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Wie funktioniert die Diffusion und was versteht man darunter?

In Gasen und Flüssigkeiten sind die Moleküle beziehungsweise Ionen in ständiger, statistisch nicht gerichteter Wärmebewegung. Besteht in einem Gasgemisch oder in einer Lösung für eine Substanz ein Konzentrationsgefälle, so wird es durch diese Bewegung ausgeglichen, die dabei zu einer statistisch gerichteten Bewegung, zur Diffusion wird. Ein gelöster Stoff diffundiert entlang seinem eigenen Gefälle.
Gasaustausch durch Bauteile findet in der Regel nur durch Diffusion statt. "Diffusion" nennt man die allmähliche Durchmischung verschiedener Gase (aber auch Flüssigkeiten und sogar Festkörper) ohne äußere Einwirkung, allein durch Molekularbewegung, bis die Verteilung der verschiedenen Moleküle überall gleich ist.
Die Diffusion ist ein Ausgleichsprozess, des unter Entropiezunahme zu einem weniger geordneten, also wahrscheinlicheren Zustand führt; sie findet demnach nach dem II. Hauptsatz der Thermodynamik zwangsläufig statt.

Der Widerstand, den ein Material der Diffusion von Wasserdampf oder anderen Gasen entgegenwirkt, hängt hauptsächlich von seinem Porengefüge ab; je mehr offene Poren, desto geringer der Widerstand. Der Porendurchmesser spielt für Wasserdampfmoleküle so gut wie keine Rolle, sie sind kleiner und leichter als fast alle anderen Luftmoleküle; Sauerstoffmoleküle haben zum Beispiel 60% mehr Masse und Kohlendioxidmoleküle fast dreimal soviel. Die Diffusionsgeschwindigkeit einer Substanz ist etwa umgekehrt proportional der Wurzel aus ihrer Molmasse M (Diffusionskoeffizient D~1/√W); größere Moleküle diffundieren also langsamer. Daher ist die Diffusionsgeschwindigkeit von Kohlendioxidmolekülen auch bereits in der Luft viel geringer als die von Wasserdampf, und so gibt es Bauteilschichten, die zwar die Diffusion von Kohlendioxid fast völlig absperren, der Wasserdampfdiffusion aber keinen allzu großen Widerstand entgegensetzen. Dies kann zum möglichen Schutz von Betonoberflächen genutzt werden, siehe hier Carbonatisierung. Die im Vergleich mit Wasserdampf, Sauerstoff oder Kohlendioxid meist riesige Moleküle von "Wohngiften" können durch Diffusion erst recht nicht aus der Raumluft entfernt werden, wie das in einigen baubiologischen Schriften immer wieder mal zu lesen ist. Für sie bildet auch die diffusionsfähigste Wand ein praktisch unüberwindliches Hindernis.
Diffusionswiderstandswerte sind die Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen und die daraus errechneten "diffusionsäquivalenten Luftschichtdicken" (sd-Wert). In Analogie zu diesen Werten, die nur die Diffusion von Wasserdampf durch ein Material beziehungsweise ein Bauteil betreffen, geben manche Baustoffkataloge vor allem bei Anstrichen und anderen Beschichtungen auch Widerstandswerte zur Kohlendioxiddiffusion an.

Ergänzung: Die durch Diffusion zurückgelegte Wegstrecke ist proportional zur Wurzel der Zeit; Verdopplung der Wegstrecke bedeutet bereits vierfachen Zeitbedarf.

Der Nachweis der inneren Kondensatbildung zum Beispiel erfolgt immer noch nach dem Glaserschen Diffusionsschema (Nachweis der Gebrauchstauglichkeit von Bauteilen gemäß DIN 4108-3:2001-07), das aber weder die hygroskopische Auf- und Entladung noch die kapillare Entspannung des Kondensats berücksichtigt. Probleme bei der diffusionstechnischen Berechnung ergeben sich dann, wenn es sich bei praktischen Gegebenheiten nicht ausschließlich um Diffusionsprozesse handelt. Kapillare Wassertransporte, die bei mehrschichtigem Wandaufbau bei bestimmten Baustoffen auftreten, entziehen sich einer Berechnung.

Die Diffusionsprozesse bei den Baustoffen Wärmedämmung sind gesondert zu beachten. Meistens finden diese beim Dachgeschossausbau Anwendung. Ebenso wie bei einer Innendämmung ist daher eine Dampfbremse erforderlich, damit es zu keiner Durchfeuchtung der Dämmstoffe kommt. Sind diese durchfeuchtet, so verschlechtert sich erheblich die Eigenschaften der Wärmedämmung.

Mehr unter Dampfdiffusionswiderstandszahl

Quelle: Kur, Friedrich; Wohngifte, Handbuch für gesundes Bauen und Einrichtungen, 3. Aufl. Verlag Eichborn, 1993, S. 536
Libbert, Eike; Allgemeine Biologie , VEB Gustav Fischer Verlag Jena 1986, S. 153
Haupt, P.; Bauphysik 5/94, Stand Deutsche Bücherei (ZB 75 909) 24-5


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