Bauphysik Sanierungs-Studie

Sanierungs-Studie

Lösungen für die Luftdichtheit bei energietechnischen Sanierungen von Dachkonstruktionen

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

Einführung

Es ist allgemein bekannt, dass Luftdichtheit die Voraussetzung für die Funktion einer Wärmedämmkonstruktion ist.
Luftdichte Konstruktionen sorgen für ein behagliches Innenraumklima und helfen Bauschäden durch Auffeuchtung infolge Kondensation zu vermeiden. Insbesondere konvektive Feuchteströme können große Mengen an Feuchtigkeit innerhalb kürzester Zeit in eine Wärmedämmebene eintragen und damit sowohl die Tragkonstruktion als auch die Wärmedämmung in ihrer Funktion gefährden. Nicht selten führt dies zu Schimmelbildung und Beeinträchtigung der Funktion der Konstruktion.

Bei bestehenden Dachkonstruktionen stellt sich die Frage, mit welchen Möglichkeiten die im Regelfall mangelhafte Luftdichtheit bei der energetischen Sanierung in Kombination mit einer erhöhten Dämmstärke aufgewertet werden kann.
Dabei sind zunächst die verschiedenen Möglichkeiten hinsichtlich des Einbauortes zu prüfen.
Im Entwurf zur DIN 4108-7 wird unter Punkt 5 „Planung und Ausführung“ angegeben, dass die Luftdichtheitsschicht „in der Regel […] raumseitig der Dämmebene und möglichst auch raumseitig der Tragkonstruktion anzuordnen“ ist. Diese Empfehlung der Norm setzt den idealtypischen Zustand eines Neubauvorhabens voraus. Bei einer Dachsanierung ist dieser nur unter großem Aufwand zu erreichen und mit großen Unannehmlichkeiten für die Bewohner des zu sanierenden Objekts verbunden. Dementsprechend kann gemäß der Normung die Luftdichtheit von Gebäuden in jeder Ebene des Bauteils realisiert werden.

Bei der Wahl der Lage einer Luftdichtungsebene muss der Tauwasserausfall in der Konstruktion entsprechend den Anforderungen der DIN 4108-3 betrachtet werden.

• Verfügt eine innenseitig angeordnete Luftdichtungsebene über einen zu geringen Diffusionswiderstand (s_d-Wert), kann ggf. zu viel Feuchtigkeit in die Konstruktion eindringen und in Abhängigkeit der folgenden Bauteilschichten als Tauwasser ausfallen –
• ist eine Luftdichtungsebene außenseitig mit einem zu hohen Sperrwert vorhanden, kann es bei niedrigen Widerständen innen ebenfalls zu einer Feuchteakkumulation in der Konstruktion kommen.

Ziel dieser Studie ist es, die einzelnen Varianten zu untersuchen, zu bewerten und Empfehlungen für nachhaltig sichere Konstruktionen aufzuzeigen, die über ein möglichst großes Bauschadensfreiheitspotential verfügen. Fehlertolerante Aufbauten sind beim Bauen im Bestand besonders wichtig.

Funktionstechnische Platzierung der Luftdichtung in Konstruktionen

Ausgelagerter Abschnitt:

• Goldene Regel 1/3 zu 2/3

Quellen für einen Feuchtigkeitseintrag

Zwei grundlegende Ursachen für einen Feuchteeintrag in Wärmedämmkonstruktionen werden unterschieden:

• Eintrag durch Diffusion
• Eintrag durch Konvektion

Feuchtigkeitstransporte aus Diffusionsvorgängen lassen sich berechnen durch Anwendung pauschaler stationärer Klimadaten (z. B. gemäß DIN 4108-3) oder als realitäts nahe instationäre Berechnung der Feuchtetransporte durch Anwendung realer Klima- und Baustoffkenndaten gemäß DIN EN 15026.
Feuchtigkeitstransporte durch Konvektion sind nicht berechenbar und führen oft zu einer Feuchtigkeitsmenge in der Konstruktion, die im Vergleich zur Diffusion mehrere hundert Mal größer sein kann.

Ausgelagerte Abschnitte:

• Berechnungsmodelle für Diffusionsvorgänge
• Berechnungsmodelle für konvektiven Eintrag
• Anreicherung der Feuchtigkeitsmenge infolge innerer Konvektion
• Eisschichten sind Dampfsperren
• s_d-Wert und μ-Wert
• Messunsicherheiten bei hochdiffusionsoffenen Materialien
• Bewertung der Feuchtigkeitseinflüsse. Definition des Bauschadensfreiheitskriteriums

Untersuchte Konstruktionen

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

• Steildach mit 40° Dachneigung nach Norden orientiert, Dacheindeckung aus grauen Dachziegeln
• Sparrenhöhe Bestand: 12 cm mit Vollsparrendämmung aus faserförmigen Dämmmaterialien
  • Sorptionsfähiger Dämmstoff (z. B. Holzweichfaser oder Zellulose)
  • Nicht sorptionsfähiger Dämmstoff (z. B. Mineralwolle) (Rohdichte = 60 kg/m³)

Sorptionsfähige Dämmstoffe bieten ein zusätzliches Sicherheitsplus. Sie können Feuchtespitzen im Bauteil an den Grenzschichten abpuffern. Dies erfolgt z. B. bei Holzweichfaser- bzw. Zellulosedämmstoffen durch Aufnahme der Feuchtigkeit in die Zellen des enthaltenen Holzanteils.

Das Innenklima wird entsprechend den Annahmen des WTA-Merkblatts6-2-01/D (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 10 mm) und ohne Gipsbauplatte berechnet, um den Einfluss von Profilbrettschalungen bzw. mangelhaft luftdichten Innenbekleidungen zu berücksichtigen.

Ergebnisdiskussion

Untersucht wird die Feuchtigkeitssituation an der Grenzfläche der Luftdichtungsbahn. Dazu wird

• die relative Luftfeuchtigkeit in Abhängigkeit von der herrschenden Temperatur im Grenzbereich zur Luftdichtungsbahn (Fall 1, 3, 4) bzw. zur Holzweichfaserplatte (Fall 2) berechnet.
• der Wassergehalt der Wärmedämmung in der Grenzschicht berechnet.

Ziel

Innerhalb von wärmegedämmten Konstruktionen treten die höchsten rel. Luftfeuchtigkeiten bzw. Feuchtigkeitsgehalte an der Grenzschicht beim Wechsel von Materialien mit unterschiedlichen μ-Werten auf. Der Wassergehalt der Wärmedämmung in der äußersten Schicht (1 mm) und die relative Luftfeuchtigkeit sollen nicht signifikant erhöht sein.

Fall 1: 35 mm Holzweichfaser

1a: Ohne Luftdichtung innen

1b: Mit Luftdichtung innen

• Überdämmung der Sparren mit Holzweichfaser 35 mm,
• darunter außenliegende diffusionsoffene Luftdichtung (s_d = 0,02 m),
• Faserförmige Zwischensparrendämmung, nicht sorptiver Dämmstoff 120 mm
• a) Ohne Innenbekleidung
• b) Mit perfekter Luftdichtung innen (hier: Gipsbauplatte 10 mm)

(Abweichend von den Empfehlungen der DIN EN ISO 12572 bzw. der DIN 4108-3 wird die Berechnung mit einem s_d-Wert von 0,02 m (statt der in der Norm festgelegten 0,10 m) durchgeführt.)

Berechnungen zu Fall 1a - ohne Luftdichtung innen

Feuchte an 157 Tagen > 90 %, an 15 Tagen Tauwasser => Schimmel sehr wahrscheinlich

Max. Feuchtegehalt an der Grenzschicht während mehrerer Monate erhöht - über 150 kg/m³

Dieser Fall simuliert Konstruktionen mit nicht perfekter Luftdichtung bei Gipsbauplatten, verputzten Flächen, und Profilholzschalungen.

  Derartige Konstruktionen erhalten gemäß dargestellten Berechnungsergebnis an der Grenzschicht zwischen Wärmedämmstoff und außenliegender Luftdichtungsebene sehr hohe rel. Luftfeuchtigkeiten weit über 90 % bis hin zum Tauwasserausfall. An 157 Tagen pro Jahr liegt die rel. Luftfeuchtigkeit an der Grenzschicht über 90 % – an 15 Tagen kommt es sogar zur Bildung von Tauwasser. Es besteht eine sehr hohe Gefahr von Schimmelpilzbildung, da die hohen rel. Luftfeuchten in einem zeitlichen Zusammenhang mit Temperaturen weit über 0 °C stehen. Der Wassergehalt in der Grenzschicht steigt bis über 150 kg/m³ an.

Bei derartigen Konstruktionen mit nichtperfekter Luftdichtung besteht die Gefahr eines Bauschadens.

Berechnungen zu Fall 1b - mit Luftdichtung innen

Feuchte an 84 Tagen > 90 %, an 6 Tagen Tauwasser => Erhöhte Schimmelwahrscheinlichkeit

Max. Feuchtegehalt an der Grenzschicht länger als 1 Monat erhöht - bis 60 kg/m³

Ist im Bestand eine vollflächige Innenbekleidung aus Gipsbauplatten vorhanden, wird diese in der Berechnung als luftdicht angesehen. Der Feuchtigkeitseintrag in die Konstruktion erfolgt ausschließlich durch Diffusion.

Diese Konstruktion weist an 84 Tagen pro Jahr sehr hohe rel. Luftfeuchtigkeiten oberhalb von 90 % auf – an 6 Tagen kommt es sogar zum Ausfall von Tauwasser. Die Wärmedämmung wird kurzfristig an der Grenzschicht zur Luftdichtungsbahn mit bis zu 60 kg/m³ an Feuchtigkeit belastet. In dieser Konstruktion gibt es trotz der funktionsfähigen luftdichten Innenbekleidung eine erhöhte Wahrscheinlichkeit von Schimmelbildung an der Grenzschicht Dämmstoff – Luftdichtungsbahn.

Fall 2: 50-50-Lösung

Datei:BPhys GD 3SS 07 50-50-loesung.jpg 2: 50-50-Lösung

Die Luftdichtungsebene liegt zwischen zwei gleich starken Dämmschichten: 50 % der Wärmedämmung vor der Luftdichtungsebene – 50 % der Wärmedämmung auf den Sparren. Beide Dämmstoffe haben die gleiche Wärmeleitzahl λ.

• Überdämmung der Sparren mit Holzweichfaser 120 mm,
• darunter mittig liegende diffusionsoffene Luftdichtung (s_d = 0,02 m),
• Faserförmige Zwischensparrendämmung, nicht sorptiver Dämmstoff 120 mm

(Abweichend von den Empfehlungen der DIN EN ISO 12572 bzw. der DIN 4108-3 wird die Berechnung mit einem s_d-Wert von 0,02 m durchgeführt.)

Berechnungen

Feuchte an 7 Tagen > 90 %, kein Tauwasser => Geringe Schimmelwahrscheinlichkeit

Nur sehr geringe Feuchtegehalte an der Grenzschicht

Werden 50 % der Wärmedämmung (des Gesamtwärmedurchlasswiderstandes) vor der Luftdichtungsebene angeordnet, treten rel. Luftfeuchtigkeiten oberhalb von 90 % nur eine Woche innerhalb der Winterperiode auf. Tauwasserbildung findet dabei nicht statt. An der Grenzschicht entstehen keine maßgeblichen Feuchtemengen. Ist eine intakte Innenbekleidung vorhanden, liegt die rel. Luftfeuchtigkeitan der Grenzschicht Dämmstoff–Luftdichtungsbahn ganzjährig unterhalb von 90 %. Schimmelpilzwachstum ist hier entsprechend nicht möglich, auch wenn die innere Luftdichtungsebene (Innenbekleidung) Fehlstellen aufweist.

Fall 3: 30-70-Lösung

Datei:BPhys GD 3SS 08 30-70-regel.jpg 3: bei sorptiven Dämmstoffen und 30-70-Regel

• Überdämmung der Sparren mit Holzweichfaser 60 mm,
• darunter liegende diffusionsoffene Luftdichtung (s_d = 0,02 m),
• Faserförmige Zwischensparrendämmung, sorptiver Dämmstoff 120 mm
  (z. B. Holzweichfaser oder Zellulose) in 120 mm Stärke.

Berechnungen

Feuchte an 45 Tagen > 90 %, kein Tauwasser => Geringe Schimmelwahrscheinlichkeit mit sorptivem Dämmstoff

Unkritische Feuchtegehalte in der Grenzschicht

   Werden Dämmstoffe eingesetzt, die in der Lage sind, Feuchtigkeit kurzfristig durch Sorption zu speichern, kann das Verhältnis von Zwischensparren- zu Aufdachdämmung auf 30 % oberhalb der Sparren und 70 % zwischen den Sparren festgelegt werden. Voraussetzung ist, dass die eingesetzten Dämmmaterialien die gleiche Wärmeleitzahl besitzen. Bei dem betrachteten Beispiel sind 120 mm Zwischensparren- und 60 mm Aufdachdämmung durch eine diffusionsoffene Luftdichtungsbahn von einander getrennt. Bei dieser Konstruktion treten Feuchtegehalte von 90 % an der Grenzschicht über längere Zeiträume auf. Zum Teil wird diese Grenze überschritten. Durch die sorptiven Eigenschaften von z. B. Zellulose oder Holzweichfaser sind diese Feuchtigkeitsgehalte tolerierbar. Die Feuchtigkeitsgehalte an der Grenzschicht zwischen der Dämmebene und der Luftdichtungsbahn sind unkritisch.

Bei einer Sanierung kann ein bereits im Bauteil vorhandener nicht sorptiver Dämmstoff (z. B. Mineralwolle) in der Konstruktion verbleiben, wenn bis zur Luftdichtungsebene (Sparrenoberkante) mindestens 40 mm eines sorptiven Dämmmaterials (z. B. Holzweichfaser oder Zellulose) ergänzt werden.

Luftdichtungsbahnen mit monolithischer Funktionsschicht

- Dieser Abschnitt ist ausgelagert, siehe: Luftdichtungsbahnen mit monolithischer Funktionsschicht

Fall 4: Sub-and-Top-Lösung

Datei:BPhys GD 3SS 09 LD innen Sub and Top-01.jpg 4: Sub-and-Top-Lösung

Die Luftdichtungsebene wird schlaufenförmig (Sub-and-Top) auf der Innenbekleidung und über die Tragkonstruktion geführt.

• Überdämmung der Sparren mit Holzweichfaser 35 mm,
• innen liegende Luftdichtung, Sub-and-Top-verlegt (s_d = feuchtevariabel 0,05 - 2,0 m),
• Faserförmige Zwischensparrendämmung, nicht sorptiver Dämmstoff 120 mm

Berechnungen

Keine Feuchte > 90 %, kein Tauwasser => Schimmel sehr unwahrscheinlich

Unkritische Feuchtegehalte in der Grenzschicht

Die Sub-and-Top-Verlegung der Sanierungs-Dampfbremse DASATOP stellt die sichere Luftdichtheit her und schützt durch den feuchtevariablen s_d-Wert die Wärmedämmung in allen Schichten vor bauteilschädigenden, erhöhten Feuchtigkeitsgehalten.

Die Sanierungs-Dampfbremse kann mit allen faserförmigen Dämmstoffen kombiniert werden. Eine Luftdichtungsbahn oberhalb der Zwischensparrendämmung ist dabei nicht erforderlich. Durch den Einsatz der Sanierungs-Dampfbremse liegt das Feuchtigkeitsniveau in der Wärmedämmung unmittelbar unter der Holzweichfaserplatte im unschädlichen Bereich. Die Feuchtigkeitsspitze von 85 % tritt nur sehr kurz bei Temperaturen um den Gefrierpunkt auf. Es treten keine materialschädigenden Feuchtegehalte auf. Unter diesen Randbedingungen können Schimmelpilze bei den verwendeten Materialien weder auskeimen, noch ist ein weiteres Schimmelpilzwachstum möglich.
Konstruktionen mit dieser Sanierungs-Dampfbremse sind bei luftdichter Verlegung und Verklebung keiner Gefahr von Schimmelpilzbildung im Bauteil ausgesetzt. Sie bieten damit die größte Sicherheit für alle faserförmigen Dämmstoffe und für die Konstruktion.

Fazit Vergleich Luftdichtung außen zu Luftdichtung und Dampfbremse innen

Berechnungen mit instationären Simulationsverfahren unter realen Klimabedingungen ermöglichen eine wirklichkeitsgetreue Abbildung der tatsächlichen Vorgänge in der Konstruktion. Sie 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.Luftfeuchtigkeiten oberhalb von 90 % und große Tauwasserbildung an den Grenzschichten der Wärmedämmung zur Luftdichtung. Als Folge besteht bei Konstruktionen, wie in Fall 1 dargestellt, eine erhöhte Wahrscheinlichkeit von Schimmelbildung in der Konstruktion.

Sind Innenbekleidungen nicht vollflächig fugenfrei vorhanden, kann es zu einem hohen Tauwasserausfall innerhalb der Konstruktion kommen. Die innere Dämmschicht kann im Bereich von Zwischenwänden, z. B. bei Undichtheiten im Giebelmauerwerk, luftdurchströmt werden – in den kalten Jahreszeiten können sich große Mengen Tauwasser bilden. Die Wahrscheinlichkeit von Schimmelpilzwachstum steigt nochmals.

Die Bestimmung der s_d-Werte hochdiffusionsoffener Materialien kann entsprechendden Anmerkungen der DIN EN ISO 12572 einem hohen Messfehler unterliegen. Die Erhöhung des Diffusionswiderstandes der Luftdichtungsbahn um 0,01 m (von 0,02 auf 0,03 m) verursacht eine Erhöhung des max. Feuchtegehaltes an der Grenzschicht Dämmstoff/Luftdichtungsbahn in der Berechnung von Fall 1 mit Innenbekleidung um mehr als 60 %. Steigt der Wert auf 0,04 m erhöht sich der max. Feuchtegehalt um über das Doppelte (120 %) des Ausgangswertes. Leichte Abweichungen des Diffusionswiderstandes erhöhten also die Gefahr von Schimmelpilzbildung enorm.
Wird die Luftdichtungsebene in die Mitte der Wärmedämmebene verlegt (50-50-Lösung), sinken die rel. Luftfeuchten an der Grenzschicht unterhalb kritischer Werte.
Bei dieser Vorgehensweise können alle faserförmigen Dämmstoffe zwischen den Sparren eingesetzt werden.

Alternativ kann bei der Verwendung von sorptiven Dämmstoffen, wie z. B. Holzweichfaser und Zellulose, die Stärke der Aufdachdämmung auf 1/3 der Gesamtdämmstärke verringert werden (30-70-Lösung). Ist bereits eine Dämmung vorhanden, müssen mindestens 40 mm der Dämmung vor der Luftdichtungsebene aus einer sorptiven Dämmung bestehen.
Die sicherste Lösung stellt im Vergleich die Konstruktion mit der Sub-and-Top verlegten Dachsanierungs-Dampfbremse DASATOP dar. Sie kann mit allen faserförmigen Dämmstoffen kombiniert werden. Die Wärmedämmung ist durch die innenseitig verlegte Dampfbremse mit einem s_d-Wert bis zu 2 m ausreichend vor der Befeuchtung aus dem Innenraum geschützt. An keiner Stelle innerhalb der Konstruktion treten schimmelkritische Feuchtigkeiten auf.

Mit der speziellen Dachsanierungs-Dampfbremse ist es nicht erforderlich, das Bauteil zum Schutz vorschädlicher Tauwasserbildung mit einer zusätzlichen Aufdachdämmung zu versehen.

Zehn Punkte führen zur dauerhaft sicheren Konstruktion

1. Als optimal sicher gelten Konstruktionen, die mit Dampfbrems- und Luftdichtungsebenen die Goldene Regel 1/3 zu 2/3 (1/3 innen, 2/3 außen) einhalten.
2. 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.
3. Vollflächige, fugenfreie Innenbekleidungen verhindern bei außen verlegten Luftdichtungsbahnen Feuchteeintrag durch Konvektion.
4. Sub-and-Top-Lösungen der DASATOP bieten das größte Bauschadensfreiheitspotential mit allen faserförmigen Dämmstoffen, da sich diese unterhalb der Wärmedämmung im warmen Bereich befindet (wärmer als die Taupunkttemperatur). Auf den Sparren kann sie den Diffusionswiderstand einer Unterspannbahn annehmen.
5. Werden sorptive Dämmstoffe, wie z. B. Holzweichfaser oder Zellulose, verwendet, kann die 30-70-Lösung in Verbindung mit einer Luftdichtungsbahn mit einer feuchteaktiven, luftdichten monolithischen Membran (TEEE) mit der SOLITEX UD/PLUS als Luftdichtungsebene gewählt werden.
6. Konstruktionen können mit nicht sorptiven Dämmstoffen, wie z. B. Mineralwolle, als sicher angesehen werden, wenn die Luftdichtungsebene raumseitig von 50 % des Gesamtwärmedurchlasswiderstandes liegt.
7. Vorteilhaft als Luftdichtungsbahn bei Fall 2 und Fall 3 ist eine diffusionsoffene Unterspannbahn mit monolithischer Membran, z. B. SOLITEX UD, welche die Feuchtigkeit aktiv entlang der Molekülketten transportieren kann. Dadurch wird die Gefahr von Eisbildung und damit einer sprunghaften Erhöhung des Diffusionswiderstandes bei unvorhergesehenem Feuchteeintrag verringert.
8. Empfehlenswert ist immer die Durchführung einer baubegleitenden Qualitätssicherung. Bei der Sanierung von außen kann die Luftdichtheit mittels Überdrucktest, kombiniert mit künstlichem Nebel, durchgeführt werden. Leckagen lassen sich dann aufspüren und abdichten.
9. Der Diffusionswiderstand von diffusionsoffenen Luftdichtungsbahnen muss äußerst genau eingehalten werden und auch bei hoher relativer Feuchtigkeit gelten.
10. Die Luftdichtung sollte sich möglichst im frostfreien Bereich befinden.

Siehe auch

• Konstruktionsempfehlung - Neubau
• Konstruktionsdetails

            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 • Bauschadensfreiheitspotenzial
Studie • Sanierungs-Studie / Kurzfassung: Dachsanierung von außen • Konstruktionsdetails