Zentrum für leichte und umweltgerechte Bauten ZELUBA®

Forschungsprojekt

Entwicklung von Modellen zur Generierung hygrothermischer Kennwerte von Holzwerkstoffen zur numerischen Simulation des Bauteilverhaltens

In diesem Forschungsprojekt wurden erstmalig die gesamten hygrothermischen Kennwerte aller Holzwerkstoffe untersucht. Dabei wurden generische Materialdatensätze erzeugt, die bei der Ergebnisauswertung im Vergleich zu den gemessenen Datensätzen tendenziell auf der ungünstigen Seite liegen. Die generischen Datensätze können für die Bemessung von Konstruktionen herangezogen werden und sollten in der überwiegenden Zahl der Fälle repräsentative Ergebnisse erzeugen. Das Projekt hat jedoch auch neue Fragen aufgeworfen, die der weiteren Untersuchung bedürfen und die zu weiteren Diskussionen anregen sollen. 

© Foto Fraunhofer WKI | Norbert Rüther

Das Diagramm zeigt den w-Wert in kg/(m²*h^0,5), aufgetragen über dem Anteil an Hydrophobierungsmittel in Prozent. In der unteren Darstellung sind die beiden Achsen logarithmisch dargestellt.

© Foto Fraunhofer WKI | Norbert Rüther

Mit dem Plattengerät gemessene Werte der Wärmeleitfähigkeit, aufgetragen über die Rohdichte der Proben.

© Foto Fraunhofer WKI | Norbert Rüther

Werte aus Abbildung 2; zusätzlich drei errechnete Verläufe der Wärmeleitfähigkeit bei 15% Holzfeuchte und 20% Holzfeuchte (durchgezogene Linien) und mit Hilfe des THB-Verfahrens ermittelte Werte der Wärmeleitfähigkeit.

Eine wichtige Frage ist, welchen Stellenwert hygrothermische Kennwerte haben. Während Festigkeits- und Steifigkeitskennwerte von sicherheitsrelevanten Baustoffen in großen Versuchsreihen ermittelt und statistisch ausgewertet werden, werden die meisten hygrothermischen Kennwerte stichprobenartig an wenigen zufällig ausgewählten Proben ermittelt.

Aufgrund der großen Streuung der Materialparameter und der unterschiedlichen Einbausituationen, bei denen jeweils unterschiedliche Materialparameter kritisch sein können, kann nicht in allen Fällen gewährleistet werden, dass die generischen Datensätze ungünstigere Ergebnisse erzielen als gemessene Datensätze eines spezifischen Produkts. Bei der Anwendung im geneigten, belüfteten Dach resultiert die Feuchte in den Materialien beispielsweise vor allem aus dem hohen Luftfeuchteniveau des Außenklimas im Winter. Der Wassergehalt steigt, wenn das Niveau der Sorptionsisotherme angehoben wird. Bei Flachdächern kommt die Feuchte hingegen durch die Dampfbremse aus dem Innenraum. Die Menge ändert sich kaum mit den Eigenschaften der Materialien oberhalb der Dampfbremse. Das zuvor kritischere hohe Niveau der Sorptionsisotherme führt nun dazu, dass die gleiche Feuchtemenge zu einem geringeren Anstieg der relativen Feuchte im Außenbereich des Bauteils führt und die generischen Materialien etwas günstiger bleiben. Eine Erzeugung von Materialdatensätzen, die in allen Fällen kritisch sind, ist deshalb nicht möglich. Hinzu kommt, dass die jeweiligen generischen Datensätze lediglich auf Grundlage von ein bis drei gemessenen Datensätzen generiert und überprüft werden konnten.

Die generischen Datensätze können für die Bemessung von Konstruktionen herangezogen werden und sollten in der überwiegenden Zahl der Fälle repräsentative Ergebnisse erzeugen. Vor allem bei hygrothermisch günstigen Ergebnissen ist allenfalls von geringen Abweichungen zwischen den generischen und einzelnen spezifischen Materialien auszugehen. Werden dagegen Ergebnisse erzielt, die nahe an kritischen Grenzen liegen, werden in den Materialien Feuchteniveaus erreicht, bei denen die Unterschiede zwischen den generischen und einzelnen gemessenen Daten größer sein können. Ist es in einzelnen Fällen nicht möglich, das Bauteil in geeigneter Weise zu verbessern, sollte versucht werden, spezifische Materialkennwerte für das reale Produkt zu verwenden, um eine noch sicherere Bewertung zu ermöglichen.

Status:
Abgeschlossen

 

Projektpartner:
Fraunhofer IBP

 

Förderung:
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaften industrieller Forschungsvereinigungen (AiF), vertreten durch den internationalen Verein für technische Holzfragen (iVTH)