Verdunstungsküflung am Beispiel des Schwitzens

Wissenschaft Wetter & Meteorologie
#1

Liebe/-r Experte/-in,
Ich suche eine (oder mehrere) einfache Formel(n) zur überschläging Berechnung der Kühlleistung einer Verdunstungskühlung. Ich möchte aber nicht die Kühlung der Luft, die den Wasserdampf aufnimmt, berechnen, sondern die Kühlung der Oberfläche, auf der das Wasser haftet.

Zum Beispiel möchte ich herausfinden, wie viel Wärmeenergie das Schwitzen dem Körper entzieht - in Abhängigkeit von der Temperatur, der Windgeschwindigkeit und relativen Luftfeuchte der Umgebungsluft. Sinn und Zweck dieser Berechnung sollte sein, Aussagen darüber treffen zu können, bis zu welchen Grenzen der Wärmehaushalt des Menschen funktioniert.

Ich denke, ich müsste dazu herausfinden, wieviel Wasser bei einem bestimmten Luftzustand an der Körperoberfläche verdunstet wird und wieviel Wärmeenergie diese Verdunstung der Haut entzieht. Wahrscheinlich müsste ich dabei auch den Wärmeübergangswiserstand der Haut berücksichtigen.

Ich würde gerne wissen, ob Sie da einen vereinfachten, überschlägigen Berechnungsweg kennen, denn eine genaue Berechnung, dürfte wohl für einen Laien wie mich nicht durchführbar sein!

Vielen Dank,
blumentopferde …

#2

Hallo blumentopferde,

da kann ich leider nicht weiterhelfen.

viele Gruesse JH

#3

sorry kann ich nicht beantworten

mfg
Vondreacek

#4

http://de.wikipedia.org/wiki/Verdunstung

Da kann man z.B. die Grundlagen nachlesen und entsprechend ableiten.

mfg

Hans-Gert

#5

Die Berechnung dieser Arbeit ist wirklich sehr komplex.
Das Schwitzen ist die Folge einer getätigten Arbeit des Menschen. Diese Arbeit erzeugt innerhalb der Person eine Umwandlung von mechanischer Arbeit in Wärmearbeit=Kühlarbeit und erzeugt eine Temperaturerhöhung der Normalkörpertemperatur. Diese Temperaturspreizung von Normaltemperatur zur gemessenen „Arbeitstemperatur“. Weitere Kriterien wären die Kondition einer Versuchsperson. Also viele unbekannte Faktoren.Jedoch kann man ohne Berücksichtigung eines „Wirkungsgrades“ folgendes annehmen:
Die getätigte Mechanische Arbeit = Kühlarbeit des Menschen mit den oben genannten Faktoren abhängig einer Arbeitsleistungskurve mit Leistung unter Berücksichtigung einer Zeiteinheit in Sekunden.

Eine mechanische Arbeit auf dem einen Teil der Gleichung wäre dann Leistung x Zeit [Watt x Sekunden).
Da die Leistung aber nicht kontinuierlich erbracht wird, sondern auch in einer Leistungskurve der menschlichen „Anstrengungen“ könnten wir diese der Einfachheit halber gleichsetzen der Kühlleistung auf der anderen Seite der Gleichung.
Die mechanisch erbrachte Arbeit ist messbar z.B.
Gewichte über eine festgesetzte Strecke in einer definierten Zeit in Sekunden stemmen oder mit einem Fahrrad . Messbare zurückgelegte Strecke (Umfang des Rades mit der Anzahl der Raddrehung in einer gemessenen Zeitgröße ergibt ein Maß der erbrachten mechanischen Arbeit.

Mech. Leistung x Zeit = Mechanische Arbeit

Temperaturspreizung x gleicher mechanischer Zeit x Körperflüssigkeit auf der anderen Seite der Gleichung ergibt die Kühlarbeit (sehr ungenau)

Temperatur, Zeit sind bekannt und eine Berechnung ohne Wirkungsgrad wäre möglich.
Diese Berechnung ist natürlich sehr ungenau.

Der Mensch ist keine Maschine, die Tagesform ist immer unbekannt, da diese Tätigkeit an zwei Tagen erfolgen muss.

Hier wären also über einen großen Zeitraum an mehreren gleichen Personen eine aussagefähige Beurteilung erst möglich.

Ich hoffe, einen Lösungsweg erläutert zu haben.
Heinz

#6

sorry , aber ich bin nur ! ein handwerksmeister .
solche fragen gehören doch in richtung max planck - oder ?

dieses forum soll helfen mitmenschen lösungen und hilfen an die hand zu geben und dass schnell und kostenlos .
ich bin aber nicht dazu da , sinnlose und nur für wenige menschen interessante fragen zu beantworten wie die gestellte .
dafür ist auch mir meine zeit zu schade .

#7

Hallo Blumentopferde,

der genutzte Effekt ist die sogenannte www.google.de/search?q=adiabatische+Kühlung.

Für den Übergang aus der flüssigen in die gasförmige Phase ist eine Energiemenge erforderlich, die als Verdunstungs- bzw. Verdampfungsenergie bezeichnet wird. Der Energiebetrag ist von der Temperatur abhängig: bei beispielsweise 15° 2,4652 x 106 J/g (Beispiel für Verdunsten).
http://www.geo.fu-berlin.de/fb/e-learning/pg-net/the…

Eine wichtige Rolle dabei spielt die relative Luftfeuchtigkeit. Bei feuchter warmen Luft z.B. in den Tropen nützt schwitzen nur bedingt. Bei trockener warmer Luft von 45° und niedriger Luftfeuchtigkeit von 10% ist schwitzen sehr effektiv. Übrigens die Luft welche die Feuchtigkeit wird befeuchtet und eher erwärmt aber nicht gekühlt.
http://www.wettermail.de/wetter/feuchte.html

Die adiabatische Kühlung wird auch aktuell in der Haustechnik zur Kühlung oder Entfeuchtung der Luft eingesetzt. https://www.google.de/search?q=adiabatische+Kühlung+…. Für eine Berechnung ist ein Planungsbüro für technische Gebäudeausrüstung sicher geeignet. Ich kann es nicht.

Es gab auch Versuche Gebäude durch Befeuchtung zu kühlen. Die Bildung von Algen und Moosen waren dabei nicht gewünschte Begleiteffekte.

Gutes gelingen.
Ein Fassadenexperte

#8

Sorry da bin ich kein Experte
grüsse klaus scholz

#9

Ein einfaches „weiß ich nicht“ hätte auch gereicht. Aber trotzdem danke für die Antwort!

#10

Danke für Ihre Gedankengänge!
Mich würde eigentlich nur der „Extremfall“ unter „Normalbedingungen“ interessieren: Also die maximale Kühlleistung die das Schwitzen bei einem „Durchschnittsmenschen“ erbringen kann.
Also:

  • ruhende Tätigkeit und durchschnittliche Körperoberfläche
    >> ~60W/m² Wärmeabgabe
  • maximale Schweißproduktion
    >> ~0,5l/hm²
  • maximale Temperatur der Körperoberfläche
    >> 37°C / 310,15K
  • die einzigen Variablen in dieser Gleichung beschreiben den Zusatand der Umgebungsluft: Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit

Was ich dabei herausfinden möchte - bis zur Welcher Temperatur und Luftfeuchtigkeit funktioniert der Wärmehaushalt dieses „maximal Schwitzenden“ Menschen noch?

#11

Danke für die Antwort!
Haben Sie vielleicht Links zu diesen Fassadenversuchen? Das klingt sehr interessant, und ist eigentlich auch die Richtung, in die ich mit meiner Fragestellung hinmöchte - unter welchen klimatischen Rahmenbedingungen funktioniert das Prinzip des Schwitzens, und lässt es sich auch auf Gebäude übertragen. Und wenn ja, in welchen Größenordnungen würden sich die Kühleffekte abspielen…

mfg, blumentopferde

#12

Hallo Blumentopferde,

von den Versuchen über die Wirkung an Fassaden weiß ich nur vom hören-sagen und das war auch schon vor vielen Jahren.

Siehe vielleicht auch hier:
http://www.energieagentur.nrw.de/virtuell/downloads/…

MfG
Martin Tauber

#13

weiß ich nicht ! ist aber nicht richtig

#14

Sorry, blumentopferde
Falsch adressiert.
Ich bin ELEKTROINGENIEUR und kein Thermodynamiker oder Physiker.

Liebe/-r Experte/-in,
Ich suche eine (oder mehrere) einfache Formel(n) zur
überschläging Berechnung der Kühlleistung einer
Verdunstungskühlun

#15

Hallo Blumentopferde, eine kollossal komplexe Frage, die ich allerdings leider nicht aus dem Handgelenk beantworten kann. Sorry. Möglicherweise haben naturwissenschaftlich ausgerichtete Hochschulen hier spezielle Untersuchungen geführt. MfG R. Schneider

#16

was bedeutet denn Durchschnittmensch?
Was bedeutet Normalbedingungen
wie groß ist die Hautoberfläche? dicke-dünne Fett
speichert Wärme
Mensch ist nicht Mensch
Mechanische Arbeit = Kühllast des Menschen, weil Temperatur über Normaltemperatur ist.

Deshalb „schwitzt“ der Mensch normalerweise nicht. Zimmertemperatur 20 Grd. Celsius Mensch 37 Grd. Celsius Temperaturifferenz 17 Kelvin.
Hat der Mensch dicke Kleidung an - erfolgt erst eine Wärmebelastung nach Übergangswiderstand Bekleidung, jedoch intern schwitzt der Mensch, da keine Wärmeabgabe möglich ist!!

Ganz prosaischer Versuch:
Oben rein an Volumen (kg) - unten raus an Volumen (kg).
Differenz hat der Mensch in X-Sunden „verbrannt“ in kg.
Bei bekannter spezifischer Wärmekoffezient nach folgender Formel:
Q=m x c x Temperaturdifferenz in Kelvin
Bei bekannter Oberfläche der Haut dürfte dies dann ja einfach sein!

#17

Hallo, leider kann ich dazu nichts sagen. Gruß Tenno