Taupunkt

So entsteht Tauwasser am Taupunkt

Was beim Abkühlen feuchter Luft passiert

Luft enthält immer einen Anteil Wasserdampf, ein unsichtbares Gas. Als Maß für seine Menge dient nach dem Physikalischen Grundpraktikum der TU Dresden entweder der Teildruck des Wasserdampfs, der Dampfdruck, oder die Wassermenge je Kubikmeter Luft, die absolute Luftfeuchte.^[2] Wie viel Wasserdampf die Luft höchstens aufnehmen kann, hängt von ihrer Temperatur ab, warme Luft nimmt deutlich mehr auf als kalte. Diese Obergrenze heißt Sättigung, der Dampfdruck an dieser Grenze Sättigungsdampfdruck.^[3]

Die relative Luftfeuchtigkeit setzt die vorhandene Menge Wasserdampf ins Verhältnis zu dieser Obergrenze. Kühlt Luft ab, ohne dass Wasserdampf hinzukommt oder verschwindet, bleibt die Menge gleich, die Obergrenze sinkt, und die relative Luftfeuchtigkeit steigt. Bei der Taupunkttemperatur erreicht sie 100 Prozent, bei weiterer Abkühlung tritt Kondensation ein.^[1] Das Wasser, das dabei an einer Oberfläche ausfällt, heißt Tauwasser oder Kondenswasser.

Direkt gemessen wird der Taupunkt selbst an den Wetterstationen des Deutschen Wetterdienstes nicht. Er wird aus Lufttemperatur und relativer Luftfeuchtigkeit mit empirischen Formeln berechnet oder mit einem Psychrometer bestimmt, das eine trockene und eine feuchte Temperatur misst.^[1] Für einen Wohnraum genügen zwei Werte, die Raumtemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit, um den Taupunkt der Raumluft zu berechnen.

Wie viel Wasserdampf Luft bei welcher Temperatur trägt

Die Wassermenge, die Luft bis zur Sättigung aufnehmen kann, lässt sich aus zwei Gleichungen berechnen. Die erste ist die Magnus-Formel für den Sättigungsdampfdruck über Wasser in der Fassung aus dem Leitfaden der Weltorganisation für Meteorologie (WMO).^[3] Die zweite ist die Zustandsgleichung idealer Gase, angewandt auf den Wasserdampf: Die Wassermenge in Gramm je Kubikmeter ergibt sich als 2,167 mal Dampfdruck in Pascal, geteilt durch die absolute Temperatur in Kelvin.^[2]

Zwischen 10 und 20 °C steigt die Menge von 9,4 auf 17,2 Gramm je Kubikmeter, also fast auf das Doppelte.^[2][3] Die Kurve wird mit steigender Temperatur steiler. Wenige Grad Unterschied zwischen Raummitte und Wandoberfläche reichen, um die relative Luftfeuchtigkeit an der Wand stark zu verändern. Eine nasse Kaltwasserleitung im Sommer hat oft denselben Grund, ihre Oberfläche liegt unter dem Taupunkt der Kellerluft.

Den Taupunkt berechnen: Formel und Tabelle

Die Magnus-Formel beschreibt den Sättigungsdampfdruck E über einer Wasserfläche in Abhängigkeit von der Lufttemperatur t in Grad Celsius: E = 6,112 hPa · exp(17,62 · t / (243,12 + t)).^[3] Nach der Temperatur aufgelöst, liefert dieselbe Formel den Taupunkt τ aus der Lufttemperatur t und der relativen Luftfeuchtigkeit φ in Prozent. Zuerst wird die Hilfsgröße γ = ln(φ / 100) + 17,62 · t / (243,12 + t) gebildet, danach ergibt sich der Taupunkt als τ = 243,12 · γ / (17,62 − γ).^[3]

Ein Rechenbeispiel für ein Wohnzimmer mit 20 °C und 60 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit: Die Hilfsgröße γ beträgt 0,828, der Taupunkt liegt bei 12,0 °C.^[3] Jede Fläche im Raum, die kälter als 12 °C ist, wird bei diesem Raumklima feucht, ohne dass irgendwo Wasser austritt.^[1] Ob ein nasser Fleck so entsteht oder doch aus einer Leitung kommt, klärt im Zweifel eine Leckageortung. Die Tabelle zeigt die Taupunkte für übliche Raumtemperaturen.

Bei 20 °C Raumtemperatur wandert der Taupunkt von 6,0 °C bei trockener bis 16,4 °C bei sehr feuchter Raumluft.^[3] Für ein behagliches Wohnklima nennen die Verbraucherzentralen 40 bis 60 Prozent relative Luftfeuchtigkeit und raten, den Wert mit einem Thermo-Hygrometer zu kontrollieren.^[4]

Wo sich Tauwasser in Wohnräumen niederschlägt

In einem beheizten Raum hat die Luft nicht überall dieselbe Temperatur. Nahe einer kalten Außenwand kühlt sie ab, ihr Wassergehalt bleibt gleich, und die relative Luftfeuchtigkeit direkt an der Wand steigt. Das Umweltbundesamt rechnet dazu ein Beispiel: Raumluft mit 22 °C und 10 Gramm Wasser je Kubikmeter hat eine relative Luftfeuchtigkeit von 50 Prozent.^[5] An einer Wandoberfläche mit 14,5 °C steigt sie auf 80 Prozent, unter etwa 11 °C ist der Taupunkt erreicht, und Wasserdampf kondensiert an der Wand.^[5]

Am kältesten bleiben Stellen, an die warme Raumluft schlecht herankommt. In Außenwandecken senken Wärmebrücke und behinderte Luftströmung die Oberflächentemperatur gemeinsam, Schimmel wird dort nach dem Umweltbundesamt besonders häufig beobachtet.^[5] Möbel und Gardinen wirken ähnlich, weil die Feuchte der Raumluft bis hinter sie dringt, die Wärme aber kaum. Im Beispiel des Umweltbundesamtes für einen unzureichend gedämmten Altbau hat die freie Außenwand 15 °C und 70 Prozent Oberflächenfeuchte, hinter einem Schrank sind es 11 °C und 89 Prozent, in der Außenecke fällt bei 6 °C Tauwasser aus.^[5]

An unzureichend gedämmten Außenwänden sollen Möbel nach dem Leitfaden einige Zentimeter Abstand zur Wand haben, damit warme Raumluft dahinter strömen kann, Möbelstücke auf Füßen verbessern die Hinterlüftung zusätzlich.^[5] Einbauschränke gehören dort nicht ohne Luftspalt an die Außenwand. In gut gedämmten Häusern moderner Bauart ist Möblierung an Außenwänden bei ausreichender Lüftung in der Regel unproblematisch.^[5]

Schimmel wächst schon oberhalb des Taupunkts

Für Schimmel muss eine Wand nicht sichtbar nass sein. Nach dem Leitfaden des Umweltbundesamtes genügt für Schimmelpilzwachstum eine relative Luftfeuchte von 70 bis 80 Prozent an der Oberfläche des Materials, wenn sie über längere Zeit einwirkt.^[5] Besonders gute Wachstumsbedingungen finden Schimmelpilze, wenn Tauwasser auf oder im Material entsteht.^[5]

Der Mindestwärmeschutz nach DIN 4108-2 greift diese Grenze auf und geht von einer kritischen Luftfeuchte von 80 Prozent an der Bauteiloberfläche aus.^[6] Verlangt wird an der ungünstigsten Stelle eine raumseitige Oberflächentemperatur von mindestens 12,6 °C, ausgedrückt als Temperaturfaktor fRsi von mindestens 0,70.^[6] Die Randbedingungen für Wohnräume sind 20 °C Innenlufttemperatur, 50 Prozent relative Raumluftfeuchte und minus 5 °C Außenlufttemperatur.^[6]

Der Vergleich mit dem Taupunkt zeigt, warum die Anforderung höher liegt. Raumluft mit 20 °C und 50 Prozent hat ihren Taupunkt bei 9,3 °C.^[3] Die Schimmelgrenze von 80 Prozent Oberflächenfeuchte erreicht dieselbe Luft schon an einer Fläche mit 12,6 °C, gut drei Grad über dem Taupunkt.^[3][6] Eine Wand kann also trocken aussehen und trotzdem Schimmel ansetzen.^[5]

Keller im Sommer: warme Außenluft an kalten Wänden

Im Sommer ist die Außenluft warm und trägt meist mehr Wasserdampf als die Luft im Haus, während das umgebende Erdreich die Außenwände eines Kellers kühlt, vor allem wenn sie nicht gedämmt sind.^[4] Strömt diese Luft durch ein offenes Kellerfenster ein, kühlt sie an den Wänden ab, und die Feuchtigkeit schlägt sich an der kalten Wand nieder. Das Umweltbundesamt nennt diesen Vorgang Sommerkondensation, er tritt auch in Souterrainräumen auf.^[5]

Ein Rechenbeispiel mit angenommenen Werten zeigt die Größenordnung. Außenluft mit 25 °C und 60 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit trägt rund 13,8 Gramm Wasser je Kubikmeter, ihr Taupunkt liegt bei 16,7 °C.^[2][3] Hat die Kellerwand 15 °C, liegt sie unter diesem Taupunkt, und an ihr fällt Tauwasser aus.^[1] Die Kellerluft selbst trägt bei 15 °C und 70 Prozent nur rund 9,0 Gramm je Kubikmeter.^[2][3] Wer in dieser Lage tagsüber lüftet, bringt Wasser in den Keller, statt es hinauszutragen.

Das Umweltbundesamt rät, Keller bei warmem und feuchtem Wetter nur zu lüften, wenn die Außentemperatur nicht über der Kellertemperatur liegt, also gegebenenfalls nachts oder in den frühen Morgenstunden, und die Kellerfenster tagsüber geschlossen zu halten.^[5] Reicht angepasstes Lüften nicht aus, nennt der Leitfaden Lüftungssysteme, die über die absolute Feuchte geregelt werden, und zusätzlich aufgestellte Luftentfeuchter.^[5]

Wie wir den Taupunkt bei einem Feuchteschaden nutzen

Bei einem feuchten Fleck an der Wand steht am Anfang die Frage, woher das Wasser kommt. Der Leitfaden des Umweltbundesamtes unterscheidet bei feuchten Bauteilen zwischen Oberflächenfeuchte und Wasser im Bauteil, Oberflächenfeuchte entsteht, wenn die Luftfeuchte zu hoch oder die Oberfläche zu kalt ist.^[5] Gegen Tauwasser helfen auf Dauer ein besserer Wärmeschutz, Heizen und Lüften, gegen ein Leck nur Ortung und Reparatur.^[5]

Bei der Feuchtigkeitsmessung erfassen wir Raumlufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit und die Oberflächentemperatur an mehreren Stellen der betroffenen Wand. Die Oberflächenfeuchte an der Innenseite einer Außenwand wird nach dem Umweltbundesamt in der Regel aus diesen Werten berechnet, eine eigene Feuchtemessung ist dafür nicht üblich.^[5] Eine einzelne Messung reicht selten: Oberflächentemperaturen sollten an verschiedenen Stellen und zu unterschiedlichen Zeiten gemessen werden, weil eine einmalige Messung nur bei deutlichem Temperaturunterschied zwischen innen und außen auf Wärmebrücken hinweist.^[5]

Liegt die Wandoberfläche am Taupunkt der Raumluft oder knapp darüber, spricht der Befund für Tauwasser und Oberflächenfeuchte. Feuchte im Inneren des Bauteils und ihr Verlauf über die Wandfläche, das Feuchteprofil, zeigen dagegen, ob Wasser aus einer Leitung, von außen oder aus dem Erdreich kommt.^[5] Die Messwerte halten wir fest, damit Eigentümer, Mieter, Verwaltung und Versicherer denselben Befund vor sich haben.