Software / WUFI / Grundlagen / Materialkenndaten / Grundkennwerte
Diese Materialkennwerte müssen als Minimum vorhanden sein, damit eine hygrothermische Simulation überhaupt möglich ist:
Rohdichte [kg/m³],
dient zur Umrechnung der massenspezifischen in die volumenspezifische Wärmekapazität.
Die Rohdichte wird für die meisten Baumaterialien bekannt sein. Falls nicht, so kann sie leicht gemessen werden. Da sie nur in die für die Rechnung benutzte spezifische Wärmekapazität eingeht und hygrothermische Simulationen in der Regel nicht sehr empfindlich von deren Wert abhängen, muß sie nicht mit großer Genauigkeit vorliegen.
Porosität [m³/m³],
aus ihr ergibt sich der maximale Wassergehalt wmax
(durch Multiplikation mit rhowasser = 1000 kg/m³).
Da die meisten Rechnungen nicht sehr empfindlich vom genauen Wert für den maximalen Wassergehalt abhängen (man wird selten Wassergehalte oberhalb der freien Sättigung antreffen), genügt es in der Regel, die Porosität zu schätzen, wenn für das betreffende Material kein Wert vorliegt.
Die Porosität kann aus der Reindichte rhorein und der
Rohdichte rhoroh geschätzt werden:
rhoroh = m / Vges = m / (Vrein +
Vporen) = rhorein / (1 + Vporen/Vrein) =
rhorein * Vrein/Vges = rhorein * (1 -
Vporen/Vges) = rhorein * (1 - Porosität),
und somit
Porosität = 1 - rhoroh / rhorein.
rhorein wiederum kann durch Vergleich mit anderen Materialien
geschätzt werden, welche dieselbe Zusammensetzung und nur eine andere Rohdichte haben, sofern deren Rohdichte
und Porosität bekannt sind.
Beispiel: ein Porenbetonblock mit rhoroh = 600 kg/m³ und
Porosität = 0.72 hat rhorein
= 600 / (1 - 0.72) kg/m³ = 2140 kg/m³. Die Porosität eines Porenbetonblocks mit
rhoroh = 400 kg/m³ kann daher abgeschätzt werden als
Porosität = 1 - 400/2140 = 0.81.
Falls die Reindichte gemessen werden soll, so kann dies beispielsweise mit einem Helium-Pyknometer erfolgen.
Wärmekapazität [J/kgK],
die massenspezifische Wärmekapazität des trockenen Materials.
Die Verwendung der massenspezifischen Wärmekapazität bietet den Vorteil, daß dieser Wert nur von der chemischen Zusammensetzung des Materials abhängt, nicht aber von seiner Porosität. So haben beispielsweise Porenbetonblöcke mit Rohdichten von 400 kg/m³ und 600 kg/m³ dieselbe massenspezifische Wärmekapazität.
Zur Umrechnung in die volumenspezifische Wärmekapazität (wie sie in den Transportgleichungen auftritt), multipliziert WUFI die massenspezifische Wärmekapazität mit der Rohdichte.
Richtwerte sind 850 J/kgK für mineralische Materialien und 1500 J/kgK für organische Materialien. In den meisten Fällen werden diese Richtwerte ausreichend sein, da hygrothermische Simulationen in der Regel nicht sehr empfindlich von dieser Größe abhängen.
Die zusätzliche Wärmekapazität von eventuell im Porenraum enthaltener Feuchtigkeit wird von WUFI automatisch berücksichtigt.
Wärmeleitfähigkeit trocken [W/mK],
die Wärmeleitfähigkeit des Baustoffs im trockenen Zustand. Eine Feuchteabhängigkeit kann ggf.
optional berücksichtigt werden.
Bitte beachten Sie, daß - je nach Meßmethode - experimentell bestimmte Wärmeleitfähigkeiten diffusionsoffener Materialien den Beitrag von Dampftransport mit Phasenwechsel beinhalten können (d.h. Feuchte verdunstet auf einer Seite der Probe und kondensiert an der anderen Seite, wodurch im Endeffekt Latentwärme transportiert wird, ohne daß ein entsprechender Wärmestrom durch die Probe infolge Wärmeleitung aufträte). Da WUFI diesen thermischen Effekt des Dampftransports explizit berücksichtigt, sollte er möglichst in der Wärmeleitfähigkeit nicht bereits enthalten sein. Es ist allerdings in der Regel schwierig oder gar unmöglich, diesen Effekt aus den gemessenen Daten zu eliminieren.
Darüber hinaus können tabellierte Rechenwerte, wie z.B. die in der DIN 4108 angeführten, bereits
einen Zuschlag enthalten, der den Beitrag eines typischen Feuchtegehaltes berücksichtigt. Sie sind dann streng
genommen keine Trockenwerte mehr.
Wenn Sie die Rechnung mit einer konstanten (d.h. nicht feuchtegehaltsabhängigen) Wärmeleitfähigkeit
durchführen wollen (z.B. weil Sie über keine detaillierten Daten zur Feuchteabhängigkeit
verfügen), so können Sie diese Rechenwerte verwenden und so die Feuchteabhängigkeit wenigstens
in erster Näherung berücksichtigen. Falls Sie jedoch explizit eine Tabelle mit feuchteabhängigen
Wärmeleitfähigkeiten verwenden, sollten Sie sicherstellen, daß der Wert für den Feuchtegehalt
= 0 auch wirklich der Trockenwert ist, da der Feuchtegehalt sonst doppelt berücksichtigt wird.
Andererseits: Hygrothermische Simulationen (insbesondere die resultierenden Feuchtegehalte und -verteilungen) hängen in der Regel nicht sehr empfindlich von den genauen Werten der Wärmeleitfähigkeiten ab, so daß der Unterschied meist zu vernachlässigen sein wird, sofern Sie nicht speziell an den Wärmeströmen interessiert sind.
Diffusionswiderstandszahl trocken [-],
die Diffusionswiderstandszahl (µ-Wert) des Baustoffs im trockenen Zustand.
Der µ-Wert gibt an, um welchen Faktor der Diffusionswiderstand im Material höher ist als in ruhender Luft. Eine Feuchteabhängigkeit kann ggf. optional berücksichtigt werden.
Bitte beachten Sie: selbst wenn Sie keinen feuchteabhängigen µ-Wert verwenden, wird WUFI ihn bei
Wassergehalten über der freien Sättigung wf als
feuchteabhängig behandeln:
WUFI reduziert den Diffusionsleitkoeffizienten im Material, δ/µ (*), proportional
zum Feuchteüberschuß über wf, bis er bei
maximaler Sättigung
wmax den Wert 0 erreicht, µ also unendlich groß wird.
Damit wird - in einer ersten Näherung - berücksichtigt, daß bei
sehr hohen Wassergehalten auch die großen Kapillaren zunehmend mit Wasser gefüllt sind und nicht
mehr zum Dampftransport beitragen können.
(*) δ ist der Diffusionsleitkoeffizient in ruhender Luft, δ/µ ist der um den Faktor µ
geringere Diffusionsleitkoeffizient im porösen Material.
