler irgendwann fertig wäre - ich damit wahrscheinlich mehr Schaden als Nutzen an meinen Atemwegen anrichten würde.

Kurz und gut: Schon vor jetzt etwa 6 bis 7 Jahren habe ich mein damaliges Projekt ganz aufgegeben. Da ich aber zunehmend gerade bei feuchtwarmer Atemluft das Gefühl bekam, zu ersticken und mir immer wieder die Maske im Halbschlaf vom Gesicht riss, habe ich damals in meiner Verzweiflung beschlossen, einfach kein CPAP mehr anzuwenden und das Gerät meinem Versorger zurückgegeben. Beatmung oder Atemhilfe kommt für mich nur noch in Frage, wenn ich dabei tief schlafe bzw. betäubt (im Koma) bin.

Seit diesen gut 6 Jahren ohne CPAP achte ich sehr darauf, niemals auf dem Rücken, sondern immer in einer Seitenlage (eigentlich schon fast mehr Seiten-/Bauchlage) zu schlafen. Und ich habe festgestellt, dass ich seither auch keine Apnoesymptomatik (auch keine Tagesmüdigkeit) habe. Ich zweifele daran, ob meine diagnostizierte Apnoe wirklich behandlungsbedürftig war - wenn es denn eine war. Um das Schlaflabor mache ich seither einen großen Bogen und habe beschlossen, lieber an den Folgen zu sterben, als mir noch mal so eine Atemmaske auf’s Gesicht zu schnallen.

Ich bin jetzt ja eh schon 71. Da darf man die statistische Restlebenserwartung auch nicht überschätzen - schon gar nicht als alleinlebender Adipöser, der sich zur Bedürfnisbefriedigung nix anderes mehr gönnt, als das Gefühl, permanent satt zu sein.

Viele Grüße,
Fatz

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