Dampfdiffusionsraten

Dampfdiffusionsraten bezeichnen die Geschwindigkeit, mit der Wasserdampf durch ein Material oder Medium hindurchdiffundiert. Sie hängen von dem vorhandenen Dampfdruck- bzw. Partialdruckgradienten, der Temperatur, der Mikrostruktur des Materials und dem Feuchtigkeitszustand ab. In der Diffusionsliteratur wird der diffusive Fluss J oft durch J = −D ∂C/∂x beschrieben, wobei D der Diffusionskoeffizient und C die Konzentration des Wasserdampfs ist. Für zeitabhängige Prozesse gilt die Ficksche zweite Gleichung ∂C/∂t = D ∂^2C/∂x^2. In porösen Medien kommt der scheinbare oder effektive Diffusionskoeffizient De zum Einsatz, der sich beispielsweise aus De = ε/τ D_g ergibt, mit ε der Porosität und τ der Tortuosität des Diffusionspfades. Häufig wird alternativ der Dampfpartialdruckgradient genutzt, wobei J ≈ −(D_eff/(RT)) ∂p_v/∂x gilt; p_v ist der Wasserdampfpartialdruck, R die Gaskonstante und T die Temperatur.

Wichtige Einflussfaktoren sind Temperatur, Feuchtegradient, Materialporosität, Porengröße, Tortuosität, Dichte und Bindungseigenschaften des Materials. Dünne oder schlecht isolierte Schichten weisen oft höhere Dampfdiffusionsraten auf als dichte oder gut gepackte Strukturen. In der Praxis werden Dampfdiffusionsraten oft durch experimentelle Messungen bestimmt oder durch Modelle wie Fick’sche Diffusion, kompensiert durch sichere Obergrenzen für Randbedingungen und Feuchtigkeitszustände.

Anwendungsbereiche reichen aus der Bauphysik (Feuchtigkeitsdiffusion durch Wände und Dächer) über Textilien, Lebensmittelverpackungen bis hin zur Pharmazie. Messmethoden umfassen gravimetrische Verfahren, dynamische Dampfsorption (DVS) und zeitabhängige Diffusionsversuche.