Windchill, angenehme Brise und Austrocknung
Luftgeschwindigkeit vervielfacht den Wärmeaustausch: Dieselbe Brise kann angenehm oder gefährlich sein. Und warum Windchill die Luft nicht kälter macht.
In Fortsetzung unserer Reihe zur thermischen Neutralität geht es in diesem Artikel um die Luftgeschwindigkeit: was sie ist und was sie mit dem Körper macht – vom Windchill bis zur Austrocknung.
Wie Luftgeschwindigkeit gemessen wird
Die Luftgeschwindigkeit wird in Metern pro Sekunde angegeben, im angloamerikanischen System in Fuß pro Minute. In Innenräumen reicht sie typischerweise von praktisch null bis etwa 1,5 m/s. Im Freien kann sie ein Vielfaches davon betragen.
Schnellere Luft bedeutet schnelleren Wärmeaustausch
Der Körper erzeugt fortwährend Wärme und muss eine Kerntemperatur von etwa 37 °C halten. In einer kühleren Umgebung entzieht die umgebende Luft Ihrer Haut aktiv Wärme, durch Konvektion und Wärmeleitung. Oberhalb von 37 °C führt Ihnen die Luft dagegen Wärme zu.
Beides ist an sich weder gut noch schlecht; es kommt darauf an, wo Sie in dieser Bilanz stehen. Übersteigt der Wärmeverlust die Wärmeproduktion, frieren Sie, und hält das an, bedeutet eine Kerntemperatur unter 35 bis 36 °C Unterkühlung. Übersteigt die Wärmeaufnahme Ihre Fähigkeit, Wärme abzugeben, hat eine Kerntemperatur über 39 °C ihre eigenen ernsten Folgen.
Die Luftgeschwindigkeit wirkt als Multiplikator auf diesen Austausch. Sie ändert nicht die Temperatur von irgendetwas. Sie ändert das Tempo.
Daraus ergeben sich drei ganz unterschiedliche Situationen.
1. Windchill
Bei wenig oder keiner Luftbewegung – etwa 0 bis 0,2 m/s – ist die Luft direkt an Ihrer Haut wärmer als die Luft einen Meter entfernt, weil sie bereits einen Teil Ihrer Wärme aufgenommen hat. Diese erwärmte Schicht wirkt wie eine Dämmung.
Irgendwann treibt sie davon und wird durch frische, kühlere Luft ersetzt, die Ihnen mehr Wärme entzieht, weil das Temperaturgefälle steiler ist.
Steigt die Luftgeschwindigkeit, geschieht dieser Austausch ununterbrochen. Die isolierende Schicht kann sich gar nicht erst bilden, die Wärme verlässt Sie schneller, und es fühlt sich kälter an, als das Thermometer anzeigt.
Und das überrascht viele: Windchill senkt die Lufttemperatur nicht. Die Luft ist genauso warm wie zuvor. Das lässt sich überprüfen – Wasser gefriert nicht, nur weil der Windchill-Wert unter null liegt. Windchill beschreibt, wie schnell Sie Wärme verlieren, nicht die Luft. Kälte ist schließlich nichts Eigenständiges; sie ist die Wahrnehmung von Wärme, die uns verlässt.
2. Eine angenehme Brise
Zwischen etwa 28 °C und Körpertemperatur nimmt die Luft zwar noch Wärme von Ihnen auf, aber weniger wirksam – je kleiner das Temperaturgefälle, desto geringer der Wärmestrom.
Der Körper gleicht das aus. Die Blutgefäße nahe der Haut weiten sich und bringen warmes Blut näher an die Oberfläche, und Sie beginnen zu schwitzen. Verdunstender Schweiß führt sehr viel Wärme ab.
Erhöht man hier die Luftgeschwindigkeit, gilt derselbe Multiplikator, doch jetzt arbeitet er für Sie: Wird die feuchte, erwärmte Luft an Ihrer Haut laufend ersetzt, beschleunigt das sowohl den konvektiven Wärmeverlust als auch die Verdunstung. Deshalb tut ein Ventilator im Sommer so gut, und deshalb kurbelt man im Auto das Fenster herunter.
Dieselbe Physik wie beim Windchill. Das gegenteilige Urteil.
3. Wenn es gefährlich wird
Oberhalb von etwa 37 °C kehrt sich das Vorzeichen um.
Luft, die heißer ist als Sie, kann Ihre Wärme nicht aufnehmen. Sie führt stattdessen Wärme zu. Schlimmer noch: Sie liefert die Energie für die Verdunstung, sodass Sie schneller schwitzen, aber weniger Kühlung davon haben – und rasch dehydrieren.
Eine höhere Luftgeschwindigkeit beschleunigt unter diesen Bedingungen die Austrocknung, ohne zu kühlen. Deshalb hilft ein elektrischer Ventilator nicht mehr, sobald die Lufttemperatur die Körpertemperatur übersteigt, und wird zum Gesundheitsrisiko. Das ist ein wirklich kontraintuitives Ergebnis, und es kostet in Hitzewellen Menschenleben.
Zusammengefasst
Die Luftgeschwindigkeit vervielfacht das Tempo des Wärmeaustauschs zwischen einem Körper und seiner Umgebung:
- Kalte Luft: schnellerer Wärmeverlust, das Gefühl von Kälte und schließlich ein echtes Risiko.
- Warme Luft unter Körpertemperatur: schnellerer Wärmeverlust, und zwar ein willkommener.
- Luft über Körpertemperatur: keine Kühlung möglich, beschleunigte Austrocknung und eine Gefahr.
Als Nächstes in dieser Reihe: was all das für die Luftgeschwindigkeit in Gebäuden bedeutet und wie sie die Art bestimmen sollte, wie ein Gebäude beheizt wird.
