Kühlen durch Konvektion
Wie kriegt man möglichst viel Wärme aus einer Öffnung gegebener Grösse (Fenster)? Bei den herrschenden Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt und in Gegenwart eines Fluidums (Luft) ist Konvektion der vorherrschende Mechanismus zum Übertragen von Wärme. Es kommt also drauf an, möglichst viel warme Luft pro Sekunde durchs Fenster zu kriegen, beispielsweise mit einer Pumpe (Ventilator). So ein Propeller erzeugt vor sich einen Überdruck und hinter sich einen Unterdruck, so dass ein großer Teil der Luft gleich wieder zurück fließt. Deshalb baut man den Ventilator in ein Stück Rohr, wie man es im Autobahntunnel sieht.
Wesentlich mehr Wärme kriegt man durchs Fenster, wenn man die Luft erst mit Wasserdampf belädt aus Wasser, das vorher irgendwo in der Wohnung verdampfte. Wasser braucht zum Verdampfen eine große Menge Wärme, die dann im Dampf gespeichert ist (latente Wärme). Bläst man den Dampf zum Fenster hinaus, entfernt man die ganze latente Wärme ebenfalls aus dem Zimmer.
Kühlen durch Verdampfen
Verdampft Wasser beispielsweise aus feuchten Tüchern in einem Raum, kühlen diese stark ab, weil das verdampfende Wasser ihnen die zum Verdampfen benötigte Wärme entzieht. Dies Wärme ist jetzt im Dampf gespeichert. Je mehr Wasser pro Sekunde verdampft, desto größer die Kühlleistung.
Gleichgewicht
Was weiter geschieht hängt von den Bedingungen ab: Ist der Raum trocken – wenig Wasser im Raum – verteilt sich der Dampf im Raum und nimmt die Wärme mit. Ist es feucht, kondensiert ein Teil des Dampfes an Ort und Stelle und gibt die Wärme wieder frei, die er eben aufgenommen hat. Bei hoher Feuchtigkeit kühlt Schwitzen weniger, es ist schwül. Schwitzen kühlt nur, wenn der Schweiß verdampft und sich dann auch von der Haut entfernt, und nicht etwa wieder darauf kondensiert. Im Extremfall herrscht Gleichgewicht zwischen Flüssigkeit und Dampf, pro Zeit kondensiert die gleiche Menge, wie auch verdampft. Netto wird keine Wärme verbraucht, obwohl Verdampfen immer noch die gleiche Wärmemenge benötigt, die verbrauchte Wärme wird einfach gleich wieder freigegeben.
Verdampft oder verdunstet 1 kg Wasser, wird immer die gleiche Menge Energie umgesetzt. Verdampft das Wasser schneller, wird diese Energiemenge in kürzerer Zeit umgesetzt. Energie (kWh, Kilowattstunden) durch Zeit (h, Stunden) ist Leistung (kW, Kilowatt).
Je höher die Temperatur, desto schneller verdampft Wasser. Am schnellsten verdampft eine Flüssigkeit, wenn sie siedet. Wasser kühlt also am besten (im Sinne hoher Kühlleistung) bei Siedetemperatur. Auch wenn wir Menschen diese Temperatur nicht als «kühl» empfinden.
Weil Sieden kühlt, steigt die Temperatur einer siedenden Flüssigkeit trotz Heizen nicht weiter an. Die ganze durch Heizen hinzugefügte Wärme wird durch Verdampfen gleich wieder verbraucht. Heizt man kräftiger (größere Heizleistung), verdampft einfach mehr Flüssigkeit pro Zeit und damit die Kühlleistung.
Beim Kondensieren von Dampf wird die darin gespeicherte Wärme wieder frei. Kondensiert 1 kg Dampf von 100 Grad zu Wasser von ebenfalls 100 Grad, kann man mit der freigesetzten Wärme 5.4 kg Wasser von Null Grad zum Sieden erhitzen. Zwischen Dampf (100 Grad) und Wasser (100 Grad) hat sich die Temperatur NICHT verändert!
Für ausreichende Kühlung empfiehlt sich das
Nachhilfe-Atelier Wissenslücke (klg) in Spiez.
Erfolg in der Schule!
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