Trocknungsreserven schaffen - Quadriga

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1/2010 –29– führliche Beschreibung der thermischen Auftriebsphänomene bei Gebäuden ist z.B. in [9] zu finden. Über die Risiken verschiedener Strömungspfade gibt auch das condetti BASICs in diesem Heft Auskunft. Dampfkonvektionsmodell Die Gebäudehöhe muss folg lich in ein instationäres Konvektionsmodell einfließen. Hinzu kommt, dass eine Befeuchtung im Modell vereinfachend nur dann berücksichtigt wird, wenn im Durchströmungsbereich die Taupunkttemperatur des Innenraumklimas unterschritten wird – sich also an der betreffenden Position i.d.R an der Unterspannbahn oder äußeren Beplankung Kondensat bilden würde. Im Falle einer Unterschreitung der Taupunkttemperatur in der Durchströmungsebene wird der aus der Temperaturdifferenz resultierende auftriebsbedingte Überdruck im Innenraum ermittelt. Die ANSI/ ASHRAE Norm 160- 2009 zur feuchtetechnischen Auslegung der Gebäudehülle [10] empfiehlt zur Berechnung der auftriebsbedingten Druckdifferenzen folgenden Ansatz bei dem die neutrale Ebene in der Mitte des zusammenhängenden Luftraums liegend und die Leckagen als gleichmäßig verteilt angenommen werden: mit: DP [Pa] (1) Druckdifferenz zwischen innen und außen r [kg/m 3 ] Dichte der Außenluft (r = 1,3 kg/m 3 ) T a [K] Lufttemperatur außen T i [K] Lufttemperatur innen g [m/s 2 ] Gravitationskonstante (g = 9,81 m/s 2 ) h [m] Höhe des zusammenhängenden Luftraums im Gebäude Vereinfacht ergibt sich daraus für den leckagebedingten Volumenstrom q CL (CL = component leakage) im oberen Bereich der Gebäudehülle: q CL = k CL · DP (2) q CL [m 3 /m 2 h] Luftvolumen - strom durch das Bauteil k CL [m/hPa] Durchlässigkeitskoeffizient des Bauteils, wobei der Koeffizient k CL die Qualität der Luftdichtheit darstellt. Die aus der Dampfkonvektion resultierende Tauwassermenge wird dann aus der Differenz der in der Innenraumluft vorhandenen Wasserdampfkonzentration und der Sättigungskonzentration bei der Temperatur in der Tauwasserebene nach Gleichung 3 ermittelt und der entsprechenden Bauteilschicht als Feuchtequelle S CL zugeführt: S CL = q CL · (c i - c sat,xp ) (3) S CL [kg/m 2 h]dampfkonvek - tionsbedingte Feuchtequelle im Bauteil c i [kg/m 3 ] Wasserdampfkonzentration im Gebäude c sat,xp [kg/m 3 ] Wasserdampf - sättigungskonzentration bei der Temperatur an der Position xp, wo der konvektionsbedingte Tauwasserausfall vermutet wird Das Modell ermöglicht also eine instationäre Ermittlung der konvektiv eingetragenen Feuchtemenge in Abhängigkeit von • der Höhe des zusammenhängenden Raumluftvolumens, • der Temperatur in der vorher festgelegten potentiellen Tauwasserebene des Bauteils, • von den aktuellen Außenund Raumklimabedingungen • sowie vom Durchlässigkeitskoeffizient k CL des betrachteten Bauteils.
Im Blickpunkt: Holzschutz –30– 1/2010 Tabelle 1: Luftdichtheitsklassen abhängig von der Durchströmung der Gebäudehülle Luftdurchlässigkeit Durchlässigkeitskoeff. Luftdichtheitsklasse n. DIN 4108-7 Bauteil q 50 [m 3 /m 2 h] k CL [m/hPa] A 1,0 0,0015 B 3,0 0,004 C 5,0 0,007 Abb. 2: Konstruktionsquerschnitt des Anwendungsbeispiels s d 300 m s d 2 m bzw. Die Qualität der Gebäudehülle Der Koeffizient k CL ist noch unbekannt; er hängt von der Qualität der Gebäudehülle ab. Wie eingangs erwähnt kann er aus einer Rückrechnung mit Hilfe von WUFI ® 5 gewonnen werden. Dazu dient als Referenz (analog zu [3]) die Nordwand (Holzkonstruktion mit 20 cm Mineralwolle) eines Einfamilienhauses mit zwei Geschossen (h = 5 m). Dort soll im oberen Bereich der äußeren Beplankung unter Holzkirchner Klimabedingungen eine konvektionsbedingte Tauwassermenge von 250 g/m 2 anfallen. Der sich daraus ergebende Durchlässigkeitskoeffizient k CL beträgt 0,007 m/hPa (Klasse C in Tabelle 1). Bei diesem Referenzfall wurde für das Gebäude ein n 50 -Wert von 5 h -1 vorausgesetzt. Bei besserer Gebäudedichtheit, wie heute üblich, ist davon auszugehen, dass auch die Bauteilleckagen und damit die Bauteildurchlässigkeit abnehmen. Geht man von einem näherungsweise linearen Zusammenhang zwischen der Bauteildurchlässigkeit und der Luftdichtheit der gesamten Gebäudehülle aus, lässt die in Tabelle 1 vorgestellte Abstufung von k CL anhand von Luftdichtheitsklassen vornehmen. s d 100 m 22 240 Im Fall von Einfamilienhäusern ergibt sich näherungsweise Zahlenwertgleichheit zwischen dem q 50 -Wert und dem üblicherweise bei Objektprüfungen ermittelten n 50 - Wert, so dass die Luftdichtheitsklassen hier mit den Anforderungen an den Luftwechsel übereinstimmen. Klasse A entspricht dabei dem künftigen Grenzwert für ein Gebäude mit kontrollierter Lüftung und Wärmerückgewinnung nach DIN 4108-7:2010 (n 50 = 1,0 h -1 ) und Klasse B spiegelt die Mindestanforderungen der Bonusregelung der deutschen Energieeinsparverordnung für ein luftdichtes Gebäude wieder (n 50 = 3,0 h -1 ). Klasse C – ohne Nachweis – entspricht in etwa dem Niveau neuerer Holzhäuser in Deutsch land [9]. Anwendungsbeispiel Anhand einer Flachdachkonstruktion mit 240 mm Mineralfaserdämmung und äußerer OSB-Schalung soll der Einfluss der Dampfkonvektion auf die feuchtetechnische Beurteilung verdeutlicht werden. Die Abdichtung des Dachs weist einen Diffusionswiderstand von 300 m und eine kurzwellige Strahlungsabsorptionszahl von 0,6 (graue Farbgebung) auf. Auf der Innenseite wird entweder eine Dampfsperre mit einem s d -Wert von 100 m oder eine Dampfbremse mit nur 2 m eingesetzt. Als Außenklima wird der meteorologische Datensatz von Holzkirchen und im Innenraum eine normale Feuchtelast nach [11] verwendet. Als mögliche konvektive Befeuchtungsebene wird die Zone zwischen OSB-Schalung und darunter liegender Mineralfaserdämmung ausgewählt. Die Berechnungen werden mit Hilfe der hygrothermischen Simulationssoftware WUFI ® 5 für ein zweistöckiges Haus (h = 5 m) durchgeführt. Der Verlauf der Holzfeuchte über den Berechnungszeitraum von sieben Jahren ist für die Konstruktion mit der Dampfsperre (s d = 100 m) in Abb. 3 oben dargestellt. Da diese Variante nach außen und innen weitgehend diffusionsdicht ausgeführt ist, kann vorhandene oder eindringende Feuchte kaum austrocknen. Daher führt bereits eine geringe konvektiv bedingte Feuchtequelle von etwa 40 g/m 2 a (Luftdichtheitsklasse A, q 50 = 1,0 m 3 /m 2 h) zu einer langsamen Auffeuchtung der OSB-Schalung. Bei größeren Undichtheiten wird die kritische Holzfeuchte von 20 M-% bereits nach 7 (q 50 = 3,0 m 3 /m 2 h) bzw. 4 Jahren (q 50 = 5,0 m 3 /m 2 h) überschritten. Ganz andere Verhältnisse ergeben sich bei der Variante mit der moderaten Dampfbremse (s d = 2 m) in Abb. 3 unten. Hier nimmt die Feuchte ausgehend von einem Gleichgewichtszustand bei 80 % r.F. jeweils langsam ab. Im Gegensatz zur ersten Konstruktionsvariante zeigen sich im Feuchteverhalten nur geringe Unterschiede zwischen den drei Luft dichtheitsklassen. Eine kritische Holzfeuchte wird hier trotz Dampfkonvektion in keinem Fall erreicht, weil das Rücktrockungspotential überwiegt. Dieses Beispiel zeigt, dass beidseitig stark diffusionshemmend ausgeführte Konstruktionen wenig fehlertolerant sind und dementsprechend hohe Anforderungen an eine luftdichte Ausführung gestellt werden müssen. Bei der diffusionsoffeneren Ausführung werden die hygrothermischen Verhältnisse durch zusätzliche Feuchtequellen dagegen weit weniger stark beeinflusst. Sie sind somit wesentlich fehler - toleranter. Je höher desto dichter Dass die konvektive Feuchtequelle nicht nur von der Luftdichtheit und dem Konstruktionstyp abhängt, sondern auch von der Höhe des zusammenhängenden Raumluftvolumens zeigt Abb. 4 oben. Im Gegensatz zum schwarz eingezeichneten Referenzfall (Holzkirchner Klima, Gebäudehöhe 5 m, Dampfbremse mit s d = 2 m) führt eine größere Gebäudehöhe zu einer langsamen
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