Bauphysik 2 Dampf Wasserdampf E K Tschegg Labor

Bauphysik 2. Dampf (Wasserdampf) E. K. Tschegg, Labor für Materialwissenschaften E 206 -4, TU Wien SS

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Wasserdampf: unsichtbares, geruchloses Gas Luftfeuchtigkeit ist für das Wohlbefinden des Menschen wichtig. Hohe Luftfeuchtigkeit unangenehmes Klima Niedrige Luftfeuchtigkeit Schleimhäute werden trocknen, nicht gut für Gesundheit Feuchtigkeit und Dampfdruck Stickstoff N? Sauerstoff O 2 Edelgase Ar, He Kohlendioxid, CO 2 Wasserdampf Dalton Gesetz 78 % 21 % 0, 9 % 0, 03% ? ? Partialdrücke

2. 1 Absolute Feuchtigkeit der Luft, relative Feuchtigkeit, Feuchtegrad, Sättigungsgrad, Taupunkt Masse des Wasser in der Luft Absolute Feuchtigkeit = D = f Wasserdampf p. D, Sättigungsdampfdruck ps [Pa] Für die Wasserdampfmenge, die von der Luft aufgenommen werden kann, besteht aber eine obere Grenze, die Sättigungsdampfmenge ps [g/m 3 oder kg/m 3]. Wenn diese überschritten wird, scheidet sich der überschüssige Dampf als Wasser aus. Diesen Vorgang nennt man Kondensation (Nebel, Wolken, Tautropfen, Niederschlag auf festen Oberflächen). Sättigungsdampfmenge s und entsprechender Sättigungsdampfdruck ps zeigen eine starke Temperaturabhängigkeit - warme Luft kann mehr Wasser aufnehmen als kalte.

Für den bauphysikalisch interessanten Temperaturbereich von ca. - 20°C bis + 50° C finden auch die beiden folgenden Näherungs-formel, Anwendung

Ist der Wassergehalt der Luft bei einer bestimmten Temperatur kleiner als die Sättigungsdampfmenge, so gibt die relative Luftfeuchigkeit L. an, wie viel Prozent Wasserdampf die Luft - bezogen auf die Sättigungsdampfmenge - enthält: Da im interessierenden Bereich die absolute Temperatur T nicht stark variiert (T = 250 - 300 K), gibt auch folgende Formel genügend genaue Werte:

Definition von durch den Partialdruck Wegen Einfachheit wird mit allg. Gasgleichung gerechnet (Fehler ~ l %) Einsetzen in f = m. D/V p. D, ps sind unabhängig vom Gesamtdruck. Darum sind Feuchtigkeitsangaben unabhängig vom Atmosphärendruck oder z. b. Kesseldruck

Feuchtegrad Satz: Die Temperatur, bei der die feuchte Luft Wasserdampf gesättigt ist, nennt man Taupunktstemperatur oder kurz Taupunkt

Üblichen Werten der relativen Luftfeuchtigkeit L (Innen- und Außenklima): Innenräume Wohn- und Arbeitsräume (Behaglichkeit) 40% < L < 50% (bei+20°C) Feuchte Luft (Badezimmer, Wäschereien etc. ) L ca. 90% (Spitzenw. ) Trockene Luft (im Winter, ohne Luftbefeuchtung) L < 30% Außenluft im Winter 70% < L < 90% (bei – 10°C) im Sommer 50% < L < 70% bei +10° bis +20°C)

Beim Kondensationsvorgang wird Energie in Form der Verdampfungswärme des anfallenden Wassers freigesetzt und es kommt zu einer oberflächlichen Temperaturerhöhung des beteiligten Baustoffes.

2. 1. 3 Das Mollier-Diagramm Bei Raumklimaberechnungen können auftretende Luftdruckänderungen vernachlässigt werden. Einfache Handhabung der Zusammenhänge von p und Wärmeinhalt i (Enthalpie) im MOLLIER-Diagramm ( auch i- Diagramm) Der Zustand feuchter Luft ist bekannt, wenn und eine der folgenden Größen bekannt sind . . . Taupunkt I, H. . Enthalpie . . realtive Feuchte i, h. . Enthalpie/kg p. D. . . Wasserdampfpartialdruck . . . Feuchtegrad f. . absolute Feuchte . . . Sättigungsgrad bezogen auf 0°C Ausgangstemperatur

Sättigungsverfahren: Taupunkthygrometer a) Taupunktspiegel Einfache oder Differenzschaltung

2. Absorptionsverfahren Volumen-Hygrometrie: Bestimmtes Volumen feuchter Luft wird durch Absorptionsmittel weitgehend wasserdampffrei gemacht, oder: Erfassung der Zustandsänderung durch Wasserdampfentzug.

3 Verdunstungsverfahren: Psychrometer nach Assmann Gleichgewicht wird eingestellt zwischen: a) Verdunstung p (bei Wassertemp. ) = p (bei Lufttemp. ) b) Wärmeaustausch solange bis TW = TLuft In Tabellen: Relative Feuchtigkeit kann auf Grund der Trocken- und Nasstemperatur bestimmt werden. Stoffschlauch Psychrometermethode: sehr genau, Anwendung meist als Eichgerät und in der Wetterkunde. Modelle ohne Ventilator: ungenau, Bedingungen werden nicht mehr immer erfüllt.

4 Hygroskopische Verfahren Gravimetrisches Hygrometer: Wassergehalt eines Materials, das lange genug der feuchten Luft ausgesetzt war, ist Maß für Luftfeuchte. Haarhygrometer: Menschenhaar quillt in Längsrichtung bei Wasseraufnahme von 0 – 100% = um ca. 2%. Längenänderung ist nicht linear , keine besondere Genauigkeit, muss von Zeit zu Zeit regeneriert werden ( = 100% ausgesetzt). Hysterese ungeeignet für hohe Luftfeuchtigkeitsmessungen! Kohleschichthygrometer: Farbhygrometer: Salze ändern ihre Farbe bei Wasseraufnahme Kobaltbromid bzw. Kobaltchlorid: Co. Br , grün Co. Br*H? 0, blau Co. Br. 2 H? 0, purpurblau Co. Br. 6 Hg. O rot

2. 2 Kondensation an Bauteiloberflächen An raumseitigen Oberflächen kann Kondenswasser anfallen, wenn die Oberflächentemperatur 0 I tiefer sinkt als die Taupunkttemperatur S der Raumluft. Die Baukonstruktionen sind nun so zu dimensionieren, dass unter Beachtung entsprechender Feuchterandbedingungen (Innen/Außenklima) kein Oberflächenkondensat auftritt. Die an der Wandoberfläche kondensierende Wassermenge berechnet sich zu: ß Wasserdampf-Übergangskoeffizient (siehe Kapitel 3. 5 )

Maximaler Wärmedurchgangskoeffizient kmax bzw. kleinster Wärmedurchlasswiderstand 1/ min von Außenwänden, um raumseitige Tauwasserbildung zu vermeiden, abhängig von der relativen Feuchte I der Raumluft bei verschiedenen Werten von I. Raumseitige Oberflächentemperatur S von Außenwänden, abhängig von ihrem Wärmedurchgangskoeffizienten k bei I = 6 Wm-2 K-1 und I = 8 Wm-2 K-1 und A = 23 Wm-2 K-1

Bedingungen: Innenlufttemperatur Innere Lufttemperatur Wärmeübergangswiderstand relative Luftfeuchtigkeit innen Außenlufttemperatur Bei einer genügend isolierten Wand tritt im Regelquerschnitt normalerweise keine Oberflächenkondensation ein, höchstens bei übermäßig hohen Luftfeuchtigkeiten (Wäschereien, Küchen, Badezimmer ). Kritische Stellen: Gebäudeecken und Wärmebrücken ("Wärmebrücken und Außenecken"). Kritische Bemerkungen zum Oberflächenkondensationskriterium: Ohne zusätzliche Verdunstungsfeuchte im Raum ist bei winterlichen Klimabedingungen keine Kondensation möglich. Die Neigung zu Kondensation ist umso größer, je tiefer die Raumtemperatur (Nachtabsenkung).

2. 4 Chemische und biologische Wirkungen des Wasser universelles Lösungsmittel. Speziell Salzen, Säuren und Basen sind wasserlöslich. Das Wasser transportiert diese Stoffe, scheidet sie wieder aus anderen Stoffen reagieren. • Auflösen, transportieren und ausscheiden von Kalk (Ca(OH)2) Verstopfung von „Leitungen“ zu "Ausblühungen" an Wänden und zur Versinterung von Rissen und Spalten. • Lösen von Humussäuren aus dem Erdboden organische Stoffe, • Baumaterialien angreifen • Lösen von Säuren aus Abgasen, speziell SO 3 von Ölverbrennungen. • Säuren lösen Zement, Beton, Mauerwerk und Naturstein Korrosion von Metallen (Rosten von Stahl). • Treibvorgänge im Zementstein: Dieser Vorgang ist jeweils mit einer Volumenzunahme verbunden, die am Reaktionsort einen u. U. sprengenden Druck ausübt (Kalktreiben, Gipstreiben etc. ). Gefürchteter Lösungstransport: galvanische Elemente z. B. bei erdvergrabenen Öltanks. Wasser wirkt oft als Mittler zwischen unverträglichen festen Stoffen, z. B. zwischen Zement und Aluminium.

Ideales Lösungsmittel „Wasser“: auch eine entscheidende Rolle bei allen biologischen Vorgängen - so beim Wachstum von pflanzlichen und tierischen Organismen. Pilze (Schwämme) befallen Holz und andere organische Baustoffe. Diese werden abgebaut und verlieren ihre Festigkeit. Schimmelpilze zerstören Nahrungsmittel. Wurzelnde Pflanzen dringen in Mauern und Dächer ein, sie durchlöchern Dichtungsschichten und sprengen mit den Wurzeln massive Bauteile. Gleichzeitig entsteht Humus mit Humussäuren.

2. 4 Vorkehren gegen schädliche Einwirkungen von Wasser 1. ) Ableiten Dazu gehören: Regenwasser sammeln und ableiten von Dächern. Dachvorsprünge, Vordächer zum Schutz der Fassaden. Drainagen im Boden zur Ableitung des Sickerwassers. Bodenabläufe in Räumen, wo mit Wasser gearbeitet wird. 2. ) Abdichten Aufbringen von wasserdichten Schichten, welche das Eindringen von Wasser verhindern sollen. 3. ) Unterbrechen der Wasserströmung Wandernde Feuchtigkeit, insbesondere aufsteigende Kapillarwasser, lässt sich auch dadurch bekämpfen, dass man Ebenen mit belüfteten größeren Öffnungen legt (Bohrlöcher). Dort werden die Kapillaren unterbrochen und das Wasser kann verdunsten.