Der Mensch als wärmetechnisches System - Otto-von-Guericke ...

Prof. Dr.-Ing. E. Specht 

Institut für Strömungstechnik und Thermodynamik 

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg 

Der Mensch als wärmetechnisches System 

(Mess- und Regelungsmechanismus der Betriebstemperatur, Wärmeabgabe, Energieerhaltung, 

Gewichtsänderung, Behaglichkeit) 

17.05.2005 

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1. Einleitung 

Der Mensch ist aus technischer Sicht ein biologischer Reaktor mit einer Betriebstemperatur 

von 37 °C. Da die Umgebungstemperatur des Menschen niedriger ist, gibt er ständig Wärme 

ab. Daher muß durch innere Oxidations- (Verbrennungs-) prozesse laufend Energie erzeugt 

werden. Wie bei jedem Verbrennungsprozeß werden auch beim Menschen Abfallstoffe 

erzeugt. Diese sind fest, flüssig und gasförmig, wobei für jede dieser drei Abfallarten ein 

separater Ausgang besteht. Die gasförmigen Emissionen verteilen sich allerdings gelegentlich 

auf zwei Ausgänge. Im folgenden steht jedoch nicht die Abfallproblematik sondern der 

Energiehaushalt im Vordergrund. Der Energiehaushalt und damit das Gewicht sowie die Figur 

unterliegt physikalischen Gesetzen und kann mit dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik 

erklärt werden. Der Mensch reagiert äußerst empfindlich auf Änderungen seiner 

Betriebstemperatur. Daher besitzt er ein aufwendiges Meß- und Regelungssystem. Hierauf 

wird zunächst eingegangen. 

2. Betriebstemperatur des Menschen 

Die Reaktionen im menschlichen Körper sind auf eine Kerntemperatur von 37 °C eingestellt 

mit einer Toleranz von etwa +_ 0,5 Kelvin (Grad). Am wärmsten ist es in der Leber und in der 

Niere, wo die intensivsten chemischen Reaktionen ablaufen, am kältesten ist die Haut, die 

etwa 4 bis 7 Kelvin (Grad) kälter ist. Der Mensch ist gegenüber inneren 

Temperaturschwankungen sehr empfindlich. Das empfindlichste Organ beispielsweise, das 

Gehirn, bricht bei Temperaturen oberhalb von 40,5 °C und unterhalb von 35 °C zusammen. 

Ab einer Temperatur von 41 °C beginnen sich die Eiweißstrukturen zu verformen und das 

Gewebe zu zerstören. Bei einer Temperatur von 34 °C läßt die Aufmerksamkeit nach und man 

verliert die Sprache. Unterhalb von 33 °C wird der Stoffwechsel reduziert und die Fähigkeit 

der Thermoregulation geht verloren. Es besteht dann Lebensgefahr. Bei 27 °C wird man 

bewegungsunfähig und bei 25 °C tritt als Folge ungenügender Atmung der Tod ein. 

3. Meßsystem 

Zur Wahrnehmung der Temperatur besitzt der Mensch zwei spezielle Sinne, nämlich einen 

Kälte- und einen Wärmesinn. Damit hat der Mensch mehr als die sonst bekannten "fünf" 

Sinne. In der Haut befinden sich Wärme- und Kältepunkte, jeder etwa einen 

Quadratmillimeter groß. Unter ihnen stecken Nervenzellen, deren innere Chemie sich je nach 

Temperatur verändert. Dadurch werden Signale ausgelöst und ans Gehirn geleitet. 

Die Sensoren liegen am dichtesten auf den Lippen. Die Dichte beträgt hier 25 Sensoren pro 

Quadratzentimeter. Mit den Lippen wird überwacht, daß die Nahrung, die wir zu uns nehmen, 

nicht zu heiß oder zu kalt ist. An den Fingern befinden sich noch 5 Sensoren pro 

Quadratzentimeter. Mit den Fingern können daher gut Temperaturen getastet werden. Am 

Rumpf befindet sich ungefähr nur 1 Sensor pro Quadratzentimeter. Am 

temperaturunempfindlichsten sind die Waden. Daher werden zur Fiebersenkung 

"Wadenwickel" gemacht, da dort die Wärmeabfuhr am wenigsten bemerkt wird und nicht so 

unangenehm ist. 

Es gibt wesentlich mehr Kälte- als Wärmepunkte. Deren Meßgenauigkeit ist sehr hoch, der 

Meßbereich ist jedoch relativ klein. Die Kältesensoren besitzen einen Meßbereich von etwa 

8 °C bis 37 °C und die Wärmesensoren von etwa 37 °C bis 50 °C. Unter 8 °C und über 50 °C 

besitzt der Mensch keinen Temperatursinn mehr sondern empfindet Schmerz. Die 

Kältesensoren haben ungefähr bei 25 °C und die Wärmesensoren bei 45 °C ihre höchste 

Empfindlichkeit, bei der noch Temperaturunterschiede von einem Hundertstel Kelvin 

wahrgenommen werden können. 

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4. Mechanismus der Wärmeabgabe 

Der Körper erzeugt ständig Wärme. Hierzu wird die Nahrung, die wir zu uns nehmen oxidiert 

und damit verbrannt. Zur Bewegung der Muskeln und damit zur Erzeugung von mechanischer 

Energie muß ebenfalls Nahrung verbrannt werden. Der Wirkungsgrad der Muskeln ist jedoch 

relativ gering. Etwa wie beim Automotor wird nur 20 % der Verbrennungsenergie zur 

Bewegung verbraucht. Die restlichen 80 % werden in Wärme umgewandelt und müssen als 

Wärmeverlust an die Umgebung abgeführt werden. Aufgrund unserer Bewegung fällt also 

stets Abwärme an. 

Wie wird diese Abwärme an die Umgebung abgeführt? Zunächst muß die Wärme aus dem 

Inneren an die Oberfläche des Körpers transportiert werden. Dieser Transport wird durch den 

Blutkreislauf bewirkt. Zwischen Haut und Unterhaut befindet sich ein dichtes Geflecht von 

Adern und Venen, das lediglich der Wärmeabfuhr dient. Muß mehr Wärme als normal 

abgeführt werden, steigt die Hauptdurchblutung um das Acht- bis Zwölffache. Dann wird fast 

ein Drittel des Blutes an die Oberfläche gepumpt. Die Adern und Venen weiten sich auf. 

Dadurch wird die Oberfläche zur Wärmeabgabe vergrößert. Man erkennt diesen Zustand an 

einer starken Rotfärbung der Haut. Bei Kälte dagegen verringert sich die Durchblutung der 

Haut auf ein Fünftel des Normalwertes. Die Haut sieht folglich kreidebleich aus. Durch 

Saunagänge übrigens wird das extreme Weiten der Hautgefäße und das anschließende jähe 

Zusammenziehen im Tauchbecken trainiert. 

Von der Haut aus wird die Wärme durch Strahlung und durch Konvektion an die Umgebung 

abgegeben. Strahlung sind elektromagnetische Wellen, die luftdurchlässig sind und an festen 

Wänden absorbiert werden. Der Mechanismus des Wärmeübergangs durch Strahlung ist von 

der Strahlung der Sonne her bekannt. Mit Konvektion bezeichnet man die Wärmeabgabe an 

das umgebende Medium, in der Regel Luft und beim Baden Wasser. Reicht die Wärmeabgabe 

durch Strahlung und durch Konvektion nicht aus, weil beispielsweise die 

Umgebungstemperatur zu hoch ist oder weil durch starke Bewegung wie etwa sportliche 

Betätigung von den Muskeln viel Wärme erzeugt wird, so setzt der Körper als weiteres Mittel 

der Wärmeabgabe das Schwitzen ein. Durch die Verdunstung des Schweißes (Wasser) wird 

dem Körper die überaus hohe Phasenumwandlungswärme vom flüssigen in den 

dampfförmigen Zustand entzogen. 

Zum Schwitzen besitzt der Mensch etwa zwei Millionen Schweißdrüsen. Die größte Dichte an 

Drüsen befindet sich am Kopf, da das Gehirn am schützenswertesten ist, die geringste Dichte 

befindet sich an den Gliedmaßen. Die Schweißdrüsen an den Handflächen und Fußsohlen 

dienen allerdings nicht der Kühlung. Diese Drüsen werden bei Unruhe, Beklemmung und 

Angst aktiv und bewirken das sogenannte "psychische Schwitzen". Die Schweißdrüsen in den 

Achselhöhlen haben ebenfalls einen anderen Sinn als kühlen. Sie erzeugen Duftstoffe mit 

ursprünglich sexueller Bedeutung. 

Die Aufteilung der verschiedenen Arten der Wärmeabgabe beträgt bei einem ruhenden 

Menschen in einer Umgebung von 20 °C: 

- 46 % Strahlung 

- 33 % Konvektion 

- 19 % Schwitzen 

- 2 % Atmung. 

Bei einer Veränderung der oben genannten Voraussetzungen verschieben sich die Anteile. 

Herrscht ein starker Wind, so erhöht sich der Anteil der Konvektion. Dadurch kommt es uns 

bei dieser Wetterbedingung kälter vor. Bei sportlicher Betätigung steigt der Anteil des 

Schwitzens. 

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5. Höhe der Wärmeabgabe 

Die Höhe der biologisch notwendigen Wärmeabgabe hängt im wesentlichen 

- von der Schwere der Tätigkeit und 

- von der Größe der Körperfläche und damit von der Körpergröße des Menschen ab. 

Im Bild 1 ist der abgegebene Wärmestrom eines Menschen mit Normgröße (75 kg) 

dargestellt, und zwar in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur mit der Schwere der 

Tätigkeit als Parameter. Der Normmensch gibt demnach als Mindestwert während ruhigem 

Sitzen bei Umgebungstemperaturen oberhalb 16 °C einen Wärmestrom von 120 W ab 

(durchgezogene Linie). Dieser Wert ist hierbei unabhängig von der Umgebungstemperatur. 

Unterhalb 16 °C nimmt der Wärmestrom mit abnehmender Umgebungstemperatur etwas zu. 

Die untere gestrichelte Linie des schraffierten Gebietes gibt die Wärmeabgabe durch 

Strahlung und Konvektion wieder. Diese Art der Wärmeabgabe nimmt mit der 

Umgebungstemperatur bis zum Wert null bei 36 °C ab. Hat die Umgebung nämlich die 

Körpertemperatur erreicht, kann folglich durch Strahlung und Konvektion keine Wärme mehr 

abgeführt werden. Bei solch hohen Umgebungstemperaturen wird die Wärme ausschließlich 

durch Schwitzen abgeführt. Der schraffierte Bereich gibt die Höhe dieser Art der 

Wärmeabgabe an. In einer Umgebung mit Temperaturen oberhalb 37 °C kann also die Wärme 

nur noch durch Schwitzen abgeführt werden. Bei mittelschwerer Arbeit verdoppelt sich 

ungefähr die Wärmeabgabe des Menschen gegenüber dem ruhigen Sitzen, da die Muskeln, 

wie bereits erwähnt, zu 80 % Abwärme erzeugen. Bei schwerer Arbeit kann die Wärmeabgabe 

auf ca. 300 W ansteigen. Trainierte Sportler können noch höhere Leistungen erzeugen. 

Bild 1: Wärmeabgabe des Menschen (75 kg) 

Der abgeführte Wärmestrom Q . des menschlichen Körpers läßt sich mathematisch durch den 

Newtonschen Ansatz beschreiben: 

Q . = k · A · (ϑ Haut - ϑ Umgeb. ) . (1) 

4

Hierbei bedeutet k den Wärmedurchgangskoeffizient, A die Körperoberfläche, ϑ Haut die 

Temperatur der Hautoberfläche und ϑ Umgeb. die Temperatur der Umgebung. Die 

Wärmeabgabe des Menschen ist also proportional seiner Oberfläche und damit von der 

Körpergröße abhängig. Die Oberfläche eines normalen Menschen beträgt ungefähr 2 m 2 . 

Große Menschen geben demnach mehr Wärme ab und müssen folglich mehr Energie mit der 

Nahrung zu sich nehmen, kleine Menschen entsprechend weniger. Aus der obigen Gleichung 

ist weiterhin ersichtlich, daß der Mensch umso mehr Wärme abgeben würde je kälter die 

Umgebung ist. Der Mensch gleicht diesen Effekt aus, indem er den 

Wärmedurchgangskoeffizienten entsprechend verringert. Dieser sogenannte k-Wert ist ein 

Maß für die Wärmeisolierung. Ein nackter Mensch hat beispielsweise einen k-Wert von 

ungefähr 10 W/(m 2·K). Damit ergibt sich aus der obigen Gleichung der Wärmestrom von 120 

W für eine Umgebungstemperatur von 26 °C. Bei dieser Temperatur fühlt sich der Mensch im 

Mittel am wohlsten. Bei höheren Temperaturen setzt vermehrtes Schwitzen ein. Unterhalb 

dieser Temperatur muß der Mensch seinen k-Wert verringern, um der erhöhten Wärmeabgabe 

entgegen zu wirken. Den k-Wert verringert man bekanntlich durch die Art der Kleidung. 

Durch normale Kleidung beispielsweise wird der k-Wert halbiert, durch warme Kleidung um 

2/3 gesenkt. 

6. Energiebilanz des Menschen 

Täglicher Energiebedarf 

Wie aus Bild 1 ersichtlich ist, gibt ein durchschnittlich großer Mensch bei leichter Tätigkeit 

einen Wärmestrom von ungefähr 120 W ab. Damit ergibt sich eine über den Tag (24 Stunden) 

abgegebene Wärmemenge (durch Multiplikation mit 24 h) von ungefähr 

2,9 kWh pro Tag. 

Dies ist eine relativ kleine Energiemenge. Dieselbe Menge an Energie wird beispielsweise 

verbraucht, wenn eine Glühbirne von 120 W den ganzen Tag brennt. Der Wert dieser Energie 

liegt unter Zugrundelegung eines Strompreises von 30 Pf je Kilowattstunde bei 90 Pf. 

Die obige abgeführte Energiemenge beträgt in einer anderen Einheit dargestellt 

2500 kcal pro Tag. 

Diese Energiemenge muß der durchschnittliche Mensch dem Körper jeden Tag mit der 

Nahrung wieder zuführen. 

Verminderte Energiezuführung (Gewichtsabnahme) 

Was passiert nun, falls dem Körper mit der Nahrung weniger als diese 2500 kcal pro Tag 

zugeführt werden? Da der Körper die 2500 kcal unbedingt zur Verbrennung und damit zur 

Aufrechterhaltung seiner Temperatur benötigt, muß er die Differenz zwischen benötigter und 

zugeführter Energie aus seiner gespeicherten Energiemenge decken. Dieses entspricht der 

Energieerhaltung, die ein Naturgesetz ist und als 1. Hauptsatz der Thermodynamik bezeichnet 

wird. In allgemeiner Form besagt dieses Gesetz, daß die Differenz aus zu- und abgeführter 

Energie gleich der Zu- oder Abnahme der gespeicherten Energie sein muß. 

Der Körper speichert Energie in Form von Fettpolstern. Fett ist ein Stoff mit überaus hohem 

Energiegehalt und besitzt eine Verbrennungswärme von rund 8000 kcal pro Kilogramm. 

Wenn man also einen Tag lang keine Energie zuführt (Nulldiät), baut der Körper 300 Gramm 

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Fett ab. Dies ist die maximale Gewichtsabnahme, die man pro Tag erreichen kann! Mehr 

kann man aus physikalischen Gründen (Energieerhaltung) nicht abnehmen. 

Aus obigen Ausführungen wird deutlich, daß der Körper (zwangsläufig!) Fett und damit 

Gewicht abbauen muß, falls ihm mit der Nahrung keine Energie zugeführt wird. Unter 

Nahrung wird Essen und Trinken verstanden. Insbesondere über zucker- und alkoholhaltige 

Getränke wird dem Körper oftmals viel Energie zugeführt. Ein Mensch mit beispielsweise 

30 kg Übergewicht müßte 100 Tage lang fasten, um Normalgewicht zu erreichen. Er könnte 

aus energetischer Sicht einen Winterschlaf halten, ohne zu verhungern. Dieses ist jedoch 

stofflich nicht möglich, da der Mensch durch Schwitzen Wasser und damit auch Salze und 

Mineralstoffe verliert. Tiere, die einen Winterschlaf halten, können daher nicht schwitzen. 

Falls dem Körper also genügend Wasser, Mineralien und auch Vitamine zugeführt werden, ist 

ein Fasten bei gesunden Menschen unbedenklich! Erst wenn alle Fettreserven aufgebraucht 

sind, wird Fasten gefährlich: Der Körper baut dann nämlich Muskeln zur Energieerzeugung 

ab. Der Mensch kann sehr lange Fasten ohne zu verhungern, sofern ausreichend Flüssigkeit 

zugeführt wird. Dies ist in der Praxis oftmals bewiesen worden: Auf makabre Weise in 

Gefangenen- und Konzentrationslagern, bei Hungerstreiks und bei radikalen Kuren zum 

Abspecken, bei denen oft ein Jahr lang gefastet wurde. 

Schlankheitsmittel versprechen oft höhere Gewichtsabnahmen pro Tag als 300 Gramm. Diese 

Mittel enthalten Stoffe, die Wasser aus dem Gewebe ziehen, das dann über den Harnweg 

ausgeschieden wird. Da der Körper zu 60 % aus Wasser besteht, kann durch Wasserentzug 

eine schnelle Gewichtsreduzierung vorgetäuscht werden. Ein gesunder Körper lagert das 

Wasser nach Absetzung der Präparate wieder an. Eine echte Gewichtsabnahme kann also nur 

durch Fettabbau und damit Fasten erreicht werden. Andere Schlankheitsmittel enthalten daher 

Appetitzügler und/oder Stoffe, die im Magen aufquellen und somit ein Sättigungsgefühl 

hervorrufen. 

Vermehrte Energiezuführung (Gewichtszunahme) 

Was passiert nun, wenn man mit der Nahrung mehr als die 2500 kcal pro Tag zur Deckung 

der Wärmeverluste dem Körper zuführt? Entsprechend der Energieerhaltung (1. Hauptsatz der 

Thermodynamik) wird dann die Differenz zwischen der zugeführten und abgeführten Energie 

gespeichert, und zwar in Form von Fett. Falls man permanent mehr Energie als 2500 kcal pro 

Tag zuführt, wird solange Fett angesetzt, bis ein neuer Gleichgewichtszustand erreicht ist. 

Dieser Zustand ist dann gegeben, wenn entsprechend Gleichung (1) sich die Oberfläche des 

menschlichen Körpers so vergrößert hat, daß die zugeführte Energie wieder an die Umgebung 

abgeführt werden kann. Nimmt man beispielsweise durchschnittlich 3000 kcal pro Tag zu 

sich, stellt sich der neue Gleichgewichtszustand bei einer um 20 % vergrößerten 

Körperoberfläche ein. 

Da bei Übergewicht mehr Wärme abgeführt werden muß, wird ein höherer Blutkreislauf 

benötigt, um die Wärme aus dem Inneren des Körpers an die Hautoberfläche zu 

transportieren. Folglich wird das Herz stärker als im Normalfall belastet. Dies ist mit ein 

wesentlicher Grund, warum Übergewichtige besonders stark von Herz-Kreislauf- 

Erkrankungen, Bluthochdruck, Cholesterin, Diabetis, Arteriosklerose, u.s.w. betroffen sind 

und dadurch eine geringere Lebenserwartung besitzen. 

Einfluß des Stoffwechsels 

Wie aus den bisherigen Ausführungen ersichtlich ist, muß ein durchschnittlich großer Mensch 

bei leichter Tätigkeit zwangsläufig abnehmen, falls er weniger als 2500 kcal pro Tag mit der 

Nahrung zu sich nimmt. Falls er mehr Kilokalorien zuführt, wird er zwangsläufig 

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übergewichtig. Häufig wird behauptet, daß dieses nicht stimmen können, da die Menschen 

einen unterschiedlichen "Stoffwechsel" hätten. So soll der eine Mensch zunehmen, weil er 

angeblich alles verwerten kann, ein anderer Mensch jedoch trotz gleicher Nahrungsaufnahme 

schlank bleiben. Der Wirkungsgrad der Verbrennung sei also bei den Menschen verschieden. 

Betrachten wir in diesem Zusammenhang die menschliche Entwicklungsgeschichte. Während 

einer mehr als 100 000jährigen Evolution hatte der Mensch stets unter Mangelernährung zu 

leiden, zumindest nach der Völkerwanderung in unseren Breiten. Im Mittelalter sind mehr 

Menschen verhungert als durch Krankheiten und Kriege gestorben. Der menschliche 

Organismus hat sich daher, ebenso wie der tierische Organismus, dahingehend entwickelt, die 

zugenommene Nahrung vollständig verwerten zu können. Daher kann er auch in Phasen eines 

Nahrungsüberschusses diesen sofort in Fett umwandeln und speichern. Ein permanentes 

Überangebot an Nahrung steht den Menschen, und auch nur denen der Industrienationen, erst 

seit etwa 40 Jahren zur Verfügung - ein winziger Zeitraum der Menschengeschichte. Lediglich 

ein kranker Organismus kann die Nahrung nicht vollständig verwerten. Beispielsweise bei 

einer Erkrankung der Galle wird Fett zum Teil unverdaut ausgeschieden, was dann an einer 

hellgelblichen Färbung des Stuhls zu erkennen ist. 

Kleinere individuelle Unterschiede in der Nahrungsverwertung gibt es dennoch, die jedoch 

eine andere Ursache haben. Der Magen-Darmtrakt kann manche Lebensmittel nur verwerten, 

wenn diese ausreichend zerkleinert sind. So können beispielsweise ganze Getreidekörner nicht 

verdaut werden. Bei Menschen, die ihre Nahrung also nur flüchtig und grob zerkauen, können 

daher Teile unverdaut wieder ausgeschieden werden. Der Anteil dieser Lebensmittel an 

unserer gesamten Nahrung ist allerdings so gering, daß dieser unwesentlich zu Unter- oder 

Übergewicht beiträgt. Der Mensch hat keine Möglichkeit, überschüssige Nahrung wieder 

auszuscheiden. 

7. Individueller Energieverbrauch 

Der individuelle Energieverbrauch eines jeden Menschen kann sehr unterschiedlich sein, wie 

in den bisherigen Ausführungen gezeigt wurde. Die wichtigsten Ergebnisse werden im 

folgenden zusammengefaßt: 

- Der Energieverbrauch des Menschen wird im wesentlichen durch seine Wärmeverluste an 

die Umgebung bestimmt. 

- Der abgegebene Wärmestrom ist daher von der Größe des Menschen abhängig. Ein 

Mensch durchschnittlicher Größe mit einem Gewicht von 75 kg gibt einen Wärmestrom 

von ungefähr 120 W ab. 

- Daraus ergibt sich ein täglicher Energiebedarf für diesen Normmenschen von 2500 kcal 

bei sitzender oder leichter Tätigkeit. Für jedes Kilogramm Abweichung von diesen 75 kg 

ändert sich der Energieverbrauch um etwa 30 kcal. Ein Mensch von 60 kg Gewicht 

benötigt daher täglich nur 2050 kcal, ein Mensch von 90 kg jedoch 2950 kcal. 

- Dieser Grundbedarf erhöht sich etwas, wenn z. B. schwerere berufliche Tätigkeiten 

durchgeführt werden, Sport betrieben wird, oder falls man mit Fieber erkrankt ist. 

- Der Grundbedarf kann sich geringfügig aufgrund des individuellen Wärmeempfindens 

des Menschen verändern. Menschen, die ihre Räume hoch heizen oder sich regelmäßig 

warm anziehen und sich damit besser isolieren, besitzen geringere Wärmeverluste und 

brauchen daher weniger Energiezufuhr. Menschen, die umgekehrt eine kältere Umgebung 

lieben und sich weniger war anziehen, benötigen entsprechend mehr Energie. 

- Wer weniger als seinen individuellen Grundbedarf an Energie (2500 kcal beim 

Normmenschen) zu sich nimmt, muß aus physikalischen Gründen zwangsläufig 

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abnehmen. Die zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur benötigte Energie wird dann 

durch den Abbau des körpereigenen Fettes gedeckt. 

- Die maximale Gewichtsabnahme bei vollständigem Fasten beträgt beim durchschnittlich 

großen Menschen etwa 300 Gramm pro Tag. Abmagerungskuren können deshalb nur 

über relativ lange Zeiträume durchgeführt werden. 

- Da Frauen in der Regel kleiner sind als Männer, nehmen sie bei Nulldiät weniger an 

Gewicht ab. 

- Wer durchschnittlich mehr als seinen individuellen Grundbedarf an Energie ißt und trinkt, 

nimmt zwangsläufig, zu. Die Zunahme dauert so lange, bis die Oberflächenvergrößerung 

ausreicht, die Energie wieder an die Umgebung abzugeben. 

- Der individuelle Stoffwechsel des Menschen übt keinen Einfluß auf ein Unter- oder 

Übergewicht aus. Aufgrund der überwiegenden Mangelernährung der Menschen hat der 

Organismus während der Evolution alle Fähigkeiten entwickelt, in Phasen eines 

Überangebots an Nahrung, diese vollständig zu verwerten und die überschüssige Energie 

in Form von Fett zu speichern. 

8. Behaglichkeit des Menschen 

Die Behaglichkeit des Menschen hängt von der wärmephysiologisch "richtigen" Temperatur 

ab. Diese Temperatur ist jedoch keine Normgröße, sondern unterliegt subjektiven 

Empfindungen. Beispielsweise empfinden bei einer Raumlufttemperatur von 20 °C etwa 45 % 

der Männer und 40 % der Frauen thermisches Wohlbefinden. Diese Temperatur empfinden 

jedoch 15 % der Männer und 20 % der Frauen als zu kühl und jeweils 40 % als zu warm. 

Die empfundene Temperatur des Menschen hängt von seiner Wärmeabgabe ab. Diese setzt 

sich durch Strahlung an die Raumwände mit der mittleren Temperatur ϑ W und durch 

Konvektion an die Luft mit der Temperatur ϑ L zusammen. Die empfundene Temperatur kann 

daher nach der Gleichung 

α 

⋅ϑ 

+ α 

⋅ϑ 

K L S W 

ϑ 

e 

= 

(2) 

αK 

+ αS 

berechnet werden, wobei α K und α S die Wärmeübergangskoeffizienten durch Konvektion 

bzw. Strahlung bedeuten. Auf deren Ermittlung wird hier nicht weiter eingegangen. In vielen 

Fällen sind die beiden Wärmeübergangskoeffizienten in etwa gleich groß, so daß die 

empfundene Temperatur näherungsweise als das arithmetische Mittel der Raum- und 

Lufttemperatur angesehen werden kann. 

Der Mensch steht nun im Strahlungsaustausch mit mehreren Flächen unterschiedlicher 

Temperatur veranschaulicht ist. So strahlt der Mensch Wärme an die Fenster, an die 

Raumwände und an den Fußboden ab, die in der Regel unterschiedliche Temperaturen 

aufweisen. Je niedriger die Temperatur der Fläche ist, desto höher ist der abgestrahlte 

Wärmestrom. Vom Heizkörper nimmt der Mensch dagegen Strahlungswärme auf. Als 

mittlere Wandtemperatur für den Strahlungsaustausch wird die sogenannte 

Umschließungstemperatur ϑ U angesehen, die sich aus der flächenmäßigen Mittelung der 

einzelnen Wandtemperaturen entsprechend 

ϑ 

U 

A ⋅ϑ + A ⋅ ϑ + ... A ⋅ϑ 

= 

A + A + ... A 

1 1 2 2 n n 

(3) 

1 

2 

n 

zusammensetzt. 

8

Die bei verschiedenen Luft- und Wandtemperaturen noch als behaglich empfundenen 

Temperaturen sind in Bild 2 dargestellt (schraffierter Bereich). So empfindet man es 

beispielsweise trotz einer relativ hohen Lufttemperatur von 25 °C als zu kalt, wenn die 

Umschließungstemperatur der Wände unterhalb 12 °C liegt. Dagegen fühlt man sich bei 

Lufttemperaturen von 15 °C noch behaglich, falls die Wandtemperaturen mit 22 °C bis 28 °C 

relativ warm sind. 

Bild 2: Behaglichkeitsfeld empfundene Temperatur in Räumen 

Ein analoges Temperaturempfinden ergibt sich auch im Freien. Dort strahlt man Wärme an 

die Umgebung ab und empfängt Strahlung von der Sonne. An die Luft wird Wärme konvektiv 

abgeführt. Herrscht starker Wind, so ist die konvektive Wärmeübertragung um ein Vielfaches 

höher als bei ruhender Luft. Folglich kommt es einem draußen kälter vor. Das gleiche 

Kälteempfinden hätte man bei Windstille erst bei einer Lufttemperatur, die erheblich niedriger 

als die Windtemperatur ist. In den Wetterberichten wird die Windtemperatur als aktuelle 

Lufttemperatur bezeichnet und die Temperatur bei Windstille mit vergleichbarer 

Wärmeabgabe als "gefühlte" Lufttemperatur. Entsprechend fühlt oder empfindet man bei 

klarem Himmel eine höhere Außentemperatur als bei wolkigem Wetter. 

Eine Luftbewegung in Räumen hat ebenfalls Einfluß auf die Behaglichkeit, wie mit Bild 3 

verdeutlicht wird. Bei einer Raumlufttemperatur von 21 °C werden für sitzende Tätigkeiten 

Luftgeschwindigkeiten oberhalb ungefähr 0,17 m/s als Zug empfunden, für leichte Arbeiten 

im Stehen dagegen erst oberhalb 0,3 m/s. Mit zunehmender Raumlufttemperatur verlagert sich 

das Zugempfinden zu höheren Geschwindigkeiten. Im Sommer beispielsweise mit einer 

Raumlufttemperatur von 26 °C können noch Luftgeschwindigkeiten bis 0,5 m/s als behaglich 

empfunden werden. 

9

Bild 3: Behaglichkeit Luftgeschinigkeit/Raumlufttemperatur 

Einen weiteren Einfluß auf die Behaglichkeit übt die Luftfeuchtigkeit aus, da von dieser die 

Wärmeabgabe durch Schwitzen abhängt. Bild 4 zeigt hierzu das Behaglichkeitsfeld. Eine 

relative Luftfeuchtigkeit von 60 % wird demnach bei Raumlufttemperaturen unterhalb 18 °C 

als zu trocken und oberhalb 23 °C als zu feucht oder zu schwül empfunden. Je höher die 

Raumlufttemperatur ist, desto niedriger liegt der Wert der relativen Luftfeuchtigkeit, der als 

Schwüle empfunden wird. 

Bild 4: Behaglichkeitsfeld Reimlufttemperatur/rel. Luftfeuchtigkeit 

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Schließlich wirken sich noch Geruchsstoffe und Staub auf die Behaglichkeit aus. Staub macht 

sich bei zu trockener Luft als Kratzen im Hals bemerkbar. Im Winter besitzt die Außenluft nur 

eine geringe absolute Feuchtigkeit. Wird diese Luft durch die Raumheizung erwärmt, sinkt die 

relative Feuchtigkeit stark ab. Daher wird insbesondere in stark geheizten Räumen im Winter 

die Luft als trocken empfunden. Abhilfe schaffen in diesen Fällen Wasserverdunstungskästen 

an den Heizkörpern. 

Geruchsstoffe werden von den Menschen laufend durch Schwitzen, Atmung, Sekretreste, 

Schleimhautzersetzungen usw. abgegeben. Ab einer gewissen Konzentration in der Luft 

werden die Geruchsstoffe als unangenehm empfunden. Folglich müssen Räume regelmäßig 

gelüftet werden. Infolge der Atmung wird von jedem Menschen etwa 20 l Kohlendioxid (CO 2 ) 

je Stunde an die Raumluft abgegeben. Die gleiche Menge wird entsprechend an Sauerstoff 

(O 2 ) verbraucht, so daß insbesondere in dichtbesetzten Räumen der Sauerstoffgehalt mit der 

Zeit etwas abnehmen kann. Allerdings ist bis herab zu 16 Vol % Sauerstoff in der Luft keine 

Beeinträchtigung des Wohlbefindens nachweisbar. Eine solch niedrige 

Sauerstoffkonzentration wird jedoch wegen der Undichtigkeit von Räumen nie erreicht. Daher 

ist das Lüften wegen "schlechter Luft infolge Sauerstoffmangels" als Begründung falsch. 

Störungen des Wohlbefindens in unzureichend belüfteten, dicht besetzten Räumen sind 

primär auf Behinderungen der Wärmeabfuhr infolge gestiegener und damit zu hoher 

Raumlufttemperatur sowie Luftfeuchte zurückzuführen. Ebenso trägt eine Anreicherung der 

Luft mit den Geruchsstoffen und mit dem ausgeatmetem Kohlendioxid bei. Wenn der CO 2 - 

Gehalt in der Luft in Verbindung mit Geruchsstoffen den Wert von ungefähr 0,15 Vol % 

überschreitet (entspricht etwa den Fünffachen des CO 2 -Gehaltes der Umgebungsluft), läßt 

sich die Raumluft von der als appetitlich empfundenen Umgebungsluft geruchsmäßig 

unterscheiden und wird dann als schlecht oder unangenehm empfunden. Personen, die von 

außen solch volle Räume betreten, nehmen die schlechte Raumluft besonders deutlich wahr. 

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