Der Taupunkt
Als Taupunkt wird die Temperaturschwelle bezeichnet, bei der die Luft vollständig mit Wasserdampf gesättigt ist und die relative Luftfeuchtigkeit 100 Prozent erreicht. Wird diese Temperatur unterschritten, kondensiert der Wasserdampf und wird zu flüssigem Wasser, welches dann wiederum als Tau oder Nebel wahrnehmbar ist. Je höher die Lufttemperatur und die Luftfeuchtigkeit, desto höher liegt auch der Taupunkt.
Der Taupunkt kurz erklärt
- Temperatur, bei der Wasserdampf zu kondensieren beginnt
- Abhängig von Lufttemperatur und relativer Luftfeuchtigkeit
- Kritischer Wert für Schimmelbildung an kalten Oberflächen
- Ursache für Vereisung bei Luftwärmepumpen im Winter
- Berechnung nach Magnus-Formel mit hoher Präzision möglich
Physikalische Grundlagen des Taupunktes
Die Luft kann bei einer bestimmten Temperatur nur eine begrenzte Menge Wasserdampf aufnehmen. Je wärmer die Luft ist, desto mehr Wasserdampf kann sie binden. Kühlt feuchte Luft ab, sinkt ihre Fähigkeit, Wasserdampf zu halten.
Bei weiterer Abkühlung unter den Taupunkt kann die Luft den überschüssigen Wasserdampf nicht mehr in gasförmiger Form halten. Der Wasserdampf ändert seinen Aggregatzustand von gasförmig zu flüssig und kondensiert als Wassertröpfchen. Dieser Prozess ist in der Natur allgegenwärtig: Morgentau auf Grashalmen entsteht, weil die Grashalme nachts unter den Taupunkt der Umgebungsluft abkühlen. Nebel bildet sich, wenn bodennahe Luftschichten unter ihren Taupunkt fallen.
Wie wird der Taupunkt berechnet?
Der Taupunkt lässt sich mit der Magnus-Formel präzise berechnen. Diese bewährte Näherungsformel liefert für Temperaturen zwischen minus 40 und plus 50 Grad Celsius eine Unsicherheit von nur 0,35 Grad Celsius.
ⓘ Formelbox
Td = (b × α) / (a – α)
wobei:
- Td = Taupunkttemperatur in Grad Celsius
- α = (a × T) / (b + T) + ln(RH / 100)
- T = aktuelle Lufttemperatur in Grad Celsius
- RH = relative Luftfeuchtigkeit in Prozent
- a = Magnus-Koeffizient 17,27
- b = Magnus-Koeffizient 237,7 Grad Celsius
ln = natürlicher Logarithmus
Berechnungsbeispiel:
Bei einer Raumtemperatur von 22 Grad Celsius und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 60 Prozent ergibt sich:
α = (17,27 × 22) / (237,7 + 22) + ln(60 / 100) = 1,461 + (-0,511) = 0,950
Td = (237,7 × 0,950) / (17,27 – 0,950) = 225,82 / 16,32 = 13,8 Grad Celsius
Das bedeutet: Kühlt eine Oberfläche (z. B. eine Fensterscheibe oder Außenwand) auf 13,8 Grad Celsius oder darunter ab, kondensiert an dieser Stelle Wasser aus der Raumluft.
Was hat der Taupunkt mit der Wärmepumpe zu tun?
Der Taupunkt bestimmt, ob und wann sich Feuchtigkeit aus der Außenluft an der Wärmepumpe niederschlägt. Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen ist er der zentrale Auslöser für Kondensation, Vereisung und damit für Abtauvorgänge.
Vereisung des Verdampfers
Der Verdampfer entzieht der Außenluft Wärme und ist dabei deutlich kälter als die Umgebungsluft. Liegt seine Oberflächentemperatur unter dem Taupunkt, kondensiert Luftfeuchtigkeit an den Lamellen und gefriert bei Temperaturen unter 0 °C sofort zu Eis.
Besonders kritisch ist der Bereich zwischen −2 und +5 °C bei hoher Luftfeuchtigkeit (> 70 %).
Bei starkem Frost mit trockener Luft tritt dagegen oft kaum Vereisung auf, da die absolute Luftfeuchtigkeit sehr gering ist. Deshalb laufen Wärmepumpen bei kaltem, trockenem Wetter häufig stabiler als bei mild-feuchten Bedingungen um den Gefrierpunkt.
Abtauung und Effizienz
Um Eis zu entfernen, führen Luft-Wasser-Wärmepumpen automatische Abtauzyklen durch. Die sogenannte Heißgasabtauung funktioniert durch eine Umkehrung des Kältemittelkreislaufs und dauert zwischen drei und acht Minuten an. Je nach Witterung führt die Wärmepumpe dieses Verfahren häufiger durch, was natürlich zu einem steigenden Energieverbrauch führt (ca. 150-250 kWh pro Winter).
Was hat der Taupunkt mit einem Gebäude zu tun?
In der Gebäudetechnik ist der Taupunkt entscheidend dafür, ob Feuchtigkeit an Bauteiloberflächen kondensiert. Wird der Taupunkt unterschritten, entsteht Kondenswasser – die wichtigste Voraussetzung für Schimmelbildung.
Schimmel
Schimmel entsteht, wenn die Oberflächentemperatur von Wänden oder Bauteilen unter den Taupunkt der Raumluft fällt. Die Folge ist Kondenswasser, das Schimmelwachstum innerhalb weniger Tage ermöglichen kann.
Beispiel:
- Raumtemperatur: 22 °C
- Relative Luftfeuchtigkeit: 65 %
- Taupunkt: 15,2 °C
Kühlen Wand- oder Fensteroberflächen auf 15,2 °C oder darunter ab, bildet sich dort Kondenswasser.