Diffusion

Bei der Diffusion durchdringen Gase andere Gase oder feste Körper in Folge von Konzentrationsunterschieden. Die Diffusion ist ein ohne äußere Einwirkung eintretender Ausgleich unterschiedlicher Gaskonzentrationen.

Diffusion, die planbare Größe

Hinweis

Eine Dampfbremse mit einem s_d-Wert von 2,3 m lässt im Winter nach DIN 4108-3 pro Tag ca. 5 g Feuchtigkeit pro Quadratmeter in die Konstruktion eindringen.

Diffusion erfolgt planmäßig

In der Bauphysik beschreibt die Dampfdiffusion den Feuchtetransport durch Molekülwanderung, verursacht durch den Dampfdruckunterschied der das Bauteil umgebenden Luftschichten. Der Austausch erfolgt also, im Gegensatz zur Konvektion, nicht über Fugen, sondern durch die Wanderung der Feuchtigkeit durch eine monolithische, luftdichte Materialschicht.

Der Diffusionsstrom richtet sich im Winter regulär von innen nach außen, bei Erwärmung der Bauteilaußenseite infolge Sonneneinstrahlung - auch im Winter – kehrt sich die Richtung um. Durch diese Umkehr- oder Rückdiffusion besteht die Möglichkeit, dass im Bauteil enthaltene Feuchtigkeit auch zur Raumseite hin austrocknen kann ^[1]. Der Zeitraum mit warmen Außentemperaturen ist in Mitteleuropa länger, als der mit winterlichen Temperaturen, so dass mehr Feuchtigkeit aus der Konstruktion heraus trocknen kann.

Der Feuchteeintrag in die Konstruktion hängt vom Diffusionswiderstand (µ-Wert) des Materials ab.

So dachte man früher

Je weniger Feuchtigkeit in eine Konstruktion eindringen kann, umso geringer ist die Gefahr eines Bauschadens – so dachte man früher.

Das heißt, die Verwendung von sehr dichten Dampfsperren würde Bauschäden verhindern. Bereits vor mehr als 15 Jahren wurde dies durch bauphysikalische Berechnungen widerlegt und bewiesen, dass Dampfbremsen auch mit einem s_d-Wert von 2,30 m ihre Aufgabe erfüllen.

Des Weiteren zeigen Untersuchungen an Außenwänden in Nordamerika aus dem Jahre 1999 ^[2], dass der Feuchtigkeitseintrag durch eine Dampfsperre infolge Konvektion selbst bei fachgerechter Verlegung eine Tauwassermenge von ca. 250 g/m² pro Tauperiode beträgt.
Das entspricht einer Kondensatmenge, welche durch eine Dampfbremse mit einem s_d-Wert von 3,30 m während eines Winters diffundiert ^[3].

Fazit
Auch in Konstruktionen mit Dampfsperren, deren rechnerische s_d-Werte 50 m, 100 m oder mehr betragen, werden letztendlich erhebliche Mengen an Feuchtigkeit eingetragen. Dampfsperren lassen aber keine Rücktrocknung zu. Dadurch entstehen Feuchtefallen.

Definitionen

Dampfbremsen und Dampfsperren werden als Funktionsschicht zur Begrenzung des Feuchteeintrags durch Dampfdiffusion auf ein für die Konstruktion unkritisches Maß eingesetzt. Bei den dargestellten Konstruktionen unterscheiden die Autoren zwischen Dampfbremsen (2 m ≤ s_d ≤ 20 m) und Dampfsperren (s_d > 20 m).

Eine Besonderheit sind feuchtevariable Dampfbremsen (auch feuchteadaptiv genannt), bei denen sich materialbedingt der Diffusionswiderstand entsprechend der umgebenden Luftfeuchte verändert. Bei trockenem Umgebungsklima (im Winter auf der Raumseite) weisen sie einen höheren s_d-Wert auf (bis s_d = 10 m), bei höheren Luftfeuchtigkeiten (z.B. im Sommer) sinkt der Diffusionswiderstand (bis s_d = 0,2 m). Zur Bemessung sind die produktspezifischen Werte zu beachten. ^[1]

Laut DIN 4108-3 werden Stoffe hinsichtlich ihrer Dampfdurchlässigkeit in folgende Kategorien eingestuft:

	s_d-Wert
diffusionsoffen	≤ 0,5 m
diffusionshemmend	> 0,5 m bis < 1.500 m
diffusionsdicht	≥ 1.500 m

Berechnungsmodelle für Diffusionsvorgänge

Genaue Ergebnisse mit instationären Berechnungsmodellen
Stationäre Modelle
Verfahren nach Glaser Verfahren nach Glaser mit Jenisch-Klimadaten => liefern grobe Anhaltswerte
Instationäre Modelle
WUFI Pro / WUFI 2D Delphin => liefern genauste Werte für Feuchtegehalte für jede Position im Bauteil - ideal für die Berechnung der Bauteilsicherheit

Für die Berechnung der Feuchtetransporte durch Diffusion innerhalb der Konstruktion stehen verschiedene Berechnungsmodelle mit unterschiedlicher Genauigkeit zur Verfügung. In der DIN 4108-3 wird die Tauwasser- bzw. Verdunstungsmenge, die durch Diffusion in das betrachtete Bauteil hinein- bzw. heraus gelangen kann, mit standardisierten Klimabedingungen nach dem Glaser-Verfahren errechnet. Für die Berechnung stehen 2 Blockklimate (Winter- bzw. Sommerklima) zur Verfügung.

Als Option ist in der DIN 4108-3 das Verfahren nach Jenisch enthalten. Dieses liefert differenziertere Ergebnisse aufgrund regional angepasster Klimarandbedingungen.

Die beiden in der DIN 4108-3 genannten Ansätze erlauben keine detaillierte Betrachtung der Wärme- und Feuchteströme. Es ist nicht möglich, den genauen Feuchtegehalt eines der eingesetzten Materialien zu bestimmen. Das Glaserverfahren dient seit Jahrzehnten im Baubereich ausschließlich der groben Abschätzung von Tauwasser- bzw. Verdunstungsmengen.

Die instationären Berechnungsmodelle gemäß DIN EN 15026, wie sie im WUFI Pro bzw. WUFI 2D oder im Delphin enthalten sind, simulieren die Feuchte- und Wärmeströme innerhalb von Konstruktionen. Werden stündlich ermittelte Klimadaten zur Berechnung verwendet, liefern diese mit Abstand die genauesten Ergebnisse. Alle beschriebenen Berechnungsmodelle gehen davon aus, dass die Schichten im Bauteil luftdicht sind.

Berechnung nach DIN 4108-3

Berechnung nach DIN EN 15026

Wirklich realistische Ergebnisse liefern die instationären Berechnungsverfahren wie WUFI Pro, WUFI 2D oder Delphin. Sie berechnen den Feuchte- und Wärmetransport in der Konstruktion basierend auf realen Klimadaten (Temperatur, Luftfeuchte, (Schlag-) Regen, Sonne, Wind usw.) bzw. Baustoffeigenschaften (Diffusion, Wasseraufnahme, -speicherung und -transport usw.) und der geographischen Ausrichtung der Gebäudeteile (Neigung, Himmelsrichtung). Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur können für jeden Punkt der betrachteten Konstruktion ausgegeben werden.

Einzelnachweise

↑ ^1,0 ^1,1 INFORMATIONSDIENST HOLZ, spezial, Flachdächer in Holzbauweise, Oktober 2008
↑ TenWolde, A. et al.: ”Air pressures in wood frame walls, proceedings thermal VII.” Ashrae Publication Atlanta, 1999
↑ IBP Mitteilungen 355: „Dampfdiffusionsberechnung nach Glaser – quo vadis?“

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

Siehe auch

[Qu_1-1] 1,0 ^1,1 INFORMATIONSDIENST HOLZ, spezial, Flachdächer in Holzbauweise, Oktober 2008

[Qu_2-2] TenWolde, A. et al.: ”Air pressures in wood frame walls, proceedings thermal VII.” Ashrae Publication Atlanta, 1999

[Qu_3-3] IBP Mitteilungen 355: „Dampfdiffusionsberechnung nach Glaser – quo vadis?“

[1]

[2]

[3]