Transcript Wasserdampf

Bauphysik
2. Dampf (Wasserdampf)
E.K. Tschegg,
Labor für Materialwissenschaften E206-4, TU Wien
SS
• Unterlagen Bauphysik
• www.hochbau.tuwien.ac.at
• Prof. Elmar Tschegg
• [email protected]
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 O2
Edelgase Ar, He
Kohlendioxid, CO2
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 pD, Sättigungsdampfdruck ps [Pa]
Für die Wasserdampfmenge, die von der Luft aufgenommen werden kann,
besteht aber eine obere Grenze, die Sättigungsdampfmenge ps [g/m3 oder
kg/m3]. 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 Näherungsformel, 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 %)
m
n
M
pV 
m
RT
M
Einsetzen in f = mD/V
pD
f 
RDT
mDS
pDS
fs 

V
RDT

pV  m RDT


pDV  mDRDT
mD
pD

V
RDT
f
pD
 
fs pDS
pD, 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.)
Trockene Luft (im Winter, ohne Luftbefeuchtung)

L ca. 90% (Spitzenw.)
L < 30%
Außenluft
im Winter
im Sommer
70% < L < 90% (bei –10°C)
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
pD... 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: CoBr , grün CoBr*H?0, blau CoBr.2
H?0, purpurblau CoBr.6 HgO rot
2.2 Kondensation an Bauteiloberflächen
An raumseitigen Oberflächen kann Kondenswasser anfallen, wenn die Oberflächentemperatur 0I
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 Wassers
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 SO3 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.