Bauphysik Sanierungs-Studie: Unterschied zwischen den Versionen

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.

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| colspan="2" |Abb. 3: <br /> '''1 mm Fuge = <br /> 800 g/24 h pro m Fugenlänge'''

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. 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 [[sd-Wert|s_d-Werte]] dies vermuten lassen (siehe Absatz [[#sd-Wert und μ-Wert|s_d-Wert und μ-Wert]]).

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.

Kommt es zu einem  [[Tauwasser]]ausfall 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 [[Kondensat]]mengen, die wiederum gefrieren. Das Resultat ist eine verringerte Dämmwirkung des eingesetzten Dämmstoffes sowie eine starke Gefährdung der in der Konstruktion enthaltenen Materialien.

Entscheidend für die [[Tauwasser]]bildung ist zunächst der [[Wasserdampfdiffusionswiderstand|μ-Wert (Dampfdiffusionswiderstandszahl [-])]]. Er beschreibt die „Qualität“ des Baumaterials hinsichtlich einer Sperrwirkung. Der s_d-Wert (äquivalente Luftschichtdicke [m]) berücksichtigt zusätzlich die Stärke eines Baustoffes. Mit zunehmender Materialstärke verlängert sich die Zeitdauer, die ein Wassermolekül für den Transportvorgang durch den Baustoff benötigt. <br />

[[Unterspannbahn]]en sind [[diffusionsoffen]] und haben einen niedrigen s_d-Wert. Aufgrund der geringen Schichtdicke ist der [[Wasserdampfdiffusionswiderstand|μ-Wert]] jedoch vergleichsweise hoch. <br />

Sicherheitsvorteile bieten hier [[Unterdachbahn]]en mit [[Luftdichtungsbahn monolithisch|monolithischen Funktionsfilmen]]. Im Falle eines [[Kondensat]]ausfalls an der Innenseite der Bahn innerhalb der Konstruktion wird Feuchtigkeit aktiv durch [[Diffusion]] entlang der Molekülketten aus dem Bauteil heraus transportiert. Unter Feuchteeinfluss verringert sich der Diffusionswiderstand von pro clima [[SOLITEX UD]] und [[SOLITEX PLUS]] – die Gefahr von Eisbildung sinkt. Bei [[mikroporöse Membran|mikroporösen Membran]]en hingegen kommt es durch [[Tauwasser]]bildung auf der Bahn zu einer verringerten Diffusionsfähigkeit. Feuchtigkeit kann ausschließlich passiv im gasförmigen Zustand durch die Bahnen hindurchgelangen – die Gefahr von Eisbildung ist höher als bei [[Luftdichtungsbahn monolithisch|monolithischen Membranen]].

Eine für die Bestimmung des Diffusionswiderstandes maßgebliche Norm, die [[DIN EN ISO 12572]], enthält im Abschnitt 9 „Messgenauigkeit“ eine Auflistung über mögliche Fehlerquellen. Es werden neben der Qualität der Prüfkörper sowie der Genauigkeit der Messeinrichtungen auch die Klimarandbedingungen während der Messung (Luftdruckschwankungen) als mögliche das Messergebnis fehlerhaft beeinflussende Ursachen angegeben. Die DIN EN ISO 12572 ist entsprechend den Angaben unter Abschnitt 9.8 nicht für die Messung der Eigenschaften von hohen [[Wasserdampfdiffusions-Durchlasskoeffizient]]en (d. h. mit s_d < 0,1 m) geeignet. Aus den beschriebenen Gründen ist in der [[DIN 4108-3]] für Messungen nach [[DIN EN ISO 12572]] bei der Diffusionsberechnung auf diffusionsoffeneren Materialien ein s_d-Wert von 0,1 m anzusetzen.

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| Abb 4.  <br /> '''Schimmelpilze wachsen auch unter ungünstigen Umgebungsbedingungen'''

<br clear="all" />

Im ersten Teil dieser Studie werden auf Grundlage der formulierten Kriterien folgende Konstruktionen auf ihre mögliche [[Schimmel]]wahrscheinlichkeit hin untersucht. Diese werden mit [[WUFI pro]] des [[Fraunhofer Gesellschaft|Fraunhofer-Institutes]] mit dem Klimadatensatz für Holzkirchen vergleichend für folgende Konstruktionen durchgeführt:

Das Innenklima wird entsprechend den Annahmen des WTA-Merkblatts6-2-01/D<ref name="QuSS_09" /> (in [[WUFI]] enthalten) mit normaler Feuchtelast festgelegt, wie es in Räumen bewohnter Häuser (Schlaf- und Wohnräume, Bäder und Küchen) vorhanden ist. Die angegebenen Konstruktionen werden zur Abschätzung des Einflusses der Dichtheit der Innenbekleidung mitvollflächig vorhandener Gipsbauplatte (Stärke&nbsp;10&nbsp;mm) und ohne Gipsbauplatte berechnet, um den Einfluss von Profilbrettschalungen bzw. mangelhaft luftdichten Innenbekleidungen zu berücksichtigen.  

; ... der nachfolgend beschriebenen 4 Fälle  

Untersucht wird die Feuchtigkeitssituation an der Grenzfläche der [[Luftdichtung]]sbahn. Dazu wird  

Innerhalb von wärmegedämmten Konstruktionen treten die höchsten rel. [[Luftfeuchtigkeit]]en bzw. Feuchtigkeitsgehalte an der Grenzschicht beim Wechsel von Materialien mit unterschiedlichen [[Wasserdampfdiffusionswiderstand|μ-Wert]]en auf. Der Wassergehalt der [[Wärmedämmung]] in der äußersten Schicht (1&nbsp;mm) und die relative Luftfeuchtigkeit sollen nicht signifikant erhöht sein.

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|[[Bild:BPhys_GD_3SS_05_LD_aussen_LDB_ohne-01.jpg|right|thumb|200px|'''1a: Ohne''' Luftdichtung innen]]

<br clear="all" />

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|[[Bild:BPhys GD 3SS 07 1-1 Sanierungsloesung.jpg|right|thumb|200px|'''2:''' '''1:1 Lösung''']]

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|[[Bild:BPhys GD 3SS 08 2-1-Regel.jpg|right|thumb|200px|'''3:''' bei sorptiven Dämmstoffen und '''2:1-Regel''']]

Soll die Luftdichtungsbahn oberhalb der Sparren verlegt werden, bietet die [[SOLITEX UD]] bei der 1:1- bzw. 2:1-Lösung im Vergleich zu mikroporösen Luftdichtungsbahnen die beste Performance.<br clear="all" />

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|[[Bild:BPhys GD 3SS 09 Sub und Top Loesung.jpg|right|thumb|200px|'''4:''' '''[[Sub-and-Top]]'''-Lösung]]

<br clear="all" />

Berechnungen mit [[Diffusionsberechnungsmodelle|instationären Simulationsverfahren]] können Risiken der Tauwasserbildung darstellen und lassen Rückschlüsse auf das [[Bauschadensfreiheitspotential]] einer Konstruktion zu. Werden Konstruktionen mit außen liegenden Luftdichtungen ohne ausreichende Überdämmung betrachtet, zeigt das Ergebnis rel. [[Luftfeuchtigkeit]]en oberhalb von 90&nbsp;% und große [[Tauwasser]]bildung an den Grenzschichten der Wärmedämmung zur Luftdichtung. Es besteht die Gefahr von [[Schimmel]]bildung in der Konstruktion.

{{Textrahmen01|

# Als optimal sicher gelten Konstruktionen, die mit [[Dampfbremse|Dampfbrems-]] und [[Luftdichtung]]sebenen die [[Goldene Regel 1/3 zu 2/3]] (1/3 innen, 2/3 außen) einhalten (siehe Abschnitt [[#Goldene Regel 1/3 zu 2/3|Goldene Regel 1/3 zu 2/3]]).

# Je weiter die Luftdichtungsebene in Richtung Innenraum liegt, umso sicherer werden die Konstruktionen. Je weiter außen sich die Luftdichtungsebene befindet, umso problematischer ist die Konstruktion: Das [[Bauschadensfreiheitspotential]] ist dann verringert.

Dabei sind zwei grundlegende Varianten zu unterscheiden:

Diese verfügen über einen in Abhängigkeit von der umgebenden mittleren [[Relative Luftfeuchtigkeit|rel. Luftfeuchtigkeit]] [[Feuchtevariabilität|variablen]] [[Diffusionswiderstand]]. Bei der Dachsanierungs-Dampfbremse [[DASATOP]] kann dieser Werte zwischen 0,05 und 2 m (siehe Abb. 23) annehmen, je nachdem welche mittlere [[Relative Luftfeuchtigkeit|rel. Luftfeuchtigkeit]] sich in unmittelbarer Nähe der Bahn einstellt.<br />

Informationen zur genauen Wirkungsweise der [[Feuchtevariabilität]] enthält die Studie „Berechnung des [[Bauschadensfreiheitspotential]]s von Wärmedämmkonstruktionen im Holz- und Stahlbau“ <ref name="Qu_10" />.

Bei diesem Bahnenkonzept werden Funktionsfilme eingesetzt, die keine Veränderung des [[Diffusionswiderstand]]es bei unterschiedlicher rel. Luftfeuchtigkeit aufweisen. Beispielhaft sind die Diffusionswiderstände zweier Bahnen mit dem [[sd-Wert|s_d-Wert]] von 2 m bzw. 5 m in Abb. 24 dargestellt.

Werden Bahnen [[Sub-and-Top]] verlegt, ist klar, dass diese oberseitig der Tragkonstruktion einen möglichst geringen

[[Diffusionswiderstand]] annehmen sollten. [[sd-Wert|s_d-Wert]]e unterhalb von 0,1 m sind ideal, damit durch hohe Diffusionsoffenheit möglichst große Mengen an [[Feuchtigkeit]] vom [[Sparren]] abtrocknen können.<br />

<br clear="all" />

{|class="wikitable" cellpadding="3" cellspacing="0" rules="all" style="background: #ffffff; align="right"  

|- align="center"

Diese Betrachtung kann nicht unmittelbar auf instationäre Berechnungen übertragen werden, da sich p_i und p_a durch das in der Berechnung verwendete reale Klima und in Abhängigkeit von der Lage in der Konstruktion ständig ändern. Für die Austrocknungssituation sind die Werte beispielsweise aufgrund der geringeren Druckdifferenzen auf beiden Seiten der Bahnen geringer. <br clear="all" />

;Das [[Bauschadensfreiheitspotential]] beschreibt

* wie viel Wasser in eine Konstruktion (unvorhergesehen) eindringen kann und sie trotzdem bauschadensfrei bleibt.

# Steildach mit 40° Dachneigung nach Norden orientiert, Dacheindeckung aus grauen Dachziegeln

# Sparrenhöhe 12 cm mit Vollsparrendämmung aus [[Mineralwolle]] (Dichte = 60 kg/m³)

<br clear="all" />

{{Textrahmen vario|Sicherheitsformel |Je höher die Sicherheitsreserve einer Konstruktion, d. h. das [[Bauschadensfreiheitspotential]] ist, desto besser ist die Konstruktion bei unvorhergesehenen Feuchtebelastungen vor [[Schimmel]] geschützt.}}  

Untersucht wird das Austrocknungsvermögen des in den Sparren vorhandenen erhöhten Feuchtigkeitsgehaltes. Dieser wird vergleichend über einen Zeitraum von 3 Jahren für jeden der Fälle mit den unterschiedlichen Dampfbremsbahnen dargestellt.

Unkritische Feuchtegehalte in den Sparren werden bei Unterschreitung des Fasersättigungspunktes des Holzes erreicht. Wird dieser für einen Vergleich der Austrocknungsgeschwindigkeit herangezogen, trocknet der Sparren in der Konstruktion mit der [[DASATOP]] etwa dreimal schneller aus als mit der Dampfbremse mit dem konstanten [[sd-Wert|s_d-Wert]] von 2 m. Im Vergleich zu einer Dampfbremse mit dem konstanten [[sd-Wert|s_d-Wert]] von 5 m ermöglicht die [[DASATOP]] eine fünfmal schnellere Austrocknung bei Konstruktionen mit [[Aufdachdämmung]]en. Bei Konstruktionen ausschließlich mit der diffusionsoffenen Unterdachbahn bietet die [[DASATOP]] sogar eine über achtmal schnellere Trocknung als eine Konstruktion mit einer Dampfbremse mit einem s_d-Wert von 5 m.

Die [[Sub-and-Top]]-Verlegung mit [[Feuchtevariabilität|feuchtevariablen]] Dampfbrems- und Luftdichtungsbahnen ist aus bauphysikalischer Sicht die beste Lösung für die Sicherheit der Konstruktion und bietet bei unvorhergesehenen

Feuchtigkeitsbelastungen das größte [[Bauschadensfreiheitspotential]].

Wärmedämmkonstruktionen sollten grundsätzlich mit möglichst hohen Sicherheitsreserven versehen werden. Dann besteht bei [[unvorhergesehen]]en Feuchtebelastungen ein zusätzlicher Schutz vor [[Bauschaden|Bauschäden]] und [[Schimmel]]. Damit ist auch der Verarbeiter optimal vor Schäden und Haftungsansprüchen geschützt. Die [[Sub-and-Top]]-Verlegung von [[Feuchtevariabilität|feuchtevariablen]] Dampfbrems- und Luftdichtungsbahnen mit einem möglichst geringen [[sd-Wert|s_d-Wert]] bei hohen [[Relative Luftfeuchtigkeit|rel. Luftfeuchtigkeit]]en bieten bei der [[Dachsanierung]] von außen aus bauphysikalischer Sicht den besten Schutz.

Ziel des Bauens sind nicht nur energieeffiziente Gebäude und hoher klimatischer Wohnkomfort, sondern insbesondere

Gebäude mit [[Wohngesundheit|wohngesund]]em Raumklima. Hier spielen nicht nur toxikologische Aspekte, z. B. durch Emissionen von Baustoffen, eine Rolle, sondern vor allem die [[Schimmel]]freiheit auf und in der Konstruktion. Sporen von [[Schimmelpilz]]en schädigen das Immunsystem und fördern/führen zu Allergien; die Ausscheidungen der Schimmelpilze

{{Textrahmen01|

# Optimal sicher sind Konstruktionen mit [[Feuchtevariabilität|feuchtevariablen]] Dampfbrems- und Luftdichtungsbahnen mit einem besonders geringen [[Diffusionswiderstand]] im feuchten Bereich von < 0,10 m.

# [[Sub-and-Top]]-Bahnen mit besonders niedrigem Diffusionswiderstand bei Feuchtigkeitsausfall können über den Sparren im Frostbereich liegen. Die Gefahr von Eisbildung ist aufgrund der hohen möglichen Austrocknung und der Diffusionscharakteristik der Konstruktion praktisch ausgeschlossen.

<references>

<ref name="QuSS_03">Tagung Schimmelpilze im Wohnbereich: ''Schimmelpilz aus bauphysikalischer Sicht - Beurteilung durch aw-Werte oder Isoplethensysteme?'', Klaus Sedlbauer, Martin Krus, [[Fraunhofer Gesellschaft|Fraunhofer IBP, Holzkirchen]], 26.06.2002</ref>