Rechner für den Wassergehalt von feuchter Luft
Bei der Analyse von HVAC- oder anderen thermischen Anwendungen und der Modellierung der Luftfeuchtigkeit wird häufig eine Berechnung von Mehrphasenströmungen gewählt. In vielen Fällen wird der Wasseranteil in der Luft als Eingabevariable für den CFD-Algorithmus benötigt. Der folgende Rechner berechnet die verschiedenen Massenanteile von O2, N2 und H2O in der Luft.
Spezifische und relative Luftfeuchtigkeit: Verständnis und Berechnung von Wasserdampf in der Luft
Die Luftfeuchtigkeit spielt eine entscheidende Rolle bei atmosphärischen und umweltbedingten Bedingungen und beeinflusst alles, von Wetterlagen bis hin zum menschlichen Wohlbefinden. Luftfeuchtigkeit bezieht sich auf die Menge an Wasserdampf in der Luft und kann in Form von spezifischer und relativer Luftfeuchtigkeit beschrieben werden.
Spezifische Luftfeuchtigkeit
Die spezifische Luftfeuchtigkeit (auch als Feuchteverhältnis bekannt) ist die Masse des Wasserdampfs pro Masseneinheit trockener Luft. Es handelt sich um ein absolutes Maß, das die tatsächliche Menge an Feuchtigkeit in der Luft quantifiziert, unabhängig von Temperatur- oder Druckbedingungen. Mathematisch kann sie wie folgt ausgedrückt werden:
$$\omega = \frac{{m_v}}{{m_a}} \quad \left(\text{kg Wasserdampf pro kg trockene Luft}\right)$$
wobei \(m_v\) die Masse des Wasserdampfs und \(m_a\) die Masse der trockenen Luft ist. Alternativ kann die spezifische Luftfeuchtigkeit in Bezug auf den Druck mit folgender Gleichung berechnet werden:
$$\omega = \frac{{0.622 P_v}}{{P - P_v}}$$
In dieser Gleichung ist \(P_v\) der Partialdruck des Wasserdampfs und \(P\) der Gesamtdruck des Luftgemischs. Die Konstante 0,622 stammt aus dem Verhältnis der Gaskonstanten für trockene Luft zu der für Wasserdampf.
Relative Luftfeuchtigkeit
Während die spezifische Luftfeuchtigkeit ein absolutes Maß ist, ist die relative Luftfeuchtigkeit (\(\phi\)) eine häufiger verwendete Messgröße, die angibt, wie viel Feuchtigkeit die Luft im Vergleich zu der maximalen Menge enthält, die sie bei derselben Temperatur aufnehmen kann. Die relative Luftfeuchtigkeit ist das Verhältnis des tatsächlichen Wasserdampfes zur maximalen Menge an Wasserdampf, die die Luft bei Sättigung halten kann:
$$\phi = \frac{{P_v}}{{P_{g}}}$$
wo $P_v$ der Partialdruck des Wasserdampfs und $P_g$ der Sättigungsdruck des Wassers bei der gegebenen Temperatur ist. Der Sättigungsdruck von Wasser bei einer bestimmten Temperatur (zwischen 0 °C und 100 °C) kann in der untenstehenden Tabelle gefunden (oder interpoliert) werden.
Die relative Luftfeuchtigkeit variiert zwischen 0 % (trockene Luft) und 100 % (gesättigte Luft) und hängt von der Temperatur ab. Warme Luft kann mehr Feuchtigkeit aufnehmen als kalte Luft, was bedeutet, dass bei derselben spezifischen Luftfeuchtigkeit die relative Luftfeuchtigkeit bei höheren Temperaturen niedriger sein wird.
Berechnung des Wasserdampfes in feuchter Luft
Um die Menge an Wasserdampf in der Luft zu berechnen, muss zuerst der Partialdruck des Wasserdampfs bestimmt werden. Wenn die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit bekannt sind, kann der Partialdruck \(P_v\) mit folgender Formel berechnet werden:
$$P_v = \phi \times P_{g}$$
wo $P_g$ der Sättigungsdruck des Wasserdampfs bei der gegebenen Temperatur ist. Nachdem $P_v$ bestimmt wurde, kann die spezifische Luftfeuchtigkeit mit der zuvor angegebenen Formel für $\omega$ berechnet werden.
Zum Beispiel berechnen wir die Menge an Wasserdampf in einem Raum, in dem die Luft eine Temperatur von 25 °C, eine relative Luftfeuchtigkeit von 65 % und einen Gesamtdruck von 101325 Pa (101,325 kPa) hat. Der Sättigungsdruck von Wasser bei 25 °C beträgt 3,1697 kPa. Mit der Formel:
$$P_v = 0.65 \times 3.1697 \, \text{kPa} = 2.060 \, \text{kPa}$$
Jetzt kann die spezifische Luftfeuchtigkeit \(\omega\) berechnet werden:
$$\omega = \frac{{0.622 \times 2.060}}{{100 - 2.060}} = 0.0129 \, \text{kg Wasserdampf pro kg trockene Luft}$$
Somit sind pro Kilogramm trockener Luft 0,0129 kg Wasserdampf vorhanden.
Sättigungsdruck (Pg) von Wasser
| Temperatur [°C] | Sättigungsdruck Pg [kPa] |
|---|---|
| 0.00 | 0.6112 |
| 0.01 | 0.6117 |
| 5.00 | 0.8726 |
| 10.00 | 1.2282 |
| 15.00 | 1.7057 |
| 20.00 | 2.3392 |
| 25.00 | 3.1697 |
| 30.00 | 4.2467 |
| 35.00 | 5.6286 |
| 40.00 | 7.3844 |
| 45.00 | 9.5944 |
| 50.00 | 12.351 |
| 55.00 | 15.761 |
| 60.00 | 19.946 |
| 65.00 | 25.041 |
| 70.00 | 31.201 |
| 75.00 | 38.595 |
| 80.00 | 47.415 |
| 85.00 | 57.867 |
| 90.00 | 70.182 |
| 95.00 | 84.609 |
| 100.00 | 101.42 |
Feuchtigkeitsrechner
Berechnen Sie die Massenanteile von O2, N2 und H2O in feuchter Luft für eine gegebene Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit.
Die Berechnung ist nur gültig für Temperaturen zwischen 0 und 100 °C.
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