Luftfeuchte

Durch Verdunstung wird der Atmosphäre ständig Wasserdampf zugeführt. Die Luftfeuchte gibt den Wasserdampfgehalt der Luft an. Die Verdunstung erfolgt hauptsächlich über den Weltmeeren. In Folge von Luftbewegung und Temperaturänderung kommt es zur Wolkenbildung und schließlich zu Niederschlägen. Der Wasserdampf in der Luft ist ein wesentliches Glied im Wasserkreislauf.

Allgemeine Aspekte und Einflussfaktoren
Die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre ist bis in große Höhen weitestgehend konstant. Eine große Ausnahme bildet der Wasserdampf. Er ist immer vorhanden, aber in sehr unterschiedlicher Konzentration. Entsprechend den Umgebungsbedingungen stellt sich ein bestimmter Zustand ein. Die für die Verdunstung erforderliche bzw. bei Kondensation oder Sublimation freigesetzte Umwandlungswärme des Wasserdampfes beeinflusst stark die atmosphärischen Vorgänge und das Wettergeschehen.

Die Luftfeuchtigkeit ist an physikalischen, chemischen und biologischen Prozessen in der Luft bzw. an Kontaktflächen beteiligt. Sie begünstigt Korrosion, Schimmelbildung usw. Durch die Bildung von Dunst, Nebel und Wolken wird der Strahlungshaushalt beeinflusst. Zu niedrige bzw. zu hohe Luftfeuchtigkeit können sich belastend auf alle Organismen auswirken. Aus physiologischer Sicht werden vom Menschen 35 ... 65 % relative Luftfeuchte bei 21 °C als angenehm empfunden (darunter trocknen Schleimhäute aus, Transpiration wird zu groß, Staub und Krankheitskeime werden nicht gebunden, elektrostatische Aufladungen können nicht abgebaut werden; darüber Schwüleempfinden, Herz-Kreislauf-Probleme).

Die Feuchtigkeit der Luft lässt sich auf verschiedene Weise angeben. Unter absoluter Feuchte ist die Masse des Wasserdampfes in einem definierten Volumen mit der Einheit g/m³ zu verstehen (geringe Tages- sowie vertikale und horizontale Schwankungen; starke Schwankungen im Jahresgang und bei Luftmassenwechsel).

Als Sättigungsfeuchte wird die maximal aufnehmbare Masse an Wasserdampf pro Volumen in g/m³ bezeichnet. Das Vermögen der Luft Wasserdampf aufzunehmen steigt in starkem Maße mit der Temperatur.

Relative Feuchte ist das Verhältnis von absoluter Feuchte zur Sättigungsfeuchte in %. Sie lässt sich relativ einfach messen und wird in der Meteorologie überwiegend verwendet (Tagesgang meistens spiegelbildlich zum Tagesgang der Temperatur; sinusartig: Maximum am Morgen, Minimum am späten Nachmittag). Angaben zur relativen Feuchte sind nur vergleichbar wenn gleichzeitig die Temperatur erfasst wird.

Die Luftfeuchtigkeit kann ebenfalls über den Partialdruck des Wasserdampfes (Dampfdruck) angegeben werden. Dabei ist die Summe aus dem Patialdruck der trockenen Luft und dem Partialdruck des Wasserdampfes gleich der Luftdruck.

Aussagen über die Luftfeuchte sind auch über Taupunktbestimmung möglich. Dabei wird genau die Temperatur ermittelt, bei der 100 % relative Feuchte (Dampfdruck = Sättigungsdampfdruck) erreicht wären, d.h. die Kondensation des Wasserdampfes beginnt.

Über den Weltmeeren ist die relative Feuchte recht konstant 80 %. In subtropischen Wüstengebieten sinkt sie am Tage gewöhnlich auf 10 - 20 % während im tropischen Regenwald eine durchschnittliche Feuchte um 90 % beobachtet wird.

Besonderheiten in der Stadt
In städtischen Räumen ist die Luft trockener als im Freiland (geringere Verdunstung durch Versiegelung von Flächen). Der Wärmeinseleffekt setzt die relative Feuchte zusätzlich herab.

Punktuell können u.U. aber auch große Mengen Wasserdampf, z.B. durch Industriebetriebe oder Verbrennungsmotoren (Kfz) frei werden.

Da es sich nachts in der Stadt meistens nicht bis zum Taupunkt abgekühlt gibt es seltener Tau und Reif.

Daten von Jena
Die mittlere relative Luftfeuchtigkeit beträgt 74,4 %. Im Dezember ist sie mit 81 % am höchsten und im Juli mit 68 % am niedrigsten. Als geringste relative Luftfeuchtigkeit wurden über die Mittagszeit 7 % festgestellt. Bei Nebel werden 100 % gemessen.

Messverfahren und Messgeräte
Geräte zur Bestimmung der relativen Luftfeuchte nennt man Hygrometer. Grundlage bilden mechanische, elektrische oder optische Effekte.

Haarhygrometer:

Alle organischen Stoffe nehmen mehr oder weniger Wasser aus der Umgebung auf und ändern damit ihr Volumen. Im Haarhygrometer wird die Längenänderung von Haaren auf einen Zeiger oder Schreiber (Hygrograph) übertragen. Im Bereich von 0 ... 100 % relative Feuchte beträgt die Längenänderung 2,5 %, ist aber nicht linear.

Psychrometer:

Für genaue Messungen wird das Psychrometer verwendet. Es besteht aus zwei gleichen Thermometern. Die Messkugel des sogenannten feuchten Thermometers wird in dünnen Stoff gehüllt und in Wasser getaucht. Damit die Messungen zuverlässig werden muss das feuchte Thermometer gleichmäßig ventiliert werden. Je niedriger nun die relative Feuchte ist umso mehr Wasser verdunstet, umso mehr Wärme wird umgewandelt und umso größer ist die Temperaturdifferenz zwischen beiden Thermometern. Die Psychrometerformel lautet:

momentaner Dampfdruck = Sättigungsdampfdruck (T‘) - k p (T - T‘)

mit trockener Temperatur T, feuchter Temperatur T‘, einer Konstanten k und dem Luftdruck p. Zur Auswertung stehen umfangreiche Tabellen zur Verfügung.

Kapazitive Feuchtesensoren:

Wassermoleküle besitzen ein beachtliches Dipolmoment. So vergrößert sich die Dielektrizitätskonstante bei Wasseraufnahme. Ein feuchteempfindliches Dielektrikum zwischen zwei großflächigen Elektroden eignet sich daher gut, um von der gemessenen Kapazität auf die vorhandene Feuchtigkeit zu schließen.

Taupunkthygrometer:

Mittels Peltierelement wird der Sensorkopf bis zur beginnenden Kondensation gekühlt. Die Taupunkttemperatur wird gemessen und angezeigt oder gleich in die relative Feuchte umgerechnet.

Weiterhin werden die Widerstandsänderung in Abhängigkeit von der Feuchte bei elektrischen Kunststoffen und Keramiken ausgenutzt. Ebenso kann die Absorption des Wasserdampfes gemessen werden.

Standort
Da Temperatur und Feuchte immer in unmittelbarem Zusammenhang und am gleichen Ort gemessen werden, gelten auch die gleichen Anforderungen an den Standort (siehe Lufttemperatur).

Messbereich, Messgenauigkeit und Kalibrierung

Haarhygrometer müssen öfter durch befeuchten regeneriert werden. Die Haare sind ebenso wie die kapazitiven Sensoroberflächen empfindlich gegen Verschmutzung.

Auswertung der Messwerte
Entsprechend der Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht gibt es einen deutlichen Tagesgang der relativen Luftfeuchtigkeit. Ebenso werden Tages-, Monats- und Jahresmittelwerte angegeben. Alle Angaben sind gemeinsam mit den Temperaturverhältnissen zu bewerten.