Hygrische Materialmodellierung und ihre Abhängigkeit vom Prozess und der Prozessdynamik

Mit der zunehmenden Anwendung der bauphysikalischen Bauteilsimulation in Forschung und Baupraxis steigen auch die Qualitätsanforderungen an dieses Werkzeug. Das hygrothermische Verhalten von Konstruktionen unter definierten äußeren Einflüssen soll, bei einem vertretbaren Kosten- und Zeitaufwand, nicht nur schnell, sondern auch genau und zuverlässig vorhersagbar sein. Einen großen Einfluss auf die Simulationsergebnisse haben dabei die verwendeten Materialfunktionen. Im vorliegenden Beitrag wird zunächst ein Materialmodell vorgestellt, mit dem die Verknüpfung aus thermodynamischen Grundlagen abgeleiteter Funktionen mit einfachen, in der Ingenieurpraxis bekannten Kennwerten sowie der Struktur des Baustoffes hergestellt wird. Das Modell besitzt dadurch die Vorteile der einfachen Handhabung bei gleichzeitiger Erweiterbarkeit auf andere Problemstellungen, da es bzgl. der Modellierung von Transportvorgängen keinen prinzipiell einschränkenden Voraussetzungen unterliegt. Es ist für die wissenschaftliche Weiterentwicklung offen und beispielsweise hinsichtlich der Modellierung des Salztransportes und von Salzkristallisationsprozessen erweiterbar. Im zweiten Teil des Artikels werden Ergebnisse aus Feuchteprofilmessungen mit Simulationsrechnungen auf der Basis des vorgestellten Modells verglichen. Die Grundlage dieser Untersuchungen bilden die Daten dynamischer Ad- und Desorptionsmessungen. Es wurden Feuchtegehalt und Feuchtepotenzial simultan in verschiedenen Positionen über der Zeit erfasst. Die Rohdaten der Experimente bestehen dabei aus Tripeln von Wassergehalt, Relativer Luftfeuchte und Temperatur, jeweils an verschiedenen Probekörperpositionen über der Zeit. Der anschließende Vergleich zwischen gemessenen und berechneten Daten zeigt deutlich die Einflüsse der Hysterese der Feuchtespeicherung sowie der Prozessdynamik. Daraus lassen sich Grenzen und Möglichkeiten der verwendeten Materialmodellierung aufzeigen, was im Anschluss diskutiert wird.