Bauschadensfreiheitspotential

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Bauschadensfreiheit ist das Ziel jeglicher Bautätigkeit, insbesondere hinsichtlich des langfristigen Bauerhalts.

Das Bauschadensfreiheitspotential (BSFP) gibt an, wie viel Feuchtigkeit unvorhergesehen durch Undichtheiten, Flankendiffusion, feuchte Baustoffe in eine Konstruktion eindringen kann, ohne einen Bauschaden oder einen Schimmelbefall zu verursachen.

Auszug einer von MOLL bauökologische Produkte GmbH initiierten Studie [1]:

Inhaltsverzeichnis

Berechnung des Bauschadensfreiheitspotentials (BSFP)

Um die Sicherheiten eines Bauteils bei unvorhergesehenem Feuchteeintrag (z. B. durch Konvektion oder Flankendiffusion) zu ermitteln, wird folgender Ansatz verwendet: Zu Beginn der Berechnung wird eine definierte Feuchtemenge in die Wärmedämmung eingebracht. Die Berechnung zeigt, wie schnell diese wieder austrocknen kann. Die Trocknungsmenge, die pro Jahr unter der Annahme der erhöhten Anfangsfeuchtigkeit aus der Konstruktion entweichen kann, ist das Bauschadensfreiheitspotential der Konstruktion. Die Berechnungen erfolgen unter ungünstigen Bedingungen (z. B. Nordseite eines Steildaches), in unterschiedlichen Klimabereichen (z. B. Hochgebirge) und mit unterschiedlichen Dachformen (Steildach, bekiestes oder begrüntes Flachdach). Bauphysikalisch günstigere Konstruktionen bieten entsprechend höhere Sicherheiten.

Weiteres Kriterium für die Funktion einer Konstruktion sind die maximalen Feuchtegehalte, die sich in den Bauteilschichten einstellen. Diese Gebrauchstauglichkeitsuntersuchungen erfolgen ab Abschnitt "Ermittlung der Gebrauchstauglichkeit"

Definition des Bauschadensfreiheitspotentials

Das Bauschadensfreiheitspotential (BSFP) gibt an, wie viel Feuchtigkeit unvorhergesehen durch Undichtheiten, Flankendiffusion, feuchte Baustoffe in eine Konstruktion eindringen kann, ohne einen Bauschaden oder einen Schimmelbefall zu verursachen.

Dachkonstruktion

Exemplarisch die im Folgenden als bauphysikalisch kritisch geltende Konstruktion. Standorte und Dampfbremsen werden variiert.

Aufbau der Konstruktion

Es handelt sich um ein nordorientiertes Steildach mit 200 mm Dämmung (Mineralwolle). Dieses wird mit roten Dachziegeln belegt.

Aufbau der Dachkonstruktion
1. Aufbau der Dachkonstruktion
Bauteilschichten:
Dampfbremsen: sd-Wert:
  • PE-Folie
100 m konstant
  • Dampfbremse
5 m konstant
  • pro clima DB+
0,6 – 4 m, feuchtevariabel
0,25 – 10 m, feuchtevariabel
Dachvarianten:
mit 40° Neigung zur Nordseite, rote Dachsteine
mit 5 cm Kiesschicht
mit 10 cm Gründachaufbau
Standorte:
  • Holzkirchen, Deutschland:
Höhenlage über NN = 680 m - (NN = Normal Null)
  • Davos, Schweiz:
Höhenlage über NN = 1.560 m
Berechnung:

Beschattungen (z. B. durch Photovoltaik-Anlagen, Gebäudesprünge, hohe Bäume oder Topografie) werden bei den Berechnungen nicht berücksichtigt.

Einflussfaktoren auf die Höhe des Bauschadensfreiheitspotentials

Eine wesentliche Größe für die Bauschadens- und Schimmelfreiheit ist die Rückdiffusion im Sommer und damit verbunden die Austrocknung der Konstruktion nach innen. Deren Höhe hängt von der Außentemperatur ab, genauer gesagt von der Temperatur an der Außenseite der Wärmedämmung. Durch die Sonneneinstrahlung hat die Dach-/Wandoberfläche eine höhere Temperatur als die Luft. Die Zeit, welche die Wärme von außen braucht, bis sie an der Wärmedämmung ankommt,ist entscheidend. Bei einem Steildach ist dies schneller der Fall als bei einem bekiesten oder begrünten Flachdach.
Bei einem Steildach hängt die Höhe der Dachoberflächentemperatur ab von der Dachneigung, der Ausrichtung des Daches (Norden/Süden) und der Farbe der Dacheindeckung (heller/dunkler).
Das Bauschadensfreiheitspotential wird weiterhin durch die gewählte Dämmschichtdicke beeinflusst. Große Dämmstärken führen i. d. R. zu verringerten Rücktrocknungsmengen, da die Durchwärmung des Bauteils langsamer erfolgt und als Folge die Rücktrocknungszeiträume kürzer werden.

Ungünstige Faktoren sind
  • Dachneigung nach Norden
  • Hohe Dachneigung (> 25°)
  • Helle Farbe der Dacheindeckung oder Abdichtungsbahn
  • Diffusionsdichtes Unterdach
  • Kaltes Klima, z. B. im Gebirge
  • Große Dämmschichtdicken
  • Kies-/Gründachschichten oberhalb der Abdichtung

Um den Einfluss der Dampfbremse auf das Bauschadensfreiheitspotential zu verdeutlichen, wird in der Berechnung ein diffusionsdichtes Unterdach angenommen. Zudem können im Winter diffusionsoffene Unterdächer durch gefrierendes Tauwasser zu Dampfsperren werden.


Klimadaten Standort Holzkirchen

Holzkirchen liegt zwischen München und Salzburg auf einer Seehöhe von 680 m mit einem rauen, kalten Klima. Für die Klimarandbedingungen wurde aus dem Wufi das Feuchtereferenzjahr ausgewählt, welches ein besonders feuchtes und kaltes Jahr abbildet. Die Diagramme zeigen die Temperaturverläufe über ein Jahr. Die blaue Linie zeigt die Innen-, die roten Balken die Außentemperaturen. (Siehe Abb. 2 - 5)

Unter Berücksichtigung der Sonnen und Globalstrahlung ergibt sich, verglichen mit der Lufttemperatur, eine z. T. wesentlich höhere Dachoberflächentemperatur. Wenn die Außentemperatur (rot) die Innentemperatur (blau) überschreitet, findet bei feuchtevariablen Dampfbremsen eine Austrocknung nach innen statt. Selbst bei Nordausrichtung ist dadurch in Holzkirchen an vielen Tagen im Jahr eine Rückdiffusion möglich, bei Südorientierung bereits im Winter an sonnigen Tagen. Im vorliegenden Berechnungsfall wurde der ungünstigste Fall angenommen: Nordausrichtung des Daches mit 40° Neigung.

Temperaturverläufe Holzkirchen, Höhe: 680 m über NN, Südbayern, Deutschland - Dach: rote Ziegel bzw. Kies
2. Lufttemperaturen (Feuchtereferenzklima)
3. Dachoberflächentemperatur
Nordseite, 40° Dachneigung
4. Dachoberflächentemperatur
Südseite, 40° Dachneigung
5. Dachoberflächentemperatur
Kiesdach


Bauschadensfreiheitspotential Steildach in Holzkirchen, Nordseite, 40° Dachneigung

Berechnung des Bauschadensfreiheitspotentials
Standort Holzkirchen, Dach
Angenommene zusätzl. Feuchtigkeit zu Beginn: 4.000 g/m²

Feuchtegehalt der Konstruktion im Trockenzustand
(= Feuchtigkeitsgehalt der Holzschalung bei 15 %): 1.700 g/m²

6. Bauschadensfreiheitspotential
Steildach, Nordseite, 40° Dachneigung
7. Bauschadensfreiheitspotential
Flachdach mit 5 cm Kies
8. Bauschadensfreiheitspotential
Gründach mit 10 cm Aufbau
9. BSFP mit INTELLO und sd-Wert 5 m:
verschiedene Dämmdicken

Die Trocknungsgeschwindigkeit der erhöht angenommenen Anfangsfeuchtigkeit beschreibt das Bauschadensfreiheitspotential der Konstruktion gegenüber unvorhergesehener Feuchtigkeit (Konvektion, Flankendiffusion etc.). Die Berechnungsergebnisse zeigen, dass die PE-Folie (sd-Wert 100 m) keine Austrocknung der 200 mm starken Dämmschicht ermöglicht. Feuchtigkeit, die sich in der Konstruktion befindet, kann nicht mehr entweichen. Bei einer Dampfbremse mit einem konstanten sd-Wert von 5 m bestehen nur geringe Trocknungsreserven. Die Konstruktion mit der pro clima DB+ führt zu einer wesentlich schnelleren Austrocknung und weist erhebliche Sicherheitsreserven auf von 1800 g/m² x Jahr.

Die Hochleistungs-Dampfbremse INTELLO bietet der Konstruktion das größte Sicherheitspotential. Innerhalb eines Jahres kann die Konstruktion gemäß den WUFI pro -Berechnungen mit ca. 3.400 g/m² Wasser pro Jahr belastet werden, ohne dass ein Bauschaden eintritt. (Siehe Abb. 6)

Bauschadensfreiheitspotential Flachdächer

Für die Berechnung von Grün- und Kiesdächern stehen aktuell überarbeitete Datensätze vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) zur Verfügung. Diese wurden auf der Grundlage von Messungen an verschiedenen begrünten und bekiesten Dachkonstruktionen an mehreren Standorten erstellt.

Neu ist, dass die zeitliche Veränderungen einer begrünten bzw. bekiesten Konstruktion stärker berücksichtigt wurden. So sind z. B. eine stärkere Berücksichtigung von Effekten aus dem Bewuchs (Verschattung durch Pflanzenbewuchs (Gräser)) bereits im Datensatz enthalten. Das Fraunhofer IBP kennzeichnet diese als den aktuellen Stand der Forschung.

Bekiestes Flachdach

Das bekieste Flachdach weist geringere Sicherheiten auf als das Steildach, da die Bauteilschichten (Kies) über der Wärmedämmung nur langsam durchwärmt werden.
Als Folge stellt sich eine geringere Durchwärmung der darunter liegenden Bauteilschichten inklusive der Dämmebene ein. Die Abb. 3-5 zeigen die Temperaturen einer nord- bzw. südgeneigten Steildachkonstruktion im Vergleich zu einem bekiesten Flachdach. Besonders deutlich wird der Unterschied bei dem südgeneigten Steildach, aber auch das nordorientierte Steildach hat ca. 8-10 °C höhere Spitzentemperaturen als das bekieste Flachdach.

Wie beim Steildach besteht beim Kiesdach mit der PE-Folie keine Austrocknung aufgrund des mit 100 m sd-Wert hohen Diffusionswiderstandes. Auch die Dampfbremse mit dem konstanten sd-Wert von 5 m bietet in dieser Kiesdachkonstruktion keine Rücktrocknungssicherheiten.

Dies ist eine Folge der verringerten Bauteiltemperaturen, welche die Rückdiffusion reduzieren. Bereits bei geringen unvorhergesehenen Feuchtebelastungen entsteht ein Bauschaden.

Dahingegen verfügt die Konstruktion mit der pro clima DB+ über ein Bauschadensfreiheitspotential von 700 g/m² x Jahr. Obwohl die Oberflächentemperturen des Kiesdaches deutlich reduziert sind, bietet die Hochleistungs-Dampfbremse INTELLO der Konstruktion ein ansehnliches Sicherheitspotential. Innerhalb eines Jahres kann das Bauteil gemäß den WUFI pro-Berechnungen pro Jahr mit ca. 1.500 g/m² Wasser belastet werden, ohne dass ein Bauschaden eintritt. (Siehe Abb. 7)

Begrüntes Flachdach

Begrünte Flachdachkonstruktionen verhalten sich aufgrund der dicken Substratschicht und den darin gespeicherten Wassermengen nochmals etwas träger als die Variante mit Kiesschüttung. Die Temperaturen auf der Abdichtungsbahn erreichen im Sommer Maximalwerte von 35-40 °C. Trotzdem verfügt die unbeschattete Konstruktion mit 200 mm Dämmstärke und einer INTELLO bzw. INTELLO PLUS über ein Bauschadensfreiheitspotential von 700 g/m² x Jahr. Das Bauteil verfügt über ausreichende Sicherheiten bei einem unvorhergesehenen Feuchteeintrag. Hier wird der berücksichtigte Einfluss aus dem Bewuchs (Verschattung) und die dadurch im Datensatz enthaltene Sicherheit deutlich. Für begrünte Flachdächer sind die INTELLO und INTELLO PLUS die erste Wahl. Die DB+ bietet für Gründachkonstruktionen ausreichende Bauschadensfreiheitspotentiale bis zu einer Höhenlage von 400 m ü. NN.

Einfluss der Dämmschichtdicke

In den letzten Jahren hat sich nicht zuletzt durch die regelmäßig steigenden Anforderungen der Energieeinsparverordnung die Stärke der eingebauten Dämmschichten erhöht. Dämmstärken von 300 mm oder mehr, die bei konventionellen Gebäuden in der Vergangenheit nur äußerst selten verwendet wurden, treten in immer größerer Zahl auf.
Hoch wärmegedämmte Konstruktionen haben ein reduziertes Bauschadensfreiheitspotential. Der Hintergrund ist, dass bei steigender Dämmdicke die Durchwärmung des Bauteils zögerlicher verläuft. Dadurch wird der Vorgang der Verdunstung von unvorhergesehenen Feuchteeinträgen verlangsamt. Da die Außenklimabedingungen jedoch identisch bleiben, sinken die Rücktrocknungsmengen auf ein Jahr bezogen.

INTELLO:
Abb. 9 zeigt das Bauschadensfreiheitspotential der oben vorgestellten Konstruktion mit der INTELLO mit den Dämmstärken 200, 300 und 400 mm.

Bei 200 mm Dämmdicke beträgt das Bauschadensfreiheitspotential ca. 3400, bei 300 mm ca. 3000 und bei 400 mm noch 2500 g/m² x Jahr.

DB+:
Auch bei der DB+ hat die Dämmdicke einen Einfluss auf das Bauschadensfreiheitspotential. Die Konstruktion mit der DB+ verfügt bei 200 mm Dämmung über ein Bauschadensfreiheitspotential von von 1800 g/m² x Jahr, bei 300 mm von 900 g/m² x Jahr und bei 400 mm Dämmschichtdicke über ein Bauschadensfreiheitspotential von 700 g/m² x Jahr.

sd-Wert 5 m:
Bei 200 mm Dämmstärke hat die Konstruktion mit der Dampfbremse mit dem konstanten sd-Wert von 5 m bereits ein sehr geringes Bauschadensfreiheitspotential. Bei höheren Dämmdicken sinkt dieses nochmals. Jedoch sind die Sicherheiten bereits bei geringen Dämmschichtdicken so gering, dass eine Verwendung bei außen diffusionsdichten Bauteilen sowohl bei geringen als auch bei hohen Dämmdicken nicht empfehlenswert ist. (Siehe Abb. 9)

Für die INTELLO und die DB+ gilt demnach:
Auch bei nordorientierten außen diffusionsdichten Steildachkonstruktionen (40°) mit hohen Dämmstärken und roten Dachziegeln sind Bauteile ausreichend sicher für Höhenlagen bis 1000 m (DB+) bzw. 1600 m (INTELLO).

Bekieste oder begrünte Konstruktionen sollten bei hohen Dämmschichtdicken im Einzelfall betrachtet werden.


Klimadaten Standort Davos

Davos liegt auf einer Seehöhe von 1.560 m und zählt zum Hochgebirgsklima. Die nachfolgenden Diagramme zeigen die Temperaturverläufe über ein Jahr betrachtet. Die blaue Linie zeigt die Innentemperatur, die roten Balken die Außentemperaturen. (Siehe Abb. 10 - 13)

Betrachtet man die Lufttemperatur in Davos, zeigt sich nur an sehr wenigen Tagen im Jahr eine höhere Außen- als Innenraumtemperatur. Unter Berücksichtigung der Sonnen- und Globalstrahlung stellt sich, verglichen zur Lufttemperatur, eine höhere Dachoberflächentemperatur ein. In nordgeneigten Dächern sind die Temperaturen allerdings wesentlich niedriger als in Holzkirchen. Im Vergleich ist an weniger Tagen im Jahr eine Rückdiffusion möglich. Bei südgeneigten Dächern werden in Davos im Sommer fast die gleichen Temperaturen wie in Holzkirchen erreicht.
Die winterlichen Nachttemperaturen sind hochgebirgsspezifisch und liegen wesentlich tiefer.

Temperaturverläufe Davos, Höhe: 1.560 m über NN, Schweiz - Dach: rote Ziegel/Kies
10. Lufttemperatur (Davos, kalt)
11. Dachoberflächentemperatur
Nordseite, 40° Dachneigung
12. Dachoberflächentemperatur
Südseite, 40° Dachneigung
13. Dachoberflächentemperatur
Kiesdach


Bauschadensfreiheitspotential Steildach in Davos, Nordseite, 40° Dachneigung

Berechnung des Bauschadensfreiheitspotentials
Standort Davos, Dach
Angenommene zusätzl. Feuchtigkeit zu Beginn: 4.000 g/m²

Feuchtegehalt der Konstruktion im Trockenzustand
(= Feuchtigkeitsgehalt der Holzschalung bei 15 %): 1.700 g/m²

14. Bauschadensfreiheitspotential
Steildach, Nordseite, 40° Dachneigung
15. Bauschadensfreiheitspotential
Gründach und Kiesdach
16. Gebrauchstauglichkeit von Steildachkonstruktionen
(40°/bis 400 mm Dämmung/Holzkirchen)
17. Gebrauchstauglichkeit Kiesdächer
(bis 300 mm Dämmung/Holzkirchen)
18. Gebrauchstauglichkeit Gründächer
(bis 200 mm Dämmung/Holzkirchen)

Für die Berechnung wurde, um die Sonneneinstrahlung zu minimieren, ebenfalls der ungünstigste Fall angenommen, d. h. eine Nordausrichtung des Daches mit 40° Neigung und roter Ziegeldeckung. Die äußerst niedrige Temperatur im Winter führt zu einem hohen Tauwasserausfall, so dass sich sogar die Konstruktion mit der PE-Folie auffeuchtet, auch wenn man annimmt, dass keine unvorhergesehene Feuchtebelastung gegeben ist. Bei einer Dampfbremse mit einem konstanten sd-Wert von 5 m ist kein Bauschadensfreiheitspotential ablesbar. Das Bauschadensfreiheitspotential der Konstruktion mit der DB+ ist zu gering - die Austrocknung nicht ausreichend.
Nur die Hochleistungs-Dampfbremse INTELLO bietet eine bauphysikalisch einwandfreie Konstruktion und zusätzlich ein Sicherheitspotential. Innerhalb eines Jahres kann die Konstruktion gemäß den WUFI pro-Berechnungen bis ca. 1300 g/m² Wasser pro Jahr belastet werden, ohne dass ein Bauschaden eintritt. (Siehe Abb. 15)

Bauschadensfreiheitspotential Gründach und Flachdach

Für das anspruchsvolle Gebirgsklima von Davos sind die Rücktrocknungsreserven mit den aktuellen Kiesdach- und Gründachdatensätzen nicht ausreichend.
Die INTELLO bietet zwar eine minimale Reserve, jedoch ist diese mit 200 g/m² pro Jahr zu gering bemessen. (Siehe Abb. 15)
Für diese Bauteile müssen in Gebirgslagen die Traghölzer in Abhängigkeit von einer objektbezogenen Berechnung teilweise oder vollständig überdämmt werden. Bitte sprechen Sie die technische Hotline von pro clima an.

Schlussfolgerungen Bauschadensfreiheitspotential

Mit den pro clima Dampfbrems- und Luftdichtungsbahnen INTELLO/INTELLO PLUS und DB+ können für die mit einer Dämmschichtdicke/Dämmdicke von 200 mm berechneten Steildachkonstruktionen für Gebäudehöhenlagen bis 1000 m ü. NN sehr hohe Bauschadensfreiheitspotentiale realisiert werden. Auch bei zusätzlicher Feuchtigkeit durch unvorhergesehene Einflüsse bleiben die Konstruktionen bauschadensfrei. Flankendiffusion bei einem Ziegelmauerwerk, wie von Ruhe[2] , Klopfer[3][4] und Künzel[5] beschrieben, können INTELLO, INTELLO PLUS und DB+ kompensieren, sollten aber bei großen Höhenlagen durch eine entsprechende Detailplanung vermieden werden. Die pro clima DB+ hat sich seit über 20 Jahren in kritischen Konstruktionen mit ihrer Bauschadensfreiheit bewährt.

Auch beim Einsatz in bekiesten Dachkonstruktionen gemäß Abb. 1 sind hohe Sicherheiten für Höhenlagen wie in Holzkirchen vorhanden, welche die Bauschadensfreiheit der Bauteile fördern.
Gründachkonstruktionen können in diesen Lagen mit der INTELLO und INTELLO PLUS für sichere Bauteile sorgen. Mit der DB+ liegt die maximale Höhenlage bei 400 m.
In Gebirgslagen haben außen diffusionsdichte Steildächer mit INTELLO ein ausreichendes Bauschadensfreiheitspotential. Auch hier hat die Dicke der Dämmschicht einen Einfluss auf die Bauschadensfreiheit. Gemäß den Berechnungsbeispielen sind für Steildächer die Sicherheiten für die gebräuchlichen Dämmdicken bis 400 mm ausreichend hoch. Bei Grün- und Kiesdächern kann es in Abhängigkeit der gewünschten Dämmdicke erforderlich sein, die Gesamtdämmung in einen Teil zwischen den Traghölzern und einen Teil oberhalb der Tragkonstruktion anzuordnen. Für diese Konstruktionen kann die technische Hotline von pro clima objektbezogene Bauteilfreigaben erstellen.

Nach Möglichkeit sollten Flachdachkonstruktionen ohne zusätzliche Bauteilschichten außen geplant werden. Besonders hohe Sicherheiten haben unverschattete Bauteile mit schwarzen Bahnen (a ≥ 80 %). Diese sind unter Berücksichtigung weiterer Parameter (u. a. geringe Materialfeuchten, durch Prüfung sichergestellte Luftdichtheit) entsprechend Konsenspapier des 2. Internationalen Holz[Bau]Physik-Kongresses[6] nachweisfrei.

Ermittlung der Gebrauchstauglichkeit

Neben dem Bauschadensfreiheitspotential ist es weiterhin entscheidend, welche Feuchtigkeitsgehalte sich im Bauteil im Gebrauchszustand einstellen.

Nachweisfreie Konstruktionen für Flachdächer

Zur einfachen Bemessung wurden in dem unter Feuchtebelastung durch Diffusion angegebenen Konsenspapier zu Flachdachkonstruktionen unter den folgenden Randbedingungen die „7 goldenen Regeln für ein nachweisfreies Flachdach” [6] für Wohnräume nach DIN EN 15026 identifiziert:

  1. Das Flachdach hat ein Gefälle ≥ 3 % vor bzw. ≥ 2 % nach Verformung und es
  2. ist dunkel (Strahlungsabsorption a ≥ 80 %), unverschattet und es hat
  3. keine Deckschichten (Bekiesung, Gründach, Terrassenbeläge), aber
  4. eine feuchtevariable Dampfbremse und
  5. keine unkontrollierbaren Hohlräume auf der kalten Seite der Dämmschicht und
  6. eine geprüfte Luftdichtheit und es
  7. wurden vor dem Schließen des Aufbaus die Holzfeuchten von Tragwerk und Schalung (u ≤ 15 ± 3 M-%) bzw. Holzwerkstoffbeplankung (u ≤ 12 ± 3 M-%) dokumentiert.

Nachweisverfahren

Handelt es sich um eine Konstruktion, welche nicht die Voraussetzungen der Nachweisfreiheit erfüllt, kann die Gebrauchstauglichkeit unter Berücksichtigung eines Luftinfiltrationsmodells des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik ermittelt werden. Dieses bietet die Möglichkeit, kontinuierliche unvorhergesehene Feuchtigkeitseinträge durch Konvektion zu simulieren. Der Maßstab ist der hüllflächenbezogene Luftwechsel q50, der sich nicht wie der n50-Wert auf das Volumen, sondern auf die Außenhülle eines Gebäudes bezieht.

Das Luftinfiltrationsmodell unterscheidet standardmäßig drei Luftdichtigkeitsklassen A, B, C, welche einem q50-Wert von 1 m³/m² x h (Klasse A), 3 m³/m² x h (Klasse B) und 5 m³/m² x h (Klasse C) entsprechen. Klasse A kann bei vorelementierten Bauteilen bzw. bei geprüfter Luftdichtheit mit Leckageortung, Klasse B bei geprüfter Luftdichtheit und Klasse C bei Konstruktionen mit ungeprüfter Luftdichtheit verwendet werden, um die unvorhergesehene Feuchtelast durch Leckagen zu simulieren. Für eine maximal sichere Konstruktion sollte an jedem Bauteil eine Luftdichtheitsprüfung mit Leckageortung durchgeführt werden. Dann kann die Luftdichtigkeitsklasse A für den Nachweis verwendet werden.

Gebrauchstauglichkeit von Steildachkonstruktionen

Für die Ermittlung der Gebrauchstauglichkeit wurde die Steildachkonstruktion aus Abb. 1 in Holzkirchen bei einer Dämmschichtdicke von 400 mm mit den 3 Luftdichtigkeitsklassen mit dem Klima von Holzkirchen berechnet. Variiert wurden außerdem die Dampfbrems- und Luftdichtungsebenen - es kamen zum Einsatz die pro clima INTELLO und eine Dampfbremse mit einem konstanten sd-Wert von 5 m.
Abb. 16 zeigt die Feuchtegehalte in der 20 mm starken Fichtenschalung unterhalb der Bitumenbahn über einen Zeitraum von 10 Jahren. Nach aktuell vorherrschender Lehrmeinung ist entscheidend, dass in der unter der Abdichtung vorhandenen Fichtenschalung die Feuchtegehalte unterhalb von 20 % (OSB-Platten 18 %) liegen, dann gilt die Bauteilsicherheit als ausreichend.
Mit der INTELLO hat die Konstruktion bei der Berechnung mit allen 3 Luftdichtigkeitsklassen keine erhöhten Materialfeuchtigkeiten - die Gebrauchstauglichkeit ist bestätigt. Darüber hinaus sind noch weitere Sicherheiten vor unvorhergesehenen Feuchtebelastungen vorhanden. Die Dampfbremse mit dem sd-Wert von 5 m hat in der gleichen Konstruktion deutlich höhere rel. Holzfeuchtigkeiten in der Fichtenschalung zur Folge. Mit der Luftdichtigkeitsklasse C werden 20 % Holzfeuchte in der Schalung überschritten. Bereits geringfügige, weitere unvorhergesehene Feuchtelasten können schnell zu Feuchtegehalten über 20 % führen. Damit ist ein Bauschaden deutlich wahrscheinlicher.

Gebrauchstauglichkeit von Kiesdachkonstruktionen

Die bekieste Dachkonstruktion wurde analog zur Konstruktion aus Abb. 1 mit einer Dämmdicke von 300 mm für das Klima in Holzkirchen berechnet. Der Feuchtegehalt der Fichtenschalung in diesem Bauteil unterschreitet beim Einsatz der INTELLO die oben angegebenen 20 %, so dass bei dieser Konstruktion die Gebrauchstauglichkeit bestätigt ist (siehe Abb. 17).
Kiesdächer mit Dampfbremsen mit einem sd-Wert von 5 m bestehen diese Gebrauchstauglichkeitsprüfung nicht. Die Feuchtegehalte der Fichtenschalung liegen bei allen Luftdichtigkeitsklassen deutlich oberhalb von 20 %. Diese Kombinationen sind nicht empfehlenswert.
Größere Dämmstärken können es erforderlich machen, dass ein Teil der Dämmung oberhalb der Tragkonstruktion angeordnet und feuchtetechnisch von der Dämmung zwischen der Tragkonstruktion getrennt werden muss. Sind höhere Dämmstärken geplant, sprechen Sie bitte die technische Hotline von pro clima an.

Gebrauchstauglichkeit von Gründachkonstruktionen

Gründachkonstruktionen können mit der INTELLO und INTELLO PLUS für das Klima in Holzkirchen bei einer Dämmdicke von 200 mm gemäß Abb. 1 bestätigt werden. Dazu muss die Luftdichtungsebene sorgfältig verlegt und verklebt werden - im Anschluss muss eine Überprüfung mittels Unterdrucktest und Leckageortung erfolgen, um konvektive Feuchteeinträge zu vermeiden.
Soll das Gebäude in einer größeren Höhenlage oder mit einer größeren Dämmdicke errichtet werden, kann es erforderlich sein, einen Teil der Dämmebene oberhalb der Tragkonstruktion anzuordnen. Bitte wenden Sie sich in diesem Fall an die technische Hotline von pro clima.
Der Einsatz einer Dampfbremse mit einem konstanten sd-Wert von 5 m ist bei den betrachteten Gründächern nicht empfehlenswert. (Siehe Abb. 18)

Schlussfolgerungen Gebrauchstauglichkeit

Auch außen diffusionsdichte Flachdachkonstruktionen gemäß Absatz "Nachweisfreie Konstruktionen für Flachdächer" können ohne rechnerischen Nachweis mit den feuchtevariablen Dampfbremsen INTELLO, INTELLO PLUS und INTESANA ausgeführt werden.
Die Gebrauchstauglichkeit von außen diffusionsdichten Steildächern, bekiesten oder begrünten Flachdachkonstruktionen wurde für den Standort Holzkirchen bis zu den in der Berechnungen angegebenen Dämmschichtdicken mit Fichtenschalungen bestätigt. Abweichende Konstruktionen können bei der technischen Hotline von pro clima angefragt werden.
Dampfbremsen mit konstanten sd-Werten (hier 5 m) führen im Vergleich beim Steildach zu deutlich erhöhten Materialfeuchten. Bei den betrachteten Kies- und Gründächern mit Fichtenschalungen wird die 20 %-Grenze z. T. deutlich überschritten, so dass ein Bauschaden unter den angenommenen Randbedingungen wahrscheinlich ist.

Alle Gebrauchtauglichkeitsberechnungen setzen voraus, dass die Konstruktionen unverschattet sind.

In allen Bauteilen ist es entscheidend, dass die Luftdichtheit mittels Unterdrucktest und Leckageortung überprüft wird, um Feuchteeintrag durch Konvektion zu vermeiden.

Flankendiffusion

19. Konstruktionsaufbau:
Einbindende Wand

Für die Ermittlung des Einflusses des Feuchteeintrages über Bauteilflanken wird der Anschluss einer einbindenden Außenwand an eine Wärmedämmkonstruktion betrachtet. Die Konstruktion verfügt auf der Außenseite im Unterdachbereich über eine diffusionsdichte Bitumendachbahn. (Siehe Abb. 19)

Mauerwerk hat einen geringeren Diffusionswiderstand als die Dampfbrems- und Luftdichtungsebene der angrenzenden Holzbaukonstruktion. Dadurch ist es möglich, dass die Diffusion von Feuchtigkeit über diese Flanke in die Wärmedämmkonstruktion erfolgt. Für dieses Beispiel wird eine Neubausituation gewählt. Das Mauerwerk und die Putzschicht verfügen über einen dann üblichen Feuchtegehalt vom 30 kg/m³. Der faserförmige Wärmedämmstoff ist trocken eingebaut, die rel. Holzfeuchtigkeit der Dachschalung liegt bei 15 %.
Als Dampfbrems- und Luftdichtungsebene wird bei einer Konstruktion eine diffusionshemmende PE-Folie (sd-Wert 100 m) eingesetzt, bei einer zweiten Konstruktion die feuchtevariable pro clima INTELLO (sd-Wert 0,25 bis über 10 m).

Ergebnisse der 2-dimensionalen Simulationsberechnung

20. Feuchteerhöhung mit einer
PE-Folie >>>
Auffeuchtung = Bauschaden
Feuchtereduzierung mit der
INTELLO >>>
Austrocknung = Bauschadensfreiheit
BPhys GD 2Studie 27 Flankendiffusion.jpg
Ansteigender Feuchtegehalt im
Bauteil mit PE-Folie
sd-Wert = 100 m konstant
Abnehmender Feuchtegehalt im
Bauteil mit pro clima INTELLO
sd-Wert =
0,25 bis > 10 m feuchtevariabel

Wird eine derartige Konstruktion mit dem 2-dimensionalen Berechnungsverfahren für Wärme- und Feuchteströme, welches in WUFI 2D implementiert ist, berechnet, kommt es zu folgendem Ergebnis: (Siehe Abb. 20)
Nach einem jahreszeitlich bedingten Anstieg des Feuchtegehaltes in beiden Konstruktionen befinden sich beide auf einem annähernd gleich hohen Niveau. Bei der Variante mit der PE-Folie als Luftdichtungs- und Dampfbremsebene ist über den betrachteten Zeitraum von 4 Jahren in jedem Jahr eine deutliche Steigerung des Gesamtwassergehaltes zu beobachten (roter Graph). In dieser Konstruktion kommt es zu einer Akkumulation von Feuchtigkeit in den verwendeten Baustoffen, da keine Rücktrocknung durch die PE-Folie in Richtung Innenraum möglich ist. Die Folge: Schimmelbildung auf dem Holz bzw. beginnende Verrottung.
Bei der Konstruktion mit der Hochleistungs-Dampfbremse INTELLO kann die enthaltene Feuchtigkeit nach innen entweichen. Das Bauteil ist vor Feuchtigkeitsansammlung geschützt – diese wird zügig in den Innenraum abgegeben (grüner Graph). Dadurch sinkt der Feuchtegehalt stetig über den Betrachtungszeitraum von 4 Jahren.

Die Konstruktionen mit INTELLO und DB+ verfügen über eine hohes Bauschadensfreiheitspotential.


Schlussfolgerung bei Flankendiffusion

Feuchteeinträge durch Flankendiffusion bei einer in die Wärmedämmkonstruktion einbindenden Innenwand, wie von Ruhe[2] , Klopfer[3][4] und Künzel[5] beschrieben, können durch INTELLO und DB+ wieder aus dem Bauteil entweichen.
Bei Konstruktionen mit geringem Bauschadensfreiheitspotential sollen Flankendiffusionsvorgänge konstruktiv vermieden werden.


Wandkonstruktionen

Temperaturverläufe Holzkirchen und Davos
Wand, Putzfassade hell
Holzkirchen
21. Wandtemperatur Nordseite
22. Wandtemperatur Südseite
Davos
23. Wandtemperatur Nordseite
24. Wandtemperatur Südseite

Wandkonstruktionen haben durch ihre senkrechte Ausrichtung eine geringere Sonnenlichtabsorption als Dächer. Daher ist das Rücktrocknungspotential geringer. Im Regelfall sind Wände im Gegensatz zu Dächern außenseitig nicht diffusionsdicht. Es werden keine Bitumendachbahnen verwendet. Eine hohe Anforderung an Wasserdichtigkeit, wie z. B. bei Flachdächern und Gründächern, im Wandbereich existiert nicht. Temperaturen in der Außenwand hängen im Wesentlichen von der Farbe der Fassade ab. Auf hellen Fassaden werden durch die Sonneneinstrahlung niedrigere Temperaturen erreicht als auf dunkleren Fassaden. Die dargestellten Temperaturprofile auf der Außenwand entstehen bei normal hellen Putzfassaden. (Siehe Abb. 21 - 24)

Die Hochleistungs-Dampfbremse INTELLO bietet auch bei Wandkonstruktionen ein erhebliches Bauschadensfreiheitspotential. Berechnungen mit WUFI pro mit dem Klima von Holzkirchen zeigen für eine nach Norden ausgerichtete Außenwand mit diffusiondichter Außenbekleidung in heller Farbe mit der INTELLO und INTELLO PLUS immer noch ein erhebliches Sicherheitspotential.

Damit ist die INTELLO und die INTELLO PLUS auch bei außen vorhandenen Holzwerkstoffplatten wie OSB- oder Spanplatten die ideale Lösung für ein hohes Bauschadensfreiheitspotential. Die Gefahr von Schimmelbildung wird deutlich verringert.

Auch in kälteren Klimaregionen bis zu Hochgebirgsstandorten wie Davos sind Wandkonstruktionen mit außenseitig der Dämmung befindlichen Bauteilschichten bis zu einem sd-Wert von 3 m mit der Hochleistungs-Dampfbremse INTELLO sicher.
Für DB+ dürfen für das Klima Holzkirchen die außenseitig der Dämmung befindlichen Bauteile einen sd-Wert von max. 6 m, für Davos max. 0,10 m haben.

Konstruktionen


Fazit der Studie

Konstruktionen mit DB+ und INTELLO bzw. INTELLO PLUS und INTESANA haben, in Abhängigkeit von der Lage und der Konstruktion, enorm große Sicherheitsreserven und beugen mit intelligentem Feuchtemanagement Bauschäden und Schimmelbildung vor. Selbst bei unvorhergesehenen oder in der Baupraxis nicht zu vermeidenden Feuchtebelastungen haben die Konstruktionen dank der hohen Trocknungsreserven durch die feuchtevariablen Diffusionswiderstände ein sehr hohes Bauschadensfreiheitspotential. Die Hochleistungs-Dampfbremsen INTELLO INTELLO PLUS und INTESANA haben eine besonders große, in allen Klimabereichen wirksame Variabilität des Diffusionswiderstandes und bietet damit für Wärmedämmkonstruktionen eine bisher unerreichte Sicherheit– ob bei außen diffusionsoffenen oder auch bei bauphysikalisch anspruchsvollen Konstruktionen wie Flachdächern, Gründächern, Metalleindeckungen sowie Dächern mit diffusionsdichten Vordeckungen gemäß den Vorgaben.

  • Die Leistungsfähigkeit von INTELLO und INTELLO PLUS zeigt sich auch bei extremen Klimabedingungen, wie im Hochgebirge.
  • Die DB+ bietet bis in mittlere Höhenlagen (z. B. in Holzkirchen) hohe Sicherheiten für die Steildachkonstruktionen.
  • Entsprechend den Voraussetzungen der DIN 68800-2 kann mit feuchtevariablen Dampfbremsen auf chemischen Holzschutz verzichtet werden.
Ergebnis

Je höher die Trocknungsreserve einer Konstruktion ist,
umso höher kann die unvorhergesehene Feuchtebelastung sein und trotzdem bleibt die Konstruktion bauschadensfrei.



Bewertung der Feuchtigkeitseinflüsse. Definition des Bauschadensfreiheitskriteriums

Auszug einer von MOLL bauökologische Produkte GmbH initiierten Sanierungs-Studie [7]:

Feuchteeinwirkung auf eine
Dämmkonstruktion im Winter
Feuchteeintrag in die Dämmung
durch Leckagen
Über eine Dampfbrems- und Luftdichtungsebene mit einem sd-Werten von 3 m gelangen lediglich 5 g Wasser pro m² am Tag in die Konstruktion.
Über eine 1 mm breite Fuge sind Feuchteeinträge von bis zu 800 g Wasser pro m² am Tag möglich.
Schimmelpilze wachsen
auch unter ungünstigen
Umgebungsbedingungen
Sedlbauer und Krus [8] geben für das Erreichen von Wachstumsbedingungen für fast alle im Baubereich relevanten Schimmelpilze ein rel. Luftfeuchtigkeit von 80 % an. Der optimale Bereich liegt je nach Spezies bei 90 bis 96 % rel. Luftfeuchtigkeit.

Die in den Abbildungen beschriebenen Feuchtigkeitseinträge können innerhalb von Bauteilen zu einer erhöhten rel. Luftfeuchtigkeit bis hin zur Kondensatbildung führen. In Kombination mit einer ausreichend hohen Temperatur an der Stelle des erhöhten Feuchtegehaltes kann es bei ausreichend langer Einwirkung und einer geeigneten Nahrungsquelle zur Auskeimung von Schimmelpilzsporen kommen. Schimmelpilze gelten als so genannte „Erstkolonisierer“, da sie auch „unter biologisch ungünstigen Umgebungsbedingungen“ [8] gedeihen können.

Sedlbauer und Krus [8] geben für das Erreichen von Wachstumsbedingungen für fast alle im Baubereich relevanten Schimmelpilze eine rel. Luftfeuchtigkeit von 80 % an. Der optimale Bereich liegt je nach Spezies bei 90 bis 96 % rel. Luftfeuchtigkeit. Die in den Zeiträumen erhöhter Feuchtegehalte vorhandene Temperatur muss für die Auskeimung der Sporen, bzw. für das Wachstum des Pilzes im Bereich zwischen 0 und 50°C liegen. Die ideale Wachstumstemperatur liegt bei etwa 30 °C.

Bei dieser Temperatur können auf Mineralwolle ab einer rel. Luftfeuchtigkeit von 92 % Schimmelpilze auskeimen und wachsen. Ist die Temperatur geringer, sind erhöhte rel. Luftfeuchten für die Besiedelung erforderlich.
„Verunreinigungen durch Staub, Fingerabdrücke und Luftverschmutzung (Küche, Rückstände beim Duschen usw.) oder Ausdünstungen des Menschen“ reichen aus, um auf weniger geeigneten Untergründen die Voraussetzungen für einen Bewuchs mit Schimmelpilzen zu verbessern. Diese Randbedingungen haben einen Einfluss auf die Höhe der erforderlichen rel. Luftfeuchtigkeit bzw. Temperatur, die für das Auskeimen erforderlich ist. Temperaturen unterliegen im Tag-Nacht-Wechsel Schwankungen, die dazu führen können, dass zeitweise keine Bedingungen für das Schimmelpilzwachstum vorliegen. In [8] wird nach Zöld angegeben, dass bei Temperaturen unter 20 °C Schimmelpilzgefährdung vorliegt, wenn über 5 Tage an mehr als 12 Stunden eine rel. Luftfeuchtigkeit oberhalb von 75 % in der Konstruktion herrscht. Das Kriterium für eine durch mögliches Schimmelpilzwachstum gefährdete Konstruktion kann wie folgt definiert werden:

  1. Temperatur im Tagesmittel über 0 °C
  2. Rel. Luftfeuchtigkeit im Tagesmittel dauerhaft über 90 %
  3. Temperatur und rel. Luftfeuchte müssen über lange Zeit in diesem Bereich vorhanden sein.


Berechnung des Bauschadensfreiheitspotentials bei der Sub-and-Top-Lösung

- Siehe: Bauphysik Sanierungs-Studie, Abs.: Sub-and-Top- Vergleich des Bauschadensfreiheitspotentials

Einzelnachweise

  1. Moll bauökologische Produkte GmbH: WISSEN 2012/13 - Studie „Berechnung des Bauschadensfreiheitspotential von Wärmedämmungen in Holz- und Stahlbaukonstruktionen“ , 2012, S. 71 - 77
  2. 2,0 2,1 DAB 1995; Heft 8, Seite 1479
  3. 3,0 3,1 Klopfer, Heinz; Bauschäden-Sammlung, Band 11, Günter Zimmermann (Hrsg.), Stuttgart: Fraunhofer IRB Verlag, 1997
  4. 4,0 4,1 Klopfer, Heinz; ARCONIS: Wissen zum Planen und Bauen und zum Baumarkt: Flankenübertragung bei der Wasserdampfdiffusion; Heft 1/1997, Seite 8–10
  5. 5,0 5,1 H.M. Künzel; Tauwasserschäden im Dach aufgrund von Diffusion durchangrenzendes Mauerwerk; wksb 41/1996; Heft 37, Seite 34 – 36
  6. 6,0 6,1 Konsenspapier des 2. Internationalen Holz[Bau]Physik-Kongresses: 10./11.02.2011 Leipzig, holzbauphysik-kongress.eu: Konsens_Flachdaecher_2011_03_END.pdf
  7. Moll bauökologische Produkte GmbH: WISSEN 2012/13 - Sanierungs-Studie: „Lösungen für die Luftdichtheit bei energietechnischen Sanierungen von Dachkonstruktionen“ , 2012, S. 89
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 Tagung Schimmelpilze im Wohnbereich: Schimmelpilz aus bauphysikalischer Sicht - Beurteilung durch aw-Werte oder Isoplethensysteme?, Klaus Sedlbauer, Martin Krus, Fraunhofer IBP, Holzkirchen, 26.06.2002



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