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Die Luftfeuchtigkeit, oder kurz Luftfeuchte, bezeichnet den Anteil des Wasserdampfs am Gasgemisch der Erdatmosphäre oder in Räumen. Flüssiges Wasser (z.B. Regentropfen, Nebeltröpfchen) oder Eis (z.B. Schneekristalle) werden der Luftfeuchtigkeit folglich nicht zugerechnet. Die Luftfeuchtigkeit ist eine wichtige Kenngröße für zahlreiche technische und meteorologische Vorgänge sowie für Gesundheit und Behaglichkeit.

Das geläufigste Maß für die Luftfeuchte ist die relative Luftfeuchtigkeit, angegeben in %. Sie bezeichnet das Verhältnis des momentanen Wasserdampfgehalts in der Atmosphäre zum maximal möglichen Wasserdampfgehalt.

Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeines 2 Physikalische Grundlagen 2.1 Verdunstung und Kondensation 2.2 Sättigung 2.3 Übersättigung 2.4 Teilsättigung 3 Abhängigkeit der Sättigungskonzentration von Umgebungseinflüssen 3.1 Temperatur 3.2 Druck 3.3 Aggregatzustand des Wassers 3.4 Reinheit des Wassers 3.5 Oberflächenkrümmung des Wassers 4 Feuchtemaße 4.1 Absolute Luftfeuchtigkeit 4.2 Relative Luftfeuchtigkeit 4.3 Spezifische Luftfeuchtigkeit 4.4 Mischungsverhältnis 4.5 Taupunkt 5 Messung 6 Variabilität 6.1 Tagesgang 6.2 Jahresgang 6.3 Abhängigkeit von der Höhe 7 Bedeutung und Anwendungsbereiche 7.1 Alltag 7.2 Meteorologie, Klimatologie und Hydrologie 7.3 Trocknung 7.4 Biologie 7.5 Gesundheit 7.6 Land- und Forstwirtschaft 7.7 Lagerhaltung und Produktion 7.8 Außenwände von Gebäuden 7.9 Luft- und Raumfahrt 8 Literatur 9 Weblinks 10 Quellen

Allgemeines

Ein wasserfreies Luftgemisch bezeichnet man als trockene Luft. Tabellen zur Zusammensetzung der Luft beziehen sich in der Regel auf trockene Luft, da der Wasserdampfanteil feuchter Luft mit 0 bis 4 Volumenprozent vergleichsweise sehr stark schwankt. Beeinflusst wird die Luftfeuchtigkeit vor allem durch die Verfügbarkeit von Wasser, die Temperatur und den Grad der Durchmischung der Atmosphäre. Höhere Lufttemperaturen befähigen die Luft dabei, mehr Wasserdampf aufzunehmen. Bei sehr geringen Konzentrationen von Wasserdampf in der Luft bezeichnet man die Luftfeuchtigkeit auch als Spurenfeuchte.

Physikalische Grundlagen

Verdunstung und Kondensation

An einer freien Wasseroberfläche, die flüssiges Wasser vom darüber liegenden Luftvolumen trennt, treten stets einzelne Wassermoleküle vom Wasservolumen in das Luftvolumen über. Im flüssigen Wasser sind die Wassermoleküle durch molekulare Kräfte vergleichsweise stark aneinander gebunden, wodurch sich der zusammenhängende Flüssigkeitsverbund erst ausbilden kann. Infolge ihrer thermischen Bewegung tragen die Wassermoleküle jedoch jeweils gewisse Beträge an kinetischer Energie, die um einen temperaturabhängigen Mittelwert herum streuen. Ein kleiner Anteil von Wassermolekülen hat daher stets genügend thermische Energie, um die Bindungskräfte der umgebenden Moleküle zu überwinden, die Wasseroberfläche zu verlassen und in das Luftvolumen überzugehen, also zu verdunsten. Die Verdunstungsrate hängt vom Anteil derjenigen Moleküle ab, deren kinetische Energie die Bindungsenergie des Flüssigkeitsverbundes überschreitet und wird daher unter anderem von der herrschenden Temperatur bestimmt.

Umgekehrt treffen verdunstete Wassermoleküle aus der Luft auch wieder auf die Wasseroberfläche und können dort je nach ihrer kinetischen Energie mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit vom Molekülverbund eingefangen werden, also kondensieren. Die Kondensationsrate ist abhängig von der Dichte der Wassermoleküle in der Luft.

Sättigung

Betrachtet man einen Verdunstungsvorgang bei konstanter Temperatur und anfangs trockener Luft, so stellt sich die der Temperatur entsprechende Verdunstungsrate ein, während die Kondensationsrate mangels Wassermolekülen in der Luft zunächst gleich Null ist. Die Verdunstungsrate ist also größer als die Kondensationsrate, und die Anzahl von Wassermolekülen in der Luft steigt daher an. Damit wächst auch die Kondensationsrate, und die Nettoverdunstung (Verdunstungsrate minus Kondensationsrate) beginnt zu sinken. Die Dichte der Wassermoleküle in der Luft und damit die Kondensationsrate steigen so lange an, bis Kondensationsrate und Verdunstungsrate gleich sind, pro Zeiteinheit also ebenso viele Wassermoleküle vom Wasser in die Luft übertreten wie von der Luft ins Wasser. Dann ist der Gleichgewichtszustand erreicht, in dem die Nettoverdunstung null ist, obwohl ein ständiger Teilchenaustausch zwischen Luft und Wasser stattfindet.

Die im Gleichgewichtszustand vorliegende Konzentration von Wassermolekülen in der Luft ist die Sättigungskonzentration. Steigt die Temperatur, wird sich auch eine höhere Sättigungskonzentration einstellen, da die nun ebenfalls erhöhte Verdunstungsrate zur Erreichung eines neuen Gleichgewichts durch eine höhere Kondensationsrate wieder kompensiert werden muss, was eine höhere Teilchendichte in der Luft voraussetzt. Die Sättigungskonzentration hängt also von der Temperatur ab.

Die Sättigungskonzentration wird fast allein durch die Eigenschaften der Wassermoleküle und ihre Wechselwirkung mit der Wasseroberfläche bestimmt, es besteht keine wesentliche Wechselwirkung mit den anderen Atmosphärengasen. Wären jene Gase nicht vorhanden, so würde sich über dem Wasser praktisch dieselbe Sättigungskonzentration einstellen. Die umgangssprachlich gebräuchliche und wegen der Einfachheit auch in Fachkreisen weit verbreitete Ausdrucksweise, die Luft könne bei gegebener Temperatur maximal eine bestimmte Menge an Wasserdampf aufnehmen, ist irreführend. Die Luft nimmt die Feuchtigkeit nicht analog zu einem Schwamm auf, und auch der Begriff der Sättigung darf hier nicht analog zur Sättigung einer Lösung verstanden werden. Die Luft besteht aus selbstständig agierenden Gasteilchen, die im Wesentlichen nur über Stöße wechselwirken. Weder ist also Sauerstoff im Stickstoff, noch Wasserdampf in den anderen Luftbestandteilen gelöst.

Aus demselben Grund wird die Sättigungskonzentration nicht von der Temperatur der Luft bestimmt, sondern von der Temperatur der verdunstenden Oberfläche. Der Bezug auf die Temperatur der Luft ist in der Alltagspraxis oft gerechtfertigt, da verdunstende Flächen geringer thermischer Trägheit meist näherungsweise Lufttemperatur annehmen (z.B. an der Luft trocknende Wäsche). Ist jedoch die verdunstende Oberfläche deutlich wärmer als die Luft, so verdunsten die Wassermoleküle mit einer der Oberflächentemperatur entsprechenden Verdunstungsrate in die kühlere Luft hinein, auch wenn deren Sättigungskonzentration dabei überschritten wird. Ein Teil der Feuchte kondensiert dann in der Luft an den kühleren Aerosolen, welche Lufttemperatur angenommen haben, und wird als Dampf- oder Nebelschwaden sichtbar (z.B. Dunstschwaden über einem herbstlichen See). Ist die Oberfläche kühler als die Luft, so kann unter Umständen auch der Feuchtegehalt teilgesättigter Luft zu Übersättigung und Kondensation an der Oberfläche führen (z.B. beschlagene Fenster in Küche oder Bad).

Übersättigung

Erhöht man durch eine Zufuhr von Wassermolekülen deren Konzentration über die Sättigungskonzentration (Übersättigung), so steigt wegen der größeren Dichte an Wassermolekülen in der Luft die Kondensationsrate vorübergehend über die Verdunstungsrate hinaus an und die Konzentration an Wassermolekülen sinkt daher wieder auf den Gleichgewichtswert.

Auch hier ist zu beachten, dass es sich nicht etwa um ein Unvermögen der Luft handelt, den überschüssigen Wasserdampf zu halten. Vielmehr nützt der Wasserdampf unter diesen Bedingungen eine sich darbietende Kondensationsfläche, um seine Konzentration durch heterogene Kondensation auf die Sättigungskonzentration zu senken. Fehlen solche Kondensationsflächen oder Kondensationskerne, so kann die Luft dauerhaft erhebliche Mengen von Wasserdampf aufnehmen, bis es schließlich zu einer spontanen Entstehung von Wassertröpfchen (homogene Kondensation) kommt. Dies ist zum Beispiel in großen Volumina möglichst reiner Luft, also bei einer geringen Aerosolkonzentration, und bei großer Entfernung von etwaigen Umschließungsflächen der Fall (siehe Nebelkammer). Spontane Kondensation von Wasserdampf zu Wassertröpfchen findet ohne Kondensationskeime erst bei extremer Übersättigung von mehreren hundert Prozent relativer Feuchte statt. In der Praxis ist jedoch fast immer eine ausreichend große Menge von Aerosolen in der Luft vorhanden, so dass es in der Atmosphäre kaum zu Übersättigungen von mehreren Prozentpunkten kommt.

Teilsättigung

Die Verdunstungsrate des Wassers kann bestimmte Maximalwerte nicht überschreiten. Es dauert daher längere Zeit, bis sich das Gleichgewicht nach einer Störung wieder eingestellt hat. Wurde zum Beispiel durch nächtliche Abkühlung ein Teil des Feuchtegehalts auskondensiert, so ist die Luft nach einer Erwärmung zunächst ungesättigt und kann den Sättigungszustand nur langsam wieder erreichen. Diese Teilsättigung ist für unsere Atmosphäre wegen der häufigen Temperaturschwankungen der Normalfall. Es ist für zahlreiche Vorgänge von großer Bedeutung, wie weit die Luft vom Sättigungszustand entfernt ist. Verschiedene Feuchtemaße dienen dazu, diesen Zustand quantitativ zu beschreiben.

Abhängigkeit der Sättigungskonzentration von Umgebungseinflüssen

Temperatur

Bei Erhöhung der Temperatur nimmt der Anteil an Wassermolekülen zu, welche genügend kinetische Energie besitzen, um die Wasseroberfläche zu verlassen. Es stellt sich also eine höhere Verdunstungsrate ein, welche zur Wiederherstellung des Gleichgewichts durch eine höhere Kondensationsrate kompensiert werden muss, was aber eine höhere Konzentration von Wassermolekülen in der Luft voraussetzt.

Die Sättigungskonzentration des Wasserdampfs nimmt daher, wie in der Abbildung rechts dargestellt, mit steigender Temperatur exponentiell zu. Der Wasserdampf hat für jede Temperatur (und fast unabhängig vom Umgebungsdruck) eine eindeutig bestimmte Sättigungskonzentration. Bei atmosphärischem Normaldruck von 1013,25 hPa kann ein Kubikmeter Luft bei zehn Grad Celsius maximal 9,41 Gramm Wasser aufnehmen. Die gleiche Luftmenge nimmt bei 30 Grad Celsius jedoch bis zu 30,38 Gramm Wasser auf. Man bezeichnet diese Sättigungskonzentration als maximale Feuchte, die im Artikel Sättigung tabelliert ist. Hierbei sind auch Mollier-Diagramme nach Richard Mollier (1923) zur Darstellung der Luftfeuchtigkeit weit verbreitet. Eine andere Möglichkeit zur Darstellung des Zusammenhangs von Luftfeuchte, Temperatur und Höhenlage ist das Emagramm.

Druck

Wie oben erwähnt, ist die Sättigungskonzentration des Wasserdampfs bei gegebener Temperatur praktisch unabhängig von der Anwesenheit der übrigen Atmosphärengase und damit auch fast unabhängig vom Umgebungsdruck. Eine geringfügige Abhängigkeit vom Umgebungsdruck ergibt sich jedoch aus drei Gründen^[1]:

• Der Wasserdampf und die anderen Gase sind keine perfekt idealen Gase. Es gibt schwache Wechselwirkungen (van-der-Waals-Kräfte) zwischen ihren Molekülen, welche mit steigendem Druck zunehmen.
• Der gegenseitige Abstand der Moleküle im flüssigen Wasser und damit ihre Bindungskräfte werden geringfügig durch den auflastenden atmosphärischen Druck verändert („Poynting-Effekt“). Dies beeinflusst wiederum die Verdunstungsrate.
• Auch im Wasser gelöste Atmosphärengase beeinflussen die Bindungskräfte und damit die Verdunstungsrate. Die Menge an gelösten Gasen ist abhängig von deren Partialdruck (Raoultsches Gesetz) und damit letztlich vom Gesamtdruck.

Diese schwache Druckabhängigkeit kann bei Bedarf durch einen Korrekturfaktor (engl.: enhancement factor) berücksichtigt werden. Er ist von Temperatur und Druck abhängig und bewegt sich bei atmosphärischen Bedingungen im Bereich von 0,5 % (Näheres im Artikel Sättigungsdampfdruck).

Aggregatzustand des Wassers

Betrachtet man statt einer flüssigen Wasseroberfläche eine Eisoberfläche, so gelten dieselben Überlegungen auch für Sublimation und Resublimation der Wassermoleküle. Im Eiskristallverband unterliegen die Wassermoleküle jedoch stärkeren Bindungskräften als in flüssigem Wasser, so dass die Sättigungskonzentration über einer Eisoberfläche geringer ist als über einer Oberfläche flüssigen (unterkühlten) Wassers derselben Temperatur. Dieser Umstand spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung von Regentropfen in Wolken (Bergeron-Findeisen-Prozess).

Reinheit des Wassers

Sind im Wasser andere Stoffe gelöst, so erschweren sie den Wassermolekülen das Verlassen der Wasseroberfläche, wodurch die Verdunstungsrate sinkt und sich eine geringere Sättigungskonzentration einstellt (sog. Lösungseffekt).

In der Luft über gesättigten Salzlösungen stellen sich beispielsweise die folgenden relativen Feuchten ein ^[2]:

Ammoniumdihydrogenphosphat (NH4H2PO4) bei 23°C	93%
Kaliumnitrat (KNO3) bei 38°C	88,5%
Kaliumchlorid (KCl) bei 23°C	85%
Natriumdichromat (Na2Cr2O7·2H2O) bei 23°C	52%

Obwohl die Luft über den Lösungen mit Feuchtigkeit gesättigt ist, betragen die betreffenden relativen Feuchten nicht 100%, da die relative Feuchte stets auf die Sättigungskonzentration über einer ebenen und reinen Wasseroberfläche bezogen wird (siehe unten). Unterschreitet die Luft über der Salzlösung die betreffende Sättigungsfeuchte, so verdunstet Wasser aus der Lösung, um den Sättigungszustand wieder herzustellen. Überschreitet die Luft die Sättigungsfeuchte, so kondensiert ein Teil der Luftfeuchtigkeit an der Salzlösung. Diese wird dadurch verdünnt; soll sie zur Einhaltung definierter Verhältnisse salzgesättigt bleiben, so muss sie einen ausreichenden Bodensatz an ungelöstem Salz enthalten.

Der Lösungseffekt verdeutlicht nochmals, dass die Sättigungskonzentration in der Luft nicht von der Luft selbst, sondern von der verdunstenden Oberfläche bestimmt wird.

Oberflächenkrümmung des Wassers

Ist die Wasseroberfläche wie zum Beispiel bei einem Tropfen nach außen gekrümmt, so sind die Wassermoleküle an der Oberfläche weniger stark gebunden und können die Oberfläche leichter verlassen. Dieser Krümmungseffekt bedingt daher, dass die Verdunstungsrate steigt. Wenn gesättigte Luft mit kleinen Nebeltröpfchen im Gleichgewicht steht, beträgt ihre relative Feuchte daher etwas über 100 %.

Ist die Wasseroberfläche nach innen gekrümmt (wie zum Beispiel beim Meniskus in einer teilweise wassergefüllten Kapillare), so sind die Wassermoleküle an der Oberfläche stärker gebunden und können die Oberfläche weniger leicht verlassen – die Verdunstungsrate sinkt. Wenn gesättigte Luft in einem wasserhaltigen porösen Material mit den Menisken im Gleichgewicht steht, beträgt ihre relative Feuchte weniger als 100 %.

Feuchtemaße

Der Wassergehalt der Luft kann durch verschiedene so genannte Feuchtemaße angegeben werden. Synonym verwendbare Bezeichnungen werden durch einen Schrägstrich verdeutlicht, zusammengehörige Feuchtemaße stehen in der gleichen Zeile.

• Dampfdruck (siehe auch Sättigungsdampfdruck) und Sättigungsdefizit / Dampfhunger (Pa, hPa, kPa, bar)
• absolute Luftfeuchtigkeit / Wasserdampfdichte (g / m³, kg / m³)
• relative Luftfeuchtigkeit (%)
• spezifische Luftfeuchtigkeit / Wasserdampfgehalt (g / kg, kg / kg)
• Mischungsverhältnis / Feuchtegrad (g / kg, kg / kg)
• Taupunkt beziehungsweise Frostpunkt / Eispunkt / Reifpunkt und Taupunktdifferenz (°C, K)

Absolute Luftfeuchtigkeit

Die absolute Luftfeuchtigkeit, auch Wasserdampfdichte oder kurz Dampfdichte (Formelzeichen: ρ_w, ρ_d, d oder a; nicht verbindlich festgelegt), ist die Masse des Wasserdampfs in einem bestimmten Luftvolumen, also dessen Dichte beziehungsweise Konzentration. Sie wird üblicherweise in Gramm Wasser pro Kubikmeter Luft angegeben. Nach oben begrenzt wird sie durch die maximale Feuchte ρ_w,max, die während einer Sättigung herrscht (zugehörige Formeln und Werte siehe dort).

Die absolute Luftfeuchtigkeit ist ein direktes Maß für die in einem gegebenen Luftvolumen enthaltene Wasserdampfmenge. Sie lässt unmittelbar erkennen, wieviel Kondensat maximal ausfallen kann oder wieviel Wasser verdunstet werden muss, um eine gewünschte Luftfeuchtigkeit zu erhalten.

Die absolute Luftfeuchtigkeit ändert sich bei einer Volumenänderung des betrachteten Luftpakets, auch ohne dass der Luft Wasserdampf hinzugefügt oder entzogen wird. Bei einer Kompression des Luftpakets werden die darin enthaltenen Wassermoleküle auf einen geringeren Raum konzentriert, ihre Anzahl pro Kubikmeter nimmt zu, die absolute Feuchte steigt; das Umgekehrte gilt bei einer Expansion des Luftpakets. Die Volumenänderung des Luftpakets kann durch Änderung seiner Temperatur oder seines Druckes verursacht werden. Beim Vergleich der Feuchtegehalte zweier Luftpakete sind daher gegebenenfalls ihre Temperatur- und Druckunterschiede zu berücksichtigen. Ein in der Atmosphäre aufgrund der Thermik aufsteigendes Luftpaket verringert beim Aufsteigen seine absolute Feuchte auch wenn es dabei keinerlei Wasserdampf verliert, da es wegen der Abnahme des Luftdrucks mit der Höhe sein Volumen vergrößert. Die absolute Feuchte des Luftpakets ändert sich daher allein durch Auf- und Abwärtsbewegungen. Man bezeichnet dies auch als Verschiebungsvarianz oder Instationarität. Da die absolute Luftfeuchte zudem schwer zu messen ist, wird sie nur selten verwendet.

Die absolute Luftfeuchtigkeit kann mittels folgender Formeln berechnet werden, wobei sich der erste Term durch die Umstellung der Zustandsgleichung idealer Gase ergibt:

Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): \rho_w = \frac{e}{R_w \cdot T } = \frac{m_{\mathrm{Wasserdampf}}}{V_{\mathrm{gesamt}}}

Die einzelnen Formelzeichen stehen für folgende Größen:

• e – Dampfdruck
• R_w – individuelle Gaskonstante des Wassers = 461,52 J/(kg K)
• T – Temperatur
• m_Wasserdampf – Masse des Wasserdampfs innerhalb des Luftpakets
• V_gesamt – Gesamtvolumen der feuchten Luft

Relative Luftfeuchtigkeit

Die relative Luftfeuchtigkeit (Formelzeichen: φ, f, U oder rF; nicht verbindlich festgelegt) ist das prozentuale Verhältnis zwischen dem momentanen Wasserdampfdruck und dem Sättigungswasserdampfdruck über einer reinen und ebenen Wasseroberfläche. Bei einer nichtprozentualen Angabe, also im Wertebereich 0 bis 1, spricht man auch vom Sättigungsverhältnis.

Die relative Feuchte lässt unmittelbar erkennen, in welchem Grade die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist:

• Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % enthält die Luft nur die Hälfte der Wasserdampfmenge, die bei der entsprechenden Temperatur maximal enthalten sein könnte.
• Bei 100 % relativer Luftfeuchtigkeit ist die Luft vollständig mit Wasserdampf gesättigt.
• Wird die Sättigung von 100 % überschritten, so schlägt sich die überschüssige Feuchtigkeit als Kondenswasser bzw. Nebel nieder.

Anhand der relativen Feuchte lässt sich daher leicht abschätzen, wie rasch Verdunstungsvorgänge ablaufen werden oder wie groß die Gefahr von Tauwasserbildung ist. Da die Verdunstung von Feuchtigkeit durch die Haut stark von der relativen Feuchte der Umgebungsluft bestimmt wird, stellt die relative Feuchte eine wichtige Kenngröße für das Behaglichkeitsempfinden dar (siehe unten).

Ein zweiter Grund für die Bedeutung der relativen Feuchte liegt darin, dass sie den Ausgleichswassergehalt hygroskopischer Materialien bestimmt. Hygroskopische Materialien, insbesondere poröse Materialien wie Holz, Ziegel, Gipsputz, Textilien usw., nehmen beim Kontakt mit feuchter Luft Feuchtigkeit auf und binden die Wassermoleküle durch Adsorption an ihren Porenwänden. Die Menge der gebundenen Moleküle wird bestimmt durch die absolute Luftfeuchte einerseits (eine größere Wasserdampfkonzentration führt wegen der größeren Auftreffrate auf die Porenwandungen zu einer größeren Adsorptionsrate) und die Temperatur andererseits (eine höhere Temperatur führt zu einer größeren Desorptionsrate). Die Kombination dieser beiden einander entgegengerichteten Einflussgrößen führt dazu, dass der sich einstellende Ausgleichswassergehalt im Wesentlichen von der relativen Feuchte der Luft bestimmt wird. Die Feuchtespeicherfunktion eines Materials gibt an, welchen Wassergehalt das Material bei einer gegebenen relativen Luftfeuchte annimmt; sie ist nur wenig von der Temperatur abhängig. Zur Messung des Feuchtegehalts der Luft werden meist Materialien verwendet, deren zur Messung benutzte physikalische Eigenschaft von ihrem Wassergehalt abhängt (Längenänderung wegen Quellen und Schwinden, Kapazitätsänderung eines hygroskopischen Dielektrikums usw.). Da dieser Wassergehalt wiederum von der relativen Feuchte der Umgebungsluft bestimmt wird, messen solche Instrumente daher letztlich diese relative Feuchte, welche deshalb ein besonders leicht zu messendes und häufig benutztes Feuchtemaß ist.

Mit steigender Temperatur nimmt die Wasserdampfmenge, die zur Sättigung benötigt würde, zu. Das hat zur Folge, dass die relative Luftfeuchtigkeit eines gegebenen Luftpakets bei Erwärmung abnimmt. Die Angabe der Temperatur ist für die Vergleichbarkeit der Werte daher zwingend notwendig. So sind beispielsweise in einer als trocken erscheinenden Wüste mit einer Lufttemperatur von 34,4 °C und einer relativen Luftfeuchte von 20 % insgesamt 7,6 Gramm Wasserdampf in einem Kubikmeter Luft enthalten, was bei einer Lufttemperatur von 6,8 °C einer relativen Luftfeuchte von 100 % entspräche und somit zur Kondensation führen würde. Daher sind Phänomene wie Dunst oder Nebel ein Signal für eine hohe relative Luftfeuchtigkeit und gleichzeitig für tiefe Temperaturen. Die Wahrnehmung der Luft als trocken oder feucht liegt also eher an der Temperatur als an der tatsächlich in ihr enthaltenen Wassermenge.

Man kann die relative Luftfeuchtigkeit mit folgenden Formeln berechnen:

Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): \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\ \%

Die einzelnen Formelzeichen stehen für folgende Größen:

• e – Dampfdruck
• E – Sättigungsdampfdruck
• ρ_w – absolute Luftfeuchtigkeit
• ρ_{w, max} – maximale absolute Luftfeuchtigkeit
• s – spezifische Luftfeuchtigkeit
• S – Sättigungsfeuchte
• μ – Mischungsverhältnis
• μ_s – Mischungsverhältnis bei Sättigung

Spezifische Luftfeuchtigkeit

Die spezifische Luftfeuchtigkeit, auch Wasserdampfgehalt (Formelzeichen: s oder q) gibt die Masse des Wassers an, die sich in einer bestimmten Masse feuchter Luft befindet.

Diese Größe bleibt im Unterschied zu den vorherigen Feuchtemaßen bei Volumenänderungen des betrachteten Luftpakets unverändert, solange keine Feuchte zu- oder abgeführt wird. Nimmt z.B. das Volumen des Luftpakets zu, so verteilen sich sowohl die (unveränderte) Masse der feuchten Luft als auch die (unveränderte) Masse des Wasserdampfs auf ein größeres Volumen, das Verhältnis der beiden Massen im Luftpaket zueinander bleibt aber dasselbe. Die spezifische Luftfeuchtigkeit behält beispielsweise entlang eines kondensationsfreien Belüftungsrohres einen konstanten Wert, auch wenn die feuchte Luft dabei durch Rohrabschnitte unterschiedlicher Temperatur läuft oder auf ihrem Weg z.B. wegen eines Drosselventils Druckänderungen erfährt. Auch ein in der Atmosphäre aufsteigendes Luftpaket behält den Zahlenwert seiner spezifischen Feuchte bei, solange keine Feuchte (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 so genannte Sättigungsfeuchte, 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 – feuchte Luft; tL – trockene Luft; W – Wasserdampf bzw. Wasser). Von praktischer Bedeutung sind nur die letztgenannten Terme, alle anderen dienen der Herleitung und didaktischen Nachvollziehbarkeit.

Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): 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}}}

Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): 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} \approx \frac{0{,}622 \cdot e}{p - 0{,}378 \cdot e} \approx 0{,}622 \cdot \frac{e}{p}

wobei gilt:

Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): \rho_{\mathrm{W}} = \frac{e}{R_W \cdot T} \qquad\qquad \mbox{und} \qquad\qquad R_{\mathrm{W}} = \frac{R}{M_{\mathrm{W}}}

Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): \rho_{\mathrm{tL}} = \frac{p - e}{R_{tL} \cdot T}\qquad\qquad \mbox{und} \qquad\qquad R_{\mathrm{tL}} = \frac{R}{M_{\mathrm{tL}}}

Die Sättigungsfeuchte errechnet sich dementsprechend nach:

Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): S := \frac{m_{\mathrm{W\ bei\ S\ddot attigung}}}{m_{\mathrm{fL}}} = \frac{\rho_{\mathrm{W\ bei\ S\ddot attigung}}}{\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 Feuchtegrad 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):

Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): \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

Hauptartikel: Taupunkt

Messung

Messgeräte zur Erfassung der Luftfeuchtigkeit werden als Hygrometer bezeichnet, insbesondere als Absorptionshygrometer (Haarhygrometer), Taupunkt-Hygrometer, Psychrometer und Feuchtesensoren. Zur Messung der Luftfeuchte werden an den offiziellen Wetterstationen weltweit verschiedene Messgeräte benutzt. Zum einen 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 Luftfeuchte in Prozent und den Taupunkt ermitteln. Zum anderen gibt es einen eigenen Messfühler für den Taupunkt, welcher aus einem Sensor über einer Lithiumchloridlösung besteht.

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, genau dies aber im Regelfall tut. So zeigt sich für das sommerliche Berlin in etwa der folgende Verlauf: um sieben Uhr Ortszeit liegt die absolute Luftfeuchtigkeit im Mittel bei etwa 10,6 g/m³, dann um 14 Uhr bei 10,0 g/m³ und schließlich um 21 Uhr wieder bei 10,6 g/m³. Im Winter zeigen sich 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, genau entgegen gesetzt zum Tagesgang der Lufttemperatur und so wie man es aufgrund der erhöhten Verdunstung erwarten würde. 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 Luftfeuchte mit nachlassender Konvektion jedoch wieder. Im Sommer zeigen sich daher zwei Dampfdruckmaxima, eines um etwa 8 Uhr und eines um etwa 23 Uhr.

Jahresgang

Im Jahresgang, basierend auf entweder Tages- oder Monatsmitteln als langjährige Durchschnittswerte, zeigen sich Maxima der relativen Luftfeuchtigkeit in 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 eine 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 Luftfeuchte zurückführen, von welchen 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 so lange möglich, wie die Luft ungesättigt ist, die relative Luftfeuchte also unter 100% liegt.

Mit steigender Luftfeuchtigkeit nimmt auch die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmekapazität der Luft zu.

Betritt man aus der kühleren Umgebung kommend einen geheizten Raum, so stellt man oft fest, dass Brillengläser anfangen zu beschlagen. Gleiches gilt auch für Fensterscheiben. Sind die Scheiben, zum Beispiel eines Pkws, wesentlich kälter als der Innenraum des Fahrzeuges, so beschlagen diese sehr schnell und können damit das Sichtfeld des Fahrers stark einschränken. Den gleichen Effekt gibt es in einem von heißen Dampfschwaden erfüllten Bad, denn hier beschlagen die Spiegel binnen kürzester Zeit. Grund für all diese Effekte sind die kalten Oberflächen, die die Luft in ihrer unmittelbaren Umgebung abkühlen. Je höher die relative Luftfeuchte der Umgebungsluft ist, desto schneller erreicht die Luft beim Abkühlen den Taupunkt und Wasser kondensiert. Je höher der Temperaturunterschied zwischen Oberfläche und Umgebungsluft ist, desto stärker kühlt die oberflächennahe Umgebungsluft ab. Aus diesem Grunde zeigen sich die beschriebenen Fälle vor allem im Winter und in sehr nassen Räumen. Der Autofahrer behilft sich indem er ständig warme Luft auf die Scheibe blasen lässt und somit eine ausreichende Abkühlung der dort befindlichen Luft umgeht. Sind die Temperaturunterschiede bei einer Außentemperatur von unter 0 °C aber besonders stark ausgeprägt und der Luftaustausch nicht sonderlich groß, so kann es auch zur Ausbildung von Eisblumen kommen.

Diese Effekte sind auch für das Vereisen von Gefrierfächern in einem Kühlschrank bei gleichzeitiger Austrocknung unverpackter Kühlware verantwortlich. Deren Wasser verdunstet zunächst, jedoch vergleichsweise langsam, bei Temperaturen zwischen 4 und 8 °C. Am kühleren Gefrierfach mit Temperaturen unter 0 °C resublimiert es aufgrund der Abkühlung hingegen zu Eis. Technische Verwendung findet dieser Effekt bei der Gefriertrocknung.

Ein weiterer Effekt in diesem Zusammenhang ist die sogenannte Vergaservereisung, wie sie bei Automobilvergasern und vor allem bei Vergasern von Sportflugzeugen auftritt. Durch die Bernoulliverengung im Inneren eines Vergasers wird die Luft über eine kurze Strecke beschleunigt und dabei der Luftdruck und in der Folge die Temperatur abgesenkt. Bei hoher Luftfeuchtigkeit kommt es dann zu einer Ausfällung von Wasser, das bei niedrigen Temperaturen sich als Eis im Vergaser niederschlägt.

Die Veränderung der maximalen Luftfeuchte kann man auch bei Flugzeugen oder schnellen Rennautos beobachten, die nicht selten an scharfen Kanten der Tragflächen oder z.B. eines Spoilers sogenannte Randwirbel bilden. Auch in ihnen sinkt der Luftdruck, die Luftfeuchtigkeit wird zum Teil ausgefällt und zeigt sich als Nebel.

Die Ausatemluft ist beim Menschen, aber auch vielen Tieren wesentlich feuchter und wärmer als die Einatemluft. Dies erkennt man daran, dass diese im Winter bzw. bei niedrigen Temperaturen scheinbar sichtbar wird. Die warmfeuchte Ausatemluft wird dabei unter den Taupunkt abgekühlt und es kommt zur Entstehung von Dampfschwaden. Gleiches gilt auch für die Abgase von Fahrzeugen und Kraftwerken, deren winterliche Dampfschwaden oft mit einer zusätzlichen Abgasemission verwechselt werden.

Meteorologie, Klimatologie und Hydrologie

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, so dass 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-, 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 dem damit verbundenen Stoffumsatz einen großen Anteil am globalen Wasserkreislauf und spielt daher in der Wasserbilanz eine wichtige Rolle. Hierbei ist die Luftfeuchte 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 Luftfeuchte lassen sich zudem wichtige meteorologische Größen ableiten, wie zum Beispiel das Kondensationsniveau und die virtuelle Temperatur. Auch ist die Luftfeuchte bzw. der Wasserdampf wesentlich am Strahlungshaushalt der Atmosphäre beteiligt und beeinflusst durch die in seinem Aggregatzustand gespeicherte latente Wärme den atmosphärischen Temperaturgradient, insbesondere den feuchtadiabatischen Temperaturgradienten.

Trocknung

Bei der Trocknung von Materialien durch Verdunstung ist entscheidend, dass sich zwischen dem Wassergehalt des Trockengutes und der Luftfeuchtigkeit ein Gleichgewicht einstellt. Bei einer bestimmten Luftfeuchte und Temperatur kann das Trockengut daher nicht beliebig weiter getrocknet werden, sondern erreicht irgendwann einen für die jeweiligen Bedingungen charakteristischen Gleichgewichtspunkt. Es reicht daher nicht in jedem Falle einfach aus, zu warten, bis sich der gewünschte niedrige Wassergehalt des Trockengutes eingestellt hat. Andererseits ist es aufwändig, die Luft ständig auszutauschen oder auf hohe Temperaturen zu erwärmen, so dass der exakten Berechnung dieses Gleichgewichtspunktes eine hohe Bedeutung in der Trocknungstechnik zukommt. In anderen Anwendungsfällen, wie im Bauwesen und in der Landwirtschaft, wird hingegen in der Regel auf die Wirkung des Windes vertraut, der ständig neue ungesättigte Luft heranweht und somit beispielsweise dem Heu oder dem frischen Beton das Wasser entzieht.

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 (Interzellularem) eine große Rolle (Wasserdampfpartialdruck). Die Luftfeuchte ist daher ein wichtiger Parameter für den Wasserhaushalt von Pflanzen und Tieren (Schwitzen). Eine besondere Rolle spielt die Luftfeuchte zudem für 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

Im Bereich der Humanmedizin wird eine relative Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft von 45–55 % empfohlen. Vor allem in geschlossenen, stark belüfteten und gut beheizten Räumen wird dieser Wert jedoch 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 Luftfeuchte besitzt und durch das Erwärmen auf Zimmertemperatur die relative Luftfeuchte 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 Luftfeuchte. Im Gegensatz hierzu steigt das Sättigungsdefizit an und die Neigung des flüssigen Lungengewebs-Wassers, 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 erhöhte Luftfeuchtigkeit ist für die Atmung förderlich, da der Sauerstoff über die Alveolen dann leichter in die Blutbahn gelangt. Die Haut benötigt eine hohe Luftfeuchte, um nicht auszutrocken, da diese eng mit der Hautfeuchte gekoppelt ist. Besonders Schleimhäute sind für Austrocknen anfällig, da sie nur über einen geringen Verdunstungsschutz verfügen und auf ihre hohe Feuchte zur Erhaltung ihrer Funktionen angewiesen sind. So kann eine geringe Feuchte 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.

Eine hohe relative Luftfeuchte behindert hingegen die Regulation der Körpertemperatur durch das Schwitzen und wird daher schnell als schwül empfunden. Trotz relativ gesehen 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 Luftfeuchte und vergleichsweise gemäßigten Temperaturen. Dieser Effekt, den Luftfeuchtigkeit auf die gefühlte Temperatur besitzt, wird durch den Humidex beschrieben, wobei der grundsätzliche Zusammenhang zwischen einer steigenden Luftfeuchte und einer steigenden gefühlten Temperatur auch für niedrige Werte der Luftfeuchte gilt und somit beispielsweise zur Reduzierung der Zimmertemperatur und damit des Heizaufwandes herangezogen werden kann.

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.

Land- und Forstwirtschaft

In der Landwirtschaft besteht bei einer zu niedrigen Luftfeuchte die Gefahr einer Austrocknung der Feldfrüchte und damit der 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.

Doch auch in der Forstwirtschaft und der holzverarbeitenden Industrie spielt die Luftfeuchte eine Rolle. Lagerndes Holz verfügt über eine Eigenfeuchte, die so genannte Holzfeuchte, die sich im Laufe der Zeit an die Luftfeuchte anpasst. Diese Änderung der Holzfeuchte wirkt sich auf die Zusammensetzung und das Volumen des Holzes aus und ist somit von großer Wichtigkeit für alle holzverarbeitenden Gewerbe und Industrien. So werden zum Beispiel in Sägewerken oft Sprinkleranlagen eingesetzt, um das Holz feucht zu halten.

Auch die typische Art und Weise, Bretter, Kanthölzer und Balken so zu lagern, dass sie von allen Seiten von Luft umströmt werden können, soll garantieren, dass sich diese nicht verziehen oder gar faulen. Auch muss beim Verlegen von Dielen- und Parkettfußböden darauf Rücksicht genommen werden, dass sich das Holz der Umgebungsfeuchte anpasst (Fasersättigungspunkt) und dieses daher quellen und schwinden kann.

Lagerhaltung und Produktion

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 der Lagerung, beispielsweise von Metallen, berücksichtigt werden. Dies gilt in gleicher Form für alle anderen luftfeuchteempfindlichen Stoffe und Güter, wie unter anderem besonderen Chemikalien, bestimmten Zigarren (Humidor rechts), Weinen, Salami, Holz, Kunstwerken, Büchern und integrierten Schaltkreisen. Als Folge hiervon ist die Luftfeuchte ein wesentlicher Faktor bei der Gestaltung von Raumklimaten in Lagerräumen, Museen, Archiven, Büchereien, Laboren, Rechenzentren und industriellen Produktionsanlagen, besonders in der Mikroelektronik. Besonders problematisch ist eine solche Lagerung auch bei einem Gütertransport über lange Distanzen und hierbei speziell in einem wetterisolierten Container. Wechselnde Umwelteinflüsse können hier zur Bildung von Kondenswasser führen und auf diese Weise Schäden am Transportgut hervorrufen.

Außenwände von Gebäuden

In der Bauphysik spielt der in einem gesonderten Artikel behandelte Taupunkt in Form der Taupunktebene eine wichtige Rolle. Unter dieser versteht man die Temperaturfläche innerhalb des Mauerwerks bzw. der Außenwand eines Gebäudes, ab welcher es bei einer weiteren Abkühlung zur Bildung eines Kondensats 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 vom wärmeren zum kälteren Raum (bzw. von innen nach außen) entlang des Gradienten der Wasserdampfkonzentration, so kommt es zur Kondensation und damit zur Feuchtebildung, sobald der Taupunkt unterschritten wird. Hieraus kann wiederum eine gesundheitsgefährdende Schimmelbildung resultieren. Die Bestrebung geht folglich dahin, den Ort des Taupunktes durch den gezielten Einsatz von Baumaterialien bzw. auch Baumethoden möglichst weit nach außen zu verlagern bzw. überhaupt einen Taupunkt zu vermeiden. Ein Beispiel hierfür ist die Wärmedämmung, welche in der Regel an der Außenseite der Wand angebracht wird. Sie kann damit, im Gegensatz zu einer innenliegenden Dämmung, die Schimmelbildung in den Innenräumen einschränken.

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, jedoch 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 der Wasserdampfdruck örtlich und zeitlich seinen bei gegebener Temperatur maximal möglichen Wert überschreiten würde.

Siehe auch: Dampfbremse

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 (z. B. Tragflächenvorderkante) beheizen um Eisansatz zu verhindern. 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.

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, meist in Verbindung mit technischen Mängeln, kann zu Katastrophen wie der Explosion der Challenger-Raumfähre führen.

Literatur

• H. Häckel: Meteorologie. UTB 1338. Ulmer Verlag, Stuttgart 1999 (4.Aufl.). ISBN 3-8252-13382
• E. Zmarsly, W. Kuttler, H. Pethe: Meteorologisch-klimatologisches Grundwissen. Eine Einführung mit Übungen, Aufgaben und Lösungen. Ulmer Verlag, Stuttgart 2002. ISBN 3-8252-22810
• P. Hupfer, W. Kuttler: Witterung und Klima. Teubner, Stuttgart/Leipzig 1998. ISBN 3-3220-02551
• W. Weischet: Einführung in die Allgemeine Klimatologie. Borntraeger, Berlin 2002. ISBN 3-4430-71236

Weblinks

• Online-Rechner für die wichtigsten meteorologischen Größen
• Einführung in die Luftfeuchte, Schutz von Kulturgütern (Unterseite)
• Informationen in Bezug auf die Rolle der Luftfeuchte für Holz und Wohnklima
• WEBGEO-Modul: Kondensation und Feuchtemaße (WEBGEO: Das eLearning Portal für Geographie und Nachbarwissenschaften)

Quellen

1. ↑ Bell, S.A., Boyes, S.J.: An Assessment of Experimental Data that Underpin Formulae for Water Vapour Enhancement Factor. National Physical Laboratory, UK, 2001 (PDF 168 KB)
2. ↑ DIN 52615: Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit von Bau- und Dämmstoffen. Berlin 1987

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