Bauphysik-Kalender 2022. Nabil A. Fouad

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СКАЧАТЬ Sinne nicht ganz korrekt ist, bietet es sich an, dieses Verhalten auch bei den hygrothermischen Materialkennwerten nicht explizit über den Flüssigtransport, sondern vereinfacht über einen variablen Dampfdiffusionswiderstand zu berücksichtigen. Dementsprechend sollte hier neben der Dry-Cup- immer zusätzlich auch eine Wet-Cup-Messung durchgeführt werden. Diese ermittelt den Diffusionswiderstand im Feuchtbereich bei wiederum 50 % r. F. in der Klimakammer, nun aber etwa 95 % r. F. über einer gesättigten Salzlösung im Prüfgefäß.

      Nicht sinnvoll ist diese Vorgehensweise bei Materialien, die üblicherweise eine Dämmfunktion übernehmen und auch in größeren Schichtdicken eingebaut werden. Im Unterschied zu dünnen Plattenwerkstoffen, bei denen ohne Temperaturgradient Dampf- und Flüssigtransport gleichgerichtet sind, verlaufen die beiden Transportvorgänge mit Temperaturgradient einander entgegengesetzt. Der Flüssigtransport würde durch diese vereinfachte Vorgehensweise z. B. bei einer kapillaraktiven Innendämmung die Feuchteanreicherung im Dämmstoff nicht durch Rückleitung bremsen oder kompensieren, sondern im Gegenteil sogar noch verstärken. Dementsprechend muss bei dickeren, dämmenden Materialien auf eine separate Berücksichtigung der beiden Transportvorgänge geachtet werden.

3.2.1.4 Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität

      Auf die wärmetechnischen Materialparameter soll hier nur kurz insoweit eingegangen werden, als diese durch die Feuchte ebenfalls und u. U. auch maßgeblich mit beeinflusst werden können.

      Die Wärmeleitfähigkeit ist für Holz- und Holzwerkstoffe in der Regel bekannt und die Parameter sind in den Materialdatenbanken bzw. den Datenblättern der Hersteller angegeben. Zu den reinen Labormesswerten kommen in Deutschland allerdings Zuschläge hinzu, die die durch Feuchtewechsel bedingten Latentwärmeeffekte berücksichtigen bzw. kompensieren sollen. Durch die reine Messung im Labor ist es bei diffusionsoffenen Materialien aber schwierig bis unmöglich, zwischen der reinen Wärmeleitung und dem parallel auftretenden Wärmetransport durch Dampftransport mit Phasenwechsel (also Verdunstung und Kondensation) zu unterscheiden. Da die Materialien bei der Messung üblicherweise einfach bei Raumklima konditioniert werden, sind die Latentwärmeeffekte bei der nur vermeintlich trockenen Labormessung bereits enthalten. Anstatt den Messwert aber entsprechend abzumindern, wird der Feuchteeinfluss in Form des Zuschlags nochmals aufgeschlagen. Diese Vorgehensweise führt oft zu ungerechtfertigt hohen Wärmeleitfähigkeiten solcher Produkte [23]. Diese Thematik wird derzeit im Rahmen eines Forschungsprojekts der Holzforschung Austria und des Fraunhofer IBP nochmals in Labor und Freiland überprüft. Ziel ist, möglichst realistische Bemessungswerte für die Wärmeleitfähigkeit von Naturfasermaterialien zu ermitteln und überhöhte Zuschlagswerte abzubauen.

      Während sich die Latentwärmeeffekte bei der Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit negativ auswirken, führen sie bei Messung der Wärmekapazität zu einer positiven Erhöhung der Werte sorptionsfähiger Dämmstoffe. Die höhere Wärmekapazität von Naturfaserdämmstoffen wird immer wieder als Vorteil gegenüber konventionellen Dämmstoffen wie Hartschaum oder Mineralwolledämmung angeführt. Begründung: Die höhere thermische Trägheit der Materialien wirkt einer schnellen Erwärmung oder Abkühlung, also dem sogenannten Barackenklima, entgegen und verbessert damit das Raumklima. Im Prinzip stimmt diese Aussage – allerdings ist dabei darauf zu achten, dass die Wärmekapazität von vollständig trockenem Holz im Bereich von etwa 1400 J/(kgK) liegt – früher angegebene mitunter deutlich höhere Werte (in Einzelfällen bis zu 2000 J/(kg K)) wurden an Materialien ohne Vortrocknung oder sogar mit erhöhten Feuchtegehalten ermittelt, sodass nicht nur die Wärmekapazität des Materials sondern zusätzlich die Latentwärmeeffekte, in diesem Fall die Verdunstungskühlung beim Desorbieren der Feuchte von den Fasern, mitgemessen und fälschlicherweise der Wärmekapazität zugeschlagen wurden. Zwar findet dieser Effekt auch im Einbauzustand bei Erwärmung in gewissem Umfang statt. Allerdings wird er bei hygrothermischen Simulationen sowieso mitberücksichtigt und darf daher nicht durch ungenaue Messdaten gedoppelt oder sogar ausgehend von zu feuchten Materialen überhöht in die Ergebnisse eingehen. Von daher ist es wesentlich, bei solchen Messungen möglichst genau zwischen trockener Wärmekapazität und durch Feuchtewechsel beeinflusster Latentwärme zu unterscheiden.

      Weiterhin ist zu beachten, dass die ersten Holzfaserdämmstoffe noch vergleichsweise hohe Rohdichten aufwiesen, sodass nicht nur die Wärmekapazität selbst, sondern auch die Masse der Dämmstoffe i. d. R. deutlich höher als bei konventionellen Dämmstoffen lag. Beides zusammen konnte die thermische Trägheit von Konstruktionen, die mit solchen Materialien gedämmt waren, durchaus positiv beeinflussen. Die Rohdichten der Materialien haben allerdings inzwischen weiter abgenommen und Untersuchungen [44] haben gezeigt, dass der diesbezügliche Vorteil des Einsatzes solcher Materialien in realistischen Einbausituation oft nur geringfügig ist.

3.2.1.5 Generische Datensätze für Holzwerkstoffe

Die beschriebenen Materialeigenschaften liegen für zahlreiche Hölzer und Holzwerk- bzw. Naturfaserdämmstoffe in den Datenbanken der Simulationswerkzeuge vor. Aber es gibt natürlich immer noch viele Produkte, für die die hygrothermischen Materialeigenschaften nicht oder nicht in vollem Umfang zur Verfügung stehen. Erschwerend kommt hinzu, dass Holz selber als Naturprodukt inhomogen und natürlich je nach Herkunft, Alter und Wachstumsbedingungen gewissen Schwankungen der Eigenschaften unterworfen ist. Auch bei den Holzwerkstoffen macht sich dieser Einfluss noch bemerkbar – außerdem werden hier die Rezepturen immer wieder geändert, was zwar eine Kontrolle der mechanischen, in der Regel aber nicht der bauphysikalischen Parameter nach sich zieht. Da zudem konkrete Produkte in der Planungsphase oft noch gar nicht feststehen, wird eine allgemeingültige Bemessung u. U. schwierig.

Bild 9. Simulierte Feuchteverhältnisse bei Verwendung des generischen AIF-Datensatzes für eine flexible Holzfaserdämmmatte mit einem exemplarischen produktspezifischen Datensatz „Dämmung A" für den Einsatz im diffusionsdichten Flachdach. Im unkritischen Feuchtebereich führen die Datensätze zu nahezu deckungsgleichen Ergebnissen, bei höheren Feuchten können die Ergebnisse dagegen etwas stärker divergieren.

      Ziel eines AiF-Forschungsvorhabens [77,78] war es daher zum einen, auf Basis von zahlreichen Labormessungen an Materialien aus den verschiedenen Holzwerkstoff-Produktgruppen, funktionale Zusammenhänge zwischen typischerweise bekannten Größen wie der Rohdichte oder der Partikelgröße des Werkstoffs und seinen bauphysikalischen Eigenschaften herzustellen. Auf diese Weise wird den Herstellern eine einfachere Optimierung ihrer Produkte ermöglicht. Zum anderen sollten repräsentative Datensätze für die verschiedenen Produktgruppen erstellt werden, mithilfe derer eine Bemessung von Bauteilen durchgeführt werden kann. Nur im Einzelfall oder bei besonderen Anforderungen an die Eigenschaften ist es erforderlich, im Anschluss noch eine produktspezifische Bemessung durchzuführen.

Im Zuge des Forschungsvorhabens wurden generische Datensätze für acht Produktgruppen von Holzwerk- und Faserdämmstoffen erstellt, die bei der Beurteilung kritischer Konstruktionen im Vergleich zur Verwendung produktspezifischer Datensätze jeweils etwas auf der sicheren Seite liegende Ergebnisse erzeugen. Die Materialien können jedoch je nach Einbausituation, wie z. B. innen oder außen in der Konstruktion, unterschiedlich kritische Parameter aufweisen. Bei der Anwendung im geneigten, nach außen diffusionsoffenen Dach, resultiert die Feuchte in den Materialien vor allem aus dem hohen Luftfeuchteniveau des Außenklimas im Winter, d. h. der Feuchtegehalt wird höher, wenn das Niveau der Sorptionsisotherme steigt. Bei Flachdächern dringt die Feuchte dagegen durch die Dampfbremse vom Innenraum her ein – die eindiffundierende Menge ändert sich kaum mit den Eigenschaften der Materialien oberhalb der Dampfbremse. Das beim belüfteten Dach leicht günstigere hohe Niveau der Sorptionsisotherme führt beim generischen Datensatz dazu, dass die gleiche Feuchtemenge zu einem höheren Anstieg der relativen Feuchte im Außenbereich des Bauteils führt. Relevante Diskrepanzen treten allerdings vor allem dann auf, wenn in den Konstruktionen kritische Feuchtegehalte erreicht werden. Für СКАЧАТЬ