Holzfeuchtegleichgewicht

Als Holzfeuchte oder Holzfeuchtigkeit bezeichnet man den Anteil an Wasser in den Holzzellen in Bezug auf die Trockenmasse des Holzes. Die Holzfeuchte wird in % angegeben. Sie ist eine ausschlaggebende Zustandsgröße des Werkstoffes Holz für seine technologischen und mechanischen Eigenschaften. So kann man Holz zum Beispiel bei einem bestimmtem Holzfeuchtegehalt leichter biegen. Außerdem hat die Holzfeuchte einen großen Einfluss auf die Gefährdung durch Holzschädlinge wie Pilze und Insekten.

Absolut trockenes Holz (0 % Holzfeuchte) bezeichnet man als darrtrocken. Im Holz, das nicht direkter Befeuchtung ausgesetzt ist (z. B. durch Regen oder Erdfeuchte), stellt sich mit der Zeit eine bestimmte, von der relativen Luftfeuchtigkeit und der Temperatur abhängige Ausgleichsfeuchte ein. Die Holzfeuchte in Räumen schwankt zwischen 6 und 10 %. Die Holzfeuchte im Freien (ohne direkte Bewitterung) kann zwischen 8 und 16 % schwanken. Extremsituationen lassen deutliche Schwankungen in beide Richtungen zu.

Fällfrisches Holz kann eine Holzfeuchte von über 100 % besitzen. Dabei weist das Splintholz deutlich höhere Holzfeuchten auf als das Kernholz. Holz schwindet ab einer Holzfeuchte unter dem sog. Fasersättigungspunkt, der je nach Holzart variiert, aber in der Regel bei einem Wert von ca. 30 % angenommen wird. Er bezeichnet den Feuchteanteil, bei dem das gesamte Wasser aus den Zellhohlräumen entwichen ist und das in den Zellwänden gebundene Wasser beginnt auszutrocknen, wodurch sich die Zelle zusammenzieht. Das Holz schwindet. Dieser Vorgang wird durch die Aufnahme von Wasser (Luftfeuchteänderung) umgekehrt, das Holz quillt.

Berechnung der Holzfeuchte

• Die Holzfeuchte u ist definiert als das prozentuale Verhältnis der Masse des einer Holzprobe bis zur völligen Trocknung, dem sog. „darrtrockenen“ Zustand (auch genannt „Darrtrockne“), entzogenen Wassers (m_w) zu der Rest-Masse der betreffenden Holzprobe (m₀):

$u = \frac{m_w}{m_0} \cdot 100 \qquad (\mathrm{Ergebnis}\ \mathrm{in}\ \%)$

Beispiel 1:

Einer Holzprobe mit einer Masse („Gewicht“) von 100 gr. werden 50 gr. Wasser entzogen. Anschließend wiegt die Holzprobe nurmehr 50 gr. Es liegt also ein Verhältnis von

50 gr. entzogenem Wasser : 50 gr. Restgewicht Holz vor.

Nach der Formel

$u = \frac{m_w}{m_0} \cdot 100 = \frac{50}{50} \cdot 100 = 100 \mathrm\%$

betrug bei dieser Holzprobe die Feuchte 100 %.

Bei grünem (frischem) oder gar nassem Holz kann folglich die Holzfeuchte weit über 100 % betragen (siehe Beispiel 2).

Beispiel 2:

Einer Holzprobe mit einer Masse von 100 gr. werden 60 gr. Wasser entzogen. Anschließend wiegt die Holzprobe nurmehr 40 gr. Es liegt also ein Verhältnis von

60 gr. entzogenem Wasser : 40 gr. Restgewicht Holz vor.

Nach der Formel

$u = \frac{m_w}{m_0} \cdot 100 = \frac{60}{40} \cdot 100 = 150 \mathrm\%$

betrug bei dieser Holzprobe die Feuchte über 100 %, nämlich 150 %.

Oder anders herum: Entnimmt man einer Holzprobe durch völlige Trocknung („darrtrockener Zustand“) 100 gr. Wasser und sie wiegt anschließend nur noch 50 gr., dann hatte das Holz eine Feuchte von 200 %.

$u = \frac{m_w}{m_0} \cdot 100 = \frac{100}{50} \cdot 100 = 200 \mathrm\%$

• Der prozentuale Wassergehalt x ist das Verhältnis der Masse des im Holz befindlichen Wassers m_w zu der Masse des nassen Holzes m_u:

$x = \frac{m_w}{m_u} \cdot 100 \qquad (\mathrm{in}\ \%)$

Der prozentuale Wassergehalt kann im Gegensatz zum prozentualen Holzfeuchtegehalt immer nur einen Wert < 100 % annehmen.

Siehe auch: Darrdichte, Massenanteil

Holzfeuchtegleichgewicht

Holz ist hygroskopisch. Es reagiert somit auf Schwankungen der Luftfeuchtigkeit. Wenn die Luftfeuchtigkeit sinkt, fällt auch die Holzfeuchtigkeit und umgekehrt. Es gibt also einen konstanten Zusammenhang zwischen der Luftfeuchtigkeit und der Holzfeuchte, den man Holzfeuchtegleichgewicht, oder Sorptionsgleichgewicht nennt. Dieses Gleichgewicht stellt sich nicht spontan ein, sondern es dauert einige Zeit, je nach Dicke des Holzes, bis dieses Gleichgewicht erreicht ist.

Als Beispiel sei erwähnt, dass bei 20 °C und einer relativen Luftfeuchte von 50 % die Holzfeuchte 9,2 % beträgt.

Bestimmungsmethoden

• Für die Praxis relevant sind die elektrischen Holzfeuchtemessverfahren, bei denen entweder der Ohmsche Widerstand oder die dielektrischen Eigenschaften von Holz ausgenutzt werden. Der Nachteil bei den Widerstandsmessverfahren liegt darin, dass bei einer Holzfeuchte von u < 5 % der Widerstand sehr hoch ist und nur schwer gemessen werden kann und sich der Widerstand bei u > 25 % nur noch geringfügig verändert, was zu einer Messungenauigkeit führt. Beim dielektrischem Verfahren werden die unterschiedlichen relativen Dielektrizitätskonstanten von Wasser (ε_r = 80) und Holz (ε_r = 2 … 3,5) ausgenutzt. Hierbei muss die Rohdichte des zu messenden Holzes berücksichtigt werden, zudem beeinflussen der Faserverlauf zwischen den Elektroden oder auch die Eindringtiefe der Elektroden bei beiden Verfahren die Messergebnisse.
• Das Darrverfahren ist die einzige Methode, die genormt ist (DIN 52 183) und somit auch als Eichmethode für die anderen Methoden verwendet wird. Hierbei wird die zu untersuchende Probe gewogen und danach bis zur Gewichtskonstanz getrocknet (darrtrocken), erneut gewogen und nach der obigen Gleichung die Holzfeuchte bestimmt. Nachteil ist hier, dass die Messungen langwierig sind und die Probe zerstört wird.
• Die Bestimmung mittels Infrarotreflexion findet hauptsächlich in der Industrie Verwendung und nützt aus, dass jedes Material elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Wellenlänge absorbiert. Holz tut dies besonders gut bei einer Wellenlänge im Infrarotbereich von λ = 1,93 μm und λ = 2,9 μm, Wasser u. a. bei λ = 1,4 μm. Da diese Strahlung vom Holz reflektiert wird und nur wenig eindringt, kann mit diesem Verfahren nur die Oberflächenfeuchte gemessen werden, oder die Feuchtigkeit von sehr dünnen Materialien wie z. B. Furnieren.

Weitere Methoden sind z. B.

• Hygroskopische Methode, bei der die hygroskopische Eigenart von Holz ausgenützt wird und die relative Luftfeuchte des Umgebungsklimas gemessen wird und mit Hilfe eines KEYLWERTH-Diagramms auf die Holzfeuchte geschlossen wird.
• Destillationsverfahren, bei der die Holzprobe mit einem hydrophoben Lösemittel auf etwas über 100 °C erhitzt wird und das Destillat (das Wasser der Holzfeuchte) aufgefangen wird.
• Titrationsverfahren nach Karl Fischer

Weblinks

• www.holzfeuchte.de
• Holzfeuchte auf holzhandel.de