Verdunstungskühlung (Verdunstungskälte) berechnen

Verdunstungskühlung, häufig auch Verdunstungskälte genannt, entzieht der Luft Wärme, weil verdunstendes Wasser Energie benötigt und diese Verdunstungswärme aus der Umgebung zieht.

Genau deshalb fühlt sich nasse Haut im Wind kühl an, und genau darauf setzen Verdunstungskühler, auch Air Cooler genannt: Sie saugen Luft durch ein feuchtes Material oder vernebeln Wasser, sodass ein Teil davon verdunstet und die durchströmende Luft abkühlt.

Wie stark der Effekt ausfällt, hängt fast ausschließlich von der Luftfeuchtigkeit ab, denn in trockener Luft kann viel Wasser verdunsten, in feuchter Luft dagegen nur wenig.

Trage im Rechner deine Lufttemperatur und relative Luftfeuchtigkeit ein und du siehst sofort, wie viele Grad Abkühlung physikalisch maximal möglich sind und wie viel ein realer Kühler mit seinem Wirkungsgrad davon tatsächlich erreicht.

Bei 32 Grad und 40 Prozent Luftfeuchtigkeit liegt das maximale Kühlpotenzial bei rund 9,9 Grad, ein Kühler mit 80 Prozent Wirkungsgrad schafft davon etwa 7,9 Grad. Beachte dabei, dass Verdunstungskühlung die Luftfeuchtigkeit im Raum immer erhöht.

Das hängt fast ausschließlich von der relativen Luftfeuchtigkeit ab, denn die Feuchtkugeltemperatur bildet die physikalische Untergrenze, unter die reine Verdunstung nicht kühlen kann.

Bei trockener, heißer Luft von 35 Grad und 25 Prozent Luftfeuchtigkeit liegt die Feuchtkugeltemperatur bei rund 20,8 Grad, das maximale Kühlpotenzial beträgt also etwa 14,2 Grad.

Ein guter Verdunstungskühler mit 85 Prozent Wirkungsgrad schöpft davon rund 12,1 Grad aus und erreicht damit etwa 22,9 Grad Lufttemperatur.

Bei schwülen 32 Grad und 60 Prozent Luftfeuchtigkeit dagegen liegt die Feuchtkugeltemperatur schon bei rund 25,8 Grad, sodass nur noch etwa 5 Grad Abkühlung erreichbar sind.

Der Rechner berechnet dir aus Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Wirkungsgrad genau diese erreichbare Abkühlung und die resultierende Temperatur, sodass du sofort siehst, ob sich ein Verdunstungskühler in deiner Situation lohnt.

Prüfe im Rechner mehrere Kombinationen, denn schon 20 Prozentpunkte mehr Luftfeuchtigkeit können das Kühlpotenzial mehr als halbieren.

Die Feuchtkugeltemperatur ist die tiefste Temperatur, die reine Verdunstung von Wasser in die Luft erreichen kann, gemessen an einem Thermometer mit feuchtem, belüftetem Docht.

Weil kein Verdunstungskühler tiefer kühlen kann als bis zu diesem Gleichgewichtswert, bildet sie die physikalische Kühlgrenze für jede Berechnung auf dieser Seite.

Der Rechner ermittelt sie nicht durch Messung, sondern über die anerkannte empirische Näherungsformel von Stull (2011), die aus Lufttemperatur und relativer Luftfeuchtigkeit die Feuchtkugeltemperatur mit Arkustangens-Termen annähert, ohne Luftdruck als Eingabe zu benötigen.

Bei 32 Grad und 40 Prozent Luftfeuchtigkeit ergibt die Formel rund 22,1 Grad, bei derselben Temperatur und 60 Prozent Luftfeuchtigkeit dagegen schon 25,8 Grad.

Je höher die Luftfeuchtigkeit, desto näher rückt die Feuchtkugeltemperatur an die Lufttemperatur heran, und desto kleiner wird der Abstand, den Verdunstungskühlung noch nutzen kann.

Gib deine eigenen Werte ein, um die für dich geltende Kühlgrenze zu sehen, statt eine pauschale Tabelle zu verwenden.

Um einen Liter Wasser bei Raumtemperatur, rund 25 Grad, zu verdunsten, sind laut thermodynamischen Stoffwerttabellen etwa 2.440 Kilojoule Energie nötig, bei kochendem Wasser mit 100 Grad sind es rund 2.257 Kilojoule pro Kilogramm; genau diese Wärmemenge wird der Umgebungsluft entzogen.

Wie viel Grad Abkühlung das in einem Raum tatsächlich bringt, hängt aber nicht allein von der verdunsteten Wassermenge ab, sondern von Luftvolumen, Luftdurchsatz und vor allem der relativen Luftfeuchtigkeit, denn nur trockene Luft kann überhaupt viel Wasserdampf aufnehmen.

Deshalb rechnet dieser Rechner nicht mit einer festen Wassermenge, sondern direkt mit Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Gerätewirkungsgrad, was für die Praxis aussagekräftiger ist als ein Energiewert pro Liter allein.

Trage deine Bedingungen ein, um die erreichbare Abkühlung in Grad statt in Kilojoule zu sehen. Als Faustregel gilt: Erst in ausreichend trockener Luft wird aus der theoretischen Verdunstungsenergie ein spürbarer Kühleffekt.

Bei einer Feuchtkugeltemperatur von etwa 35 Grad Celsius erreicht der menschliche Körper nach Berechnungen von Sherwood und Huber (2010, PNAS) seine physiologische Belastungsgrenze, weil Schweiß dann kaum noch verdunsten und die Körperwärme nicht mehr ausreichend abgeführt werden kann, selbst im Schatten und bei Windzufuhr.

Schon deutlich darunter, etwa ab 28 bis 30 Grad Feuchtkugeltemperatur, gilt körperliche Anstrengung im Freien als stark belastend, besonders für ältere Menschen, Kinder und Vorerkrankte.

Dieser Rechner berechnet die Feuchtkugeltemperatur für gemäßigte Alltagsbedingungen wie 20 bis 40 Grad Lufttemperatur, nicht für die tropischen Extremwerte solcher Studien, liefert dir aber dasselbe physikalische Prinzip: Je näher Lufttemperatur und Feuchtkugeltemperatur zusammenrücken, desto schwüler und belastender wird die Luft.

Prüfe bei sehr hoher Luftfeuchtigkeit und Hitze deshalb nicht nur den Kühlungseffekt eines Verdunstungskühlers, sondern auch, ob ausreichend Trinken, Schatten und Abkühlung nötig sind.

Verlasse dich bei akuten Hitzewarnungen zusätzlich immer auf die Hinweise des Deutschen Wetterdienstes.

Verdunstungskühlung funktioniert nur, solange Wasser überhaupt noch in die Luft verdunsten kann, und genau das ist bei hoher Luftfeuchtigkeit kaum noch möglich, weil die Luft bereits fast mit Wasserdampf gesättigt ist.

Bei 30 Grad und 70 Prozent Luftfeuchtigkeit liegt das maximale Kühlpotenzial nur noch bei rund 4,4 Grad, ein Kühler mit 70 Prozent Wirkungsgrad erreicht davon lediglich etwa 3,1 Grad, also eine resultierende Temperatur von knapp 26,9 Grad.

Das erklärt, warum Verdunstungskühler in trockenen Klimazonen wie dem Mittelmeerraum sehr wirksam sind, in feuchtwarmen deutschen Sommern dagegen kaum spürbar kühlen.

Hinzu kommt, dass die ohnehin feuchte Luft durch die zusätzliche Verdunstung noch feuchter und damit schwüler wird.

Gib im Rechner probeweise eine hohe Luftfeuchtigkeit von 75 bis 85 Prozent ein, und du wirst sehen, wie das Kühlpotenzial auf wenige Grad zusammenschrumpft.

In solchen Situationen bringt meist nur Lüften oder eine klassische Klimaanlage echte Erleichterung.

Adiabatische Kühlung, auch adiabate Kühlung genannt, bezeichnet in der Thermodynamik eine Abkühlung ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung, bei der die Verdunstungsenergie ausschließlich aus der Luft selbst stammt statt von außen zugeführt zu werden; die direkte Verdunstungskühlung, wie sie dieser Rechner berechnet, ist der praktisch wichtigste Fall dieses Prinzips.

Beide Begriffe werden im Alltag deshalb weitgehend gleichbedeutend verwendet, auch wenn adiabatische Kühlung als Oberbegriff technisch weiter gefasst ist und etwa auch indirekte Verfahren mit Wärmetauschern einschließt, bei denen die befeuchtete Luft nicht direkt in den Raum gelangt.

Für die reine Berechnung der erreichbaren Abkühlung macht das keinen Unterschied, denn es zählen weiterhin nur Lufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit und der Wirkungsgrad der jeweiligen Anlage.

Nutze den Rechner deshalb unabhängig davon, ob ein Hersteller sein Gerät als Verdunstungskühler, Adiabatkühler oder Air Cooler bezeichnet, solange es mit reiner Wasserverdunstung statt einem Kältemittelkreislauf arbeitet.

Ja, ein feuchtes Tuch vor oder hinter einem Ventilator nutzt denselben Verdunstungseffekt wie ein technischer Kühler, allerdings mit deutlich geringerem Wirkungsgrad von grob 50 bis 70 Prozent.

In trockener Luft kann das spürbare 3 bis 6 Grad Abkühlung bringen, in feuchter Luft dagegen nur wenig, weil das Kühlpotenzial dann ohnehin klein ist.

Wichtig ist, dass das Tuch ausreichend nass bleibt und der Luftstrom es gut durchdringt, denn ein trockenes oder zu dickes Tuch bremst nur den Ventilator, ohne merklich zu kühlen.

Setze im Rechner probeweise einen Wirkungsgrad von 60 Prozent ein und vergleiche das Ergebnis mit einem guten Verdunstungskühler bei 85 bis 90 Prozent, um den Unterschied in Grad zu sehen.

Beachte außerdem, dass auch hier die Raumluft feuchter wird, weshalb regelmäßiges Lüften sinnvoll bleibt, damit das Zimmer nicht zusätzlich schwül wirkt.

Eine Klimaanlage kühlt mit einem Kältemittelkreislauf und Kompressor, entzieht der Luft dabei Feuchtigkeit und senkt die Temperatur unabhängig von der Luftfeuchtigkeit, braucht dafür aber oft 800 bis 1.500 Watt Leistung.

Ein Verdunstungskühler nutzt dagegen nur die Verdunstung von Wasser, verbraucht mit Ventilator und kleiner Pumpe meist nur 40 bis 150 Watt und ist damit rund 80 bis 90 Prozent sparsamer im Betrieb.

Sein Nachteil: Er befeuchtet die Luft statt sie zu entfeuchten und kühlt nur in trockener Luft spürbar, wie die Beispiele in diesem Rechner zeigen.

In schwülen Sommern oder feuchten Räumen bringt er dagegen kaum etwas, während eine Klimaanlage dort weiterhin zuverlässig funktioniert.

Prüfe deshalb mit dem Rechner zunächst, ob deine aktuelle Luftfeuchtigkeit überhaupt genug Kühlpotenzial übrig lässt, bevor du in ein Gerät investierst.

Zeigt der Rechner weniger als 3 Grad erreichbare Abkühlung, ist eine Klimaanlage meist die wirksamere Wahl.

Ja, das ist der wichtigste Nachteil der Methode, denn die Kühlung entsteht dadurch, dass Wasser in die Luft verdunstet, wodurch die relative Luftfeuchtigkeit im Raum zwangsläufig steigt.

In einem geschlossenen Zimmer kann die Luft deshalb mit der Zeit kühler, aber spürbar schwüler werden, was den gefühlten Kühlgewinn teilweise wieder aufhebt und bei Dauerbetrieb das Schimmelrisiko an kalten Stellen erhöht.

Am meisten holst du aus Verdunstungskühlung heraus, wenn du sie an heißen, trockenen Tagen mit möglichst niedriger Luftfeuchtigkeit einsetzt und für guten Durchzug sorgst, etwa durch ein gekipptes Fenster oder Querlüftung, damit feucht gewordene Luft abziehen kann.

Sorge außerdem für ständigen Wassernachschub, damit die Verdunstung nicht abreißt, und kombiniere den Kühler mit Verschattung tagsüber sowie nächtlichem Lüften.

Prüfe regelmäßig mit einem Hygrometer, ob die Luftfeuchtigkeit im Raum noch im Rahmen bleibt, besonders wenn der Rechner mehr als 5 Grad erreichbare Abkühlung und damit entsprechend viel abgegebenen Wasserdampf anzeigt.