Wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke

Die wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke s_d ist ein in der Bauphysik gebräuchliches Maß für den Widerstand, den eine Bauteilschicht der Wasserdampfdiffusion entgegensetzt. Sie wird kürzer auch als s_d-Wert bezeichnet.

Sie beschreibt den Diffusionswiderstand anschaulich, indem sie die Dicke angibt, welche eine ruhende Luftschicht haben muss, damit sie im stationären Zustand und unter denselben Randbedingungen von demselben Diffusionsstrom durchflossen wird wie die betrachtete Bauteilschicht.

Berechnung

Der Wasserdampfdiffusionsstrom durch eine Bauteilschicht kann beschrieben werden durch die Gleichung

$g \, = \, -\frac{\delta}{\mu} \frac{\Delta p}{\Delta x} \, = \, -\frac{\delta}{\mu s} \Delta p$

• g … Wasserdampfdiffusionsstromdichte durch das Bauteil in kg/m²
• δ … Wasserdampfdiffusionsleitkoeffizient in Luft in kg/(m·s·Pa)
• μ … Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl
• Δp … Wasserdampfpartialdruckgefälle über das Bauteil in Pa
• Δx, s … Dicke des Bauteils in m

Schreibt man die Formel nochmals für eine Luftschicht (μ = 1) der Dicke s_d an und fordert, dass durch diese bei demselben Partialdruckgefälle Δp derselbe Diffusionsstrom g fließen soll wie durch das betrachtete Bauteil, so ergibt sich aus dem Vergleich beider Formeln die folgende Bedingung für s_d:

$-\frac{\delta}{\mu s} \Delta p = -\frac{\delta}{s_\mathrm{d}} \Delta p$,

woraus sofort folgt:

$s_\mathrm{d} = \mu \cdot s$

Eine ruhende Luftschicht muss also die Dicke s_d = μs besitzen, um dem Wasserdampf den gleichen Diffusionswiderstand entgegenzustellen wie das betrachtete Bauteil mit der Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl μ und der Schichtdicke s.

Eigenschaften

Während die Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl μ die Diffusionseigenschaften eines Materials beschreibt, gibt der s_d-Wert die Diffusionseigenschaften eines konkreten Bauteils mit gegebener Dicke wieder.

Die meisten Baumaterialien sind porös. Wasserdampftransport findet in ihnen hauptsächlich als Diffusion in der Porenluft statt und unterliegt damit derselben Temperaturabhängigkeit wie Diffusion in freier Luft. Dadurch, dass der s_d-Wert den Diffusionswiderstand im Baumaterial mit dem Widerstand in freier Luft vergleicht, kürzt sich die Temperaturabhängigkeit heraus und der s_d-Wert ist eine temperaturunabhängige Eigenschaft des Materials.

Der s_d-Wert eines aus mehreren hintereinanderliegenden Schichten bestehenden Bauteils ist die Summe der s_d-Werte der Einzelschichten.

Anwendung

• s_d dient der Berechnung von Feuchteströmen durch Bauteile. (siehe auch Diffusionsstromdichte)
• Die Wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke wird auch als Abszissenachse bei Hydrischen Diagrammen mit Hydrischem Bildmaßstab verwendet (siehe auch Glaserdiagramm)
• Mit s_d kann man auch den Diffusionswiderstand einer Bauteilschicht berechnen
• s_d kategorisiert die Diffusionseigenschaft bestimmter Bauteile in einer Baukonstruktion^[1]
  • $s_\mathrm{d} \le 0,5\, \mathrm{m}$ als diffusionsoffen
  • $0,5\, \mathrm{m} < s_\mathrm{d}\le 1500\, \mathrm{m}$ als diffusionshemmend
  • $s_\mathrm{d} \ge 1500\, \mathrm{m}$ als diffusionsdicht

• Bauteile mit einer Wasserdampfdiffusionsäquvalente Luftschichtdicke
  • $s_\mathrm{d} \ge 10\, \mathrm{m}$ werden als Dampfbremsen bezeichnet
  • $s_\mathrm{d} \ge 100\, \mathrm{m}$ werden als Dampfsperren bezeichnet

Beispiel

Eine 5 cm dicke Calcium-Silikatplatte mit beispielsweise µ = 10 hat einen s_d-Wert von $s_\mathrm{d} =\mu \cdot s = 10 \cdot 0{,}05 \, \mathrm{m} = 0,5 \, \mathrm{m}$. Sie ist also diffusionshemmend und wirkt als Dampfbremse.

Literatur

• Richard Jenisch, Heinz Klopfer, Hanns Freymuth, Karl Petzold, Martin Stohrer, Heinz M. Fischer, Ekkehard Richter: Lehrbuch der Bauphysik. Schall, Wärme, Feuchte, Licht, Brand, Klima. 5. Auflage. Teubner, Stuttgart 2002, ISBN 3-519-45014-3 (Abschnitt III, Kap. 3: Mechanismen des Feuchtetransports).
• Sorption - Eine Betrachtung zum Thema "Feuchte im Bauteil Außenwand", Matthias G. Bumann

Einzelnachweise

1. ↑ gemäß DIN 4108, Teil 3 (Juli 2001). Beuth-Verlag, Berlin 2001