Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde
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Vorhersagbarkeit der Farbänderungen von Holz im Innenbereich –
Die Auswertung in Abhängigkeit von der Strahlungsdosis als neuer Ansatz


© HNEE, Kerstin Lehmann

Vorhabensbeschreibung


Die optischen Eigenschaften des Holzes sind sehr unterschiedlich und abhängig von den im Holz vorhandenen chromophoren funktionellen Gruppen und chromophoren Systemen. Sowohl zwischen verschiedenen Arten als auch innerhalb einer Holzart gibt es zum Teil erhebliche Farbschwankungen. Im Zuge der natürlichen Alterung von Holz kommt es zu Farbänderungen, die vor allem durch Strahlung von ultraviolettem (UV) und sichtbarem (Vis) Licht und der dadurch induzierten Photooxidation hervorgerufen werden. Das Bestreben dieses Vorhabens besteht darin, Kennzahlen in eine datenbasierte Modellierung zu überführen, um die chemischen und farblichen Änderungen von Hölzern anhand der Strahlungsdosis bewerten zu können. Das schließt die Auswertung der Änderungen über Tiefenprofile ein.


Insgesamt werden dabei Forschungsprobleme anhand folgender Hypothesen bearbeitet:

  • Farbliche und chemische Veränderungen im Holz bei natürlicher Sonnenlicht-Exposition im Innenraum (t_n) und bei künstlich simulierter UV/Vis-Exposition im Innenraum (t_k) sind bekannt:

a) Wenn es zwischen beiden Expositionen holzartenspezifische Zusammenhänge gibt, dann sind diese mathematisch über eine Ausgleichskurve beschreibbar. Mit dem Verfahren der Verallgemeinerten Kleinste-Quadrate-Schätzung sind die Parameter berechenbar. Für den angenommenen Zusammenhang t_n = z * t_k können dann die Verschiebungsfaktoren (z) ermittelt werden.

b) Wenn es zu lichtinduzierten farblichen und chemischen Veränderungen kommt, dann sind diese mit einem strukturentdeckenden Verfahren aus der explorativen Datenanalyse und der multivariaten Statistik (Hauptkomponentenanalyse, PCA) auf Korrelationen prüfbar.

c) Wenn die Strahlungsexpositionen kurzfristige farbliche und chemische Auswirkungen haben, dann sind langfristige Veränderungen über lineare Regressionen ableitbar.

  • Wenn die Sonnenlicht-Exposition in Abhängigkeit von der Zeit angegeben werden kann, dann kann diese auch in Abhängigkeit von der Strahlungsdosis (aufsummierte Flächenleistungsdichte) angegeben werden.
  • Durch Fensterglas gefiltertes UV/Vis-Licht dringt unterschiedlich tief in die verschiedenen Holzarten ein: Je weiter entfernt die Einwirkung flächenbasierter Strahlungsleistung von der Holzoberfläche ist, desto geringer sind die farblichen und chemischen Änderungen. Wenn die Veränderungen mit zunehmender Eindringtiefe abgeschwächt werden, dann resultieren daraus farblich und chemisch messbare Tiefenprofile in der Holzsubstanz.
  • Wenn durch die Auswertungen der geplanten Messungen in Abhängigkeit von der Strahlungsdosis, anstatt in Abhängigkeit von der Zeit, aufschlussreiche Erkenntnisse hervorgehen, dann ist eine Vorhersagbarkeit der Veränderungen möglich.
  • Wenn aus den vorangestellten Forschungshypothesen neu gewonnene Erkenntnisse hervorgehen, dann sind diese bei zu entwickelnden und auf den Werkstoff Holz zugeschnittenen, Materialtests dringend zu berücksichtigen.


Partner*innen des Forschungsprojektes

TI - Holzforschung

     PD Dr. habil. Gerald Koch - als Mitverantwortlicher; Thünen-Institut, Institut für Holzforschung, Hamburg-Bergedorf (TI-HF)


IHD Dresden

     


      Prof. Dr. habil. Mario Beyer - als Kooperationspartner; Institut für Holztechnologie Dresden gGmbH (IHD)


Förderrahmen

DFG_Logo_DE

   - Förderkennzeichen / Projektnummer: 442135169

   - Projektzeitraum: Das Projekt hat eine Laufzeit von 36 Monaten

   - Dieses Vorhaben wird als Sachbeihilfe durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG) gefördert:


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Projektleiter und Ansprechpartnerin

studentischer Mitarbeiter (SHK/WHK)

Paul Gollee



Pressemitteilung                                                                                                                                                    


Aus dem Projekt finanzierte Geräte

  • Sonnenlicht-Simulationsgerät von Q-Lab: Q-SUN Xe-3-H Xenon Test Chamber
  • Pyranometer von OTT HydroMet B.V. (ehemals Kipp & Zonen B.V.) SMP11 mit Strahlungsanzeigegerät und Datenlogger METEON 2.0


Publikationen

Konferenz-Beitrag

 Lenz C, Gollee P, Kühn M, Leich C, Pfriem A. (2023)

 [extended abstract]

 Artificial irradiation (indoors) of European wood species at different irradiation intensities and at different temperatures.

 In: Proceedings of the 19th Meeting of the Northern European Network for Wood Science and Engineering (WSE),

 10-12  October 2023, Ã…s/Oslo, Norway (ed.: E. Larnøy), pp: 125-127

 DOI: 10.57741/opus4-765

 WSE - Repository of papers


Data Management Plan (DMP)

Lenz C, Wolff I, Beyer M, Koch G, Pfriem, A. (2023)

DMP: Predictability of color changes of wood used indoor - A new approach to evaluate the colour change as a function of the radiation dose. Research Data Management Questionnaire. Zenodo.

DOI: 10.5281/zenodo. 8073720


Conference poster

Wolff I, Lenz C, Panitz M, Pfriem A. (2023)

Chart for the Core Objectives of Data Publishing within Technical Infrastructure for Research Data Management. National Research Data Infrastructure for Engineering Sciences (NFDI4Ing) Conference 2023 - Innovation in Research Data Management: Bridging the gaps between disciplines and opening new perspectives for research in engineering science,

27-28 September 2023, online

DOI: 10.5281/zenodo.8388952

Abstract

studentische Abschlussarbeiten

"Natürliche und künstlich simulierte Bestrahlung von Holz im Innenbereich", Bachelorarbeit

"Natürliche und künstlich simulierte Bestrahlung von Laubholz im Innenbereich", Masterarbeit