Approximierung durch gemessene Werte Ww und uf

[Barbara]

Liebes WUFI Support Team

Im Rahmen einer Untersuchung von historischen Blockbauten habe ich Messungen der Wasseraufnahmekoeffizienten an (historischen) Fichtenholzproben nach EN ISO 15148 durchgeführt. Zusätzlich werde ich die freie Wassersättigung bestimmen. Leider reicht Zeit und Budget nicht aus, um Sorptionsmessungen (z.B. Bezugsfeuchtegehalt) oder andere aufwendige Messungen durchzuführen. Daher musss ich mich hinsichtlich der anderen Materialkenndaten auf die Werte von "Fichte radial" zurückgreifen.

Nun habe ich folgende Fragen zur richtigen Verwendung der Messergebnisse in meinen WUFI-Simulationen:
- Ist es sinnvoll sowohl den Flüssigtransportkoeffizienten für Saugen als auch für Weiterleiten zu approximieren? Oder nur den Flüssigtransportkoeffizienten für Saugen?
- Auf welches Volumen ist die gemessene Wassermenge im Zustand der freien Wassersättigung zu beziehen? Das Volumen der nassen Proben? Oder das Volumen der darrtrockenen Proben? Oder ein anderer Zustand...?
- Vor dem Hintergrund, dass das Anpassen einzelner Parameter die Gefahr von unrealistischen Veränderungen des Materialdatensatzes birgt..: Ist es sinnvoll in der Feuchtespeicherfunktion den Wert bei 100% rF anzupassen mit den Werten der gemessenen freien Wassersättigung? Ist es sinnvoll zusätzlich die Rohdichte des Holzes zu bestimmen und anzupassen?
- Bei welcher Umgebungsfeuchte werden die Rohdichten der Materialien in der WUFI DB üblicherweise bestimmt?


Besten Dank für eure Hilfe und beste Grüsse
Barbara

[Thomas]

- Ist es sinnvoll sowohl den Flüssigtransportkoeffizienten für Saugen als auch für Weiterleiten zu approximieren? Oder nur den Flüssigtransportkoeffizienten für Saugen?

Hallo Barbara,

die Transportkoeffizienten fürs Saugen werden von WUFI benutzt, wenn es regnet (wenn in der Klimadatei für die betreffende Stunde eine Regenrate größer Null steht), sonst die fürs Weiterverteilen. Sofern nicht ausschließlich eine Regenperiode betrachtet wird, müssen also sowohl Koeffizienten fürs Saugen als auch fürs Weiterverteilen vorhanden sein.

Bei Holz und Holzwerkstoffen wird der Flüssigtransport auch durch das mit der Feuchteänderung verbundene Quellen und Schwinden beeinflusst, was von WUFI (das in erster Linie für mineralische Baumaterialien ausgelegt ist) nicht berücksichtigt werden kann.

In der Materialinfo zur "Fichte radial" ist erläutert:

"Flüssigtransportkoeffizienten abgeleitet aus Feuchteverhalten bei Freibewitterungsversuchen. Feuchteabhängigkeit von my ist in Dw enthalten. Dww gleich Dws gesetzt (beinhaltet Quelleffekte). Großer Einfluss des Quellzustands!"

Die Flüssigtransportkoeffizienten wurden also so angepasst, dass sie das beobachtete Verhalten unter Bewitterung bestmöglich nachvollziehen konnten. Dabei wurde festgestellt, dass in diesem Fall für das Weiterverteilen die besten Ergebnisse erzielt wurden, wenn die Weiterverteilungskoeffizienten identisch mit den Saugkoeffizienten angesetzt wurden (und nicht kleiner, wie sonst üblich). Das Schwinden während der Entfeuchtung drückt offenbar zusätzlich Feuchte aus dem Holz und unterstützt damit den Weiterverteilungstransport während des Trocknens.

Wenn dieses Verhalten auch für den neu anzulegenden Datensatz übernommen werden soll, dann dürfen die Weiterverteilungskoeffizienten ausnahmsweise nicht separat für sich aus dem Wasseraufnahmekoeffizienten generiert werden, weil WUFI sie sonst wie üblich kleiner ansetzt als die Saugkoeffizienten. Man müsste die Saugkoeffizienten aus dem Wasseraufnahmekoeffizienten generieren lassen und die resultierenden Tabellenwerte auch in die Tabelle für die Weiterverteilungskoeffizienten kopieren.

- Vor dem Hintergrund, dass das Anpassen einzelner Parameter die Gefahr von unrealistischen Veränderungen des Materialdatensatzes birgt..: Ist es sinnvoll in der Feuchtespeicherfunktion den Wert bei 100% rF anzupassen mit den Werten der gemessenen freien Wassersättigung? Ist es sinnvoll zusätzlich die Rohdichte des Holzes zu bestimmen und anzupassen?

Bei vielen Hölzern und Holzwerkstoffen skaliert die Feuchtespeicherfunktion mit der Rohdichte, so dass die in Massenprozent ausgedrückten Wassergehalte bei gegebener relativer Feuchte recht ähnlich sind. Wir haben daher für einige Holzmaterialien in der Materialdatenbank die folgende Standard-Sorptionsisotherme für Holzwerkstoffe benutzt:

Code: Select all

rF = 0.5  = 50 %:   w =  8 M-%
rF = 0.8  = 80 %:   w = 15 M-%
rF = 0.9  = 90 %:   w = 22 M-%
rF = 0.97 = 97 %:   w = 29 M-%
teilweise wf = 0.788 * wmax

Die Feuchtespeicherfunktionen für Weichholz und Hartholz wurden beispielsweise daraus abgeleitet. Aus dieser Tabelle und der Sonderbehandlung für die freie Sättigung wf wird man den Schluss ziehen dürfen:

• Die Feuchtespeicherfunktion eines Holzmaterials kann näherungsweise aus derjenigen eines anderen (nicht zu unähnlichen) Holzmaterials abgeleitet werden, indem man sie mit dem Verhältnis der beiden Rohdichten skaliert.
• Das gilt nicht für die freie Sättigung, aber wenn man dafür ohnehin einen Messwert vorliegen hat, benutzt man eben diesen.
• Für die Rohdichte kann im neu angelegten Material ohne Bedenken der gemessene Wert benutzt werden.

Übrigens ist die Formel, die WUFI für das Generieren der Flüssigtransportkoeffizienten benutzt, unabhängig vom Bezugsfeuchtegehalt w(80%), so dass der Verlauf der resultierenden Kurve von w(80%) unabhängig ist. Der vom Benutzer eingegebene Zahlenwert für w(80%) wird nur insofern benutzt, als er der Startwert der Kurve ist, darunter wird sie Null gesetzt. Es wird also ohne weiteres genügen, für w(80%) einen wie oben beschrieben geschätzten Wert zu verwenden.

- Auf welches Volumen ist die gemessene Wassermenge im Zustand der freien Wassersättigung zu beziehen? Das Volumen der nassen Proben? Oder das Volumen der darrtrockenen Proben? Oder ein anderer Zustand...?
- Bei welcher Umgebungsfeuchte werden die Rohdichten der Materialien in der WUFI DB üblicherweise bestimmt?

Da werde ich bei den Kollegen aus dem Labor nachfragen...

Gruß in die Schweiz,
Thomas

[Thomas]

Hallo Barbara,

hier die Antworten aus dem Labor:

- Auf welches Volumen ist die gemessene Wassermenge im Zustand der freien Wassersättigung zu beziehen? Das Volumen der nassen Proben? Oder das Volumen der darrtrockenen Proben? Oder ein anderer Zustand...?

Wir verwenden das Volumen der darrtrockenen Proben. (Bei uns wird übrigens bei 40 °C schonend getrocknet statt bei 103 °C gemäß Norm).

- Bei welcher Umgebungsfeuchte werden die Rohdichten der Materialien in der WUFI DB üblicherweise bestimmt?

Die Rohdichten werden ebenfalls an darrtrockenen Proben gemessen. Die Rohdichte dient ja beispielsweise auch zur Umrechnung der "Wärmekapazität trocken" von den im Materialdatensatz gegebenen J/(kg K) in die von den Transportgleichungen benötigten J/(m³ K), wozu konsistenterweise die trockene Rohdichte verwendet werden sollte.

Gruß,
Thomas

[Barbara]

Vielen Dank für die ausführliche Antwort und die Erklärungen, Thomas. Diese helfen mir sehr.

Beste Grüsse nach Holzkirchen,
Barbara

[Thomas]

Gern geschehen,

Gruß zurück,
Thomas