Im Rahmen des Forschungsprojektes InnoCrossLam werden thermisch aktivierbare Brettsperrholz- Elemente entwickelt. Um die tragenden Holzbauteile als Flächenheiz- bzw. -kühlsysteme verwenden zu können, durchströmt vorkonditionierte Luft die integrierten Kanäle. Je nachdem, welche klimatischen Bedingungen dabei herrschen, erfährt das Holz eine Befeuchtung oder Trocknung. Dies resultiert wiederum in einer entsprechenden Quell- oder Schwindverformung. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit diesen Verformungsverhalten, sowie den dadurch entstehenden Rissen, welche die Funktionsfähigkeit der thermischen Aktivierung gefährden. Zunächst wurde eine experimentelle Untersuchung unterschiedlicher klimatischer Bedingungen an fünf multifunktionalen Prüfkörpertypen und einer Referenzserie durchgeführt. Die dabei aufgezeichneten Messwerte zeigen, dass die Bauteile das theoretische Verhalten widerspiegeln, und dass der Heizbetrieb zu Schwindrissen in der Decklage führen kann. Um weitergehende Betrachtungen zu ermöglichen, wird ein Finite-Elemente-Modell mit dem Programm ANSYS Workbench entwickelt. Zur Validierung der erstellten Simulationen werden die klimatischen Bedingungen des Experiments angewendet. Der Vergleich der numerischen Berechnung mit den gemessenen Feuchtigkeitsverteilungen, Verformungen und Rissbildungen bestätigt die akzeptable Darstellung der Wirklichkeit durch das Modell. Im Anschluss daran werden die Auswirkungen weiterer Klimata auf vier der sechs Prüfkörpertypen simuliert. Im Gegensatz zu den experimentellen Untersuchungen erfolgt eine Unterscheidung zwischen den Bedingungen in den Luftkanälen zu denen in der Umgebung. Durch entsprechende Kombinationen ist die Simulation eines zum einen normalen und zum anderen extremen Heiz- bzw. Kühlbetriebes, sowie einem Heiz- und Kühlszenario unter extrem trockenem bzw. feuchtem Raumklima, möglich. Des Weiteren wird die reale Strömungsgeschwindigkeit in den Luftkanälen bei einer praktischen Nutzung berücksichtigt. Die Ergebnisse zeigen, dass die raumseitigen Lagen einen maßgeblichen Einfluss auf das Verformungsverhalten haben. So schwinden und quellen die Serien, deren Decklagen aus Weißtannen- Lamellen bestehen, stärker als jene, deren äußerste Schicht eine dreilagige Massivholzplatte ist. Die vorwiegende Krümmung des Bauteils orientiert sich stets an der Ausrichtung der Decklage. Die eigentliche Problematik ist jedoch die Bildung von Rissen, da sie die Luftdichtheit und somit die Funktionsfähigkeit der thermischen Aktivierung gefährden. Bereits der normale Heizbetrieb führt zu einem Überschreiten der Querzugfestigkeiten an der Innenseite der Decklagen. In der Durchführung von Extrembedingungen sind Spannungen zu beobachten, die auf starke Rissbildung an der Innenseite und teilweise auch an der Außenseite der Decklagen schließen lassen. Dieses Verhalten zeigen alle betrachteten Prüfkörpertypen. Die Untersuchungen schließen jedoch die Serie M-4 aus, da deren Prüfkörpertyp keine Decklage aufweist. Diesem Umstand verdankt sie eine insgesamt geringe Verformung sowie das Ausbleiben von Rissen. Ein vielversprechender Forschungsansatz für die Zukunft ist daher die Weiterentwicklung dieser Serie mit Decklagen, welche Alternativen zu Holzwerkstoffen darstellen.    «

Im Rahmen des Forschungsprojektes InnoCrossLam werden thermisch aktivierbare Brettsperrholz- Elemente entwickelt. Um die tragenden Holzbauteile als Flächenheiz- bzw. -kühlsysteme verwenden zu können, durchströmt vorkonditionierte Luft die integrierten Kanäle. Je nachdem, welche klimatischen Bedingungen dabei herrschen, erfährt das Holz eine Befeuchtung oder Trocknung. Dies resultiert wiederum in einer entsprechenden Quell- oder Schwindverformung. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit...    »

As part of the InnoCrossLam research project thermally activated cross laminated timber elements are developed. To be able to use the load-bearing wooden components as surface heating or cooling systems, preconditioned air flows through the integrated channels. Depending on the prevailing climatic conditions, the wood is either moistened or dried. This in turn results in a corresponding swelling or shrinkage deformation. The present thesis deals with these deformations and the resulting cracks, which endanger the functionality of the thermal activation. First, an experimental investigation of different climatic conditions was carried out on five series of multifunctional specimens and one reference series. The recorded measurements show that the components reflect the theoretical behaviour and that the heating operation can lead to shrinkage cracks in the top layer. To enable further considerations, a finite element model is developed using the program ANSYS Workbench. The climatic conditions of the experiment are used to validate the simulations. The comparison of the numerical calculations with the measured moisture distributions, deformations and crack formations confirms the acceptable representation of the reality by the model. Subsequently, the effects of further climates are calculated for four of the six specimens. In contrast to the experimental investigations, a distinction is made between the conditions in the air ducts and those in the environment. The simulation of a normal and an extreme heating or cooling operation, as well as a heating and cooling scenario under an extremely dry or humid room climate, is possible through corresponding combinations. Furthermore, the air velocity in the air ducts during real use is taken into account. The results show that the top layers have a significant influence on the deformation behaviour. Thus, the series whose front layers consist of silver fir shrink and swell more than those whose top layer is a solid wood panel. The dominant curvature of the component is always oriented to the alignment of the top layer. However, the real problem is the formation of cracks, as they endanger the air tightness and thus the functionality of the thermal activation. Even the normal heating operation leads to the exceeding of the transverse tensile strengths on the inside of the front layers. With the implementation of extreme conditions, stresses can be observed that indicate strong cracking on the inside and partly also on the outside of the top layers. This behaviour is shown by all types of specimens considered. The investigations exclude the series M-4 because its test specimens have no covering layer. This circumstance is responsible for the overall low deformation and the absence of cracks. A promising research approach for the future is therefore the further development of this series with top layers, which represent an alternative to wooden materials.    «

As part of the InnoCrossLam research project thermally activated cross laminated timber elements are developed. To be able to use the load-bearing wooden components as surface heating or cooling systems, preconditioned air flows through the integrated channels. Depending on the prevailing climatic conditions, the wood is either moistened or dried. This in turn results in a corresponding swelling or shrinkage deformation. The present thesis deals with these deformations and the resulting cra...    »