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Infobrief Der Feuchte auf der Spur

Theorie und Praxis bauphysikalischer Vorgänge Wasserdampf umgibt uns täglich — mal mehr, mal weniger und selten sichtbar, so wie hier. Gut geplant, professionell gebaut und verantwortungsbewusst genutzt, halten Holzhäuser auch hohen Feuchtespitzen spielend stand.

Aus dem Inhalt: • Unter Dampf

Theorie und Praxis bauphysikalischer Vorgänge

• Unter der Lupe Wasserdampf planmäßig steuern • Unter Beobachtung

Stationäre und instationäre Verfahren zur Feuchteberechnung Sicher, es gibt „kreative“ Formen, mit Bauschäden umzugehen: Bei einem Sparrendachausbau, mit kleineren Mängeln in der Luftdichtheit und ungünstigem Nutzerverhalten, war Schimmel aufgetreten, weil die Bewohner im Dachboden wie gewohnt ihre Wäsche zum Trocknen aufgehängt hatten. Statt der zu erwarteten Nachbesserung einigten sich die Parteien darauf, dass die Familie vom Bauunternehmer einen Wäschetrockner bekam! Wer sich nicht auf solche zweifelhaften „Deals“ verlassen mag, plant die Bauphysik im Vorfeld lieber sorgfältig. Die bauphysikalische Planung, Betrachtung, Bewertung und Berechung, aber auch die korrekte Ausführung ist im Laufe der vergangenen Jahrezehnte aufwendiger und anspruchsvoller geworden. War also früher alles einfacher und besser? Natürlich galten auch schon früher die gleichen Gesetze der Bauphysik wie heute. Was sich geändert hat, sind also nicht die Naturwissenschaften, sondern vor allem die Art und Weise, wie gebaut wird, die Qualität der Baustoffe, die verwendet werden und wie Bewohner ihre Gebäude nutzen. Hinzu kommen veränderte gesetzliche Anforderungen — man denke nur an die Wärmeschutzverordnung und die Energieeinsparverordnung, — die eine wesentlich genauere Betrachtung der baulichen und bauphysikalischen Situation unabdingbar machen.

Letztendlich bedeutet die Weiterentwicklung in Sachen Bauphysik und Feuchteschutz auch, sich von manchen starren Grundsätzen zu lösen, die früher fast uneingeschränkt gültig waren. Die heute wesentlich komplexeren Baukonstruktionen, die darauf ausgerichtet sind, ein Maximum an Energie zu sparen, verlangen aber — abseits der nachweisfreien Bauteile — auch eine sehr viel genauere Betrachtung des Gesamtsystems und der möglichen Problemstellen. Auch der Bauhandwerker ist in diesem Zusammenhang wesentlich stärker gefordert: Ungenauigkeiten oder Fehler an der falschen Stelle können schnell zu gravierenden Feuchteschäden führen. Aufgrund steigender gesetzlicher Anforderungen hinsichtlich des Wärmeschutzes, sind grundlegende Kenntnisse der bauphysikalischen Vorgänge also für alle am Bau beteiligten von wachsender Bedeutung.

Der HolzLand-Praxis-Lesetipp Der Herstellung einer luftdichten Gebäudehülle kommt bei der Vermeidung unplanmäßiger Feuchte im Bauteil wohl die größte Bedeutung zu. Der HolzLand-Infobrief Nr. 46 „Keine Chance für Feuchteschäden“ widmet sich speziell diesem Thema.

Feuchteschutz Unter Feuchteschutz sind Maßnahmen zu verstehen, die geeignet sind, eine Durchfeuchtung von Bauteilen zu verhindern. Neben dem eher konstruktiven Schutz vor Niederschlag, Spritz-, Boden-, Sicker- und Grundwasser bedeutet Feuchteschutz aus bauphysikalischer Sicht in erster Linie: - die Vermeidung von Tau­wasser­ bildung auf Bauteiloberflächen (einhergehend mit der Einhaltung des Mindestwärmeschutzes) und - die Vermeidung von Tau­wasser­ bildung im Bauteilquerschnitt. Tauwasser Luft nimmt Wasser in gasförmigem Zustand (Wasserdampf) auf, allerdings nur in begrenzter Menge. Wird diese Grenze überschritten, fällt Tauwasser (Kondenswasser) in flüssiger Form aus. Wieviel Wasserdampf die Luft aufneh-

Im Bild 10 74635 Kupferzell Tel. 0 79 44/91 35-0

men kann, hängt stark von der Temperatur ab, da warme Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann, als kalte Luft (s. Seite 2, Tabelle 1). Die relative Luftfeuchte gibt an, zu wieviel Prozent die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist.Die Taupunkttemperatur bezeichnet die Temperatur, bei der die Kondensatbildung einsetzt (Tauwasser ausfällt). Besonders kritisch ist dieser Vorgang, wenn warme Luft abkühlt und die in der Luft vorhandene Wasserdampfmenge aufgrund der geringeren, temperaturbedingten Aufnahmefähigkeit in Form von Wasser ausgeschieden wird. Um also der Tauwasserbildung an Bauteiloberflächen vorzubeugen, darf die Temperatur an der raumseitigen Bauteiloberfläche den Taupunkt der Raumluft nicht unterschreiten (Seite 2, Tabelle 2).

Seestraße 18 74653 Künzelsau Tel. 0 79 40/60 91

www.holz-boegner.de


Infobrief 35 30,3

max.Feuchte in g/m³

30 25

23,1

20

17,3

15

Tab. 1: Abhängig von der Temperatur kann Luft unterschiedlich viel Feuchtigkeit in Form von Wasserdampf aufnehmen.

12,8 9,4

10

6,8

5 1,4

2,15

3,25

4,8

0 -15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

Temperatur in ° C

Gefahrenpunkte sind bspw. die Leibungen von Festern, wenn diese ständig gekippt sind. Vor allem in den kalten Jahreszeiten kühlen diese Flächen durch den direkten Kontakt zur Außenluft deutlich ab. Nicht selten wird der Taupunkt unterschritten und Kondensat kann ausfallen. Schwarze „Schimmelpünktchen“ und befallene Flächen in Leibungen und Rahmen sind häufig ein typisches Anzeichen. Üblicherweise gibt man in der Bauphysik die in der Luft enthaltene Wasserdampfmenge nicht als Konzentration in g/m³ sondern als Wasserdampfteildruck oder Wasserdampfpartialdruck an. Die Höhe des Wasserdampfteildrucks ist von der Temperatur und der rel. Luftfeuchtigkeit abhängig. Höhere Temperaturen bedingen dabei höhere Werte für den Dampfdruck. Bei einem Temperaturunterschied zwischen innen (warm) und außen (kalt) besteht also eine Druckdifferenz. Der Wasserdampf strebt einen Ausgleich dieser Differenz an, was zum Beispiel auch den Antrieb der Wasserdampfdiffusion erklärt. Diffusion Beim Vorgang der Wasserdampfdiffusion findet eine Bewegung der Wasserdampfmoleküle aus Bereichen mit niedrigem Wasserdampfpartialdruck hin zu solchen mit höherem Partialdruck statt (im Allgemeinen von warm nach kalt). Dieser Vorgang kann auch durch Baustoffe hindurch stattfinden. Welchen Widerstand Baustoffe dem Diffusionsbestreben ent-

Bild 1: beispielhafter Temperaturverlauf im Querschnitt eines Steildaches

gegensetzen, hängt von deren Dampfdiffusionswiderstand (charakterisiert durch den µ-Wert) und der Bauteildicke ab. In der Praxis wird allerdings selten der µ-Wert, sondern statt dessen der sd-Wert eines Materials angegeben.

sd-Wert mehr Sicherheit bieten, da sie auch eine Rücktrocknung zur Gebäudeinnenseite erlauben, dies insbesondere in den Sommermonaten, wenn sich das Dampfdruckgefälle und damit auch der Diffusionsstrom umkehren.

sd = µ · d [m]

Heutzutage steht fest, dass die vorhersehbare und berechenbare Feuchtebelastung durch Diffusion so gut wie nie die Ursache für Bauschäden ist. Dampfbremsen heute übernehmen häufig die Funktion der luftdichten Schicht, was eine besonders sorgfältige Montage notwendig macht.

Der sd-Wert gibt also den konkreten Diffusionswiderstand eines Baustoffs unter Berücksichtigung von Widerstandsfähigkeit und Dicke an. (Der sd-Wert eines Baustoffes gibt an, wie dick eine ruhende Luftschicht mit gleichem Diffusionswiderstand wie das betrachtete Bauteil ist. Ein 120 mm dicker PURDämmstoff, mit µ = 95, hat eine Wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke von sd = 95 · 0,12 m = 11,4 m.) Als diffusionsoffen gelten nach DIN  4108-3 Bauteile, deren sd-Wert niedriger als 0,50 m ist (vgl. Seite 3, Infokasten). Dampfbremsen wurden früher durchaus primär mit dem Ziel montiert, die Diffusion in die Konstruktion zu unterbinden. „Je dichter, desto besser“, hieß oft die Devise und so wurden vielfach Dampfsperren montiert, um den Eintrag in die Konstruktion komplett zu verhindern. Tatsächlich ist es aber so, dass schädliche Feuchte überwiegend durch Undichtigkeiten in der (eigentlich) luftdichten Gebäudehülle oder durch eingeschlossene Baufeuchte (s. Seite 3) in Dach- oder Wandquerschnitte gelangen. Für diese Fälle können offenere Dampfbremsen oder Folien mit variablem

Der Diffusionsvorgang in Häusern läuft relativ langsam ab — Feuchte, die durch Konvektion eindringt, kann nicht im gleichen Zeitraum wieder durch Diffusion entweichen. Konvektion Konvektion ist der Feuchtetransport durch Luftströmung. Um den Vorgang in Gang zu setzen, muss eine Luftbewegung, bspw. durch einen Temperaturunterschied oder durch Windeinflüsse initiiert und aufrecht erhalten werden. In Gebäude mit Fehlstellen in der luftdichten Gebäudeumfassung ist meist der

thermische Einfluss ausschlaggebend. Die Feuchtigkeitsmenge, die schon durch geringe Fugen in die Konstruktion eindringen kann, kann leicht das 1000-fache der durch Diffusion eingebrachten Menge betragen. Das unterstreicht noch einmal nadrücklich, warum eine intakte Luftdichtheitsschicht von so entscheidender Bedeutung für schadensfreie Konstruktionen ist!

Durch eine fugenfreie Dämmkonstruktion mit einer Dampfbremse (sd-Wert = 30 m) diffundieren pro Normwintertag 0,5 g Wasser/m² in die Konstruktion ein. Im gleichen Zeitraum strömt per Konvektion über eine 1 mm breite Fuge in der Dampfbremse 800 g Feuchtigkeit pro Meter Fugenlänge in die Konstruktion ein. Das entspricht einer Verschlechterung um den Faktor 1600. (Beispiel und Grafik: pro clima).

Taupunkttemperatur in °C bei einer relativen Feuchte von Temperatur

30 % 40 % 50 % 60 % 70 %

80 % 90 % 100 %

30 C°

10,5

14,9

18,4

21,4

23,9

26,2

28,2

30,0

25 C°

6,2

10,5

13,9

16,7

19,1

21,3

23,2

25,0

20 C°

1,9

6,0

9,3

12,0

14,4

16,4

18,3

20,0

15 C°

-2,2

1,5

4,7

7,3

8,5

9,6

11,6

15,0

10 C°

-6,0

-2,6

0,1

2,6

4,8

6,7

8,4

10,0

Tab. 2: Taupunkttemperatur der Luft in Abhängigkeit von Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit (Auszug aus DIN 4108, Teil 3)


Infobrief

Es liegt was in der Luft Wasserdampf planmäßig steuern So kann Feuchte in die Konstruktion gelangen: Konvektion Konvektion ist häufig die Folge mangelhafter Anschlüsse oder Verletzungen der Luftdichtheitsebene. Die Strömungswege vom Lufteintritt bis zum Ort des Tauwasserausfalls können sich über längere Strecken hinziehen, sodass die nachträgliche Fehlersuche oft schwerfällt. Diffusion Die Diffusion richtet sich in der Regel im Winter von innen nach außen, im Sommer von außen nach innen. Der Feuchteeintrag durch Diffusion ist im Vergleich zur Konvektion meist unkritisch. Diffusionsoffene Konstruktionen können die Rücktrocknung unterstützen.

Feuchte Baustoffe Zusammen mit bspw. feuchtem Holz kann Wasser in die Konstruktion eingebaut werden. Bei der Holztrocknung wird das Wasser frei und fällt, häufig bei sinkenden Temperaturen, als Tauswasser aus. (Grafiken: pro clima)

Bauphysikalisch korrekt geplante und ausgeführte Gebäude sind so konzipiert, dass eine gewisse (zulässige) Menge an Feuchtigkeit während der Verdunstungsperiode aus dem Haus bzw. der Konstruktion schadenfrei ausdiffundieren kann. Wird diese Menge zu groß, ist mit Tauwasserausfall und Kondensat zu rechnen, das sich an Bauteiloberflächen niederschlägt oder in der Dämmung ausfällt und zu massiven Feuchteschäden führen kann. Ein sinnvoller diffusionstechnischer Aufbau kann das Trocknungsvermögen einer Konstruktion wirkungsvoll unterstützten. Je höher die Trocknungsreserve ist, umso höher kann die unvorhergesehene Feuchtebelastung bei trotzdem bauschadensfreiem Bauteil sein. Wenn der mehrschichtige Aufbau von folgenden diffusionstechnischen Konstruktionsprinzipien abweicht, empfiehlt sich eine genauere Untersuchung bzw. die Rücksprache mit dem Planer:

- Die Wärmedämmfähigkeit von Teilschichten sollte von innen nach außen zunehmen. - Dach- und Wandquerschnitte sollten auf den richtigen diffusionstechnischen Aufbau überprüft werden. (I. d. R. gilt: Von innen nach außen nimmt der Diffusionswiderstand ab.) - Möglichst keine wärmedämmenden Schichten auf der Innenseite von Dampfbremsen. System, Beratung, Qualität Für Folien, Kleber und Abdichtungsmittel gilt: Gehen Sie keine Kompromisse hinsichtlich der Qualität ein und lassen Sie die Finger von Billigprodukten. • Setzen Sie nur vom HolzLandFachhandel angebotene Klebebänder, Dichtmaterialien, Manschetten und Formteile ein. • Verwenden Sie nur aufeinander abgestimmte Systeme. • Beachten Sie die Herstellervorgaben zum Untergrund und zur Montage.

Nachweisfreie Konstruktionen nach DIN 4108-3 Weitere häufige Ursachen: - Beschädigung der luftdichten Ebene durch Folgegewerke (bspw. Steckdoseneinbau durch Elektriker ohne anschließende Abdichtung oder nicht luftdichte Steckdosen) - eingeschlossene Baufeuchte, bspw. durch Einbau beregneter Baustoffe, nicht witterungsgerecht abgesicherte Bauten, nicht korrekt ausgetrocknete Estriche, ... - nicht korrekte Ausführung der luftdichten Gebäudehülle - Verwendung ungeeigneter Folien, Klebebänder/Dichtmassen - falsches Nutzerverhalten (falsches oder unterlassenes Lüften) - falsches oder fehlendes Lüftungskonzept (v. a. bei Modernisierung)

DIN 4108-3 empfiehlt eine Anzahl schadenssicherer Beispielaufbauten, für die – bei Einhaltung der Werte – der Nachweis zur Feuchtesicherheit entfallen kann. Allgemein gilt:  

 

Die Begriffe „Dampfbremse“, „Dampfsperre“ oder „variable Dampfsperre“ sind keine genormten Begriffe. Die DIN 4108 ordnet Folien (und andere Bauteilschichten) folgende Bezeichnungen zu: Eigenschaft diffusionsoffen nach DIN 4108-3

sd-Wert nach DIN 4108-3 < 0,5 m

diffusionshemmend

> 0,5 < 1500 m

diffusionsdicht

> 1500 m

auteile, die in Kontakt mit Tauwasser kommen, dürfen nicht B durch Korrosion, Pilzbefall etc. geschädigt werden. Festgelegte Tauwassermengen dürfen nicht überschritten wer den – bei Dach- und Wandkonstruktionen: 1 kg/m³, an nicht wasseraufnahmefähigen Schichten (bspw. Dampfsperren): max. 0,5 kg/m³ Anfallendes Tauwasser muss in der Verdunstungsperiode wieder  an die Umgebung abgegeben werden können. Der massebezogene Feuchtegehalt darf einen verhältnisbezo genen Grenzwert nicht überschreiten – bei Holz: max. 5 %, bei Holzwerkstoffen: max. 3 %.

Die Beispiele gelten sowohl für Neubauten, wie auch für die Modernisierung. Werden weiterhin die DIN-Vorgaben zu den dampfsperrenden Schichten und zur Hinterlüftung beachtet, darf der Nachweis entfallen. Alle anderen Querschnitte sind gem. dem Berechnungsverfahren (Anhang A.6 der DIN 4108) auf Feuchtesicherheit nachzuweisen.


Infobrief

Unter der Lupe Berechnung der Feuchte in Bauteilen Mit Simulationsprogrammen für den gekoppelten Wärme-, Feuchte- und Stofftransport in kapillarporösen Baustoffen ist eine sehr viel genauere Beurteilung bauphysikalischer Prozesse in Bauteilen möglich. Hier: die hygrothermische Simulation eines Details (Stahlträger), erstellt mit Delphin, einem Simulationsprogramm des Instituts für Bauklimatik in Dresden.

Wie bereits erwähnt, ist es weder vorgeschrieben, noch sinnvoll machbar, dass in eine Konstruktion absolut keine Feuchte gelangt. Auch der Feuchtenachweis nach DIN 4108 fordert lediglich, dass die Tauwassermenge für die jeweilige Konstruktion in zulässigen Grenzen zu halten ist und das während der Tauperiode (Winter) im Bauteil anfallendes Wasser während der Verdunstungsperiode (Sommer) wieder aus dem Bauteil entweichen kann. Bei komplexen Konstruktionen stößt das herkömmliche Nachweisverfahren aber häufig an seine Grenzen. Bauteilquerschnitte sind gemäß dem Berechnungsverfahren (Anhang A.6 der DIN 4108) auf Feuchtesicherheit nachzuweisen. Allerdings darf auf den Nachweis verzichtet werden, wenn die schadenssicheren Beispielaufbauten der DIN 4108-3 verwendet und die dort beschriebenen Randbedingungen eingehalten werden (s. Seite 3, unten).

Die während der Tauperiode anfallende Wassermenge muss in der Verdunstungsperiode wieder austrocknen können. Ist die Tauwassermenge kleiner als:

Konstruktionsebene verläuft, dargestellt. Dies mag auf homogene, ungestörte Bauteilschichten zutreffen. In einer Holzrahmenbauwand, mit Ständern aus Holz und Wärmedämmung im Gefach, verläuft der Wärme- und Feuchteransport in der Umgebung der Wärmebrücken aber eben nicht mehr linear. Mithilfe des Glaser-Verfahrens würde man nur das Gefache berechnen — die Holzanteile blieben außen vor. Auch Wandecken und Anschlüsse lassen sich so nicht untersuchen.

- 1 kg/m² bzw. - 0,5 kg/m² bei kapillar nicht wasseraufnahmefähigen Schichten (zur Begrenzung des Ablaufens und Abtropfens an Berührungsflächen, Diffusionsberechnung nach Glaser z. B. Folien), Wird der Nachweis rechnerisch geführt, so kommmt das gelten die Anforderungen der DIN Glaser-Verfahren — ein Schema als erfüllt. zur Taupunktberechnung — zur Anwendung. Es dient der nähe- Für Holzbauten gelten folgende Weitere Faktoren, die nicht berücksichtigt werden: rungsweisen Ermittlung von Sonderregelungen: Feuchtigkeitsanreicherung durch Diffusion in Gebäudebauteilen. - Begrenzung des massebezogenen - Klimatische Randbedingungen werden als konstant angesetzt. Feuchtegehalts — für Holz: max. E ine flexible Betrachtung Auch wenn die Berechnung heute 5 %, für Holzwerkstoffe: max. 3 % -  der Tauwasserund Die Tauwassermenge im Winter computergestützt erfolgt, ist eine -  Verdunstungszeiträume ist nicht händische Berechnung relativ ein(Tauperiode) darf nicht größer möglich. fach möglich. Der Nachweis kann sein als die Verdunstungsmenge - Es können keine Angaben zum rechnerisch oder grafisch (mit Stift im Sommer. tatsächlichen Feuchtegehalt der und Lineal) geführt werden. - Baustoffe, die mit Tauwasser in Konstruktion gemacht werden. Berührung kommen, dürfen nicht Die Kapillarität von Baustoffen Für den Glaser-Nachweis werden beschädigt werden (z. B. durch -  und deren Sorptionsfähigkeit und standardisierte Randbedingungen Korrosion, Pilzbefall). - der Feuchtetransport durch zugrunde gelegt: Konvektion werden nicht berückInstationäre Verfahren sichtigt. Tauperiode im Winter Das (stationäre) Verfahren nach - Außenklima -10 °C und 80 % rel. F. Glaser steht zunehmend in der komplexe, komplizierte - Innenklima 20 °C und 50 % rel. F., Kritik, da es aufgrund vielfa- Für Dauer 60 Tage cher Vereinfachungen häufig die Konstruktionen oder zur genaueren Wirklichkeit nicht mehr genau Untersuchung von Detailpunkten Verdunstungsperiode im Sommer genug abbildet. Die Diffusion stehen deshalb seit einigen - Klima innen und außen 12 °C und wird als eindimensionaler Prozess, Jahren instationäre Verfahren zur Foto: Westag & Getalit AG zur Verfügung, die eine 70 % rel. F., Dauer 90 Tage der ausschließlich senkrecht zur Berechnung

wesentlich genauere, auch zeitabhängige Betrachtung erlauben und diese Faktoren in die Analyse mit einbeziehen. Zu diesen computergestützten Simulationen zählen bspw. WUFI (Wärme und Feuchtetransport instationär, Fraunhofer IPB), Stuttgart und Delphin (s. o.) zur realitätsnahen instationären Berechnung des gekoppelten ein- und zweidimensionalen Wärme- und Feuchtetransports in mehrschichtigen Bauteilen unter natürlichen, standortabhängigen Klimabedingungen.

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