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Das Mollier-h-x-Diagramm (früher i-x-Diagramm) ermöglicht es, Zustandsänderungen feuchter Luft durch Erwärmung, Befeuchtung, Entfeuchtung, Kühlung und Mischung verschiedener Luftmengen zu ermitteln. Das Mollier-h-x-Diagramm gilt für einen bestimmten Luftdruck (in der Regel 1 bar), also für isobare Zustandsänderungen. Die Größen Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Enthalpie und Dichte werden dabei auf graphischem Wege bestimmt. In der Thermodynamik findet man aber auch häufig weitaus komplexere Diagramme, welche die oben genannten Zustände über verschiedene Drücke, in einem Schaubild, auftragen. Das Diagramm wurde 1923 nach Richard Mollier benannt (siehe auch Psychrometrie).
Inhaltsverzeichnis |
Auf der Abszisse (x-Achse) wird die Wassermenge x in Gramm (oder kg) pro kg trockene Luft abgetragen. Auf der Ordinate (y-Achse) befindet sich die spezifische Enthalpie <math>h</math> der Luft in kJ/kg und zwar so, dass die Verdampfungsenthalpie des Wassers nach unten und die fühlbare Enthalpie („Wärme“) des Luft-Wasserdampf-Gemisches nach oben aufgetragen ist. Daher verlaufen die Linien gleicher Enthalpie (Isenthalpen bzw. Adiabaten) schiefwinklig. Der Index „1+x“ besagt, dass der Wert für 1 kg trockene Luft und x kg Wasser gemeint ist. Die Linien gleicher Temperatur (Isothermen) steigen im Gebiet der ungesättigten Luft leicht an, nämlich um den fühlbaren Enthalpie-Anteil des Wasserdampfes. Im Sättigungspunkt (relative Feuchte φ = 1) knicken die Linien nach unten ab, weil über den maximalen Dampfanteil hinaus Wasser dann nur noch flüssig in Form von kleinen Wassertropfen (Nebel) in der Luft enthalten sein kann. Die Isotherme weicht im Nebelgebiet nur noch um die geringe fühlbare Enthalpie des zusätzlichen Wasseranteils von der durch den Sättigungspunkt laufenden Isenthalpen ab. Der Ursprung des Diagrammes liegt bei 0 °C für trockene Luft (<math>x=0</math>).
Im Gebiet der ungesättigten Luft gibt es nun Kurven gleicher relativer Luftfeuchte φ, die durch eine gleichmäßige Teilung der jeweiligen Isothermenabschnitte zwischen φ = 0 und φ = 1 entstehen. Die relative Luftfeuchtigkeit wird also immer geringer, je wärmer die Luft wird, wenn sich die Wassermenge x nicht ändert.
Berechnungsalgorithmen zur Erstellung eines h,x-Diagrammes für feuchte Luft, die sich auch zur Erstellung von Rechenprogrammen bzw. von Makros für die Zustands- und Stoffwerte der trockenen sowie feuchten Luft (spezifische Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit, Viskosität, Temperaturleitfähigkeit, Prandtlzahl) eignen, finden sich in[1].
Zur Benutzung des Diagramms müssen mindestens 2 Größen bekannt sein, die anderen lassen sich daraus ableiten: Trockenkugeltemperatur, Taupunkttemperatur, Feuchtkugeltemperatur, relative Feuchte φ, absolute Feuchte, spezifische Enthalpie und Dichte.
Von einem Punkt im Diagramm, zum Beispiel 30 °C; 10 g/kg (Punkt 1), lassen sich folgende Informationen ableiten:
Zustandsänderungen im Mollier-Diagramm darstellen:
Am anschaulichsten für die Vorgehensweise hierbei ist ein Beispiel:
Die angesaugte Luft aus der Umgebung wird erwärmt. Die Luft hat eine bestimmte Temperatur und beinhaltet eine gewisse Menge Wasser, da Raumluft nie ganz trocken ist (ab einer relativen Luftfeuchte von < 35 % droht eine Austrocknung der Schleimhäute). Nun wird diese Luft von einer Heizung im Trockner erhitzt, wodurch sich die relative Luftfeuchte reduziert (roter Pfeil).
Die erwärmte Luft wird in die Trommel geführt. Sie streicht über die Wäsche, dabei verdunstet das Wasser in der Wäsche (Die Luft wird adiabat befeuchtet). Die dafür nötige Verdampfungswärme wird der warmen Luft entzogen. In der Luft sinkt dadurch die Temperatur, gleichzeitig steigt die Wasserbeladungsmenge. Die Enthalpie der Luft bleibt annähernd konstant und kann an den in dem Mollier-Diagramm befindlichen Enthalpie-Linien abgelesen werden (blauer Pfeil).
Die befeuchtete Luft wird dabei bis auf die sogenannte Feuchtkugeltemperatur abgekühlt. Ist diese Temperatur erreicht, so kann kein Wasser mehr von der Luft aufgenommen werden.
Im angelsächsischen Raum wird das Mollier-h-x-Diagramm mit vertauschten Achsen unter der Bezeichnung „psychrometric chart“ verwendet. Entsprechend ändern sich die Richtungen bei der Darstellung der Luftzustandsänderungen.
