Wie viel Wasser verliert die Luft durch eine gefrorene Flasche?
Huhu!
Ich bemerke just, wie viel Kondenswasser an meiner tiefgefrorenen Smoothieflasche festpappt. (Erster Schnee...)
Wie viel Prozent der Luftfeuchtigkeit eines Kubikmeters hab ich denn damit jetzt gebunden?
8 Antworten
Puh, gute Frage.
Luft unterliegt nicht nur bzgl. der Luftfeuchtigkeit eines dynamischen Gleichgewichtes. Das bedeutet: Wenn Luftfeuchte aus sich der Smoothie umgebenden Luft entzogen wird, dann wird die Luft der Umgebung für einen Ausgleich sorgen. Durch die Temperatur des Smoothies kühlt sich Luft am Smoothie ab und vermag es dort weniger Luftfeuchte zu halten als bei Umgebungstemperatur. Die nun kalte Luft kommt in Kontakt mit der Umgebungsluft, erhält hieraus Luftfeuchte und die Temperatur steigt wieder.
Hieraus wird der Smoothie so lange Luftfeuchte beziehen und die Eisschicht nähren bis der Smoothie auf 0 °C und höher aufgeheizt. Dabei saugt sich die Eisschicht mit Wärmeenergie aus der Umgebungsluft voll bis es schließlich nicht mehr wächst sondern anfängt zu schmelzen. Irgendwann erreicht es seine maximale Schichtstärke, wenn Eisansammlung und Schmelzen sich die Waage halten.
Wie viel Wasser letzten Endes aufgenommen wurde ist schwer aus theoretischem Aspekt zu sagen. Einfacherer wäre es das Eis zu schmelzen, aufzufangen und abzuwiegen. Problem könnte hier sein, dass mit der Zeit das kondensierte Wasser durch den Mangel an Luftfeuchte zum Teil von der Luft wieder aufgenommen wird bevor es zur Abwaage des Kondenswassers kommt. Mangel an Luftfeuchte wird hierbei kaum vom Smoothie verursacht: Luft besitzt meistens keine 100% Luftfeuchte, wodurch seine Kapazität Wasser aufzunehmen selten erreicht ist.
Das ist einer der (grob und einfach erklärten) Gründe wieso Wasseransammlungen auf Oberflächen mit der Zeit verdampfen obwohl es weit weg von 100 °C ist.
Übrigens: Für solche Rechnungen haben wir immer das sog. "Mollier-h-x-Diagramm" verwendet.
Die Frage so gestellt ist nicht beantwortbar. Du kannst nur eine bestimmte Wassermenge an die Flasche binden, aber keine Relation zweier Werte. Die relative Luftfeuchte beschreibt in Prozent das Verhältnis zwischen der Wassermenge, die aktuell in der Luft ist und der Wassermenge, die bei aktueller Temperatur aus naturgegebenen Gründen maximal in der Luft sein kann.
Und in dem letzten Satz siehst du schon, dass du auch noch sagen müßtest, wie die Raumtemperatur ist und wieviel die rel. Luftfeuchte. Gehen wir für die weitere Betrachtung von der Annahme aus, dass die Raumtemperatur 22° ist und die rel. Luftfeuchtigkeit 55%.
Wie schon geschrieben ist die maximale Feuchtigkeitsmenge (also bei 100% rel. Feuchte) naturgegeben und hängt von der Temperatur ab. Und das macht dann bei 55% eine absolute Feuchtigkeit von 10,72 g/cbm. Mit sinkender Temperatur verringert sich gleichzeitig auch die maximale Menge an Feuchtigkeit, die die Luft speichern kann. Wir müssen also nun heraus finden, auf welche Temperatur wir die Luft abkühlen müssen, um bei unserer Feuchtigkeitsmenge von 10,72 g/cbm dann 100% Luftfeuchtigkeit haben. Und genau diese Temperaratur nennt man den Taupunkt. Und genau bei diesem Punkt beginnt die Feuchtigkeit zu kondensieren und schlägt sich auf der Flasche ab.
Ich löse das Geheimnis auf. Es sind 12,5°, auf die unsere vorhandene Luft abkühlen müssen, dass die Kondensation beginnt. Nun küht die gefrorene Flasche die Luft aber weiter ab. Nehmen wir an, nahe an der Flasche haben wir 2°, dann ist die naturgegeben maximale Feuchtigkeitsmenge in der Luft nur noch 5,6 g/cbm.
Das bedeutet, die Differenz von den 10,72 zu den 5,6, also 5,12 g/cbm Wasser hat sich an der Flasche abgelegt und ist dann aufgrund der Kälte zu Eiskristallen geworden.
Nun ist klar, dass die Luft mit dem Raum zirkuliert und sich austauscht. Dadurch ändert sich die rel. Luftfeuchte des Raums nicht so einfach. Die Erläuterung bezieht sich nur auf einen sehr nahen Bereich an der Flasche.
Meine Hauptthemen sind Mietrecht und alles was damit zusammen hängt. Und hierbei kommt es immer wieder auch zu Fragen wegen Schimmelbildung in der Wohnung. In diesem Zusammenhang habe ich mich damit befasst, um entsprechend beraten zu können. Nur wenn man das mit dem Taukunkt und der Kondensation verstanden hat, weiß man, wie man Schimmel vermeiden kann.
Was hier beim Fragesteller die Flasche ist, ist in einer Wohnung die Wand. Das Prinzip ist exakt das Gleiche. Die Wand in der Wohnung ist im Winter kalt. Also kühlt sich die Luft dort ab und es kann die Feuchtigkeit in der Luft kondensieren. Schon ist der Nährboden für Schimmel entstanden.
Danke - bis zu meiner Rente habe Tag ein Tag aus meine Bauherr(inn)en als Planungsingenieur beraten - Klima, Kälte und Heizung meist - aber auch "Gas, Wasser, Sche...e" und den Rest der Versorgungstechnik. Jetzt schieße ich vielleicht ab und an ein wenig übers Ziel hinaus. Da hast Du ja recht. Das Experiment wird der FS wohl kaum machen. Als Lösungsstrategie zwar tauglich, aber wer hat schon Zeit und Nerven dafür.
Ich unterstütze die Ausführung von https://www.gutefrage.net/nutzer/Herbt/
Möchte aber an einer Stelle pragmatischer werden: Klar, die Flasche steht mit der Umgebung in Wechselwirkung. So wurde der Luft Feuchtigkeit entzogen, wodurch die relative Luftfeuchtigkeit gesunken ist; aber zugleich wurde die Luft auch abgekühlt, wodurch die relative Luftfeuchtigkeit wieder etwas angestiegen ist. Möglich, das so am Tisch auszurechnen, aber umfangreich und ich würde vermuten, dass Dir der Praxisbezug dann verloren ginge.
Vorschlag: Mach ein Experiment draus! Kühle die Flasche bspw. über Nacht. Sie sollte einen möglichst immer reproduzierbaren Ausgangszustand haben. Dann entnehme die Flasche und wische sie fett- und seifenfrei ab! Weiter jetzt bitte die aktuelle Luftfeuchtigkeit notieren und die Flasche eine definierte Zeit der Luft aussetzen – so, dass sich schön viel Eis bildet. Jetzt mit einem Spachtel oder Messer die Eisschicht abschieben und in einer kleinen Schale (sauberer Deckel) sammeln. Wiegen! Tara der Schale berücksichtigen (ggf. jetzt wieder reinigen und leer wiegen). Anhand der Luftfeuchtigkeit und der verwogenen Wassermenge (Eis) kannst Du abschätzen, um wieviel die Luftfeuchtigkeit in einfachster Näherung gesunken wäre.
Herausforderung hierbei: Eine ausreichend genaue Waage finden.
Wie man das - mühselig - experimentell ermittelt, ist ja schon erklärt worden.
Eine grobe Annäherung: Erfahrungsgemäß bildet sich da nur eine dünne Eisschicht, unter 1 mm. Verteilt auf eine Fläche von 1 dm³ ergibt das unter 10 ml.
Zum Vergleich: Ein m³ "normaler" (22°C, 50% rel. Feuchte) Luft enthält etwa 10 g Wasser.
Wenn Du die Flasche an die Decke (das ergibt bessere Luftströmung, als wenn sie auf dem Boden liegt) eines 1-m³-Gefäßes hängst, kannst Du damit die Luft weitgehend entfeuchten.
Als Schlauberger antworte ich:
Du musst nur wissen wie viel denn vorher drin war (in der Luft).
Die Frage ist auch (für mich) etwas seltsam gestellt. Die Flasche war im Gefrierschrank. ( 1 m³ ?)
a) Willst Du jetzt wissen, ob und wie sich die relative Feuchte im Gefrierschrank reduzierte?
b) Oder willst Du wissen um wie viel die relative Feuchte nach Herausnahme der Flasche und Abstellen in einem Raum mit 1 Kubikmeter Inhalt absinkt? Durch die weitere Kondensation an der Oberfläche.
Zu a): Nope, obwohl das natürlich auch interessant wäre. Aber mir gehts eher um das Wasser an der Außenseite der Flasche, das im Gefrierschrank noch nicht da war.
Zu b): Ja! Exactly. Eigentlich ist der Raum recht groß, aber ich dachte, der Einfachheit halber (und damit ich die Relationen mal lerne) gehen wir mal von einem Kubikmeter Luft um die Flasche herum aus.
In jedem Fall danke für die Überlegungen! :-)
zu b) Einigermaßen zielführend kannst Du es nur experimentell ermitteln:
Erster Schritt
Du misst (ausreichend genau) die Temperatur und relative Feuchte in Deinem Versuchsraum.
Zweiter Schritt
- Flasche aus dem Eisfach holen
- auf eine entsprechend genaue Waage stellen
- abwarten
- die gewonnene Kondensatmenge (Gewichtssteigerung) ermitteln
Das ist die absolute Feuchte die der Raumluft entnommen wurde.
Dritter Schritt
Du rechnest Dir den Rauminhalt (Deines Versuchsaums) aus. Multiplizierst mit 1,2 kg/m³ und weißt jetzt welche Gesamtmasse der Luftraum besitzt (das ist genau genug).
Vierter Schritt
Du teilst Deine gewonnene Kondensatmasse (in Gramm) durch die Raumluftmasse in kg. Dann hast Du im Ergebnis wie viel Gramm pro Kilogramm Luft kondensiert wurde. Delta X nennt sich das
Fünfter Schritt
Jetzt kannst Du Dir den Messwert Deiner Raumkondition vor dem Experiment in ein mollier-h-x-Diagramm eintragen. Temperatur und relative Feuchte. Das ist der Raumluftpunkt.
Im mollier-h-x-Diagramm kannst Du dann schon einmal für Deinen Messpunkt die absolute Feuchte ablesen.
An dieser Stelle im Diagramm mache einen Punkt oder Kreuz. Dann machst Du einen weiteren Punkt oder Kreuz bei bei Deiner Tiefkühltemperatur der Flasche (z.B. -18°C und immer bei 100 % relative Feuchte).
Verbinde beide Punkte mittels Lineal und Bleistift mit einer Geraden (passt schon). Die Gerade müsste von rechts oben nach links unten verlaufen.
Jetzt gehst Du auf der Geraden von Deinem Raumluftpunkt in Richtung Tiefkühlpunkt bis die absolute Feuchtedifferenz (ganz unten oder oben abzulesen) den Wert Delta X eingenommen hat. (Das sind die senkrechten Linien im Diagramm.)
Genau an die Stelle mache den dritten Punkt.
Die relative Feuchte die Du dort ablesen kannst ist Dein Ergebnis !!!
VIEL SPASS
Wenn noch Fragen sind - gerne.
Gruß
Ja natürlich kann man das Ganze experimentell ermitteln. Doch überleg mal, was das für ein riesen Aufwand ist. Ich kann mir nicht vorstellen, dass dies die Absicht des Fragestellers ist. Er will wohl nur das grundsätzliche Prinzip gern verstehen, jedenfalls nehme ich das an.
Wusste gar nicht das Du auch "physikalisch" bist. Respekt.