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'''Link zum Hauptartikel:''' Definition [[Diffusion]] | |||
==== | == Rechnerischer Nachweis von Bauteilen == | ||
''Ergänzter Auszug einer von MOLL bauökologische Produkte GmbH initiierten'' Sanierungs-Studie<ref name="Qu_005" />: <br /> | |||
Für die Berechnung der Feuchtetransporte durch Diffusion innerhalb der Konstruktion stehen verschiedene Berechnungsmodelle mit unterschiedlicher Genauigkeit zur Verfügung. <br /> | |||
''' | Die [[DIN 4108-3]] beschreibt, neben einer großen Auswahl an nachweisfreien Konstruktionen, zwei gängige Berechnungsverfahren. <br /> | ||
Im Anhang A wird das einfache [[Periodenbilanzverfahren]] (auch Glaser-Verfahren) in Anlehnung an [[DIN EN ISO 13788]] beschrieben. Hierbei wird die Tauwasser- bzw. Verdunstungsmenge, die durch Diffusion in das betrachtete Bauteil hinein bzw. heraus gelangen kann, mit standardisierten Klimabedingungen errechnet. Für die Berechnung stehen 2 Blockklimate (Winter bzw. Sommerklima) zur | |||
Verfügung. Dieser genannte Ansatz erlaubt keine detaillierte Betrachtung der Wärme- und Feuchteströme. Es ist nicht möglich, den genauen Feuchtegehalt eines der eingesetzten Materialien zu bestimmen. Dieses sogenannte [[Glaser-Verfahren]] dient seit Jahrzehnten im Baubereich ausschließlich der groben Abschätzung von Tauwasser bzw. Verdunstungsmengen. | |||
Im Anhang D der [[DIN 4108-3]] wird die Feuchteschutzbemessung durch hygrothermische Simulation gemäß [[DIN EN 15026]] beschrieben. Dieses instationäre Berechnungsmodell, wie es im [[WUFI pro]] bzw. [[WUFI 2D]] oder im [[Delphin]] enthalten ist, simuliert die Feuchte- und Wärmeströme innerhalb von Konstruktionen. Werden stündlich ermittelte Klimadaten zur Berechnung verwendet, liefern | |||
diese mit weitem Abstand die genauesten Ergebnisse. | |||
==== Berechnung in Anlehnung an DIN EN ISO 13788 - Verfahren nach Glaser ==== | |||
Der Feuchtigkeitsstrom wird bei einem pauschalierten Klima von 90 Tagen Winter (-5 °C außen / 80 % rel. Luftfeuchte und 20 °C innen / 50 % rel. Luftfeuchte) und 90 Tagen Sommer (bei innen / außen ausgeglichenem Wasserdampfteildruck) berechnet. Die Konstruktionen müssen u. A. folgende Grenzen einhalten: <br /> | |||
* Die Tauwassermenge darf bei nicht kapillar aufnahmefähigen Bauteilschichten (z. B. bei Folien) 500 g/m² nicht überschreiten. <br /> | |||
* Die Tauwassermenge in der Winterperiode muss geringer sein als die Verdunstungsmenge im Sommer. <br /> | |||
Mehr siehe: [[Periodenbilanzverfahren#Anforderungsprofil|Periodenbilanzverfahren]] | |||
'''Verfahren nach Glaser mit Jenisch-Klimadaten''' <br /> | |||
''Hinweis: Dieses Verfahren wird in der [[DIN 4108-3]] nicht mehr erwähnt.'' <br /> | |||
Das Verfahren nach [[Jenisch]] rechnet je nach Region mit 12 pauschalen Klimadatensätzen, für jeden Monat einen Klimaansatz mit einer gemittelten Temperatur außen und innen. Im Winter liegen die Temperaturansätze außen nur um 0 °C und nicht wie beim [[Glaser-Verfahren]] nach [[DIN 4108-3]] bei jetzt –5 °C. Im Sommer, je nach Region, bei 18 °C. <br /> | |||
Die Konstruktionen werden also ohne außenseitige Frostperiode berechnet und zeigen demnach deutlich unkritischere Ergebnisse als beim Verfahren nach Glaser. Die Ergebnisse sind dementsprechend zu werten. | |||
<br clear="all" /> | |||
=== Berechnung nach Glaser === | |||
Das [[Glaser-Verfahren]] ist ein vereinfachtes, stationäres Nachweisverfahren für eine feuchteschutztechnische Abschätzung von Bauteilen. Dies erfolgt durch Betrachtung des auftretenden Diffusionstransports bei stationären Zuständen unter pauschalen Randbedingungen. Bei dieser Art von Nachweis handelt es sich um »ein modellhaftes Nachweis- und Bewertungsverfahren als Hilfsmittel für den Fachmann zur Beurteilung des klimabedingten Feuchteschutzes. Es bildet nicht die realen physikalischen Vorgänge in ihrer tatsächlichen zeitlichen Abfolge ab« (aus: [[DIN 4108-3]]). <br /> | |||
Die Einfachheit des Verfahrens bedeutet zugleich eine starke Einschränkung, da sich z. B. weder Verschattungen noch zusätzliche Bauteilschichten wie Bekiesungen oder Begrünungen berücksichtigen lassen. Weiterhin werden die tatsächlichen Feuchtegehalte, die Kapillarität sowie die Sorptionsfähigkeit von Baustoffen nicht in die Berechnungen einbezogen. <br /> | |||
Dadurch kann das [[Glaser-Verfahren]] gerade für die Berechnung von bauphysikalisch anspruchsvollen Holzbaukonstruktionen nicht verwendet werden. | |||
<br clear="all" /> | |||
'''Beide''' Ansätze erlauben keine detaillierte Betrachtung der Wärme- und Feuchteströme. Es ist nicht möglich, den genauen Feuchtegehalt eines der eingesetzten Materialien zu bestimmen oder wichtige Transportmechanismen wie [[Sorption]] und [[Kapillarität]] zu berücksichtigten. Das [[Glaser-Verfahren]] dient seit Jahrzehnten im Baubereich ausschließlich der groben Abschätzung von [[Tauwasser]]- bzw. Verdunstungsmengen. | |||
Die [[DIN 4108-3]] verweist deshalb darauf, dass dieses Verfahren nicht für [[Gründach|begrünte Dachkonstruktionen]] als Nachweis der [[Bauschadensfreiheit]] geeignet ist, sondern '''instationäre''' Simulationsverfahren verwendet werden müssen. | Die [[DIN 4108-3]] verweist deshalb darauf, dass dieses Verfahren nicht für [[Gründach|begrünte Dachkonstruktionen]] als Nachweis der [[Bauschadensfreiheit]] geeignet ist, sondern '''instationäre''' Simulationsverfahren verwendet werden müssen. | ||
{|align="right" width="300px" style="border-style:solid; border-width:1px; margin: 0px 0px 0px 15px;" class="rahmenfarbe1" | |||
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| '''Genaue Ergebnisse mit instationären Berechnungsmodellen''' | |||
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| width=" | | width="250px"| '''Stationäre Modelle''' | ||
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* [[Glaser-Verfahren|Verfahren nach Glaser]] <br /> | * [[Glaser-Verfahren|Verfahren nach Glaser]] <br /> | ||
=> liefern grobe Anhaltswerte | => liefern grobe Anhaltswerte | ||
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| '''Instationäre Modelle''' | | '''Instationäre Modelle''' | ||
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* [[Delphin]] <br /> | * [[Delphin]] <br /> | ||
* [[MATCH]] <br /> | * [[MATCH]] <br /> | ||
=> liefern genauste Werte für Feuchtegehalte für jede Position im Bauteil | => liefern genauste Werte für Feuchtegehalte für jede Position im Bauteil - ideal für die Berechnung der Bauteilsicherheit | ||
- ideal für die Berechnung der Bauteilsicherheit | |||
|} | |} | ||
{{Anker|instationaer}} | |||
=== Berechnung der gekoppelten Wärme- und Feuchtetransporte nach [[DIN EN 15026]] === | |||
[[ | Wirklich realistische Ergebnisse liefern die instationären Berechnungsverfahren. Bekannte Softwarelösungen sind | ||
* [[Delphin]] vom [[Institut für Bauklimatik|Institut für Bauklimatik, Dresden]] und | |||
* [[WUFI pro]] bzw. [[WUFI#WUFI 2D|WUFI 2D]] vom [[Fraunhofer Gesellschaft|Fraunhofer-Institut für Bauphysik, Holzkirchen]]. | |||
Sie berechnen den Wärme- und Feuchtetransport in der Konstruktion basierend auf | |||
* realen Klimadaten: Temperatur, Luftfeuchte, (Schlag-)Regen, Sonne, Wind usw. | |||
* Baustoffeigenschaften wie [[Diffusion]], [[Sorption]] und [[Kapillarität]] (Wasseraufnahme, -speicherung und -transport) und | |||
* der geographischen Ausrichtung der Gebäudeteile (Neigung, Himmelsrichtung). | |||
Die Programme werden mehrfach validiert, d. h. die Ergebnisse aus den Rechnungen werden mit Freilandversuchen verglichen. Für die Berechnung werden die entsprechenden Klimadaten eines Jahres als Stundenwerte benötigt. Mit Hilfe der meteorologischen Datenbank [[Meteonorm]] stehen Klimadaten von einigen tausend Messstationen rund um den Erdball zur Verfügung. Diese beinhalten sowohl gemäßigte als auch extreme Klimabereiche. <br /> | |||
Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur können für jeden Punkt der betrachteten Konstruktion ausgegeben werden. Auch Einflüsse wie z. B. Verschattung, die Art der Eindeckung, Beläge wie Gründach, Kies usw. und sogar Undichtheiten der Luftdichtungsschicht inklusive dem [[Konvektion|konvektiven Feuchteeinträgen]] können in den Berechnungen berücksichtigt werden. <br /> | |||
Für die Simulationsberechnungen wird das Bauteil mit seiner Schichtenfolge in das Programm eingegeben und ein mehrjähriger Verlauf analysiert. <br /> | |||
Das Berechnungsergebnis zeigt z. B., ob sich die Feuchtigkeitsgehalte einzelner Materialien oder an ausgewählten Stellen im Bauteil im zulässigen Rahmen bewegen. Wird der Verlauf des Gesamtfeuchtegehaltes betrachtet kann die maximal mögliche Austrocknung von verschiedenen Bauteilen ermittelt werden. <br /> | |||
Diese wird auch als [[Bauschadens-Freiheits-Potenzial]] bezeichnet. | |||
Alle beschriebenen Berechnungsmodelle gehen im Wesentlichen davon aus, dass die Schichten im Bauteil in jeweils definierten Rahmen [[Luftdichtung|luftdicht]] sind. | |||
== Glaser-Verfahren versus WuFi == | == Glaser-Verfahren versus WuFi == | ||
Welches Verfahren ist das Richtige? Diese Frage stellt sich demjenigen der sich Gedanken um die Gebrauchstauglichkeit von vor allem bauphysikalisch kritischen Bauteilen macht. Das in [[DIN 4108-3]] verankerte [[Glaser-Verfahren|Glaserverfahren]] lässt sich nicht für alle Konstruktionen ansetzen. Zu dem haben sich im Laufe der Zeit instationäre, dynamische, so genannte „numerische“, Verfahren entwickelt mit welchen Bauteile deutlich genauer und differenzierter betrachtet werden können. <br /> | Welches Verfahren ist das Richtige? Diese Frage stellt sich demjenigen der sich Gedanken um die Gebrauchstauglichkeit von vor allem bauphysikalisch kritischen Bauteilen macht. Das in [[DIN 4108-3]] verankerte [[Glaser-Verfahren|Glaserverfahren]] lässt sich nicht für alle Konstruktionen ansetzen. Zu dem haben sich im Laufe der Zeit instationäre, dynamische, so genannte „numerische“, Verfahren entwickelt mit welchen Bauteile deutlich genauer und differenzierter betrachtet werden können. <br /> | ||
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=== DIN 4108-3, Glaser-Verfahren === | === DIN 4108-3, Glaser-Verfahren === | ||
Helmut Glaser veröffentlichte Ende der 50er Jahre das nach ihm benannte Verfahren zur Betrachtung von Feuchte und Wärme innerhalb von Konstruktionen. Um den Zeitbedarf der, damals mit Rechenschieber und Bleistift, durchgeführten Berechnungen im Rahmen zu halten musste Glaser das Verfahren stark vereinfachen. Daher wurde | Helmut Glaser veröffentlichte Ende der 50er Jahre das nach ihm benannte Verfahren zur Betrachtung von Feuchte und Wärme innerhalb von Konstruktionen. Um den Zeitbedarf der, damals mit Rechenschieber und Bleistift, durchgeführten Berechnungen im Rahmen zu halten, musste Glaser das Verfahren stark vereinfachen. Daher wurde das Klima en bloc betrachtet. Ein 60-Tage Winter mit konstantem Klima, außen –10 °C (heute -5 °C) und 80 % und innen 20 °C und 50 % [[Luftfeuchtigkeit]]. Dagegen steht ein 90-Tage Sommer mit ebenso konstantem Klima, außen 12 °C und 70 % Luftfeuchtigkeit und innen 12 °C und 70 %. Diese starke Vereinfachung mit starren Rahmenbedingungen ermöglicht eine schnelle Ergebnisdarstellung für die anfallende [[Diffusionsfeuchte]] und den [[Wärmedurchgangskoeffizient]]en eines Bauteils. Das Verfahren kann ausschließlich Diffusionsvorgänge bei 100 %iger [[Luftdichtheit]] betrachten. | ||
Gemäß Normenlage sind nur [[Gründach|Gründächer]] von der Berechnung mit dem [[Glaser-Verfahren]] ausgenommen. Bei Dächern mit Abdichtung wird im Anhang der Norm unter B.3 im Rechenbeispiel ein Bahnendach beschrieben bei welchem ausdrücklich vermerkt ist, dass diese Konstruktion mit einer zusätzlichen Kieslage versehen sein könnte. In der Beispielberechnung wird die Kieslage jedoch nicht berücksichtigt. Auf eine Auswirkung auf das Ergebnis der Berechnung wird nicht hingewiesen. Unter heutigen Gesichtspunkten verändert jedoch eine solche zusätzliche Deckschicht sehr wohl das Verhalten der Konstruktion. | Gemäß Normenlage sind nur [[Gründach|Gründächer]] von der Berechnung mit dem [[Glaser-Verfahren]] ausgenommen. Bei Dächern mit Abdichtung wird im Anhang der Norm unter B.3 im Rechenbeispiel ein Bahnendach beschrieben bei welchem ausdrücklich vermerkt ist, dass diese Konstruktion mit einer zusätzlichen Kieslage versehen sein könnte. In der Beispielberechnung wird die Kieslage jedoch nicht berücksichtigt. Auf eine Auswirkung auf das Ergebnis der Berechnung wird nicht hingewiesen. Unter heutigen Gesichtspunkten verändert jedoch eine solche zusätzliche Deckschicht sehr wohl das Verhalten der Konstruktion. | ||
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Dafür sind Kriterien festzulegen welche sicherstellen, dass kein [[Bauschaden]] entsteht. Kriterien und Ausgangsbedingungen sollten sich, auch bei generellen Aussagen, den bauphysikalisch schwierigen Anforderungen zuwenden und diese abdecken. | Dafür sind Kriterien festzulegen welche sicherstellen, dass kein [[Bauschaden]] entsteht. Kriterien und Ausgangsbedingungen sollten sich, auch bei generellen Aussagen, den bauphysikalisch schwierigen Anforderungen zuwenden und diese abdecken. | ||
Die pro clima [[ | Die pro clima [[Luftdichtungs-Studie]] zum [[Bauschadens-Freiheits-Potenzial]]s zieht daher in den Dachkonstruktionen anspruchsvolle Parameter, wie z.B. Dachausrichtung nach Norden, große Dachneigung, geringe Strahlungsabsorption u.a., heran. Mit anspruchsvollen Parametern lässt sich dann ein großes Feld von Anwendungsmöglichkeiten innerhalb bestimmter geographischer Regionen abdecken. | ||
Für ein sicheres Bauteil wird ein großes | Für ein sicheres Bauteil wird ein großes Bauschadens-Freiheits-Potenzial angestrebt, das wie folgt definiert ist: <br /> | ||
Das [[ | Das [[Bauschadens-Freiheits-Potenzial]] (BSFP) gibt an, wie viel Feuchtigkeit [[unvorhergesehen]] durch Undichtigkeiten, [[Flankendiffusion]], feuchte Baustoffe in eine Konstruktion eindringen kann, ohne einen Bauschaden zu verursachen. Zur Feststellung des BSFP werden zu Beginn des Rechungslaufes 4 Liter Wasser je m² in die Dämmstoffebene eingebracht. Das Bauschadens-Freiheits-Potenzial entspricht dann der Entfeuchtungsleistung im ersten Jahr der Simulation. | ||
In Forschung, Praxis und Normung hat sich gezeigt und wird davon ausgegangen dass Bauteile nicht 100% [[Luftdichtheit|luftdicht]] sind. [[Luftwechselrate]]n welche für Gebäude ermittelt werden, beschreiben nichts anderes als eine bestehende Luftundichtheit. Daher ist mit, quasi ständigen, Feuchteeinträgen in eine Konstruktion durch Raumluft zu rechnen. Auf Grund dieser Tatsache sollten Bauteile nicht nur ein entsprechendes | In Forschung, Praxis und Normung hat sich gezeigt und wird davon ausgegangen dass Bauteile nicht 100% [[Luftdichtheit|luftdicht]] sind. [[Luftwechselrate]]n welche für Gebäude ermittelt werden, beschreiben nichts anderes als eine bestehende Luftundichtheit. Daher ist mit, quasi ständigen, Feuchteeinträgen in eine Konstruktion durch Raumluft zu rechnen. Auf Grund dieser Tatsache sollten Bauteile nicht nur ein entsprechendes Bauschadens-Freiheits-Potenzial aufweisen, sondern es sollte ebenso die Gebrauchstauglichkeit sichergestellt sein. <br /> | ||
Die Gebrauchstauglichkeit wird dann erreicht, wenn bei der Simulation mit einer definierten Undichtheit (Luftinfiltration) das Holz und die Holzwerkstoffe im trockenen Bereich bleiben. Hierfür kann das Luftinfiltrationsmodell des [[Fraunhofer Gesellschaft|Fraunhofer-Instituts für Bauphysik]] herangezogen werden. Bei diesem Modell können je nach [[Luftwechselrate#Luftdurchl.C3.A4ssigkeit_der_H.C3.BClle_q50_.28auch_wH50.29|Luftdichtheit der Gebäudehülle q<sub>50</sub>-Werte]] von 1, 3 bzw. 5 m³/m² simuliert werden. Bleiben die kritischen Bauteilschichten trocken ist die Gebrauchstauglichkeit gewährleistet. <br /> | Die Gebrauchstauglichkeit wird dann erreicht, wenn bei der Simulation mit einer definierten Undichtheit (Luftinfiltration) das Holz und die Holzwerkstoffe im trockenen Bereich bleiben. Hierfür kann das Luftinfiltrationsmodell des [[Fraunhofer Gesellschaft|Fraunhofer-Instituts für Bauphysik]] herangezogen werden. Bei diesem Modell können je nach [[Luftwechselrate#Luftdurchl.C3.A4ssigkeit_der_H.C3.BClle_q50_.28auch_wH50.29|Luftdichtheit der Gebäudehülle q<sub>50</sub>-Werte]] von 1, 3 bzw. 5 m³/m² simuliert werden. Bleiben die kritischen Bauteilschichten trocken ist die Gebrauchstauglichkeit gewährleistet. <br /> | ||
Mit der Auswertung der numerischen Simulation des [[ | Mit der Auswertung der numerischen Simulation des [[Bauschadens-Freiheits-Potenzial]]s und der Gebrauchstauglichkeit kann festgestellt werden, dass keine Gefährdung für Bauwerk (Standsicherheit) und Bewohner (Gesundheit) besteht. | ||
=== Fazit === | === Fazit === | ||
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„Während das Glaser-Verfahren lediglich die stationäre Wärmeleitung und Dampfdiffusion berücksichtigt, spielen in den in dieser Norm behandelten transienten Modellen Wärme- und Feuchtespeicherung, Wirkungen latenter Wärme und der Transport mittels Flüssigkeiten und Konvektion unter realistischen Rand- und Anfangsbedingungen eine Rolle. Die Anwendung derartiger Modelle im Bauwesen hat in den letzten Jahren stark zugenommen, was zu einer bedeutenden Verbesserung der Genauigkeit und Vergleichpräzision der wärme- und feuchtetechnischen Simulation geführt hat.“ | „Während das Glaser-Verfahren lediglich die stationäre Wärmeleitung und Dampfdiffusion berücksichtigt, spielen in den in dieser Norm behandelten transienten Modellen Wärme- und Feuchtespeicherung, Wirkungen latenter Wärme und der Transport mittels Flüssigkeiten und Konvektion unter realistischen Rand- und Anfangsbedingungen eine Rolle. Die Anwendung derartiger Modelle im Bauwesen hat in den letzten Jahren stark zugenommen, was zu einer bedeutenden Verbesserung der Genauigkeit und Vergleichpräzision der wärme- und feuchtetechnischen Simulation geführt hat.“ | ||
Entscheidend für bauschadensfreie Konstruktionen sind ein hohes [[ | Entscheidend für bauschadensfreie Konstruktionen sind ein hohes [[Bauschadens-Freiheits-Potenzial]] und die Gebrauchstauglichkeit. <br > | ||
[[Feuchtevariabilität|Feuchtevariable]] Dampfbremsbahnen bieten sowohl eine wesentliche Erhöhung des | [[Feuchtevariabilität|Feuchtevariable]] Dampfbremsbahnen bieten sowohl eine wesentliche Erhöhung des Bauschadens-Freiheits-Potenzials als auch eine sehr hohe Gebrauchstauglichkeit für alle Konstruktionen unabhängig des jeweiligen bauphysikalischen Schwierigkeitsgrades. | ||
== Einzelnachweise == | == Einzelnachweise == | ||
<references> | <references> | ||
<ref name="Qu_005"> ''MOLL bauökologische Produkte GmbH'' | <ref name="Qu_005"> ''MOLL bauökologische Produkte GmbH'' - [[Bauphysik Sanierungs-Studie#Berechnungsmodelle für Diffusionsvorgänge|''Sanierungs-Studie: „Energetische Dachsanierung von außen“ '']] </ref> | ||
</references> | </references> | ||
==Siehe auch== | ==Siehe auch== | ||