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Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Ermittlung ausgewählter

Ermittlung ausgewählter Eingangsgrößen 68 _________________________________________________________________________ 5.2 Dampfdruck Der Dampfdruck (e) ist der Partialdruck des in der Luft enthaltenen gasförmigen Wassers. Dem Gesetz von DALTON entsprechend, summiert sich der Gesamtdruck eines Gasgemisches aus den Teildrücken der einzelnen Komponenten. Die partiellen Drücke der einzelnen Gase, so auch des Wasserdampfes, resultieren aus den absoluten Gehalten im Gemisch und der Bewegung der Teilchen. Bei Sättigung der Luft mit Wasserdampf erreicht der Dampfdruck einen Wert (E0 = Sättigungsdampfdruck), bei dem die gasförmige mit der flüssigen oder festen Phase verdunstender oder sublimierender Unterlagen im Gleichgewicht steht. Die Lage dieses Gleichgewichtes ist, wie erwähnt, von den Unterlageneigenschaften sowie von Lufttemperatur und -druck abhängig. Der aktuelle Dampfdruck wird mittels sogenannter Psychrometer bestimmt, in denen die Temperaturen eines trockenen und eines angefeuchteten Thermometers gemessen werden. Die Ermittlung des Dampfdruckes erfolgt durch Einsatz der Werte in die Psychrometerformel nach SPRUNG (Gl. 5.2-1) oder aber unter Nutzung entsprechender Tabellenwerke (Psychrometertafeln). (5.2-1) eL = E0 - γ (t - t') p / 1007 mit: eL ... Dampfdruck der Luft (hPa), E0 ... Sättigungsdampfdruck der Luft bei der Temperatur t (hPa), t ... Lufttemperatur (Temperatur des trockenen Thermometers, [°C]), t' ... Temperatur des befeuchteten Thermometers sowie γ ... Psychrometerkonstante (0,65 - 0,67 hPa °C -1 bzw. hPa K -1 ). In Gebrauch sind Psychrometer verschiedener Bauart, ein Standardgerät ist das ASSMANN'sche Aspirationspsychrometer. Bei diesem wird ein definierter Luftstrom, der durch einen kleinen Ventilator erzeugt wird, an den Thermometern vorbeigeführt. Die Dauer der Messung verringert sich dadurch deutlich. Andere Geräte werden geschleudert oder arbeiten ohne Ventilation. Die Dampfdruckbestimmung über die relative Luftfeuchte eignet sich aufgrund der nur bedingt gegebenen Genauigkeit der Hygrometer weniger für die Verdunstungsberechnung, kann aber möglicherweise für gröbere Schätzungen verwandt werden. Die Berechnung des Sättigungsdampfdruckes (E0 in hPa) über Wasser- und Eisflächen erfolgt nach der Formel von MAGNUS:

Ermittlung ausgewählter Eingangsgrößen 69 _________________________________________________________________________ (5.2-2) E0 = ([a*t] / [t+b]) 6,11 * 10 mit: a = 7,5 und b = 237,3 über Wasserflächen, a = 9,5 und b = 265,5 über Eis sowie t . ... Lufttemperatur. Durch SONNTAG (1994) wurde eine Neueichung der MAGNUS-Formel durchgeführt. Diese erbrachte bei Einengung des Temperaturbereiches auf -45 bis +60 °C eine Verbesserung in der Genauigkeit der Ableitung. Als neue Konstanten der Gleichung 5.2-2 wurden a = 17,62 und b = 243,12 für den Dampfdruck über Wasserflächen und a = 22,46 und b = 272,62 über Eis berechnet. 5.3 Globalstrahlung Die Globalstrahlung wird mit Pyranometern bzw. Solarimetern auf thermoelektrischer Basis gemessen. Dabei werden die Global- und Himmelsstrahlung auf horizontal gelagerten, meist geschwärzten Strahlungsempfängern mit unterschiedlichem Absorptionsvermögen und / oder verschiedener Wärmekapazität aufgefangen. Die unterschiedliche Erwärmung wird durch Aufheizen des kälteren Elements bis zur Temperaturgleichheit und Messung des Heizstromes oder aber durch Bestimmung des Thermostromes ermittelt. Windeinflüsse und langwellige Strahlung werden durch eine Glaskuppel ausgeschaltet (SCHIRMER ET AL. 1987, MONTEITH 1972). Aufgrund des relativ großen instrumentellen Aufwandes liegen Globalstrahlungsmessungen nicht von allen meteorologischen Stationen vor. In diesen Fällen müssen empirische Berechnungen an ihre Stelle treten. Dabei werden meist statistische Eichfunktionen in der von ÅNGSTRÖM (1924) entwickelten Grundform: (5.3-1) QG = QO * (a + b * R) angewandt. Darin sind QO die Globalstrahlung an völlig klaren Tagen, R die relative Sonnenscheindauer sowie a und b empirische Konstanten, die von ÅNGSTRÖM (1924) mit a = 0,25 und b = 0,75 angegeben wurden. Die relative Sonnenscheindauer ist als Verhältnis der tatsächlichen zur maximalen, d. h. astronomisch möglichen Sonnenscheindauer definiert. Diese ist vom jahreszeitlichen Wechsel des Sonnenstandes und der geographischen Breite des Standortes abhängig und in Tabellenwerken (z. B. LIST 1971, LINKE & BAUR 1970) nachzulesen. Zur Messung und Definition der Sonnenscheindauer siehe SONNTAG & BEHRENS (1992). QO kann in Gleichungen vom ÅNGSTRÖM - Typ auch durch folgende Größen ersetzt werden: - QR, die Globalstrahlung bei Annahme einer reinen, trockenen (RAYLEIGH-) Atmosphäre, in

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