Risiko Dampfkonvektion - Quadriga

Risiko Dampfkonvektion
Wann gibt es wirklich Schäden?
Regelmäßige Leser dieser Zeitschrift wissen es
längst: Tauwasserrisiken entstehen in Holzbauteilen
vor allem durch Wasserdampf, der per Luftströmung
in den Konstruktionsquerschnitt eintritt.
Schon bei geringen Druckdifferenzen kann durch
einen Meter Fuge von wenigen Millimetern Breite
weit mehr Dampf strömen als über zig m 2 Fläche
per Diffusion wandert. Schon im Sammelband
[condetti & Co 2003] 1 hatten wir die bauphysikalischen
Wirkungsmechanismen und einige lehrreiche
Schadensfälle dargestellt.
Jetzt ist es an der Zeit klar zu stellen, dass es dennoch
nicht richtig ist, hinter jeder Leckage, die
beim BlowerDoor-Test gefunden wurde, gleich
einen potenziellen Feuchteschaden zu vermuten.
Es kommt darauf an, wo die betreffende Leckage
sich befindet, welche Antriebskräfte und welche
Strömungspfade dazu führen können, dass gasförmiges
Wasser wirklich auskondensiert.
In diesem Beitrag wollen wir die heutigen
Erkenntnisse aus Forschung und Gutachtererfahrung
kompakt zusammenfassen.
Special: Luftdichtheit
Auf die Richtung
kommt es an
Winterliche Raumluft
hat auch dann, wenn wir
sie als „trockene Heizungsluft“
empfinden, absolut
gesehen, einen höheren
Wasserdampfgehalt als die
Außenluft zum gleichen
Zeitpunkt (vgl. Taupunktkurve
in dnq 1/2003, Seite
35). Dies heißt für die Frage
des Tauwasserrisikos bei
Dampfkonvektion zweierlei:
●
Von außen nach innen
eindringende Luft kann
auf ihrem Strömungsweg
niemals auskondensieren.
Die Luft wird sich auf dem
Weg zum Innenraum immer
erwärmen, d. h. ihre relative
Luftfeuchtigkeit sinkt im
Verlauf des Durchtritts
durch die Konstruktion.
Zu allen derartig unproblematischen
Leckagen gibt
es aber auch an anderer
Stelle das passende Gegenstück:
die von innen nach
außen durchströmte Fuge.
Hierbei gilt:
● Auf dem Strömungsweg
innen außen kommt
es zu Tauwasserausfall,
sobald die eingedrungene
Raumluft unter ihre jeweilige
Taupunkttemperatur
abkühlt (s. Tab. 1).
1
Das Kompendium unseres
Autorenteams „condetti & Co –
Details im Holzhausbau (160
Seiten, A4, Vierfarbdruck, keine
Werbung im Text) kann beim
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Abb. 1
Eigentlich nichts Neues: Thermik
demonstriert an einem
Modellraum im Jahr 1914. Segeltuchbahn
zeigt die Druckverhältnisse
an der Hülle eines
beheizten Kastens.
Quelle: Weil’s Handbuch der Hygiene,
Band 4, Leipzig 1914
Tabelle 1: Taupunkttemperatur in Abhängigkeit von Lufttemperatur und rel. Luftfeuchte
Lufttemperatur
Taupunkttemperatur in ° C bei einer relativen Luftfeuchte von
Autoren:
Robert Borsch-Laaks,
Sachverständiger für
Bauphysik, Aachen
30 % 40 % 50 % 60 %
22° C 3,6 7,8 11,1 13,9
20° C 1,9 6,0 9,3 12,0
18° C 0,2 4,2 7,4 10,1
3/2006 17

Special: Luftdichtheit
Abb. 2:
Wo geht es rein und wo raus?
Wo liegt die druckneutrale
Zone? Thermisch bedingte
Strömungsverhältnisse in Abhängigkeit
von der Leckageverteilung
bei einem EFH mit
Dachausbau.
Druckneutrale Ebene oben
Druckneutrale Ebene unten
Je langsamer,
desto riskanter
Bei der Dampfdiffusion
lässt sich die Lage des Tauwasserbereichs
exakt definieren
und die Menge rechnerisch
ermitteln (Glaserverfahren).
Ob, wann und
wo ein Konvektionsstrom
so weit abgekühlt ist, dass
er seine Feuchtelast durch
Kondensation ablädt, ist
von vielen Faktoren abhängig
und lässt sich nicht praxistauglich
berechnen. Aber
aus neueren wissenschaftlichen
Untersuchungen und
der Gutachtererfahrung
lässt sich das Risiko qualitativ
eingrenzen. Das „Reich
der Möglichkeiten“ bewegt
sich zwischen folgenden
Extremen:
●
Druckneutrale Ebene
Druckneutrale Ebene
Kurze Strömungspfade,
direkter Durchgang
innen nach außen.
Eher unproblematisch, da
eine geringe Abkühlung der
Luft erfolgt und bei hohen
Strömungsgeschwindigkeiten
die Oberflächen der Fugenwandungen
eine Tendenz
zur Erwärmung aufweisen,
vgl. [Kempkes
2004].
●
Lange Strömungspfade
entlang von kalten Außenoberflächen.
Die hierbei auftretenden
eher geringen Strömungsgeschwindigkeiten
bergen ein
besonders großes Tauwasserrisiko:
Die Luft hat genügend
Zeit unter ihre Taupunkttemperatur
abzukühlen
und der vergleichsweise
geringe Wärmeeintrag ist
nicht in der Lage, die Oberflächen
des Strömungskanals
zu erwärmen.
Wind: unangenehm
aber unproblematisch
Aus dem Blick der thermischen
Behaglichkeit sind
vor allen Dingen die Windkräfte
der unangenehmste
„Antriebsmotor“ für Luftströmungen.
Durchgehende
Ritzen und Fugen (z. B. bei
Fensteranschlüssen oder
Balkendurchdringungen),
können im Aufenthaltsbereich
Zugerscheinungen
hervorrufen.
Feuchtetechnisch sind
diese Leckagen allerdings
unproblematisch, auch
wenn eine Durchströmung
von innen nach außen erfolgt.
Und zwar aus zwei
Gründen:
● Starkwindwetterlagen
sind im mitteleuropäischen
Winter vor allen
Dingen die Folge von
Tiefdruckgebieten, die
aus dem Westen kommen.
D. h. die Temperaturen
sind eher mild, was
das Risiko der Taupunktunterschreitung
begrenzt.
● Winddruck führt zu hohen
Strömungsgeschwindigkeiten,
die, wie oben
beschrieben, feuchtetechnisch
ein geringeres Risiko
darstellten.
Thermik: Risikofaktor
No. 1
Durch Thermik verursachte
Luftströmungen sind
aus zwei Gründen besonders
kritisch:
Thermik entsteht umso
mehr je niedriger die Außentemperaturen
fallen, also
dann, wenn es im Konstruktionsquerschnitt
stets
Bereiche gibt, die kälter
sind als die Taupunkttemperatur
der Raumluft.
Dass die Antriebskräfte
hierbei i.d.R. nicht so stark
sind wie bei Windangriff
(i.d.R. in unserem Klima
nur zwei bis acht Pascal)
wirkt sich in feuchtetechnischer
Sicht geradezu heimtückisch
aus. Es entstehen
langsame, aber oft wochenlang
anhaltende Durchströmungen,
deren Schadenspotenzial
vielfach höher ist,
als die Zugerscheinungen
bei Westwind.
Im Osten und Südosten
Deutschlands geht Frostwetter
nicht selten einher
mit steifem Ostwind. Ob
sich dann beide Strömungsantriebe
feuchtetechnisch
summieren oder abschwächen,
ist bislang nicht erforscht.
Schadensgutachter
sollten ein besonderes Augenmerk
auf Wind abgewandte
und im oberen Teil
des Gebäudes liegende Bauteile
richten.
Strömungsrichtungen
bei Thermik
Auch im strengen Winter
gilt: Es gibt „gute“ und
„böse“ Leckagen. Auch Laien
wissen: warme Luft
steigt nach oben. Physikalisch
ausgedrückt heißt
dies: Im oberen Teil des
Gebäudes entsteht eine
Überdruckzone. Die größte
Druckdifferenz herrscht am
höchsten Punkt. Umgekehrt
besteht der stärkste
Unterdruck am tiefsten
Punkt im Gebäudeschnitt
(vgl. Abb. 1). Irgendwo
dazwischen liegt eine
druckneutrale Zone, in der
sich die Strömungsrichtung
umkehrt.
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Aus den vorgenannten
Wirkungsmechanismen ergibt
sich Folgendes: Die
stärkste Kaltluftströmung
findet im Erdgeschoss z. B.
im Bereich undichter
Schwellen (im Holzbau)
und Außentüren (auch im
Massivbau) statt. Dies ist
raumklimatisch besonders
unangenehm und führt zum
berüchtigten „Kaltluftsee“.
Aber feuchtetechnisch sind
diese Leckagen die unproblematischsten,
da hier
stets eine Durchströmung
von außen nach innen erfolgt.
Logischerweise sind dementsprechend
alle Leckagen
im oberen Teil des Gebäudes,
insbesondere in den
Dachgeschossen, die kritischsten
aus feuchtetechnischer
Sicht.
Dies wird verstärkt, wenn
sich der Raumluftverbund
über mehrere Geschosse erstreckt,
da der thermische
Auftrieb proportional zur
Höhe steigt (offene Wohnungsgrundrisse
oder auch
offen stehende Innentüren).
Gefahren am
Deckenanschluss?
Die Anschlüsse von Zwischendecken
sind vielfach
eine Quelle von Luftundichtheiten
in Holzbauweisen.
Analog verhalten sich
die Traufanschlüsse der
Dachgeschosse bei Massivhäusern.
Bei zweigeschossigen Gebäuden
liegt der Deckenanschluss
allerdings oft in der
Nähe der druckneutralen
Zone und ist dann nicht
durch thermisch angetriebene
Feuchtewanderung gefährdet.
Dies ist jedoch nur
dann der Fall, wenn sich
die Gesamtleckagen etwa
gleichmäßig über die Gebäudehülle
verteilen. Ist der
obere Bereich des Hauses
überproportional undicht,
wandert die druckneutrale
Zone nach oben, d. h. der
neuralgische Punkt Deckenanschluss
liegt in der
Unterdruckzone und wird
von außen nach innen
durchströmt. (Abb. 2 oben)
Ist das Dach allerdings
nach dem heutigen Stand
der Technik gut und sorgfältig
gedichtet und liegen
die Leckagen eher im Erdgeschoss,
bzw. bei undichten
Türen des Kellerabgangs,
so kann die druckneutrale
Zone sich so weit
nach unten verschieben,
dass die Deckenanschlüsse
nun dummerweise von innen
nach außen durchströmt
werden. (Abb. 2
unten)
Auf die „passende“ Lage
der druckneutrale Zone zu
spekulieren, kann sich als
fatal erweisen, denn auch
das Öffnen von Fenstern
und Innentüren, sowie Disbalancen
in einer Lüftungsanlage
können die Strömungsrichtungen
über
Leckagepfade umkehren.
Fazit für Schadensgutachter:
BlowerDoor-Messungen
mit n 50 -Kontrolle und die
Messung und Dokumentation
von Strömungsgeschwindigkeiten
an Leckagen
gehören mittlerweile
zum Alltag bei der Qualitätssicherung
und bei
Rechtstreitigkeiten. Doch
die feuchtetechnische Bewertung
erfordert fortgeschrittene
Kenntnisse der
Bauphysik. Zwei Schadensfälle
sollen im Folgenden
die Vielfalt der Aspekte zeigen.
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Special: Luftdichtheit
a
b
Abb. 3:
Feuchteschäden bei einem
neuen Holzrahmenbau
a) Hier tropfte es aus der
Kehle.
b) Nebelaustritt zeigt
Undichtheiten.
Es tropft aus der Kehle
Bei einem neu errichteten
Holzrahmenbau tropfte
es nach dem Ende einer
längeren Frostperiode aus
einer Dachkehle in das
Treppenhaus (Abb. 3) Per
Nebelgenerator konnte bei
Überdruckprüfung mit der
BlowerDoor starke Luftströmungen
festgestellt werden.
Ursache war eine fehlerhafte
Einbindung der Treppenhaustrennwände
an die
Dachschräge.
Diese Innenwände waren
einseitig mit Gipsfaserplatte
beplankt im Rohbau erstellt
worden und ragten in den
Sparrenzwischenraum wie
Abb. 4 a zeigt. An der beplankten
Seite konnte während
des Rohbaus ein funktionstüchtiger
luftdichter
Anschluss einfach hergestellt
werden. Die andere
Wandseite blieb für den
Elektriker offen und wurde
erst im Zuge des Innenausbaus
geschlossen. Hierbei
kam es zum bereits vielfach
erwähnten „Königskindereffekt“,
d. h. die Innenwand
durchstößt die Luftdichtheitsebene
des Daches.
Innenwände sind zum
Wohnraum hin nicht dicht
(Elektroinstallationen, Türeinbauten
etc.). Es besteht
auch keine dementsprechende
Anforderung in den
Normen und Fachregeln.
Treppenhäuser haben auch
im Einfamilienhaus i.d.R.
einen Luftverbund über
drei Geschosse (vom Keller
bis zum Dach) und bieten
von daher beste Voraussetzung
für thermisch angetriebene
Luftströmungen.
Nachträgliche Sanierung:
Eine Brücke für
die Königskinder
Die Schadensfolgen
konnten in Grenzen gehalten
werden, da sich das
Feuchteproblem relativ
schnell durch Risse in der
Bekleidung und austropfendes
Kondensat zu erkennen
gab. Eine einfache Lösung
zur Sanierung von außen,
die mit Erfolg umgesetzt
wurde, zeigt Abb. 4 b. Der
diffusionsoffene Anschlussstreifen,
den wir bereits von
Deckenanschlüssen in
Plattformbauweise kennen,
wurde nachträglich von außen
montiert und verbindet
Dampfbremsfolie mit dem
Randsparren neben der Innenwand.
Einblicke in
Strömungskanäle
Auf der anderen Seite
des Treppenhauses fand
sich der gleiche fehlerhafte
Anschluss. Die Öffnung der
Konstruktion im angrenzenden
Technikraum offenbarte
interessante Einblicke in
das Strömungsverhalten
von konvektiv angetriebe-
a
Vorhandene Situation
b
Sanierungsvorschlag
Anschließend Dämmung wieder einlegen
und MDF montieren. Je nach Zustand
neues Material verwenden.
Anschlussstreifen aus
diffusionsoffener Unterspannbahn
einkleben!
Abb. 4:
a) Undichter Anschluss links
von der Trennwand und
b) der realisierte Sanierungsvorschlag
(von außen ausgeführt).
Aufgerissene Anschlussfuge
dauerlastisch versiegeln
(ggf. mit Hinterfüllprofil,
wg. Zweiflankenhaftung)
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a
b
Special: Luftdichtheit
ner Feuchte. Abb. 5 a) zeigt
durch Schimmelansatz und
Wasserränder an der MDF-
Platte Erschreckliches:
●
Auch die Diffusionsoffenheit
eines Unterdaches
schützt nicht vor den
feuchtetechnischen Folgen
von Dampfkonvektion.
Besonders interessant sind
die Ergebnisse der Holzfeuchtemessung
in Abb. 5
b) und c). Unmittelbar nebeneinander
liegend finden
sich trockene und stark befeuchtete
Bereiche.
Die Ursache: Im trockenen
Bereich lag die eingebaute
Mineralfaser unmittelbar
an der Platte an.
Dort, wo zwischen Platte
und Dämmung ein Hohlraum
von 5 bis 10 mm bestand,
wurden sehr hohe
Materialfeuchten festgestellt.
Dies bestätigt die zuvor
gemachten Ausführungen
über die Risiken thermisch
betriebener Dampfkonvektion
durch Hohlräume
auf der kalten Seite des
Konstruktionsquerschnitts.
Abb. 5:
Feuchteschäden
entlang von Strömungskanälen
zwischen Dämmung
und MDF-
Unterdeckung
a) Wasserränder
und Schimmelansatz
zeigen
wiederholte
Befeuchtungen
b) Plattenfeuchte
55 (!) Masse-%
im Strömungskanal
zwischen
Dämmung und
MDF
c) Trockene Platten
(17,1 M.%) dort,
wo die Dämmung
an der
Platte anlag.
c
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Special: Luftdichtheit
a
b
c
Abb. 6:
a) Eine Neubausiedlung in
Norddeutschland: Belüftete
Walmdächer über zweischaligem
Mauerwerk.
b) Pilzrasen auf MDF-Platten
c) Kaum Verschimmelung auf
Holzweichfaser-Unterdeckplatten
Fotos: Th. Helmond, Holzbunge
Was kann die Belüftung
leisten?
Das zweite Beispiel aus
einer großen Neubausiedlung
mit baugleichen Häusern
in Norddeutschland
wirft ein Schlaglicht auf die
oft überschätzte Entfeuchtungswirkung
der Belüftung
unbeheizter Spitzböden
(vgl. Bildfolge 6). Die nicht
ausgebauten Walmdächer
waren mit Unterdeckplatten
und ordnungsgemäßen
Belüftungsöffnungen ausgestattet.
Bei einem Teil der
Gebäude entstanden an der
Unterseite der MDF-Platten
großflächige Pilzrasen,
siehe Abb. 6 b.
Die Ursache war eine
klassische „außerplanmäßige
Befeuchtung“ (Schulze).
Das kerngedämmte, zweischalige
Mauerwerk der
beiden Vollgeschosse hatte
eine zum Dachraum hin
offene Schalenfuge. Deshalb
konnte Feuchtigkeit,
die von der Verblendschale
bei Schlagregenbelastung
aufgenommen wurde, in
großen Mengen in den
Dachraum hinein verdunsten.
Schon im Heft 6/ 2004
hatten wir darauf hingewiesen,
dass Belüftungsregeln
nur für die Abfuhr der (relativ
geringen) Wasserdampfmengen
aus Diffusion
ausgelegt sind. Dies bestätigt
der Schadensfall eindrücklich.
Kaum Schimmel bei Unterdeckung
aus Holzweichfaserplatten
Die andere Hälfte der
untersuchten Objekte hatte
keine MDF- sondern Holzfaserdämmplatten
als Unterdeckung.
In diesen
Dachräumen gab es kaum
Schimmel. Nur unmittelbar
oberhalb des Zwischenraums
der Mauerwerksschalen
gab es leichte Schimmelansätze,
vgl. Abb. 6 c).
Die diffusionstechnischen
Eigenschaften der beiden
Plattentypen unterscheiden
sich nur geringfügig. Was
kann die Ursache für das
unterschiedliche Verhalten
Tabelle 2: Luftdurchlässigkeit von porösen Holzfaserdämmplatten
Druckdifferenz
[Pascal]
sein? Hierzu kann es verschiedene
Erklärungsansätze
geben:
● Höhere Sorptionsfähigkeit
der Weichfaserplatten
und ggf. Feuchteabfuhr
durch Sorptionsund
Kapillarleitung, vgl.
„Jenseits von Glaser“, dnq
5/2003 bis 1/2004.
● Luftdurchlässigkeit der
„porösen Holzfaserdämmplatten“
(Normbezeichnung
nach DIN 68752),
siehe Tabelle 2
Luftdurchlässigkeit
[m 3 /m 2 h]
10 1,0
20 2,0
30 2,9
40 3,8
50 4,9
●
Besonders hohe, biologisch
bedingte Schimmelanfälligkeit
von parafinierten
MDF-Werkstoffen.
Eine endgültige Aussage,
welche der drei genannten
Faktoren für die augenscheinlich
unterschiedliche
Fehlertoleranz der Materialien
ausschlaggebend ist,
lässt sich beim gegenwärtigen
Stand des Wissens
nicht treffen. Da wir aber
aus vielen, auch in dieser
Zeitschrift publizierten,
Schadensfällen wissen, dass
insbesondere MDF-Platten
immer wieder von Schimmelproblemen
betroffen
sind, wären bauphysikalische
und mykologische Forschungen
dringend erforderlich.
■
Literatur
[condetti & Co 2003] Autorenteam,
condetti & Co, Details
im Holzhausbau, Wolnzach: Verlag
Kastner, 2003
[Kempkes 2004] Das Feuchterisiko
bei der Durchströmung
von Leckagen. In: Tagungsband
zum 9. BlowerDoor Symposium
April 2004. Energie- und Umweltzentrum
(Hg.), Springe 2004
Quelle: Prüfung des FiW, München, im Auftrag der Pavatex AG
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