Man unterscheidet

• absolute Luftfeuchtigkeit (absolute humidity) (eigentlich Dampfdichte): der Wassergehalt in 1 m³ Luft. (Formelzeichen: ρ_w, ρ_d, d oder a; nicht verbindlich festgelegt)
• relative Luftfeuchtigkeit (relative humidity): der Prozentwert der absoluten Luftfeuchtigkeit in Bezug zur unter den jeweiligen Umständen (Temperatur, Druck) höchstmöglichen absoluten Luftfeuchtigkeit. Die höchstmögliche relative Luftfeuchtigkeit ist 100%: die Luft ist dann mit Wasserdampf gesättigt. (Formelzeichen: φ, f, U oder rF; nicht verbindlich festgelegt)

Da der höchstmögliche Wasserdampfgehalt der Luft (absolute Luftfeuchtigkeit) mit steigender Temperatur steigt, gilt: die relative Luftfeuchtigkeit steigt, wenn man ungesättigte Luft abkühlt; sie sinkt, wenn man ungesättigte Luft erwärmt.

Da der höchstmögliche Wasserdampfgehalt der Luft (absolute Luftfeuchtigkeit) mit steigendem Druck sinkt, gilt: die relative Luftfeuchtigkeit steigt, wenn man Luft bei konstanter Temperatur verdichtet; sie sinkt, wenn man Luft bei konstanter Temperatur entspannt.

Formelzeichen

Besonders gefährlich ist zu hohe Luftfeuchtigkeit wegen der Bildung von Schimmelpilzen (mold). Je nach Pilzart liegen die optimalen Wachstumsbedingungen bei

• 15°C bis 35°C (je nach Schimmelpilzart)
• 70% bis 100% relative Luftfeuchte

Daneben fördert hohe Luftfeuchtigkeit auch Korrosion, Bakterien, Holzschwamm, Holzfäule, Lösung und Eintrag aggressiver Luftschadstoffe.

Wichtig ist der Begriff des Partialdrucks (partial pressure): Partialdruck ist der Druck, den ein Gas einer Gasmischung ausüben würde, wenn es im Raum der Gasmischung allein anwesend wäre. Der Gesamtdruck eines Gasgemischs ist die Summe der Partialdrücke aller einzelnen Gase.

Der Luftdruck besteht also aus dem Partialdruck der trockenen Luft plus dem Partialdruck des in der Luft enthaltenen Wasserdampfes.

Die Verdampfung einer Flüssigkeit (in unserem Fall Wasser) hängt vom Druck und der Temperatur ab. Je niedriger der Druck, desto niedriger der Siedepunkt. Als Sättigungsdruck nennt man den Druck, bei dem bei einer bestimmten Temperatur, eine Flüssigkeit siedet (verdampft). Bei Abkühlung spricht man statt von Siedepunkt von Kondensationspunkt. Beide sind im Wert identisch. (Kondensation = Verflüssigung eines Dampfes). Kondensation an kälteren Bauteilen kann zu deren Durchfeuchtung führen, diese wieder zu Schimmelpilzbildung, Korrosion usw. (s. oben).

Abb.: Abhängigkeit des Siedepunkts von Wasser (rote Kurve) von Druck (z.B. Luftdruck) und Temperatur
[Bildquelle: Hati / Wikipedia. -- Gemeinfrei]

Abb.: Sättigungsmenge von Wasserdampf in der Luft in Abhängigkeit von der Temperatur (bei gleichbleibendem Luftdruck)
[Bildquelle: Saperaud / Wikipedia. -- GNU FDLicense]

Abb.: Feuchtespeicherfunktionen für einige Baumaterialien (Die Feuchtespeicherfunktion eines hygroskopischen Materials beschreibt den Ausgleichswassergehalt, den das Material je nach relativer Feuchte der umgebenden Luft nach Beendigung des Feuchteausgleichs annimmt.)
[Bildquelle: Sch / Wikipedia. -- GNU FDLicense]

4.4.1. Mollier-h-x-Diagramm - Mollier's h,x-diagram / psychrometric chart

"Das Mollier-h-x-Diagramm (früher i-x-Diagramm) ermöglicht es, Zustandsänderungen feuchter Luft durch Erwärmung, Befeuchtung, Entfeuchtung, Kühlung und Mischung verschiedener Luftmengen zu ermitteln. Das Mollier-h-x-Diagramm gilt für einen bestimmten Luftdruck (in der Regel 1 bar), also für isobare Zustandsänderungen. Die Größen Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Enthalpie und Dichte werden dabei auf graphischem Wege bestimmt. Das Diagramm wurde 1923 nach Richard Mollier benannt (siehe auch "Psychrometrie") Aufbau des Diagrammes Abb.: Aufbau des h-x-Diagrammes. [Bildquelle: Volker Sperlich / Wikipedia. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, share alike)] Das Bild zeigt die Enthalpieanteile für zwei Zustände mit gleicher Temperatur auf der rot gezeichneten Isotherme. Punkt 1 liegt im Gebiet der ungesättigten Luft, Punkt 2 im Nebelgebiet. Die Symbole bedeuten: h = spezifische Enthalpie in kJ/kg, s = Sättigungszustand, t = Temperatur in °C, c = spezifische Wärmekapazität in kJ/kg*K und x = Wassergehalt in g/kg. Der Index p steht für konstanten Druck (in der Regel 1 bar), die Indexerweiterungen sind L für Luft, D für Wasserdampf und W für flüssiges Wasser. Schließlich ist noch r0 als Verdampfungsenthalpie bei 0 °C zu nennen. Auf der Abszisse (x-Achse) wird die Wassermenge x in Gramm (oder kg) pro kg trockene Luft abgetragen. Auf der Ordinate (y-Achse) befindet sich die Enthalpie h der Luft in kJ/kg und zwar so, dass die Verdampfungsenthalpie des Wassers nach unten und die fühlbaren Enthalpie ("Wärme") des Luft-Wasserdampf-Gemisches nach oben aufgetragen ist. Daher verlaufen die Linien gleicher Enthalpie (Isenthalpen bzw. Adiabaten) schiefwinklig. Der Index "1+x" besagt, dass der Wert für 1 kg trockene Luft und x kg Wasser gemeint ist. Die Linien gleicher Temperatur (Isothermen) steigen im Gebiet der ungesättigten Luft leicht an, nämlich um den fühlbaren Enthalpie-Anteil des Wasserdampfes. Im Sättigungspunkt (relative Feuchte φ = 1) knicken die Linien nach unten ab, weil über den maximalen Dampfanteil hinaus Wasser dann nur noch flüssig in Form von kleinen Wassertropfen (Nebel) in der Luft enthalten sein kann. Die Isotherme weicht im Nebelgebiet nur noch um die geringe fühlbare Enthalpie des zusätzlichen Wasseranteils von der durch den Sättigungspunkt laufenden Isenthalpen ab. Der Ursprung des Diagrammes liegt bei 0 °C für trockene Luft (x=0). Im Gebiet der ungesättigten Luft gibt es nun Kurven gleicher relativer Luftfeuchte φ, die durch eine gleichmäßige Teilung der jeweiligen Isothermenabschnitte zwischen φ = 0 und φ =1 entstehen. Die relative Luftfeuchtigkeit wird also immer geringer, je wärmer die Luft wird, wenn sich die Wassermenge x nicht ändert.   Beispiele zur Anwendung Vorgänge im Diagramm darstellen Abb.: h,x-Diagramm mit Darstellung relevanter Luftbehandlungsprozesse [Bildquelle: Harstu / Wikipedia. -- GNU FDLicense] Zur Benutzung des Diagramms müssen mindestens 2 Größen bekannt sein, die anderen lassen sich daraus ableiten: Trockenkugeltemperatur, Taupunkttemperatur, Feuchtkugeltemperatur, relative Feuchte φ, absolute Feuchte, spezifische Enthalpie und Dichte. Von einem Punkt im Diagramm, zum Beispiel 30 °C; 10 g/kg (Punkt 1), lassen sich folgende Informationen ableiten: Trockenkugeltemperatur: wird waagrecht direkt an der Ordinate abgelesen (30 °C). Taupunkttemperatur: senkrecht nach unten bis zur Taulinie folgen. Dann die Temperatur auf der Ordinate ablesen (13,9 °C; 10 g/kg [Punkt 4]). Feuchtkugeltemperatur: entlang der Isenthalpen bis zur Taulinie folgen. Dann die Temperatur auf der Ordinate ablesen (19,5 °C; 14,2 g/kg [Punkt 6]). Relative Feuchte: hyperbolische Linien, die durch die Taulinie begrenzt werden (37 % r.F.). Absolute Feuchte: wird direkt an der Abszisse abgelesen (10 g/kg). Spezifische Enthalpie: Die Isenthalpen sind Linien gleicher spezifischer Enthalpie (im Bild rot [56 kJ/kg]). Dichte: Die Linien gleicher Dichte verlaufen mit leichtem Gefälle von links nach rechts (im Bild grün [1,133 kg/m³]). Zustandsänderungen im Mollier-Diagramm darstellen: Erhitzen: Bei Erhitzen der Luft verschiebt sich der Zustandspunkt vertikal nach oben, zum Beispiel von 30 °C auf 50 °C (Punkt 1 nach Punkt 3). Kühlen (ohne Kondensation): Bei Kühlen der Luft verschiebt sich der Zustandspunkt vertikal nach unten, entgegengesetzt zur Erwärmung. Befeuchten (1): Bei Befeuchten der Luft verschiebt sich der Zustandspunkt nach rechts, zum Beispiel von Punkt 1 nach Punkt 5. Dies ist ein recht theoretischer Vorgang, der lediglich annähernd durch die Befeuchtung mit relativ kaltem Dampf erzielt wird. Befeuchten (2): Bei adiabater Befeuchtung, zum Beispiel durch einen Sprühbefeuchter, verschiebt sich der Zustandspunkt entlang der Isenthalpen (von Punkt1 nach Punkt 6) in Richtung Taulinie. Entfeuchten: Bei Entfeuchten der Luft verschiebt sich der Zustandspunkt nach links. Zumeist ist dieser Vorgang jedoch mit einer Temperaturänderung verbunden. Beim Entfeuchten durch Kondensation verschiebt sich der Punkt nach links unten, bei einer sorptiven Entfeuchtung nach links oben. Mischen von Luftströmen: Die Darstellung eines Mischprozesses unterschiedlicher Luftströme erfolgt mittels „Gesetz der abgewandten Hebel“. Am anschaulichsten für die Vorgehensweise hierbei ist ein Beispiel: Wird ein Luftstrom A mit 2.000 kg/h und 30 °C; 10 g/kg (Punkt 1) mit dem Luftstrom B mit 1.000 kg/h und 15 °C; 4g/kg (Punkt 7) gemischt, so liegt der Mischpunkt auf der Geraden zwischen den Punkten 1 und 7. Der Abstand des Mischpunktes liegt dabei genau um den Anteil des kalten Luftstromes am Mischstrom vom warmen Punkt entfernt (1.000 kg/h = 1/3 von 1.000kg/h + 2.000 kg/h = 3.000 kg/h). Da der Einfluss des kalten Luftstromes vom warmen aus abgetragen wird, spricht man vom „abgewandten Hebel“. Somit liegt der Mischpunkt bei 25 °C; 8 g/kg (Punkt 8).   Luftbefeuchtung Abb.: h-x-Diagramm [Bildquelle: Skalar2000 / Wikipedia. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, share alike)] Die angesaugte Luft aus der Umgebung wird erwärmt. Die Luft hat eine bestimmte Temperatur und beinhaltet eine gewisse Menge Wasser, da Raumluft nie ganz trocken ist (ab einer relativen Luftfeuchte von < 35 % droht eine Austrocknung der Schleimhäute). Nun wird diese Luft von einer Heizung im Trockner erhitzt, wodurch sich die relative Luftfeuchte reduziert (roter Pfeil). Die erwärmte Luft wird in die Trommel geführt. Sie streicht über die Wäsche, dabei verdunstet das Wasser in der Wäsche (Die Luft wird adiabat befeuchtet). Die dafür nötige Verdampfungswärme wird der warmen Luft entzogen. In der Luft sinkt dadurch die Temperatur, gleichzeitig steigt die Wasserbeladungsmenge. Die Enthalpie der Luft bleibt annähernd konstant und kann an den in dem Mollier-Diagramm befindlichen Enthalpie-Linien abgelesen werden (blauer Pfeil). Die befeuchtete Luft wird dabei bis auf die sogenannte Feuchtkugeltemperatur abgekühlt. Ist diese Temperatur erreicht, so kann kein Wasser mehr von der Luft aufgenommen werden.   Internationale Anwendung Im angelsächsischen Raum wird das Mollier-h-x-Diagramm mit vertauschten Achsen unter der Bezeichnung „psychrometric chart“ verwendet. Entsprechend ändern sich die Richtungen bei der Darstellung der Luftzustandsänderungen." [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Mollier-h-x-Diagramm. -- Zugriff am 2009-09-01]

Psychrometric chart   Abb.: A simple psychrometric chart. [Bildquelle: ArthurOgawa / Wikipedia. -- Public domain] A psychrometric chart is a graph of the physical properties of moist air at a constant pressure (often equated to an elevation relative to sea level). The chart graphically expresses how various properties relate to each other, and is thus a graphical equation of state. The thermophysical properties found on most psychrometric charts are: Dry-bulb temperature (DBT) is that of an air sample, as determined by an ordinary thermometer, the thermometer's bulb being dry. It is typically the x-axis, the horizontal axis, of the graph. The SI units for temperature are Kelvin; other units are Fahrenheit. Wet-bulb temperature (WBT) is that of an air sample after it has passed through a constant-pressure, ideal, adiabatic saturation process, that is, after the air has passed over a large surface of liquid water in an insulated channel. In practice, this is the reading of a thermometer whose sensing bulb is covered with a wet sock evaporating into a rapid stream of the sample air. The WBT is the same as the DBT when the air sample is saturated with water. The slope of the line of constant WBT reflects the heat of vaporization of the water required to saturate the air of a given relative humidity. Dew point temperature (DPT) is that temperature at which a moist air sample at the same pressure would reach water vapor saturation. At this saturation point, water vapor would begin to condense into liquid water fog or (if below freezing) solid hoarfrost, as heat is removed. The dewpoint temperature is measured easily and provides useful information, but is normally not considered an independent property. It duplicates information available via other humidity properties and the saturation curve. Relative humidity (RH) is the ratio of the mole fraction of water vapor to the mole fraction of saturated moist air at the same temperature and pressure. RH is dimensionless, and is usually expressed as a percentage. Lines of constant RH reflect the physics of air and water: they are determined via experimental measurement. Note: the notion that air "holds" moisture, or that moisture dissolves in dry air and saturates the solution at some proportion, is an erroneous (albeit widespread) concept (see relative humidity for further details). Humidity ratio (also known as moisture content, mixing ratio, or specific humidity) is the proportion of mass of water vapor per unit mass of dry air at the given conditions (DBT, WBT, DPT, RH, etc.). It is typically the y-axis, the vertical axis, of the graph. For a given DBT there will be a particular humidity ratio for which the air sample is at 100% relative humidity: the relationship reflects the physics of water and air and must be measured. Humidity ratio is dimensionless, but is sometimes expressed as grams of water per kilogram of dry air or grains of water per pound of air (7000 grains equal 1 pound). Specific enthalpy symbolized by h, also called heat content per unit mass, is the sum of the internal (heat) energy of the moist air in question, including the heat of the air and water vapor within. In the approximation of ideal gases, lines of constant enthalpy are parallel to lines of constant WBT. Enthalpy is given in (SI) joules per kilogram of air or BTU per pound of dry air. Specific volume, also called inverse density, is the volume per unit mass of the air sample. The SI units are cubic meters per kilogram of dry air; other units are cubic feet per pound of dry air. The versatility of the psychrometric chart lies in the fact that by knowing three independent properties of some moist air (one of which is the pressure), the other properties can be determined. Changes in state, such as when two air streams mix, can be modeled easily and somewhat graphically using the correct psychrometric chart for the location's air pressure or elevation relative to sea level. For locations at or below 2000 ft (600 m), a common assumption is to use the sea level psychrometric chart. The relationship between DBT, WBT, and RH is given by the Mollier diagram (pressure-enthalpy) for water in air, developed by Richard Mollier. Willis Carrier, considered the 'father' of modern air-conditioning, rearranged the Mollier diagram for moist air (its T-s chart) to allow such graphical solutions. Many variations and improvements to the psychrometric charts have occurred since, and most charts do not show the specific entropy (s) like the Mollier diagram. ASHRAE now publishes what are considered the modern, standard psychrometric charts, in both I-P and SI units, for a variety of elevations or air pressures.  How to read the chart The most common chart used by practitioners and students alike is the "ω-t" (omega-t) chart in which the dry bulb temperature (DBT) appears horizontally as the abscissa and the humidity ratios (ω) appear as the ordinates. In order to use a particular chart, for a given air pressure or elevation, at least two of the six independent properties must be known (DBT, WBT, RH, humidity ratio, specific enthalpy, and specific volume). This gives rise to possible combinations. DBT: This can be determined from the abscissa on the x-axis, the horizontal axis DPT: Follow the horizontal line from the point where the line from the horizontal axis arrives at 100% RH, also known as the saturation curve. WBT: Line inclined to the horizontal and intersects saturation curve at DBT point. RH: Hyperbolic lines drawn asymptotically with respect to the saturation curve which corresponds to 100% RH. Humidity ratio: Marked on the y-axis. Specific enthalpy: lines of equal values, or hash marks for, slope from the upper left to the lower right. Specific volume: Equally spaced parallel family of lines." [Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Psychrometric_chart . -- Zugriff am 2009-09-01]

4.5. Verdunstung und Verdunstungskühlung - evaporation and evaporative cooling - การระเหย และ ระบบระบายความร้อนโดยการระเหย

Sieden (boiling - การเดือด) (bzw. Verdampfen) ist der schnelle Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand. Sieden geschieht beim Siedepunkt (จุดเดือด) des betreffenden Stoffes. Der Siedepunkt ist vom Stoff und vom Umgebungsdruck abhängig (je niedriger der Druck, desto niedriger der Siedepunkt).

Der Umkehrvorgang zum Sieden ist die Kondensation (การควบแน่น), der Übergang eines Stoffes vom gasförmigen in den flüssigen Zustand. Der Kondensationspunkt (Kondensationstemperatur) ist mit dem Siedepunkt (Siedetemperatur) identisch. Bei Kondensation wird die Energie, die beim Verdampfen zugeführt wird, wieder frei in Form von Wärme (Kondensationswärme), die an die Umgebung abgegeben wird. Kondensationswärme ist gleich groß wie die Verdampfungswärme

Verdunstung (evaporation - การระเหย)  ist der langsame Übergang einer Flüssigkeit unterhalb des Siedepunkts in den gasförmigen Zustand, von der Oberfläche ausgehend, unter Aufnahme von Wärme aus der Umgebung (Verdampfungswärme - enthalpy of vaporization / heat of vaporization - ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ). Diese Wärmeaufnahme zur Energiegewinnung für die Verdunstung äußert sich in einer Temperaturabnahme der Umgebung (Verdunstungskühlung - evaporative cooling - ระบบระบายความร้อนโดยการระเหย). Die bei der Verdampfung der Flüssigkeit zugeführte Energie (Enthalpie - enthalpy - เอนทาลปี) setzt sich zusammen aus der zugeführten inneren Energie des Dampfes sowie aus der Arbeit, die der Vergrößerung des Volumens von Dampf gegenüber der Flüssigkeit dient. 

Es gilt

ΔQ = ΔH = ΔU + ΔW
Zugeführte Wärmenergie in kJ (ΔQ) = Änderung des Wärmeinhalts / der Entropie in kJ (ΔH) = Änderung der inneren Energie in kJ (ΔU) + vom Dampf verrichtete Volumensänderungsarbeit in kJ (ΔW)

Die Geschwindigkeit der Verdunstung hängt ab

• vom Stoff selbst
• seiner Temperatur
• dem Umgebungsdruck (z.B. Luftdruck)
• der Größe der Flüssigkeitsoberfläche 

Im Unterschied zum Sieden einer Flüssigkeit, welches in der Flüssigkeit (Blasenbildung) und an der Flüssigkeitsoberfläche erfolgt, findet Verdunstung nur an der Flüssigkeitsoberfläche statt.

Die Verdampfungswärme von Wasser ist 2257 kJkg^-1.

Dampf hat also eine größere innere Energie als die Flüssigkeit mit gleicher Temperatur.

Verdunstung wird angewendet

• zum Trocknen von Gegenständen. Der zu trocknende Stoff wird möglichst groß ausgebreitet bzw. zerteilt und oft auch erwärmt (z.B. durch die Sonne) (Wäscheaufhängen)
• zum Kühlen: Wasser verdunstet und kühlt so die umgebende Luft oder den benetzten Körper ab.

Abb.: Verdunstungskühlung
[Bildquelle: MIT OpenCourseWare. -- http://www.flickr.com/photos/mitopencourseware/3039347714/. -- Zugriff am 2009-09-01. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

"Verdampfung (Verflüchtigung), der Übergang einer Flüssigkeit oder eines festen Körpers in den gasförmigen Zustand. Stellt man in einer flachen Schale Wasser an die freie Luft, so nimmt seine Menge fortwährend ab, bis es endlich ganz verschwunden ist. Diese Dampfbildung, die ganz ruhig nur an der Oberfläche der Flüssigkeit vor sich geht, nennt man Verdunstung. Im geschlossenen Raum, z. B. unter einer Glasglocke, findet sie nur so lange statt, bis der Raum mit Dampf gesättigt, d. h. dessen Spannung den der betreffenden Temperatur entsprechenden Maximalwert erreicht hat (s. ð Dampf). Im luftleeren Raum erfolgt die Dampfbildung bis zur Sättigung fast augenblicklich; in einem mit Gasen erfüllten Raum geht die Verdunstung dagegen langsam vor sich, schließlich erreicht aber der Dampf denselben Grad der Sättigung oder dieselbe Spannkraft, als wenn kein andres Gas vorhanden wäre, und sein Druck fügt sich dem Druck der bereits vorhandenen Gase oder Dämpfe hinzu (Daltons Gesetz). Durch Erwärmung wird die Verdunstung befördert, sie hört aber auch in der Kälte nicht auf; selbst Eis und Schnee verschwinden bei trockenem, kaltem Wetter durch Verdunstung allmählich. In ruhiger Luft geht die Verdunstung sehr langsam vor sich, weil die mit der Flüssigkeitsoberfläche in unmittelbarer Berührung stehende Luftschicht sich mit Dampf sättigt, den sie nur langsam durch allmählichen Austausch (Diffusion) an die darüber befindlichen Luftschichten abgibt; durch Luftzug, der die gesättigte Luft rasch entführt und ungesättigte an ihre Stelle bringt, wird die Verdunstung sehr gefördert. Beim Erhitzen erreicht Wasser eine Temperatur von 100°, und der sich bildende Dampf besitzt dieselbe Temperatur. Die von der heizenden Flamme unausgesetzt zugeführte Wärme bringt keine weitere Erwärmung hervor, sie wirkt nicht auf das Thermometer; aber sie unterhält das Kochen, indem sie das flüssige Wasser in den gasförmigen Zustand umarbeitet. Man nennt die zu dieser Arbeit verbrauchte Wärmemenge die Verdampfungswärme oder, da sie für das Gefühl und das Thermometer verschwindet und sich in dem Dampf gleichsam als dessen Bestandteil verborgen zu haben scheint, gebundene oder latente Wärme. Leitet man den Dampf durch ein von kaltem Wasser umgebenes Rohr, so schlägt er sich in diesem als Wasser nieder, während er seine sämtliche gebundene Wärme an das umgebende Wasser wieder abgibt. Man findet auf diese Weise, dass 1 kg Dampf von 100°, indem er sich zu 1 kg Wasser von 100° verdichtet, 10 kg Wasser um 53,6° oder, was dasselbe ist, 536 kg Wasser um 1° zu erwärmen vermag. und dass sonach 536 Wärmeeinheiten erforderlich sind, um 1 kg Wasser von 100° in Dampf von 100° überzuführen. Auch bei der Verdunstung wird Wärme verbraucht oder »gebunden«. Findet keine Wärmezufuhr von außen statt, so muss die nötige Verdampfungswärme aus der Flüssigkeit selbst oder von andern Körpern, mit denen die verdunstende Flüssigkeit in Berührung ist, entnommen werden; diese werden daher abgekühlt (Verdunstungskälte). Dies empfindet man, wenn man z. B. Äther auf der Hand verdunsten lässt. Befindet sich Wasser unter der Glocke der Luftpumpe neben konzentrierter Schwefelsäure, welche die entstehenden Wasserdämpfe aufnimmt, so wird durch die äußerst lebhaft vor sich gehende Verdunstung so viel Wärme verbraucht, dass das Wasser infolge seiner eignen Verdunstung gefriert (Carrés Eispumpe). Beim Ausströmen flüssiger Kohlensäure wird durch die rasche Verdunstung eines Teiles derselben eine solche Kälte erzeugt, dass die noch übrige Menge zu einer schneeähnlichen Masse von -79° erstarrt. Flüssiges Stickstoffoxydul erstarrt durch seine Verdunstung zu einer Masse, deren Schmelzpunkt bei -105° liegt. Durch beschleunigte Verdunstung von flüssiger Luft erhält man Temperaturen bis -200°, durch Verdunstung von flüssigem Wasserstoff bis -258°. Noch weiter würde sich die Abkühlung mit flüssigem Helium treiben lassen." [Quelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v.]

Auf der Verdunstungskühlung beruht die Messung der Luftfeuchtigkeit bzw. Feuchtkugeltemperatur (wet bulb temperature - WBT) durch Psychrometer:

"Psychromēter (griech., »Feuchtigkeitsmesser«), Instrument zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes der Luft unter Benutzung der Verdunstungskälte. Befeuchtet man die Kugel eines Thermometers, so sinkt das Quecksilber infolge des Wärmeverbrauchs bei der Verdunstung. Während schon Cullen 1777 die richtige Erklärung dafür gab und Hutton 1792 danach bereits die Feuchtigkeit der Luft zu schätzen versuchte, gab August 1825 dem Instrument eine praktisch bequeme Form und entwickelte dessen Theorie. Das Augustsche Pschrometer besteht aus zwei gleich geteilten, nebeneinander aufgestellten Thermometern; die Kugel des einen ist mit einer einfachen Lage von Musselin umhüllt, dem der Docht F Wasser aus dem Gefäß B zuführt. Einige Zeit nach dem Beginn der Befeuchtung hat das Thermometer seinen tiefsten Stand erreicht, nämlich diejenige Temperatur, bei der gerade so viel Wärme zur Verdunstung verbraucht wie zugeführt wird. Den Unterschied dieser Temperatur gegen die des trocknen Thermometers nennt man die psychrometrische Differenz. Mit den Angaben beider Thermometer entnimmt man besondern Psychrometertafeln die absolute und relative Feuchtigkeit sowie den Taupunkt." [Quelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v.]

4.6. Joule-Thomson-Effekt

"Der Joule-Thomson-Effekt, nicht zu verwechseln mit dem Thomson-Effekt, tritt auf, wenn ein reales Gas oder Gasgemisch durch Drosselung (=Druckänderung) eine Temperaturänderung erfährt. Diese Erscheinung spielt eine wichtige Rolle in der Thermodynamik von Gasen und ist vor allem für die Technik von Bedeutung. Eine wichtige großtechnische Anwendung ist die Gasverflüssigung im Linde-Verfahren.    Schematische Darstellung des Joule-Thomson-Effektes [Bildquelle: Wikipedia. -- gemeinfrei] Drosselt man ein Gas, etwa indem man in einer Rohrleitung eine Blende oder anderes Hindernis einbaut (siehe Grafik), expandiert es. Das heißt, das vom Gas eingenommene Volumen hinter dem Hindernis nimmt zu. Dabei erhöht sich der mittlere Teilchenabstand, wodurch sich die Temperatur des Gases ändert. Der Joule-Thomson-Effekt wurde nach James Prescott Joule und Sir William Thomson (dem späteren Lord Kelvin) benannt, die dieses Phänomen im Jahre 1852 beschrieben." [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Joule-Thomson-Effekt. -- Zugriff am 2009-08-21]

4.7. Kältemaschine - chiller / refrigerator - ตู้เย็น

"Eine Kältemaschine ist ein Gerät, das der Kälteerzeugung dient. An jeder Kältemaschine ist deswegen immer eine Stelle zu finden, die kälter als die Umgebungstemperatur ist (z. B. Verdampfer bei Kompressionskältemaschinen oder Kaltfinger bei Gaskältemaschinen). Wird ein zu kühlendes Objekt mit dieser kalten Stelle in Kontakt gebracht, wird dieses Objekt gekühlt. Eine Kältemaschine setzt einen thermodynamischen Kreisprozess um, bei dem Wärme unterhalb der Umgebungstemperatur aufgenommen und bei höherer Temperatur abgegeben wird. In diesem Sinne ist eine Kältemaschine einer Wärmepumpe ähnlich. Zur Realisierung verwendet man: sog. Kaltdampfanlagen, in denen die Eigenschaften von Stoffen genutzt werden, bei unterschiedlichen Drücken unterschiedliche Siede- bzw. Kondensationstemperaturen zu haben. Die so verwendeten Stoffe nennt man Kältemittel. Der Arbeitsbereich ist begrenzt durch die erreichbaren Siede- bzw. Kondensationstemperaturen der Kältemittel. den Joule-Thomson-Effekt (JTE), der bewirkt, dass sich reale Gase bei der Entspannung (Drosselung) abkühlen. Dieser Effekt ist bspw. die Grundlage des Linde-Verfahrens. Durch mehrstufige Anwendungen können auch im industriellen Bereich sehr niedrige Temperaturen, z. B. zur Luftverflüssigung, erreicht werden." [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/K%C3%A4ltemaschine. -- Zugriff am 2009-08-21]

4.7.1. Absorptionskältemaschine - Absorption refrigerator

Abb.: Absorptionskältemaschine von Habermann
[Bildquelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v.]

"Eine Absorptionskältemaschine ist eine Kältemaschine, bei der im Gegensatz zur Kompressionskältemaschine die Verdichtung durch eine temperaturbeeinflusste Lösung des Kältemittels erfolgt. Man bezeichnet dies auch als thermischen Verdichter. Das Kältemittel wird in einem Lösungsmittelkreislauf bei geringer Temperatur in einem zweiten Stoff absorbiert und bei höheren Temperaturen desorbiert. Bei dem Prozess wird die Temperaturabhängigkeit der physikalischen Löslichkeit zweier Stoffe genutzt. Voraussetzung für den Prozess ist, dass die beiden Stoffe in dem verwendeten Temperaturintervall in jedem Verhältnis ineinander löslich sind. Entwicklung Der Absorptions-Kältekreislauf gilt als der älteste bekannte technische Prozess zur Kälteerzeugung. John Leslie entwickelte 1810 eine Absorptionskälteanlage mit dem Kältemittel Wasser und dem Absorptionsmittel Schwefelsäure. Der industrielle Durchbruch gelang F. Carré 1859, der das Stoffpaar Ammoniak/Wasser in einer kontinuierlich arbeitenden Absorptionskälteanlage einsetzte. Die Firma Carrier begann 1940 mit Forschungen an einer Wasser/Lithiumbromid-Absorptionskälteanlage und errichtete 1945 die erste kommerzielle Anlage. Grundlegende Prozesse Die Absorptions-Kältemaschine verknüpft folgende grundlegende Gedanken: Die zum Verdampfen einer Flüssigkeit erforderliche Temperatur nimmt mit sinkendem Druck ab, d.h. das Kältemittel wird bereits bei niedrigen Temperaturen infolge des geringen absoluten Druckes im Verdampfer verdampft. Im Falle der LiBr-Absorptionskälteanlage wird Wasser als Kältemittel verwendet und in einem nahezu evakuierten Behälter auf eine Rohrschlange gesprüht und bei ca. 3° C verdampft. Die zur Verdampfung erforderliche Verdampfungswärme wird dem Gebäude-Kaltwasser in der Rohrschlange entzogen, das als nutzbare Kälte zur Verfügung steht. Der Verdampfungsprozess würde stoppen, wenn der Sättigungsdruck des Kältemittels im Verdampfer erreicht würde. Daher muss der Kältemitteldampf in einem zweiten Schritt ständig entzogen werden. Hier macht man sich die Eigenschaften von bestimmten Salzlösungen zu Nutze, Kältemitteldampf aus der Luft zu binden, d.h. zu absorbieren. Daher auch der Name "Absorptions-Kältemaschine". Dieser Schritt erfolgt im sog. Absorber. Auch der Absorptionsprozess würde stoppen, wenn die Salzlösung mit Kältemittel gesättigt wäre. Daher muss im dritten Schritt der Salzlösung permanent das Kältemittel entzogen werden. Dazu wird die mit Kältemittel angereicherte Salzlösung in den sog. Generator oder Austreiber gepumpt, in dem die Feuchtigkeit durch Hitzeeinwirkung (ca. 80° - 120°C) ausgekocht und wiederum verdampft wird - allerdings auf deutlich höherem Temperatur- und Druckniveau. Die aufkonzentierte Salzlösung wird im geschlossenen Kreislauf wieder zurück zum Absorber geführt. Der Kältemitteldampf aus dem Austreiber wird im letzten Schritt im Kondensator mit Hilfe von Kühlwasser aus einem Kühlkreislauf (z.B. mit Kühlturm) wieder auf das Ausgangsniveau herabgekühlt, kondensiert und anschließend zum Verdampfer geführt. [...] Wasser-Lithiumbromid-Absorptionskälteanlage Neben dem Stoffpaar Ammoniak/Wasser ist auch Lithiumbromid/Wasser gebräuchlich, wobei hier allerdings Wasser das Kältemittel ist. Dadurch ist auch die niedrigste Kaltwasseraustrittstemperatur auf ca. 5 °C begrenzt. Absorptionskälteanlagen mit der Stoffkombination werden daher in der Regel im Klimabereich eingesetzt. Die Eintrittstemperatur des Heizmediums (Heißwasser, Wasserdampf) für den Austreiber kann zwischen 80 °C und 180 °C liegen. Die Anlagen werden daher oft eingesetzt, wenn Abwärme im Bereich von 80–120 °C oder auch solar erzeugte Wärme zur Verfügung steht. Neben den indirekt mit Heißwasser oder Dampf beheizten Austreibern werden auch direkt mit Öl oder Gas beheizte LiBr-Absorptionskälteanlagen (kurz AKM) angeboten. Das Wärmeverhältnis ζ liegt bei einstufigen AKM bei Nennbedingungen (Heiztemperatur: 120 °C; Kühlwassertemperatur: 29 °C) zwischen 0,6 und 0,7. Bei 2-stufigen AKM liegt es zwischen 1,0 bis 1,3. Direkt beheizte LiBr-Absorptionskälteanlagen haben Kälteleistungen von 10 kW bis 5.300 kW. Große einstufige Anlagen werden im Kälteleistungsbereich von 180 kW bis 5.300 kW angeboten. Der Vorteil der LiBr-Absorptionskälteanlagen ist die niedrige Austreibertemperatur und die Unbedenklichkeit der Verwendung von Wasser als Kältemittel, vor allem im Wohnbereich. Da die Kälteerzeugung im Unterdruckbereich stattfindet, ist ein Zerbersten durch Überdruck ausgeschlossen, wenn die Beheizung abgesichert ist. Beschreibung Abb.: Wasser-Lithiumbromid-Absorptionskälteanlage, Bauart Carrier (Beschreibung siehe Text) [Bildquelle: Rainer Sielker / Wikipedia. -- GNU FDLicense] Die Wasser-Lithiumbromid-Absorptionskälteanlage enthält die gleichen Komponenten wie die Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteanlage mit Ausnahme der Rektifikationsäule. Auf diese kann verzichtet werden, da Lithiumbromid bei den gefahrenen Temperaturen praktisch keinen Dampfdruck besitzt und somit nicht flüchtig ist. Die Firma Carrier verwendet zwei zylindrische Behälter, die entsprechend der Funktion mit Trennwänden, Rohrschlangen und Düsenstöcken ausgerüstet sind. Der obere Behälter stellt den Austreiber AT dar. Die arme Lösung wird indirekt durch Wärmezufuhr über eine Rohrschlange beheizt und das Wasser verdampft. Im rechten Bereich der Kammer sind Rohrschlangen installiert, die von Kühlwasser KüW durchströmt werden. Das verdampfte und nicht mit Salz befrachtete Wasser kondensiert im rechten Kammersumpf. Der untere Behälter nimmt den Verdampferteil VD und den Absorberteil AB auf. Die wasserarme und somit LiBr-reiche Lösung 1 aus dem Austreiber wird über einen Lösungswärmeübertrager WT1 abgekühlt und geregelt über einen Düsenstock im linken Teil der unteren Kammer 2 eingedüst. Die salzreiche fein disgerierte Lösung ist bestrebt, den Wasserdampf in der Kammer zu absorbieren. Die entstehende Lösungswärme wird über Kühlschlangen an das Kühlwasser übertragen. Im linken Sumpf der Kammer wird die wasserreiche Lösung 3 über die Lösungsmittelpumpe durch den Wärmeübertrager WT1 geleitet, vorgewärmt und wieder in die obere Austreiberkammer gefördert. In der unteren Kammer herrscht ein starker Unterdruck von etwa 2 mbar, der einer Wassersattdampftemperatur von 6 °C entspricht. Im rechten Teil der Kammer wird Wasser im Kreis gefördert 6 und verdüst. Bei dem durch die Absorption hervorgerufenen Unterdruck verdampft das Wasser bei einer Temperatur von 6 °C. Die Verdampfungswärme liefert das Kaltwasser KW, das in Rohrschlangen in dem Zerstäubungsbereich des Wassers geführt wird. Das Wasser ist somit das Kältemittel, das dem Kaltwasser die Wärme entzieht. Einsatzbereiche Wasser-Lithiumbromid-Absorptionskälteanlagen werden in folgenden Bereichen eingesetzt: Kälteerzeugung für Prozesskühlung aus der Abwärme von Motoren oder Gasturbinen (Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung) Reduzierung des sommerlichen Spitzenstromverbrauchs für Gebäudeklimatisierung, der durch elektrisch betriebene Kompressionskältemaschinen verursacht wird, und stattdessen Einsatz von Erdgas oder Heizöl und Sonnenenergie über Kollektoren als Energiequelle Kaltwassererzeugung für Kraftwerke in denen Wärme als "Abfallprodukt" entsteht." [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Absorptionsk%C3%A4ltemaschine . -- Zugriff am 2009-08-21]

4.7.2. Adsorptionskältemaschine - adsorption cooling machine

"Eine Adsorptionskältemaschine ist eine Sorptions-Kältemaschine, die mit einem festen Sorptionsmittel arbeitet. Sie wird vor allem als Kältespeicher eingesetzt.Adsorption und Desorption Die Anlagerung an einen Feststoff wird in der Verfahrenstechnik als Adsorption bezeichnet und die Desorption dementsprechend als Lösen von einem Feststoff. In einer Adsorptionskältemaschine wird das Kältemittel so gewählt, dass mit der Ad- bzw. Desorption eine Aggregatszustandsänderung einhergeht. Da die Adsorption des Kältemittels eine Kondensation beinhaltet, wird sie von niedriger Temperatur und hohem Druck begünstigt, verringert das Volumen des Kältemittels und setzt Energie in Form von Wärme frei. Die Desorption beinhaltet das Gegenteil der Kondensation (Verdampfen) und hat somit den gegenteiligen Effekt. Dies führt bei gleichbleibendem Druck dazu, dass die Temperatur immer dem Siedepunkt des Kältemittels entspricht, vorausgesetzt, es ist noch Kältemittel in beiden Aggregatzuständen vorhanden. Damit ist die Grundvoraussetzung für eine Kältemaschine und für einen Wärmespeicher gegeben. Da sich das Kühlmittel an das Sorptionsmittel anlagern soll, eignen sich vor allem Stoffe, die sehr feinporös sind und demzufolge eine sehr große innere Oberfläche besitzen. diese Bedingung erfüllen u.a. folgende Stoffe: Aktivkohle, Zeolithe, Silikagel. Aufbau Die Adsorptionskältemaschine besteht aus einem Ad- bzw. Desorber und einem Verdampfer bzw. Kondensator, die in einem gemeinsamen Behälter untergebracht oder mit einem Rohr miteinander verbunden sind. Der Vorteil der Sorption liegt darin, dass der Ablauf allein durch die Temperierung des Sorptionsmittels erfolgt. Deshalb kann der Behälter hermetisch und gasdicht abgeschlossen sein. Bei Verwendung von z. B. Wasser als Kältemittel arbeitet die Adsorptionskältemaschine immer im Unterdruckbereich. Der apparative Aufbau ist relativ einfach, weil für Ad- bzw. Desorber und Verdampfer bzw. Kondensator nur jeweils ein Apparat erforderlich ist. Funktionsweise Der wesentliche Unterschied zu einer Kältemaschine allgemeiner Art besteht darin, dass das Sorptionsmittel in fester Form nicht umgewälzt werden kann. Deshalb müssen sowohl Ad- als auch Desorber als auch Verdampfer bzw. Kondensator jeweils dasselbe Material im selben Behälter sein, aber ihre jeweilige Funktion in einem Behälter nicht gleichzeitig, sondern nacheinander erfüllen. Infolgedessen ist die Adsorptionskältemaschine eine diskontinuierlich arbeitende Kältemaschine, bei welcher einer Phase Adsorption mit der Verdampfung, in der anderen die Desorption mit der Kondensation einhergeht. Wegen dieser zeitlichen Trennung der Phasen eignet sich dieser Prozess auch zur Kältespeicherung   Das Bild zeigt das Funktionsprinzip einer diskontinuierlich arbeitenden Adsorptionskältemaschine: Links ist das Sorptionsmittel und rechts der Verdampfer/Kondensator. [Bildquelle: Famulus / Wikipedia. -- GNU FDLIcense] Das Kältemittel im Verdampfer bzw. Kondensator wird erhitzt, verdampft und kühlt dadurch denselben und führt die zugeführte Wärme somit ab. Das verdampfte Kältemittel wird nun vom Sorptionsmittel adsorbiert und gibt die Wärme, welche dort entnommen wird, wieder ab. Da sich das Kältemittel dort sammelt, ist ein Rücktransport notwendig. Zum Transport des Kältemittels ist lediglich eine entsprechende Temperierung des Sorptionsmittels erforderlich. Führt man diesem Wärme zu, so findet eine Desorption statt, d. h. das Kältemittel verlässt im flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustand das Sorptionsmittel und kondensiert anschließend im Verdampfer bzw. Kondensator, der als Kondensator fungiert, indem die Kondensationswärme abgeführt wird. Danach wird die Temperatur im Sorptionsmittel und damit auch der Druck wieder abgesenkt. Alternativ dazu kann die Leistung auch durch Regelung des Kältemittelstroms eingestellt werden, wenn Ad-/Desorber und Verdampfer/Kondensator in mit einem Rohr verbundenen getrennten Behältern untergebracht sind, indem in diesem Rohr ein Gasmengenregelventil sitzt. Das desorbierte Adsorbens "saugt" dann die am Regelventil eingestellte Kältemittelmenge bis zur Sättigung an und entzieht damit dem Verdampfer die Verdampfungswärme. In dieser Form kann der Apparat auch als Kältespeicher, z. B. transportabel, fungieren, der wiederaufladbar ist, indem das Sorptionsmittel an einer Ladestation bei Bedarf desorbiert wird. Der Nachteil liegt vor allem darin, dass wegen der Umschaltung der Apparate "Totwärme" hin und her verschoben wird. Deshalb muss die apparative Konstruktion sorgfältig mit minimalen Wärmekapazitäten ausgeführt werden. Es ist auch vorgeschlagen worden, die Adsorptionskältemaschine mehrstufig auszuführen, was den Prozesswirkungsgrad deutlich verbessert, den apparativen Aufwand allerdings auch erhöht. Einsatz in Entwicklungsländern Da Adsorption und Desorption nicht zwingend elektrische Energie benötigen, können Adsorptionskältemaschinen in unterentwickelten Gegenden ohne Stromnetz verwendet werden, um verderbliche Lebensmittel, Arzneimittel oder Impfstoffe zu kühlen. Dazu wird der Sorptionsmittelbehälter bei Bedarf an den Verdampfer mit Wasser als Kühlmittel angeschlossen und das System mit einer Handpumpe unter Unterdruck gesetzt. Wenn der Behälter mit Kühlmittel gesättigt ist, kann er durch Erhitzung mit einem Solarkocher wieder regeneriert werden. In der Zwischenzeit können der Reihe nach weitere Sorptionsmittelbehälter angeschlossen werden, um die Kühlung aufrecht zu erhalten. Mit mehreren, bei Sonneneinstrahlung regenerierten Behältern lassen sich auch Nacht- und Bewölkungszeiten überbrücken." [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Adsorptionsk%C3%A4ltemaschine . -- Zugriff am 2009-08-21]

4.7.3. Kompressionskältemaschine - vapor-compression refrigerator

Abb.: Kompressionskältemaschine von Borsig
[Bildquelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v.]

"Die Kompressionskältemaschine stellt die häufigste Bauform der Kältemaschine dar. Diese Bauform nutzt den physikalischen Effekt der Verdampfungswärme bei Wechsel des Aggregatzustandes von flüssig zu gasförmig. Abb.: Schema der Kompressionskältemaschine [Bildquelle: Hadhuey / Wikipedia. -- gemeinfrei] Ein Kältemittel, das in einem geschlossenen Kreislauf bewegt wird, erfährt nacheinander verschiedene Aggregatzustandsänderungen. Das gasförmige Kältemittel wird zunächst durch einen Kompressor komprimiert (verdichtet). Im folgenden Wärmeübertrager (Verflüssiger) kondensiert (verflüssigt) es unter Wärmeabgabe. Anschließend wird das flüssige Kältemittel aufgrund der Druckänderung über einer Drossel, z. B. ein Expansionsventil oder ein Kapillarrohr, entspannt. Im nachgeschalteten zweiten Wärmeübertrager (Verdampfer) verdampft das Kältemittel unter Wärmeaufnahme bei niedriger Temperatur (Siedekühlung). Der Kreislauf kann nun von vorne beginnen. Der Prozess muss von außen durch Zufuhr von mechanischer Arbeit (Antriebsleistung) über den Kompressor in Gang gehalten werden. Das Kältemittel nimmt eine Wärmeleistung auf einem niedrigen Temperaturniveau (z. B. 5 °C kalter Kühlschrankinnenraum) auf und gibt sie unter Zuführung von technischer Arbeit auf einem höheren Temperaturniveau an die Umgebung ab (z. B. 35 °C Verflüssigungstemperatur in dem Wärmeübertrager auf der Kühlschrankrückseite). Der Carnot-Prozess bildet den Kälteprozess mit der höchsten Leistungsziffer; er kann in realen Kompressionskälteanlagen nur annähernd erreicht werden, da die thermodynamischen Zustandsänderungen des Carnot-Prozesses in realen Anlagen nur annähernd technisch umgesetzt werden können. Die Bandbreite der Kompressionskälteanlagen reicht von relativ einfachen Kühlschrank-Kompressionskälteanlagen mit Kälteleistungen von einigen 100 W bis zu Großanlagen für Kühlhäuser oder zur Klimatisierung von Bergwerken mit Kälteleistungen über 10 MW. Geschichte Im Jahre 1834 baute der US-Amerikaner Jacob Perkins (1766–1849) die erste Kompressionskältemaschine mit dem Kältemittel Ether, die er am 14. August 1835 unter dem Namen Äthereismaschine patentieren ließ. Das Kältemittel Ether hat jedoch den Nachteil, dass es mit Luftsauerstoff hochexplosive Peroxide bildet und die Äthereismaschinen zuweilen explodierten. [...] Kältemittelkreislauf Abb.: Fließbild des einfachen Kälteanlagenprozesses [Bildquelle: Rainer Sielker / Wikipedia. -- gemeinfrei] Der einfache Kältemittelkreislauf besteht aus den vier Bauelementen Kompressor (K), Verflüssiger (C), Drosseleinrichtung (E) und Verdampfer (V). Bei der einstufigen Kälteanlage wird zwischen Hochdruck- und Niederdruckseite unterschieden. Die Hochdruckseite (kurz: HD) reicht von der Druckseite des Verdichters bis zum Drosselorgan. Die Niederdruckseite (kurz: ND) umfasst den Kältekreislauf hinter der Drosselung bis zum Verdichtereintritt. Verflüssiger Der Verflüssiger wird entweder durch Luft oder Wasser gekühlt. Der luftgekühlte Verflüssiger ist eine Rohranordnung, dessen Oberfläche durch aufgeschrumpfte Kupfer- oder Aluminiumlamellen vergrößert wird. Ein Lüfter fördert die Kühlluft durch das Lamellenpakt. Bei Kleinkühlgeräten wie Kühlschränken beschränkt man sich auf die natürliche Konvektion, so dass der Lüfter entfallen kann. Die Verflüssigungstemperatur und damit auch die Leistungszahl der Kälteanlage ist von der Kühllufttemperatur abhängig. Technisch aufwändiger und wartungsintensiver sind Verdunstungsverflüssiger, da hier aufgrund der Teilverdunstung des Wassers sehr niedrige Verflüssigungstemperaturen möglich sind. Durch die zusätzliche Verdunstung des Wasser kann eine sehr niedrige Verflüssigungstemperatur erreicht werden, die im Grenzfall der Feuchtkugeltemperatur entspricht. Bei trockener Luft kann die Verflüssigungstemperatur unterhalb der Umgebungstemperatur liegen. Es muss allerdings das verdunstete Kühlwasser ersetzt und aufbereitet werden. Bei wassergekühlten Verflüssigern wird die Verflüssigungswärme zunächst auf den Wärmeträger Wasser oder Wasser-Sole-Gemisch übertragen. Das Kühlwasser wird über eine Kreiselpumpe zu dem Kühlturm befördert. Wenn ein offener Kühlwasserkreislauf genutzt wird, kann durch Verrieselung des Wassers auch hier die Verdunstungskühlung genutzt werden. Im Kühlturm wird das Wasser durch Düsenstöcke nach unten versprüht. Im Gegenstrom wird Luft durch den Kühlturm gedrückt. Es erfolgt eine Wärmeaustausch und ein Teil des Kühlwassers verdampft. Am Luftaustritt sind Tropfenabscheider angeordnet, um Wasserstropfen wieder in die Kühlturmtasse abzuleiten. Verdampfer In der Kältetechnik werden überflutete Verdampfer oder Wärmeübertrager mit Kältemitteleinspritzung (Trockenexpansion) eingesetzt. Verdampfer mit Trockenexpansion Verdampfer mit Trockenexpansion sind am Eintritt mit einem Drosselorgan ausgerüstet, das so ausgelegt ist, dass das Kältemittel am Austritt vollständig verdampft und überhitzt ist. Das Kältemittel wird in Tröpfchenform in den Verdampfer eingespritzt. Als Drosseleinrichtung werden in Kleinkühlgeräten (Kühlschränke) Kapillarrohre eingesetzt, die ungeregelt sind und somit einen konstanten Druckverlustbeiwert haben. Kapillarrohre können daher nur in Geräten eingesetzt werden, deren Kühlleistungen nahezu konstant ist. Die Kältemittelfüllmenge muss auf die Betriebsbedingungen abgestimmt sein, damit kein flüssiges unverdampftes Kältemittel vom Verdichter angesaugt wird. In sonstigen Kühlgeräten mit Trockenexpansion werden ausschließlich thermostatische Expansionsventile - oft mit äußerem Druckausgleich - eingesetzt. Mechanisch arbeitende Expansionsventile arbeiten ohne Hilfsernergie. Am Austritt des Verdampfers ist ein Kapillarfühler an die Rohrleitung angelegt. Der Hub des Einspritzventils und damit der Einspritzmassenstrom werden über den Druck der eingeschlossenen Kapillarflüssigkeit geregelt. Als Regelgröße wird die Überhitzung des austretenden Kältemittels genutzt. Neuerdings kommen vermehrt elektronische Expansionsventile zum Einsatz, die eine feinere Abstimmung des Regelverhaltens ermöglichen und die Leistungszahl der Kälteanlage verbessern. Überflutete Verdampfer Anlagen mit überfluteter Fahrweise besitzen auf der Niederdruckseite einen Kältemittelbehälter, den sogenannten Abscheider, in dem flüssiges Kältemittel mit einer Gasüberlagerung unter Sattdampfbedingungen vorgehalten wird. Der Füllstand des Abscheiders wird entweder über einen mechanischen Schwimmerregler (Hoch- oder Niederdruckschwimmer) geregelt oder es ist eine Füllstandsregelung mit einer Füllstandsonde und einem Regelventil in der Flüssigkeitsvorlaufleitung installiert. Der Druck im Abscheider wird auf einen bestimmten Wert gehalten, der durch die erforderliche Temperaturen an den Kühlstellen bestimmt ist. Die Kältemittelverdichter saugen das Gas aus dem oberen Bereich des Abscheiders ab, und somit bleibt das Sattdampfgleichgewicht bei der geforderten Temperatur im Abscheider erhalten. Als Kältemittel kommt hier meistens Ammoniak zum Einsatz. Die Anwendung des Kältemittels CO2 ist bislang auf Sonderfälle beschränkt. Thermosyphonanlage Eine Variante der überfluteten Anlage ist die Thermosiphonkälteanlage. Sie kann eingesetzt werden, wenn ein Kälteträgerkreis wie ein Kaltwasser- oder Solekreis verwendet wird. Unterhalb des Abscheiders wird ein Plattenwärmeübertrager installiert. Der untere Eintritt des Plattenwärmeübertragers ist mit dem Abscheider verbunden und es wird flüssiges Kältemittel aufgegeben. Das Kältemittel verdampft durch den Wärmeübergang von der Sole und der Kältemitteldampf gelangt in den oberen Raum des Abscheiders. Diese Kälteanlagen haben aufgrund des verwendeten Plattenwärmeübertragers und eines geringen Vorlagevolumens im Abscheider geringe Füllmengen (ca. 100 kg Füllmasse bei einer Kälteleistung von 500 kW). Pumpenbetrieb Abb.: Einstufige Kälteanlage mit Pumpenumlauf [Bildquelle: Rainer Sielker / Wikipedia. -- gemeinfrei] In Kälteanlagen mit vielen angeschlossenen Verdampfern und bei längeren Strömungswegen mit lastabhängigen Druckverlusten können auf Grund dieser Störgrößen keine befriedende Regelung an den einzelnen Verdampfern erreicht werden. Es werden dann Pumpenanlagen eingesetzt und die Verdampfer werden dann überflutet betrieben. Die Pumpen saugen Kältemittel aus dem unteren Teil des Abscheiders (Flüssigphase) an und erhöhen den Druck des Kältemittels um typisch 2 bar. Der Druck liegt oberhalb des Sattdampfdruckes, was ein Ausdampfen des Kältemittels in den Rohrleitungen zu den Kühlstellen verhindert. Das an den Kühlstellen verdampfte Kältemittel wird wieder zum Abscheider zurückgeleitet. Typisch Einsatzgebiete Ammoniakanlagen mit Pumpenbetrieb sind: Kühlhäuser, Brauereien, Schlachthäuser, Chemische Industrie, Eislaufhallen. Die Kältemittelfüllmengen der Ammoniakkälteanlagen mit Pumpenbetrieb können sehr groß sein; sie liegen zwischen einer und 200 Tonnen. Anlagen mit einer Füllmenge über 3 t unterliegen dem Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG), und bedürfen aufgrund der Gefahrstoffeigenschaften besonderer Prüfungen durch Zugelassene Überwachungsstellen. Ein nennenswerter Vorteil ist der günstige Preis von Ammoniak gegenüber anderen Kältemitteln. Weiterhin stellt das im Abscheider entspannte Kältemittel gespeicherte Kälteenergie dar, so dass Spitzen abgefahren werden können und ein Ausfall der Verdichter eine gewisse Zeit überbrückt werden kann. Ferner besteht je nach Anlagenkonzeption die Möglichkeit, die Verdichter in vom Stromtarif her günstigen Zeitspannen zu betreiben. Auch bei Anlagen mit Niederdruckabscheider müssen Einrichtungen vorhanden sein, die den Verdichter vor Flüssigkeitsschlägen schützen (Überfüllabsicherung, Abscheidebehälter auf der Saugseite). Pumpenanlagen werden zweistufig ausgeführt, wenn an den Kühlstellen unterschiedliche Temperaturen erforderlich sind (z.B. Kühlhaus, Verladezone/Frischhaltebereich: +4°C; Tiefkühlung: -30°C)." [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Kompressionsk%C3%A4ltemaschine. -- Zugriff am 2009-08-21]

4.8. Luftentfeuchter - dehumidifier - เครื่องขจ้ดความชื้น

"Ein Luftentfeuchter ist ein Gerät, das die absolute Luftfeuchtigkeit in einem Raum oder Behälter senkt. Zweck Luftentfeuchter werden zur Trocknung von Neubauten, nach dem Auftreten von Wasserschäden und für Räume verwendet, bei denen hohe Mengen an Wasserdampf anfallen, wie z.B. Schwimmbäder. Hierbei steht das Verhindern von Kondenswasser (und damit Schimmelbildung) an Wärmebrücken des Bauwerks (Außenwände) im Vordergrund. Darüber hinaus werden sie in Kombination mit Luftbefeuchtern eingesetzt, um die Luftfeuchtigkeit in einem Raum konstant zu halten. Wirkungsweise Die gängigen Luftentfeuchter arbeiten nach drei grundsätzlich verschiedenen physikalischen Methoden: Luftkühlung mit Wasserausscheidung (Kondensation); Absorption in hygroskopischen Flüssigkeiten; Adsorption des Wasserdampfs an ein Adsorptionsmittel. Luftkühlung mit Wasserausscheidung Bei der Luftkühlung mit Wasserausscheidung (Kondensationstrocknung) wird die zu trocknende Luft mittels eines Ventilators über einen Wärmeübertrager geleitet. Als Kühlmittel kommen dabei z. B. Leitungswasser, Brunnenwasser, Sole zur Anwendung. Das Wasser rinnt von den gekühlten Flächen des Wärmeübertragers ab und wird in einem Kondensatbehälter gesammelt. Von entscheidender Bedeutung ist bei diesem Prozess, dass die Oberflächentemperatur des Wärmeübertragers niedriger ist als die Taupunkttemperatur der Luft. In Luftentfeuchtern für den Haushaltseinsatz bzw. in Bautrocknungsgeräten wird die Taupunktunterschreitung durch einen geschlossenen Kühlkreislauf bewirkt: Im Trocknungsgerät ist ein Kompressor eingebaut, der für eine Zirkulation von Kältemittel in einem Kühlkreislauf sorgt. Die warme feuchte Luft wird durch einen Ventilator angesaugt und an der Verdampferfläche schockartig abgekühlt. Die Luftfeuchtigkeit kondensiert, und das Wasser wird in einem Behälter gesammelt und entleert, oder mittels Schlauch abgeleitet. Bei kühlen Temperaturen kommt es bei diesem Verfahren zu einer Vereisung des Verdampfers. Deswegen sind nur Geräte praktikabel, die über einen „automatischen Abtauvorgang“ verfügen. In der Regel sind die so arbeitenden Luftentfeuchter mit einem elektronischen Hygrometer ausgestattet und schalten sich aus (oder auf geringere Leistung), sobald ein bestimmter Wert der relativen Luftfeuchtigkeit erreicht ist. Bei Geräten mit Kondensatbehälter wird der Wasserstand überwacht und das Gerät bei vollem Kondensatbehälter ausgeschaltet. Absorption in hygroskopischen Flüssigkeiten Bei der Absorption in hygroskopischen Flüssigkeiten wird die zu trocknende Luft mittels eines Ventilators über eine hygroskopische Flüssigkeit geleitet. Diese besteht in der Regel aus einer wässrigen Salzlösung von Lithiumchlorid, Lithiumbromid oder Calciumchlorid. Der Wasserdampf geht in die hygroskopische Lösung über und verdünnt diese. Die Absorptionsfähigkeit der Lösung wächst mit steigendem Druck, sinkender Temperatur und steigender Wasserdampfkonzentration in der Luft. Durch die frei werdende Absorptionswärme ist unter Umständen eine Kühlung der Flüssigkeit bzw. der getrockneten Luft notwendig. Die hygroskopische Flüssigkeit bedarf nach einer gewissen Zeit der Regeneration. Dies geschieht in der Regel durch Erhitzen ausserhalb der zu trocknenden Räume bzw. mit Ableitung des entstehenden Dampfes. Adsorption des Wasserdampfs Bei der Adsorption des Wasserdampfs wird die zu trocknende Luft mittels eines Ventilators über ein Adsorbens geleitet. Bei technischen Anwendungen handelt es sich meist um Silicagel, oft auch um sogenanntes Molekularsieb. Der Wasserdampf lagert sich am Adsorbens an und kondensiert dort. Die Adsorptionsfähigkeit des Adsorbens wächst mit sinkender Temperatur und steigender Wasserdampfkonzentration in der Luft. Durch die frei werdende Adsorptions- und Kondensationswärme ist unter Umständen eine Kühlung des Adsorbens bzw. der getrockneten Luft notwendig. Das Adsorbens bedarf nach einer gewissen Zeit der Regeneration. Dies geschieht in der Regel durch Trocknung mit heißer Luft. Beim Molekularsieb kann eine Rücktrocknung stattfinden. Dies geschieht vor allem in Anlagen, bei denen die zu trocknende Luft komprimiert ist. Der Rücktrocknungsprozess findet üblicherweise in zwei Trockenbehältern statt. In einem Behälter wird die komprimierte Luft durch den Adsorber geschickt, der dieser Luft die Feuchtigkeit entzieht (durch Anlagerung an das Granulat des Molekularsiebes). Dann wird ein Teil der komprimierten und getrockneten Luft über den zweiten Behälter gegen die Atmosphäre geleitet. Durch die Expansion wird die Luft erheblich aufnahmefähiger für Feuchte und entzieht dem Molekularsieb die vorher angelagerten Wassermoleküle. In regelmäßigen Abständen wird dieser Prozess zwischen den beiden Behältern hin und her geschaltet, so dass ein je nach gewünschtem Trockenheitsgrad der komprimierten Ausgangsluft höherer oder niedrigerer Prozentsatz der Luft getrocknet für die weitere Verwendung bereit steht." [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Luftentfeuchtung . -- Zugriff am 2009-08-21]

"Air conditioners Air conditioners automatically act as dehumidifiers when they chill the air and thus need to handle the accumulated water as well. Newer window units use the condensing coil and fan to evaporate the accumulated water into the outdoor air, while older units simply allow the water to drip outside. Central air conditioning units need to be connected to a drain. An air conditioner is very similar to a dehumidifier. Air in a dehumidifier passes over a series of cooling coils (the evaporator) and then over a set of heating coils (the condenser). It then goes back into the room as dryer air with its temperature elevated. However in an air conditioner, air passes over the cooling coils (the evaporator) and then directly into the room. The heated freon then goes through a tube outside the house and into the heating coils (the condenser) and outside air passes over it and then stays outside. The water which condenses on the evaporator in a dehumidifier is caught in the drain pan or drain hose. The water that condenses on the evaporator in an air conditioner runs thorough a duct to the outside of the window." [Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Dehumidifier . -- Zugriff am 2009-08-21]

4.9. Strömung - current -  คระแส

Strömung (current) ist eine Bewegungsform von Fluiden (fluid - ของไหล). Als Fluide bezeichnet man Flüssigkeiten (liquid - ของเหลว), Gase (gas - แก๊ส) und Dämpfe (vapor - ไอน้ำ). Fluide haben keine feste Gestalt, sie sind durch relativ kleine Kräfte in ihrer Form bildsam.

Mit dem Verhalten von Fluiden unter dem Einfluss von auf sie wirkenden Kräften beschäftigt sich die Fluidmechanik (Strömungslehre) (fluid mechanics - กลศาสตร์ของไหล). 

Bei der Bewegung von Fluiden unterscheidet man folgende Strömungsformen:

• laminare Strömung (laminar flow): die Strombahnen des Fluids laufen geordnet nebeneinander
• turbulente Strömung (turbulent flow): fortwährende Wirbelbildung und Zerfall der Wirbel (vortex). Die Strombahnen kreuzen sich. Turbulente Strömung entsteht beim Überschreiten eines bestimmten Druckgefälles und damit der Überschreitung einer bestimmten Geschwindigkeit (kritische Geschwindigkeit) aus der laminaren Strömung.

Abb.: Laminare (unten) und turbulente (oben) Strömung von Zigarettenrauch: Photo von Humphrey Bogart by Yousuf Karsh, 1946.
[Bildquelle: http://mikan3.archives.ca/pam/public_mikan/index.php?fuseaction=genitem.displayItem&rec_nbr=3198634. -- Zugriff am 2009-09-07. --   "Credit: Yousuf Karsh / Library and Archives Canada / PA-212506. -- Restrictions on use: Nil. -- Copyright: Expired"]

Abb.: Ablösung von Wirbeln hinter einem bewegten Stab (animated gif)
[Bildquelle: A. Placzek / Wikipedia. -- GNU FDLIcense]

Aus dem Bereich der Strömungslehre sind für Raumlufttechnik und Architektur besonders wichtig

• der Venturi Effekt: Giovanni Battista Venturi (1746 - 1822) entdeckte, dass sich die Fließgeschwindigkeit eines durch ein Rohr strömenden inkompressiblen Fluids zu einem sich verändernden Rohrquerschnitt umgekehrt proportional verhält. Das heißt, die Geschwindigkeit des Fluids ist dort am größten, wo der Querschnitt des Rohres am engsten ist.
   
• das Gesetz von Bernoulli: Daniel Bernoulli (1700 - 1782) entdeckte die Beziehung zwischen der Fließgeschwindigkeit einer Flüssigkeit und deren Druck: in einem strömenden Fluid (Gas oder Flüssigkeit) ist ein Geschwindigkeitsanstieg von einem Druckabfall begleitet.

Abb.: Venturi Effekt und Gesetz von Bernoulli: verkleinerter Rohrquerschnitt führt zu erhöhter Fließgeschwindigkeit und Druckabfall
[Bildquelle: HappyApple / Wikipedia. -- Public domain]

Abb.: Nachweis des Gesetzes von Bernoulli in einem Venturirohr
[Bildquelle: Geof / Wikipedia. -- GNU FDLicense]

Abb.: Luftströmung über Gebäude
[Bildquelle: Marilyne Andersen, MIT OpenCourseWare. -- http://ocw.mit.edu/NR/rdonlyres/Architecture/4-401Spring-2006/21D00107-EDC5-433D-A340-E81342BF96B7/0/lec4.pdf . -- Zugriff am 2009-07-11. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

Abb.: Luftströmung um und über Gebäude
[Bildquelle: Marilyne Andersen, MIT OpenCourseWare. -- http://ocw.mit.edu/NR/rdonlyres/Architecture/4-401Spring-2006/21D00107-EDC5-433D-A340-E81342BF96B7/0/lec4.pdf . -- Zugriff am 2009-07-11. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

Für die Lüftung wichtig ist der Kamineffekt (stack effect):

"Stack effect is the movement of air into and out of buildings, chimneys, flue gas stacks, or other containers, and is driven by buoyancy. Buoyancy occurs due to a difference in indoor-to-outdoor air density resulting from temperature and moisture differences. The result is either a positive or negative buoyancy force. The greater the thermal difference and the height of the structure, the greater the buoyancy force, and thus the stack effect. The stack effect is also referred to as the "chimney effect", and it helps drive natural ventilation and infiltration. Abb.: The stack effect in chimneys: the gauges represent absolute air pressure and the airflow is indicated with light grey arrows. The gauge dials move clockwise with increasing pressure. [Bildquelle: Kimbar / Wikipedia. -- GNU FDLicense] Stack effect in buildings Since buildings are not totally sealed (at the very minimum, there is always a ground level entrance), the stack effect will cause air infiltration. During the heating season, the warmer indoor air rises up through the building and escapes at the top either through open windows, ventilation openings, or leakage. The rising warm air reduces the pressure in the base of the building, forcing cold air to infiltrate through either open doors, windows, or other openings and leakage. During the cooling season, the stack effect is reversed, but is typically weaker due to lower temperature differences. In a modern high-rise building with a well-sealed envelope, the stack effect can create significant pressure differences that must be given design consideration and may need to be addressed with mechanical ventilation. Stairwells, shafts, elevators, and the like, tend to contribute to the stack effect, whereas interior partitions, floors, and fire separations can mitigate it. Especially in case of fire, the stack effect needs to be controlled to prevent the spread of smoke. [...] The driving force for the stack effect There is a pressure difference between the outside air and the air inside the building caused by the difference in temperature between the outside air and the inside air. That pressure difference ( ΔP ) is the driving force for the stack effect [...]" [Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Stack_effect. -- Zugriff am 2009-08-17]

5. Meteorologische Grundlagen - meteorological basics - อุตุนิยมวิทยา

Siehe auch:

Entwicklungsländerstudien / hrsg. von Margarete Payer. -- Teil I: Grundgegebenheiten. -- Kapitel 2: Klima, Wetter, Wasser / zusammengestellt von Alois Payer. -- URL: http://www.payer.de/entwicklung/entw02.htm

5.1. Wetter, Witterung, Klima - weather, climate - อากาศ, สภาพอากาศ

Man unterscheidet:

• Wetter: atmosphärische Zustände zu jedem Augenblick
• Witterung: gleich bleibendes Wetter über einen Zeitraum von mehreren Tagen oder Wochen (z.B. Schönwetterperiode)
• Klima: mittlerer Zustand aufgrund von langen Messreihen (mindestens 10 Jahre, besser mehr als 30 Jahre)

Ein Gebäude ist vor allem folgenden Wetterkomponenten ausgesetzt:

• Wärmestrahlung (vor allem Sonnenstrahlung) (diffus und direkt)  (besonders: Sonnenscheindauer und Sonnenscheinintensität)
• Anderen Formen der Strahlung (z.B. UV)
• Beschattung (z.B. durch Berge)
• Bewölkung
• Lufttemperatur und Wärmekonvektion
• Luftfeuchte (relative und absolute)
• Luftströmungen (Wind) mit Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Turbulenzen und Inhaltsstoffen
• Luftdruck
• Niederschlag und Schlagniederschlag (Schlagregen, Schlagschnee)
• Bodentemperatur
• Bodenfeuchtigkeit, Schichtwasser, Sickerwasser, Grundwasser

Für die Häufigkeit, Heftigkeit, Extremwerte und Verteilung dieser Wetterkomponenten erlaubt das (Außen-)Klima gewisse Abschätzungen.

Man unterscheidet beim Außenklima:

• Makroklima: Klima einer Region (z.B. Khorat-Plateau - โคราช) oder eines Klimagebiets (z.B. feuchtwarme Tropen)
• Mesoklima: Lokalklima eines größeren Gebiets (z.B. Stadt, Waldgebiet, Seengebiet, Tal, Berg)
• Mikroklima: Lokalklima einer kleinen Lokalität (z.B. Straße, Park, Gebäudestandort)
• Kryptoklima: Innenklima, Raumklima

Abb.: Makroklima: Großklimate der Erde nach Köppen (vereinfacht)
[Bildquelle: Murray C. Peel / Wikipedia. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, share alike)]

Abb.: Mesoklima: Klimadiagramm für Chiang Mai - เชียงใหม่, Thailand - ประเทศไทย
[Bildquelle: Hedwig in Washington / Wikipedia. -- GNU FDLicense]

Abb.: Mikroklima: Wärmeinsel Innenstadt
[Bildquelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/thermal/buildings/micro_climate/heat_islands.html . -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLicense]

Für Architekten und Bauingenieure am wichtigsten ist das Mikroklima, d.h. die klimatischen Gegebenheiten des Gebäudestandorts. Für diesen sind meist keine meteorologischen Daten vorhanden, sodass die Architektin und Bauingenieurin auf eigene Beobachtung, Beobachtung eventuell vorhandener traditioneller Gebäude sowie Befragung langzeitig dort Wohnender bzw. Arbeitender angewiesen ist.

Makroklima und Mesoklima (Stadtklima, Dorfklima) bilden einen wichtigen Rahmen für die Abschätzung des Mikroklimas. Für Makro- und Mesoklima sind meist langjährig ermittelte meteorologische Daten vorhanden.

Für Makro- und Mesoklima stehen meist sowohl Mittelwerte als auch Extremwerte zur Verfügung.

Teilweise stehen sog. Testreferenzjahre (TRY Test Reference Year) zur Verfügung, die den für einen Standort typischen Wetterablauf eines Jahres abbilden. Z.B. gibt es für Deutschland die Testreferenzjahre des Deutschen Wetterdienstes (DWD) für 15 Regionen:

Abb.: Einbandtitel

Testreferenzjahre von Deutschland für mittlere und extreme Witterungsverhältnisse TRY / von Jürgen Christoffer ; Thomas Deutschländer ; Monika Webs. Deutscher Wetterdienst. -- Offenbach a. Main : DWD, 2004. -- 98 S. : graph. Darst., Kt. ; 30 cm + 1 CD-ROM. -- ISBN 3-88148-398-5

"Testreferenzjahre (TRY) sind speziell zusammengestellte Datensätze, die für jede Stunde eines Jahres verschiedene meteorologische Daten enthalten. Sie sollen einen mittleren, aber für das Jahr und eine bestimmte Region typischen Witterungsverlauf repräsentieren. Solche Datensätze werden vor allem für Simulationen und Berechungen im heizungs- und raumlufttechnischen Bereich von Planern und Ingenieuren genutzt. Der DWD hat im November 2004 neue TRY herausgegeben. Sie sind Bestandteil der Publikation Testreferenzjahre von Deutschland für mittlere und extreme Witterungsverhältnisse (TRY). Darin werden die Testreferenzjahre ausführlich beschrieben. Deutschland wurde in 15 verschiedene TRY-Regionen eingeteilt. Für jede Region gibt es Datensätze für ein mittleres Jahr, einen warmen Sommer und einen kalten Winter, jeweils als ASCII- und Excel-Datei. Alle insgesamt 90 Datensätze liegen der Publikation auf einer CD bei. Damit stehen jetzt erstmals TRY für die neuen Bundesländer - und damit für ganz Deutschland - zur Verfügung. Der Bezugszeitraum entspricht der international vereinbarten Referenzperiode (1961-1990). Die Auswahl der meteorologischen Parameter erfolgte entsprechend der DIN 4710 und genügt damit den Anforderungen der Heizungs-Klima-Lüftungstechnik. Und wie erwähnt: neben den mittleren Jahresdaten enthalten die Testreferenzjahre von Deutschland jetzt auch Datensätze für einen kalten Winter und für einen warmen Sommer." [Quelle: http://www.dwd.de/TRY  -- Zugriff am 2009-06-179

Eine gute Quelle für Mesoklimadaten ist Weatherbase (http://www.weatherbase.com/ . -- Zugriff am 2009-06-17)

Auf Weatherbase findet man zu Orten aus aller Welt Daten zu 10 bis 25 der folgenden Kategorien:

• Average Dew Point
• Average Evening Relative Humidity
• Average High Temperature
• Average Low Temperature
• Average Morning Relative Humidity
• Average Number of Cloudy Days
• Average Number of Days Above 65°F/18°C
• Average Number of Days Above 70°F/21°C
• Average Number of Days Above 80°F/26°C
• Average Number of Days Above 90°F/32°C
• Average Number of Days Below 0°F/-17°C
• Average Number of Days Below 10°F/-12°C
• Average Number of Days Below 32°F/0°C
• Average Number of Rainy Days
• Average Number of Snowy Days

• Average Precipitation
• Average Relative Humidity
• Average Snowfall
• Average Temperature
• Average Wet Bulb Point
• Average Wind Speed
• Average No. of Days With Blowing Dust/Sand
• Average No. of Days With Blowing Snow
• Average Number of Days With Fog
• Average No. of Days With Freezing Rain
• Average Number of Days With Precipitation
• Average Number of Days With Rain
• Average Number of Days With Sleet
• Average Number of Days With Smoke/Haze
• Average Number of Days With Snow
• Average Snow Cover

• Average Number of Days With Thunderstorms
• Average No. of Days With Vision Obstruction
• Cooling Degree Days
• Deepest Snow Cover Reported
• Heating Degree Days
• Highest Recorded Temperature
• Least Rain Reported in a Month
• Least Recorded Rainfall
• Lowest Recorded Temperature
• Most Rain Reported in a Day
• Most Rain Reported in a Month
• Most Recorded Rainfall
• Most Snow Reported in a Day
• Most Snow Reported in a Month

Den klimatischen Gegebenheiten kann man architektonisch Rechnung tragen durch (siehe auch unten die Planungsfaktoren):

• Wahl des Bauplatzes
• Ausrichtung des Gebäudes im Raum (Rücksicht auf Sonnengang, Luftströmungen, Beschattung)
• Raumanordnung
• Fenster
• Beschattungskonstruktionen
• Dach
• Farbe
• Bauweise
• Baumaterial
• Baumasse
• Isolation
• Konstruktion der Bauteile

Die Nutzer können den klimatischen Gegebenheiten Rechnung tragen durch z.B.

• angemessenes Lüften
• angemessene Nutzung von Beschattungsmitteln (Läden, Vorhängen usw.)
• angemessene Raumnutzung (z.B. Schlafen auf dem Dach ; Nutzung von Wohngebäuden nur nachts)
• angemessene Nutzungszeiten bzw. Arbeitszeiten (z.B. frühmorgens und abends mit Einhaltung einer Siesta)
• angemessene Kleidung

Abb.: Angemessene Nutzung von Beschattungsmittel: Vorhänge, Chhatrapati Shivaji Maharaj Museum - छत्रपती शिवाजी महाराज वस्तुसंग्रहालय, Mumbai - मुंबई, Indien - ประเทศอินเดีย
[Bildquelle: guy_incognito. -- http://www.flickr.com/photos/guy_incognito/44570897/ . -- Zugriff am 2009-06-22. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

Abb.: Angemessene Raumnutzung: Schlafen auf dem Dach, Jodhpur - जोधपुर, Rajasthan - राजस्थान, Indien - ประเทศอินเดีย
[Bildquelle: juicyrai. -- http://www.flickr.com/photos/wink/171561462/ . -- Zugriff am 2009-06-22. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

"Siesta, spanisch, eigentlich die Mittagszeit, dann der in den südlichen Ländern gebräuchliche Mittagsschlaf. Nach Tische ruhen nämlich die Südländer, vorzüglich die Spanier, täglich 2–3 Stunden; denn von der Tageshitze ganz ermattet, können sie sich nur durch einen ruhigen Schlummer erholen. Diese Sitte ist besonders im Sommer so allgemein, dass man von 2–5 Uhr oft auf den Straßen herumgehen kann, fast ohne Jemand anzutreffen; alle Buden und Häuser sind verschlossen, selbst die Bedienten schlafen. Vorzüglich verstehen es die höheren Stände auf ihren Villa's den lieblichen Genius mit dem Kranze von Mohn durch träumerische Schatten an das weiche Lager zu fesseln. Dunkelbelaubte Kastanien umschließen den Vorplatz, in dessen Mitte ein Springbrunnen mit seinem Staubregen rings umher Kühlung verbreitet; die Vorhalle wird durch eine Art von Stores (künstlicher Grotten) vor der Glut der Sonnenstrahlen geschützt; Gardinen und Jalousien verschließen die Fenster, und unter der Aegide des prächtigen Blumenflors auf dem Balkon entschlummert die reizende Donna und träumt von ihrem Cortejo. Die Siesta ist auch Ursache, dass die Mittagsmahlzeiten nicht wie im Norden durch Gespräch in den Nachmittag hinein verlängert werden: kaum hat man abgespeist, so trennt man sich, und jeder verfügt sich nach Hause oder in sein Zimmer." [Quelle: Damen-Conversations-Lexikon  / hrsg. von Carl Herloßsohn. -- Neusatz und Faks. der 10-bd. Ausg. Leipzig, 1834 - 1838. -- Berlin : Directmedia Publ.. -- 2005. -- 1 CD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 118). -- ISBN: 3-89853-518-5. -- s.v. ]

Abb.: Dem Klima unangemessene Kleidung: Akademische Graduierungs-Feier, Bangkok - กรุงเทพฯ, Thailand - ประเทศไทย
[Bildquelle: .Live.Your.Life. || HBD => Charles. -- http://www.flickr.com/photos/silpakhon/3175491863/ . -- Zugriff am 2009-06-22. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)]

Abb.: Coolbiz-Poster, Ōtemachi - 大手町, Tōkyō - 東京 Japan - 日本 - ประเทศญี่ปุ่น
[Bildquelle: Joe Jones. -- http://www.flickr.com/photos/redjoe/18871163/ . -- Zugriff am 2009-06-23. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung)]

"On the left: "This summer, everyone in Otemachi is holding on to their ties" (implication: not wearing them). On the right: "If men give up their ties, women don't need to have blankets on their laps in the office." "

"Cool Biz (jap. クール・ビズ, kūru bizu) ist eine im Jahre 2005 gestartete Kampagne des japanischen Umweltministeriums zur Verminderung des Energieverbrauchs durch Klimaanlagen und dient somit dem Klimaschutz. Insbesondere sollen dadurch die Vereinbarungen des Kyoto-Protokolls eingehalten werden.Inhalt der Empfehlung Die freiwillige Regelung sieht vor, dass in den heißen Sommermonaten Büro- und Arbeitsräume nur noch auf 28 °C statt wie vorher auf 26 °C gekühlt werden. Um die höhere Umgebungstemperatur am Arbeitsplatz auszuhalten, sollen die Mitarbeiter auf die übliche Bürokleidung (Anzug und Krawatte) verzichten und gegen luftigere Kleidung austauschen. In der Praxis sieht es so aus, dass die Mitarbeiter auf die im japanischen Geschäftsleben sonst obligatorische Krawatte verzichten und den obersten Knopf des kurzärmeligen Hemdes geöffnet tragen dürfen. Es wurde nämlich in einer Untersuchung festgestellt, dass sich die körpernahe Temperatur dadurch um ca. 2 °C verringere. Die Akzeptanz dieser „Kleiderordnung“ war in der Bevölkerung durchmischt. Vielen kostete es an Überwindung, auf die im japanischen Geschäftsleben sonst sehr formale Kleidung zu verzichten. Sie kamen sich anfangs ohne Krawatte „nackt“ vor. Behörden und Großunternehmen gingen jedoch mit gutem Beispiel voran und machten den Verzicht auf die Krawatte zur Pflicht, weshalb sich dort die Regelung problemlos durchsetzen konnte. Bis zum Tage vor Beginn der Regelung und sofort am Tag nach dem Ende gilt wieder formelle Kleidung. Warm Biz Im Winter gilt von November bis März eine umgekehrte Empfehlung, wonach Heizungen auf nicht mehr als 20 °C eingestellt werden sollen. Dies ist durch entsprechend wärmere Kleidung zu kompensieren. Geschichte Erstmals trat die Verordnung im Jahre 2005 vom 1. Juli bis 30. September in Kraft. Im Vorfeld dieser Aktion traten japanische Politiker, insbesondere der damalige Ministerpräsident Junichiro Koizumi, demonstrativ in legerer Kleidung auf, um mit gutem Vorbild voranzugehen. Im Jahre 2006 wurde aufgrund des Erfolgs der Aktion die Laufzeit verlängert; sie startete bereits am 1. Juni. Diese Laufzeit gilt auch für 2007. Erfolg der Aktion Für das Jahr 2006 schätzt die Regierung, dass durch die Aktion 1.14 Millionen Tonnen an CO2-Emissionen eingespart werden konnten. Dies entspricht der von 2.5 Millionen Haushalten durchschnittlich in einem Monat verursachten Belastung." [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Cool_Biz . -- Zugriff am 2009-06-23]

5.2. Lufttemperatur - air temperature - อุณหภูมิ

Abb.: Mittlere monatliche Lufttemperatur (animated gif)
[Bildquelle: PZmaps /  Thai-Wikipedia. -- GNU FDLicense]

"Lufttemperatur, der Wärmezustand der atmosphärischen Luft, der das Resultat aus der Erwärmung durch die Einstrahlung, der Abkühlung durch die Ausstrahlung in den Weltenraum und aus den durch die Bewegungsvorgänge der Atmosphäre (auf- und absteigende Luft, Mischung durch Wind) hervorgerufenen Änderungen des Wärmezustandes ist. Da eine Abnahme der Gesamtwärme der Erde in historischen Zeiten nicht bemerkt wurde, so ist anzunehmen, dass von der Sonne ebensoviel Wärme zugeführt, als durch die Ausstrahlung entzogen wird. Über die Ein- und Ausstrahlung vgl. Insolation. Bevor die Sonnenstrahlen die Erdoberfläche treffen, haben sie die Atmosphäre durchlaufen; da aber letztere die leuchtenden Wärmestrahlen nur in geringem Maß absorbiert, sich selbst also nur wenig erwärmt, so wird die Erdoberfläche von dem größten Teil der leuchtenden Wärmestrahlen getroffen, durch deren Absorption erwärmt und wirkt dann ihrerseits wieder rückwärts auf die untern Luftschichten durch Wärmeleitung und durch Wärmestrahlung (dunkle Wärmestrahlen). Den größten Anteil an der Erwärmung der Luft hat die Wärmestrahlung der Erdoberfläche, viel weniger die Wärmeleitung und die Absorption der durch die Atmosphäre hindurchgegangenen leuchtenden Wärmestrahlen. Deshalb wird die Lufttemperatur ganz besonders von der Temperatur des Erdbodens abhängen und die Schwankungen der Lufttemperatur eine Folge der verschiedenen Erwärmung der Erdoberfläche sein. Letztere ist desto größer, je senkrechter die Wärmestrahlen ausfallen, weil ihr Weg durch die Atmosphäre dann kürzer ist und sie deshalb auch weniger Wärme durch Absorption in der Atmosphäre verlieren. [..] Außer von dem Ausfallswinkel ist die Erwärmung der Erdoberfläche auch noch abhängig von der Zeit, während der sie von den Wärmestrahlen getroffen wird, und von der Natur des Erdbodens selbst. Weil die Temperatur der Luft durch die der Erdoberfläche bedingt ist und diese von der Richtung der Wärmestrahlen und der Dauer ihrer Wirksamkeit abhängig ist, diese letztern beiden aber periodischen Schwankungen unterworfen sind, die durch die tägliche Rotation der Erde um ihre Achse und die jährliche Bewegung der Erde um die Sonne hervorgerufen werden, so muss sich diese Periodizität auch in dem Gang der Lufttemperatur geltend machen und zwar sowohl als eine tägliche wie auch als eine jährliche Periode. Bei der täglichen Periode nimmt die Lufttemperatur nach Sonnenaufgang durch die immer kräftiger wirkende Insolation mehr und mehr zu, und da die Erde auch noch, nachdem die Sonne bereits ihren höchsten Stand überschritten hat, mehr Wärme erhält, als sie durch Ausstrahlung verliert, so steigt die Temperatur, bis die Ausstrahlung anfängt das Übergewicht zu bekommen, d.h. bis ungefähr um 2 Uhr nachmittags. Von dieser Zeit an nimmt die Lufttemperatur ab und sinkt bis zum nächsten Sonnenaufgang oder vielmehr bis zu der Zeit, in der die Erwärmung durch die Sonnenstrahlen der Abkühlung durch Ausstrahlung das Gleichgewicht hält. Weil daher das Minimum der Lufttemperatur bald nach Sonnenaufgang eintritt, die Zeit dieses letztern aber im Laufe des Jahres sehr verschieden ist, so wird auch die niedrigste Lufttemperatur in den einzelnen Monaten zu sehr verschiedenen Zeiten eintreten. In unsern Breiten findet sie im allgemeinen im Januar zwischen 7 und 8 Uhr morgens und im Juli etwa um 4 Uhr morgens statt. Die Zeit, in der die Lufttemperatur ihr Maximum erreicht, verschiebt sich ebenfalls im Laufe des Jahres, indem es im Sommer etwas später als im Winter eintritt. Die Zeitdifferenz ist dabei aber für das Maximum viel geringer als für das Minimum. Der Unterschied zwischen den täglichen Extremen der Lufttemperatur (ihre Amplitüde) ist durchschnittlich im Sommer größer als im Winter, im S. größer als im N., auf dem Lande größer als auf dem Meere, im Tale größer als auf Bergen. Die zweite Hauptperiode im Gange der Lufttemperatur ist die jährliche. Sie ist eine Folge der Bewegung der Erde um die Sonne und der Neigung der Erdachse gegen die Ebene der Ekliptik. Trotzdem jeder Punkt der Erdoberfläche während der Zeit eines Jahres in der Hälfte der Zeit der Einwirkung der Sonnenstrahlen ausgesetzt ist und in der andern nicht, so ist doch die Verteilung der Wärme auf der Erdoberfläche sehr verschieden, weil die Zeiten, in denen die Sonnenstrahlen wirksam sind, in den verschiedenen Breiten sehr verschieden verteilt sind. An den beiden Polen dauert die Einwirkung der Sonnenstrahlen ununterbrochen ein halbes Jahr und fällt dann im nächsten halben Jahr fort, während sich am Äquator das Jahr in ungefähr gleich lange Perioden von je 12 Stunden Tag und Nacht teilt. In den dazwischenliegenden Breiten unterscheiden sich die Tageslängen durch ihre verschiedene Dauer, und zwar ist in höhern Breiten der längste Tag länger und der kürzeste Tag kürzer als in niedrigern Breiten. Diese Verhältnisse bewirken eine sehr verschiedene Wärmeverteilung in der Zeit eines Jahres, und haben dazu geführt, die Erdoberfläche in fünf klimatische Zonen, zwei kalte, zwei gemäßigte und eine heiße, zu teilen. Die Abgrenzung der Zonen ist schwierig und nicht einheitlich geregelt; während Supan besonders die Jahresisothermen 0° und 20° zugrunde legt, Köppen dabei auch die Vegetationsverhältnisse berücksichtigt, geht man gewöhnlich von den Wende- und Polarkreisen aus (s. ð Erde, S. 908, und Klima). Danach umfasst die heiße Zone 40 Proz., die beiden gemäßigten je 26 Proz. und die kalten Zonen nur je 4 Proz. der Erdoberfläche; die polaren Zonen treten somit gegenüber den andern erheblich zurück lediglich die Karten in Mercators Projektion lassen sie wichtiger erscheinen, als sie in Wirklichkeit sind. Das Maximum der Jahrestemperatur fällt nicht mit der größten Sonnenhöhe und dem längsten Tage zusammen, sondern tritt erst im Juli (Januar auf der Südhalbkugel) ein, weil die Erde noch eine Zeitlang nach dem längsten Tage mehr Wärme empfängt, als sie durch Ausstrahlung verliert. Die Mittagshöhe der Sonne wird darauf niedriger, die Tageslänge kürzer, und deshalb nimmt dann auch die Lufttemperatur ab. Das Minimum der Jahrestemperatur tritt erst nach dem kürzesten Tage im Januar (Juli auf der Südhalbkugel) ein, weil die Erde anfangs noch mehr Wärme ausstrahlt, als sie von der Sonne empfängt; denn die Mittagshöhe der Sonne ist noch gering, also die Tageslänge noch kurz, und die Sonnenstrahlen treffen die Erdoberfläche schräg. Zu einem Überblick über die Verteilung der Lufttemperatur über die Erdoberfläche benutzt man gewöhnlich die Jahres- und Monatsmittel der Lufttemperatur Je länger diese Beobachtungen fortgesetzt sind, desto weniger werden die erhaltenen Resultate durch die in einzelnen Jahren auftretenden Unregelmäßigkeiten beeinflusst, und desto mehr werden sie die wahren Mitteltemperaturen angeben. Derartige Beobachtungen liegen für eine große Anzahl von Orten vor; eine Reihe der typischsten enthält die auf dem Textblatt zur beifolgenden Karte abgedruckte Temperaturtafel. Noch besser gestatten einen schnellen Überblick die Isothermen und zwar zunächst die auf Grund der Jahresmittel der Lufttemperatur gezogenen Jahresisothermen, die auf der beifolgenden Karte dargestellt sind. Aus dem Gange der Jahresisothermen ist ersichtlich, dass sie wesentlich von den Breitenkreisen abweichen. So liegt z. B. New York ungefähr 1° südlicher als Rom und hat doch eine um 5° niedrigere mittlere Jahrestemperatur. Überhaupt findet man, dass es bei gleicher geographischer Breite in Nordamerika stets kälter ist als in Europa, ebenso wie Asien in derselben nördlichen Breite kälter ist als Europa. Ferner zeigt der Verlauf der Jahresisothermen, dass die mittlere Jahrestemperatur auf dem Festland viel rascher gegen den Pol abnimmt als über den Meeren, und dass daher die Kurven über den Kontinenten näher aneinander gerückt sind. Besonders auffallend verlaufen die Jahresisothermen im nördlichen Teil des Atlantischen Ozeans, wo sie infolge der Einwirkung des Golfstroms und der vorherrschenden warmen Südwestwinde weit nach Norden vorspringen. Endlich sieht man auch, dass die kältesten Gebiete der Erde nicht mit dem Nordpol zusammenfallen, sondern nördlich von Nordamerika und von Asien zu suchen sind, und zwar innerhalb der Jahresisotherme von -20°. Diese Kältezentren nennt man die Kältepole. So wichtig die Kenntnis der mittlern Jahrestemperatur ist, so ist sie doch nicht genügend, um ein richtiges Bild von den Temperaturverhältnissen eines Ortes zu geben, weil diese auch von der Verteilung der Wärme im Laufe des Jahres abhängig sind. Edinburg und Ulm haben z. B. dieselbe mittlere Jahrestemperatur 8,2°, und dabei ist in Edinburg die Mitteltemperatur des Juli 14,6° und die des Januars 3,0°, während die entsprechenden Werte für Ulm 18, 1° und -2,0° sind. Will man auch die Verteilung der Wärme im Laufe des Jahres bildlich darstellen, so verbindet man entweder die Orte mit gleicher mittlerer Sommertemperatur und die mit gleicher mittlerer Wintertemperatur und erhält dadurch im ersten Fall die Isotheren und im zweiten die Isochimenen, oder man entwirft Karten mit Monatsisothermen, von denen die für den Januar und für den Juli als den kältesten und den wärmsten Monat besonders wichtig sind und daher, wie auch auf unsrer Karte geschehen ist, am häufigsten gezeichnet werden. Die Monatsisothermen haben vor den Jahresisothermen den Vorzug, dass sie die Temperaturverteilung in den verschiedenen Formen des Klimas sowie den Unterschied zwischen Land- und Seeklima (Kontinental- u. ozeanisches oder Insel- oder Küstenklima) erkennen lassen. In der Nähe des Meeres findet man kühle Sommer und verhältnismäßig warme Winter, während im Innern der großen Kontinente heiße Sommer und strenge Winter vorherrschen. Dass die verschiedenen Temperaturverhältnisse, wie sie in den Monatsisothermen zum Ausdruck gelangen, einen wesentlichen Einfluss auf die Vegetation ausüben müssen, liegt auf der Hand. In Sibirien, z. B. in Jakutsk, wo die mittlere Jahrestemperatur -11,2° und die mittlere Januartemperatur -42,8° beträgt, gelangt während des kurzen, aber heißen Sommers (die Mitteltemperatur des Juli ist 18,8°) Getreide zur Reife, trotzdem der Boden in einer Tiefe von 1 m beständig gefroren bleibt. Dagegen ist in Island bei einer höhern Jahrestemperatur und bei einer unbedeutenden Winterkälte an Getreidebau nicht mehr zu denken, weil die niedrige Sommerwärme nicht ausreicht, dasselbe zur Reife zu bringen. Ebenso gedeiht in Ungarn vorzüglicher Wein, obgleich seine Winter kälter sind als im nördlichen Schottland, wo selbst Obstbau nicht mehr möglich ist. Im Januar liegt das intensivste Kältezentrum in Nordsibirien (Werchojansk hat -51,2° im Monatsmittel) und das höchste Wärmezentrum auf demselben Meridian im Innern Australiens (Monatsmittel 32°). Im Juli ist eine 0°-Isotherme nur in der Nähe des Nordpols und südlich von 50° südl. Br. zu finden, wogegen Isothermen von über 32° in der Sahara, Vorderasien und in Südkalifornien (Death Valley 39° im Julimittel) auftreten. Wäre die Erde eine Kugel mit völlig gleicher Oberfläche (also ohne Unterschied oder mit gleichmäßiger Verteilung von Land und Wasser, Berg und Tal), so müssten alle Orte desselben Breitenkreises, da sie eine gleiche Einstrahlungswärme erhalten, auch gleiche Lufttemperatur besitzen. Die unter dieser Voraussetzung berechneten Temperaturen stellen das solare Klima dar. Danach müssten die Isothermen den Breitenkreisen parallel laufen. Das tun sie aber nicht, eben weil die Erdoberfläche Land und Wasser, Berg und Tal, Luft- und Meeresströmungen aufweist. [...] Die mittlern Jahres-, Monats- und Tagestemperaturen geben für die Wärmeverhältnisse nur ein unvollkommenes Bild, da ja hier die wirklichen Schwankungen in der täglichen und jährlichen Periode nicht zum vollkommenen Ausdruck gelangen. Vergleicht man z. B. eine Küstenstation mit einer kontinental gelegenen, so kann es vorkommen, dass beide gleiche Jahres- und zum Teil gleiche Monatstemperaturen aufweisen, aber wie sehr verschieden können nicht der Gang und die Schwankungen der Lufttemperatur sein! So haben Helgoland und Braunschweig gleiche Jahresmittel (8,5°) und doch beträgt die durchschnittlich höchste Temperatur auf Helgoland 27° und in Braunschweig 32°, umgekehrt die durchschnittlich tiefste dort -8°, hier -17°, die mittlere Jahresschwankung mithin in Helgoland 35°, in Braunschweig aber 49°. Diese Unterschiede steigern sich um so mehr, je maritimer die eine und je kontinentaler die andre Vergleichsstation ist. Sie sind für das Klima, besonders aber für die Vegetationsverhältnisse von einschneidender Bedeutung. Hiernach geben die Temperaturextreme in der jährlichen Periode ein außerordentlich wichtiges klimatisches Element, das noch durch die Monats- und Tagesschwankungen zweckmäßig ergänzt werden kann, weil diese ein Maß dafür abgeben, welchen Temperaturunterschieden das organische Leben, namentlich der Mensch, in kürzern Zeiträumen ausgesetzt ist. [...] Einen wesentlichen Einfluss auf die Lufttemperatur übt die Erhebung über den Meeresspiegel aus. Im allgemeinen gilt das Gesetz, dass, je größer die Höhe, desto geringer die Lufttemperatur ist. Weil die Luft in der Nähe der Erdoberfläche durch diese erwärmt wird, sie selbst aber ein schlechter Wärmeleiter ist, so wird die Temperatur der höhern Luftschichten nicht mehr direkt durch die Erdoberfläche erhöht, sondern die erwärmte Luft, die durch Ausdehnung leichter geworden ist, steigt empor und führt ihre Wärme den höhern Schichten zu. Allein diese Wärme macht sich in den höhern Regionen nicht durch eine Temperaturerhöhung geltend, da die Luft bei ihrem Aufsteigen unter einen geringern Druck kommt, sich deshalb ausdehnt und mit dieser Ausdehnung wegen der dabei geleisteten Arbeit eine Temperaturabnahme verbunden ist. Abgesehen von dem Einfluss, den die Abhänge der Gebirge sowie überhaupt Unregelmäßigkeiten der Erdoberfläche ausüben, müsste in der freien Atmosphäre die Temperatur von trockner Luft für 100 m Erhebung um 1° sinken. In Wahrheit nimmt aber die Lufttemperatur nach Gebirgsstationen in Mitteleuropa für je 100 m Erhebung ab: im Winter: um 0,45°C Frühling: 0,68°C Sommer: 0,68°C Herbst: 0,54°C Jahr: 0,59°C" [Quelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v.]

5.3. Sonnenstand und Sonnenstrahlung - position of the sun and solar radiation (พลังงานแสงอาทิตย์)

Abb.: Energiebilanz der Erde

"The Earth's Energy Budget chart shows what we know now about the parts of the Earth's temperature controls. All the energy comes from the Sun. An equal amount of energy must go back into space or Earth's temperature will change. The picture shows that clouds reflect more energy than the atmosphere or Earth's surface. Think about how bright clouds can appear -- this is reflected energy. They also radiate more energy. Clouds act like radiators in the atmosphere. They are, however, much colder than a radiator in a building."

[Quelle von Text und Bild: NASA. -- http://www.nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/F_The_Role_of_Clouds.html . -- Zugriff am 2009-08-26. -- Public domain]

Abb.: Energiebilanz der Erde und Glashauseffekt
[Bildquelle: MIT OpenCourseWare. -- http://www.flickr.com/photos/mitopencourseware/3590277566/ . -- Zugriff am 2009-09-01. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

"Insolation (lat.), die Bestrahlung eines Körpers (besonders der Erde) durch die Sonne. Zur Messung der durch Insolation bewirkten Erwärmung benutzt man verschiedene Apparate [...] Mit diesen Apparaten bestimmt man die Anzahl von Wärmeeinheiten oder Kalorien, die 1 qcm an der obern Grenze unsrer Atmosphäre in 1 Minute durch die senkrecht auf sie fallenden Sonnenstrahlen empfängt (Solarkonstante oder Sonnenkonstante), und ermittelt, den wievielsten Teil dieser Wärmeeinheiten die Atmosphäre absorbiert und der wievielste Teil die Erdoberfläche erwärmt. Die bei den Beobachtungen noch zu bestimmende Zeit der Insolation erfolgt meistens durch den ð Sonnenscheinautographen (s. d.). Die Solarkonstante ist eine der wichtigsten astronomischen und meteorologischen Konstanten, indem sie uns über die Natur der Sonne wie über die Wärmewirkungen auf der Erdoberfläche und in der Atmosphäre Auskunft gibt, indes können die Beobachtungen zur Bestimmung ihres Wertes noch [im Jahr 1909] nicht als abgeschlossen bezeichnet werden. Die kalorische Intensität der Sonnenstrahlung besitzt eine tägliche und jährliche Periode. In der täglichen Periode schwankt die Insolation fortwährend, selbst an klaren Tagen, und wächst im Sommer von Sonnenaufgang bis zwischen 10 ½ und 11 ½ Uhr, sinkt darauf unter vielfachen Schwankungen bis zur Zeit der größten Tageswärme, steigt dann bis etwa 4 Uhr, ohne das Maximum des Vormittags zu erreichen, und nimmt endlich zuerst langsam, dann aber rascher bis zum Sonnenuntergang ab. Die fortwährenden, unregelmäßigen Oszillationen, die vormittags geringer sind als am Nachmittag, stehen dabei in einem auffallenden Gegensatz zu der scheinbaren Gleichmäßigkeit des Sonnenlichts; die Ursache sind jedenfalls Kondensationsvorgänge (leichte Nebel) in größern Höhen, die von unten unsichtbar sind und z. T. durch die tagsüber aufsteigenden Luftströme veranlasst werden. Die Insolation nimmt ab mit der Zunahme der absoluten Feuchtigkeit. An Herbsttagen nimmt die Amplitude der Insolation ab, und die beiden Maxima nähern sich der Mittagszeit; im Winter nimmt die Amplitude noch weiter ab, und die Maxima zeigen das Bestreben, sich um Mittag zu einem Maximum zu vereinigen. Im jährlichen Gange machen sich zwei Maxima und zwei Minima geltend. Das Hauptmaximum tritt immer im Frühjahr, das Hauptminimum um Winters Anfang ein, während sich ein sekundäres Minimum im Sommer und ein sekundäres Maximum im Herbst bemerkbar macht. Die Zahl der Kalorien, die 1 cm² der Erdoberfläche am Äquator im Lauf eines Jahres wirklich erhält, beläuft sich durchschnittlich auf 481,750 und würde genügen, um eine Wasserschicht von 8,2 m Tiefe zu verdampfen oder eine Eisschicht von 65,7 m Dicke zu schmelzen; die der ganzen Erde in einem Jahre zugeführte Wärmemenge könnte eine Eisschicht von 53,8 m schmelzen. Die Solarkonstante oder die Anzahl von Kalorien, die eine Fläche von 1 cm² in einer Minute bei senkrecht auf sie fallenden Sonnenstrahlen an der obern Grenze unsrer Atmosphäre erhält, liegt zwischen 2 und 3. Von der gesamten Insolation, welche die äußere Begrenzung der Atmosphäre erhält, gelangt nur ein kleiner Teil auf die Erdoberfläche, während der größere Rest von der Atmosphäre verschluckt wird; dabei kommt einerseits die Sonnenhöhe und der Zustand der Atmosphäre in Frage, anderseits erfahren die einzelnen Strahlengattungen der Sonnenstrahlung je nach der Wellenlänge eine verschiedene (selektive) Absorption." [Quelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v.]

"Die Direktstrahlung bezeichnet den Teil der aus einer Strahlungsquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung, der sich ohne auf ein Hindernis zu treffen ausgebreitet und daher den kürzest möglichen Weg zwischen dem Ort seiner Emission und dem Ort zurücklegt, an dem er reflektiert, absorbiert, gestreut, gebeugt oder gebrochen wird. Das Gegenteil ist die Diffusstrahlung. Im Sonderfall des Strahlungshaushalts der Erde bezeichnet man dies als direkte Sonneneinstrahlung, also jenen Teil der auf die Erdoberfläche eintreffenden Sonnenstrahlung bzw. Globalstrahlung, der nicht mit der Erdatmosphäre wechselwirkte. Da die direkte Sonneneinstrahlung im Vergleich zur so genannten diffusen Sonneneinstrahlung kurze Wellenlängen besitzt, bezeichnet man sie auch als kurzwellige Sonneneinstrahlung. Dieser Begriff ist jedoch ungenau und sollte nicht verwendet werden. [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Direkte_Strahlung  -- Zugriff am 2009-08-26]

Die aus einer Strahlungsquelle emittierte elektromagnetischen Strahlung wird, wenn sie bei ihrer Ausbreitung auf ein Hindernis trifft, reflektiert, absorbiert/reemittiert, gestreut, gebeugt oder gebrochen. Das Ergebnis der im Regelfall ungleichmäßig in Ausbreitungsrichtung, Strahlstärke, Wellenlänge und/oder Frequenz veränderten Strahlung wird als Diffusstrahlung bzw. diffuse Strahlung oder Streustrahlung bezeichnet. Das Gegenteil ist die Direktstrahlung. Im Sonderfall des Strahlungshaushalts der Erde bezeichnet man dies als diffuse Sonneneinstrahlung oder Himmelsstrahlung, also jenen Teil der auf die Erdoberfläche eintreffenden Sonnenstrahlung bzw. Globalstrahlung, der mit der Erdatmosphäre wechselwirkte. Da die diffuse Sonneneinstrahlung im Vergleich zur so genannten direkten Sonneneinstrahlung lange Wellenlängen besitzt, bezeichnet man sie auch als langwellige Sonneneinstrahlung. Dieser Begriff ist jedoch ungenau und sollte nicht verwendet werden. Die diffuse und die direkte Himmelsstrahlung sind mit einem Aktinometer messbar." [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Diffusstrahlung. -- Zugriff am 2009-08-26]

Abb.: Spektrum der Sonnenstrahlung unter verschiedenen Bedingungen
[Bildquelle: Marilyne Andersen, MIT OpenCourseWare. -- http://ocw.mit.edu/NR/rdonlyres/Architecture/4-401Spring-2006/F47D5FE8-2046-474F-901B-946D0105A821/0/lec2.pdf . -- Zugriff am 2009-07-11. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

Abb.: Reflexion, Absorption und Streuung der Sonnenstrahlung
[Bildquelle: Marilyne Andersen, MIT OpenCourseWare. -- http://ocw.mit.edu/NR/rdonlyres/Architecture/4-401Spring-2006/F47D5FE8-2046-474F-901B-946D0105A821/0/lec2.pdf . -- Zugriff am 2009-07-11. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

Abb.: Einfluss von geographischem Breitengrad und Höhe über Meer auf Sonnenstrahlung
[Bildquelle: Marilyne Andersen, MIT OpenCourseWare. -- http://ocw.mit.edu/NR/rdonlyres/Architecture/4-401Spring-2006/F47D5FE8-2046-474F-901B-946D0105A821/0/lec2.pdf . -- Zugriff am 2009-07-11. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

Abb.: Sonneneinstrahlung und Flächenausrichtung (animated gif)
[Bildquelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/thermal/climate/sun/solar_radiation.html. -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLicense]

Abb.: Einfallwinkel der Sonne in Abhängigkeit vom Jahreslauf der Sonne (animated gif)
[Bildquelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/thermal/climate/sun/sunpath_diagrams.html . -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLicense]

Ein für Architekten unerlässliches Hilfsmittel, den Sonnengang und die Beschattung an einem Modell des geplanten Bauwerks zu studieren, ist das Heliodon:

Abb.: Heliodon
[Bildquelle: Dirceu Antônio de Oliveira / Wikipedia. -- GNU FDLicense]

5.4. Bewölkung / Bedeckung - cloud cover - สภาพที่มีเมฆ

Die typischen und häufigen Muster von Bedeckung und Bewölkung für ein Baugrundstück sind nicht nur für die Frage der Beleuchtung durch Tageslicht von Bedeutung sondern auch für die Bestimmung der Strahlungsarten (direkte bzw. diffuse Sonneneinstrahlung, siehe oben) und damit der Erwärmung.

"One of the most interesting features of Earth, as seen from space, is the ever-changing distribution of clouds. They are as natural as anything we encounter in our daily lives. As they float above us, we hardly give their presence a second thought. And yet, clouds have an enormous influence on Earth’s energy balance, climate, and weather. Clouds are the key regulator of the planet’s average temperature. Some clouds contribute to cooling because they reflect some of the Sun’s energy—called solar energy or shortwave radiation—back to space. Other clouds contribute to warming because they act like a blanket and trap some of the energy Earth’s surface and lower atmosphere emit—called thermal energy or longwave radiation. Cloud systems also help spread the Sun’s energy evenly over Earth’s surface. Storms move across the planet and transport energy from warm areas near the equator to cold areas near the poles. For more details on the topic of Energy Balance, refer to NASA Facts 2005-9-074-GSFC. Even small changes in the abundance or location of clouds could change the climate more than the anticipated changes caused by greenhouse gases, human-produced aerosols, or other factors associated with global change. [...] How Clouds Impact Earth’s Climate Depending on their characteristics and height in the atmosphere, clouds can influence the energy balance in different ways. Clouds can block a significant portion of the Sun’s incoming radiation from reaching the Earth’s surface, as anyone who has had a day at the beach interrupted by heavy clouds can tell you. Due to the shadowing effect of clouds, the Earth’s surface tends to be cooler than it would otherwise be. Perhaps not as obvious to the casual observer, clouds also act like a radiative "blanket" by absorbing the thermal infrared radiation (a.k.a., heat) that the Earth’s surface emits back toward space. As a result, the surface under the cloud doesn’t cool as rapidly as it would if no clouds were present. The cloud’s height in the atmosphere influences how effective it is at trapping outgoing heat. A cloud that is higher in the atmosphere will emit less heat to space than an identical cloud at a lower altitude. Meanwhile, the clouds optical thickness (thickness in this case means how much light the cloud can intercept, rather than a specific physical thickness) is more important than its altitude in determining how much incoming solar energy the cloud reflects back to space. Because of clouds’ competing radiative effects (reflecting solar radiation cools the planet, while trapping outgoing heat warms the planet), predicting the impact of any particular cloud on the temperature of Earth’s climate system is difficult. In a global sense, the net effect of clouds depends on how much of the Earth’s surface they cover, their thickness and altitude, the size of the condensed particles, and the amount of water and ice they contain. Figure 5a. A low-altitude cloud reflects a significant portion of the Sun’s incoming radiation but has little impact on Earth’s outgoing thermal radiation. Overall, low clouds tend to contribute to cooling the planet. (Image credit: Alex McClung.) In general, low-altitude clouds (like stratus clouds) tend to be relatively thick optically, and they reflect a significant portion of the incoming solar radiation [see Figure 5a]. They have little impact on emitted infrared radiation, however, because these low, warm clouds have almost the same temperature as Earth’s surface. With their relatively warm temperatures, these low-altitude clouds are typically composed of spherical water droplets, and their overall impact is to cool the planet. Conversely, high-altitude clouds (like cirrus) are usually quite thin optically. They therefore reflect little solar radiation but still absorb some of the outgoing thermal radiation [see Figure 5b]. These high-altitude clouds are composed mostly of ice crystals, with a wide variety of shapes and sizes, and their overall impact is to warm the planet. Figure 5b. A high-altitude cloud has little impact on the Sun’s incoming radiation but does absorb a significant amount of Earth’s outgoing radiation. Overall, high clouds tend to contribute to warming the planet. (Image credit: Alex McClung.) Research on clouds and the climate indicates that overall, clouds’ cooling effects are more powerful than their warming effects. But how the balance between clouds’ cooling and warming influences might change in the future is still very uncertain." [Quelle: NASA. -- http://eospso.gsfc.nasa.gov/ftp_docs/NASA-Facts-UnderstandingClouds.pdf. -- Zugriff am 2009-08-26. -- Public domain.]

Abb.: Wirkungen von Wolken auf die Strahlung

"The main difference between high and low clouds is that the high clouds are colder. This means that they radiate less energy into space than the lower, warmer clouds. Therefore, high clouds work to "trap" more energy than the low clouds.

High clouds are not good at reflecting shortwaves. But, they are very good at blocking longwaves. This also traps heat. Thus, high clouds will cause a warming of the Earth's surface. Low clouds are excellent reflectors. But, they don't stop the longwave energy from escaping to space. Therefore, low clouds help to cool the Earth."

[Quelle von Text und Bild: NASA. -- http://www.nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/F_The_Role_of_Clouds.html . -- Zugriff am 2009-08-26. -- Public domain]

"Bewölkung, die vollständige oder teilweise Bedeckung des Himmels mit Wolken. Zur Bezeichnung der Größe der Bewölkung denkt man sich alle Wolken nebeneinander vereinigt und schätzt ab, ein wie großer Teil des Himmels von dieser Wolkenmasse bedeckt werden würde. In den meteorologischen Tabellen wird die Größe der Bewölkung durch die Zahlen 0–10 (in Wetterkarten der Übersicht wegen durch 0–4) angegeben, so dass 0 [0/10 bzw. bei Achtelteilung 0/8] einen wolkenlosen, klaren Himmel und 10 (4) einen ganz bewölkten Himmel bedeutet. Die Zahl 1 bezeichnet mithin, daß 1/10 des Himmels mit Wolken bedeckt und 9/10 klar sind etc. Die Dicke der Wolkenschichten wird durch einen der Bewölkungszahl oben beigefügten Exponenten (0 schwach, 1 mäßig, 2 stark) bezeichnet. Die Bewölkung hat eine tägliche und eine jährliche Periode. Erstere, durch den aufsteigenden Luftstrom verursacht, ist in den tropischen Gegenden das ganze Jahr hindurch kenntlich, während sie bei uns in den Wintermonaten wenig hervortritt, sich dagegen in den Sommermonaten deutlich ausprägt. Am Vormittag nimmt die Bewölkung zu, um oder bald nach Mittag ist sie am größten, und am Nachmittag und Abend nimmt sie wieder ab. Die Nächte sind daher meist klarer als die Tage. Die jährliche Periode der Bewölkung ist örtlich sehr verschieden, geht aber meist der des Niederschlages parallel. In den ð Kalmen (s. d.) besteht ein starker, aufsteigender, an Wasserdampf sehr reicher Luftstrom, und dieser ruft eine so starke Wolkenbildung hervor, dass man diese Gegend den Wolkenring genannt hat. Dieser äquatoriale Gürtel der Windstillen mit seinem Wolkenring verschiebt sich nach den Jahreszeiten etwas nach N. oder S. und gibt den Gegenden, über die er hinzieht, ihre größte Bewölkung Im Innern der großen Kontinente sind die Wintermonate klar, da die Luft in diesen vom Innern nach dem Meer zu abfließt, die Sommermonate dagegen wolkenreich, da die zu dieser Zeit herrschenden Winde Wasserdampf vom Meer herbeiführen. In Europa dagegen sind die Wintermonate, in denen südwestliche Winde vorherrschen, die wolkenreichsten, während die Sommermonate wegen der höhern Temperatur und geringern Feuchtigkeit heiterer verlaufen. Man charakterisiert auch die Bewölkung durch die Zahl der heitern (Bewölkung im Tagesdurchschnitt kleiner als 2) und trüben (Bewölkung größer als 8) Tage oder durch die Häufigkeit der einzelnen Stufen der Bewölkung." [Quelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v.]

5.5. Wind - wind - ลม

Abb.: Häufigkeitsverteilung der Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten für einen Ort (Windrose)
[Quelle der Abb.: http://www.wcc.nrcs.usda.gov/climate/windrose.html. -- Zugriff am 2009-06-27. -- Public domain]

"Wind, die in horizontaler oder nur wenig (in der Ebene selten über 5°) gegen die Erdoberfläche geneigter Richtung auftretende Luftbewegung. Als Richtung des Windes gilt die Weltgegend, aus der er weht, da er von dort charakteristische Eigenschaften mitbringt. Nach dieser Richtung wird er auch benannt. Sie kann entweder nach dem Gefühl, nach dem Rauch von Schornsteinen oder mittels besonderer ð Windfahnen (s. d.) festgestellt werden; in Gegenden sehr beständig wehender Winde (Küsten) kann man ihre häufigste Richtung an der schrägen Stellung der Bäume erkennen. Aus dem Zuge der Wolken kann man nur die Windrichtung in der Höhe bestimmen, nicht aber in der Nähe der Erdoberfläche, da beide Richtungen selten übereinstimmen. Mit zunehmender Höhe kommt der Wind, wenn man ihm entgegensieht, immer mehr von rechts her; z. B. von unten nach oben: SW., WSW., West, WNW., NW. Um Irrtümer bei der abgekürzten Bezeichnung der Richtung zu vermeiden, wird seit dem Wiener Meteorologenkongress 1873 international Nord durch N, Ost durch E (East, Est), Süd durch S und West durch W bezeichnet (s. auch ð Windrose). Die Stärke des Windes wird entweder durch den auf eine Fläche ausgeübten Druck oder durch seine Geschwindigkeit gemessen. Die einfachste Form des Druckmessers ist die Wildsche Windfahne (s. ð Anemometer), aber sie gibt nur Schätzungswerte. Die Schwierigkeit der Winddruckmessung besteht darin, dass der Druck von der Größe und Form der dem Wind ausgesetzten Platte und von dem Gegendruck (a) und der Saugwirkung (b) auf deren Rückseite abhängt (Fig. 1). Fig. 1. Die Saugwirkung des Windes hat Hagemann zur Messung der Stärke benutzt, indem er in die beiden nach oben gerichteten Schenkel eines Glasrohres Wasser goss und über den einen längern Schenkel den Wind hinwegblasen ließ, während der Wind in den kürzern hineinblies; da in ersterm Luftverdünnung ein trat, stieg das Wasser und gestattete einen Rückschluss auf die Windstärke. In der Regel berechnet man den Druck aus der Geschwindigkeit. Für Flächen bis höchstens 0,1 qm ist der Druck in Kilogrammen auf 1 qm = 1/8 v², wo v die Geschwindigkeit in Metern pro Sekunde bedeutet, also bei 5 10 15 20 25 30 m in 1 Sekunde beträgt der Druck 3,1kg 12,5kg 28,1kg 50,0kg 78,1kg 112,5kg auf 1 m² Mit zunehmender Fläche wird der Druck relativ kleiner. Den Berechnungen der Standfestigkeit der Bauten muss in Preußen ein Maximaldruck von 125 kg normal auf 1 qm zugrunde gelegt werden. Die Geschwindigkeit wird mit ð Anemometern (s. d. und Meteorologische Registrierapparate) gemessen; doch begnügt man sich meist mit der Schätzung der Geschwindigkeit. Die dabei benutzten Skalen stimmen darin überein, dass sie mit 0 Windstille (auch C = Calme, Kalme) bezeichnen [...] Auf dem Meere weht der Wind stetiger und stärker als über dem Reibung bietenden Festland, und auf diesem wiederum in Ebenen stetiger und stärker als im hügeligen Lande; nur wird in letzterm Falle der Wind in Engen und Schluchten heftiger sein, ebenso auf Straßen und Plätzen der Städte. Wo starke Winde häufig sind und aus bestimmter Richtung wehen, wie an Felsküsten, bei Föhn, Bora, Mistral etc., baut man gern krumme Straßen quer zur Windrichtung; die Schornsteine müssen zur Verhütung von Feuersbrünsten Sicherheitsköpfe gegen Windstöße haben. Mit der Höhe über dem Erdboden nimmt die Geschwindigkeit zu; so beträgt sie im Jahresmittel zu Berlin (34 m über dem Erdboden) 5,1 m und zu Potsdam (85 m) 5,5 m, in Straßburg i. E. auf dem Wasserturm (52 m) 4,2 m und auf der Münsterspitze (144 m) bereits 5,9 m, ebenso in Paris (21 m hoch) 2,1 m und auf dem Eiffelturm (305 m) 8,6 m in der Sekunde. In Europa besitzt die größte mittlere Windgeschwindigkeit der Gipfel der Bjelašnica in Bosnien (2067 m) mit 9,4 m; größere Werte kennt man nur vom Mount Washington mit 15 m. Während des Tages tritt die größte Windgeschwindigkeit in den untersten Schichten der Atmosphäre mittags ein; wenig höher findet jedoch schon eine Umkehrung (Maximum nachts) statt, die im Winter schon in kaum 40 m, im Sommer in etwa 80 m Höhe über dem Erdboden beginnt. Während des Jahres fällt das Maximum an der Küste auf den Winter, im Binnenland auf den Frühling. Die Ursache der Winde ist in Temperaturunterschieden und in der Erddrehung zu suchen. Wird eine Stelle der Erdoberfläche erwärmt, so entsteht dort ein aufsteigender Luftstrom, dem als Ersatz Luft an der Erde nachströmt. Gleichzeitig dehnen sich die Luftschichten über der erwärmten Stelle aus und heben sich hier, so dass nach außen hin ein Gefälle eintritt, dem die Luft in der Höhe folgt; auch hierbei muss unten Luft zum Ersatz nachfließen, und es entsteht so unten ein Wind nach der wärmern Gegend hin, oben von ihr fort. Bei Erkaltung stellt sich umgekehrt ein absteigender Luftstrom und dementsprechend unten ausströmender Wind ein. Durch Wärme und Kälte wird auch im Verein mit der Erdrotation und der Beschaffenheit der Erdoberfläche (Wasser, Land; Ebene, Gebirge) die Luftdruckverteilung bedingt; es entstehen Gradienten (s. d.) und damit Winde (s. ð Luftbewegung). Der Wind weht nicht direkt von kalten nach warmen Gegenden, noch auch direkt von Gebieten hohen Luftdrucks nach solchen mit niedrigem Druck, sondern erfährt eine Ablenkung durch die Erdrotation (s. ð Hadleysches Prinzip). Bei der täglichen Drehung der Erde besitzt ein Punkt des Äquators eine Geschwindigkeit von 465 m in der Sekunde von Westen nach O., unter 30° Breite von 403 m. Wird also ein Luftteilchen vom Äquator nach dem 30. Breitengrad gebracht, so kommt es dort mit einem östlichen Geschwindigkeitsüberschuss von 62 m in der Sekunde an; besitzt es dabei in Richtung Äquator-Pol eine Eigengeschwindigkeit von 20 m in der Sekunde, so hat es bei der Ankunft am 30. Grad eine tatsächliche Geschwindigkeit von 65 m in der Sekunde, aber weder nach dem Pol, noch nach O. hin, sondern (Fig. 2) nach ONO. Fig. 2. Fig. 3. Wird umgekehrt das Luftteilchen äquatorwärts gebracht, so bekommt es eine Richtung nach WSW. (Fig. 3). Im ersten Fall weht WSW.-Wind, im zweiten ONO.-Wind; die wahren Geschwindigkeiten sind freilich infolge der Reibung wesentlich geringer. Handelt es sich um tropische Gegenden, so hat man im ersten Fall den Antipassat, im zweiten den Passat (s. ð Passatwinde). Durch die Erdrotation wird der Wind mithin abgelenkt, und zwar auf der nördlichen Halbkugel nach rechts, auf der südlichen nach links. Demzufolge strömt der Wind den Gebieten niedrigen Luftdrucks nicht direkt, sondern spiralig zu (Figur 4); ebenso entströmt er den Hochdruckgebieten in spiraliger Bahn (Figur 5). Fig. 4. 　 Fig. 5. Hieraus und aus den Figuren geht sofort das barische Windgesetz oder die Buys-Ballotsche Regel (1857) hervor: steht ein Beobachter so, dass er den Wind im Rücken hat, so liegt der niedrige Luftdruck auf der nördlichen Halbkugel links vorn, auf der südlichen rechts vorn. Ferner folgt auch daraus, dass, wenn ein Tiefdruckgebiet im N. des Beobachters vorüberzieht, der Wind anfangs aus SO., dann aus S., SW., Westen und NW. weht, also mit der Sonne sich dreht (Doves Drehungsgesetz der Winde); auf der Nordseite des Tiefdruckgebiets geschieht die Drehung entgegengesetzt. Zu unterscheiden hiervon ist die tägliche Drehung der Windfahne an schönen Tagen, wonach der Wind im allgemeinen etwas links von der Gegend, wo die Sonne steht, herkommt. Bei den kleinen Luftwirbeln von wenigen Metern Durchmesser wird der Drehungssinn meist durch Verhältnisse des Entstehungsortes bedingt. Von den Winden sind lediglich auf Temperaturunterschiede zurückzuführen die Land- und Seewinde, Monsune, Berg- und Talwinde, zum Teil auch die ð Fallwinde (s. d.). Da sich das Land bei Besonnung stärker erwärmt als das Meer, so wird vormittags über dem Land ein aufsteigender Luftstrom entstehen, dem unten als Ersatz vom Meere her Luft nachströmt (Seewind); bei der abendlichen Abkühlung ziehen sich die Atmosphärenschichten über dem Lande wieder zusammen, es entsteht oben ein Gefälle und damit ein Wind landwärts, der unten seewärts ausströmt (Landwind). Die Höhe der Seebrise beträgt meist weniger als 500 m. An der Küste von Senegambien bewirkt sie eine Abnahme der Temperatur um 6–12° und der Feuchtigkeit um 30–60 Proz., ist aber 5 km landeinwärts kaum noch zu spüren. Land- und Seewinde im großen sind die ð Monsune (s. d.). In Gebirgstälern, namentlich in solchen auf Ebenen ausmündenden, wehen abends und nachts kühle Winde abwärts (Bergwind) und tagsüber aufwärts (Talwind). Tagsüber werden die Hänge und die Luftschichten im Tale und über der Ebene erwärmt, wobei sich letztere so stark ausdehnen, dass ein Gefälle talaufwärts entsteht und der Wind zum Hange weht; abends kehrt sich infolge Ausstrahlung und Abkühlung das Gefälle um, und es setzt der Bergwind ein, der für den Schlaf sehr erfrischend wirkt, aber das Weilen im Freien abends oft nicht gestattet. Praktische Wichtigkeit hat die Kenntnis der Windverhältnisse für Windmühlen, Windmotoren, Schutzbauten gegen Schneeverwehungen und bei Städten für die Konzessionierung von raucherzeugenden Fabriken etc.; da in Europa der Wind am häufigsten aus Westen kommt, liegen die bessern Stadtviertel an der Westseite (Zug nach Westen), die Fabrikviertel an der Ost- und Nordseite. Ebenso wichtig ist aber die Kenntnis der Winde für die Schiffahrt; gerade hier ist es gelungen, durch Ausnutzung der stetig wehenden Winde bedeutende Abkürzungen der Fahrten zu erzielen (s. ð Maritime Meteorologie)." [Quelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v.]

Abb.: Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit von Gebäuden
[Bildquelle: Marilyne Andersen, MIT OpenCourseWare. -- http://ocw.mit.edu/NR/rdonlyres/Architecture/4-401Spring-2006/F47D5FE8-2046-474F-901B-946D0105A821/0/lec2.pdf . -- Zugriff am 2009-07-11. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

5.6. Niederschlag - precipitation - หยาดน้ำฟ้า

Von den Niederschlagsarten (Regen, Hagel, Graupel, Schnee, Tau, Reif) ist für unsere Zwecke der Regen die wichtigste.

"Regenformen Abhängig von meteorologischen und geographischen Bedingungen gibt es unterschiedliche Formen von Regen. Die Klassifikation von Regen kann nach Dauer oder Intensität (siehe Tabelle rechts) beziehungsweise nach Entstehung, räumlichen Vorkommen, Wirkung am Boden oder dem Empfinden eines Betrachters (siehe Text weiter unten) erfolgen. Man kann ein und dasselbe Regenereignis in verschiedene Kategorien einordnen, abhängig von der Perspektive des Beobachters - hier einige Beispiele: Wenn der Meteorologe von einem länger anhaltenden Frontregen spricht, wird dieser von der Allgemeinbevölkerung landläufig eher als Dauerregen betrachtet. Konvektionsregen über den Tropen wird auch als Tropenregen oder, wenn so gefühlt, als warmer Regen aufgefasst. Monsunregen ist von der Entstehung her Steigungsregen oder Frontregen, am Boden wird dabei oft Starkregen beobachtet. Definition nach dem primären Entstehungsprozess Im Allgemeinen entsteht Regen durch einen primären Entstehungsprozess, nach dem die Regenform benannt werden kann. Folgende Formen sind möglich: Steigungsregen  Entstehung von Steigungsregen [Bildquelle: Lantash / Wikipedia. -- GNU FDLicense] Steigungsregen oder auch Stauregen entsteht, wenn Wind feuchte Luft vom Meer oder Flachland an Gebirgszügen oder anderen orografischen Erhebungen (Luv-Seite) aufsteigen lässt.[5] Steigungsregen kommt in den Tropen, Subtropen und gemäßigten Zonen vor. Er kann Stunden bis wenige Tage andauern, in seltenen Fällen auch mehrere Wochen. Die Luft wird mit zunehmender Höhe immer weiter abgekühlt, dabei sinkt jedoch auch ihre Wasserdampfkapazität und die Lufttemperatur nähert sich immer weiter dem Taupunkt. Zunächst kühlt sich die Luft nach dem Prinzip der trockenadiabatischen Abkühlung um ein Grad Celsius pro 100 Höhenmeter ab. Sobald eine relative Luftfeuchtigkeit von 100 Prozent erreicht ist, kühlt sich die Luft nach dem Prinzip der feuchtadiabatischen Abkühlung nur noch um ungefähr 0,6 °C pro 100 Meter ab. Dabei kondensiert der Wasserdampf der Luftmasse unter Freisetzung latenter Wärme zu Wasser (Wolkentröpfchen), was zur Wolkenbildung führt. Je nach Intensität der Aufwärtsströmung kommt es in Folge oft zu heftigen Niederschlägen. Diese konzentrieren sich an den jeweiligen orografischen Hindernissen, wo oft hohe Niederschlagsmengen erreicht werden. Nach der Thermodynamischen Föhntheorie kann der weitere Verlauf wie folgt aussehen: Auf der windabgewandten Lee-Seite erwärmt sich die absinkende Luft, sofern sie komplett ausgeregnet ist, wieder trockenadiabatisch um ein Grad Celsius pro 100 Meter, also schneller als die Abkühlung beim Aufstieg erfolgte. Dies kann in tiefen Lagen zu einer wärmeren Luftströmung auf der Lee-Seite führen, die als Föhn bekannt ist. Gebirge haben auf Grund dieser Vorgänge und allgemein vorherrschender Hauptwindrichtungen meist eine Regen- oder Wetterseite mit erhöhter Niederschlagsintensität. Dies kann in den gemäßigten Breiten ebenfalls zu Regenwäldern führen, man spricht dann auch vom gemäßigten Regenwald. Konvektionsregen   Entstehung von Konvektionsregen [Bildquelle: Lantash / Wikipedia. -- GNU FDLicense] Konvektionsregen ist Regen aus Wolken, die sich auf Grund von Konvektionsströmungen bilden. Konvektionsregen kommt vornehmlich in den Tropen und Subtropen, zur warmen Jahreszeit aber auch in den gemäßigten Breiten, also auch in Deutschland, Österreich und der Schweiz vor. Abhängig von der geographischen Lage kann er zwischen mehreren Minuten (Wolkenbrüche) und mehreren Tage (Tropenregen) dauern.[5] Bei warmer Witterung verdunsten große Mengen des im Boden oder auf Wasserflächen vorhandenen Wassers. Die dabei entstehenden bodennahen feuchten Luftmassen werden, auf Grund von ebenfalls durch die Wärme am Boden verursachten Luftströmungen (Wärmeströmungen), in die Höhe transportiert. Erreichen sie ihre Sättigung, so bilden sich Wolken. Die Größe und Art der gebildeten Wolken hängt von der Intensität der Strömungen, der Luftmasse und ihrer Feuchtigkeit, der Temperatur und Bodenbeschaffenheiten (Geographie) ab. Bei optimalen Bedingungen bilden sich so in nur wenigen Stunden oftmals sehr starke Konvektionsgewitter. Diese treten vor allem in tropischen, aber auch vielen anderen Gebieten der Erde (speziell zur warmen Jahreszeit), häufig am frühen bis späteren Nachmittag auf. Je nach Intensität, Anzahl der Kondensationskeime in der Luft und vorhandener feuchter Luftmassen können sich kleine Wolken oder äußerst große Gewitterwolken bilden. Frontregen Entstehung von Frontregen [Bildquelle: Lantash / Wikipedia. -- GNU FDLicense] Frontregen (Zyklonenregen) entsteht in einer Warm- oder Kaltfront und kommt in den Subtropen und gemäßigten Zonen vor.[6] Seine Dauer ist unmittelbar abhängig von der Aufenthaltsdauer der Front über dem Beobachtungsstandort, da er mit der Front mitwandert. Frontregen tritt auf, wenn warme und feuchte Luftmassen (oft aus tropischen Gebieten) auf kalte (polare) Luftmassen treffen. Bei einer Warmfront gleitet die leichtere Warmluft auf die schwerere Kaltluft vor Ort auf, bei einer Kaltfront schiebt sich die schwerere Kaltluft unter die vorhandene Warmluft. Beim Aufsteigen kühlt sich die warme Luft ab, der gespeicherte Wasserdampf kondensiert, Wolken bilden sich und es regnet. Das Entstehungsprinzip ähnelt dem des Steigungsregens, mit dem Unterschied, dass Luftmassen statt fester Hindernisse den Transport der feuchten Luft in die Höhe bewirken. Ergänzende Formen Diese Formen beschreiben meist die Auswirkung und das Empfinden durch den Beobachter am Boden, der primäre Entstehungsprozess wird bei der Betrachtung meist vernachlässigt. Dauerregen Als Dauerregen oder Landregen bezeichnet man ein lang andauerndes Niederschlagsereignis. In den gemäßigten Breiten fällt er fast ausschließlich aus Nimbostratuswolken.[7] Dauerregen kann in den Tropen, Subtropen und gemäßigten Breiten beobachtet werden und mehrere Stunden bis Tagen dauern, selten jedoch mehrere Wochen. In den gemäßigten Breiten tritt er meist im Zusammenhang mit einer Warmfrontpassage auf. Die jeweilige Definition eines Dauerregens kann je nach Klimagebiet unterschiedlich sein. In Mitteleuropa spricht man im Allgemeinen dann von einem Dauerregen, wenn er mit unterbrochenen Regenfällen und einer Heftigkeit von über 0,5 Millimeter pro Stunde über einen Zeitraum von mindestens sechs Stunden anhält. Starkregen Starkregen nennt man in der Meteorologie große Mengen Regens, die in kurzer Zeit fallen. Man definiert Starkregen somit nach seiner Intensität und Dauer. Starkregen kommt in den Tropen, Subtropen und gemäßigten Breiten vor und kann Minuten bis wenige Stunden dauern. Die folgende amtliche Definition ist variabel, da sie sich jeweils auf einen bestimmten Ort bezieht: Regen, der im Verhältnis zu seiner Dauer eine hohe Niederschlagsintensität hat und daher selten auftritt, z. B. im Mittel höchstens zweimal jährlich.[8]  Von Starkregen spricht man in Österreich, der Schweiz und Deutschland generell ab einer Menge von 5 mm in 5 Minuten, oder 17 mm pro Stunde.[9][10] Starkregenereignisse können jedoch wesentlich heftiger ausfallen. Ereignisse bei Gewittern, in denen in 30 Minuten 30 mm fallen, sind in Mitteleuropa relativ selten, können aber unter Umständen bereits zu überfluteten Kellern führen. Je stärker und länger anhaltend diese Ereignisse sind, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens. Kurze, aber heftige Niederschläge sind wahrscheinlicher als langanhaltende kräftige Niederschläge, die in wenigen Tagen in Mitteleuropa bis zu 200 mm Niederschlag bringen können. Beispiele: Am 3. Juli 1975 fielen in Shangdi, Nei Monggol, China 401 mm in einer Stunde, und am 26. November 1970 38 mm Regen in einer Minute auf Basse-Terre, einer Insel von Guadeloupe.[11] (siehe auch: Niederschlagsrekorde) Starkregen der Klimazonen In den Tropen ist die Neigung zu Starkregen sehr hoch, insbesondere während der Regenzeit in der innertropischen Konvergenzzone (siehe Zenitalregen). Auch tropische Wirbelstürme führen zu hohen Niederschlagsmengen, vor allem an den Küsten. In Europa sind subkontinentale oder kontinentale Bereiche betroffen. In den Küsten- oder Seeklimaten der gemäßigten Zone treten Starkregenereignisse nur sehr selten auf. Sprühregen Sprühregen oder Nieselregen wird nach seiner Form definiert. Er kommt in den Tropen, Subtropen und gemäßigten Breiten vor und kann, abhängig vom Hauptereignis, Stunden bis Tage dauern. Sprühregen besteht aus kleinen Tröpfchen, die üblicherweise aus Stratuswolken fallen.[12] Die Tröpfchen haben einen Durchmesser, der kleiner als 0,5 Millimeter ist. Die Sicht ist bei Sprühregen oft eingeschränkt. Sprühregenschauer kommen nur über der See vor, fallen aus Stratocumuluswolken und werden auch als Miniaturschauer bezeichnet. Bei einer Niederschlagsintensität von bis zu 0,2 Millimeter je Stunde spricht man von einem leichten, bei 0,2 bis 0,5 Millimeter je Stunde von einem mäßigen und bei über 0,5 Millimeter je Stunde von einem starken Sprühregen. Gefrierender Regen Gefrierender Regen hat seinen Namen nach der Wirkung am Boden. Er kommt in den gemäßigten Breiten und Subpolargebieten vor und kann einige Minuten bis wenige Stunden dauern. In den Tropen und Subtropen kann gefrierender Regen nur im Gebirge auftreten. Gefrierender Regen hat eine Temperatur von über 0 °C, ist also nicht unterkühlt, und gefriert erst dann, wenn er auf eine wesentlich kältere Oberfläche prallt. Das auf Fahrbahnen entstehende Glatteis hat in den gemäßigten Breiten meist gefrierenden Regen als Ursache.[13] Oftmals werden gefrierender Regen und Eisregen in einem Zusammenhang genannt, dies ist aber nicht korrekt.[14] Unterkühlter Regen (Eisregen) Unterkühlter Regen (ugs.: Eisregen), besteht aus unterkühlten Regentropfen, die wesentlich kälter als 0 °C, aber trotzdem noch flüssig sind.[15] Er wird nach seiner Form und Wirkung am Boden definiert und kann am ehesten in den Subpolargebieten, im Winter auch in den gemäßigten Breiten, vorkommen. Unterkühlte Tropfen entstehen, wenn Regentropfen durch kalte und sehr reine Luftschichten fallen und auf Grund des Mangels an Kristallisationskeimen nicht gefrieren können. Da aufgrund der wenigen vorhandenen Kristallisationskeime auch Eiskörner entstehen können, treten Eisregen und Niederschlag mit Eiskörnern oft zusammen auf. Treffen unterkühlte Tropfen auf eine Oberfläche, gefrieren sie schlagartig und bilden im Verlauf eine bis zu mehreren Zentimetern dicke, harte und klare Eisschicht.[16] Auf Fahrbahnen führt dies wie bei gefrierendem Regen zu gefährlicher Straßenglätte, auf der selbst Autos mit Winterreifen kaum Halt finden. Gefährlich ist gefrierender Regen auch für Flugzeuge, da die Eisschicht das Flugzeug schwerer macht und das Tragflächenprofil verändert, was den Auftrieb deutlich vermindert. Im Gegensatz zu Eis- oder gefrierendem Regen stehen bereits gefrorene Niederschläge wie Hagel, Graupel und Griesel oder Schnee. Diese entstehen bereits in den Wolken und fallen als fester Niederschlag zu Boden. Warmer Regen Warmer Regen ist nach seiner Wirkung am Boden (gefühlte Temperatur durch den Beobachter) definiert. Er entsteht, wenn tief liegende, warme und feuchte Luftmassen nur gering angehoben werden müssen, um ihre Sättigung zu erreichen und sich dabei fast nicht abkühlen. Dieses Phänomen kann am ehesten in den Tropen und Subtropen, in den Sommermonaten fallweise auch in gemäßigten Breiten, beobachtet werden. Warmer Regen tritt in gemäßigten Breiten meist bei Front- oder Steigungsregen auf. In den Tropen hingegen kann er sich auch unabhängig davon bilden, wenn warme, bodennahe und feuchte Luftmassen durch geringe lokale Strömungen (oder Konvektion) erneut angehoben werden. Ein wärmeres Klima soll demzufolge mehr warmen Regen nach sich ziehen, dies begünstigt extremere Wetterereignisse. Laut einer Studie entfallen momentan rund 31 Prozent des gesamten globalen Niederschlags auf warmen Regen, in den Tropen sogar 72 Prozent. Lokale Formen Lokale Formen sind Regenereignisse bzw. Regenformen die an ganz bestimmte Gebiete der Erde gebunden sind. Tropenregen Allgemein versteht man unter einem Tropenregen einen oft lange anhaltenden warmen Regen mit mäßiger Intensität, der in den Tropen oder Subtropen vorkommt. Er kann durch unterschiedliche Prozesse gebildet werden, als Hauptursachen gelten jedoch Steigungs- oder Konvektionsprozesse, in manchen Fällen auch Ausläufer von tropischer Wirbelstürmen. Alexander von Humboldt beschrieb Tropenregen als Konvektionsregen, der nur innerhalb der Wendkreise vorkommt.[19] Seiner und der allgemeinen[20] Definition zufolge befinden sich tropische Regenwälder im Gebiet des Tropenregens. In der Literatur wird aber warmer Regen teilweise mit Tropenregen gleichgesetzt. Monsunregen Monsunregen wird durch den Monsun hervorgerufen und kommt nur im Raum des Indischen Ozeans (Indien, Bangladesh, Ost-Australien, Ost-Afrika) vor.[21] Die Bezeichnung Tropenregen wird oft auch für monsunartigen Regen verwendet. Laut Definition handelt es sich bei Monsunregen um ein langfristiges Ereignis, das nach seiner Entstehungsform am ehesten dem Stauregen zuzuordnen ist. Monsunregen fällt über eine Periode von mehreren Wochen. Dabei sind mehrere abgesetzte und wenige Stunden dauernde, intensive Regenereignisse am Tag typisch.[22] (siehe dazu auch: Hauptartikel Monsun und Monsunregen)" [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Regen. -- Zugriff am 2009-06-14]

Abb.: Weltweite mittlere tägliche Niederschlagsmenge (mm/Tag ; inch/Tag) pro Monat, aufgrund der Wetterdaten 1961 bis 1990
[Bildquelle: PZmaps / Wikipadia. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, share alike)]

Besonders wichtig ist in unserem Zusammenhang ist das Niederschlagsmuster für Gegenden mit ausgesprochenen Regenzeiten bzw. für Gegenden, in denen Niederschläge äußerst selten sind.

Abb.: Regenzeit (ฤดูฝน) über Bangkok (กรุงเทพฯ), Thailand
[Bildquelle: travlinman43. -- http://www.flickr.com/photos/travlinman43/3425907581/. -- Zugriff am 2009-07-01. -- Creative Commo0ns Lizenz (Namensnennung, share alike)]

5.7. Luftverschmutzung - air pollution - มลพิษในอากาศ

Abb.: Luftverschmutzung in Chongqing - 重庆, China - 中华 - ประเทศจีน, 2004-01-29
[Bildquelle: mtlp. -- http://www.flickr.com/photos/wjpbennett/923400025/. -- Zugriff am 2009-07-01. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, keine Bearbeitung)] 

Städte mit der weltweit höchsten Feinstaubbelastung (gemäß Weltbank 2004):

[Quelle der Daten: http://news.bbc.co.uk/2/hi/asia-pacific/7498198.stm. -- Zugriff am 2009-07-01]

Zum Vergleich: ab dem Jahr 2010 darf in der Europäischen Union der Jahresmittelwert für PM₁₀ nur noch 20 µg/m³ betragen

Abb.: Smog über Nordindien, Februar 2006
[Bildquelle: NASA image courtesy Jeff Schmaltz, http://visibleearth.nasa.gov/view_rec.php?id=20473. -- Zugriff am 2009-07-10. -- Public domain]

Eine wichtige Quelle der Luftverschmutzung sind auch Waldbrände. Diese können u.a. entstehen

• durch Blitzschlag

• durch Brandstiftung (Landspekulanten usw.)

• durch Brandrodung (slash and burn - เลี่อนลอย)

Abb.: Fires in Burma (မြန်မာပြည်), Thailand (ประเทศไทย), Laos (ປະເທດລາວ), 2009-05-09

"Thick smoke hung over the eastern Burma (Myanmar), Thailand, and Laos on March 9, 2009, when the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) on NASA’s Aqua satellite passed over head and captured this image. Scores of active fires (red outlines) were detected. During the winter dry season, intentional fires for agriculture, brush clearing, and trash disposal are common in Southeast Asia. Intentional fires also get out of control, however, and some of these fires could be accidental forest fires. Although agricultural burning is not necessarily immediately hazardous, it can have a major impact on air quality and human health, climate, and natural resources.

Image credit: Jeff Schmaltz, NASA's MODIS Rapid Response Team
Text credit: Rebecca Lindsey, NASA's Earth Observatory"

[Quelle: NASA. -- http://www.nasa.gov/mission_pages/fires/main/world/asiafire_20090309.html . -- Zugriff am 2009-08-26. -- Public domain]

6. Psychische und physische Grundlagen - psychological and physical basics  - จิตวิทยา และ สรีรวิทยา

Der Mensch nimmt nicht nur Wärme war, sondern produziert auch Wärme:

Abb.: Thermographie
[Bildquelle: Pro-Zak. -- http://www.flickr.com/photos/vogelium/321827836/ . -- Zugriff am 2009-07-10. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)]

Abb.: Wärmeaustausch des Körpers mit der Umwelt
[Bildquelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/thermal/people/introduction/heat_balance.html . -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLicense]

Abb.: Freie Nervenendigung
[Bildquelle: Zsynth / Wikipedia. -- GNU FDLicense]

Der Mensch nimmt Wärme mit Kälte und Wärmerezeptoren in der Haut wahr, die aus freien Nervenendigungen bestehen. Die Wärmeempfindung des Menschen beruht nicht auf der physikalischen Temperatur, sondern auf dem Wärmestrom (Wärmeübertragung). Deshalb weicht die gefühlte Temperatur oft von der gemessenen Temperatur beträchtlich ab 

Abb.: Gefühlte Temperatur (Humindex) bei 26°C Raumtemperatur in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit
[Bildquelle: Fachinstitut Gebäude-Klima e.V., Pressebild. --  http://www.presse.fgk.de/06_08_Schwuele.jpg. -- Zugriff am 2009-07-09.]

"Neben den hohen Temperaturen machen in diesem Sommer insbesondere die enorm hohen Luftfeuchtewerte und das daraus folgende Schwüleempfinden den Menschen zu schaffen. In den Morgen- und Vormittagsstunden werden Werte von bis zu 80 Prozent erreicht. Untersuchungen am Institut für Klimatechnik und Angewandte Thermodynamik der Universität GHS Essen haben den Einfluss der Luftfeuchte deutlich gemacht: Eine Raumtemperatur von 26 °C bei einem Feuchtewert von 40 Prozent wird als deutlich kühler empfunden als eine Raumtemperatur von 24 °C bei 60 Prozent relativer Luftfeuchte. Aufschluss gibt auch der Humidex, der die empfundene Temperatur darstellt: Bei einer Temperatur von 26 °C und einer Feuchte von 70 Prozent fühlt der Mensch bereits eine Temperatur von 33 °C." [Quelle: Fachinstitut Gebäude-Klima e.V.,, Pressemitteilung: http://www.presse.fgk.de/06_08.pdf. -- Zugriff am 2009-07-09]

[Quelle der Tabelle: Lans Rothfusz / NOAA. -- http://www.crh.noaa.gov/jkl/?n=heat_index_calculator. -- Zugriff am 2009-07-13]

"Der Hitzeindex oder Humidex (HI) ist eine in Einheiten der Temperatur angegebene Größe, die die gefühlte Temperatur auf Basis der gemessenen Lufttemperatur sowie der relativen Luftfeuchtigkeit beschreibt. Hintergrund ist deren gemeinsame Wirkung auf den menschlichen Organismus und das hierdurch bestimmte Wärmeempfinden, weshalb der Hitzeindex ein Ausdruck dafür ist, wie diese Faktoren in ihrer Kombination auf das tatsächliche Temperatur- und damit Wohlempfinden einer Person Einfluss nehmen. Dieser Einfluss wirkt über die Beeinträchtigung der Thermoregulation, insbesondere des Schwitzens, und hat eine maßgebliche Wirkung auf die individuelle Lebensqualität. Eine hohe Luftfeuchtigkeit behindert dabei die Transpiration über die Haut und wird daher in Kombination mit einer hohen Temperatur als schwüle Hitze wahrgenommen. Diese belastet den Kreislauf wesentlich stärker als eine trockene Hitze, weshalb beispielsweise Wüsten mit Temperaturen jenseits von 40 °C wesentlich leichter durch den Organismus verkraftet werden können, als Regenwälder mit einer wesentlich höheren Luftfeuchte, aber nur 30 °C. [...] Eigenschaften Bei hohen Temperaturen ist die zur Erhöhung des Hitzeindex notwendige Steigerung der relativen Luftfeuchte geringer als bei niedrigen Temperaturen. So zeigt sich bei rund 27 °C ein gleichwertiger Hitzeindex, wenn die Luftfeuchtigkeit unter 45 % liegt. Bei 43 °C reicht jedoch schon eine Luftfeuchte von über 17 % aus, um den Hitzindex über diese Temperatur steigen zu lassen. Bei Temperaturen unter 20 °C zeigt sich kein Einfluss der Luftfeuchte auf den Hitzindex mehr. Ab Temperaturen nahe bzw. kleiner 0 °C wird meist der Windchill verwendet, um den Hitzeindex hier zu ersetzen. Mit steigender Luftfeuchte entwickelt sich Niederschlag und eine zunehmende Bewölkung, wodurch die direkte Sonneneinstrahlung reduziert wird und die Temperaturen sinken. Eine sinkende Temperatur ist durch die Erniedrigung der Sättigungsmenge des Wasserdampfs ihrerseits gleichbedeutend zu einer Erhöhung der relativen Luftfeuchte (und umgekehrt). Beide sind daher über eine negative Rückkopplung miteinander verknüpft, weshalb man grob veranschlagen kann, dass eine Temperatur von 50 °C zusammen mit einer Luftfeuchte von 90 % in der Atmosphäre nicht realisiert werden. Der hierdurch weltweit höchstmögliche Hitzeindex beträgt daher rund 70 °C." [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Hitzeindex . -- Zugriff am 2009-07-13]

Abb.: Schon ab einer Raumtemperatur von 22°C sinkt die Leistungsfähigkeit
[Bildquelle: Fachinstitut Gebäude-Klima e.V., Pressebild. --  http://www.presse.fgk.de/06_09_Kuehler.jpg. -- Zugriff am 2009-07-09.]

Abb.: Raumluftfeuchte und menschlich-biologische Wechselwirkungen
[Bildquelle: Fachinstitut Gebäude-Klima e.V., Pressebild. --  http://www.presse.fgk.de/05_15_Opt_Feuchte.gif. -- Zugriff am 2009-07-09.]

"Die Einhaltung richtiger Feuchtewerte spielt auch in allen anderen Aufenthaltsbereichen des Menschen, beispielsweise im Büro, eine entscheidende Rolle. 40 bis 50 Prozent relative Feuchte sind ideal, da in diesem Bereich Mikroorganismen die geringsten Wachstumschancen haben, für die menschlichen Schleimhäute hingegen optimale Bedingungen herrschen , so Prof. Dr.-Ing. Ulrich Pfeiffenberger, Vorsitzender des Fachinstitutes Gebäude-Klima e. V., Bietigheim-Bissingen. Ein regelmäßiger Luftaustausch, ein Luftbefeuchter im Winter und ein Luftentfeuchter im Sommer bieten wichtige Voraussetzungen zur Einhaltung der richtigen Feuchtewerte." [Quelle: Fachinstitut Gebäude-Klima e.V.,, Pressemitteilung: http://www.presse.fgk.de/05_15_PM_Hausstaubmilbe.pdf. -- Zugriff am 2009-07-09]

Nach physiologischen Grundlagen unterscheidet man beim Kryptoklima (Raumklima):

• Schonklima
• Lastklima
• Indifferenzklima: Alltags-Komfortklima

Komfortklima (Indifferenzklima) hat als Bedingungen

• die physikalisch-chemisch-biologische Umwelt, wie
  • Raumgröße, Raumform, Raumeinrichtung
  • Raumlufttemperatur
  • Außenlufttemperatur
  • Temperatur von Wänden, Decken, Böden usw.
  • Luftfeuchte
  • Luftbewegung
  • Luftqualität (z.B. CO₂-Gehalt, Staub, Feinstaub, Keime, Schadstoffe, Geruchstoffe)
  • Ionisationszustand (elektrische Ladung) der Luft
  • Schall
  • Beleuchtung
     
• physische Bedingungen der Raumnutzer
  • physiologische Gegebenheiten
  • Körpermasse
  • Gesundheitszustand und Alter
  • Tätigkeit
  • Kleidung
  • Aufenthaltsdauer
     
• psychische, soziale und institutionelle Bedingungen der Raumnutzer
  • wahrnehmungspsychologische und ästhetische Gegebenheiten (z.B. Vorstellungen von Behaglichkeit)
  • kulturell und mikrokulturell bedingte Verhaltensweisen, Wahrnehmungen, Erwartungen und Einschätzungen (z.B. Erwartung von angemessener Temperatur, Einstellung zu direkter Sonnenbestrahlung, volksmedizinische Vorstellungen, "Aberglauben" über Schädliches bzw. Nützliches, Feng Shui (風水), vastuvidyā (वस्तुविद्या), Kleidungsvorschriften, Mode, Arbeitszeiten)
  • Mitbenutzer

Abb.: Schlechte Außenluftqualität: Smog über Santiago de Chile, Chile - ประเทศชิลี
[Bildquelle: Michael Ertel / Wikipedia. -- GNU FDLicense]

"Santiago/Chile 30 Stunden nach Regen. Aufnahme im Winter 2003, einen Tag nach ergiebigen Niederschlägen, gegen Nachmittag. Ansicht der Zentralanden bei Santiago de Chile. Im Vordergrund der Stadtteil "Providencia", dahinter, verborgen im Smog, "Las Condes". Die Stadt befindet sich in einem Kessel von ca. 50km Durchmesser auf etwa 500 M ü. NN. Im Westen liegt das Küstengebirge mit Gebirgshöhen von über 1800 M ü.NN, im Osten (Blickrichtung) die Anden mit Gipfeln von zum Teil über 6000 M ü.NN. Nach Norden und Süden erheben sich ebenfalls Hügel wodurch die die Stadtluft bei Inversionswetterlage im Kessel gefangen ist." [Michael Ertel, a.a.O.]

Die als behaglich empfundene Effektivtemperatur hängt auch ab von Klimazone und der Akklimatisation daran:

Temperatur in °C
¹) = nur obere Grenzwerte
Jahreszahlen: Erscheinungsdatum der betreffenden Veröffentlichung

Abb.: Als Behaglich empfundene Effektiv-Temperatur, gültig für den überwiegenden Teil normal bekleideter, leicht arbeitender Menschen verschiedener Länder (nach Wenzel, G.: Die Einwirkung des Klimas auf den arbeitenden Menschen, HLH 13 (1962), Heft 11, S. 349 - 357)
[Quelle der Abb.:  Frank, Walther: Raumklima und thermische Behaglichkeit : Literaturauswertung, durchgeführt im Auftr. d. Bundesmin. f. Raumordnung, Bauwesen u. Städtebau / von W. Frank. -- Berlin, München, Düsseldorf : Ernst [in Kommission], 1975. -- 36 S. : Ill.  ; 30 cm. -- (Berichte aus der Bauforschung ; H. 104). -- ISBN 3-433-00731-4. -- S. 17]

Die Tätigkeiten der Raumnutzer teilt man in Aktivitätsstufen ein:

• ruhend
• sitzend, entspannt
• stehend entspannt
• sitzend, leichte Tätigkeit
• stehend, leichte Tätigkeit
• mäßige körperliche Tätigkeit
• schwere körperliche Tätigkeit

Je nach Aktivitätsstufe gibt der Mensch unterschiedlich Wärme und Wasserdampf ab.

Abb.: Wärmeausgleich durch Schwitzen in einer Bäckerei, Dhārāvī-Slum - धारावी, Mumbai - मुंबई, Indien - ประเทศอินเดีย
[Bildquelle: bbcworldservice. -- http://www.flickr.com/photos/bbcworldservice/3496799164/ . -- Zugriff am 2009-06-18. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)]

Entscheidend für die menschliche Fähigkeit, verschiedenste Klimate zu ertragen, ist, dass der Mensch ein Warmblütler mit der Fähigkeit zum Schwitzen ist. Dies bedeutet aber auch, dass der Mensch im Gegensatz zu Wechselwarmblütlern eine annähernd gleiche Körpertemperatur (37 ± 0.8°C)  aufrechterhalten muss. Die Hauttemperatur ist beim ruhenden Körper am größten. Bei verstärkter Tätigkeit nimmt die Hauttemperatur ab, sodass die Wärme schneller abgeführt wird. Steigt aber die Lufttemperatur über die Behaglichkeitsgrenze, strömt mehr Blut in die äußeren Hautgefäße, die Haut rötet sich, die Temperatur der Hautoberfläche steigt und durch Verdunstung und Konvektion wird mehr Wärme an die Umgebung abgegeben. Reicht diese Wärmeabgabe nicht, beginnt der Körper zu schwitzen. Durch die Verdunstung des Schweißes entsteht wegen des zum Verdunsten nötigen Energieaufwandes Verdunstungskälte. Ist auch die Entwärmung durch Schwitzen nicht ausreichend, entsteht der Zustand des Wärmestaus (Unbehagen, Mattigkeit, Kopfschmerzen) und schließlich zum Hitzeschäden (Kreislaufzusammenbruch, Hitzekrampf).

Abb.: Kerntemperatur des Menschen bei 0°C, 20°C und 35°C Umgebungstemperatur
[Bildquelle: Marilyne Andersen, MIT OpenCourseWare. -- http://ocw.mit.edu/NR/rdonlyres/Architecture/4-401Spring-2006/F47D5FE8-2046-474F-901B-946D0105A821/0/lec2.pdf . -- Zugriff am 2009-07-11. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

"Schwitzen – medizinisch auch als Diaphorese (v. griech. διαφέρειν „hindurch tragen“) oder Transpiration bezeichnet – ist die Absonderung von Schweiß auf der Haut, um die Körpertemperatur durch Verdunstungskälte, die beim Verdunsten von Schweiß entsteht, zu senken. Schwitzen dient der Thermoregulation und ist praktisch nur bei Primaten anzutreffen. Übermäßiges Schwitzen wird als Hyperhidrose bezeichnet. Perspiratio insensibilis wird jene Form der Wasserabgabe bezeichnet, die mit freiem Auge für gewöhnlich nicht sichtbar ist. Ein Mensch besitzt 2–4 Millionen Schweißdrüsen, deren Rolle es ist, den Körper abzukühlen, wenn er durch innere oder äußere Einflüsse großer Wärme ausgesetzt ist. Schwitzen ist ein effektiver Mechanismus, um überschüssige Wärme abzugeben: Die Verdunstungswärme von Wasser beim Übergang zum Wasserdampf beträgt 2400 kJ/Liter. Schweiß kann in einer Menge von 500 ml pro Stunde und m² Körperoberfläche (KOF) produziert werden, das heißt, dass die Verdunstung dieser Schweißmenge eine Wärmeabgabe von 333 W/m² KOF bedingt – abtropfender Schweiß wird bezüglich Wärmeregulation umsonst vergossen. Schweiß kann allerdings nur verdunsten, wenn der Wasserdampfdruck der Luft geringer ist als der an der Hautoberfläche. Die Differenz der Wasserdampf-Partialdrücke von 1 kPa bewirkt eine Wärmeabgabe von 58 W/m² KOF bei Windstille. Je mehr Wind bläst, umso mehr Wärme kann abgeführt werden. Von der Außentemperatur ist die Wärmeabgabe mittels Schwitzen unabhängig." [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Schwitzen. -- Zugriff am 2009-06-26]

"Ein Hitzekrampf entsteht durch den Mangel an Flüssigkeit und Mineralstoffen. Besonders bei schweren körperlichen Arbeiten durch den Verlust von körpereigenem NaCl (Kochsalz; 0,9 Prozent der Körperflüssigkeit ist Normwert) beim Schwitzen. Die Symptome sind schmerzhafte Krämpfe in der belasteten Muskulatur bei normaler Körpertemperatur." Zu einem Hitzekollaps - auch als Hitzeerschöpfung bezeichnet - kommt es durch Flüssigkeits- und Elektrolytverlust ohne entsprechende Zufuhr von außen - und damit zu einer Abnahme des extrazellulären Flüssigkeitsvolumens ohne Erhöhung der Körpertemperatur (Abnahme des Blutvolumens im Kreislauf). Folge kann ein Versagen der Kreislauffunktion sein. Als Ursache sind heute meist sportliche Aktivitäten anzuführen. Ein Hitzekollaps zeigt sich in den entsprechenden Schocksymptomen des hypovolämischen Schocks. Ab etwa 40 °C tritt die Gefahr des Hitzekollaps auf, der keine direkte thermische Schädigung des Körpers ist, sondern ein Versagen des Kreislaufs. Infolge der starken Erweiterung der Hautgefäße entsteht ein Missverhältnis zwischen Gefäßkapazität und zirkulierender Blutmenge, so dass es zum Blutdruckabfall und schließlich zur Bewusstlosigkeit kommt. Verstärkt wird die Neigung zum Hitzekollaps, wenn durch Körperarbeit auch noch die Muskelgefäße erweitert werden, oder wenn durch Wasserverluste die zirkulierende Blutmenge vermindert ist. Die kritische Grenze liegt etwa bei einem Wasserverlust von 12 % des Körpergewichts. Bei dem lebensgefährlichen Hitzschlag oder Hitzeschlag steigt zusätzlich die Körpertemperatur auf über 40 °C an (Rektaltemperatur). Diese akute Überhitzung des Körpers führt zu einer Hirnschwellung. Symptome sind eine Körpertemperatur wie bei sehr hohem Fieber, Krämpfe, Ausbleiben der Schweißabsonderung durch akuten Wassermangel und Bewusstseinstrübung, die wie Müdigkeit und Schlaf erscheinen kann. Es kann zur Hirnschädigung kommen. Ursachen sind häufig eine körperliche Überanstrengung bei feuchter Hitze oder der Aufenthalt in überhitzten, geschlossenen Räumen." [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Hitzeschaden . -- Zugriff am 2009-06-18]

6.1. Behaglichkeit - comfort /ease - ความสบาย

Abb.: Haustiere können beträchtlich zur Behaglichkeit beitragen: Deixerl und Gumpi
[Bild: A. Payer]

Grundlegend für darauf folgende Untersuchungen in Deutschland war die Literaturübersicht:

Abb.: Einbandtitel

Frank, Walther: Raumklima und thermische Behaglichkeit : Literaturauswertung, durchgeführt im Auftr. d. Bundesmin. f. Raumordnung, Bauwesen u. Städtebau / von W. Frank. -- Berlin, München, Düsseldorf : Ernst [in Kommission], 1975. -- 36 S. : Ill.  ; 30 cm. -- (Berichte aus der Bauforschung ; H. 104). -- ISBN 3-433-00731-4

Laut Frank hat das "Indifferenzklima" Temperaturen zwischen 20 und 24°C. Innerhalb dieses Bereichs empfinden die meisten Menschen thermische Behaglichkeit.

Frank stellt fest, dass für thermische Behaglichkeitsempfinden die physiologischen Faktoren

• Konstitution
• körperliche Verfassung
• Lebensalter
• Geschlecht
• Rasse
• Nahrungsaufnahme

von untergeordneter Bedeutung sind.

 Von den mittelbaren Faktoren

• Kleidung
• Tätigkeitsgrad
• Adaption
• Tagesrhythmus
• Jahresrhythmus

sind für die Empfindung thermischer Behaglichkeit nur Kleidung und Tätigkeitsgrad von Bedeutung. Schon eine einfache Änderung der Kleidung hat große Wirkungen auf die empfundene Behaglichkeit des Raumklimas. Der Tätigkeitsgrad hat eine dominierende Rolle für Werkstätten, Fabriken und dergleichen.

Der Mensch ist empfindlich gegenüber Abweichungen der mittleren Strahlungstemperatur von der Lufttemperatur, als auch gegenüber größeren Unsymmetrien der Strahlungstemperatur einzelner Wände bzw. Fenster.

In der Folge der Literaturübersicht von Frank wurden weitere Forschungen, besonders zu den Faktoren Luftfeuchte und Luftbewegung unternommen.

Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Für das Gefühl der Behaglichkeit in Abhängigkeit von Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftbewegung gelten folgende Regelaussagen:

1. bei geringer Luftbewegung (bis 0.3 m/s) liegt die optimale Raumtemperatur zwischen 22 und 26°C
2. bei erhöhter Luftbewegung (über 0.3 bis unter 0.8 m/s) werden Temperaturen bis 29°C noch als behaglich empfunden
3. Luftbewegungen über 0.8 m/s werden als nicht mehr behaglich empfunden
4. unter den Behaglichkeitsbedingungen (1 und 2) kann die relative Luftfeuchtigkeit zwischen 20% und 90% liegen, ohne dass dies einen großen Einfluss auf die Behaglichkeit hat. Werte unter 30% führen aber zur Austrocknung der Schleimhäute, Werte über 80% können zu Kondenswasser an den Wänden und damit die Gesundheit und die Baumasse schädigenden Schimmelbefall führen

Erträglich werden im Regelfall folgende Bedingungen des Raumklimas empfunden

1. Temperaturen bis 30°C, dann ist aber neben der Luftbewegung auch die Luftfeuchtigkeit von zentraler Bedeutung
2. oberhalb  der Grenze zur Schwüle (Wasserdampfgehalt der Luft ca. 15g/kg) wird Raumklima nur bei einer Luftbewegung über 0.5 m/s als erträglich empfunden. Eine Luftbewegung von 1.5 m/s ist normalerweise die Obergrenze des als erträglich Empfundenen

Abb.: Beispiel eines Diagramms mit Behaglichkeits- und Erträglichkeitszone
[Bildquelle: Marilyne Andersen, MIT OpenCourseWare. -- http://ocw.mit.edu/NR/rdonlyres/Architecture/4-401Spring-2006/21D00107-EDC5-433D-A340-E81342BF96B7/0/lec5.pdf . -- Zugriff am 2009-07-11. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

Eine neuere grundlegende Untersuchung (beschränkt auf Büroräume in Deutschland) ist die Dissertation.

Abb.: Titelblatt

Hellwig, Runa Tabea <1970 - >: Thermische Behaglichkeit [Elektronische Ressource] : Unterschiede zwischen frei und mechanisch belüfteten Bürogebäuden aus Nutzersicht, 2005. -- Online-Ressource, Langzeitarchivierung gewährleistet. -- München, Techn. Univ., Diss., 2005. -- Persistent Identifier urn:nbn:de:bvb:91-diss20051126-1648073927. -- URN: http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss20051126-1648073927

Diese Dissertation kann vor allem auch ein methodisches Modell für weitere Untersuchungen in anderen Kulturen und anderen Räumlichkeiten sein. Deshalb werden hier einige der untersuchten Variablen bzw. Faktoren genannt:

Untersuchte Variablen

• behagliche - unbehagliche Temperatur
• schwankende - gleichförmige Temperatur
• starke Luftbewegung (Zugluft) - schwache Luftbewegung (stickig)
• trockene Luft - feuchte Luft
• laut - leise
• verbrauchte Luft - frische Luft
• schlecht ausgeleuchtet - gut ausgeleuchtet
• dunkel - hell
• blendendes Licht - arbeitsgerechtes Licht
• geringe - hohe Schalldämpfung
• unangenehme - angenehme Gerüche
• übelriechend - wohlriechend
• hohe - geringe Geruchsbelastung
• Wunsch nach Einflussnahmemöglichkeit
• empfundene Einflussnahmemöglichkeit
• Gesundheitsabträglichkeit des Raumklimas
• Verbesserungsfähigkeit des Raumklimas
• Raumklimaschwankungen im Tagesverlauf
• Wichtigkeit von Raumklimaparametern (Be- und Entlüftung, Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftbewegung)
• Zufriedenheit mit Raumklimaparametern

Eine Faktorenanalyse der Befragungsergebnisse zu den genannten Variablen ergibt folgende Faktoren:

1. akustische Güte: niedrig - mittelmäßig - hoch
2. olfaktorische Güte: niedrig - mittelmäßig - hoch
3. Lichtverhältnisse: schlecht - mittelmäßig - gut
4. Luftzustand: verbraucht und trocken - frisch
5. Temperaturschwankungen: vorhanden - nicht vorhanden
6. Blendung: nicht vorhanden - mittelmäßig - stark

Die wichtigsten Ergebnisse ihrer Untersuchung an Büroräumen  in Deutschland fasst Hellwig u.a. so zusammen:

"Die vorliegende Arbeit hat gezeigt, dass sich die Beurteilung des Raumklimas in Abhängigkeit von der Art der Belüftung unterscheidet. Personen in Gebäuden mit mechanischer Lüftung beurteilen ihr thermisches Empfinden (warm - kalt), ihre thermische Behaglichkeit (unbehagliche - behagliche Temperatur) sowie die Luftfeuchtigkeit, die Temperaturschwankung über den Tag und die Luftbewegung schlechter bzw. in den extremeren Kategorien als Personen in Gebäuden mit freier Lüftung. Während in den frei belüfteten Gebäuden 20% das Raumklima als unbehaglich einstufen, sind es in den teilklimatisierten Gebäuden 34% und in den klimatisierten Gebäuden 54%. Die Befragungsergebnisse zeigen auch, dass die Nutzer frei belüfteter Gebäude signifikant zufriedener mit ihrem thermischen Raumklima sind als die Personen in mechanisch belüfteten Gebäuden. Der Wunsch nach Einflussnahme auf das Raumklima ist unabhängig von der Anlagenart gleichermaßen stark ausgeprägt. Das Empfinden, Einfluss auf das thermische Raumklima nehmen zu können, ist jedoch stark abhängig von der Art der Belüftung. [...] Die Chance, dass Personen eine Umgebung als kalt oder unbehaglich kalt empfinden, wird unabhängig von der Art der Belüftung durch schlechte Lichtverhältnisse und eine als schwankend empfundene Temperatur erhöht.  [...] Als Einflussgröße auf die Chance von Personen, sich sehr warm oder unbehaglich warm zu fühlen, zeigt sich eine niedrige akustische Güte. Schlechte bis mittlere Lichtverhältnisse vermindern die Chance einer Sehr-Warm-Empfindung. In frei belüfteten Gebäuden zeigt sich eine niedrige olfaktorische Güte als Risiko. Die Chance thermischer Unbehaglichkeit wird in mechanisch belüfteten Gebäuden durch die Einschätzung des Luftzustandes als verbraucht und trocken und durch Blendungseffekte erhöht. [...]" [Quelle: Hellwig, Runa Tabea <1970 - >: Thermische Behaglichkeit [Elektronische Ressource] : Unterschiede zwischen frei und mechanisch belüfteten Bürogebäuden aus Nutzersicht, 2005. -- Online-Ressource, Langzeitarchivierung gewährleistet. -- München, Techn. Univ., Diss., 2005. -- Persistent Identifier urn:nbn:de:bvb:91-diss20051126-1648073927. -- URN: http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss20051126-1648073927. -- S. 124ff.]

6.2. Sick building syndrome

"Das Sick-building-Syndrom (Sick building Syndrome, SBS), die sogenannte gebäudebezogene Krankheit, soll sich in Allergien, Infektionen und Verschlechterung eines bestehenden Asthma bronchiale bei Betroffenen äußern, die in Gebäuden wohnen oder arbeiten, die nicht gesundheitlichen Standards entsprechen. Ab 1970 häuften sich in den USA Berichte über Gesundheitsprobleme von Angestellten in Büros mit zentral geregelten Klimaanlagen, die durch den fehlenden Abtransport gesundheitsschädlicher Ausdünstungen von Baumaterialien hervorgerufen wurden. Behauptungen, es handle sich bei den auch mit Kopfschmerz, Schleimhautreizungen und Müdigkeit verbundenen Beschwerden um ein massenpsychologisches Phänomen, konnten durch Untersuchungen nicht bestätigt werden. Eindeutige Beweise für die tatsächliche Existenz dieser Erkrankung fehlen jedoch. Die Beschwerden werden unter den spezifischen Chiffre der ICD-10 codiert. Symptome und Beschwerden Betroffene berichten von Kopfschmerzen, Schleimhautreizungen, Müdigkeit, allergischen Reaktionen, Abwehrschwäche, häufigen Infektionskrankheiten, Verschlechterung von Asthma bronchiale, akuten Atembeschwerden, depressiven Zuständen, allgemeinem Unwohlsein und verminderter Leistungsfähigkeit. Ursachen Als Ursachen des Sick-Building-Syndromes gelten im Allgemeinen Schadstoffe, die in Innenräumen vorkommen. Dazu zählen z.B. giftige Ausdünstungen aus neu angebrachten Materialien, wie etwa Boden- und Teppichkleber und Gifte aus Möbeln sowie Mineralstoffe aus Dämmmaterialien. Unsachgemäß gewartete Klimaanlagen zählen ebenso zu den potentiellen Verursachern des SBS. Sie tragen Pollen, Pilzsporen und Keime aus der Außenluft nach innen - insbesondere bei schlechten Filtersystemen oder seltenem Filterwechsel. Früher galten Bürogeräte wie z.B. Drucker aufgrund der Freisetzung von Ozon ebenso als potentielle Verursacher. Dies wird jedoch durch eine aktuelle Studie des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR) widerlegt. Folgen und Komplikationen Die Betroffenen klagten über Beeinträchtigungen der Lebensqualität und des Allgemeinbefindens, des Arbeitslebens und der Belastbarkeit. Schlafstörungen, Kopfschmerzen, häufige Infektionskrankheiten, Müdigkeit und Schwindelanfälle beeinträchtigen den Berufsalltag, das Alltagsleben, das Privatleben und die Beziehung und können zu häufigen Arztbesuchen, häufigen Krankschreibungen und Fehlzeiten und sogar zur Arbeitsunfähigkeit führen. Besonders bei häufigen Kopfschmerzattacken besteht die Gefahr einer Medikamentenabhängigkeit. Darüber hinaus leiden die Betroffenen auch noch unter psychischen Problemen wie etwa Stigmatisierung als "Hysteriker", "Sensibelchen" oder "psychisch krank". Behandlung Die wichtigste "Behandlung" besteht in der Beseitigung der Ursachen, also in der Vermeidung von gesundheitsschädlichen Ausdünstungen, giftigen Farben und Lacken und von Elektrosmog sowie in der Abschaffung bzw. Nachrüstung alter oder defekter Klimaanlagen. Erste einfache Lösungsansätze sind häufiges Lüften in neuen oder frisch renovierten Gebäuden und das Beachten der richtigen Luftfeuchtigkeit (zwischen 50 und 65 Prozent in Büroräumen, bei Klimaanlagen 70 Prozent). Zudem sollen geeignete Grünpflanzen Luftschadstoffe und Möbelgifte filtern." [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Sick-Building-Syndrom . -- Zugriff am 2009-06-16]

7. Ökologische Grundlagen - ecological basics - นิเวศวิทยา

Bei der ökologischen Beurteilung von Raumlufttechnik sind nicht nur der Energieverbrauch und Wirkungsgrad, sondern als ebenso wichtig auch die Ökobilanz und die damit verbundene graue Energie zu beachten.

7.1. Ökobilanz - life cycle assessment

Abb.: Ökobilanz / life cycle assessment
[Bildquelle: MIT OpenCourseWare. -- http://www.flickr.com/photos/mitopencourseware/3247853726/  -- Zugriff am 2009-09-01. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

"Unter einer Ökobilanz (engl. auch LCA – Life Cycle Assessment) versteht man eine systematische Analyse der Umweltwirkungen von Produkten während des gesamten Lebensweges („von der Wiege bis zur Bahre“). Dazu gehören sämtliche Umweltwirkungen während der Produktion, der Nutzungsphase und der Entsorgung des Produktes, sowie die damit verbundenen vor- und nachgeschalteten Prozesse (z. B. Herstellung der Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe). Zu den Umweltwirkungen zählt man sämtliche umweltrelevanten Entnahmen aus der Umwelt (z. B. Erze, Rohöl) sowie die Emissionen in die Umwelt (z. B. Abfälle, Kohlendioxidemissionen). Der Begriff der Bilanz wird bei der Ökobilanz im Sinne von einer Gegenüberstellung verwendet, sie ist nicht mit der Bilanz innerhalb der Buchhaltung zu verwechseln. Allgemein unterscheidet man zwischen einer Ökobilanz, die den Umweltaspekt eines einzelnen Produkts berücksichtigt, einer vergleichenden Ökobilanz, die eine Gegenüberstellung mehrerer Produkte verfolgt sowie einer ganzheitlichen Bilanzierung, die wirtschaftliche, technische und/oder soziale Aspekte mit einbezieht. Neben der Ökobilanz (produktbezogene Ökobilanz, Produktökobilanz) kann eine Stoffstromanalyse der Bestimmung weiterer Stoff- und Energiebilanzen dienen: Betriebliche Umweltbilanzen und Prozessökobilanzen. Diese unterscheiden sich von der Ökobilanz dadurch, dass sie einen Periodenbezug haben (oft Bilanzjahr genannt) und dass ihnen das Verursachungsprinzip nicht zugrunde liegt (Welche Stoff- und Energieströme hat das Produkt über den gesamten Lebensweg verursacht?). Die betriebliche Umweltbilanz findet sich beispielsweise oft in Umwelt- und Nachhaltigkeitsberichten von Unternehmen. Mit der Norm ISO 14040 ist der Begriff Ökobilanz zwar ausschließlich auf produktbezogene Ökobilanzen anwendbar. Allerdings definiert diese Norm „Product“ als „any goods or services“ und beinhaltet ausdrücklich auch Dinge wie Transporte, die Reparatur eines Fahrzeuges oder die Bereitstellung von Information im Kontext von Wissensvermittlung. Damit ist die Methodik einer Ökobilanz auch für die (ökologische) Untersuchung von Verfahren und Prozessen anwendbar und wird dafür auch genutzt." [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/%C3%96kobilanz. -- ZUgriff am 2009-07-13]

7.2. Energiebilanz - energy balance

Abb.: Beispiel einer Energiebilanz: Energiebilanz für die großtechnische Herstellung von Bioethanol
[Bildquelle: Achim Raschka / Wikipedia. -- Public domain]

"Energiebilanzen erlauben es, rechnerisch den Aufwand von Primärenergie in ein Verhältnis zur Nutzenergie zu stellen. Sie bilden die Grundlage für einen sparsamen Umgang mit Energie und erlauben es, Energieverluste aufzufinden, mengenmäßig darzustellen und Vermeidungsmöglichkeiten zu ermitteln. Dabei wird auch der Energieverbrauch zur Gewinnung und Bereitstellung der Nutzenergie dargestellt. Der Begriff Energiebilanz beschreibt in Bezug auf nachhaltige Produktionsmethoden den gesamten Aufwand zur Herstellung, zum Betrieb und zur Weiterverwertung (Entsorgung oder Recycling) von Produkten. So wird beispielsweise bei einem Kühlschrank nicht nur der Stromverbrauch betrachtet, sondern auch die zur Herstellung und Entsorgung notwendige Energie und Ressourcen (graue Energie)." [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Energiebilanz_%28Umwelt%29. -- Zugriff am 2009-07-13]

7.3. Graue Energie - embodied energy

Abb.: Typische Graue Energie eines Gebäudes (USA)
[Bildquelle: MIT OpenCourseWare. -- http://www.flickr.com/photos/mitopencourseware/3231456159/. -- Zugriff am 2009-09-09. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, shre alike)]

Abb.: Kumulierter Energieaufwand eines Gebäudes im Lauf der Jahre (USA)
[Bildquelle: MIT OpenCourseWare. -- http://www.flickr.com/photos/mitopencourseware/3232279186/. -- Zugriff am 2009-09-09. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, shre alike)]
 

"Als graue Energie oder kumulierter Energieaufwand wird die Energiemenge bezeichnet, die für Herstellung, Transport, Lagerung, Verkauf und Entsorgung eines Produktes benötigt wird. Dabei werden auch alle Vorprodukte bis zur Rohstoffgewinnung berücksichtigt und der Energieeinsatz aller angewandten Produktionsprozesse addiert. Wenn zur Herstellung Maschinen oder Infrastruktur-Einrichtungen notwendig sind, wird üblicherweise auch der Energiebedarf für deren Herstellung und Instandhaltung anteilig in die „graue Energie“ des Endprodukts einbezogen. Das „Produkt“ kann auch eine Dienstleistung sein. Anders ausgedrückt: Graue Energie ist der indirekte Energiebedarf durch Kauf eines Konsumgutes, im Gegensatz zum direkten Energiebedarf bei dessen Benutzung. Die VDI-Richtlinie 4600 definiert und erläutert den kumulierten Energieaufwand (KEA)." [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Graue_Energie. -- Zugriff am 2009-07-13 ]

Zu: 3. Maßnahmen