Lernfeld 15 · Prüfung Teil 2

Feuchte Luft und h-x-Diagramm

Feuchte Luft verstehen: relative und absolute Feuchte, Enthalpie, Taupunkt und Zustandsänderungen im Mollier-h-x-Diagramm.

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Darum geht es

Luft enthält immer Wasserdampf. Die absolute Feuchte oder der Wassergehalt x gibt an, wie viele Gramm Wasser auf ein Kilogramm trockene Luft kommen. Die relative Feuchte sagt, wie viel davon im Verhältnis zur höchstmöglichen Menge bei dieser Temperatur vorhanden ist. Warme Luft kann mehr Wasser aufnehmen als kalte; deshalb sinkt die relative Feuchte beim Erwärmen, obwohl der Wassergehalt gleich bleibt. Kühlt man Luft ab, erreicht sie irgendwann 100 % relative Feuchte. Diese Temperatur ist der Taupunkt, darunter fällt Wasser aus.

Das Mollier-h-x-Diagramm zeigt diese Zusammenhänge auf einen Blick. Senkrecht steht die Temperatur, waagerecht der Wassergehalt, schräg verlaufen die Linien gleicher Enthalpie, gekrümmt die Linien gleicher relativer Feuchte bis zur Sättigungslinie. Zwei bekannte Größen legen den Zustandspunkt fest. Erwärmen und trockenes Kühlen verlaufen senkrecht, Kühlen unter den Taupunkt nach links unten, Dampfbefeuchtung fast waagerecht und adiabate Befeuchtung entlang gleicher Enthalpie. Mischpunkte zweier Luftströme liegen auf ihrer Verbindungsgeraden, näher am größeren Massenstrom.

Die Enthalpie fasst sensible und latente Wärme zusammen. Aus der Enthalpiedifferenz und dem Massenstrom ergibt sich die Leistung eines Luftkühlers, aus der Differenz des Wassergehalts die Kondensatmenge. Für Kälteanlagen ist der Taupunkt doppelt wichtig: Kühlregister entfeuchten nur unterhalb davon, und kalte Rohre müssen so gedämmt sein, dass die Oberfläche der Dämmung über dem Taupunkt der Umgebungsluft bleibt.

Das solltest du dir merken

Erwärmen ändert den Wassergehalt nicht, die relative Feuchte sinkt.
Taupunkt senkrecht nach unten bis zur Sättigungslinie ablesen.
Entfeuchten geht nur mit einer Kühlfläche unter dem Taupunkt.
Die Enthalpiedifferenz enthält sensible und latente Kühlleistung.
Der Wassergehalt wird in der Enthalpieformel in kg/kg eingesetzt.

Formeln

Enthalpie feuchter Luft: $h = 1, 006 \cdot ϑ + x \cdot (2501 + 1, 86 \cdot ϑ)$; $ϑ$ in °C, $x$ Wassergehalt in kg/kg, $h$ in kJ/kg trockene Luft
Leistung eines Luftkühlers: $Q ˙ = m ˙ \cdot (h_{1} - h_{2})$; $m ˙$ Massenstrom trockene Luft in kg/s, $h$ in kJ/kg, $Q ˙$ in kW
Kondensatmenge: $m ˙_{W} = m ˙ \cdot (x_{1} - x_{2})$; $x_{1}$ und $x_{2}$ Wassergehalt vor und hinter dem Kühler

Typische Fehler in der Prüfung

Den Wassergehalt in g/kg statt in kg/kg in die Enthalpieformel eingesetzt.
Den Volumenstrom in m³/h ohne Dichte und Umrechnung auf Sekunden verwendet.
Den Taupunkt entlang der Enthalpielinie statt senkrecht abgelesen.
Angenommen, beim Erwärmen steige auch der Wassergehalt.

Tipps aus der Werkstatt

Im h-x-Diagramm gilt: Erwärmen und trockenes Kühlen laufen senkrecht, nur Kühlen unter den Taupunkt geht nach links. Den Taupunkt liest du senkrecht unter dem Zustandspunkt an der Sättigungslinie ab. In der Enthalpieformel x immer in kg/kg einsetzen, 10 g/kg sind 0,010.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

15 Aufgaben zu „Feuchte Luft und h-x-Diagramm“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Mechatroniker/-in für Kältetechnik, Lernfeld 15 (Klimatechnische Anlagen und Systeme bauen). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.