Verdunstung von der Wasseroberfläche

Die Verdunstung von Wasser von einer Wasseroberfläche – wie einem offenen Tank, einem Schwimmbad oder ähnlichem – hängt von der Wassertemperatur, der Lufttemperatur, der Luftfeuchtigkeit und der Luftgeschwindigkeit über der Wasseroberfläche ab.

Die Menge des verdunsteten Wassers kann ausgedrückt werden als:

gs = Θ A (xs – x) / 3600 (1)

oder

gh = Θ A (xs – x)

wobei

gs = verdunstete Wassermenge pro Sekunde (kg/s)

gh = verdunstete Wassermenge pro Stunde (kg/h)

Θ = (25 + 19 v) = Verdunstungskoeffizient (kg/m2h)

v = Geschwindigkeit der Luft über der Wasseroberfläche (m/s)

A = Wasseroberfläche (m2)

xs = maximaler Feuchtigkeitsgrad der gesättigten Luft bei gleicher Temperatur wie die Wasseroberfläche (kg/kg) (kg H2O in kg trockener Luft)

x = Feuchtigkeitsgrad der Luft (kg/kg) (kg H2O in kg trockener Luft)

Anmerkung! Die Einheiten für Θ stimmen nicht überein, da es sich um eine empirische Gleichung handelt – ein Ergebnis von Erfahrung und Experimenten.

Erforderliche Wärmezufuhr

Der größte Teil der für die Verdunstung erforderlichen Wärme oder Energie wird dem Wasser selbst entnommen. Um die Wassertemperatur zu halten, muss dem Wasser Wärme zugeführt werden.

Die zur Deckung der Verdunstung benötigte Wärme kann berechnet werden als

q = hwe gs (2)

wobei

q = Wärme zugeführt (kJ/s (kW))

hwe = Verdampfungswärme des Wassers (kJ/kg)

• 1 kW = 3412 Btu/h

Beispiel – Verdunstetes Wasser aus einem Schwimmbad

Es gibt ein 50 m x 20 m großes Schwimmbad mit einer Wassertemperatur von 20oC. Das maximale Sättigungsfeuchteverhältnis in der Luft über der Wasseroberfläche beträgt 0,014659 kg/kg. Bei einer Lufttemperatur von 25 oC und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % beträgt das Feuchtigkeitsverhältnis in der Luft 0,0098 kg/kg – siehe Mollier-Diagramm.

Bei einer Luftgeschwindigkeit über der Wasseroberfläche von 0,5 m/s kann der Verdunstungskoeffizient berechnet werden als

Θ = (25 + 19 (0,5 m/s))

= 34,5 kg/m2h

Die Fläche des Schwimmbeckens kann berechnet werden als

A = (50 m) (20 m)

= 1000 m2

Die Verdunstung von der Oberfläche kann berechnet werden als

gs = (34,5 kg/m2h) (1000 m2) ((0,014659 kg/kg) – (0,0098kg/kg)) / 3600

= 0,047 kg/s

Die Verdampfungswärme (Enthalpie) von Wasser bei einer Temperatur von 20oC beträgt 2454 kJ/kg. Die zur Aufrechterhaltung der Temperatur des Wassers im Schwimmbad erforderliche Wärmezufuhr lässt sich wie folgt berechnen

q = (2454 kJ/kg) (0,047 kg/s)

= 115.3 kW

Der Energieverlust und die erforderliche Wärmezufuhr können reduziert werden durch

• Reduzierung der Luftgeschwindigkeit über der Wasseroberfläche – begrenzte Wirkung
• Reduzierung der Beckengröße – nicht wirklich praktikabel
• Reduzierung der Wassertemperatur – keine Komfortlösung
• Reduzierung der Lufttemperatur – keine Komfortlösung keine Komfortlösung
• Erhöhen des Feuchtigkeitsgehalts in der Luft – kann die Kondensation und die Beschädigung der Gebäudekonstruktionen für Hallenbäder erhöhen
• Beseitigen der nassen Oberfläche – möglich mit Plastikmatten auf der Wasseroberfläche außerhalb der Betriebszeit. Sehr wirksam und weit verbreitet

Hinweis! – Während der Betriebszeit kann die Aktivität in einem Schwimmbad die Verdunstung des Wassers und die erforderliche Wärmezufuhr drastisch erhöhen.

Um den Energieverbrauch zu senken und Feuchtigkeitsschäden in Gebäuden zu vermeiden, ist es üblich, Wärmerückgewinnungsgeräte mit Wärmepumpen zu verwenden, die latente Wärme aus der Luft in das Wasser im Schwimmbad übertragen.

Rechner zur Verdunstung der Wasseroberfläche

A – Wasseroberfläche (m2)

xs – maximales Sättigungsfeuchteverhältnis in der Luft (kg/kg) (kg H2O in kg trockener Luft)

x – Feuchtigkeitsverhältnis in der Luft (kg/kg) (kg H2O in kg trockener Luft) – Mollier – Psychrometrisch

hwe – Verdampfungswärme (Enthalpie) des Wassers (kJ/kg)

v – Geschwindigkeit der Luft über der Wasseroberfläche (m/s)

Lastrechner!