Konvektion

Konvektion - die häufig unvorhergesehene Luftströmung

Unvorhergesehen: Luftströmung (Konvektion)

Bewegt sich Luft in Form einer Strömung, spricht man von Konvektion. Dies kann in Wärmedämmkonstruktionen erfolgen, wenn Fugen in der Dampfbremsebene vorhanden sind. Zwischen Innenraum- und Außenklima besteht bedingt durch den Temperaturunterschied auch ein Druckgefälle, das durch die Luftströmung nach Ausgleich strebt. Durch Konvektion können an einem Tag mehrere 100 g Feuchtigkeit in die Dämmung eingetragen werden und dort als Tauwasser ausfallen.

Durch Konvektion, also Luftströmung, werden wesentlich größere Feuchtemengen in die Konstruktion transportiert als durch Diffusion. Die konvektiv eingebrachte Feuchtemenge kann leicht das 1000fache der durch Diffusion eingetragenen Menge übersteigen.

Für Konstruktionen mit außen diffusionsdichten Bauteilschichten hat ein Feuchteeintrag über Konvektion schnell einen Bauschaden zur Folge. Konvektive Feuchtemengen können wegen ihrer hohen Feuchtelast aber auch für diffusionsoffene Bauteile auf der Außenseite gefährlich werden, vor allem wenn bereits Tauwasser ausgefallen ist.

Datei:BPhys GD 1 05 Konvekt Fuge Feuchte1-01.jpg 800 g Tauwasser durch 1 mm Fuge

Beispiel

Durch eine fugenfreie Dämmkonstruktion mit einer Dampfbremse mit einem s_d-Wert von 30 m diffundieren pro Normwintertag 0,5 g Wasser pro Quadratmeter 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 1.600.

Feuchtetransport			Randbedingungen:
durch Dampfbremse:	0,5 g/m² in 24 h		Dampfbremse sd-Wert	= 30 m
durch 1 mm Fuge:	800 g/m in 24 h		Innentemperatur	= +20 °C
			Außentemperatur	= -10 °C
Erhöhung Faktor:	1.600		Druckdifferenz	= 20 Pa entspricht Windstärke 2-3
			Messung: Institut für Bauphysik, Stuttgart

Dies ist das Ergebnis einer exemplarischen Laboruntersuchung. Grundsätzlich gilt:
Im Gegensatz zur Diffusion können Feuchteeinträge durch Fugen (Konvektion) derzeit nur hilfsweise berechnet werden !

Berechnungsmodelle für konvektiven Eintrag

Feuchtigkeitseinträge in Konstruktionen durch Konvektion (Strömung feucht-warmer Luft) lassen sich derzeit noch nicht mit kommerziellen Softwarelösungen simulieren. Der Antrieb der Konvektion ist der Druckunterschied zwischen dem Inneren eines Gebäudes und der Außenluft. Dieser Druckunterschied resultiert aus der Windanströmung des Gebäudes von außen und dem Aufsteigen der beheizten Luft innerhalb des bewohnten Raums. Als Annäherung kann der Feuchtetransport durch Leckagen in eine Konstruktion berechnet werden, indem diffusionshemmende innere Bauteilschichten (z. B. Dampfbremsebenen oder Innenbekleidungen) unberücksichtigt bleiben. Da es sich hier nur um Diffusionsströme handelt und der Antrieb der Luftdruckunterschiede fehlt, sind in der Realität die Feuchtigkeitsbelastungen durch Konvektion wesentlich höher. Bei Luftströmungen durch Leckagen konzentriert sich der Feuchteeintrag auf eine kleine Fläche. Dadurch ist dieser um ein Vielfaches höher, als es die Rechenergebnisse darstellen können.Durch Konvektion kann durch eine Fuge von 1 mm Breite und 1 m Länge (= 1/1000 m²) eine Feuchtigkeitsmenge von 800 g/m und Tag durch Konvektion in die Wärmedämmkonstruktion gelangen (s.o.). Soviel Feuchtigkeit kann auch die diffusionsoffenste Unterspannbahn nichtaustrocknen lassen, zumal der Diffusionsstrom eines dünnen Bauteils bei einer geringen/fehlenden Druckdifferenz in der Praxis viel niedriger ist, als die s_d-Werte dies vermuten lassen (siehe s_d-Werte und μ-Wert).

Anreicherung der Feuchtigkeitsmenge infolge innerer Konvektion

Konvektionsströme können auch innerhalb von Konstruktionen auftreten. Durch die Erwärmung der Konstruktion von außen beim direkten Bescheinen durch die Sonne kann Feuchtigkeit innerhalb des Bauteils aufsteigen und sich ggf. an Stellen sammeln, an denen weitere Konvektionsvorgänge, z. B. durch Wechsel, unterbrochen sind.

Eisschichten sind Dampfsperren

Kommt es zu einem Tauwasserausfall an Materialschichten, die im Frostbereich liegen (z. B. an außen liegenden Luftdichtungsbahnen), kann sich dort bei Minustemperaturen eine Eisschicht bilden. Infolge der verhinderten Austrocknung nach außen aus der Konstruktion heraus kommt es zur weiteren Bildung von sehr großen Kondensatmengen, die wiederum gefrieren. Das Resultat ist eine verringerte Dämmwirkung des eingesetzten Dämmstoffes sowie eine starke Gefährdung der in der Konstruktion enthaltenen Materialien.

Baupraktische Folgen mangelnder Luftdichtung

Schimmel aufgrund von Tauwasser

Bauschäden durch Schimmelbildung drohen, wenn feuchtwarme Raumluft im Winter z. B. durch Fugen in der Dampfbrems- und Luftdichtungsebene in die Wärmedämmkonstruktion eindringt und große Mengen Tauwasser entstehen. Viele Schimmelpilze setzen als sekundäre Stoffwechselprodukte Gifte, u. a. MVOC (flüchtige organische Verbindungen), und Sporen frei, die für Menschen gesundheitsgefährdend sind. Sie gelten als Allergieauslöser Nummer Eins. Kontakt mit Schimmelpilzen sollte man dringend vermeiden. Dabei ist es unerheblich, ob die MVOC oder die Sporen über das Essen, also den Magen, oder über die Lunge mit der Luft in den Körper gelangen.

Einzelnachweise

            Themenüberblick "Baufeuchte"

Luftdichtung • Konvektion • Diffusion • Flankendiffusion • Einbaufeuchte
Feuchtetransport • Diffusion-Berechnungsmodelle • Dampfdurchlässigkeit • Tauwasserausfall • Feuchtevariabilität
60/2 und 70/1,5-Regel • 1:1, 2:1 & 3:1 Lösung • Bauschadens-Freiheits-Potenzial
Studie • Sanierungs-Studie / Kurzfassung: Dachsanierung von außen • Konstruktionsdetails