Holzbalkendecken über Kriechkeller - Quadriga

Holzbalkendecken über Kriechkeller
Forschungsergebnisse zeigen sicheren konstruktiven Holzschutz
Mit der Artikelserie „Prima Klima im Kriechkeller?“
(HOLZBAU 2/2005 und 4/2005) wurden bereits
grundlegende nationale und internationale Erfahrungen
zu den hygrothermischen Verhältnissen in
Kriechkellern unter Holzbodenplatten und mögliche
Konstruktionsprinzipien behandelt. Die Bestätigung
dieser Empfehlungen erfolgt nun durch
ein kürzlich abgeschlossenes Forschungsvorhaben
von der MFPA Leipzig und der TU München.
Holzschutz
Ausgangssituation
Kriechkellerkonstruktionen
in Verbindung mit gut
gedämmten Holzbodenplatten
wurden in der Vergangenheit
bezüglich ihrer
Dauerhaftigkeit als kritische
Bauteile angesehen, was
infolge eingetretener Schadensfälle
der 70-er Jahre
auch gerechtfertigt schien.
Bis zum heutigen Zeitpunkt
wurden nur wenige Bemühungen
unternommen, die
damals getroffenen Aussagen
zu überprüfen und vor
allem ihre Richtigkeit bezogen
auf den jetzigen Stand
der Technik zu bewerten.
Hohe Dämmstandards,
luftdichte Ausführung der
Konstruktion, feuchteresistentere
Plattenwerkstoffe
oder auch qualitativ hochwertiges
und trocken verbautes
Holz schaffen bessere
Voraussetzungen für eine
dauerhaft schadensfreie
Konstruktion. Internationale
Forschung, besonders aus
dem skandinavischen Raum
aber auch erste Objektmessungen
der MFPA Leipzig
zeigten zugleich vielversprechende
Lösungsvorschläge
(vgl. Heft 2 und 4/2005),
für die Errichtung von
Holzbodenplatten über
Kriechkellern. Zur Überprüfung
der internationalen
Ergebnisse unter deutschen
Klimarandbedingungen
wurde ein entsprechendes
Forschungsvorhaben auf
Basis von Labor- und Feldversuchen,
an der Gesellschaft
für Materialforschung
und Prüfungsanstalt
für das Bauwesen Leipzig
Autor:
Norman Werther,
wiss. Mitarbeiter am Lehrstuhl
für Holzbau und Baukonstruktion
der Technischen Universität
München
(MFPA Leipzig) und dem
Lehrstuhl für Holzbau und
Baukonstruktion der Technischen
Universität München
durchgeführt.
Abb. 1:
Versuchsstand mit Kriechkeller
auf dem Gelände der MFPA
Leipzig.
Laborversuchsstand
Der Versuchsstand in Leipzig
bestand aus sechs einzelnen
Kammerbereichen, mit
einer Grundfläche von
jeweils 2,5 m x 2,5 m und
einer Höhe von 0,55 m und
unterschiedlichen konstruktiven
Aufbauten. Jeweils
zwei Kammern wiesen dabei
immer die gleiche Bodenabdeckung
auf, unterschieden
sich jedoch in der Art der
kriechkellerseitigen Bekleidung
der Bodenplatte. Die
Kammern waren bis auf
Kammerbereiche mit gleichen
Ausführungen im
Bodenbereich luftdicht
voneinander getrennt.
Das Netto-Öffnungsverhältnis
wurde über die
Untersuchungsperiode
zwischen 4,5 cm 2 /m 2 und
13,5 cm 2 /m 2 (cm 2 Lüftungsöffnung/m
2 Grundfläche)
variiert (entspricht unter
Berücksichtung der Einengungen
durch Lüftungsgehäuse
und Kleintierschutzgitter
ca.7 bis 21
cm 2 /m 2 Bruttoöffnungsfläche).
Die voll ausgedämmte
Bodenplatte wies
einen mittleren U-Wert von
U m = 0,2 W/m 2 *K auf.
Der konstruktive Aufbau
der einzelnen Kammerbereiche
und der Holzbodenplatte
kann Abb. 2 und
Abb. 3 entnommen werden.
Das Klima im Innenraum
entsprach (20°C,
50 % rel.F).
Materialien in der
Holzkellerdecke
Die Auflagerung der Bodenplatte
erfolge dabei auf
Nivellierschwellen aus Lärchenkernholz,
das ohne
chemische Holzschutzmaßnahmen
in der Gebrauchsklasse
2 nach DIN 68800
eingesetzt werden kann,
was abgedeckten Bereichen
ohne Erdkontakt entspricht.
Ein gelegentliches
Auftreten von Holzfeuchten
> 20 Masse-% wäre
somit zulässig.
Die Deckenbalken der
Bodenplatte bestanden aus
Konstruktionsvollholz
(Fichte) und wurden wegen
der konstruktiven Unzugänglichkeit
für Insekten
sowie der erwartenden
Holzfeuchte von < 20 M.-%
der Gebrauchsklasse 0 zugeordnet.
Sowohl die als kriechkellerseitige
Bekleidung eingesetzten
zementgebundenen
Spanplatten als auch
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Holzschutz
A - I
Bodenabdeckung:
Mutterboden
ohne Abdeckung
Bekleidung:
zementgeb. Spanplatte
B - I
Bodenabdeckung:
Mutterboden
ohne Abdeckung
Bekleidung:
Holzweichfaserplatte
Lüftungsöffnung außen Ø 75 mm
Abb. 2:
Übersicht zum Kammeraufbau
mit Art der Bodenabdeckung
und des Bekleidungsmaterials
der Bodenplatte.
Abb. 3:
Konstruktiver Aufbau der
Bodenplatte und des Kriechkellers
im Laborversuch.
A - II
Bodenabdeckung:
PE-Folie s d = 100 m
Bekleidung:
zementgeb. Spanplatte
B - II
Bodenabdeckung:
PE-Folie s d = 100 m
Bekleidung:
Holzweichfaserplatte
die Holzweichfaserplatte
vom Typ SB.H werden entsprechend
ihrer Produktnormen
für die Anwendung
im Feuchtbereich zugelassen.
Dieser Einsatzbereich
wird entsprechend der Nutzungsklasse
2 gemäß DIN
1052: 2008-12 definiert.
Dies entspricht Werkstofffeuchten,
welche sich bei
Temperaturen von 20°C
und einer rel. Luftfeuchte
der Umgebung einstellen,
die nur wenige Wochen im
Jahr den Wert von 85 %
rel.F. überschreitet. Materialfeuchten
der Plattenwerkstoffe
von maximal
18 % wären somit zulässig.
Das Messprogramm
Als Messgrößen dienten
neben dem Umgebungs-,
A - III
Bodenabdeckung:
PE-Folie + XPS Dämmung
Bekleidung:
zementgeb. Spanplatte
B - III
Bodenabdeckung:
PE-Folie + XPS Dämmung
Bekleidung:
Holzweichfaserplatte
Lüftungsöffnung innen Ø 100 mm
Raum- und Kriechkellerklima
(Temperaturen und
relative Luftfeuchten)
auch die Strömungsgeschwindigkeiten
in den
Lüftungsöffnungen sowie
zugehörige Windereignisse
und Niederschlagsmengen.
Gleichzeitig erfolgte eine
kontinuierliche Erfassung
der Materialfeuchten von
Holz und Holzwerkstoffen
sowie die Überprüfung des
Risikos von Schimmelbefall
an mehreren
Holzwerkstoffproben.
Zusätzlich zu den
Versuchen im Modellkriechkeller
in Leipzig
wurden messtechnische
Untersuchungen an bestehenden
Objekten mit
Kriechkellern durchgeführt.
OSB Platte 22 mm
KVH, Mineralwolldämmung 220 mm
Belüftungsöffnung
kriechkellerseitige Bekleidung
Lärchenschwelle
- Variante A: zem. geb. Spanplatte, 16 mm
- Variante B: Holzweichfaserplatte SB.H, 24 mm
Bodenabdeckungsvariante:
- I: Mutterboden
- II: Folienabdeckung (s d = 100 m) mit Kiesauflage
- III: Folienabdeckung (s d = 90 m) mit 60 mm XPS-Dämmung
Klima im Kriechkeller
Aus den Messergebnissen
aller Untersuchungsobjekte
ließ sich eine Korrelation
von Außenklima
und Kriechkellerklima
ableiten. Die Temperaturen
im Kriechkeller folgen
dem sinusförmigen Verlauf
des Jahresaußenklimas,
jedoch mit einer deutlichen
Dämpfung, die abhängig
vom Maß der Belüftung ist.
Auch der zusätzliche
thermische Einfluss des
Bodens auf die Kriechkellertemperatur
konnte
bestätigt werden. Dieser
führte in den Wintermonaten
zu „wärmeren“ und
in den Sommermonaten
zu „kälteren“ Bedingungen
als im Außenbereich. Trotz
Dekaden (10 Tages Zeiträume)
mit deutlichen
Frostereignissen im Außenbereich
waren in den
Kellern immer Temperaturen
von über 5 °C zu verzeichnen.
Über den Jahresverlauf
traten für alle untersuchten
Objekte Kellertemperaturen
im Dekadenmittel
von durchschnittlich
13°C ± 5 auf.
Der Jahresverlauf der
relativen Luftfeuchten verhielt
sich entsprechend
asynchron zum Verlauf der
relativen Außenluftfeuchten.
Die feuchtesten und
damit kritischsten Bedingungen
für belüftete
Kriechkeller traten, unabhängig
vom Grad der Belüftung,
jeweils in den Sommerdekaden
auf. Eingetragene
Außenluft, die hier in
der Regel höhere Temperaturen
als im Kriechkeller
aufwies, wurde abgekühlt
und erhöhte die relative
Luftfeuchte dauerhaft.
Was bringt die Dampfbremse
auf dem
Boden?
Mit der Reduktion der Lüftungsöffnungen
auf 13,5
cm 2 /m 2 (ab Anfang Mai
2007) setzte am Untersuchungsstandort
gleichzeitig
eine sehr windige und regnerische
Dekade ein, die
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zum signifikanten Anstieg
der Luftfeuchten führte.
Vor allem in den Kammerbereichen
ohne PE-Folien
als Bodenabdeckung traten
daraufhin sehr kritische
Situationen mit relativen
Luftfeuchten deutlich über
90 % auf, was neben der
Überschreitung der kritischen
Holzfeuchten vor
allem zu Schimmelpilzwachstum
führte. Aber
auch in den ersten Winterdekaden
lagen in diesem
Bereiche die relativen Luftfeuchten
meist deutlich
über 80 %.
●
Für die mit PE-Folie und
Grobkiesauflage abgedeckten
Bereiche resultierte
10 – 15 % geringere
relative Kriechkellerfeuchte,
was auch in den
Sommerdekaden im Mittel
die relative Luftfeuchten
auf ca. 80 % begrenzte
(Abb. 4).
Eine weitere Reduktion
der relativen Luftfeuchten
für die kritischen Sommerdekaden
wurde durch eine
zusätzliche 60 mm dicke
XPS Dämmung auf dem
Erdreich erreicht. Die daraus
resultierende höhere
Kellertemperatur (ca. 1°C)
führte im Sommer zu einer
weiteren (geringfügigen)
Absenkung um 2 – 3 %
rel.F.
In den Winterdekaden
blieben an allen untersuchten
Objekten mit dampfbremsender
Bodenabdeckung
die Dekadenwerte
der relativen Luftfeuchte
unterhalb des 70 %
Niveaus. Für die mit
Bodendämmung versehenen
Bereiche ergaben
sich aufgrund der abgeminderten
Kriechkellertemperatur
geringfügig höhere
relative Luftfeuchten, was
jedoch ebenfalls als unkritisch
bezeichnet werden
kann. Ein signifikanter
Einfluss der kriechkellerseitigen
Bekleidung auf die
klimatischen Verhältnisse in
den Kammerbereichen
konnte nicht festgestellt
werden.
relative Luftfeuchte [%]
nachträglich mit PE-Folie 100 m
100
45
Belüftung mit 21 cm 2 /m 2 Belüftung mit 13,5 cm 2 /m 2 Sd
abgedeckt
90
80
70
60
einsetzender Schimmelbefall
40
35
30
50
25
40
20
30
20
10
0
15
10
5
0
Feb. 07 Mrz. 07 Apr. 07 Mai 07 Jun. 07 Jul. 07 Aug. 07 Sep. 07 Okt. 07 Nov. 07 Dez. 07
rel. Luftf. ohne Bodenabd.
Temp. ohne Bodenabd.
Woher kommt die
Feuchte?
Ein Vergleich der ermittelten
absoluten Luftfeuchten
über den Untersuchungszeitraum
weist auf vorhandene
Feuchtequellen hin.
Die absoluten Kriechkellerluftfeuchten
aller untersuchten
Objekte wichen
nur in geringem Maß voneinander
ab. Sie zeigten
über ein Jahr hinweg ein
mit dem Temperaturverlauf
und damit mit dem äußeren
(absoluten) Dampfgehalt
synchrones Verhalten.
Dabei bestätigte sich die
aus den Vorversuchen
gewonnene Erkenntnis,
dass auch abgedeckte Bereiche
einen um ca. 1 g/m 3
höheren Wasserdampfgehalt
als der Außenbereich
aufwiesen, wobei sich dieser
Unterschied in den Sommerdekaden
verringert.
Ursache für diesen Potentialunterschied
können die
Restdiffusion durch die
Folienabdeckung des
Bodens (insbesondere in
den Randbereichen) sowie
Verdunstung aus den nicht
abgedeckten Fundamenten
sein.
Für die unabgedeckten
Bodenbereiche war aus
der freien Verdunstung eine
zusätzliche Feuchtelast von
weiteren 1 – 2 g/m 3 zu verzeichnen,
die als ursächlich
für die hohen relativen
rel. Luftf. PE-Folie
Temp. PE-Folie
rel. Luftf. PE-Folie + XPS
Temp. PE-Folie + XPS
Feuchten anzusehen ist. Ein
Blick auf die bekannte
Taupunktkurve zeigt,
dass z.B. bei 12°C Lufttemperatur
eine Erhöhung des
absoluten Dampfgehaltes
um 1 g/m 3 eine Erhöhung
der relativen Luftfeuchte
von 10%-Punkte zur Folge
hat.
Belüftung notwendig!
Für die bisher als „große
Unbekannte“ angesehene
Größe des Luftwechsels
im Kriechkeller wurden im
Freilandversuch in der ersten
Untersuchungsperiode
Luftwechsel von > 0,5 h -1
verzeichnet (Abb. 5), was
zur Abfuhr der gegenüber
außen erhöhten Kellerfeuchte
nennenswert beitragen
kann. In einer zweiten
Untersuchungsperiode, ab
Dezember 2007 wurde der
Einfluss der Belüftung
genauer untersucht.
Geringe Öffnungsverhältnisse
mit 4,5 cm 2 /m 2 (netto)
bei planmäßiger und gleichmäßiger
Verteilung über die
Fundamentflächen führten
zu den konstantesten Bedingungen
über den Untersuchungszeitraum
hinweg.
Die vollständige Unterbindung
der Belüftung zeigte
hingegen eine kontinuierliche
Auffeuchtung der Kellerbereiche
bzw. eine Stagnation
der Luft- und Bauteilfeuchten
auf sehr hohem
rel. Luftf. außen
Temp. außen
Temperatur [°C]
Abb. 4:
Relative Luftfeuchten und
Temperaturen im Laborversuch
– Dekadenmittelwerte der
ersten Untersuchungsperiode.
Niveau mit kritischen Zuständen.
Holzfeuchten
im Kriechkeller
Kritische Holzfeuchten
stellten sich schon während
der ersten Untersuchungsperiode
in den nicht abgedeckten
Bereichen des
Laborversuchsstandes ein.
Wie die relativen Luftfeuchten
dieser Bereiche
traten die maximalen Holzfeuchten
ebenfalls in den
Sommerdekaden auf (Abb.
6). Sowohl für die Schwelle
als auch für die eingesetzte
Holzweichfaserplatte wurden
die normativ festgelegten
kritischen Materialfeuchten
im nicht abgedeckten
Bodenbereich
erreicht. Gleichzeitig war
bei Kriechkellertemperaturen
von ca. 18°C erster
Schimmelbefall, mit teilweise
großflächigem Myzelwachstum
in Form von
Penicillium und Aspergillus
niger erkennbar (Abb. 7).
Besonders die kriechkellerseitige
Holzweichfaserplatte
als auch das bautechnische
MDF, das neben weiteren
Holzwerkstoffen als
Holzschutz
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Holzschutz
Luftwechselrate [h -1 ]
Strömungsgeschwindigkeit [m/s]
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
Jun. 07 Jul. 07 Aug. 07 Sep. 07 Okt. 07 Nov. 07 Dez. 07
Strömungsgeschwindigkeit in den Lüftungsöffnungen
Luftwechselrate
Außenwindgeschwindigkeit in Bodennähe
Luftwechselrate Dekadenmittel
Abb. 5:
Strömungsgeschwindigkeiten
und Luftwechselraten durch
die Belüftungsöffnungen.
Abb. 6:
Holzfeuchten im Bereich mit
und ohne Bodenabdeckung –
Dekadenmittelwerte der ersten
Untersuchungsperiode
Holzfeuchte [M-%]
25
20
15
10
5
Schimmelprobe diente,
erwies sich als gutes Nährsubstrat.
Die zementgebundene
Spanplatte wies auch
in diesem Anwendungsbereich
geringe Holzwerkstofffeuchten
von maximal
13 M.-% und keinen
Schimmelbefall auf. Erst
eine direkte kurzzeitige Befeuchtung
infolge eingedrungenen
Niederschlagswassers
im November 2007
führte partiell zu Plattenfeuchten
von 15 M.-%.
Im Gegensatz dazu wiesen
die abgedeckten Bereiche
in den Sommerdekaden
maximale Holzfeuchten
an den Schwellen von
15 M.-% und an der kriechkellerseitigen
Bekleidung
von 14 M.-% auf. Selbst an
den Deckenbalken wurden
im unteren Bereich bei dieser
Ausführung maximal
Holzfeuchten von 13 M.-%
verzeichnet.
●
Für alle untersuchten
Objekte mit Bodenabdeckung
und Belüftung
wurde weder ein Pilzbefall
noch Schimmelwachstum
an der kriechkellerseitigen
Bekleidung
und in der Konstruktion
festgestellt.
Die Notwendigkeit der
Bodenabdeckung, mit einer
mindestens diffusionshemmenden
und kapillar nicht
saugenden Schicht sowie
einer funktionsfähigen
Belüftung bestätigte sich
nachträglich mit PE-Folie sd 100 m
abgedeckt
Belüftung mit 21cm 2 /m 2 Belüftung mit 13,5 cm 2 /m 2 Wassereinbruch
0
Feb. 07 Mrz. 07 Apr. 07 Mai 07 Jun. 07 Jul. 07 Aug. 07 Sep. 07 Okt. 07 Nov. 07 Dez. 07
Schwelle - I
Schwelle - II
zem. geb. Spanplatte - I
zem. geb. Spanplatte - II
Holzweichfaser - I
Holzweichfaser - I
auch durch Schadensfälle
an bestehenden Objekten
(Abb. 8).
Fazit: Konstruktionsempfehlungen
Auf Grundlage der Forschungsergebnisse
ist für die
praktische Anwendung eine
vollflächige Abdeckung des
Bodenbereiches mit einer
diffusionshemmenden
Schicht (s d 100 m) notwendig.
Eine zusätzlich aufgebrachte
Dämmung im
Boden- und Fundamentbereich
reduziert vor allem
in den kritischen Sommermonaten
die Kriechkellerfeuchten.
Eine weitere Grundvoraussetzung
stellt eine funktionsfähige
Belüftung dar.
Für deutsche Klimarandbedingungen
wird ein Brutto-
Belüftungsquerschnitt von
10 – 20 cm 2 /m 2 empfohlen.
Die Anordnung der Lüftungsöffnungen
muss hierbei
regelmäßig über die
Grundfläche verteilt erfolgen,
um auch für innen liegende
Fundamenträume
eine gleichmäßige Durchströmung
zu gewährleisten.
Pro Fundamentkammer
sind dabei mindestens zwei
Öffnungen vorzusehen.
Unter diesen Voraussetzungen
entstehen klimatische
Verhältnisse, die der
Nutzungsklasse 2 nach DIN
1052:2008-12 entsprechen.
Auf Basis dieser Erkenntnisse
wird zukünftig eine
Zuordnung der Deckenbalken
der Bodenplatte zur
Gebrauchsklasse 0 nach
DIN 68800-2 (aktuell in
Überarbeitung) möglich
sein. Zusätzlichen Schutzmaßnahmen
können somit
entfallen.
Holzwerkstoffe, die im
direkten Kontakt mit dem
Kriechkeller stehen, müssen
mindestens für den Einsatz
in der Nutzungsklasse 2
zugelassen sein. Erfüllt wird
diese Anforderung für Holzwerkstoffe,
die nach DIN
EN 13986 mindestens für
den Feuchtbereich anwendbar
sind. Ein vollständiger
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Luftdichtheit und Dämmung
– einfach mit System!
Abb. 7:
Schimmelbefall im Laborversuchsstand
(Penicillium und
Aspergillus niger) an der
kriechkellerseitigen Holzweichfaserplatte
ohne Bodenabdeckung
im Juli 2007.
Ausschluss eines Schimmelbefalls
der kriechkellerseitigen
Holzwerkstoffe ist unter
diesen Randbedingungen
jedoch nicht gegeben.
Als Empfehlung gilt: Es
sollten flächige Plattenwerkstoffe
eingesetzt werden, die
durch ihre Zusammensetzung
und Herstellung ein
fungizides Wachstum
(Schimmelbefall) erschweren.
Hier können beispielsweise
mineralisch gebundene
– oder kunst-harzbeschichtete
Platten zur
Anwendung kommen.
Diese Konstruktionsform
erfordert nach wie vor eine
Abb. 8:
Braunfäule an den freiliegenden
Deckenbalken bei einem
Objekt mit fehlender Bodenabdeckung.
sorgfältige Planung und
Ausführung … und den
Hinweis an die Eigentümer/
Nutzer, dass zur Aufrechterhaltung
der Funktionalität
die Belüftung und
Bodenabdeckung dauerhaft
erforderlich sind. ■
Danksagung
Der Autor bedankt sich
beim Bundesamt für Bauwesen
und Raumordnung
für die Förderung des Forschungsvorhabens
und beim
Projektträger, der Deutschen
Gesellschaft für Holzforschung
e.V. (DGfH), für
die gute Betreuung.
Literaturverzeichnis
[1] Winter, S., Bauer, P.,
Werther, N.: Untersuchung der
klimatischen Verhältnisse in
Kriechkellern unter gedämmten
Holzbodenplatten zur Vermeidung
von Bauschäden bei nicht
unterkellerten Gebäuden und
zur Kostenreduzierung –
Abschlussbericht, Fraunhofer
IRB Verlag
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WWW.ISOCELL.AT