Die Feuchtigkeitstechnischen Eigenschaften von Holz

Die Feuchtigkeitstechnischen Eigenschaften von Holz

Holz ist ein hygroskopisches, also Feuchtigkeit bindendes, Material. Wasser dringt auf drei Weisen in das Holz ein: als Flüssigkeit kapillar durch die Zelllumen, als Dampf durch die Zelllumen und durch molekulare Diffusion durch die Zellwände. Die Feuchtigkeit von Holz wird als Verhältnis zwischen der Masse des Wassers im Holz und der Masse des wasserlosen Holzes angegeben. (Wenn ein 100 kg wiegendes Holzstück 50 kg Wasser enthält, beträgt der Feuchtigkeitsgehalt des Holzes 100%). Frisch gesägtes Holz hat üblicherweise einen Feuchtigkeitsgehalt von 40–200%. beim normalen Einsatz schwanktder Feuchtigkeitsgehalt von Holz abhängig on der relativen Luftfeuchtigkeit zwischen 8–25 Gewichtsprozent.

Die Gleichgewichtsfeuchte von Holz ist der konstant bleibende Feuchtigkeitsgehalt des Holzes bei einer bestimmten Lufttemperatur und relativen Luftfeuchtigkeit. Die Gleichgewichtsfeuchte richtet sich nach der relativen und nicht nach der absoluten Luftfeuchtigkeit. Die relative Luftfeuchtigkeit ist das Verhältnis zwischen dem momentanen Dampfdruck und dem Sättigungsdampfdruck des Wassers bei der herrschenden Temperatur. Vorgetrocknetes Holz erreicht seine Gleichgewichtsfeuchte innerhalb von ein paar Wochen. Der Fasersättigungsbereich ist der Feuchtigkeitszustand, bei dem die Zellwände mit Wasser gesättigt sind, aber die Zelllumen kein freies Wasser enthalten. Holz schrumpft, wenn es trocknet und seine Feuchtigkeit unter dem Sättigungsbereich liegt. Dementsprechend dehnt sich das Holz, wenn es feuchter wird, nach Erreichen des Sättigungsbereichs nicht mehr aus. Der Sättigungsbereich der üblichsten finnischen Baumarten liegt bei +20°C bei etwa 30%. Die Eigenschaft von Holz Feuchtigkeit zu binden und freizugeben (Feuchtigkeitskapazität) kann in strukturell genutzt werden. Zum Beispiel kann in Gebäuden Wärmeisolierung aus Holz verwendet werden, um den Übergang der Feuchtigkeit in Strukturen auszugleichen.

Die Schrumpfung und Ausdehnung von Holz ist in der radialen und tangentialen sowie in der Faserrichtung unterschiedlich.  Dieses Phänomen wird Anisotropie genannt. Wenn Holz aus dem absolut nassen Zustand in den absolut trockenen Zustand gebracht wird, schrumpft es durchschnittlich um 8% in tangentialer Richtung, 4% in radialer Richtung und nur 0,2–0,4% in Faserrichtung. Kernholz ist immer trockener als Splintholz, was die Holztrocknung erschwert. Die Anisotropie und die inneren Spannungen von Holz können bei der Trocknung Verwindungen im Holz verursachen. Die Formveränderung wegen Feuchtigkeit muss beim Bauen immer in Betracht gezogen werden. Sie verursacht zum Beispiel Stauchungen in Gebäuderahmen. Darüber hinaus verursacht eine starke Schrumpfung in tangentialer Richtung Risse in großen Holzstücken. Holz reißt üblicherweise dort, wo der Abstand zwischen der Oberfläche und dem Kern am kürzesten ist. 

Die Formveränderungen nehmen sich üblicherweise der Dichte des Holzes zu. Wenn Holz trocknet, verbessern sich seine festigkeitstechnischen Eigenschaften. Die Druck- und Biegefestigkeit von frischem Holz, zum Beispiel, verdoppelt sich, wenn sein Feuchtigkeitsgehalt auf 12–15% sinkt. Die Zugfestigkeit von Holz ist bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 6–12 % am höchsten . Die Festigkeitseigenschaften von Holz sind bei einer Feuchtigkeit unter dem Fasersättigungsbereich deutlich besser. Auch bei der Bemessung von Holzkonstruktionen muss die Holzfeuchtigkeit in Betracht gezogen werden, weil sie die Festigkeit des Holzes beeinflusst.

Holz wird beschädigt, wenn seine Feuchtigkeit langfristig bei über 20% liegt. In solchen Fällen beträgt die relative Luftfeuchtigkeit üblicherweise über 80%. Holz beginnt bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von über 80% nach ein paar Monaten zu verfaulen. Eine relative Luftfeuchtigkeit von 70% kann schon als kritischer Wert betrachtet werden, und wenn sie 90% überschreitet, beginnt das Holz zu verrotten. Holz beginnt jedoch nur bei einer Temperatur von +0–40°C zu verfaulen und zu verrotten. Obwohl die relative Luftfeuchtigkeit bei Frost langfristig bei über 85% liegen kann, wird Holz nicht beschädigt, weil die Temperatur nicht hoch genug ist. Schimmelsporen und Fäulnispilze benötigen darüberhinaus Sauerstoff und Nährstoffe, die üblicherweise ausreichend im Holz und in der Luft vorhanden sind.

Schimmel kann die Holzoberfläche nicht durchdringen und schadet so der Festigkeit des Holzes nicht. Schimmelsporen dagegen sind gesundheitsgefährdend, weil sie verschiedene allergische Reaktionen und leichte Vergiftungssymptome, wie andauernden Schnupfen, Schwindel und Kopfschmerzen, verursachen können. Deswegen muss Schimmel immer ernst genommen werden. Verblauung von Holz wird oft fehlerhaft mit Verschimmlung gleichgesetzt.  Die Verblauung von Holz wird durch Bläuepilze verursacht, und die Farbe dringt tief in das Holz ein. Bläuepilze vermehren sich durch Sporen oder Ausbreitung ihrer Myzelien und befallen vor allem  gelagertes Nadelholz. Bläuepilze entwickeln sich bei Temperaturen unter +5°C nicht. Verblauung beeinträchtigt die Festigkeit von Holz nicht bedeutend.

Abhängigkeit des Holzfeuchtigkeitsgehalts von der Temperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit

Beispiel über die Anwendung des Bildes (rote Strichlinie)

Ausgangsangaben:

- Innenlufttemperatur + 22 C

- Relative Feuchtigkeit der Innenluft RH 50 %

Aus der Tabelle geht hervor, dass der Feuchtigkeitsgehalt des Holzes in den angegebenen Bedingungen etwa 9,5 % beträgt