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OldBo
13.03.2020
Allgemein wird als Wasserdampf sichtbare Dampfschwaden von teilweise bereits kondensierendem Wasserdampf (Nassdampf), wie er als Nebel oder in Wolken vorkommt, wahrgenommen. Im technisch- naturwissenschaftlichen Bereich ist Wasserdampf gasförmiges Wasser, das in diesem Aggregatzustand wie Luft unsichtbar ist.
Phasendiagramm - Wasser
 Phasendiagramm - Wasser
Quelle: Bosy

Allgemein wird Wasserdampf als sichtbare Dampfschwaden von teilweise bereits kondensierendem Wasserdampf (Nassdampf), wie er als Nebel oder in Wolken vorkommt, wahrgenommen. Im technisch- naturwissenschaftlichen Bereich ist Wasserdampf gasförmiges Wasser, das in diesem Aggregatzustand wie Luft unsichtbar ist. Wasserdampf ist auch zu den Klimagasen.

Die Vorausetzung für eine Dampfbildung ist das Sieden 1. Wasser siedet bei einem normalen Umgebungsdruck von 1,013 bar (101,325 kPa) bei 100 °C. Bei anderen Umgebungsdrücken ist der Siedepunkt2 bzw. Kondensationspunkt höher oder niedriger. Wenn dem Wasser weiter Energie (Wärme) zugeführt wird, verdampft es. Dabei kommt es zu keinem weiteren Temperaturanstieg. Aus 1 Liter (ca. 1 kg) Wasser entstehen 1.673 Liter Wasserdampf, wofür eine Energiezufuhr von 2.256 kJ benötigt wird. Mit steigendem Druck nimmt die Verdampfungswärme des Wassers ab, bis sie im kritischen Punkt gleich Null ist.
1 Sieden ist der der Übergang einer Flüssigkeit (z. B. Wasser) in den gasförmigen Zustand (z. B. Wasserdampf), wenn der Dampfdruck der Flüssigkeit gleich dem Umgebungsdruck ist. Reine Stoffe sieden isotherm am Siedepunkt, der auch der Kondensationspunkt, also die Temperatur, bei der sich ein Gas mit dem gleichen Druck in die Flüssigkeit umwandelt. Den Phasenübergang von der flüssigen in die gasförmige Phase unterhalb des Siedepunktes nennt man Verdunstung 3.
2 Der Siedepunkt (Wasser) von 100 °C gilt bei dem normalen Luftdruck von 1,013 bar (101,325 kPa) auf Höhe des Meeresspiegels. Der Siedepunkt nimmt alle 285 bis 300 Meter um 1 °C ab. Bei einer Druckerhöhung steigt der Siedepunkt.
3 Luft,die nicht mit Wasserdampf gesättigt ist, nimmt Wasser schon bei Raumtemperatur auf. Dieser Vorgang wird Verdunsten genannt. Auf dem Prinzip der Wasserverdunstung beruht z. B. das Trocknen von Wäsche, das Verschwinden von Wasserpfützen oder das Austrocknen des Erdbodens (Evaporation). Der Wasserdampf in der Atmosphäre ist auch ein Klimagas.
Der Effekt der Verdunstungskühlung durch Wasser ist die Grundlage für den Effekt der Thermoregulation durch Schwitzen, indem der Haut die Verdunstungswärme entzogen und diese dadurch abgekühlt wird.
Die Aufnahme von Wasser in die Erdatmosphäre durch Verdunstung (Evaporation) spielt sich auf der Erdoberfläche (Böden, Wasserflächen und Pflanzen) ab. Folgende Faktoren beeinflussen die Verdunstung:die nicht mit Wasserdampf gesättigt ist, nimmt Wasser schon bei Raumtemperatur auf. Dieser Vorgang wird Verdunsten genannt. Auf dem Prinzip der Wasserverdunstung beruht z. B. das Trocknen von Wäsche, das Verschwinden von Wasserpfützen oder das Austrocknen des Erdbodens (Evaporation). Der Wasserdampf in der Atmosphäre ist auch ein Klimagas.
Der Effekt der Verdunstungskühlung durch Wasser ist die Grundlage für den Effekt der Thermoregulation durch Schwitzen, indem der Haut die Verdunstungswärme entzogen und diese dadurch abgekühlt wird.
Die Aufnahme von Wasser in die Erdatmosphäre durch Verdunstung (Evaporation) spielt sich auf der Erdoberfläche (Böden, Wasserflächen und Pflanzen) ab. Folgende Faktoren beeinflussen die Verdunstung:

  • Lufttemperatur
  • Luftfeuchtigkeit
  • Sonneneinstrahlung (Jahreszeit)
  • Windstärke bzw. bedingt auch Windrichtung
  • Oberflächenbeschaffenheit (Bodentyp usw.) und Vegetation
  • Wassergehalt des Bodens bzw. Niederschlagsmenge

Der Tripelpunkt (Dreiphasenpunkt) bezeichnet den Punkt (Druck und Temperatur [bei Wasser 6,1 mbar - 0,01 °C]) an dem drei Phasen eines Systems im thermodynamischen Gleichgewicht sind. So kommen z. B. bei Wasser > Wasserdampf, Wasser (flüssig) und Eis gleichzeitig vor und die Mengenverhältnisse der drei Phasen ändern sich nicht. Somit ändert sich die Menge einer Phase zu Gunsten der anderen beiden Phasen in ständiger Wechselwirkung.

Naßdampf entsteht, wenn Wasser in einer kälteren Umgebung unter Zufuhr von Wärme verdampft, denn dann kondensieren Teile des gasförmigen Wassers wieder zu feinsten Tröpfchen. Der Wasserdampf besteht dann aus diesen Tröpfchen und gasförmigem, unsichtbarem Wasser. Das ist z. B. beim Wasserkochen sichtbar. Der Bereich des Nassdampfes erstreckt bis zum kritischen Punkt bei 374 °C und 221 bar.

Heißdampf bzw. "überhitzter Dampf" entsteht, wenn nach dem vollständigen Verdampfen der Flüssigkeit über die zugehörige Verdampfungstemperatur weiter erwärmt wird. Diese Form des Dampfes enthält keine Wassertröpfchen mehr und ist in ihrem physikalischen Verhalten ebenfalls ein Gas und nicht sichtbar.

Sattdampf bzw. "Trockendampf" befindet sich im Grenzbereich zwischen Nass- und Heißdampf. Dieser Zustand wird in den meisten Tabellenwerte über Wasserdampf bezogen.

Wasserdampf wird nicht nur zum Heizen (Dampfheizung) eingesetzt.
    • Antrieb zur Stromerzeugung
    • Befeuchtung der Raumluft oder Lüftungskanalluft
    • Zerstäubung zur mechanischen Trennung von Fluiden
    • Reinigung von Oberflächen
    • Treibmedium für andere Gase oder Flüssigkeiten in Rohrleitungen
    • Produktbefeuchtung, um ein Produkt gleichzeitig aufzuheizen und mit Feuchtigkeit zu versorgen
Anwendungen von Wasserdampf

Der in Dampfkesseln erzeugte Wasserdampf wird in der Technik zu folgenden Zwecken verwendet:

  • in Dampfheizungen
  • bei der Siedekühlung als Träger der Wärmeenergie
  • als Arbeitsmittel in Dampfmaschinen und Dampfturbinen
  • bei der Förderung von Erdöl
  • als Hilfsmittel beim Steamcracken für die Herstellung von Benzin
  • als Zwischenprodukt bei der Meerwasserentsalzung
  • zum Fördern von flüssigem Wasser mit einer Dampfstrahlpumpe

Außerdem wird Wasserdampf

  • zur Befeuchten von Luft in der Raumlufttechnik
  • zum Biegen von Holz im Boots- Möbel- und Instrumentenbau
  • zur Reinigung von Gegenständen
  • zur Sterilisation von medizinischen und mikrobiologischen Instrumenten
  • in der Küche zur schonenden Zubereitung von Lebensmitteln durch Dämpfen
  • im Haushalt zum Bügeln von Wäsche
  • zur Inhalation zur Heilung von Krankheiten
  • in Dampfbädern

verwendet.

Gefahren durch Wasserdampf

Schon geringe Mengen Wasserdampf können ein zerstörerisches Potenzial an dampfführenden Apparaturen (z. B. Dampfkessel, Rohrleitungen, Wärmetauscher) haben, da der Dampf große Mengen Wärme bzw. Energie transportiert. Das Bersten von Dampfkesseln gehört zu schwersten Unfällen.

Wenn der Wasserdampf mit hoher Temperatur und hohem Druck aus einem defekten Dampfkessel austritt, dann ist der frei austretende überhitzte Wasserdampf unsichtbar und kann einen Strahl von erheblicher Länge bilden. Erst wenn der austretende Freistrahl sich mit der Umgebungsluft vermischt und sich abkühlt, beginnt der Dampf zu kondensieren und wird sichtbar. Bei großen Dampfaustritten kann die Nebelbildung die Orientierung im Raum für Flüchtende stark eingeschränken. Ein ausströmender überhitzer Wasserdampf kann auch Brände auslösen. Ein Nachverdampfen des noch flüssigen Wassers durch die Druckverringerung in der Umgebung des Dampf bzw. Wasseraustritts kann bei einem großflächigen Kontakt durch eintretende Verbrühungen tödlich sein.

Auch das Löschen von Bränden mit Wasser kann aufgrund der großen Volumenunterschiede zwischen Wasser und Wasserdampf (ca. 1:1.700) ist gefährlich. So kann z. B. bei einem Schornsteinbrand das Löschwasser zu einem Zerreißen des Schornsteins führen. Auch ein Fettbrand darf nicht mit Wasser gelöscht werden, da dieses unter das brennende Fett sinkt, dort verdampft und sich dann ausdehnt und brennendes Fett mit hochreißt, es kommt zur Fettexplosion.

Klimagas - Wasserdampf
Da durch die zunehmende Erderwärmung die Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann, nimmt auch in der oberen Erdatmosphäre die Wolkenbildung zu. Aber auch der steigende Luftfahrtverkehr emittiert Wasserdampf in die oberen Luftschichten.

Der Wasserdampf trägt aber nur indirekt und die anderen Klimagase direkt zur Erderwärmung bei. Diese These ist umstritten, da eine verstärkte Wolkenbildung weniger Sonneneinstrahlung durch die Reflektion zulässt, das dann wieder zu einer Abkühlung der Atmosphäre führen könnte. Außerdem schwankt die Konzentration des Dampfgehaltes in der Atmosphäre und ist wissenschaftlich schwer zu erfassen und zu beurteilen.

Auch Aerosole, die z. B. durch Vulkanausbrüche, Brandrodungen oder die Industrie in großen Mengen in die Atmosphäre freigesetzt werden, haben einen Einfluss auf die Klimaveränderung, weil sich an ihnen Wasserdampf anlagert und dieser zu Eiskristallen wird.
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