Druckluft-Taupunkt- und Feuchtigkeits-Rechner

• Umgebungstemperatur, relative Feuchte und Höhe. Der Zustand der Ansaugluft. Relative Feuchte mal Sättigungsdampfdruck bei Umgebungstemperatur (Buck-Gleichung) ergibt den Wasserdampfpartialdruck; die Höhe setzt den Luftdruck P_atm über die Normatmosphärenformel (101,325 kPa auf Meereshöhe), und ein niedrigeres P_atm erhöht das Feuchteverhältnis bei gleicher RF. Die relative Feuchte wird bei allen Temperaturen auf flüssiges Wasser bezogen, so wie Feuchtesensoren sie ausgeben, auch unter 0 °C.
• Liefermenge (FAD). Der Ansaugvolumenstrom des Verdichters auf Normbasis (0 °C, 1,013 bar; Nm³ und die cfm-Optionen werden dahin umgerechnet). Der Massenstrom ist Normvolumen × 1,293 kg/m³ — die Normdichte trockener Luft als üblicher Ersatzwert für die Ansaugluft — und der Wasserdampf bei Ansaugfeuchte wird davon abgespalten, was den durch das System erhaltenen Trockenluft-Massenstrom ergibt. Wasser ist eine Massenbilanz, entscheidend ist der Massenstrom.
• Verdichtungsenddruck. Der Netzdruck, auf den verdichtet wird. Ein Überdruckwert wird zum örtlichen P_atm addiert — 7 bar(g) sind auf Meereshöhe 8,013 bar(a), in der Höhe weniger. Die Verdichtung ändert die Wassermasse nicht, aber der höhere Druck verkleinert das Sättigungsfeuchteverhältnis — das ist der gesamte Mechanismus der Kondensation.
• Nachkühler-Austrittstemperatur. Die Lufttemperatur am Nachkühleraustritt, typisch 8–15 K über der Kühlluft bzw. 5–8 K über dem Kühlwasser. Die Luft gilt bei dieser Temperatur und Netzdruck als gesättigt, alles über dem Sättigungsverhältnis kondensiert und wird abgeleitet — das Auslegungsideal; im Betrieb hat die Austrittsluft 80–95 % RF mit etwas Flüssigkeitsmitriss hinter dem Abscheider.
• Trockner und Drucktaupunkt. Ein Kältetrockner kühlt auf etwa 3 °C Drucktaupunkt und leitet das Kondensat ab; ein Adsorptionstrockner bindet Wasser bis −40 °C Drucktaupunkt oder tiefer. Die Trocknerstufe entfernt, was über dem Sättigungsverhältnis bei ihrem Drucktaupunkt liegt. Die Spülluft eines kaltregenerierten Adsorptionstrockners, typisch 10–20 % des Stroms, wird hier nicht abgezogen — sie ändert die Wasserbilanz nicht, verringert aber die an das Netz gelieferte Luft.
• Feuchteverhältnis W. Gramm Wasserdampf je Kilogramm trockener Luft: W = 0,622 · p_w / (P − p_w). Es ist die Größe, die durch den Verdichter erhalten bleibt und in jeder Stufe sinkt; jeder Kondensatwert ist eine W-Differenz mal Trockenluft-Massenstrom.
• Drucktaupunkt und atmosphärischer Taupunkt. Der Drucktaupunkt (DTP) ist die Temperatur, bei der die Druckluft beim Netzdruck gesättigt ist — die Größe, die ISO-8573-1-Klassen und Trocknerangaben verwenden (Klasse 4 ist ≤ +3 °C DTP, Klasse 2 ≤ −40 °C). Der atmosphärische Taupunkt ist dieselbe Luft auf P_atm entspannt; er liegt immer tiefer (etwa −21 °C bei 3 °C DTP und 7 bar(g)), gilt aber erst, wenn die Luft an die Atmosphäre abgegeben wurde. In der Druckleitung selbst kondensiert — und gefriert — Wasser unterhalb des Drucktaupunkts, ein 3-°C-Trockner schützt eine Außenleitung bei Frost also nicht; dafür braucht es einen Adsorptionstrockner.
• Kondensat. Liter je Stunde und je Tag an flüssigem Wasser, das in jeder Stufe abgeschieden wird (1 kg ≈ 1 L). Es bemisst Abscheiderableiter und den Öl-Wasser-Trenner, der das abgeleitete Kondensat aufbereitet (nicht die Luft); die Eintrittsfeuchte ist das gesamte mit der Luft eintretende Wasser. Bei einem Adsorptionstrockner wird dessen Anteil adsorbiert und verlässt die Anlage mit der Spülluft statt über einen Ableiter; die Summe heißt dann entfernte Feuchte und ist ein äquivalentes Flüssigvolumen.

• Sättigungsdampfdruck nach den Buck-Gleichungen — über flüssigem Wasser oberhalb 0 °C und über Eis unterhalb 0 °C; Werte unter null sind damit Frostpunkte, wie Taupunkt-Transmitter sie anzeigen und wie sie in der Leitung tatsächlich entstehen (der Umrechner lässt sich auf die Über-Wasser-Basis mancher veröffentlichter Tabellen umschalten); zwischen −40 und 50 °C auf etwa 0,1 % genau. Feuchteverhältnis aus der Idealgasbeziehung W = 0,622 p_w/(P − p_w) ohne Druck-Enhancement-Faktor, der W bei 8 bar(a) um rund 2–3 % anheben würde.
• Wasser bleibt durch die Verdichtung erhalten: der Verdichter fügt keine Feuchte hinzu und entfernt keine (öleingespritzte Maschinen geben etwas Ölaerosol ab, das kein Wasser ist und nicht abgebildet wird).
• Kühlt eine Stufe die Luft unter ihren Taupunkt, verlässt die Luft sie gesättigt bei der Austrittstemperatur der Stufe und Netzdruck, mit 100 % Abscheidung der gebildeten Flüssigkeit; Luft, die trockener ankommt, passiert unverändert und bleibt ungesättigt. Ein Trockner wird durch seinen Nenn-Drucktaupunkt abgebildet, der bei einem Adsorptionstrockner nicht seine Austrittstemperatur ist. Reale Abscheider lassen einige Prozent des Kondensats als Mitriss durch, und ein Nachkühler, der wärmer läuft als eingegeben, lässt entsprechend mehr Wasser in der Luft.
• Kein Druckverlust über Nachkühler, Abscheider oder Trockner — für jede Stufe gilt der Netzdruck. 0,3 bar Druckverlust bei 8 bar(a) heben das Sättigungs-Feuchteverhältnis am Trockner um etwa 4 % an; da dieses Verhältnis klein gegen die abgeschiedene Wassermenge ist, ändert sich das Kondensat in diesem Rechenbeispiel um deutlich unter 1 %. Nahe der Kondensationsgrenze, wo nur wenig Wasser abgeschieden wird, kann die relative Änderung deutlich größer sein.
• Die Liefermenge wird auf Normbasis (0 °C, 1,013 bar) bei Ansaugfeuchte angenommen. Verdichterangaben nach ISO 1217 beziehen sich auf die tatsächlichen Ansaugbedingungen; eine solche Angabe mit der Ansaugdichte umrechnen.
• Die Spülluft von Adsorptionstrocknern (typisch 10–20 % des Stroms) wird nicht vom gelieferten Strom abgezogen, und die Trocknerleistung gilt als nomineller Drucktaupunkt unabhängig von Last, Eintrittstemperatur oder Alterung.
• Stationärer Betrieb in einem Betriebspunkt. Das Tageskondensat ist die Stundenrate × 24; ein taktender Verdichter oder ein Klima mit Tagesgang braucht das Lastprofil und die Umgebungsextreme — der Auslegungsfall ist die heißeste, feuchteste Stunde.

Was nach dem Trockner geschieht — Abkühlung und Kondensation in der Verteilleitung — ist die Frage des Rohrkondensations-Rechners. Die Genauigkeit des SimuPipe-Solvers für das Druckluftnetz selbst ist dokumentiert auf der Validierungsseite.

Korrelationen, Normen und Handbücher hinter dieser Seite:

• Buck, A. L. (1981). "New Equations for Computing Vapor Pressure and Enhancement Factor." Journal of Applied Meteorology, 20(12), 1527–1532. doi:10.1175/1520-0450(1981)020<1527:NEFCVP>2.0.CO;2 — die Sättigungsdampfdruckgleichung und der oben erwähnte Enhancement-Faktor.
• ASHRAE (2021). Handbook — Fundamentals, Chapter 1: Psychrometrics — Feuchteverhältnis, Taupunkt und die psychrometrischen Beziehungen.
• ISO 8573-1:2010. Compressed air — Part 1: Contaminants and purity classes — Reinheitsklassen, definiert über den Drucktaupunkt.
• ISO 1217:2009. Displacement compressors — Acceptance tests — die Liefermengendefinition der Verdichterangaben.
• Atlas Copco. Compressed Air Manual, 8th ed. — Nachkühler-, Abscheider- und Trocknerpraxis mit typischen Kondensatmengen.
• Compressed Air and Gas Institute. Compressed Air and Gas Handbook, 7th ed. — Auslegungshinweise zu Druckluftfeuchte und -aufbereitung.