Kann Holz erfrieren? So verhält sich Holz bei unterschiedlichen Temperaturen

Draußen herrscht zurzeit winterliches Wetter und wie jeder Werkstoff, hat auch Holz relevante thermische Eigenschaften. Je nach Holzart und Dichte verhält es sich unterschiedlich. Wichtig sind in diesem Zusammenhang Wärmeausdehnungszahl, Wärmeleitzahl und Heizwert.

Die gute Nachricht gleich zu Beginn: Nein, es kann nicht erfrieren. Einzig am lebenden Baum können Schädigungen entstehen, wenn durch starke Kälte sprichwörtlich das Wasser im Baum gefriert – das führt zu sogenannten Frostrissen, die auch später Sortierkriterium bei Schnittholz sind. Sobald das Wasser aus dem Holz heraus ist, können ihm die kältesten Temperaturen nichts anhaben – im Gegenteil: die natürlichen Feinde des Holzes, Pilze und Insekten sind bei solch niedrigen Temperaturen nicht aktiv – so ist Holz im Außenbereich bestens geschützt! Das zeigen Holzhäuser in Skandinavien und anderen borealen Gebieten: Je kälter das Wetter, desto weniger Holzschäden durch Pilze und Insekten.

Hier zu den technischen Eigenschaften:

Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit ist die Wärmemenge, die durch einen Würfel von 1 m Kantenlänge in einer Stunde hindurchfließt, wenn zwischen beiden Seiten eine Temperaturdifferenz von 1 °C besteht.

Die Wärmeleitfähigkeit von Holz wird wesentlich durch den strukturellen Aufbau bestimmt. Bedingt durch seinen hohen Porenanteil ist Holz ein schlechter Wärmeleiter (bzw. guter Isolator). Zudem ist der Feuchtegehalt des Holzes eine wichtige Einflussgröße, da Wasser ein wesentlich besserer Wärmeleiter ist.

Die Wärmeleitzahl von Holz ist demnach niedrig im Vergleich zu anderen Materialien wie Stahl oder Beton und holzart- sowie dichteabhängig. Schwere Hölzer haben eine höhere Wärmeleitzahl, leichtere eine niedrigere. Lufttrockene Eiche hat eine Wärmeleitzahl von λ = 0,17 W/mK, lufttrockene Fichte demgegenüber von λ = 0,13 W/mK. Die Wärmeleitzahl λ in W/mK ist eine Stoffkonstante. Sie steigt innerhalb einer Holzart bei steigender Holzfeuchte.

In Faserrichtung wird Wärme schneller transportiert als senkrecht zur Faser (Verhältnis grob 2:1). Aus diesem Grund ist stirnseitig-aufgetrenntes und verlegtes Holzpflaster – nimmt man die Wärmeleitung als das dafür gültige Kriterium – in größeren Dicken besser auf Fußbodenheizungen einsetzbar als längsseitig-aufgetrennte Parkettfriese.

Leichte (und trockene) Hölzer mit geringerer Dichte sind die schlechtesten Wärmeleiter bzw. die besten Isolatoren, was im Holzhausbau oder z. B. auch für den Saunabau praktische Anwendung findet und Holz gegenüber anderen Materialien Vorteile verschafft.

Wärmeausdehnung

Die Wärmeausdehnungszahl gibt die Längenänderung eines Körpers bei Erhöhung seiner Temperatur um 1 °C an. Sie ist holzartenspezifisch unterschiedlich und hängt von der Rohdichte, der Farbe, der Feuchte sowie vom jeweiligen Temperaturbereich ab.

Die materialabhängige Wärmeausdehnung des reinen Holzes hat für die Praxis so gut wie keine Bedeutung, denn sie wird durch den einsetzenden Schwund bei steigenden Temperaturen überlagert, der wiederum seine Ursache in der Kapillarität des hygroskopisch mit Feuchtigkeit korrespondierenden Holzes (kurz: dem Arbeiten des Holzes!) hat.

Ab welcher Temperatur brennt Holz?

Wird Holz mit einer mittleren Rohdichte Temperaturen von über 100 °C ausgesetzt, beginnt seine thermische Zersetzung. Etwa ab 230 °C entflammt das Holz, ab 260 °C brennt Holz auch ohne äußere Wärmequelle und ab 400 °C entzünden sich die Holzgase selbst.

Diese Temperaturen liegen nennenswert niedriger, wenn Holz bereits längere Zeit über 100 °C ausgesetzt war oder es in Form von Holzfasern, Holzstaub oder Holzmehl vorliegt. Jeder, der einmal die Entzündung von Schleifstaub erlebt hat, kennt diesen Effekt.

Heizwert

Der Heizwert des Holzes, also die bei der Verbrennung freiwerdende Wärmemenge, steigt mit dem Gehalt an Kohlenstoff, Wasserstoff, Lignin und brennbaren Inhaltsstoffen. Er steigt mit der Dichte und wird geringer, wenn die Holzfeuchte größer ist. Holz hat folglich den besten Heizwert, wenn es darrtrocken ist. Heimische Hölzer haben näherungsweise einen Heizwert von ca. 15 MJ/kg oder auch 4,2 kWh/kg bei einer Holzfeuchte von 15 %.

Heizöl hat einen Heizwert von ca. 11 kWh/kg. Im Vergleich dazu entspricht 1 Raummeter trockenes Laubholz somit ca. 200 l Heizöl. (zel)