Messen der Lufttemperatur außen

Die Lufttemperatur außen ist für die Ermittlung der Wärmeverluste eine der wichtigsten Größen. Auf dieser Seite soll gezeigt werden wie sich die Lufttemperatur außen im Tagesverlauf entwickelt, wie diese gemessen und daraus die tägliche mittlere Lufttemperatur außen berechnet werden kann.

In Abbildung 1 ist die Lufttemperatur außen, gemessen im 5-Minutentakt auf 3 m Höhe und 10 cm Abstand zu einer nach Norden ausgerichtetet Hauswand wiedergegeben. Die Messung erfolgte mit einem Temperaturfühler DS18S20, angeschlossen an einen Arduino Uno. Aus Abbildung 1 ist zu sehen, dass um den Sonnenaufgang die Minimalwerte T_Min (rot markiert) und am Nachmittag die Maximalwerte T_Max des Tages gemessen werden. 

Abbildung 1. Temperaturverlauf außen, gemessen im 5-Minutentakt. Rot umkreist sind die  T_Min-Werte zur Berechnung von T_Mittel

Zum Korrelieren der mitleren täglichen Lufttemperatur mit dem täglichen Energieverbrauch müssen diese zum gleichen Zeitpunkt des Tages abgelesen werden. Aus Abbildung 1 ist zu entnehmen, dass je nach Zeitpunkt der Ablesung der täglichen T_Min- und T_Max-Werte unterschiedliche T_Mittelwerte berechnet werden (siehe auch Gleichnung 1, 2, 3 und 4).

Wenn die Verbrauchswerte zwischen 08:00 und 09:00 Uhr abgelesen werden, empfiehlt es sich den Mittelwert aus  T_Min des Tages der Ablesung (Tag 2) und des Tages davor (Tag 1) zu bilden. Mit diesem Wert und  T_Max kann mit (Gleichung 1) T_Mittel berechnet werden.

\(T_{Mittel} = \cfrac{ T_{Max} + \cfrac {T_{Min1} + T_{Min2}} {2} } {2} \qquad(1)\)
 

T_Min1 : Minimalwert am Tag 1
T_Min2 : Minimalwert am Tag 2
T_Max : Maximalwert am Tag 1

Wenn nachts nicht geheizt oder eine Nachtabsenkung eingerichtet ist, können die Verbrauchswerte zwischen 21:30 und 22:30 Uhr abgelesen werden. In diesem Fall kann der Mittelwert T_Mittel aus dem täglichen  T_Min- und T_Max -Wert mit Gleichung (2) berechnet werden.

\(T_{Mittel} = \cfrac{ T_{Max} +T_{Min} } {2} \qquad(2)\)

                           
Wenn nicht direkt am Objekt die Lufttemperaturen gemessen werden, können die mittleren täglichen Lufttemperaturen von der nächstgelegenen Wetterstation des Deutschen Wetterdienstes (DWD) genutzt werden. Der DWD  hat bis 31.03.2001  den Mittelwert der täglichen  Lufttemperatur aus Messungen um 09:00, 14:00 und 21:00 Uhr nach Gleichung 3 berechnet.

\(T_{Mittel} = {\cfrac {1}{4}} \cdot ( {T_9 +T_{12}+2\cdot T_{21})\quad(3)}\)

Seit dem 01.04.2001 berechnet der DWD die Mittelwerte aus den stündlichen Lufttemperaturen nach Gleichung 4.

\(T_{Mittel} = {\cfrac {1} {24}} \cdot \sum (T_0+T_1+\dotsb+T_{23}) \quad(4)\)
 

Alle vier Verfahren geben unterschiedliche Mittelwerte. Deshalb sollten bei Berechnungen vermerkt werden, von welcher Quelle die mittleren Lufttemperaturen verwendet und wie sie berechnet wurden.

Auf dieser Seite wurden die Lufttemperaturen über die Heizperiode 2020/2021 in 1 m Höhe und 1 m Abstand an der Nordseite des Objektes in Darmstadt mit der Wetterstation Technoline WS9136 IT täglich um 08:00 Uhr gemessen. Die aus diesen Messungen ermittelten Werte sind für 4 Tage in Tabelle 1 zusammengefast.

Tabelle 1: Ergebnisse der Temperaturmessung der Außenlufttemperatur                            
                *    Temperaturmessung 1x um 08:00 Uhr mit Technoline WS9136 IT                
                **   Mittelwert nach Gleichung 1                                                                           
                *** Mittelwert aus allen Messpunkten im 5-Minutentakt von 00:00 bis 23:59 Uhr

In Tabelle 2 sind die mittleren Außenlufttemperaturen für Darmstadt Station 00917 vom Deutschen Wetterdienst (DWD) für die gleichen Tage wie in Tabelle 1 wiedergegeben.

       Tabelle 2: Lufttemperaturen außen von der meteorologischen Station Nr 00917 Darmstadt

Die Unterschiede der Tagestemperaturen in Tabelle 1 und 2 relativieren sich, wenn der 4-Tage-Mittelwert genommen wird. Der 4-Tage-Mittelwert  ist

• am Objekt an der Nordseite in 1 m Höhe 4,8 °C,
• in  3 m Höhe: 4,3°C, und 
• beim DWD, wo die Messungen im freien Feld auf 2 m Höhe Normgerecht stattfinden: 3,5°C.

In Abbildung 2 sind die mittleren Außenlufttemperaturen vom  DWD für Darmstadt Station 00917 und die am Objekt in 1 m Höhe gemessen wurden für einen längeren Zeitraum graphisch wiedergegeben.

Abbildung 2. Mittlere Außenlufttemperaturen für Darmstadt gemessen am
                       Objekt in 1 m Höhe und für die Station Darmstadt vom DWD
                     rot: Eigene Messungen am Objekt 1 m Höhe                     
                        blau: Werte vom DWD Station 00917 „Darmstadt“                 

Damit soll gezeigt werden, dass es keine „richtigen“ oder „genormten“ mittleren Luft­temperaturen gibt. Über längere Zeiträume sind die Lufttemperaturen vergleichbar aber nicht „gleich“. Im Wissen dieser Tatsache sollten für vergleichende Berechnungen Lufttemperaturen verwendet werden, die mit gleicher Methodik ermittelt wurden. Werden die Lufttemperaturen am Objekt gemessen, so ist sicherzustellen, dass die Temperaturfühler zu keinem Zeitpunkt von der Sonne angestrahlt werden oder in der Nähe von Fenstern sind, aus denen warme Luft entweichen kann.  Sie sollten auch gegen Wärmestrahlung mit einer durchlüfteten blanken Metallhülse geschützt werden, da die Strahlungswärme der Umgebung die Temperatur am Messfühler beeinflusst.

Bemerkung:

Die täglichen Außenlufttemperaturen können vom Deutschen Wetterdienst (DWD) wie folgt aufgerufen werden:

https://opendata.dwd.de/climate_environment/CDC/observations_germany/climate/daily/kl/recent

unter: tageswerte_KL_00917_akt.zip, sind die Tageswerte für Darmstadt hinterlegt.

TMK: Tagesmitteltemperatur,

TXK, Tagesmaximaltemperatur in 2 m Höhe,

TNK: Tagesminimumtemperatur in 2 m Höhe.