Risikofaktor Balkenkopf? - Quadriga

Im Blickpunkt: Holzschutz/Sanierung im Bestand
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Risikofaktor Balkenkopf?
Holzbalkendecken und die Innendämmung
Wird in einem Gebäude mit Holzbalkendecken eine Innendämmung
aufgebracht, durchdringt der Balkenkopf die
Dämmebene und reicht in den kälteren und feuchteren Bereich
der Wandkonstruktion. Dabei wird das feuchtesensible
Bauholz, welches noch dazu ein tragendes Bauteil ist, potentiell
einer erhöhten Gefahr von feuchtebedingten Schäden
ausgesetzt. Einige Planer blenden diese Tatsachen aus und
empfehlen großzügig bemessene Dämmschichten, andere dagegen
raten deshalb grundsätzlich von einer Innendämmung
ab. An der Thematik Interessierten fehlen fundierte Bemessungsregeln
oder Berechnungssoftware.
Autor:
Ulrich Ruisinger,
Institut für Bauklimatik TU Dresden
Problemstellung
Deutschland verfügt über
einen hohen Bestand älterer
Gebäude mit Holzbalken -
decken. Verschiedene Gründe
können zu der Entscheidung
führen, solche Bauwerke innen
zu dämmen, meistens ist
der Denkmalschutz der Fassade
ausschlaggebend. Mit einer
Innendämmung wird das
Temperaturniveau in der Bestandskonstruktion
abgesenkt
(Bilder in Abb. 1), weshalb die
von der Temperatur abhängigen
Luftfeuchten im Porenraum
ansteigen. Diffusionsoffene
Innendämmungen können
zu einem zusätzlichen
Kondensatanfall führen. Somit
verschlechtert eine Innendämmung
wegen des höheren
Feuchteniveaus in der Regel
die hygrothermischen
(wärme- und feuchtetechnischen)
Verhältnisse am Balkenkopf
(Abb. 2).
Andererseits stellen Balkenköpfe
mit ihrer höheren Wärmeleitfähigkeit
(ca. 0,13-0,17
W/mK) im Vergleich zum
Dämmmaterial (ca. 0,008 bis
0,07 W/mK) eine Wärmebrücke
dar und erwärmen so
ihr unmittelbares Umfeld
(Abb. 1 rechts). Unterhangdecken
oder Bodenaufbauten
reduzieren allerdings den
Wasserdampfeintrag und
Schüttungen können regulierend
auf den Feuchteeintrag
wirken. Eine Einschätzung des
tatsächlichen Schadenspotentials
fällt schwer, da die Schadensmechanismen
im Holz
noch nicht praxisverwertbar
aufbereitet sind (s. Artikel Daniel
Kehl, S. 23 ff.).
Ein Thema –
viele Meinungen
Zum Thema Balkenkopf und
Innendämmung existieren
viele Meinungen und viele
verschiedene Vorschläge wie
damit umzugehen sei. Konstruktions-
und Einbauvarianten,
welche an einem Gebäude
schadensfrei bleiben, sind
nicht ohne weiteres auf andere
übertragbar. Was hier sicher
funktioniert kann dort
problematisch sein, sei es wegen
unterschiedlicher Be-
Abb.1:
Temperaturfelder am 15. Januar um
einen Holzbalken (Horizontalschnitt),
Außenklima: Passau,
links: Bestandskonstruktion außen
250 mm Sandstein verputzt (w=
1 kg/m 2 h 0,5 ), innen 120 mm Ziegel,
rechts: mit Innendämmung aus
80 mm Mineraldämmplatten [rotationssymmetrische
3D-Simulation Delphin5,
TU Dresden]
Abb.2:
Luftfeuchtefelder am 15. Januar,
Angaben wie in Abb.1,
links: ungedämmt
rechts: mit 80 mm Mineraldämmplatten
[rot.-sym. 3D-Simulation
Delphin5, TU DD]
Nähere
Informationen
finden Sie
auf Seite 59

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Im Blickpunkt: Holzschutz/Sanierung im Bestand
standsmaterialien oder anderer
klimatischer Randbedingungen.
Beispielsweise kann eine
sorgfältig verarbeitete Innendämmung
mit Mineralwolle
und Dampfbremse/-sperre in
dem einem Gebäude durchaus
funktionieren. In einem anderen,
exponierten Gebäude
ohne ausreichenden Schlag
regenschutz dagegen sind
Schädigungen zu befürchten.
Warum? Durch dampfbremsende/-sperrende
Schichten
auf der Innenseite wird das
Austrocknungspotential nach
innen stark reduziert: Die
Wand bleibt länger feucht
(Abb. 3).
Auch in historischen Gebäuden
wurde oft darauf geachtet,
Mauerwerksfeuchte
vom Balkenkopf fernzuhalten:
mit einem Luftspalt um den
Balkenkopf und durch ein
Auflager aus feuchteresistentem
Holz (z.B. Lärche) oder
Teerpappe wurde die kapillare
Trennung realisiert (Abb. 4).
Wird der Luftspalt mit kapillar
leitfähigem Material, z.B. Bauschutt,
aufgefüllt, besteht die
Gefahr, dass hohe Luftfeuchten
im Mauerwerk auch mittels
Kapillartransport den Balkenkopf
befeuchten.
Der „luftumspülte“
Balkenkopf
Ein Arbeitskreis der WTA
e.V. (www.wta.de) im Referat 8
(Fachwerk/Holzkonstruktionen)
setzt sich derzeit mit Balkenköpfen
in einem eigenen
Merkblatt auseinander. Darin
wird auch der Begriff „luftumspült“
behandelt, welcher
im Zusammenhang mit Balkenköpfen
häufig Erwähnung
findet. „Luftumspült“ ist nicht
eindeutig definiert und wird
entweder dahingehend interpretiert,
dass damit der bloße
Luftspalt um den Balkenkopf
gemeint sei. Andere verstehen
darunter, dass dieser Luftspalt
zusätzlich über eine (umlaufende)
Fuge mit dem Innen-
Abb. 3:
Schlechte Kombination: Nicht ausreichender
Schutz vor eindringendem
Schlagregen in Verbindung mit einem
stark diffusionsbremsenden/-sperrendem
Innendämmsystem
Abb. 4:
Kapillare Entkopplung des Holzbalkenkopfes
von angrenzenden Bauteilen
durch einen Luftraum und eine
kapillar sperrende Bahn auf dem Auflager
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Im Blickpunkt: Holzschutz/Sanierung im Bestand
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Abb. 5:
Luftfeuchtefelder von aero-hygrothermischen
2D-Simulationen mit Delphin4
bei unterschiedlichen Lufteintrittsgeschwindigkeiten:
250 mm di -
ckes Ziegelmauerwerk mit 30 mm
Calciumsilikatinnendämmung, Innenklima:
20°C/50%, Außenklima
0°C/60% [Gnoth 2007], Vertikalschnitt
Abb. 6:
Konvektionshemmender Anschluss
der Innendämmung an den Holzbalken
durch vorkomprimierte Dichtungsbänder
oder Mörtelverstrich
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raum verbunden ist. Durch die
Fuge soll warme Innenluft
strömen und im Winter die
kalte Außenseite des Balkenkopfs
erwärmen. Andererseits
nimmt diese Luftzufuhr immer
auch Raumluftfeuchte mit.
Dass letztere Auslegungsvariante
in historischen Gebäuden
nicht zu Schäden geführt
hat, ist durchaus möglich.
Allerdings war in früheren
Zeiten der Wasserdampfgehalt
der Raumluft z.B. wegen
undichter Fenster oder
geringerer Feuchteproduktion
niedriger als heute.
Der vorrangige Zweck des
Luftspalts um den Balkenkopf
ist jedoch in der Funktion als
„kapillar brechende Schicht“
zu sehen. Strömt eine kritische
Menge feuchtwarme
Raumluft in den Luftspalt um
den Balkenkopf, kühlt diese
ab und verursacht eine Erhöhung
der Feuchte (Abb. 5). Ist
die eingebrachte Luftmenge
bzw. Einlassgeschwindigkeit
wiederum groß genug, wird
der Luftspalt laut [Gnoth
2007] ausreichend erwärmt.
Unter baupraktischen Gegebenheiten
sind letztere Geschwindigkeiten
> 0,1 m/s
über einen längeren Zeitraum
hinweg allerdings nicht realis -
tisch.
Im WTA-Merkblatt wird
deshalb ein konvektionshemmender
Anschluss empfohlen,
nicht zuletzt auch wegen
schallschutz- und brandschutztechnischer
Anforderungen.
Konvektionshemmend
meint, dass z.B. durch Kompressionsbänder
oder Mörtelverstrich
der Eintritt von
Raumluft in den Bereich um
den Balkenkopf weitgehend
unterbunden wird (Abb. 6).
Mörtel ist zwar weniger elastisch,
damit lassen sich jedoch
auch Risse im Holz verschließen.
Hygrothermische Simulation
von Balkenköpfen
Eine exakte Untersuchung
von Balkenköpfen mittels hygrothermischer
Simulationsprogramme
ist derzeit mit
Schwierigkeiten verbunden:
Die erforderlichen 3D-Simulationen
lassen sich mit hygrothermischen
Programmen derzeit
nur in der Forschung und
nur rotationssymmetrisch, d.h.
für runde Balken modellieren.
Ebenso bereitet die Berücksichtigung
von Luftströmungen
und der anisotropen Eigenschaften
des Holzes – unterschiedliche
Wärme- und
Feuchte-Leitfähigkeiten in Abhängigkeit
von der Faserrichtung
– Probleme. Gleichwohl
können aus dem Vergleich solcher
Varianten mit der gleichartig
modellierten Bestandkonstruktion
sinnvolle Schlüsse
gezogen werden.
Die eingangs (Abb. 1 und 2)
angeführten 3D Beispiele eines
runden Balkens, der in
eine westorientierte Außenwand
einbindet, erweisen sich
als unkritisch (Abb. 7, Rechnung
mit Delphin5).
Neben den Mineraldämmplatten
(l= 0,045W/mK) wird
in Abbildung 7 auch eine
Variante mit speziellen 80mm
dicken Holzweichfaserdämmplatten
(l= 0,045W/mK) abgebildet.
Die Holzfeuchte der
gedämmten Aufbauten verläuft
vor allem im Winter ca.
4 M-% oberhalb der ungedämmten
Bestandskonstruktion,
jedoch noch mit deutlichem
Abstand zum Grenzwert
der DIN 68800-3 von
20 M-%.
Dämmung im Deckenhohlraum:
Tun oder lassen?
Ob durchgehend zwischen
den Deckenbalken gedämmt
werden soll oder nicht, ist diskussionswürdig.
Laut den
Messergebnissen in einem
Gründerzeitgebäude in Wiesbaden
[Loga 2005] verläuft

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Im Blickpunkt: Holzschutz/Sanierung im Bestand
der Wassergehalt im Balkenkopf
mit vollständiger Dämmung
etwas höher als mit einer
unterbrochenen. Zu bedenken
sind hierbei allerdings
die Feuchteverhältnisse auf
den ungedämmten Wandoberflächen
im Deckenhohlraum
(Schimmel), vgl. S. 17.
Austausch von Balken bei
der Sanierung
Werden im Zuge einer Sanierung
geschädigte Balken
ausgetauscht, so stellt sich die
Frage, wie eine optimale Einbindung
des neuen Balkens
ausgeführt werden soll. Eine
vor dem Hirnholz angebrachte
Dämmschicht ist zwar durchaus
sinnvoll, eine Wärmebrücke
bleibt dennoch erhalten.
In der Arbeitsfassung des
erwähnten WTA-Merkblattes
wird deshalb ein allseitig, d.h.
fünfseitig, gedämmter Balkenkopf
befürwortet. Einschränkend
wird gleichzeitig auf den
sehr hohen Aufwand verwiesen
(Aufstemmen der Mauerwerkstaschen,
zeitaufwändige
Dämmung). Nach Meinung
des Verfassers erfüllen andere
Sanierungsvarianten ebenfalls
den erwünschten Zweck:
• eine Innendämmung mit
Schaumglas; die Holzbalken
werden raumseitig ab der
Dämmebene auf bis zu
50cm Länge mit einer bituminösen
Beschichtung bestrichen,
die Anschlüsse
werden ebenfalls dampfdicht
ausgeführt [AkkP
2005] oder
• der Einsatz eines thermisch
entkoppelten Stahlschwertes
in [EnSan 2008].
Grundsätzlich ist zu prüfen,
ob solcher Sonderaufwand betrieben
werden muss, wenn die
Ursache der Schädigung des
Balkens im Zuge der Sanierung
beseitigt wurde und eine
wieder tragfähige Decke mit
zimmermannmäßigen Methoden
hergestellt werden kann.
Besonders kritisch:
Sichtmauerwerk
Die meisten Gebäude mit
Holzbalkendecken haben verputze
Fassaden. D.h. der erforderliche
Schlagregenschutz
kann entsprechend der lokalen
Beanspruchung gewährleistet
werden – entweder durch
den Putz selber oder durch
einen wasserabweisenden,
aber diffusionsoffenen Anstrich.
Unter dieser Voraussetzung
gibt das WTA- Merkblatt
6-4 der AG „Innendämmung
im Bestand“ vereinfachte
Nachweisregeln, die einen
großen Teil des Bestandes und
der möglichen Innendämmungssysteme
abdecken
[WTA 2009], s. Abb. 9, S. 16).
Bei denkmalgeschützten
Sichtfassaden ist in der Praxis
zunächst ein fachmännische
Begutachtung des Fugenbildes
und der Saugfähigkeit der
Steine erforderlich. Anderenfalls
ist auf Dauer eine Wiederholung
vorhandener Schadensverläufe
zu erwarten –
ganz unabhängig davon, ob
eine Innendämmung aufgebracht
wird oder nicht. Unter
Umständen kann auf diffusionsoffene,
hydrophobe Imprägnierungen
zur Verminderung
des Schlagregeneintrags oder
chemischen Holzschutz zurückgegriffen
werden.
Balkenköpfe beheizen?
Die Hochschule Lausitz beschäftigt
sich schon seit Längerem
mit aktiven und pas
siven Maßnahmen der Wärmezufuhr
an Balkenköpfen
(Abb. 8). Bisherige Messungen
bestätigen, dass aktive Maß-
Abb. 7:
Verlauf des Wassergehalts an der
Stirnfläche des Balkenkopfs mit unterschiedlichen
Dämmvarianten. Innenklima
20°C/50%, Außenklima: Passau
mit kaltem Winter (keine Anisotropie,
minimaler Luftwechsel n = 0,05 1/h
am Balkenkopf)
Abb. 8:
Prinzipskizze: Innendämmung wird
unterbrochen, das Heizrohr wärmt die
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Im Blickpunkt: Holzschutz/Sanierung im Bestand
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Abb. 9:
Testhaus Dresden: Straßenansicht im
Winter [Ulrich Ruisinger, TU Dresden
2010]
Abb. 10:
Testhaus Dresden: mit Messsensoren
versehener Holzbalken [Frank Meissner,
TU Dresden 2010]
Abb. 11:
Testhaus Dresden: Verlauf von Temperatur
(rot) und relativer Luftfeuchte im
Luftspalt vor dem Balkenkopf, Innendämmung
50 mm organisch/mineralische
Dämmung WLS 031 [Frank
Meissner, TU DD 2011]
nahmen wie ein Heizungs bypass
oder eine elektrische Begleitheizung
die Situation am
Balkenkopf verbessern können
[Stopp et al 2010].
Zu bedenken ist allerdings,
dass derlei Maßnahmen bezüglich
Zeitaufwand und
Sorgfalt hohe Anforderungen
an die Handwerker stellen und
mit zusätzlichen Wärmeenergieverlusten
verbunden sind,
die den Einspareffekt einer
derartigen Innendämmung in
Frage stellen.
Messungen in Testhäusern
Derzeit liegen nur wenige
Messungen an Balkenköpfen
vor. Im Herbst 2009 wurde in
einem Testhaus der TU Dresden
ein 50 mm dickes, kapillar
leicht leitfähiges Dämmsys -
tem (R ≈ 1,75 m 2 K/W, s d ≈ 1,6 m)
auf einer verputzten, 560 mm
dicken Außenwand angebracht
(Abb. 9-11). Ein Balkenkopf
in einer nach Westen
ausgerichteten Wand wurde
mit mehreren Temperaturund
Luftfeuchtesensoren ausgestattet.
Die bisherigen Aufzeichnungen
zeigen nach der
Austrocknung der Baufeuchte
bei niedrigen Außentemperaturen
Luftfeuchten bis 95%
bei Temperaturen unter ca.
5°C im Luftspalt vor dem Balkenkopf.
Eine Situation, die
für die Aktivierung holzzerstörenden
Pilze unkritisch ist
(vgl. Artikel D. Kehl, S. 23 ff.).
Zusammenfassung und
Ausblick
Der Einbau von Innendämm
systemen ruft in der Regel
negative Veränderungen
der wärme- und feuchtetechnischen
Verhältnisse am Balkenkopf
hervor. Den am Bau Tätigen
stehen verschiedene Maßnahmen
zur Verfügung, mit
denen sie auf diese Veränderungen
reagieren können. Ob
diese, hier beschriebenen,
Maßnahmen jedoch notwendig
sind, oder ob althergebrach te
Methoden der Trocken haltung
ausreichen ist noch nicht geklärt.
Zwei Forschungsvorhaben
an der TU Graz und der
Fachhochschule Bern, Standort
Biel/Bienne, untersuchen derzeit
u.a. das Zusammenspiel
von Balkenköpfen und Innendämmsystemen.
Ein Paketantrag
deutscher Forschungseinrichtungen
befindet sich gegenwärtig
in der Bewilligungsphase.
Demzufolge ist zukünftig
mit neuen Erkenntnissen zu
rechnen, welche etwas mehr
Licht in das Dunkel um die Balkenköpfe
bringen werden.
Literaturverweise
[AkkP 2005] Protokollband Nr. 32:
Faktor 4 auch bei sensiblen Altbauten:
Passivhauskomponenten + Innendämmung,
Passivhaus-Institut 2005.
[DIN 68800-3:1990-04] Holzschutz
– Vorbeugender chemischer Holzschutz
[Ensan 2008] Hamburg, Kleine Freiheit
46-52, EnSan Abschlussbericht,
PTJ-Projektträger Jülich, Förderkennzeichen
0329750S, 2008.
[Gnoth 2007] Steffen Gnoth: Zum
thermischen und hygrischen Verhalten
von Bauteilen mit offenen und geschlossenen
Hohlräumen, Dissertation
TU Dresden, 2007.
[Loga 2005] Tobias Loga: Energetische
Modernisierung eines Gründerzeithauses
in Wiesbaden, Tagungsband
zum 6. Leipziger Bauschadenstag,
27. September 2005, S. 81-91.
[Stopp et al 2010] Horst Stopp,
Peter Strangfeld, Torsten Toepel, Eva
Anlauft: Messergebnisse und bauphysikalische
Lösungsansätze zur Problematik
der Holzbalkenköpfe in Außenwänden
mit Innendämmung, Bauphysik
32 (2010), S.61-72.
[WTA 2009] Wissenschaftlich-Technische
Arbeitsgemeinschaft
für Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege
e.V. - WTA - (Hrsg.): WTA-
Merkblatt 6-4-09. Innendämmung im
Bestand – Planungsleitfaden -.
München 2009.