Allgemein wird Wasserdampf als sichtbare Dampfschwaden von teilweise bereits kondensierendem Wasserdampf (Nassdampf), wie er als Nebel oder in Wolken vorkommt, wahrgenommen. Im technisch- naturwissenschaftlichen Bereich ist Wasserdampf gasförmiges Wasser, das in diesem Aggregatzustand wie Luft unsichtbar ist. ist auch ein Klimagas Wasserdampfs.
Die Vorausetzung für eine Dampfbildung ist das Sieden ¹. Wasser siedet bei einem normalen Umgebungsdruck von 1,013 bar (101,325 kPa) bei 100 °C. Bei anderen Umgebungsdrücken ist der Siedepunkt² bzw. Kondensationspunkt höher oder niedriger. Wenn dem Wasser weiter Energie (Wärme) zugeführt wird, verdampft es. Dabei kommt es zu keinem weiteren Temperaturanstieg. Aus 1 Liter (ca. 1 kg) Wasser entstehen 1.673 Liter Wasserdampf, wofür eine Energiezufuhr von 2.256 kJ benötigt wird. Mit steigendem Druck nimmt die Verdampfungswärme des Wassers ab, bis sie im kritischen Punkt gleich Null ist.

¹ Sieden ist der der Übergang einer Flüssigkeit (z. B. Wasser) in den gasförmigen Zustand (z. B. Wasserdampf), wenn der Dampfdruck der Flüssigkeit gleich dem Umgebungsdruck ist. Reine Stoffe sieden isotherm am Siedepunkt, der auch der Kondensationspunkt ist, also die Temperatur, bei der sich ein Gas mit dem gleichen Druck in die Flüssigkeit umwandelt. Den Phasenübergang von der flüssigen in die gasförmige Phase unterhalb des Siedepunktes nennt man Verdunstung.
² Der Siedepunkt (Wasser) von 100 °C gilt bei dem normalen Luftdruck von 1,013 bar (101,325 kPa) auf Höhe des Meeresspiegels. Der Siedepunkt nimmt alle 285 bis 300 Meter um 1 °C ab. Bei einer Druckerhöhung (Wasserdampf im Sättigungszustand) steigt der Siedepunkt.

Volumen - flüssiges Wasser und gasförmiges Wasser (Wasserdampf)

Der Tripelpunkt (Dreiphasenpunkt) bezeichnet den Punkt (Druck und Temperatur [bei Wasser 6,1 mbar - 0,01 °C]) an dem drei Phasen eines Systems im thermodynamischen Gleichgewicht sind. So kommen z. B. bei Wasser > Wasserdampf, Wasser (flüssig) und Eis gleichzeitig vor und die Mengenverhältnisse der drei Phasen ändern sich nicht. Somit ändert sich die Menge einer Phase zu Gunsten der anderen beiden Phasen in ständiger Wechselwirkung.
Naßdampf entsteht, wenn Wasser in einer kälteren Umgebung unter Zufuhr von Wärme verdampft, denn dann kondensieren Teile des gasförmigen Wassers wieder zu feinsten Tröpfchen. Der Wasserdampf besteht dann aus diesen Tröpfchen und gasförmigem, unsichtbarem Wasser. Das ist z. B. beim Wasserkochen sichtbar. Der Bereich des Nassdampfes erstreckt bis zum kritischen Punkt bei 374 °C und 221 bar.
Heißdampf bzw. "überhitzter Dampf" entsteht, wenn nach dem vollständigen Verdampfen der Flüssigkeit über die zugehörige Verdampfungstemperatur weiter erwärmt wird. Diese Form des Dampfes enthält keine Wassertröpfchen mehr und ist in ihrem physikalischen Verhalten ebenfalls ein Gas und nicht sichtbar.
Sattdampf bzw. "Trockendampf" befindet sich im Grenzbereich zwischen Nass- und Heißdampf. Dieser Zustand wird in den meisten Tabellenwerte über Wasserdampf bezogen.

Dampfzustände - TLV Euro Engineering GmbH
Hauptanwendungen von Dampf - TLV Euro Engineering GmbH
Wasserdampf - LUMITOS AG
Wasserdampf - Dr. Rüdiger Paschotta - RP-Energie-Lexikon
Auf dem Weg vom Eis zum Wasserdampf - Doz. Dr. Franz Embacher
Wasserdampf
Bianca Högel

Wasserdampfarten
Wird Wasser über den Siedepunkt hinaus erhitzt, verdampft das Wasser in einen gasförmigen Zustand zu Wasserdampf. Die Eigenschaften dieses Wasserdampfes bezgl. Wärmeinhalt, Volumen, Dichte usw. unterscheiden sich jedoch in Abhängigkeit von Temperatur und Druck deutlich.
.

Nassdampf Ist ein Gemisch aus gasförmigem Dampf und mitgerissenen Wassertröpfchen (typische Restfeuchte bei Kesseln ca. 3 bis 5 %). Er entsteht im typischen Phasenübergang und erfordert in Anwendungen oft einen Dampftrockner, da Wassetröpfchen zu Erosion oder schlechterer Wärmeübertragung führen.
.
Sattdampf (trocken) befindet sich im exakten thermischen Gleichgewicht mit Siedewasser bei der entsprechenden Siedetemperatur (kein flüssiger Anteil). Er hat einen hohen Wärmeübertragungskoeffizienten und wird präzise über Druck und Temperatur gesteuert.
.

Überhitzter Dampf (Heißdampf) wird nach der vollständigen Verdampfung weiter erhitzt und liegt über seiner Siedetemperatur. Er hat eine höhere Temperatur und geringere Dichte als Sattdampf, kondensiert in Rohrleitungen nicht so leicht und eignet sich besonders für Dampfturbinen oder den Weitverkehr, ist aber für klassische Heizanlagen weniger ideal.
.
Überkritisches Wasser entsteht bei Drücken über ca. 221 bar und Temperaturen über 374 °C. In diesem Zustand gibt es keine Unterscheidung mehr zwischen flüssig und gasförmig. An diesem kritischen Punkt ist die Verdampfungswärme 0 und das Volumen des gasförmigen und flüssigen Zustandes gleich groß. Überkritisches Wasser ist demnach weder ein Gas noch eine Flüssigkeit.

Dampf: Arten und ihre Unterschiede - TLV Euro Engineering GmbH
Hauptanwendungen von Dampf - TLV Euro Engineering GmbH
Wasserdampf - LUMITOS AG
Wasserdampf - Dr. Rüdiger Paschotta - RP-Energie-Lexikon

Verdunstung

Eine Verdunstung tritt auf, wenn z. B. Wasser unterhalb der Siedetemperatur vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht. Dabei kühlt sich die Luft ab, da beim Verdunstungsprozess latente Wärme freigesetzt (Verdunstungskühlung) wird. Luft, die nicht mit Wasserdampf gesättigt ist, nimmt Wasser schon bei Raumtemperatur auf. Auf dem Prinzip der Wasserverdunstung beruht z. B. das Trocknen von Wäsche, das Verschwinden von Wasserpfützen oder das Austrocknen des Erdbodens (Evaporation). Der Wasserdampf in der Atmosphäre ist auch eines der Klimagase.
Die Aufnahme von Wasser in die Erdatmosphäre durch Verdunstung (Evaporation) spielt sich auf der Erdoberfläche (Böden, Wasserflächen und Pflanzen) ab.
Folgende Faktoren beeinflussen die Verdunstung:

• Lufttemperatur
• Luftfeuchtigkeit
• Sonneneinstrahlung (Jahreszeit)
• Windstärke bzw. bedingt auch Windrichtung
• Oberflächenbeschaffenheit (Bodentyp usw.) und Vegetation
• Wassergehalt des Bodens bzw. Niederschlagsmenge

Da durch die zunehmende Erderwärmung die Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann, nimmt auch in der oberen Erdatmosphäre die Wolkenbildung zu. Aber auch der steigende Luftfahrtverkehr emittiert Wasserdampf in die oberen Luftschichten.

Der Effekt der Verdunstungskühlung durch Wasser ist die Grundlage für den Effekt der Thermoregulation durch Schwitzen, indem der Haut die Verdunstungswärme entzogen und diese dadurch abgekühlt wird.

Die meisten indirekten Wärmeeinträge finden über das Dach statt. Es ist immer sinnvoll, diese Wärme nicht in ein Haus zu lassen. Auch die beste Außendämmung verhindert das Eindringen von Wärme nicht, wenn sich z. B. die Dachfläche stark aufheizt. Der Einsatz einer Verdunstungskühlung (adiabatische Kühlung) ist hier eine Alternative zu aufwendigen Kühlsystemen und kann mit einer natürlichen Nachtlüftung kombiniert werden.

Gefahren durch Wasserdampf
Schon geringe Mengen Wasserdampf können ein zerstörerisches Potenzial an dampfführenden Apparaturen (z. B. Dampfkessel, Rohrleitungen, Wärmetauscher) haben, da der Dampf große Mengen Wärme bzw. Energie transportiert. Das Bersten von Dampfkesseln gehört zu schwersten Unfällen.
Wenn der Wasserdampf mit hoher Temperatur und hohem Druck aus einem defekten Dampfkessel austritt, dann ist der frei austretende überhitzte Wasserdampf unsichtbar und kann einen Strahl von erheblicher Länge bilden. Erst wenn der austretende Freistrahl sich mit der Umgebungsluft vermischt und sich abkühlt, beginnt der Dampf zu kondensieren und wird sichtbar. Bei großen Dampfaustritten kann die Nebelbildung die Orientierung im Raum für Flüchtende stark eingeschränken. Ein ausströmender überhitzer Wasserdampf kann auch Brände auslösen. Ein Nachverdampfen des noch flüssigen Wassers durch die Druckverringerung in der Umgebung des Dampf bzw. Wasseraustritts kann bei einem großflächigen Kontakt durch eintretende Verbrühungen tödlich sein.
Auch das Löschen von Bränden mit Wasser kann aufgrund der großen Volumenunterschiede zwischen Wasser und Wasserdampf (ca. 1:1.700) ist gefährlich. So kann z. B. bei einem Schornsteinbrand das Löschwasser zu einem Zerreißen des Schornsteins führen. Auch ein Fettbrand darf nicht mit Wasser gelöscht werden, da dieses unter das brennende Fett sinkt, dort verdampft und sich dann ausdehnt und brennendes Fett mit hochreißt, es kommt zur Fettexplosion.

Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der Verwendung von Arbeitsmitteln (Betriebssicherheitsverordnung - BetrSichV)
Dampfkesselverordnung (Dampfkv)
Gefährdungen durch Dampf und Druck
Zusammenfassung der sicherheitstechnischen Beurteilungnach §18(2) BetrSichV
zum Schadensereignis vom 12.05.2014 im Kraftwerk Staudinger Block 5
Stephan Heyner - TÜV Technische Überwachung Hessen

Wasserdampf wird nicht nur zum Heizen (Dampfheizung) eingesetzt.

• Antrieb zur Stromerzeugung
• Befeuchtung der Raumluft oder Lüftungskanalluft
• Zerstäubung zur mechanischen Trennung von Fluiden
• Reinigung von Oberflächen
• Treibmedium für andere Gase oder Flüssigkeiten in Rohrleitungen
• Produktbefeuchtung, um ein Produkt gleichzeitig aufzuheizen und mit Feuchtigkeit zu versorgen

Der in Dampfkesseln erzeugte Wasserdampf wird in der Technik zu folgenden Zwecken verwendet:

• in Dampfheizungen (Niederdruck-, Hochdruck- und Vakuumdampfheizung)
• bei der Siedekühlung als Träger der Wärmeenergie
• als Arbeitsmittel in Dampfmaschinen und Dampfturbinen
• bei der Förderung von Erdöl
• als Hilfsmittel beim Steamcracken für die Herstellung von Benzin
• als Zwischenprodukt bei der Meerwasserentsalzung
• zum Fördern von flüssigem Wasser mit einer Dampfstrahlpumpe

Außerdem wird Wasserdampf

• zur Befeuchten von Luft in der Raumlufttechnik
• zum Biegen von Holz im Boots- Möbel- und Instrumentenbau
• zur Reinigung von Gegenständen
• zur Sterilisation von medizinischen und mikrobiologischen Instrumenten
• in der Küche zur schonenden Zubereitung von Lebensmitteln durch Dämpfen
• im Haushalt zum Bügeln von Wäsche
• zur Inhalation zur Heilung von Krankheiten
• in Dampfbädern

In einem Gas-Kombi-Kraftwerk sind Gasturbinen mit Dampfturbinen zusammengeschaltet. Nach dem Durchströmen der Gasturbine wird die noch vorhandene Wärme des Abgases über einen Wärmetauscher ausgekoppelt, um den Dampfprozess zu betreiben.

Das Herzstück eines Gas-Kombi-Kraftwerkes ist die Gasturbine mit einem Verdichter, der die Umgebungsluft ansaugt und bis auf einen Druck von 20 bis 30 bar verdichtet. In die Brennkammer zugeführtes Erdgas wird mit dieser komprimierten Luft verbrannt. Dabei entstehen Temperaturen von bis zu 1.500 °C. Das heiße Abgas wird dann in der Turbine bis auf Umgebungsdruck entspannt und verrichtet dabei Arbeit, die teilweise zum Antrieb des Verdichters, überwiegend aber für den Generator benutzt wird.
In Gas-Kombi-Kraftwerken hat das Abgas der Gasturbine noch eine Temperatur von über 600 °C. Es wird dann durch einen Abhitzekessel (Wärmetauscher) geführt. Dieser erzeugt auf mehrere 100 bar verdichteten Dampf, der dann über Dampfturbinen entspannt wird. Anschließend wird der Dampf in einem Kondensator wieder verflüssigt. Das gesammelte Wasser wird wieder auf Druck gepumpt und dem Wärmetauscher erneut zugeführt. So entsteht ein geschlossener Wasser-/Dampfkreislauf. Quelle: FIZ Karlsruhe

Gas-Kombi-Kraftwerk - FIZ Karlsruhe

Bei dem Einströmen des Dampfes in die Dampfleitung entsteht Kondensat. Dieses muss rechtzeitig entfernt werden, sonst sammelt es sich allmählich an. Der schnellströmende Dampf bewegt die Wasseroberfläche bis das Kondensat schließlich den Dampfstrom so stark behindert und ein Wasserpfropfen mitgerissen wird. Dieser Wasserpfropfen wird mit Dampfgeschwindigkeit durch die Leitung gedrückt. In Sattdampfleitungen können Geschwindigkeit bis 25 m/s (90 km/h) - in Heißdampfleitungen bis 60 m/s (216 km/h) - vorkommen.

Wird dieser Wasserpfropfen durch ein Hindernis plötzlich abgebremst, entsteht ein Wasserschlag. Es können Drücke von mehreren tausend bar auftreten. Armaturen, Rohrbogen und Rohrab-zweigungen werden zerrissen. Durch diese Wasserschläge sind schon viele Unfälle mit tödlichen Verletzungen vorgekommen.

•   offene Dampfheizungen
•   geschlossene Dampfheizungen

•   Niederdruck-Dampfheizungen
•   Hochdruck-Dampfheizungen
•   Vakuum-Dampfheizungen

•   obere (trockene) Kondensatleitungen
•   untere (nasse) Kondensatleitungen

•   obere Verteilung
•   untere Verteilung

•   Einrohrsysteme
•   Zweirohrsysteme

nach der Art der Kondensatrücklauf:

•   Rückführung mit natürlichem Gefälle
•   Rückführung durch Pumpe