Bauschadensfreiheitspotential

Bauschadensfreiheit ist das Ziel jeglicher Bautätigkeit, insbesondere hinsichtlich des langfristigen Bauerhalts. Nachfolgend:
Auszug einer von MOLL bauökologische Produkte GmbH initiierten Studie :

Definition

Das Bauschadensfreiheitspotential (BSFP) gibt an, wie viel Feuchtigkeit unvorhergesehen durch Undichtheiten, Flankendiffusion, feuchte Baustoffe in eine Konstruktion eindringen kann, ohne einen Bauschaden oder einen Schimmelbefall zu verursachen.

Berechnung des Bauschadensfreiheitspotentials (BSFP)

Um die Sicherheiten eines Bauteils bei unvorhergesehenem Feuchteeintrag (z. B. durch Konvektion oder Flankendiffusion) zu ermitteln, wird folgender Ansatz verwendet: Zu Beginn der Berechnung wird eine definierte Feuchtemenge in die Wärmedämmung eingebracht. Die Berechnung zeigt, wie schnell diese wieder austrocknen kann. Die Trocknungsmenge, die pro Jahr unter der Annahme der erhöhten Anfangsfeuchtigkeit aus der Konstruktion entweichen kann, ist das Bauschadensfreiheitspotential der Konstruktion. Die Berechnungen erfolgen unter ungünstigen Bedingungen (z. B. Nordseite eines Steildaches), in unterschiedlichen Klimabereichen (z. B. Hochgebirge) und mit unterschiedlichen Dachformen (Steildach, bekiestes oder begrüntes Flachdach). Bauphysikalisch günstigere Konstruktionen bieten entsprechend höhere Sicherheiten.

Weiteres Kriterium für die Funktion einer Konstruktion sind die maximalen Feuchtegehalte, die sich in den Bauteilschichten einstellen.

Dachkonstruktion

Exemplarisch die im Folgenden als bauphysikalisch kritisch geltende Konstruktion. Standorte und Dampfbremsen werden variiert.

Aufbau der Konstruktion

Es handelt sich um ein nordorientiertes Steildach mit 200 mm Dämmung (Mineralwolle). Dieses wird mit roten Dachziegeln belegt.

Aufbau der Dachkonstruktion
Bauteilschichten: Außenseitig diffusionsdicht (Bitumendachbahn sd-Wert = 300 m) Vollholzschalung 20 mm Faserige Dämmung 200 mm Dampfbremsen mit unterschiedlichen sd-Werten Installationsebene 25 mm Gipsbauplatte

Dampfbremsen:	sd-Wert:
PE-Folie	100 m konstant
Dampfbremse	5 m konstant
pro clima DB+	0,6 – 4 m, feuchtevariabel
pro clima INTELLO	0,25 – 10 m, feuchtevariabel
Dachvarianten:
Steildach	mit 40° Neigung zur Nordseite, rote Dachsteine
Flachdach	mit 5 cm Kiesschicht
Gründach	mit 10 cm Gründachaufbau
Alle Konstruktionen sind unbeschattet.
Standorte:
Holzkirchen, Deutschland:	Höhenlage über NN = 680 m - (NN = Normal Null)
Davos, Schweiz:	Höhenlage über NN = 1.560 m
Berechnung:
Mit WUFI pro
Anfangsfeuchtigkeit in der Wärmedämmung: 4000 g/m²

Beschattungen (z. B. durch Photovoltaik-Anlagen, Gebäudesprünge, hohe Bäume oder Topografie) werden bei den Berechnungen nicht berücksichtigt.

Einflussfaktoren auf die Höhe des Bauschadensfreiheitspotentials

Eine wesentliche Größe für die Bauschadens- und Schimmelfreiheit ist die Rückdiffusion im Sommer und damit verbunden die Austrocknung der Konstruktion nach innen. Deren Höhe hängt von der Außentemperatur ab, genauer gesagt von der Temperatur an der Außenseite der Wärmedämmung. Durch die Sonneneinstrahlung hat die Dach-/Wandoberfläche eine höhere Temperatur als die Luft. Die Zeit, welche die Wärme von außen braucht, bis sie an der Wärmedämmung ankommt,ist entscheidend. Bei einem Steildach ist dies schneller der Fall als bei einem bekiesten oder begrünten Flachdach.
Bei einem Steildach hängt die Höhe der Dachoberflächentemperatur ab von der Dachneigung, der Ausrichtung des Daches (Norden/Süden) und der Farbe der Dacheindeckung (heller/dunkler).
Das Bauschadensfreiheitspotential wird weiterhin durch die gewählte Dämmschichtdicke beeinflusst. Große Dämmstärken führen i. d. R. zu verringerten Rücktrocknungsmengen, da die Durchwärmung des Bauteils langsamer erfolgt und als Folge die Rücktrocknungszeiträume kürzer werden.

Ungünstige Faktoren sind

• Dachneigung nach Norden
• Hohe Dachneigung (> 25°)
• Helle Farbe der Dacheindeckung oder Abdichtungsbahn
• Diffusionsdichtes Unterdach
• Kaltes Klima, z. B. im Gebirge
• Große Dämmschichtdicken
• Kies-/Gründachschichten oberhalb der Abdichtung

Um den Einfluss der Dampfbremse auf das Bauschadensfreiheitspotential zu verdeutlichen, wird in der Berechnunge in diffusionsdichtes Unterdach angenommen. Zudem können im Winter diffusionsoffene Unterdächer durch gefrierendes Tauwasser zu Dampfsperren werden.

Nachfolgend

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Klimadaten Standort Holzkirchen

Temperaturverläufe Holzkirchen Höhe: 680 m über NN, Südbayern, Deutschland Dach: rote Ziegel bzw. Kies
Lufttemperaturen (Feuchtereferenzklima)	Dachoberflächentemperatur Nordseite, 40° Dachneigung
Dachoberflächentemperatur Kiesdach	Dachoberflächentemperatur Südseite, 40° Dachneigung

Holzkirchen liegt zwischen München und Salzburg auf einer Seehöhe von 680 m mit einem rauen, kalten Klima. Für die Klimarandbedingungen wurde aus dem Wufi das Feuchtereferenzjahr ausgewählt, welches ein besonders feuchtes und kaltes Jahr abbildet. Die Diagramme zeigen die Temperaturverläufe über ein Jahr. Die blaue Linie zeigt die Innen-, die roten Balken die Außentemperaturen.

Unter Berücksichtigung der Sonnen und Globalstrahlung ergibt sich, verglichen mit der Lufttemperatur, eine z. T. wesentlich höhere Dachoberflächentemperatur. Wenn die Außentemperatur (rot) die Innentemperatur (blau) überschreitet, findet bei feuchtevariablen Dampfbremsen eine Austrocknung nach innen statt. Selbst bei Nordausrichtung ist dadurch in Holzkirchen an vielen Tagen im Jahr eine Rückdiffusion möglich, bei Südorientierung bereits im Winter an sonnigen Tagen. Im vorliegenden Berechnungsfall wurde der ungünstigste Fall angenommen: Nordausrichtung des Daches mit 40° Neigung.

Bauschadensfreiheitspotential Steildach in Holzkirchen, Nordseite, 40° Dachneigung

Berechnung des Bauschadensfreiheitspotentials Standort Holzkirchen, Dach
Angenommene zusätzl. Feuchtigkeit zu Beginn: 4.000 g/m² Feuchtegehalt der Konstruktion im Trockenzustand (= Feuchtigkeitsgehalt der Holzschalung bei 15 %): 1.700 g/m²
Bauschadensfreiheitspotential Steildach, Nordseite, 40° Dachneigung	Datei:BPhys GD 2Studie 18 bausfp seite10 unten .jpg Bauschadensfreiheitspotential Flachdach mit 5 cm Kies
Datei:BPhys GD 2Studie 17 bausfp seite10 mitte.jpg Bauschadensfreiheitspotential Gründach mit 13 cm Erde/Kies	Datei:BPhys GD 2Studie 18 bausfp seite10 unten .jpg Bauschadensfreiheitspotential Flachdach mit 5 cm Kies

Die Trocknungsgeschwindigkeit der erhöht angenommenen Anfangsfeuchtigkeit beschreibt das Bauschadensfreiheitspotential der Konstruktion gegenüber unvorhergesehener Feuchtigkeit (Konvektion, Flankendiffusion etc.). Die Berechnungsergebnisse zeigen, dass die PE-Folie (s_d-Wert 100 m) keine Austrocknung der 200 mm starken Dämmschicht ermöglicht. Feuchtigkeit, die sich in der Konstruktion befindet, kann nicht mehr entweichen. Bei einer Dampfbremse mit einem konstanten s_d-Wert von 5 m bestehen nur geringe Trocknungsreserven. Die Konstruktion mit der pro clima DB+ führt zu einer wesentlich schnelleren Austrocknung und weist erhebliche Sicherheitsreserven auf von 1800 g/m² x Jahr.

Die Hochleistungs-Dampfbremse INTELLO bietet der Konstruktion das größte Sicherheitspotential. Innerhalb eines Jahres kann die Konstruktion gemäß den WUFI pro -Berechnungen mit ca. 3.400 g/m² Wasser pro Jahr belastet werden, ohne dass ein Bauschaden eintritt.

Bauschadensfreiheitspotential Gründach und Flachdach

Beide Konstruktionen weisen geringere Sicherheiten auf als das Steildach, da die dicken Bauteilschichten über der Wärmedämmung langsamer durchwärmt werden. Das Flachdach bietet wegen der dünneren Kiesauflage eine höhere Sicherheit als das Gründach.

Wie beim Steildach besteht bei der PE-Folie keine Austrocknung. Bereits bei geringen unvorhergesehenen Feuchtebelastungen entsteht ein Bauschaden. Bei einer Dampfbremse mit konstantem s_d-Wert von 2,30 m stellt sich ein zu hoher Gesamtfeuchtegehalt in der Konstruktion ein. Auch hier würde ein Bauschadenentstehen.

Die Konstruktion mit der pro clima DB+ führt zu einer Austrocknung und weist noch Sicherheitsreserven auf. Die Hochleistungs-Dampfbremse INTELLO bietet der Konstruktion das größte Sicherheitspotential. Innerhalb eines Jahres kann die Konstruktion gemäß den WUFI pro Berechnungen mit ca. 2.000 bzw. 2.100 g/m² Wasser pro Jahr belastet werden, ohne dass ein Bauschaden eintritt.

Klimadaten Standort Davos

Temperaturverläufe Davos Höhe: 1.560 m über NN, Schweiz rote Ziegel/Kies
Datei:BPhys GD 2Studie 19 lufttemp.jpg Lufttemperatur	Datei:BPhys GD 2Studie 20 Dachofl N40.jpg Dachoberflächentemperatur Nordseite, 40° Dachneigung
Datei:BPhys GD 2Studie 22 Dachofl Flachdach.jpg Dachoberflächentemperatur Flachdach	Datei:BPhys GD 2Studie 21 Dachofl S40.jpg Dachoberflächentemperatur Südseite, 40° Dachneigung

Davos liegt auf einer Seehöhe von 1.560 m und zählt zum Hochgebirgsklima. Die nachfolgenden Diagramme zeigen die Temperaturverläufe über ein Jahr betrachtet. Die blaue Linie zeigt die Innentemperatur, die roten Balken die Außentemperaturen.

Betrachtet man die Lufttemperatur in Davos, zeigt sich nur an sehr wenigen Tagen im Jahr eine höhere Außen- als Innenraumtemperatur. Unter Berücksichtigung der Sonnen- und Globalstrahlung stellt sich, verglichen zur Lufttemperatur, eine höhere Dachoberflächentemperatur ein. In nordgeneigten Dächern sind die Temperaturen allerdings wesentlich niedriger als in Holzkirchen. Nur an wenigen Tagen im Jahr ist eine Rückdiffusion möglich. Bei südgeneigten Dächern werden in Davos im Sommer fast die gleichen Temperaturen wie in Holzkirchen erreicht.

Die winterlichen Nachttemperaturen sind hochgebirgsspezifisch und liegen wesentlich tiefer.

Für die Berechnung wurde, um die Sonneneinstrahlung zu minimieren, ebenfalls der ungünstigste Fall angenommen, d. h. eine Nordausrichtung des Daches mit 40° Neigung und roter Ziegeldeckung.

Bauschadensfreiheitspotential Steildach in Davos, Nordseite, 40° Dachneigung

Berechnung des Bauschadensfreiheitspotentials Standort Davos, Dach
Angenommene zusätzl. Feuchtigkeit zu Beginn: 4.000 g/m² Feuchtegehalt der Konstruktion im Trockenzustand (= Feuchtigkeitsgehalt der Holzschalung bei 15 %): 1.700 g/m²
Datei:BPhys GD 2Studie 23-Bausfp s11.jpg Bauschadensfreiheitspotential Steildach, Nordseite, 40° Dachneigung
Datei:BPhys GD 2Studie 24 bausfp seite 11.jpg Bauschadensfreiheitspotential Gründach mit 13 cm Erde/Kies	Datei:BPhys GD 2Studie 25 bausfp seite11.jpg Bauschadensfreiheitspotential Flachdach mit 5 cm Kies

Die äußerst niedrige Temperatur im Winter führt zu einem hohen Tauwasserausfall, so dass sich sogar die Konstruktion mit der PE-Folie auffeuchtet, auch wenn man annimmt, dass keine unvorhergesehene Feuchtebelastung gegeben ist. Bei einer Dampfbremse mit einem konstanten s_d-Wert von 2,30 m stellt sich eine schnelle Auffeuchtung ein. Auch die pro clima DB+ kann die Konstruktion nicht trocken halten.

Nur die Hochleistungs-Dampfbremse INTELLO bietet eine bauphysikalisch einwandfreie Konstruktion und zusätzlich ein Sicherheitspotential. Innerhalb eines Jahres kann die Konstruktion gemäß den WUFI pro -Berechnungen bis ca. 1500 g/m² Wasser pro Jahr belastet werden, ohne dass ein Bauschaden eintritt.

Bauschadensfreiheitspotential Gründach und Flachdach

Beide Konstruktionen weisen geringere Sicherheiten als das Steildach auf, da die dicken Bauteilschichten über der Wärmedämmung langsamer durchwärmt werden. Mit der PE-Folie ist wie in Holzkirchen keine Austrocknung möglich. Bereits bei geringen unvorhergesehenen Feuchtebelastungen entsteht ein Bauschaden. Bei einer Dampfbremse mit einem konstanten s_d-Wert von 2,30 m kommt es bei beiden Konstruktionen zu einer sehr schnellen Auffeuchtung. Die Konstruktion mit der pro clima DB+ führt beim Flachdach zu einer zu hohen Feuchtigkeit.

Die Hochleistungs-Dampfbremse INTELLO bietet für das Flachdach mit 5 cm Kies noch eine Lösung mit hohem Sicherheitspotential. Für das Gründach reicht die Außentemperatur in Davos für eine Rücktrocknung nicht mehr aus. Hier müssen konstruktive Lösungengewählt werden.

Schlussfolgerungen für Dachkonstruktionen

Gemäß der von MOLL bauökologische Produkte GmbH initiierten Studie gilt:
Mit feuchtevariablen Dampfbremsen wie zum Beispiel der pro clima DB+ und der INTELLO werden im Dachbereich sehr hohe Bauschadensfreiheitspotentiale erreicht. Auch bei zusätzlicher Feuchtigkeit durch unvorhergesehene Einflüsse bleiben die Konstruktionen bauschadensfrei. Flankendiffusion bei einem Ziegelmauerwerk, wie von Ruhe , Klopfer , und Künzel beschrieben, können INTELLO und DB+ kompensieren. Die pro clima DB+ hat sich seit über 10 Jahren in vielen Mio. m² in kritischen Konstruktionen mit ihrer Bauschadensfreiheit bewährt. Mit INTELLO haben außen diffusionsdichte Steildächer und bekieste Flachdächer im Hochgebirge ein ausreichendes Bauschadensfreiheitspotential.

Wandkonstruktionen

Temperaturverläufe Holzkirchen und Davos Wand, Putzfassade hell
Holzkirchen
Datei:BPhys GD 2Studie 28 wandtemp N hzk.jpg Wandtemperatur Nordseite	Datei:BPhys GD 2Studie 29 wandtemp S hzk.jpg Wandtemperatur Südseite
Davos
Datei:BPhys GD 2Studie 30 wandtemp N davos.jpg Wandtemperatur Nordseite	Datei:BPhys GD 2Studie 31 wandtemp s davos.jpg Wandtemperatur Südseite

Wandkonstruktionen haben durch ihre senkrechte Ausrichtung eine geringere Sonnenlichtabsorption als Dächer. Daher ist das Rücktrocknungspotential geringer. Im Regelfall sind Wände im Gegensatz zu Dächern außenseitig nicht diffusionsdicht. Es werden keine Bitumendachbahnen verwendet. Eine hohe Anforderung an Wasserdichtigkeit, wie z. B. bei Flachdächern und Gründächern, im Wandbereich existiert nicht. Temperaturen in der Außenwand hängen im Wesentlichen von der Farbe der Fassade ab. Auf hellen Fassaden werden durch die Sonneneinstrahlung niedrigere Temperaturen erreicht als auf dunkleren Fassaden. Die dargestellten Temperaturprofile auf der Außenwand entstehen bei normal hellen Putzfassaden.

Die Hochleistungs-Dampfbremse INTELLO bietet auch bei Wandkonstruktionen ein erhebliches Bauschadensfreiheitspotential.

Berechnungen mit WUFI pro mit dem Klima von Holzkirchen zeigen für eine nach Norden ausgerichtete Außenwand mit diffusiondichter Außenbekleidung in heller Farbe mit der INTELLO immer noch ein erhebliches Sicherheitspotential.

Damit ist die INTELLO auch bei außen vorhandenen Holzwerkstoffplatten wie OSB- oder Spanplatten die ideale Lösung für ein hohes Bauschadensfreiheitspotential. Die Gefahr von Schimmelbildung wird deutlich verringert.

Auch in kälteren Klimaregionen bis zu Hochgebirgsstandorten wie Davos sind Wandkonstruktionen mit außenseitig der Dämmung befindlichen Bauteilschichten bis zu einem s_d-Wertt von 10 m mit der Hochleistungs-Dampfbremse INTELLO sicher. Für DB+ dürfen für das Klima Holzkirchen die außenseitig der Dämmung befindlichen Bauteile einen s_d-Wert von max. 6 m, für Davos max. 0,10 m haben.

Fazit der Studie

Konstruktionen mit DB+ und INTELLO haben enorm große Sicherheitsreserven und beugen mit intelligentem Feuchtemanagement Bauschäden und Schimmelbildung vor. Selbst bei unvorhergesehenen oder in der Baupraxis nicht zu vermeidenden Feuchtebelastungen haben die Konstruktionen dank der hohen Trocknungsreserven durch die feuchtevariablen Diffusionswiderstände ein sehr hohes Bauschadensfreiheitspotential. Die Hochleistungs-Dampfbremse INTELLO hat eine besonders große, in allen Klimabereichen wirksame Variabilität des Diffusionswiderstandes und bietet damit für Wärmedämmkonstruktionen eine bisher unerreichte Sicherheit– ob bei außen diffusionsoffenen oder auch bei bauphysikalisch anspruchsvollen Konstruktionen wie Flachdächern, Gründächern, Metalleindeckungen sowie Dächern mit diffusionsdichten Vordeckungen.

• Die Leistungsfähigkeit von INTELLO zeigt sich auch bei extremen Klimabedingungen, wie im Hochgebirge.
• Die DB+ bietet bis in mittlere Höhenlagen (z. B. in Holzkirchen) hohe Sicherheiten für die Dachkonstruktionen.
• Entsprechend den Voraussetzungen der DIN 68800-2 kann mit feuchtevariablen Dampfbremsen auf chemischen Holzschutz verzichtet werden.

Je höher die Trocknungsreserve einer Konstruktion ist,
umso höher kann die unvorhergesehene Feuchtebelastung sein und trotzdem bleibt die Konstruktion bauschadensfrei.

Bewertung der Feuchtigkeitseinflüsse. Definition des Bauschadensfreiheitskriteriums

Auszug einer von MOLL bauökologische Produkte GmbH initiierten Sanierungs-Studie :

Feuchteeinwirkung auf eine Dämmkonstruktion im Winter

Über eine Dampfbrems- und Luftdichtungsebene mit einem sd-Werten von 3 m gelangen lediglich 5 g Wasser pro m² am Tag in die Konstruktion.

Feuchteeintrag in die Dämmung durch Leckagen

Über eine 1 mm breite Fuge sind Feuchteeinträge von bis zu 800 g Wasser pro m² am Tag möglich.

Schimmelpilze wachsen auch unter ungünstigen Umgebungsbedingungen

Sedlbauer und Krus geben für das Erreichen von Wachstumsbedingungen für fast alle im Baubereich relevanten Schimmelpilze ein rel. Luftfeuchtigkeit von 80 % an. Der optimale Bereich liegt je nach Spezies bei 90 bis 96 % rel. Luftfeuchtigkeit.

Die in den Abbildungen beschriebenen Feuchtigkeitseinträge können innerhalb von Bauteilen zu einer erhöhten rel. Luftfeuchtigkeit bis hin zur Kondensatbildung führen. In Kombination mit einer ausreichend hohen Temperatur an der Stelle des erhöhten Feuchtegehaltes kann es bei ausreichend langer Einwirkung und einer geeigneten Nahrungsquelle zur Auskeimung von Schimmelpilzsporen kommen. Schimmelpilze gelten als so genannte „Erstkolonisierer“, da sie auch „unter biologisch ungünstigen Umgebungsbedingungen“ gedeihen können.

Sedlbauer und Krus geben für das Erreichen von Wachstumsbedingungen für fast alle im Baubereich relevanten Schimmelpilze eine rel. Luftfeuchtigkeit von 80 % an. Der optimale Bereich liegt je nach Spezies bei 90 bis 96 % rel. Luftfeuchtigkeit. Die in den Zeiträumen erhöhter Feuchtegehalte vorhandene Temperatur muss für die Auskeimung der Sporen, bzw. für das Wachstum des Pilzes im Bereich zwischen 0 und 50°C liegen. Die ideale Wachstumstemperatur liegt bei etwa 30 °C.

Bei dieser Temperatur können auf Mineralwolle ab einer rel. Luftfeuchtigkeit von 92 % Schimmelpilze auskeimen und wachsen. Ist die Temperatur geringer, sind erhöhte rel. Luftfeuchten für die Besiedelung erforderlich.
„Verunreinigungen durch Staub, Fingerabdrücke und Luftverschmutzung (Küche, Rückstände beim Duschen usw.) oder Ausdünstungen des Menschen“ reichen aus, um auf weniger geeigneten Untergründen die Voraussetzungen für einen Bewuchs mit Schimmelpilzen zu verbessern. Diese Randbedingungen haben einen Einfluss auf die Höhe der erforderlichen rel. Luftfeuchtigkeit bzw. Temperatur, die für das Auskeimen erforderlich ist. Temperaturen unterliegen im Tag-Nacht-Wechsel Schwankungen, die dazu führen können, dass zeitweise keine Bedingungen für das Schimmelpilzwachstum vorliegen. In wird nach Zöld angegeben, dass bei Temperaturen unter 20 °C Schimmelpilzgefährdung vorliegt, wenn über 5 Tage an mehr als 12 Stunden eine rel. Luftfeuchtigkeit oberhalb von 75 % in der Konstruktion herrscht. Das Kriterium für eine durch mögliches Schimmelpilzwachstum gefährdete Konstruktion kann wie folgt definiert werden:

1. Temperatur im Tagesmittel über 0 °C
2. Rel. Luftfeuchtigkeit im Tagesmittel dauerhaft über 90 %
3. Temperatur und rel. Luftfeuchte müssen über lange Zeit in diesem Bereich vorhanden sein.

Berechnung des Bauschadensfreiheitspotentials bei der Sub-and-Top-Lösung

- Dieser Abschnitt ist ausgelagert, siehe: Konstruktionsempfehlung - Dachsanierung, Abs.: Sub-and-Top- Vergleich des Bauschadensfreiheitspotentials

Einzelnachweise

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• Konstruktionsempfehlung - Dachsanierung

            Themenüberblick "Baufeuchte"

Luftdichtung • Konvektion • Diffusion • Flankendiffusion • Einbaufeuchte
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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