fugtighed

Luftfugtighed - eller kort sagt luftfugtighed - beskriver andelen af vanddamp i gasblandingen i luften . Flydende vand (f.eks. Regndråber, tågetråber) eller is (f.eks. Snekrystaller) er derfor ikke inkluderet i luftfugtigheden. Fugtigheden er en vigtig parameter for talrige tekniske og meteorologiske processer, for mange livsprocesser i levende væsener og for menneskers sundhed og komfort. ^[1]

Afhængig af temperatur og tryk kan et givet volumen luft kun indeholde en vis maksimal mængde vanddamp. Den relative luftfugtighed , som er det mest almindelige mål for luftfugtighed, er derefter 100%. Generelt angiver den relative fugtighed, udtrykt i procent (%), vægtforholdet mellem det aktuelle vanddampindhold og vanddampindholdet, der er maksimalt muligt for den aktuelle temperatur og det aktuelle tryk. Den luft tæthed er reduceret med absorptionen af vanddamp, da med det samlede tryk forbliver det samme tilsat antal _H2O molekyler forskyde samme antal tunge N ₂ og O ₂ molekyler. ^[2]

fugtighed

Absolut fugtighed: Er vanddampmassen m _W indeholdt i en vis mængde luft V. Almindelig enhed : g / m ³ .

f={\frac {m_{\mathrm {W} }}{V}}

{\ displaystyle f = {\ frac {m _ {\ mathrm {W}}} {V}}}

f = {\ frac {m _ {{\ mathrm {W}}}} {V}}

Maksimal luftfugtighed: Er den maksimalt mulige absolutte luftfugtighed ( f _max ) ved en bestemt temperatur . Det nås, når vanddampens delvise tryk i luften er lige så stort som vandets mætningstryk ved den tilsvarende temperatur. I denne tilstand er den relative luftfugtighed 100%. Almindelig enhed: g / m ³ .

Relativ luftfugtighed: Er forholdet mellem det faktisk indeholdt og den maksimalt mulige masse vanddamp i luften; eller med andre ord forholdet mellem den absolutte fugtighed og den maksimale luftfugtighed. Som kvotienten af to størrelser med den samme enhed er dette endimensionsløs mængde ; det er normalt angivet i den ekstra måleenhed procent :

\varphi ={\frac {f}{f_{\mathrm {max} }}}={\frac {f}{f_{\mathrm {max} }}}\cdot 100\,\%.

{\ displaystyle \ varphi = {\ frac {f} {f _ {\ mathrm {max}}}} = {\ frac {f} {f _ {\ mathrm {max}}}} \ cdot 100 \, \% .}

{\ displaystyle \ varphi = {\ frac {f} {f _ {\ mathrm {max}}}} = {\ frac {f} {f _ {\ mathrm {max}}}} \ cdot 100 \, \% .}

^[3]

Generel

Kondensering af vanddamp som indirekte tegn på luftfugtighed

En luftblanding fri for vanddamp kaldes tør luft. Tabeller for luftens sammensætning vedrører generelt tør luft, da andelen af vanddamp i fugtig luft svinger meget stærkt mellem 0 og 4 volumenprocent. Luftfugtigheden påvirkes hovedsageligt af tilgængeligheden af vand , temperaturen og graden af blanding af atmosfæren. Højere lufttemperaturer tillader en højere koncentration af vanddamp i luften. Med meget lave koncentrationer af vanddamp i luften omtales luftfugtigheden også som sporfugtighed eller sporfugtighed . ^[4]

Fysisk grundlæggende

Fordampning og kondens

På en fri vandoverflade, der adskiller flydende vand fra luftmængden ovenfor, passerer altid individuelle vandmolekyler fra vandmængden til luftmængden. I flydende vand er vandmolekylerne relativt stærkt bundet til hinanden af molekylære kræfter, især af hydrogenbindinger , hvilket er det, der tillader den sammenhængende flydende binding at udvikle sig i første omgang. Som følge af deres termiske bevægelse bærer vandmolekylerne imidlertid hver især visse mængder kinetisk energi, der spredes omkring en temperaturafhængig middelværdi ( Maxwell-Boltzmann-distribution ). En lille andel af vandmolekyler har derfor altid tilstrækkelig termisk energi til at overvinde de omgivende molekylers bindingskræfter, for at forlade vandoverfladen og smelte sammen med luftmængden, dvs. fordampe . Fordampningshastigheden , det vil sige mængden af vand, der fordamper pr. Tidsenhed, afhænger af andelen af de molekyler, hvis kinetiske energi overstiger den flydende forbindelses bindingsenergi og blandt andet bestemmes af den herskende temperatur.

Omvendt rammer fordampede vandmolekyler fra luften også vandoverfladen igen, og der kan, afhængigt af deres kinetiske energi, fanges af det molekylære netværk med en vis sandsynlighed, dvs. kondens . Kondensationshastigheden afhænger kun af vanddampens partialtryk i luften, men ikke af andelen af lufttryk, som de andre komponenter i luften tilfører. ^[5]

Fire variabler påvirker mængden af denne masseoverførsel:

overfladens størrelse ( turbulens øger denne værdi i forhold til stille vand),
vandets temperatur,
luftens temperatur og
luftens mætningsgrad.

mætning

Hvis du overvejer en fordampningsproces ved konstant temperatur og i første omgang tør luft, sker fordampningshastigheden svarende til temperaturen, mens kondensationshastigheden i første omgang er nul på grund af manglen på vandmolekyler i luften. Så fordampningshastigheden er større end kondensationshastigheden, og antallet af vandmolekyler i luften stiger derfor. Dette øger også kondensationshastigheden, og netto fordampning (fordampningshastighed minus kondenshastighed) begynder at falde. Vandmolekylernes densitet i luften og dermed kondensationshastigheden stiger, indtil kondensationshastigheden og fordampningshastigheden er den samme, det vil sige, at så mange vandmolekyler pr. Tidsenhed passerer fra vand i luften som fra luften ind i luften vand. Derefter opnås ligevægten , hvor nettodampningen er nul, selvom der er en konstant udveksling af partikler mellem luft og vand.

Koncentrationen af vandmolekyler i luften i en ligevægtstilstand er mætningskoncentrationen . Hvis temperaturen stiger, vil der komme en højere mætningskoncentration, da fordampningshastigheden, som nu også øges, skal kompenseres for en højere kondensationshastighed for at opnå en ny ligevægt, som kræver en højere partikeltæthed i luft. Mætningskoncentrationens niveau afhænger derfor af temperaturen.

Mætningskoncentrationen bestemmes næsten udelukkende af vandmolekylernes egenskaber og deres interaktion med vandoverfladen; der er ingen signifikant vekselvirkning med de andre atmosfæriske gasser. Hvis disse gasser ikke var til stede, ville praktisk talt den samme mætningskoncentration blive etableret over vandet. Det sproglige sprog og på grund af sin enkelhed, udbredte udtryk i specialkredse, at luften maksimalt kan absorbere en vis mængde vanddamp ved en given temperatur, er misvisende. Luften absorberer ikke fugt på samme måde som en svamp, og udtrykket mætning må ikke forstås her på samme måde som mætningen af en opløsning . Luften består af uafhængigt virkende gaspartikler, der i det væsentlige kun interagerer gennem påvirkninger. Så der er hverken ilt i nitrogenet eller vanddamp i de andre luftkomponenter. (Forestil dig en lukket beholder halvfyldt med vand, hvor der er et vakuum over vandets overflade. Hvis væsken forsynes med kinetisk energi i form af varme, kan partikler med tilstrækkelig energi løsne sig fra overfladen (fordampe) .) Mætningskoncentrationen er derfor afhængig af vandpartiklernes kinetiske energi.

Af samme grund bestemmes mætningskoncentrationen ikke af luftens temperatur, men af temperaturen på den fordampende overflade. Henvisningen til luftens temperatur er ofte begrundet i daglig praksis, da fordampning af overflader med lidt termisk inerti normalt tilnærmer lufttemperaturen (f.eks. Vasketøj, der tørrer i luften). Men hvis fordampningsoverfladen er betydeligt varmere end luften, fordamper vandmolekylerne i den køligere luft (varm komfur) ved en fordampningshastighed svarende til overfladetemperaturen, selvom deres mætningskoncentration er overskredet. En del af fugtigheden kondenserer derefter i luften på de køligere aerosoler, der har antaget lufttemperaturen og bliver synlige som dampskyer eller tåge (f.eks. Tåge skyer over en efterårssø). Hvis overfladen er meget køligere end luften, kan fugtindholdet i delvist mættet luft føre til overmætning og kondens på overfladen (f.eks. Dugede vinduer i køkkenet eller badeværelset eller stigningen i vand i en dam ). Mere præcist kondenserer vanddampen til vand (til dug, når overfladetemperaturen er under dugpunktet , eller til frost, når den er under frostpunktet , se også nedenfor ). ^[1]

Overmætning

Hvis koncentrationen af vandmolekyler øges over mætningskoncentrationen ( overmættelse ), stiger kondensationshastigheden midlertidigt ud over fordampningshastigheden på grund af den større tæthed af vandmolekyler i luften og koncentrationen af vandmolekyler falder derfor tilbage til ligevægtsværdien.

Også her skal det bemærkes, at det ikke er luftens manglende evne til at holde den overskydende vanddamp. Under disse betingelser bruger vanddampen snarere en tilgængelig kondensationsoverflade for at sænke dens koncentration til mætningskoncentrationen gennem heterogen kondens . Hvis sådanne kondensflader eller kondensationskerner mangler, kan luften permanent absorbere betydelige mængder vanddamp, indtil der endelig er spontan dannelse af vanddråber ( homogen kondens ); se også afsnittet om overfladens krumning af vand. Dette er f.eks. Tilfældet i store mængder luft, der er så ren som muligt, dvs. med en lav aerosolkoncentration, og når afstanden fra eventuelle omgivende overflader er stor (se skyekammer ). Spontan kondensering af vanddamp til vanddråber finder kun sted uden kondensationskerner, når der er ekstrem overmætning af flere hundrede procent relativ luftfugtighed. I praksis er der dog næsten altid en tilstrækkelig stor mængde aerosoler i luften til, at der næsten ikke er nogen overmætning af flere procentpoint i atmosfæren.

Delvis mætning

Fordampningshastigheden af vandet kan ikke overstige bestemte maksimumværdier. Det tager derfor lang tid, før ligevægt genoprettes efter en forstyrrelse. Hvis f.eks. En del af fugtindholdet blev kondenseret ved afkøling om natten, er luften i første omgang umættet efter opvarmning og kan kun langsomt nå mætningstilstanden igen. Denne delvise mætning er det normale tilfælde for vores atmosfære på grund af de hyppige temperatursvingninger. Det er af stor betydning for talrige processer, hvor langt luften er fra mætningstilstanden. Forskellige fugtmålinger bruges til at beskrive denne tilstand kvantitativt.

Afhængighed af mætningskoncentrationen på miljøpåvirkninger

temperatur

Vanddampkoncentration afhængigt af et større og et mindre temperaturområde

Når temperaturen stiger, stiger andelen af vandmolekyler, som har nok kinetisk energi til at forlade vandoverfladen . Så der er en højere fordampningshastighed, som skal kompenseres for med en højere kondensationshastighed for at genoprette ligevægten, hvilket dog kræver en højere koncentration af vandmolekyler i luften.

Mætningskoncentrationen af vanddampen stiger derfor eksponentielt med stigende temperatur , som vist i figuren til højre. Vanddampen har en klart defineret mætningskoncentration for hver temperatur (og næsten uafhængig af omgivelsestrykket). Ved normalt atmosfærisk tryk på 1013,25 hPa kan en kubikmeter luft ved 10 ° C maksimalt absorbere 9,41 g vand. Den samme mængde luft absorberer 30,38 g vand ved 30 ° C og mere end 100 g vand ved 60 ° C. Denne mætningskoncentration kaldes den maksimale luftfugtighed , som er angivet i artikelens mætning . Mollier -diagrammer ifølge Richard Mollier (1923) til repræsentation af luftfugtigheden er også udbredt. En anden måde at vise forholdet mellem luftfugtighed, temperatur og højde er emagrammet .

Print

Som nævnt ovenfor er mættelseskoncentrationen af vanddampen ved en given temperatur praktisk taget uafhængig af tilstedeværelsen af de andre atmosfæriske gasser og dermed næsten uafhængig af omgivelsestrykket. Der er imidlertid en lille afhængighed af omgivelsestrykket af tre grunde: ^[6]

Vanddampen og de andre gasser er ikke helt ideelle gasser. Der er svage interaktioner ( van der Waals kræfter ) mellem deres molekyler, som stiger med stigende tryk.
Den indbyrdes afstand mellem molekylerne i det flydende vand og dermed deres bindingskræfter ændres lidt af atmosfæretrykket (" Poynting -effekt "). Dette påvirker igen fordampningshastigheden.
Atmosfæriske gasser opløst i vandet påvirker også bindingskræfterne og dermed fordampningshastigheden. Mængden af opløste gasser afhænger af deres partielle tryk ( Raoults lov ) og dermed i sidste ende af det samlede tryk.

Om nødvendigt kan denne svage trykafhængighed tages i betragtning af en korrektionsfaktor. Det afhænger af temperatur og tryk og ligger i intervallet 0,5% under atmosfæriske forhold (detaljer i artiklen mætning damptryk ).

Tilstande af vandet

Hvis man ser på en isoverflade i stedet for en flydende vandoverflade, gælder de samme overvejelser også for sublimering og resublimering af vandmolekylerne. Isen køler luftlaget direkte over det betydeligt, hvilket betyder, at den har en lavere mætningskoncentration for vandmolekyler. Sublimerede vandpartikler og luftfugtigheden fører derfor til dannelse af kondens eller tåge i nærheden af isoverflader.

I iskrystalforeningen er vandmolekylerne imidlertid udsat for stærkere bindingskræfter end i flydende vand, så mætningskoncentrationen over en isoverflade er lavere end over en overflade af flydende ( overkølet ) vand med samme temperatur. Denne kendsgerning spiller en vigtig rolle i dannelsen af regndråber i skyer ( Bergeron-Findeisen-processen ).

Renhed af vand

Luftens relative fugtighed over mættede saltopløsninger
stof	relativ luftfugtighed	kilde
Ammoniumdihydrogenphosphat _(NH4 _H2 _PO4) ved 23 ° C	93%	^[7]
Kaliumnitrat (KNO ₃ ) ved 38 ° C	88,5%	^[7]
Kaliumchlorid (KCl) ved 23 ° C	85%	^[7]
Natriumchlorid (NaCl) ved 20 ° C	75,5%	^[8.]
Natriumdichromat (Na ₂ Cr ₂ O ₇ • 2 H ₂ O) ved 23 ° C	52%	^[7]
Magnesiumchlorid _(MgCl2) ved 20 ° C	33,1%	^[8.]
Lithiumchlorid (LiCl) ved 20 ° C	11,3%	^[8.]

Hvis andre stoffer opløses i vandet, gør de det vanskeligere for vandmolekylerne at forlade vandoverfladen, hvilket reducerer fordampningshastigheden og resulterer i en lavere mætningskoncentration (såkaldt opløsningseffekt ). I luften over mættede saltopløsninger fastlægges for eksempel de relative fugtigheder, der er anført i tabellen.

Selvom luften over løsningerne er mættet med fugt, er den relevante relative luftfugtighed ikke 100%, da den relative fugtighed altid er relateret til mætningskoncentrationen over en flad og ren vandoverflade (se nedenfor). Hvis luften over saltopløsningen falder til den relevante mætningsfugtighed, fordamper vand fra opløsningen for at genoprette mætningstilstanden. Hvis luften overstiger mætningsfugtigheden, kondenserer en del af luftfugtigheden på saltopløsningen. Dette fortynder dette; Hvis det skal forblive mættet med salt for at opretholde definerede proportioner, skal det indeholde et tilstrækkeligt sediment af uopløst salt.

Opløsningseffekten gør det igen klart, at mætningskoncentrationen i luften ikke bestemmes af selve luften, men af den fordampende overflade.

Overfladens krumning af vand

Hvis vandoverfladen er konveks (udad buet), som det f.eks. Er tilfældet med et fald, er vandmolekylerne mindre stærkt bundet til overfladen og kan lettere forlade overfladen. Denne krumningseffekt får derfor fordampningshastigheden til at stige. Når mættet luft er i ligevægt med små tågetråber, er dens relative luftfugtighed derfor lidt over 100%. Den samme effekt betyder også, at stærk overmætning er mulig uden kondensationskerner, uden at der forekommer homogen kondens; Afhængig af overmættelsens styrke er der en vis minimumsradius af dråberne, under hvilke de ikke er stabile, da fordampningshastigheden stiger med en mindre radius, men radius falder på grund af fordampning (se afsnit kritisk radius under Kelving -ligning ).

Hvis vandoverfladen er buet indad (som i tilfælde af menisken i et delvis vandfyldt kapillær), er vandmolekylerne stærkere bundet til overfladen og kan forlade overfladen mindre let - fordampningshastigheden falder. Når mættet luft i et vandholdigt porøst materiale er i ligevægt med meniskerne, er deres relative luftfugtighed mindre end 100%.

Fugtmålinger

Luftens vandindhold kan angives ved forskellige såkaldte fugtighedsforanstaltninger . Termer, der kan bruges synonymt, er angivet med en skråstreg, fugtmålinger, der hører sammen, er i samme linje.

Damptryk (se også mætning damptryk ) og mætningsunderskud / sult efter damp ( Pa , hPa, kPa, bar )
absolut fugtighed / vanddampmassefylde ( g / m³ , kg / m³)
relativ luftfugtighed ( % )
specifik luftfugtighed / vanddampindhold (g / kg , kg / kg)
Blandingsforhold / fugtighedsgrad (g / kg, kg / kg)
Dugpunkt eller frostpunkt / ispunkt / frostpunkt og dugpunktsforskel ( ° C , K )
Våd temperatur ( ° C )

Absolut fugtighed

Den absolutte luftfugtighed , også vanddampmassefylde eller damptæthed for kort ( symbol : ρ _w , ρ _d , d eller a ; ikke bindende angivet), er massen af vanddampen i et bestemt volumen luft, dvs. dens densitet eller koncentration . Det er normalt givet i gram vand pr. Kubikmeter luft. Den er øverst begrænset af den maksimale luftfugtighed ρ _{w, max,} der hersker under mætning (se tilsvarende formler og værdier der).

Den absolutte luftfugtighed er et direkte mål for mængden af vanddamp indeholdt i et givet volumen luft. Det viser med det samme, hvor meget kondensat der kan afsættes, eller hvor meget vand der skal fordampes for at opnå den ønskede luftfugtighed.

Den absolutte fugtighed ændres, når luftpakkens volumen ændres, selv uden at vanddamp tilføjes eller trækkes tilbage fra luften. Når luftpakken komprimeres, koncentreres vandmolekylerne i den i et mindre rum, deres antal pr. Kubikmeter stiger, den absolutte fugtighed stiger; det modsatte gælder for en udvidelse af luftpakken. Ændringen i luftpakkens volumen kan skyldes en ændring i dens temperatur eller tryk . Ved sammenligning af fugtindholdet i to luftpakker kan det derfor være nødvendigt at tage hensyn til deres temperatur og trykforskelle. En pakke luft, der stiger i atmosfæren på grund af termikerne, reducerer dens absolutte fugtighed, når den stiger, selvom den ikke mister vanddamp i processen, da den øger dens volumen med faldet i lufttrykket med højden. Luftpakkens absolutte fugtighed ændres derfor udelukkende gennem opadgående og nedadgående bevægelser. Dette er også kendt som skiftvariation eller ustabilitet . Da absolut luftfugtighed også er vanskelig at måle, bruges den sjældent. ^[9]

Den absolutte luftfugtighed ρ _w kan beregnes ved hjælp af følgende formler, hvorved det første udtryk skyldes konverteringen af tilstandsligningen for ideelle gasser :

\rho _{w}={\frac {e}{R_{w}\cdot T}}={\frac {m_{\text{Wasserdampf}}}{V_{\text{gesamt}}}}

{\ displaystyle \ rho _ {w} = {\ frac {e} {R_ {w} \ cdot T}} = {\ frac {m _ {\ text {vanddamp}}} {V _ {\ tekst {i alt }}}}}

\ rho _ {w} = {\ frac {e} {R_ {w} \ cdot T}} = {\ frac {m _ {{{{\ text {vanddamp}}}}}}} {V _ {{ {\ text {total}}}}}}

De enkelte symboler står for følgende mængder :

e - damptryk
R _w - individuel gaskonstant for vand = 461,52 J / ( kg K )
T - absolut temperatur
m _vanddamp - masse vanddamp i luftpakken
V _total - total volumen af fugtig luft

For tabelværdier, se mætning .

Relativ luftfugtighed

Den relative fugtighed (symboler: φ, f, U, RH, H eller rF forpligter ikke) er den procentvise forhold mellem den øjeblikkelige damptryk af vandet og trykket mætningsdamptryk af samme (ved lufttemperaturen) over en ren og jævn vandoverflade. I tilfælde af en specifikation uden procentdel, dvs. i værdiområdet 0 til 1, taler man også om mætningsforholdet .

Den relative luftfugtighed viser umiddelbart, i hvilket omfang luften er mættet med vanddamp:

Ved en relativ luftfugtighed på 50%indeholder luften kun halvdelen af den mængde vanddamp, der kunne indeholdes ved den tilsvarende temperatur.
Ved 100% relativ fugtighed er luften fuldstændigt mættet med vanddamp. Det siges også, at " vanddampkapaciteten " er nået.
Hvis mætningen på 100% overskrides, kan den overskydende fugt udfældes som kondensvand eller tåge .

Ud fra den relative luftfugtighed er det derfor let at estimere, hvor hurtigt fordampningsprocesser vil finde sted, eller hvor stor sandsynligheden for kondens vil være. Da fordampning af fugt gennem huden i høj grad bestemmes af den relative luftfugtighed i den omgivende luft, er den relative fugtighed en vigtig parameter for følelsen af komfort.

Fugtlagringsfunktioner for nogle byggematerialer

En anden grund til betydningen af relativ luftfugtighed er, at den bestemmer ligevægtsvandindholdet i hygroskopiske materialer. Hygroskopiske materialer, især porøse materialer som træ, mursten, gips, tekstiler osv., Absorberer fugt, når de kommer i kontakt med luft og binder vandmolekylerne gennem adsorption på deres porevægge. Mængden af bundne molekyler bestemmes på den ene side af den absolutte fugtighed (en højere vanddampkoncentration fører til en højere adsorptionshastighed på grund af den højere slaghastighed på porevæggene) og temperaturen på den anden side (en højere temperatur fører til en højere desorptionshastighed ). Kombinationen af disse to modstående påvirkningsvariabler betyder, at det resulterende balancevandindhold i det væsentlige bestemmes af luftens relative fugtighed. Et materiales fugtlagringsfunktion angiver vandindholdet, materialet antager ved en given relativ luftfugtighed; det er kun lidt afhængigt af temperaturen. For at måle luftens fugtindhold anvendes for det meste materialer, hvis fysiske egenskaber afhænger af deres vandindhold (ændring i længden på grund af hævelse og svind, ændring i kapacitans for et hygroskopisk dielektrikum osv.). Da dette vandindhold til gengæld bestemmes af den relative luftfugtighed i den omgivende luft, måler sådanne instrumenter derfor i sidste ende denne relative luftfugtighed, som derfor er et særligt let at måle og hyppigt anvendt mål for fugtighed.

Når temperaturen stiger, stiger mængden af vanddamp, der ville være nødvendig for mætning. Konsekvensen af dette er, at den relative luftfugtighed i en given luftpakke falder, når den opvarmes. Specifikationen af temperaturen er derfor afgørende for værdiernes sammenlignelighed. For eksempel findes der i en ørken, der ser tør ud med en lufttemperatur på 34,4 ° C og en relativ luftfugtighed på 20%, i alt 7,6 g vanddamp i en kubikmeter luft, hvilket er en relativ fugtighed ved en luft temperatur på 6,8 ° C på 100% og ville derfor føre til kondens. Fænomener som tåge eller tåge er derfor et signal om høj relativ luftfugtighed og samtidig for lave temperaturer. Opfattelsen af luften som tør eller fugtig skyldes derfor mere temperaturen end den mængde vand, der rent faktisk er indeholdt i den. ^[10]

Den relative luftfugtighed kan beregnes ved hjælp af følgende formler:

\varphi ={\frac {e}{E}}\cdot 100\,\%\approx {\frac {\mu }{\mu _{s}}}\cdot 100\,\%\approx {\frac {\rho _{w}}{\rho _{w,\max }}}\cdot 100\,\%\approx {\frac {s}{S}}\cdot 100\,\%

{\ displaystyle \ varphi = {\ frac {e} {E}} \ cdot 100 \, \% \ approx {\ frac {\ mu} {\ mu _ {s}}} \ cdot 100 \, \% \ approx {\ frac {\ rho _ {w}} {\ rho _ {w, \ max}}} \ cdot 100 \, \% \ approx {\ frac {s} {S}} \ cdot 100 \, \%}

{\ displaystyle \ varphi = {\ frac {e} {E}} \ cdot 100 \, \% \ approx {\ frac {\ mu} {\ mu _ {s}}} \ cdot 100 \, \% \ approx {\ frac {\ rho _ {w}} {\ rho _ {w, \ max}}} \ cdot 100 \, \% \ approx {\ frac {s} {S}} \ cdot 100 \, \%}

De enkelte symboler står for følgende mængder:

e - damptryk (opmærksomhed, i henhold til definitionen på meteorologi: se definition af damptryk )
E - mætning damptryk
ρ _w - absolut luftfugtighed
ρ _{w, max} - maksimal absolut luftfugtighed
s - specifik fugtighed
S - mætning fugtighed
μ - blandingsforhold
μ _s - blandingsforhold ved mætning

Deliquescens eller deliquescensfugtighed beskriver et stoffs specifikke evne (for det meste salte ) til at påvirke den relative luftfugtighed i den omgivende luft.

Specifik fugtighed

Den specifikke fugtighed (symboler: s, q eller x) angiver massen af vand, der er i en vis masse af fugtig luft. Det numeriske område starter fra $0\leq s\leq 1$ ${\ displaystyle 0 \ leq s \ leq 1}$ $0 \ leq s \ leq 1$ , for tør luft $s=0$ ${\ displaystyle s = 0}$ $s = 0$ er og til luftfri damp eller flydende vand $s=1$ ${\ displaystyle s = 1}$ $s = 1$ er.

I modsætning til de tidligere fugtmålinger forbliver denne variabel uændret, når mængden af den pågældende luftpakke ændres, så længe der ikke tilføjes eller fjernes fugt. Tager z. Hvis for eksempel luftpakkens volumen stiger, fordeles både den (uændrede) masse af den fugtige luft og (uændret) massen af vanddampen over et større volumen, men forholdet mellem de to masser i luften pakken forbliver den samme. Den specifikke luftfugtighed bevarer f.eks. En konstant værdi langs et kondensfrit ventilationsrør, selvom den fugtige luft løber gennem rørsektioner med forskellige temperaturer eller oplever trykændringer på vej på grund af f.eks. En gasventil. Auch ein in der Atmosphäre aufsteigendes Luftpaket behält den Zahlenwert seiner spezifischen Feuchtigkeit bei, solange keine Feuchtigkeit (etwa durch Verdunstung von Regentropfen) zugeführt oder (durch Kondensation des Wasserdampfes) abgeführt wird. Diesem Vorteil steht allerdings die schwierige Messung der spezifischen Luftfeuchtigkeit entgegen, die im Regelfall einem Labor vorbehalten bleibt.

Die maximale spezifische Luftfeuchtigkeit im Sättigungszustand, die sogenannte Sättigungsfeuchtigkeit , hat das Formelzeichen S (auch q _s ).

Die spezifische Luftfeuchtigkeit s kann mit folgenden Formeln berechnet werden, wobei die jeweilige Größe über den ersten Term definiert ist und alle nachfolgenden Terme Äquivalente oder Näherungen hierzu darstellen (fL – Feuchtigkeit Luft; tL – trockene Luft; W – Wasserdampf bzw. Wasser). Von praktischer Bedeutung sind nur die letztgenannten Terme, alle anderen dienen der Herleitung und Nachvollziehbarkeit.

s:={\frac {m_{\mathrm {W} }}{m_{\mathrm {fL} }}}={\frac {m_{\mathrm {W} }}{m_{\mathrm {tL} }+m_{\mathrm {W} }}}={\frac {\frac {m_{\mathrm {W} }}{V_{\mathrm {G} }}}{{\frac {m_{\mathrm {tL} }}{V_{\mathrm {G} }}}+{\frac {m_{\mathrm {W} }}{V_{\mathrm {G} }}}}}={\frac {\rho _{\mathrm {W} }}{\rho _{\mathrm {tL} }+\rho _{\mathrm {W} }}}={\frac {\rho _{\mathrm {W} }}{\rho _{\mathrm {fL} }}}

s:={\frac {m_{\mathrm {W} }}{m_{\mathrm {fL} }}}={\frac {m_{\mathrm {W} }}{m_{\mathrm {tL} }+m_{\mathrm {W} }}}={\frac {\frac {m_{\mathrm {W} }}{V_{\mathrm {G} }}}{{\frac {m_{\mathrm {tL} }}{V_{\mathrm {G} }}}+{\frac {m_{\mathrm {W} }}{V_{\mathrm {G} }}}}}={\frac {\rho _{\mathrm {W} }}{\rho _{\mathrm {tL} }+\rho _{\mathrm {W} }}}={\frac {\rho _{\mathrm {W} }}{\rho _{\mathrm {fL} }}}

s:={\frac {m_{{{\mathrm {W}}}}}{m_{{{\mathrm {fL}}}}}}={\frac {m_{{{\mathrm {W}}}}}{m_{{{\mathrm {tL}}}}+m_{{{\mathrm {W}}}}}}={\frac {{\frac {m_{{{\mathrm {W}}}}}{V_{{{\mathrm {G}}}}}}}{{\frac {m_{{{\mathrm {tL}}}}}{V_{{{\mathrm {G}}}}}}+{\frac {m_{{{\mathrm {W}}}}}{V_{{{\mathrm {G}}}}}}}}={\frac {\rho _{{{\mathrm {W}}}}}{\rho _{{{\mathrm {tL}}}}+\rho _{{{\mathrm {W}}}}}}={\frac {\rho _{{{\mathrm {W}}}}}{\rho _{{{\mathrm {fL}}}}}}

s={\frac {\rho _{\mathrm {W} }}{\rho _{\mathrm {tL} }+\rho _{\mathrm {W} }}}={\frac {\frac {e}{R_{\mathrm {W} }\cdot T}}{{\frac {p-e}{R_{\mathrm {tL} }\cdot T}}+{\frac {e}{R_{\mathrm {W} }\cdot T}}}}={\frac {M_{\mathrm {W} }\cdot e}{M_{\mathrm {tL} }\cdot (p-e)+M_{\mathrm {W} }\cdot e}}={\frac {{\frac {M_{\mathrm {W} }}{M_{\mathrm {tL} }}}\cdot e}{p-\left(1-{\frac {M_{\mathrm {W} }}{M_{\mathrm {tL} }}}\right)\cdot e}}

s={\frac {\rho _{\mathrm {W} }}{\rho _{\mathrm {tL} }+\rho _{\mathrm {W} }}}={\frac {\frac {e}{R_{\mathrm {W} }\cdot T}}{{\frac {pe}{R_{\mathrm {tL} }\cdot T}}+{\frac {e}{R_{\mathrm {W} }\cdot T}}}}={\frac {M_{\mathrm {W} }\cdot e}{M_{\mathrm {tL} }\cdot (pe)+M_{\mathrm {W} }\cdot e}}={\frac {{\frac {M_{\mathrm {W} }}{M_{\mathrm {tL} }}}\cdot e}{p-\left(1-{\frac {M_{\mathrm {W} }}{M_{\mathrm {tL} }}}\right)\cdot e}}

s={\frac {\rho _{{{\mathrm {W}}}}}{\rho _{{{\mathrm {tL}}}}+\rho _{{{\mathrm {W}}}}}}={\frac {{\frac {e}{R_{{{\mathrm {W}}}}\cdot T}}}{{\frac {p-e}{R_{{{\mathrm {tL}}}}\cdot T}}+{\frac {e}{R_{{{\mathrm {W}}}}\cdot T}}}}={\frac {M_{{{\mathrm {W}}}}\cdot e}{M_{{{\mathrm {tL}}}}\cdot (p-e)+M_{{{\mathrm {W}}}}\cdot e}}={\frac {{\frac {M_{{{\mathrm {W}}}}}{M_{{{\mathrm {tL}}}}}}\cdot e}{p-\left(1-{\frac {M_{{{\mathrm {W}}}}}{M_{{{\mathrm {tL}}}}}}\right)\cdot e}}

damit:

s\approx {\frac {0{,}622\cdot e}{p-0{,}378\cdot e}}\approx 0{,}622\cdot {\frac {e}{p}}

s\approx {\frac {0{,}622\cdot e}{p-0{,}378\cdot e}}\approx 0{,}622\cdot {\frac {e}{p}}

s\approx {\frac {0{,}622\cdot e}{p-0{,}378\cdot e}}\approx 0{,}622\cdot {\frac {e}{p}}

wobei gilt:

\rho _{\mathrm {W} }={\frac {e}{R_{W}\cdot T}}\qquad {\text{und}}\qquad R_{\mathrm {W} }={\frac {R}{M_{\mathrm {W} }}}

\rho _{\mathrm {W} }={\frac {e}{R_{W}\cdot T}}\qquad {\text{und}}\qquad R_{\mathrm {W} }={\frac {R}{M_{\mathrm {W} }}}

\rho _{{{\mathrm {W}}}}={\frac {e}{R_{W}\cdot T}}\qquad {\text{und}}\qquad R_{{{\mathrm {W}}}}={\frac {R}{M_{{{\mathrm {W}}}}}}

\rho _{\mathrm {tL} }={\frac {p-e}{R_{tL}\cdot T}}\qquad {\text{und}}\qquad R_{\mathrm {tL} }={\frac {R}{M_{\mathrm {tL} }}}

\rho _{\mathrm {tL} }={\frac {pe}{R_{tL}\cdot T}}\qquad {\text{und}}\qquad R_{\mathrm {tL} }={\frac {R}{M_{\mathrm {tL} }}}

\rho _{{{\mathrm {tL}}}}={\frac {p-e}{R_{{tL}}\cdot T}}\qquad {\text{und}}\qquad R_{{{\mathrm {tL}}}}={\frac {R}{M_{{{\mathrm {tL}}}}}}

Die Sättigungsfeuchtigkeit errechnet sich dementsprechend nach:

S:={\frac {m_{\text{W bei Sättigung}}}{m_{\mathrm {fL} }}}={\frac {\rho _{\text{W bei Sättigung}}}{\rho _{\mathrm {fL} }}}\approx {\frac {0{,}622\cdot E}{p-0{,}378\cdot E}}

S:={\frac {m_{\text{W bei Sättigung}}}{m_{\mathrm {fL} }}}={\frac {\rho _{\text{W bei Sättigung}}}{\rho _{\mathrm {fL} }}}\approx {\frac {0{,}622\cdot E}{p-0{,}378\cdot E}}

S:={\frac {m_{{{\text{W bei Sättigung}}}}}{m_{{{\mathrm {fL}}}}}}={\frac {\rho _{{{\text{W bei Sättigung}}}}}{\rho _{{{\mathrm {fL}}}}}}\approx {\frac {0{,}622\cdot E}{p-0{,}378\cdot E}}

Die einzelnen Formelzeichen stehen für folgende Größen:

m _x – Massen
ρ _x – Dichten
ρ _fL – Dichte der feuchten Luft
V _G – Gesamtvolumen der feuchten Luft
R _W – individuelle Gaskonstante des Wassers
R _tL – individuelle Gaskonstante von trockener Luft
T – Temperatur
M _W – molare Masse von reinem Wasser = 18,01528 g / mol
M _tL – molare Masse von trockener Luft = 28,9644 g / mol (Wert der Standardatmosphäre )
e – Dampfdruck
p – Luftdruck
E – Sättigungsdampfdruck

Mischungsverhältnis

Das Mischungsverhältnis (Formelzeichen: μ , x , m ), auch Feuchtigkeitsgrad oder Wasserdampfgehalt genannt, gibt die Masse des Wassers an, die sich in einer bestimmten Masse trockener Luft befindet. In ihren Eigenschaften sind Mischungsverhältnis und spezifische Luftfeuchtigkeit identisch. Im Regelfall unterscheidet sich auch der Zahlenwert nicht sehr stark, weshalb man beide Größen genähert gleichsetzen kann.

Das Mischungsverhältnis kann mit folgenden Formeln berechnet werden, wobei es über den ersten Term definiert ist und alle nachfolgenden Terme Äquivalente oder Näherungen hierzu darstellen (fL – feuchte Luft; tL – trockene Luft; W – Wasserdampf bzw. Wasser):

\mu :={\frac {m_{\mathrm {W} }}{m_{\mathrm {tL} }}}={\frac {\rho _{\mathrm {W} }}{\rho _{\mathrm {tL} }}}={\frac {M_{\mathrm {W} }}{M_{\mathrm {tL} }}}\cdot {\frac {e}{p-e}}\approx 0{,}622\cdot {\frac {e}{p-e}}

\mu :={\frac {m_{\mathrm {W} }}{m_{\mathrm {tL} }}}={\frac {\rho _{\mathrm {W} }}{\rho _{\mathrm {tL} }}}={\frac {M_{\mathrm {W} }}{M_{\mathrm {tL} }}}\cdot {\frac {e}{pe}}\approx 0{,}622\cdot {\frac {e}{pe}}

\mu :={\frac {m_{{{\mathrm {W}}}}}{m_{{{\mathrm {tL}}}}}}={\frac {\rho _{{{\mathrm {W}}}}}{\rho _{{{\mathrm {tL}}}}}}={\frac {M_{{{\mathrm {W}}}}}{M_{{{\mathrm {tL}}}}}}\cdot {\frac {e}{p-e}}\approx 0{,}622\cdot {\frac {e}{p-e}}

Die einzelnen Formelzeichen stehen für folgende Größen:

m _x – Massen
ρ _x – Dichten
M _W – molare Masse von reinem Wasser = 18,01528 g / mol
M _tL – molare Masse von trockener Luft = 28,9644 g / mol (Wert der Standardatmosphäre )
e – Dampfdruck
p – Luftdruck

Taupunkt

Als Taupunkt oder Taupunkttemperatur bezeichnet man die Temperatur, bei der sich auf einem Gegenstand (bei vorhandener Feuchtigkeit ) ein Gleichgewichtszustand von kondensierendem und verdunstendem Wasser einstellt, mit anderen Worten die Temperatur, bei deren Unterschreitung Kondensatbildung gerade einsetzt. Sie wird mit einem Taupunktspiegelhygrometer gemessen. Der Taupunkt einer Probe ist lediglich vom Druck abhängig, wohingegen die relative Feuchtigkeit eine von Druck und Temperatur abhängige Größe ist. Die Taupunktkurve gibt bei gegebenem atmosphärischen Druck für die jeweilige Temperatur den Maximalwert von Feuchtigkeit an, die Luft aufnehmen kann (= 100 % relative Feuchtigkeit ). Abkühlung der Luft unter die Taupunkttemperatur führt zu Kondensation, Erwärmung zu neuer Wasserdampfaufnahmefähigkeit.

Feuchttemperatur

Die Feuchttemperatur ist jene Temperatur, die ein Luftpaket haben würde, wenn es adiabatisch bei konstantem Druck durch Verdunsten von Wasser in dem Paket bis zur Sättigung gekühlt und dabei die benötigte latente Wärme dem Paket entzogen werden würde. ^[11] Gemessen wird sie mit Hilfe eines Psychrometers (zum Beispiel Aßmannsches Aspirationspsychrometer ). Bei Kenntnis von Temperatur und Luftfeuchtigkeit kann man die Feuchttemperatur aus einer sogenannten Psychrometertabelle ablesen. Die Formel für die Feuchttemperatur lautet:

T_{\mathrm {f} }=T\cdot \exp \left(L\cdot {\frac {m-m_{s}{_{T_{f}}}}{c_{p}\cdot T}}\right)

T_{\mathrm {f} }=T\cdot \exp \left(L\cdot {\frac {m-m_{s}{_{T_{f}}}}{c_{p}\cdot T}}\right)

T_{{\mathrm {f}}}=T\cdot \exp \left(L\cdot {\frac {m-m_{s}{_{{T_{f}}}}}{c_{p}\cdot T}}\right)

wobei:

T _f – Feuchttemperatur
L – Phasenumwandlungswärme bei Kondensation/Verdunstung (≈ 2450 kJ/kg)
m – Mischungsverhältnis
m _s – Sättigungsmischungsverhältnis bei Feuchttemperatur(!)
T – abs. Temperatur
c _p – spezifische Wärme von Luft = 1005 J/(kg·K)

In der praktischen Anwendung wurden zahlreiche empirische Formeln entwickelt, die aber meist nur in einem bestimmten Temperatur- und Druckbereich gut funktionieren.

In der angewandten Meteorologie wird sie oft zur Unterscheidung der Niederschlagsart (Schnee/Regen) an unbemannten Wetterstationen eingesetzt. Als Richtwert gilt, dass Niederschlag bei einer Feuchttemperatur größer oder gleich 1,2 °C als Regen, bei T _f kleiner oder gleich 1,2 °C als Schnee fällt. Allerdings lassen sich damit nur grobe Abschätzungen vornehmen.

Jüngste Untersuchungen für die Station Wien Hohe Warte (WMO: 11035) haben gezeigt, dass Niederschlag bei T _f unter 1,1 bzw. über 1,4 °C in 2/3 der Fälle in fester bzw. flüssiger Form auftritt. Im Wesentlichen konnte der Richtwert von 1,2 °C Feuchttemperatur also bestätigt werden. ^[12]

Messung

Haar-Hygrometer

Feuchtigkeitsindikator zum Beilegen zu feuchtigkeitsempfindlichen Gütern; dieses Beispiel liegt elektronischen Bauteilen bei, die nach zu feuchter Lagerung vor der Weiterverarbeitung einer Trocknung (baking) unterzogen werden müssen, um Schäden beim Lötprozess zu vermeiden; Details unter Moisture Sensitivity Level

Geräte zur Messung der Luftfeuchtigkeit werden als Hygrometer bezeichnet. Arten sind zum Beispiel Absorptionshygrometer ( Haarhygrometer ), Psychrometer und Taupunktspiegelhygrometer .

Feuchtigkeitsensoren liefern ein elektrisches Signal, Absorptionssensoren beruhen auf einer sich bei unterschiedlicher Wasseraufnahme ändernden elektrischen Eigenschaft bestimmter Materialien und Materialaufbauten. Beispiele für elektrische Sensoren sind unter anderem Impedanz-Sensoren, hier ist es die elektrische Leitfähigkeit , die sich ändert. Bei kapazitiven Sensoren wirkt die Feuchtigkeit auf das Dielektrikum und ändert so die Kapazität des Sensors, bei schwingquarzbasierten Feuchtigkeitsensoren verändert sich durch die Feuchtigkeit die Resonanzfrequenz des Quarzes.

In den weltweiten offiziellen Wetterstationen werden zur Messung der Luftfeuchtigkeit verschiedene Messgeräte benutzt. Eine Methode ist ein in der Klimahütte montiertes Aspirationspsychrometer , welches aus einem trockenen und einem feuchten Thermometer besteht. Aus den Werten beider Thermometer kann man anhand einer Tabelle dann die aktuelle relative Luftfeuchtigkeit in Prozent und den Taupunkt ermitteln. Weiterhin gibt es separate Messfühler für den Taupunkt , welche aus einem Sensor über einer Lithiumchloridlösung bestehen. ^[13]

Feuchtigkeitsindikatoren bestehen zum Beispiel aus mit Kobaltchlorid versetztem Silicagel (Blaugel) und führen bei bestimmten Feuchtigkeitswerten einen Farbwechsel aus. Sie dienen dazu, feuchtigkeitsempfindlichen Gütern beigelegt zu werden, um insbesondere in tropischen Gegenden und bei starken Temperaturunterschieden deren Transportbedingungen hinsichtlich der relativen Luftfeuchtigkeit kontrollieren zu können. Blaugel (oder das kobaltfreie Orangegel ) wird auch in hermetisch verschlossenen Baugruppen hinter Sichtfenstern untergebracht, um die Luftfeuchtigkeit im Inneren kontrollieren zu können.

Variabilität

Tagesgang

Die Luftfeuchtigkeit zeigt einen typischen Tagesgang, der zwar je nach Umgebungsbedingungen sehr unterschiedlich sein kann und auch nicht immer einem bestimmten Muster folgen muss, es aber im Regelfall tut. So zeigt sich für das sommerliche Berlin ungefähr der folgende Verlauf: um 7 Uhr Ortszeit liegt die absolute Luftfeuchtigkeit im Mittel bei etwa 10,6 g/m³, um 14 Uhr bei 10,0 g/m³ und schließlich um 21 Uhr wieder bei 10,6 g/m³. Im Winter belaufen sich die Werte auf morgens 4,5 g/m³, mittags 4,6 g/m³ und abends wiederum 4,5 g/m³. Die Luftfeuchtigkeit steigt also im Winter nach Sonnenaufgang und sinkt nach Sonnenuntergang mit dem Tagesgang der Lufttemperatur und so, wie man es aufgrund der erhöhten Verdunstung erwarten kann. Im Sommer kommt der Einfluss der Konvektion hinzu, da aufsteigende Luftpakete das Eindringen trockenerer Luftmassen aus der Höhe bedingen und daher zu einem mittäglichen bis nachmittäglichen Minimum führen. In den Abendstunden steigt die absolute Luftfeuchtigkeit mit nachlassender Konvektion wieder an. Im Sommer ergeben sich daher zwei Dampfdruckmaxima, eines um etwa 8 Uhr und eines um ungefähr 23 Uhr.

Der Verlauf der relativen Luftfeuchtigkeit erreicht nachts (insbesondere bei fehlender Bewölkung) in Bodennähe oft 100 %, da die Temperatur der bodennahen Luftschichten durch Kontakt mit dem sich durch Abstrahlung in den Weltraum abkühlenden Erdboden unter den Taupunkt fällt. An windstillen Tagen wird schon kurze Zeit (ab 20 min) nach Sonnenuntergang der Taupunkt an isolierten horizontalen Flächen (Autodach, Flachdach) unterschritten. Bei senkrechten Flächen (Autofenster, Verkehrsschilder) dauert es etwas länger. Die Folge sind Tau bzw. Reif .

Jahresgang

Im Jahresgang, basierend auf entweder Tages- oder Monatsmitteln als langjährigen Durchschnittswerten, zeigen sich Maxima der relativen Luftfeuchtigkeit im Spätherbst und Frühwinter, also im Zeitraum der größten Nebelbildung. Demgegenüber stehen Minimalwerte im Frühjahr und Frühsommer. Der Dampfdruck ist im Winter am geringsten und im Sommer am höchsten. Die bestimmenden Einflüsse sind dabei Verdunstung und Advektion von Wasserdampf, die einen sehr starken regionalen bzw. lokalen Bezug aufweisen.

Abhängigkeit von der Höhe

Der Wasserdampfdruck nimmt mit zunehmender Höhe und damit abnehmender Lufttemperatur zunächst sehr rasch und dann ab drei Kilometern nur noch langsam ab. In zehn Kilometern Höhe beträgt er dann nur noch etwa ein Prozent des Bodenwertes. Die relative Luftfeuchtigkeit zeigt keinen derart eindeutigen Trend, ist in der Tropopause , in Mitteleuropa etwa ab 11 Kilometern Höhe, jedoch meist sehr gering. Sie beträgt hier im Normalfall etwa 20 % und sinkt mit zunehmender Höhe weiter ab, was auch der Grund dafür ist, dass die Wolkenbildung fast ausschließlich auf die Troposphäre begrenzt ist.

Bedeutung und Anwendungsbereiche

Die Luftfeuchtigkeit ist in einer Vielzahl von Anwendungen von Bedeutung, wobei hier die Meteorologie und Klimatologie zwar deren theoretisches, nicht aber deren anwendungsorientiertes Zentrum bilden. Die Rolle des Wasserdampfes , dessen Eigenschaften und insbesondere seine technischen Anwendungen außerhalb der atmosphärischen Bedingungen werden dort erläutert. Die allgemeinen Eigenschaften des Wassers und dessen natürliche Verbreitung können gesondert nachgelesen werden.

Alltag

Im Alltag lassen sich zahlreiche Phänomene auf die Luftfeuchtigkeit zurückführen, von denen einige hier exemplarisch vorgestellt werden sollen.

Beobachtet man nasse Gegenstände oder offene Wasserflächen über einen längeren Zeitraum, ohne dass diesen von außen weiteres Wasser zugeführt wird, so nimmt deren Nässe ab bzw. die Wasserfläche trocknet aus. Wäsche wird mit der Zeit trocken, Pfützen verschwinden, Lebensmittel werden hart und ungenießbar. Es kommt zur Verdunstung . Diese ist jedoch nur möglich, so lange die Luft ungesättigt ist, also die relative Luftfeuchtigkeit unter 100 % liegt.

Eisblumen

Betritt man aus der kühleren Umgebung kommend einen geheizten Raum, so stellt man oft fest, dass Brillengläser beschlagen. Gleiches gilt auch für Fensterscheiben. Sind die Scheiben kälter als der Innenraum, so beschlagen sie. Zum Beispiel auch bei Kraftfahrzeugen wird dadurch das Sichtfeld eingeschränkt. Der gleiche Effekt tritt in Bädern und Saunen auf, hier beschlagen oft auch Spiegel und andere kältere Gegenstände. Grund für all diese Effekte sind die kalten Oberflächen, die die Luft in ihrer unmittelbaren Umgebung abkühlen: je höher die relative Luftfeuchtigkeit der Luft ist, desto schneller erreicht sie beim Abkühlen den Taupunkt und Wasser kondensiert . Je höher der Temperaturunterschied zwischen den Oberflächen und der Umgebungsluft ist, desto stärker ist die Neigung zur Betauung bzw. zum Beschlagen. Aus diesem Grunde zeigen sich die beschriebenen Fälle vor allem im Winter, in feuchten Räumen, an Außenwänden und im Freien nachts bei unbedecktem Himmel (Abkühlung der Erdoberfläche durch Abstrahlung in den Weltraum). Sinken die Temperaturen der Oberflächen unter 0 °C, bilden sich Eisblumen oder Reif . Gegenmaßnahmen gegen Betauung und Bereifung:

Beblasen der Scheiben mit warmer Luft
Heizkörper in Wohnräumen befinden sich an Außenwänden und unter Fenstern
Beheizen der Gegenstände (Heckscheibe von KFZ, Flugzeug-Komponenten)

Der Effekt führt auch zum Vereisen von Gefrierfächern bzw. des Verdampfers in Kühlschränken und Gefriertruhen bei gleichzeitiger Austrocknung unverpackter Kühlware. Deren Wasser verdunstet bzw. sublimiert zunächst, um dann an kalten Oberflächen zu kondensieren bzw. zu Eis zu resublimieren . Technische Verwendung findet dieser Effekt bei der Gefriertrocknung .

Die Vereisung von Vergasern von Ottomotoren (zum Beispiel in Kraftfahrzeugen oder kleinen Flugzeugen) führt zum Motorausfall. Sie beruht im Wesentlichen auf der Abkühlung der Luft aufgrund der Verdunstungskälte des Benzins, teilweise auch aufgrund des Unterdruckes, der die Luft zusätzlich abkühlt.

Nebelbildung in Randwirbeln

Die Unterschreitung des Taupunktes kann man auch bei Flugzeugen oder schnellen Rennautos beobachten. Die Randwirbel an den Enden der Tragflächen oder eines Spoilers führen zu einem lokalen Absinken des Luftdruckes und nach dem 2. Gesetz von Gay-Lussac zu lokaler Abkühlung der Luft. Der Taupunkt wird lokal unterschritten und dort entsteht Nebel. Ist die Luftfeuchtigkeit bei Temperaturen unter null besonders hoch, kommt es bei Flugzeugen zur gefürchteten Tragflächenvereisung – dann reicht bereits der Unterdruck oberhalb und hinter den Tragflächen und Leitwerken, um eine Bereifung auszulösen.

Die Ausatemluft ist beim Menschen und homoiothermen Tieren wesentlich feuchtigkeitsreicher und wärmer als die Einatemluft. Dies erkennt man am zu sichtbaren Nebelschwaden kondensierenden Wasserdampf der Ausatemluft im Winter bzw. bei niedrigen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit. Die warme und feuchtigkeitsreiche Ausatemluft kühlt sich unter den Taupunkt ab und es kommt zur Entstehung von Wassertröpfchen. Gleiches gilt auch für die Abgase von Fahrzeugen, Flugzeugen und Kraftwerken, deren Wolkenbildung bzw. Kondensstreifen oft mit deren Schadstoffemission verwechselt werden.

Meteorologie, Klimatologie und Hydrologie

Hagelschauer in Finnland

Wird mit Wasserdampf gesättigte Luft unter den Taupunkt abgekühlt, so scheidet sich flüssiges Wasser durch Kondensation aus der Luft ab, falls die hierfür notwendigen Kondensationskerne ( Aerosole ) vorhanden sind. Diese liegen jedoch unter natürlichen Bedingungen fast immer in ausreichender Konzentration vor, sodass es nur in Ausnahmefällen zu markanten Übersättigungen von mehreren Prozentpunkten kommt. Die Kondensation und ab Temperaturen unter 0 °C auch Resublimation des Wasserdampfs führen unter anderem zur Wolken -, Hagel -, Schnee -, Nebel -, Tau - und Reifbildung . Wasserdampf ist daher kein permanentes Gas der Atmosphäre und weist mit einer statistischen Verweildauer von etwa zehn Tagen eine hohe Mobilität auf.

Obwohl der Wasserdampf nur mit relativ geringen Konzentrationen in der Atmosphäre vertreten ist, trägt er bedingt durch seine hohe Mobilität und den damit verbundenen Stoffumsatz einen großen Anteil am globalen Wasserkreislauf und spielt daher in der Wasserbilanz eine wichtige Rolle. Hierbei ist die Luftfeuchtigkeit auch eine wichtige Eingangsgröße zur Niederschlagsbildung bzw. deren Berechnung und auch zur Bestimmung der Verdunstung bzw. der Evaporation , Transpiration und Interzeptionsverdunstung . Dies spielt im Rahmen der klimatischen Wasserbilanz wiederum eine wesentliche Rolle für verschiedene Klimaklassifikationen .

Aus der Luftfeuchtigkeit lassen sich zudem wichtige meteorologische Größen ableiten, wie zum Beispiel das Kondensationsniveau und die virtuelle Temperatur . Auch ist die Luftfeuchtigkeit bzw. der Wasserdampf wesentlich am Strahlungshaushalt der Atmosphäre beteiligt – Wasserdampf ist das bedeutendste Treibhausgas . Wasserdampf, insbesondere jedoch Wolken verhindern stark die nächtliche Abkühlung der Erdoberfläche, da sie durch Absorption und Re-Emission einen Ausgleich der Strahlungsbilanz der Wärmeabstrahlung der Erdoberfläche herstellen.

Die im flüssigen Aggregatzustand des Wassers gespeicherte latente Wärme bedingt den Unterschied zwischen feucht- und trockenadiabatischemTemperaturgradienten – eine der Voraussetzungen für die Entstehung von Föhn .

Trocknung

Luft von niedriger relativer Luftfeuchtigkeit ist ein häufig im Alltag angewandtes Trocknungsmittel , z. B. bei der Trocknung von Textilien auf der Wäscheleine. Bei der Trocknung von Materialien durch Verdunstung ist entscheidend, dass die Luftfeuchtigkeit hinreichend niedrig ist. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100 % kann das Trockengut nicht weiter trocknen, es stellt sich ein Gleichgewicht ein. Bei Trocknungsverfahren , zum Beispiel in Trocknern , auch Wäschetrocknern , versucht man daher, die relative Feuchtigkeit der Umgebung zu senken. Das kann durch Temperaturerhöhung, Luftaustausch ( Fön , Ablufttrockner), durch Adsorption des Wassers (Adsorptionstrockner) oder durch Auskondensation des Wassers (Kondenstrockner) erfolgen.

In anderen Fällen wird hingegen in der Regel auf die Wirkung des Windes vertraut, der ständig neue Luft von niedriger relativer Luftfeuchtigkeit heranweht und so beispielsweise Heu , frisch geschlagenem Holz, Mörtel , aufgehängter Wäsche, Tabakblättern, Kaffee- oder Kakaobohnen das Wasser entzieht.

Spaltöffnung an einem Blatt

Biologie

In der Biologie und hier besonders der Ökologie ist die Luftfeuchtigkeit von großer Bedeutung. Sie bedingt nicht nur das Auftreten von Klimazonen oder bestimmten Ökosystemen , sondern spielt auch bei der Transpiration über die Spaltöffnungen der Blätter und in deren Interzellularraum (Interzellulare) eine große Rolle (Wasserdampfpartialdruck). Die Luftfeuchtigkeit ist daher ein wichtiger Parameter für den Wasserhaushalt von Pflanzen, Tieren und Menschen ( Schwitzen , Atmen, Pilzbefall). Eine besondere Rolle spielt die Luftfeuchtigkeit zudem für jene Tiere, die hauptsächlich über die Haut atmen. Hierzu zählen viele Schnecken und andere Weichtiere , die in der Folge auch eine geringe Toleranz gegen Austrocknung besitzen.

Gesundheit

Für Wohn- und Büroräume wird eine relative Luftfeuchtigkeit von 40 bis 50 % empfohlen. ^[14] In kühlen Bereichen ist eine höhere Luftfeuchtigkeit erträglicher als in besonders warmen Bereichen (unterhalb 20 °C können auch über 70 % noch als behaglich empfunden werden). Unbehaglich sind generell Luftfeuchtigkeiten über 95 % und unter 23 %. ^[14] Bei üblichen Bedingungen kann in beheizten Räumen (im Winter, besonders bei tiefer Außentemperatur) die Luft ohne aktive Luftbefeuchtung zu trocken werden. ^[14] Andererseits sollte die Luftfeuchtigkeit im Schlafzimmer bei geschlossenen Fenstern generell etwas niedriger sein, da durch die Ausatmung die Luftfeuchtigkeit weiter ansteigt und bei einer Ausgangs-Feuchtigkeit von 60 % die Schwelle zur Schimmelbildung überschritten werden kann. Es empfiehlt sich, in den Wohnräumen ein Hygrometer aufzustellen, um die aktuelle Luftfeuchtigkeit zu messen und gegebenenfalls mittels regelmäßigem Stoßlüften oder Luftentfeuchtern entgegenzuwirken. ^[15] ^[16] ^[17]

Ursachen und gesundheitliche Risiken bei zu geringer Luftfeuchtigkeit

Vor allem in geschlossenen, stark belüfteten und gut beheizten Räumen werden die empfohlenen Werte oft unterschritten, was zu einer verminderten Atemleistung und einer Beeinträchtigung der Haut bzw. Schleimhaut führen kann. Dies ist besonders im Winter der Fall, da die kalte Außenluft dann nur eine geringe absolute Luftfeuchtigkeit besitzt und durch das Erwärmen auf Zimmertemperatur die relative Luftfeuchtigkeit sehr stark absinkt. Bei zu stark sinkender Luftfeuchtigkeit kann durch eine Reduzierung von Undichtigkeiten der ungewollte Luftaustausch verringert werden. Die Luftfeuchtigkeit sollte jedoch auch im Bereich der kältesten Stellen des Raumes (Außenwände hinter Möbeln) nicht über 80 % ansteigen, da bei höheren Werten Schimmelwachstum nicht auszuschließen ist. Je nach Nutzung und Wärmedämmung der Räume ergeben sich zur Vermeidung von Schimmelwachstum oft Werte der Luftfeuchtigkeit, die deutlich unter den medizinisch empfohlenen liegen.

In sehr kalten Gebieten oder auch kalten Jahreszeiten bzw. in der Nacht zeigt sich oft ein erhöhter Flüssigkeitsverbrauch des menschlichen Organismus, obwohl aufgrund des fehlenden Flüssigkeitsverlustes durch Schwitzen eher das Gegenteil angenommen werden müsste. Begründet liegt dies in der Befeuchtung der trockenen Einatemluft und dem damit verbundenen Wasserverlust. Wird die kalte Außenluft beim Einatmen erwärmt, so steigt deren Wasserdampfkapazität und senkt damit auch die relative Luftfeuchtigkeit. Im Gegensatz hierzu steigt das Sättigungsdefizit an und die Neigung des flüssigen Lungengewebswassers, in den gasförmigen Aggregatzustand überzugehen, nimmt zu. Im Sommer bzw. bei warmer Umgebungsluft wird die Einatemluft kaum noch zusätzlich erwärmt und behält daher ihre meist hohe relative Luftfeuchtigkeit. Sind die zusätzlichen Wasserverluste durch Schwitzen hier nicht allzu groß, ist der Wasserbedarf des Körpers daher bei kalten Umgebungsbedingungen höher.

Eine zu niedrige Luftfeuchtigkeit ist für die Atmung nicht förderlich, da der Sauerstoff über die Alveolen dann schlechter in die Blutbahn gelangt. Die Haut benötigt eine hohe Luftfeuchtigkeit, um nicht auszutrocknen, da diese eng mit der Hautfeuchtigkeit gekoppelt ist. Besonders Schleimhäute sind für Austrocknen anfällig, da sie nur über einen geringen Verdunstungsschutz verfügen und auf ihre hohe Feuchtigkeit zur Erhaltung ihrer Funktionen angewiesen sind. So kann eine geringe Feuchtigkeit der Nasenschleimhaut ein erhöhtes Auftreten von Nasenbluten zur Folge haben. Generell wird dabei auch die Immunabwehr der Haut geschwächt (erhöhtes Erkältungsrisiko) und deren Fähigkeit zum Stoffaustausch herabgesetzt, wovon besonders die Mundschleimhaut betroffen ist. Auch die Anfälligkeit für Hautreizungen bzw. -rötungen oder gar Hautentzündungen wird durch eine geringe Luftfeuchtigkeit erhöht. Wenn diese Entzündungen nur in bestimmten Räumen oder Gebäuden auftreten ist dies in der Regel auf eine zusätzliche Belastung der Raumluft mit Schadstoffen (z. B. Feinstaub, Lösungsmittel, Formaldehyd usw.) zurückzuführen.

Bei der Durchführung von Inhalationsnarkosen ist die Anfeuchtung des inhalierten Gasgemisches sehr wichtig, da die zur Anwendung kommenden medizinischen Gase wasserfrei gelagert werden und andernfalls die auftretenden Verdunstungseffekte in der Lunge des Patienten Auskühlungserscheinungen ( Verdunstungskälte ) und eine gewisse Austrocknung bewirken würden. ^[18]

Gesundheitliche Risiken bei zu hoher Luftfeuchtigkeit

Eine hohe relative Luftfeuchtigkeit behindert hingegen die Regulation der Körpertemperatur durch das Schwitzen und wird daher schnell als schwül empfunden. Trotz höherer Temperaturen können daher sehr heiße Wüsten oft wesentlich leichter durch den Organismus verkraftet werden (vorausgesetzt er leidet nicht unter Austrocknung) als Regenwälder mit einer hohen Luftfeuchtigkeit und vergleichsweise gemäßigten Temperaturen. Die Auswirkung der Luftfeuchtigkeit auf die gefühlte Temperatur wird durch den Humidex beschrieben, wobei der grundsätzliche Zusammenhang zwischen einer steigenden Luftfeuchtigkeit und einer steigenden gefühlten Temperatur auch für niedrige Werte der Luftfeuchtigkeit gilt und somit beispielsweise zur Reduzierung der Zimmertemperatur und damit des Heizaufwandes herangezogen werden kann. ^[19]

Land- und Forstwirtschaft

Sauerländer Wald im Nebel

In der Landwirtschaft besteht bei einer zu niedrigen Luftfeuchtigkeit die Gefahr einer Austrocknung der Felder und der angebauten Pflanzen und damit einer Missernte . Durch die Erhöhung des Dampfdruckgradienten zwischen Blattoberfläche und Atmosphäre wird den Pflanzen dabei Feuchtigkeit entzogen (siehe Abschnitt Biologie), insbesondere wenn ihre Spaltöffnungen am Tag geöffnet sind und sie nur über einen geringen Verdunstungsschutz verfügen, was bei vielen heimischen Pflanzen (C-3-Pflanzen), der Fall ist. Die Pflanzen erhöhen dadurch die Austrocknung des Bodens, andererseits schützen sie ihn vor direkter Sonneneinstrahlung und Erwärmung und fördern durch ihre Wurzeln Wasser aus tieferen Schichten an die Oberfläche. Viele Moor- und Sumpfpflanzen verfügen über einen Regelmechanismus, der die Verdunstungsrate bei beginnender Austrocknung senkt.

Die Wasserbilanz wird beim Freilandanbau wesentlich auch durch nächtlichen Tau verbessert – Pflanzen betauen eher als unbedeckter Erdboden, da sie sich nachts durch Wärmeabstrahlung schneller abkühlen als unbedeckter Boden mit seiner höheren Wärmekapazität . ^[20]

Doch auch in der Forstwirtschaft und der holzverarbeitenden Industrie spielt die Luftfeuchtigkeit eine Rolle. Frisch geschlagenes Holz verfügt über eine hohe Eigenfeuchtigkeit, sie ist bei im Winter geschlagenem Holz geringer. Diese Holzfeuchtigkeit sinkt in der Zeit der Ablagerung ab und gleicht sich an die Luftfeuchtigkeit an. Wird zu frisches Holz verarbeitet, schwindet und verzieht es sich. Die Änderung der Holzfeuchtigkeit aufgrund wechselnder Luftfeuchtigkeit führt auch bei abgelagertem Holz zu sich ändernden Maßen des Holzes quer zur Faser und ist von großer Wichtigkeit für alle holzverarbeitenden Gewerbe und Industrien. Bei der Lagerung frischen Holzes in Sägewerken werden oft Sprinkleranlagen eingesetzt, um das Holz langsamer zu trocknen und so Schwindungsrisse zu vermeiden.

Auch abgelagertes Holz ( Bretter , Kanthölzer und Balken ) wird so gelagert, dass es von Luft umströmt wird und durch sein Eigengewicht parallel fixiert ist. Das soll garantieren, dass sich das Holz nicht verzieht oder gar fault . Beim Verlegen von Dielen- und Parkettfußböden muss beachtet werden, dass sich das Holz aufgrund seiner Hygroskopizität der Umgebungsfeuchtigkeit anpasst. Unterhalb des Fasersättigungsbereiches führt dies zur Quellung oder Schwindung des Holzes. Aus diesem Grund werden auch Holzfässer bei Nichtbenutzung undicht. ^[21]

Lagerhaltung und Produktion

Ein vorbereiteter Humidor mit Hygrometer

In der Lagerhaltung von Lebensmitteln ist die Luftfeuchtigkeit sehr wichtig zur Steuerung der Genussreife , vor allem bei Lagerobst . Auch Korrosion kann durch eine hohe Luftfeuchtigkeit begünstigt werden, besonders über den indirekten Effekt der gesteigerten Taubildung, und muss daher bei Lagerung und Transport feuchtigkeitsempfindlicher Güter berücksichtigt werden. Beispiele, die bestimmte Luftfeuchtigkeit erfordern, sind Chemikalien , Zigarren (Humidor), Wein (Korken), Salami , Holz , Kunstwerke , Bücher und optische oder elektronische Baugruppen und Bauteile, zum Beispiel integrierte Schaltkreise . Die Luftfeuchtigkeit muss zur Einhaltung bestimmter Raumklimata in Lagerräumen , Museen , Archiven , Büchereien , Laboren , Rechenzentren und industriellen Produktionsanlagen ( Mikroelektronik -Fertigung) überwacht oder gesteuert werden.

Beim Gütertransport in wetterisolierten Containern oder auch verschweißten Kunststoffbeuteln kann sich Kondenswasser und Betauung bilden, wenn die Luft im Inneren beim Sinken der Temperatur unter den Taupunkt gelangt, zum Beispiel beim Transport aus tropischen in kältere Gebiete. In Folienverpackungen feuchtigkeitsempfindlicher Güter werden daher Beutel mit Silicagel oder Zeolithe gegeben, die die Feuchtigkeit puffern. Feuchtigkeitsindikatoren dienen dazu, die Feuchtigkeitswerte in den Verpackungen während des Transports zu kontrollieren. Feuchtigkeitsempfindliche Geräte wie z. B. in der Elektronik und Optik müssen nach Lagerung bei geringen Temperaturen zunächst temperieren, bevor deren Verpackung geöffnet wird. Ansonsten bildet sich an und in den Geräten Kondenswasser, was insbesondere beim sofortigen Betreiben der betauten Geräte zum Ausfall führen kann. ^[22] ^[23]

Außenwände von Gebäuden

Gerät zur Messung von Luftfeuchtigkeit

In der Bauphysik spielt der Taupunkt in Form der Taupunktebene eine wichtige Rolle. Unter dieser versteht man diejenige Fläche innerhalb des Mauerwerks oder der Wärmedämmung an der Außenwand eines Gebäudes, ab welcher es zur Kondensation kommen kann. Hintergrund ist, dass warme Luft mehr Feuchtigkeit aufnehmen kann als kalte Luft. Bewegt sich warme und mit Feuchtigkeit angereicherte Luft durch Diffusion oder Konvektion innerhalb der Außenwand oder Dämmschicht vom wärmeren zum kälteren Ort (im Winter meist von innen nach außen), so kommt es zur Bildung flüssigen Wassers, sobald der Taupunkt unterschritten wird. Hieraus ergeben sich Gefahren gesundheitsgefährdender Schimmelbildung oder die Dämmschichten versagen aufgrund der Wasseraufnahme (bessere Wärmeleitung ) oder durch Frostsprengung (bezüglich "Diffusion" und "diffusionsoffene Baustoffe" siehe Atmende Wand ).

Gegenmaßnahmen bestehen folglich darin, eine Taupunktunterschreitung durch geeignete Baumaterialien oder andere Maßnahmen zu vermeiden. Die Wärmedämmung sollte daher möglichst an der Außenseite der Wand angebracht werden und ihrerseits nach außen diffusionsoffen sein, sodass sie Wasser an die trockene Außenluft abgeben kann. Ist dies nicht möglich (zum Beispiel bei Innendämmung), muss die Wärmedämmschicht nach innen mit einer Dampfsperre (geschlossene Folie, keine Wasserdiffusion möglich) oder Dampfbremse (Wasserdiffusion ist eingeschränkt möglich) versehen sein, um das Eindringen feuchter Raumluft in die Wärmedämmschicht zu verhindern. Das ist insbesondere dann wichtig, wenn das Mauerwerk, zum Beispiel durch einen Außenanstrich, ein geringes Diffusionsvermögen aufweist. ^[24]

Daneben kann eine Dämmschicht auch von außen vernässt werden. Tau oder andere Niederschläge können (beispielsweise in den Fugen aufgeklebter Klinker verblender ) bei Spannungsrissen oder Schwindrissen kapillar eingesaugt werden. Ist die Grenzfläche der Wärmedämmung zur Außenluft dann flüssigkeits- oder dampfdicht und fehlt eine Hinterlüftung , kann eingedrungene Feuchte nicht mehr abtrocknen und der Dämmstoff vernässt flächig und irreversibel (siehe dazu auch Feuchtigkeit#Feuchte in Gebäudebauteilen )

Die Wirksamkeit der Hinterlüftung zur Austrocknung hängt vom Feuchtegehalt der einströmenden Zuluft ab. Hohe Luftfeuchtigkeit und niedrige Oberflächentemperaturen der Bauteile können Tauwasserbildung in der Hinterlüftungsebene bewirken und so eine weitere Durchfeuchtung auslösen. ^[25]

In der Winterperiode – in diesem Zusammenhang oft als Tauperiode bezeichnet – sind die Temperatur und der Wasserdampfdruck im Inneren höher als außen. Die Außenwand weist daher für beide Werte ein Gefälle nach außen auf. Dieses ist jedoch selbst bei einer homogenen Außenwand nicht gleich, da deren zeitabhängige Speicherwirkung für Wärme und Wasserdampf unterschiedlich ist und sich auch die Temperaturen und Dampfdrücke im Zeitablauf unterschiedlich ändern. Bei inhomogenen Wänden kommt hinzu, dass das Gefälle in den einzelnen Materialien unterschiedlich ist. So hat eine Dampfsperrfolie zum Beispiel ein großes Dampfdruckgefälle, hingegen kaum ein Temperaturgefälle. Bei Dämmstoffen ist es oft umgekehrt, hier ist das Gefälle des Wasserdampfdrucks klein, aber das Temperaturgefälle hoch. Kondensation tritt immer dann ein, wenn die relative Luftfeuchtigkeit örtlich vorübergehend oder (zum Beispiel im Winter) dauernd 100 % überschreitet.

Die Kondenswasserbildung kann auch durch Baustoffe mit hoher Wasserdampfdurchlässigkeit und/oder einem hohen Wasseraufnahmevermögen (Pufferung) bei gleichzeitig geringer Wärmeleitfähigkeit verhindert werden. Beispiele sind Stroh/Lehm oder Holz. Hierbei kann oft auf Dampfsperren verzichtet werden.

Das sachgemäße Belüften von Wohnräumen (insbesondere bei Sanierungen mit Außenanstrich, unsachgemäß angebrachten Dampfsperren und abgedichteten Fenstern) hat einen großen Einfluss auf die Vermeidung von Schimmelbildung. ^[26]

Siehe auch: Niedrigenergiehaus , Baubiologie .

Laut dem Architekten und Fachbuchautor Konrad Fischer wären bei Strahlungsheizungen die "Gebäudehüllflächen" durch Wärmestrahlungsaufnahme stets wärmer als die Luft, die Luft würde dort niemals unter den Taupunkt abgekühlt, der Innenputz könne nicht vernässen und es wüchse kein Schimmel; bei Konvektionsheizungen hingegen wäre die Luft stets wärmer als eine Wand, wodurch an einer Wand der Taupunkt unterschritten werden könnte., ^[27] Fischer übernahm dabei ^[28] im Wesentlichen die Thesen des Architekten Claus Meier ^[29] ^[30] es »kann bei einer strahlungsintensiveren Heizung die Raumlufttemperatur gegenüber den konvektionsoptimierten Heizungen wesentlich gesenkt werden – die Energieeinsparung ist demzufolge eine gewaltige« . ^[29] Weil die Luftfeuchtigkeit der Innenraumluft (Quellen: Atmung, Verdunstung, Trocknung, Pflanzen etc.) durch Luftaustausch aus Wohnräumen entfernt werden soll, ginge mit dem Luftaustausch bei Konvektionsheizung (bei der die Raumluft erwärmt wird) mehr Energie verloren als bei Körper- oder Wanderwärmung durch Wärmestrahler. Somit wären (nach Fischer) Heizsysteme auf Basis von Wärmestrahlung selbst mit undichten Fenstern effizienter als solche mit Konvektionsheizung samt Wärmedämmung. Unterlassene Luftwechsel der angenehm warmen Luft würden häufig zur Kondensation von Feuchte in Innenräumen und in Folge in Verbindung mit organischen Nährstoffen (aus Bindemitteln, Farbanstrichen, Tapetenklebern, Papiertapeten) zu gravierenden Schwarzschimmel belastungen führen.

Luft- und Raumfahrt

In der Luftfahrt besteht die Gefahr des Vereisens von Tragflächen und Leitwerk durch die Resublimation des in der Luft enthaltenen Wasserdampfes. Dieser Effekt kann die Flugfähigkeit binnen kürzester Zeit sehr stark einschränken und ist für zahlreiche Unfälle verantwortlich. Entgegengewirkt wird diesem Vorgang durch Enteisungsanlagen, welche die kritischen Bereiche (zum Beispiel Tragflächenvorderkante) beheizen, um Eisansatz zu verhindern. ^[31]

Eine preisgünstigere Methode besteht darin, die Tragflächenvorderkante mit einer Haut aus Gummi zu überziehen und stoßweise Druckluft zwischen die Gummihaut und die Tragfläche zu pressen. Die Haut wölbt sich und durch die Verformung wird das starre Eis abgesprengt. Diese Methode birgt allerdings ein gewisses Risiko. Ist der entstandene Eispanzer zum Zeitpunkt der Auslösung der Druckluft-Enteisung noch dünn, wird er durch die Gummihaut lediglich gewölbt, aber nicht gesprengt. In der Folge lagert sich weiteres Eis an, die erneute Auslösung der Enteisung bleibt ergebnislos. Um diesem Risiko entgegenzuwirken warten Piloten oft mit der Betätigung der Enteisung, bis sie der Ansicht sind, dass diese auch den tatsächlich gewünschten Effekt zu erzielen vermag.

In der Raumfahrt kommt es bei Raketenstarts zu ähnlichen durch niedrige Außentemperaturen bedingten Problemen. Startfenster werden daher auch nach meteorologischen Gesichtspunkten gewählt und Starts notfalls abgebrochen. Die Nichtbeachtung dieses Grundsatzes kann zum Absturz führen.

Atemschutz

Die Luftfeuchte ist eine wichtige Kenngröße beim Füllen von Druckluftflaschen von z. B. Pressluftatmern. Dafür wird die Luftfeuchtigkeit nach DIN EN 12021 „Druckluft für Atemschutzgeräte“ als maximaler Wassergehalt der in Druckluftflaschen gelagerten Luft und der am Ausgang des Kompressors gemessenen Luft, also die absolute Luftfeuchtigkeit a, d oder f, vorgegeben.

Nach DIN EN 12021 Druckluft für Atemschutzgeräte darf der Wassergehalt in Druckluftflaschen maximal betragen:

bei 200 bar Nenndruck: 50 mg/m ³
bei 300 bar Nenndruck: 35 mg/m ³

Die absolute Luftfeuchtigkeit der vom Kompressor gelieferten Luft zum Füllen von 200-bar- oder 300-bar-Druckluftflaschen sollte 25 mg/m ³ nicht überschreiten. Die Luftfeuchte wird im Atemschutz mit Prüfröhrchenmessgeräten gemessen. Die Maßeinheit bezieht sich jeweils auf auf Atmosphärendruck entspannte Luft. ^[32]

Wärmeaustausch

An Wärmetauschern und kalten Rohrleitungen, die kälter als die Umgebungsluft sind, kann Kondensation von Luftfeuchtigkeit und bei Unterschreiten des Gefrierpunkts auch Vereisung auftreten.

Im Inneren eines Kühlschranks, der daher in der Regel knapp über dem Gefrierpunkt betrieben wird, tritt daher Kondenswasser auf. Ehemals (um 1960/1975) bildete die – einzige – Kühlfläche als horizontale Ebene aus eloxiertem Aluminium den Boden des Gefrierfachs und lag so etwas abgeschirmt über dem Kühlraum. Die Kühlfläche vereiste mit der aus der Raumluft, und aus wasserhältigen Nahrungsmitteln kommenden Luftfeuchtigkeit und musste daher etwa wöchentlich abgetaut werden. Das Eis schmolz dann und tropfte entweder in eine ständig im Kühlschrank eingeschobene Vorrichtung aus dach- und kanalförmigen Stegen in eine Auffangwanne, die händisch herauszuziehen und zu leeren war. Spätere, nicht mehr mit Glaswolle, sondern durch Ausschäumen besser isolierte Geräte, hatten eine durchgehende Wanne aus Kunststoff mit einem im Kühlraum hintenliegenden Ablaufstutzen, dessen Stoppel zum Abtauen geöffnet wird, um das Tauwasser in ein daruntergestelles Gefäß anzulassen. Seit etwa 1980 bildet die rückseitige nahtlos aus geblasenem Kunststoff gebildete Rückwand die Kühlfläche des Kühlraums. Hier kondensiertes Wasser – eventuell während einer Kühlphase vorübergehend gefroren – rinnt nach unten ab in eine eingeformte Rille und weiter durch einen stets offenen Auslass, in eine Kunststofftasse außen am warmen Kühlaggregat und verdunstet dort. Solche Kühlschränke sind selbstabtauend. Das über mit Magnetleisten gefüllte Kunststoffwulste weitgehend luftdicht und damit fast wasserdampfdicht geschlossene Gefrierfach wird nur selten geöffnet und baut deshalb nur wenig Eis auf einer eigenen Kühlfläche auf, das manuell abgetaut werden muss.

Wenn sommers der Taupunkt von Luft in Kellern von Häusern steigt, kondensiert Luftfeuchte auf dem Rohr einer durchflossenen Trinkwasserleitung.

Eine Reihe von Gasen (Propan, Butan, CO ₂ , Lachgas) wird unter Druck verflüssigt in Druckflaschen, Kartuschen oder kleinen Patronen aus Metall vorrätig gehalten. Aus der Gasphase mit ausreichend großer Rate entnommene Mengen werden durch Verdunsten oder Sieden aus der Flüssigphase nachgeliefert, wodurch sich diese abkühlt, was an der Außenseite der aufrecht stehenden Flasche zu flüssiger Kondensation von Luftfeuchte und bei ausreichend niedriger Umgebungstemperatur zu Reifbildung führt, die sichtbar die Spiegelhöhe des Flüssigphase des Inhalts abzeichnet.

Wird nicht speziell entfeuchtete Druckluft aus einem Kessel rasch entlassen, kühl sich die Luft im Strahl beim Entspannen so weit ab, dass mitgerissene Umgebungsluft unter ihren Taupunkt abgekühlt werden kann, sodass sich temporär und lokal ein wenig Nebel bildet. Ein ähnlicher Effekt tritt beim raschen Öffnen eines aufrechten Gefäßes eines Getränks auf, das unter einem gewissen Druck Kohlenstoffdioxid enthält. Wenn das Getränk nicht herausschäumt ist kurz eine kleine Nebelschwade über der Öffnung der Flasche oder Dose sichtbar.

In Trinkgläser kalt eingeschenkte Getränke lassen außen Luftfeuchte kondensieren. Um Tische zu schonen werden Bierdeckel untergelegt. Stielgläser behalten zumeist den Stiel trocken, solange sich der Belag aus feinen Tropfen nicht zu größeren zusammengeballt hat, die abrinnen. Über Stiele von Pilstulpen werden oft Pilsdeckchen gestülpt, die abrinnenden Schaum und Kondenswasser aufsaugen sollen.

An Außenwänden montierte Klimaanlagen lassen im gekühlten Luftstrom Wasser auskondensieren. Geringe Mengen flüssigen Wassers werden so mitunter über kleine Rohre auf den vor einem Geschäftslokal liegenden Gehsteig geleitet.

Entfeuchten und Trocknen von Luft und Stoffen

Entfeuchter bis hinunter zu reisetaschenkleinen Geräten funktionieren durch Abkühlen durchgeblasener Luft bis unter den Taupunkt, Abrinnen des auf den Kühlflächen kondensierten Wassers in ein Sammelgefäß und mehr als Wiedererwärmen der Luft. Typisch wird die Kompressorkältemaschine von einem Elektromotor angetrieben.

Der Einsatz hygroskopischer Stoffe (fest, selten flüssig) empfiehlt sich nur für kleine Luftvolumina. Elektronikgeräten aber auch schimmelanfälligen Lederwaren werden kleine Papiersäckchen von getrocknetem Silicagel beigepackt um Feuchte, die beim Seetransport in Containern durch Kartonverpackungen diffundiert und durch Abkühlen kondensieren kann, bis zu einer gewissen Menge zu binden. Zwischen wasserdampfdichte Lagen von Glas oder Kunststofffolie und ähnlichem wird häufig Seidenpapier oder ähnliches als Zwischenlage gepackt, um den Feuchtigkeitsaustausch zu fördern, um flüssiges Kondenswasser und damit einhergehende Transportvorgänge und Kapillareffekte zu vermeiden.

Im Chemielabor werden Stoffe oft wasserfrei benötigt, um sie ohne Wassergehalt zu verwiegen oder wasserfrei zu verarbeiten. Die Trocknung erfolgt grob an Luft, mehr oder weniger scharf durch Erwärmen eventuell bis zum Glühen. Luftfeuchte bewirkt beim Abkühlen das Wiederaufnehmen von Wasser. Deshalb werden Stoffe in Schalen im Exsikkator neben oder über Trocknungsmitteln gelagert. Der zu trocknende Stoff setzt – bei Raumtemperatur – Wasserdampf als Luftfeuchte frei und z. B. Silikagel, Calciumchlorid oder konzentrierte Schwefelsäure nimmt den Wasserdampf aufgrund höherer Hygroskopizität auf. Das Absaugen von Luft aus dem Exsikkator erfolgt zumeist mit der Wasserstrahlpumpe, dadurch wird das Austreten von Wasserdampf (und anderer Dämpfe) aus der Probe und das Diffundieren des Wasserdampfs zum Trocknungsmittel hin erleichtert. Durch das Erzeugen eines Vakuums von hinunter bis zu etwa 1/100 bar steigt die absolute Luftfeuchtigkeit auf bis zum Hundertfachen an. Wenn nun beispielsweise Wasser mit Umgebungstemperatur (z. B. 20 °C) im Exsikkator als Wasserdampfquelle vorliegt, verändert sich die relative Luftfeuchtigkeit nach Gleichgewichtseinstellung nicht. Denn der Wasserdampfdruck bei 20 °C bewirkt ( ideal betrachtet) unabhängig von nebenbei im selben Volumen vorhandener Luftmoleküle stets eine Sättigung mit Wasserdampf, also 100 % relative Feuchte.

Eine Wasserstrahlpumpe wird zweckmäßig mit kaltem Wasser betrieben, da sie in Richtung Vakuum eine Wasserdampfquelle der Temperatur der Pumpe darstellt. Am Exsikkator wird sie zum Absaugen organischer Dämpfe (z. B. von Lösemitteln) eher nur intermittiert und nicht langdauernd eingesetzt.

Beim Gefriertrocknen wird Gefrorenes, oft Lebensmittel, schonend, weil ohne Erhitzung, im Vakuum getrocknet. Dabei wird verdunstender Wasserdampf im Vakuum angesaugt. Aromastoffe, die weniger flüchtig als Wasser sind oder stärker am Stoff anhaften, bleiben diesem erhalten.

Literatur

H. Häckel: Meteorologie. (= UTB. 1338). 4. Auflage. Ulmer Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-8252-1338-2 .
E. Zmarsly, W. Kuttler, H. Pethe: Meteorologisch-klimatologisches Grundwissen. Eine Einführung mit Übungen, Aufgaben und Lösungen. Ulmer Verlag, Stuttgart 2002, ISBN 3-8252-2281-0 .
P. Hupfer, W. Kuttler: Witterung und Klima. Teubner, Stuttgart/ Leipzig 1998, ISBN 3-322-00255-1 .
W. Weischet: Einführung in die Allgemeine Klimatologie. Borntraeger, Berlin 2002, ISBN 3-443-07123-6 .

Weblinks

Wiktionary: Luftfeuchtigkeit – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Informationen in Bezug auf die Rolle der Luftfeuchtigkeit für Holz und Wohnklima
Manfred Reiber: Die Bedeutung der Luftfeuchtigkeit für das Fliegen und Ballonfahren. Aufsatz mit einem umfangreichen allgemeinen Teil zur Luftfeuchtigkeit, (PDF-Datei; 769 kB) , private Website

Einzelnachweise

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↑ Konrad Fischer: Die Temperierung der Gebäude-Hüllflächen 21
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↑ Prof. Dr.-Ing. habil. Claus Meier: Dämmen wir uns in die Sackgasse? Wärmeschutz und Energieeinsparverordnung. Widersprüchliches und Absurdes , Vortrag anlässlich der Backsteintage 2001, 30./31.01.2001 in Hildesheim/Westerstede, (PDF-Datei)
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↑ Druckluft für Atemschutzgeräte atemschutzlexikon.de, abgerufen am 16. März 2017.

[Quelle_1-1] Julius F. von Hann: Handbuch Der Klimatologie. 1. Auflage. Salzwasser Verlag, 2012, ISBN 978-3-86444-581-1 , S. 44–50.

[2] Jochen Harsch: Schimmel – Ursachen und Zusammenhänge . epubli, Berlin 2014, ISBN 978-3-7375-0741-7 .

[3] Jürgen Schatz, Robert Tammer (Hrsg.): Erste Hilfe – Chemie und Physik für Mediziner. 3. Auflage. Springer Verlag, Berlin/Heidelberg 2015, ISBN 978-3-662-44110-7 .

[4] Rainer Müller: Thermodynamik. Vom Tautropfen zum Solarkraftwerk. Walter de Gruyter, Berlin 2014, ISBN 978-3-11-030198-4 .

[5] Alfred Dengler: Waldbau auf ökologischer Grundlage. Ein Lehr- und Handbuch. 3. Auflage. Springer Verlag, Berlin/ Heidelberg 1944.

[6] SA Bell, SJ Boyes: An Assessment of Experimental Data that Underpin Formulae for Water Vapour Enhancement Factor . National Physical Laboratory, UK, 2001. ( Online-Zugang ).

[DIN52615-7] DIN 52615: Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit von Bau- und Dämmstoffen. Berlin 1987.

[Greenspan-8] L. Greenspan: Humidity Fixed Points of Binary Saturated Aqueous Solutions. In: Journal of Research of the National Bureau of Standards – A. Physics and Chemistry. Vol. 81 A, No. 1, Januar-Februar 1977, S. 89–96. ( PDF ; 320 kB).

[9] Friedrich Waidacher: Handbuch der allgemeinen Museologie. 3. Auflage. Böhlau Verlag, Wien/ Köln/ Weimar 1999, ISBN 3-205-99130-3 , S. 396–399.

[10] Réné Du Bois-Reymond: Physiologie des Menschen und der Säugetiere. 4. Auflage. Springer Verlag, Berlin/ Heidelberg 1920, S. 80–82.

[11] RE Huschke: Glossary of Meteorology. American Meteorological Society, Boston 1959.

[12] J. Rohregger: Methoden zur Bestimmung der Schneefallgrenze. Diplomarbeit. Institut für Meteorologie und Geophysik der Universität Wien, 2008.

[13] Herbert Maria Ulrich: Handbuch der chemischen Untersuchung der Textilfaserstoffe. Erster Band, Springer Verlag, Wien 1954.

[FGK-14] Fachverband Gebäude-Klima e. V.: Raumluftfeuchte . S. 4.

[15] Eine angenehme Luftfeuchtigkeit fördert die Gesundheit . wallstreet-online.de Ratgeber. Abgerufen am 31. Januar 2011.

[16] Gesunde Luftfeuchtigkeit . Deutsches Grünes Kreuz – Umwelt und Gesundheit. Abgerufen am 31. Januar 2011.

[17] Klima im Büro , Ergo Online, abgerufen am 31. Januar 2011.

[18] W. Petro (Hrsg.): Pneumologische Prävention und Rehabilitation. 2. Auflage. Springer Verlag, Berlin/ Heidelberg 2000, ISBN 3-642-64112-1 .

[19] Wolfgang Oczenski (Hrsg.): Atmen – Atemhilfen. Atemphysiologie und Beatmungstechnik. 8., überarbeitete Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2008, ISBN 978-3-13-137698-5 .

[20] Josias Braun-Blanquet: Pflanzensoziologie. Grundzüge der Vegetationskunde. Springer Verlag, Berlin/ Heidelberg 1928.

[21] Bernd Wittchen, Elmar Josten, Thomas Reiche: Holzfachkunde. 4. Auflage. Teubner Verlag, Wiesbaden 2006, ISBN 3-519-35911-1 .

[22] Ökotrophologie 2 . 1. Auflage, Verlag Neuer Merkur, München 2005, ISBN 3-937346-03-1 .

[23] Johann Hamdorf, Heribert Keweloh: Managementsysteme für die Lebensmittelsicherheit. DIN EN ISO 22000 in der Praxis. 1. Auflage. Beuth Verlag, Berlin 2009, ISBN 978-3-410-16826-3 , S. 16–17.

[24] Horst Bieberstein: Schimmelpilz in Wohnräumen – was tun. 3. Auflage. Bieberstein Alpha und Omega Verlag, Stuttgart 1995, ISBN 3-927656-06-2 .

[25] Kain, G., Idam, F., Federspiel, F., Réh, R., Krišťák, L., Suitability of Wooden Shingles for Ventilated Roofs: An Evaluation of Ventilation Efficiency", in: Applied Sciences (2020) [1]

[26] Michael Köneke: Schimmel im Haus erkennen – vermeiden – bekämpfen. 3., überarbeitete Auflage. Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2008, ISBN 978-3-8167-7295-8 , S. 17–18.

[27] Prof. Meiers kontroverse Beiträge zum Energiesparen 5

[28] Konrad Fischer: Die Temperierung der Gebäude-Hüllflächen 21

[Meier/Fischer-29] Meier, C.: Praxis-Ratgeber zur Denkmalpflege Nr. 7, Altbau und Wärmeschutz - 13 Fragen und Antworten. Informationsschriften der Deutschen Burgenvereinigung eV, Marksburg, Braubach,1999; zitiert bei Die Temperierung der Gebäude-Hüllflächen 21 .

[30] Prof. Dr.-Ing. habil. Claus Meier: Dämmen wir uns in die Sackgasse? Wärmeschutz und Energieeinsparverordnung. Widersprüchliches und Absurdes , Vortrag anlässlich der Backsteintage 2001, 30./31.01.2001 in Hildesheim/Westerstede, (PDF-Datei)

[31] Niels Klußmann, Arnim Malik: Lexikon der Luftfahrt . Springer Verlag, Berlin/ Heidelberg 2004, ISBN 3-540-20556-X .

[32] Druckluft für Atemschutzgeräte atemschutzlexikon.de, abgerufen am 16. März 2017.

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