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Feuchteschutz

  • Matthias Post
  • Peter Schmidt
Chapter

Zusammenfassung

Unter dem Begriff Feuchteschutz werden Maßnahmen zum Schutz des Bauwerks gegen Einwirkungen durch Wasser verstanden. Physikalisch betrachtet ist der Begriff „Feuchte“ nicht präzise gewählt. Feuchte ist nichts Anderes als Wasser. Die Verwendung des Begriffs „Feuchte“ ist jedoch in der bautechnischen Fachsprache üblich und wird auch hier verwendet.

Unter dem Begriff Feuchteschutz werden Maßnahmen zum Schutz des Bauwerks gegen Einwirkungen durch Wasser verstanden. Physikalisch betrachtet ist der Begriff „Feuchte“ nicht präzise gewählt. Feuchte ist nichts Anderes als Wasser. Die Verwendung des Begriffs „Feuchte“ ist jedoch in der bautechnischen Fachsprache üblich und wird auch hier verwendet.

Der Schutz des Bauwerks vor Wasser ist nötig für den dauerhaften Bestand des Bauwerks und für ein hygienisches Raumklima.

Wasser kann auf verschiedene Weise in die Baukonstruktion gelangen.

Regenwasser dringt von oben ein bei schadhaften Dächern, Terrassen, Balkonen. Aber auch unter dem Einfluss des Staudrucks bei Wind auf lotrechte Bauteile kann durch fehlerhafte Stellen und Fugen in die Bauteile Regen eindringen. Weiterhin kann Wasser durch Kapillarwirkung bis nach innen gelangen.

Bodenfeuchte kann von unten aus dem Grundwasser oder als Oberflächenwasser von den Bauteilen des Bauwerks angesaugt werden, wenn hiergegen wirkungsvolle Abdichtungen fehlen.

Baufeuchte wird von jenem Wasser gebildet, das beim Herstellen, Lagern, Transportieren und Einbauen der Baustoffe in die Bauteile gelangt.

Wohnfeuchte entsteht in den Gebäuden durch die Nutzung der Räume. Wohnfeuchte ist abhängig von der Art der Raumnutzung. Menschen und Tiere geben Wasser an die Raumluft ab. Beim Kochen, Backen, Baden und Duschen entstehen kurzfristig größere Feuchtemengen. Eine kontinuierliche Feuchtequelle sind Zimmerpflanzen. Durch diese Feuchtigkeitsabgaben an die Raumluft wird die relative Luftfeuchtigkeit in den Räumen erhöht.

Bei Abkühlung der Luft kann der in ihr enthaltene Wasserdampf an kalten Bauteil-Innenflächen kondensieren, insbesondere im Bereich von Wärmebrücken.

Wasserdampf ist gasförmiges Wasser. Wasserdampf ist unsichtbar wie Luft. Umgangssprachlich wird von Wasserdampf gesprochen, wenn ein Dampfschwaden zu sehen ist. Dies ist jedoch bereits kondensierender Wasserdampf, der ein Gemisch aus Luft, Wasserdampf und feinen Wassertröpfchen ist, zu erkennen als Nebel oder Wolken. Es ist das Tückische an Wasserdampf in Räumen, dass er unsichtbar ist. Wenn Wasserdampf sichtbar wird, ist er bereits kondensiert.

Kondenswasser = Tauwasser. Bei hoher relativer Luftfeuchte ist in der Luft viel Wasserdampf enthalten. Bei Abkühlung kondensiert der Wasserdampf zu flüssigem Wasser, es kommt zur Bildung von Kondenswasser, oder – wie in der Baufachsprache vielfach gesagt wird – zur Bildung von Tauwasser. Daher sind Wärmebrücken mit kalten Bauteil-Innenflächen gefährlich, da es hier zur Tauwasserbildung kommen kann. Tauwasser kann die Ausgangsursache für Schimmelbildung sein.

3.1 Zweck des Feuchteschutzes

Gesunde Wohnverhältnisse und ein behagliches Raumklima können nur entstehen, wenn die raumumschließenden Bauteile genügend trocken sind. Bei feuchten Außenbauteilen ist ein behagliches Raumklima auch durch intensives Beheizen kaum zu erreichen. Außerdem erfordert das Beheizen solcher Räume einen erhöhten Aufwand an Energie.

Die Folgen feuchter Außenbauteile sind vielfältiger Art:
  • Die Wärmedämmfähigkeit sinkt, wenn Baustoffporen mit Wasser gefüllt sind.

  • Bei Frosteinwirkung kann das gefrierende Wasser zu Gefügesprengungen führen, weil es dabei sein Volumen um 9,5 % vergrößert.

  • Gelöste Salze aus anderen Stoffen können chemisch angreifend wirken und Ausblühungen verursachen.

  • In den Bauteilen kann es zu Verrottung, Fäulnis und Korrosion kommen. Zerstörungen setzen ein.

  • Schimmel- und Pilzbefall ist nicht nur hässlich, er wirkt zerstörend. Pilzsporen in der Raumluft können bei den Bewohnern verschiedene Erkrankungen und Allergien hervorrufen.
    • Kühlfeuchte Räume können zu rheumatischen Erkrankungen führen.

    • Schlechtes Raumklima wirkt sich auf die Leistungsfähigkeit der Bewohner aus.

    • Feuchte Bauteile mindern den Nutzwert eines Gebäudes.

Zweck eines wirksamen Feuchteschutzes ist es, die vorgenannten Einflüsse und die daraus entstehenden Mängel oder Schäden zu vermeiden. Wesentlich ist hierbei das Vermeiden von Wärmebrücken, damit es nicht zur Tauwasserbildung und zum Schimmelbefall kommen kann.

3.2 Wassergehalt (Feuchtegehalt)

Luft und Baustoffe enthalten auch Wasser. Dieses Wasser kann in unterschiedlicher Form auftreten.

Zustand des Wassers

In der Praxis ist es üblich, für Wasser in den verschiedenen Aggregatzuständen auch unterschiedliche Bezeichnungen zu verwenden:
• fester Zustand

→ Eis

• flüssiger Zustand

→ Wasser

• gasförmiger Zustand

→ Dampf

In der Physik wird die Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff (chemische Formel: H2O) stets als Wasser bezeichnet, und zwar unabhängig vom jeweiligen Aggregatzustand.

Die Übergänge des Wassers von einem Aggregatzustand in den anderen sind temperaturabhängig. Die Temperaturgrenzen, bei denen der Aggregatzustand des Wassers wechselt, werden als Temperaturpunkte bezeichnet, obwohl es keine Punkte im engeren Sinne sind. Zur einheitlichen Sprachregelung werden in Tab. 3.1 die verschiedenen Temperaturpunkte (Temperaturgrenzen) erläutert.
Tab. 3.1

Physikalische Temperaturpunkte

Temperaturpunkt

Erläuterungen

Taupunkt

Die Temperatur, bei der die Luftfeuchte 100 % erreicht, ist die Taupunkt-Temperatur. Diese Temperatur wird Tautemperatur oder Taupunkt genannt. Übliche Luft enthält Wasserdampf. Beim Abkühlen der Luft steigt die relative Luftfeuchte. Aus dampfförmigem Wasser wird flüssiges Wasser, wenn der Taupunkt unterschritten wird. Es bildet sich Kondenswasser (Tauwasser, nicht aber Schwitzwasser). Der Taupunkt hat mit dem Gefrierpunkt oder Eispunkt, der bei 0 °C liegt, nichts zu tun (siehe Tab. 3.3).

Schmelzpunkt

Die Temperatur, bei der Wasser vom festen Zustand (Eis) in den flüssigen Zustand (Wasser) übergeht, ist der Schmelzpunkt. Umgekehrt ist die gleiche Temperatur der Gefrierpunkt des Wassers. Es ist der Eispunkt. Er liegt unter Normaldruck bei 0 °C. Schmelzpunkt = Gefrierpunkt = Eispunkt.

Siedepunkt

Die Temperatur, bei der flüssiges Wasser beim Sieden in den gasförmigen Zustand (Dampf) übergeht, ist der Siedepunkt. Der Siedepunkt des Wassers liegt unter Normaldruck bei 100 °C.

Gleichgewicht des Wassergehaltes

Luft kann eine gewisse Menge Wasser enthalten. Dieses Wasser ist in gasförmigem Zustand als Wasserdampf von der Luft durch Lösung aufgenommen worden. Es stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein, wenn keine Temperaturänderungen und keine Bewegungen stattfinden. Die Luft hat dann einen gleichbleibenden Wasserdampfgehalt.

Raumluft kann eine gleichbleibende Menge an Wasserdampf enthalten, wenn die bei der Nutzung des Raumes zugeführte Wasserdampfmenge gleich groß der abgeführten Menge ist. Wasserdampf gelangt in die Raumluft durch die Feuchtigkeitsabgabe der Personen, durch Kochen, Baden, Duschen usw., aber auch durch das Einströmen feuchter Luft aus anderen Räumen. Wasserdampf kann aus dem Raum entweichen durch Lüften und durch Öffnungen oder Fugen an Fenstern, Türen, Bauteilanschlüssen usw.

Für Berechnungen und andere Betrachtungen wählt man einen Zeitabschnitt, in dem die Verhältnisse unverändert bleiben, z. B. 1 Stunde.

Baustoffe haben bei Lagerung in feuchter Luft nach einiger Zeit einen Wassergehalt, der sich auf eine bestimmte Menge einstellt. Dieser Wassergehalt wird als Gleichgewichtsfeuchte zur betreffenden Luft bezeichnet. Jeder Baustoff zeigt einen für ihn typischen Zusammenhang zwischen Wassergehalt und relativer Luftfeuchte.

Diese Gleichgewichtsfeuchten eines Baustoffs werden wiedergegeben durch eine „Sorptionsisotherme“, oder man verwendet den „praktischen Feuchtegehalt“.

3.2.1 Sättigungsmenge der Luft

Luft ist ein Gemisch verschiedener Gase, wobei Stickstoff (ca. 78 Volumen-%) und Sauerstoff (ca. 21 Vol.-%) den größten Anteil bilden. Weiterhin besitzt Luft die Fähigkeit, Feuchtigkeit in Form von Wasserdampf aufzunehmen. Die Wasserdampf-Aufnahmefähigkeit ist allerdings begrenzt. Die maximale Wasserdampfmenge, die Luft aufnehmen kann, wird als Sättigungsmenge (auch Sättigungsdampfkonzentration für Wasserdampf) bezeichnet. Die Sättigungsmenge ist abhängig von der Lufttemperatur, wobei warme Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann als kalte Luft.

In Tab. 3.2 ist die Sättigungsmenge csat der Luft in Abhängigkeit von der Lufttemperatur angegeben.
Tab. 3.2

Sättigungsmenge csat der Luft in Abhängigkeit von der Temperatur der Luft (n. DIN 4108-3)

Lufttemperatur

Sättigungsmenge

Lufttemperatur

Sättigungsmenge

Lufttemperatur

Sättigungsmenge

θ in °C

csat in g/m3

θ in °C

csat in g/m3

θ in °C

csat in g/m3

− 20

0,9

± 0

4,8

+ 20

17,3

− 18

1,1

+ 2

5,6

+ 22

19,4

− 16

1,3

+ 4

6,4

+ 24

21,8

− 14

1,5

+ 6

7,3

+ 26

24,4

− 12

1,8

+ 8

8,3

+ 28

27,2

− 10

2,1

+ 10

9,4

+ 30

30,3

− 8

2,5

+ 12

10,7

+ 32

33,8

− 6

3,0

+ 14

12,1

+ 34

37,6

− 4

3,5

+ 16

13,6

+ 36

41,7

− 2

4,1

+ 18

15,4

+ 38

46,3

± 0

4,8

+ 20

17,3

+ 40

51,2

In Abb. 3.1 ist der Zusammenhang zwischen der Sättigungsmenge der Luft und der Lufttemperatur grafisch dargestellt. Dabei ist gut zu erkennen, dass die Sättigungsmenge überproportional mit zunehmender Lufttemperatur ansteigt.
Abb. 3.1

Maximaler Wasserdampfgehalt der Luft (Sättigungsmenge) csat in Abhängigkeit von der Lufttemperatur θL

3.2.2 Relative Luftfeuchte

In den meisten Fällen enthält die Luft geringere Mengen an Wasserdampf als es der Sättigungsmenge (csat) entspricht. Zur Kennzeichnung des Wassergehaltes der Luft dient die relative Luftfeuchte ϕ (griechischer Buchstabe phi), die das Verhältnis zwischen der tatsächlich vorhandenen Wasserdampfmenge c und der Sättigungsmenge csat angibt.

Die relative Luftfeuchte (r. F.) kann entweder als Dezimalzahl oder in Prozent angegeben werden. Es gilt:
$$ \phi =\frac{c}{c_{\mathrm{sat}}}\ \mathrm{als}\ \mathrm{Dezimalzahl}\ \mathrm{oder}\ \phi =\frac{c}{c_{\mathrm{sat}}}\cdot 100\ \varphi\ \mathrm{in}\% $$
(3.1)

Mit Wasserdampf gesättigte Luft hat eine relative Luftfeuchte von 1,0 entsprechend 100 %. Die relative Luftfeuchte von Luft, die nur zur Hälfte mit Wasserdampf gesättigt ist, beträgt 0,5 oder 50 %.

Beispiele zur relativen Luftfeuchte

  1. 1.

    Aus Tab. 3.2 ergibt sich, dass 1 m3 Luft mit einer Temperatur von 20 °C maximal 17,3 g Wasser enthalten kann. Die relative Luftfeuchte beträgt 100 %, wenn die Luft genauso viel Wasserdampf enthält wie es der Sättigungsmenge entspricht, d. h. im betrachteten Beispiel 17,3 g/m3.

     
  2. 2.
    Luft mit einer Temperatur von 14 °C kann maximal 12,1 g Wasser je m3 enthalten. Bei einer relativen Luftfeuchte von 50 % enthält die Luft folgende Wasserdampfmenge:
    $$ c=\phi \cdot {c}_{\mathrm{sat}}=\ 0,5\cdot 12,1=6,05\ \mathrm{g}/{\mathrm{m}}^3 $$
     
  3. 3.
    Luft ist meistens nicht vollständig mit Wasserdampf gesättigt, sondern enthält weniger Wasserdampf. Wenn 20 °C warme Luft insgesamt 15 g Wasserdampf je m3 enthält, dann beträgt die relative Luftfeuchte 87 %.
    $$ \phi =\frac{c}{c_{\mathrm{sat}}}\cdot 100=\frac{15}{17,3}\cdot 100=87\% $$
     

Die relative Luftfeuchte hat deswegen große Bedeutung, weil es bei Abkühlung der Luft an kalten Bauteiloberflächen zur Kondensation, d. h. zur Tauwasserbildung kommen kann.

3.2.3 Tauwasserbildung

Beim Erwärmen feuchter Luft sinkt die relative Luftfeuchte, da mit zunehmender Lufttemperatur die Sättigungsmenge ansteigt. Umgekehrt nimmt die relative Luftfeuchte zu, wenn die Temperatur sinkt, da die Sättigungsmenge mit abnehmender Temperatur abnimmt. In beiden betrachteten Fällen wird vorausgesetzt, dass die vorhandene absolute Wasserdampfmenge in der Luft konstant bleibt, d. h. weder Feuchtigkeit zugeführt noch abgeführt wird (stationäre Bedingungen).

Es lassen sich somit folgende Zusammenhänge zwischen Lufttemperatur und relativer Luftfeuchte festhalten:

Erhöhung der Temperatur → Verringerung der relativen Luftfeuchte

Beim Abkühlen feuchter Luft steigt die relative Luftfeuchte, auch wenn kein Wasserdampf zugeführt wird. Das Verhältnis der absolut vorhandenen zur aufnehmbaren Wasserdampfmenge wird dadurch ebenfalls verändert.

Verringerung der Temperatur → Erhöhung der relativen Luftfeuchte → Tauwasserbildung

Beim weiteren Abkühlen feuchter Luft wird schließlich die relative Luftfeuchte von 100 % erreicht. Bei noch tieferer Temperatur kann die Luft die in ihr enthaltene Feuchte nicht mehr als Dampf in gasförmigem Zustand halten, der Dampf kondensiert zu Wasser, es kommt zur Tauwasserbildung. Die relative Luftfeuchte bleibt in diesem Fall unverändert bei 100 %. Die ausfallende Tauwassermenge entspricht der Differenz zwischen der Wasserdampfmenge vor der Abkühlung der Luft und der Sättigungsmenge, die sich nach der Abkühlung ergibt.

Zur Tauwasserbildung kommt es auf bevorzugt auf kühlen raumseitigen Bauteiloberflächen, wie z. B. im Winter an Fensterflächen sowie im Bereich von Wärmebrücken. Dieser Vorgang ist auch in der freien Natur zu beobachten. Er ist durch Frühnebel oder Morgentau bekannt.

Tauwasser kann sich auch auf einer kalten Getränkeflasche bilden, wenn diese aus dem Kühlschrank geholt wird und die Umgebungsluft eine entsprechend hohe Luftfeuchte aufweist.

Die Bildung von Tauwasser ist ein Kondensationsvorgang, wobei der Wasserdampf vom gasförmigen Aggregatzustand in den flüssigen Zustand überführt wird. Dieser Vorgang kann auch im Inneren von Bauteilen stattfinden.

Beispiele zur Tauwasserbildung

  1. 1.
    Wenn wasserdampfgesättigte Luft von 20 °C auf 14 °C abgekühlt wird, muss ein Teil des Wasserdampfes in Form von Wasser ausfallen (siehe Tab. 3.2). Rechnung:
    $$ c={c}_{\mathrm{sat},1}\hbox{--} {c}_{\mathrm{sat},2}=17,3\ \mathrm{g}/{\mathrm{m}}^3\hbox{--} 12,1\ \mathrm{g}/{\mathrm{m}}^3=5,2\ \mathrm{g}/{\mathrm{m}}^3 $$

    Aus jedem m3 Luft kondensieren 5,2 g Wasserdampf zu Tauwasser. Es wird in flüssiger Form sichtbar und ist auf kalten Oberflächen zu finden.

     
  2. 2.

    Kühlt 20 °C warme Luft mit einer relativen Luftfeuchte von 87 % auf 14 °C ab, werden insgesamt 15,1 g/m3 – 12,1 g/m3 = 3,0 g/m3 an Tauwasser ausfallen. Rechnung:

    Wasserdampfmenge der Luft bei 20 °C und 87 % relativer Luftfeuchte:
    $$ c=\phi \cdot {c}_{\mathrm{sat}}=0,87\cdot 17,3=15,1\ \mathrm{g}/{\mathrm{m}}^3 $$
    Sättigungsmenge der Luft bei 14 °C:
    $$ {c}_{\mathrm{sat}}=12,1\ \mathrm{g}/{\mathrm{m}}^3 $$
    Die Tauwassermenge Mc ergibt sich aus der Differenz zwischen c und csat:
    $$ {M}_{\mathrm{c}}=c\hbox{--} {c}_{\mathrm{sat}}=15,1\hbox{--} 12,1=3,0\ \mathrm{g}/{\mathrm{m}}^3 $$
     
  3. 3.
    Wenn 20 °C warme Luft mit einer relativen Luftfeuchte von 60 % auf 14 °C abgekühlt wird, kann kein Tauwasser ausfallen. Die relative Luftfeuchte der abgekühlten Luft liegt noch unter 100 %. Rechnung:
    $$ c={\phi}_1\cdot {c}_{\mathrm{sat},1}=\frac{60}{100}\cdot 17,3\;\mathrm{g}/{\mathrm{m}}^3=10,4\;\mathrm{g}/{\mathrm{m}}^3 $$
    $$ {\varphi}_2=\frac{c}{c_{\mathrm{sat},2}}=\frac{10,4\;\mathrm{g}/{\mathrm{m}}^3}{12,1\;\mathrm{g}/{\mathrm{m}}^3}\cdot 100=86\%<100\% $$
     

3.2.4 Taupunkttemperatur

Die Temperatur, bei der sich Tauwasser bildet, ist die Taupunkttemperatur θsat der Luft (auch „Taupunkt“ genannt). Die Taupunkttemperatur wird bestimmt durch die Lufttemperatur und die relative Luftfeuchte. Sie liegt umso näher bei der Lufttemperatur, je höher die relative Luftfeuchte ist. Abb. 3.2 verdeutlicht diese Zusammenhänge.
Abb. 3.2

Taupunkttemperatur der Luft in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte (nach W. Schüle)

Werte für die Taupunkttemperatur in Abhängigkeit von der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchte sind in Tab. 3.3 angegeben. Die Taupunkttemperatur kann auch mit Formeln berechnet werden. Siehe hierzu DIN 4108-3, Anhang C.
Tab. 3.3

Taupunkttemperatur für Wasserdampf in Luft in Abhängigkeit von der Temperatur und der relativen Luftfeuchte (nach DIN 4108-3)

Temperatur

°C

Taupunkttemperatur θsata in °C bei einer relativen Luftfeuchte von

30 %

35 %

40 %

45 %

50 %

55 %

60 %

65 %

70 %

75 %

80 %

85 %

90 %

95 %

30

10,5

12,9

14,9

16,8

18,4

20,0

21,4

22,7

23,9

25,1

26,2

27,2

28,2

29,1

29

9,7

12,0

14,0

15,9

17,5

19,0

20,4

21,7

23,0

24,1

25,2

26,2

27,2

28,1

28

8,8

11,1

13,1

15,0

16,6

18,1

19,5

20,8

22,0

23,2

24,2

25,2

26,2

27,1

27

8,0

10,2

12,2

14,1

15,7

17,2

18,6

19,9

21,1

22,2

23,3

24,3

25,2

26,1

26

7,1

9,4

11,4

13,2

14,8

16,3

17,6

18,9

20,1

21,2

22,3

23,3

24,2

25,1

25

6,2

8,5

10,5

12,2

13,9

15,3

16,7

18,0

19,1

20,3

21,3

22,3

23,2

24,1

24

5,4

7,6

9,6

11,3

12,9

14,4

15,8

17,0

18,2

19,3

20,3

21,3

22,3

23,1

23

4,5

6,7

8,7

10,4

12,0

13,5

14,8

16,1

17,2

18,3

19,4

20,3

21,3

22,2

22

3,6

5,9

7,8

9,5

11,1

12,5

13,9

15,1

16,3

17,4

18,4

19,4

20,3

21,2

21

2,8

5,0

6,9

8,6

10,2

11,6

12,9

14,2

15,3

16,4

17,4

18,4

19,3

20,2

20

1,9

4,1

6,0

7,7

9,3

10,7

12,0

13,2

14,4

15,4

16,4

17,4

18,3

19,2

19

1,0

3,2

5,1

6,8

8,3

9,8

11,1

12,3

13,4

14,5

15,5

16,4

17,3

18,2

18

0,2

2,3

4,2

5,9

7,4

8,8

10,1

11,3

12,5

13,5

14,5

15,4

16,3

17,2

17

− 0,6

1,4

3,3

5,0

6,5

7,9

9,2

10,4

11,5

12,5

13,5

14,5

15,3

16,2

16

− 1,4

0,5

2,4

4,1

5,6

7,0

8,2

9,4

10,5

11,6

12,6

13,5

14,4

15,2

15

− 2,2

− 0,3

1,5

3,2

4,7

6,1

7,3

8,5

9,6

10,6

11,6

12,5

13,4

14,2

14

− 2,9

− 1,0

0,6

2,3

3,7

5,1

6,4

7,5

8,6

9,6

10,6

11,5

12,4

13,2

13

− 3,7

− 1,9

− 0,1

1,3

2,8

4,2

5,5

6,6

7,7

8,7

9,6

10,5

11,4

12,2

12

− 4,5

− 2,6

− 0,1

0,4

1,9

3,2

4,5

5,7

6,7

7,7

8,7

9,6

10,4

11,2

11

− 5,2

− 3,4

− 1,8

− 0,4

1,0

2,3

3,5

4,7

5,8

6,7

7,7

8,6

9,4

10,2

10

− 6,0

− 4,2

− 2,6

− 1,2

0,1

1,4

2,6

3,7

4,8

5,8

6,7

7,6

8,4

9,2

aZwischenwerte dürfen näherungsweise geradlinig interpoliert werden

Beispiele zur Taupunkttemperatur

  1. 1.

    Es wird die Taupunkttemperatur für ein Raumklima mit einer Raumlufttemperatur von 20 °C und einer relativen Luftfeuchte von 50 % gesucht.

    Aus Tab. 3.3 ergibt sich als Taupunkttemperatur 9,3 °C.

    Das bedeutet, dass es zur Tauwasserbildung kommt, wenn die Luft in dem betrachteten Raum auf eine Temperatur von 9,3 °C und tiefer abgekühlt wird. Die Temperaturen der raumseitigen Bauteiloberflächen müssen daher eine Temperatur von mehr als 9,3 °C aufweisen, damit Tauwasserbildung auf ihnen ausgeschlossen wird.

     
  2. 2.

    Wie groß ist die relative Luftfeuchte in einem Raum mit einer Raumlufttemperatur von 20 °C, wenn die Taupunkttemperatur 14,4 °C beträgt?

    Aus Tab. 3.3 ergibt sich eine relative Luftfeuchte von 70 %.

     
  3. 3.
    Die Außenbauteile eines Raumes müssen umso kleineren Wärmedurchgangskoeffizienten aufweisen, je höher die relative Luftfeuchte ist, damit es an den Innenoberflächen dieser Bauteile nicht zur Tauwasserbildung kommt. Dieser Zusammenhang wird mit Hilfe der folgenden Tabelle (Tab. 3.4) deutlich.
    Tab. 3.4

    Beispiel – Taupunkttemperatur

    Lufttemperatur

    Relative

    Luftfeuchte

    Taupunkttemperatur

    Zulässige

    Temperaturdifferenz

    θ in °C

    ϕ in %

    θsat in °C

    θ – θsat in °C

    20

    30

    1,9

    <18,1

    40

    6,0

    <14,0

    50

    9,3

    <10,7

    60

    12,0

    <8,0

    70

    14,4

    <5,6

    80

    16,4

    <3,6

    90

    18,3

    <1,7

     

3.2.5 Kritische Luftfeuchte an Bauteiloberflächen

Tauwasserbildung an Bauteiloberflächen sollte im Regelfall vermieden werden, da einerseits Schädigungen der Bauteile infolge Feuchtigkeit auftreten können (z. B. durch Durchfeuchtungen, Korrosion) und andererseits die Voraussetzungen für Schimmelpilzwachstum gegeben sind. Lediglich an Fenstern und Fenstertüren gilt das Auftreten von Oberflächentauwasser als unkritisch, sofern dieses kurzfristig auftritt und vollständig wieder abtrocknet.

Mit dem Wachstum von Schimmelpilzen auf Bauteiloberflächen ist sogar zu rechnen, wenn die oberflächennahe relative Luftfeuchte Werte von 80 % und mehr annimmt und dieser Zustand mindestens eine Woche andauert. Wasser in flüssiger Form ist für das Auftreten von Schimmelpilzen nicht erforderlich. Die für das Schimmelpilzwachstum benötigten Nährstoffe sind in den meisten Baustoffen enthalten. Außerdem sind Schimmelpilze ziemlich bezüglich des Nährstoffangebotes ziemlich anspruchslos, sodass das bestehende Feuchteangebot als wesentliche Voraussetzung für das Auftreten von Schimmelpilzen anzusehen ist.

Vor diesen Hintergründen lassen die folgenden kritischen Werte der relativen Luftfeuchte (r. F.) an Bauteiloberflächen definieren:

• für Tauwasserbildung:

ϕsi,cr = 1,0 (entsprechend 100 % r. F.)

• für Schimmelpilzwachstum:

ϕsi,cr = 0,8 (entsprechend 80 % r. F.)

• für Baustoffkorrosion:

ϕsi,cr je nach Material unterschiedlich

Damit die genannten kritischen Werte für die oberflächennahe relative Luftfeuchte nicht überschritten werden, dürfen die raumseitigen Oberflächentemperaturen der Bauteile bestimmte Mindestwerte nicht unterschreiten. Diese Mindesttemperaturen hängen vom Raumklima ab, d. h. sie werden von der Raumlufttemperatur und der relativen Luftfeuchte der Raumluft bestimmt.

Als Raumklima werden folgende Randbedingungen angenommen (s. DIN 4108-3):

Raumklima (n. DIN 4108-3):

Lufttemperatur: θi = 20 °C

Relative Luftfeuchte: ϕi = 0,5 bzw. 50 %

Unter der Annahme stationärer Randbedingungen (d. h. weder Feuchteeintrag noch –entzug aus dem betrachteten Raum) ergeben sich bei dem oben angegebenen Raumklima folgende Mindestwerte θsi,min für die raumseitigen Oberflächentemperaturen:

Vermeidung von Tauwasserbildung: θsi,min = 9,3 °C

Vermeidung von Schimmelpilzwachstum: θsi,min = 12,6 °C

Die einzuhaltende niedrigste raumseitige Oberflächentemperatur θsi,min kann auch mit Hilfe folgender Formel berechnet werden:
$$ {p}_{\mathrm{sat}}\left({\theta}_{\mathrm{si},\min}\right)=\frac{p_{\mathrm{i}}}{\phi_{\mathrm{si},\mathrm{cr}}}=\frac{\phi_{\mathrm{i}}}{\phi_{\mathrm{si},\mathrm{cr}}}\cdot {p}_{\mathrm{sat}}\left({\theta}_{\mathrm{i}}\right) $$
(3.2)
Darin bedeuten:
θsi,min

Mindestwert der raumseitigen Oberflächentemperatur, in °C;

psat(θsi,min)

Sättigungsdampfdruck für den kritischen Mindestwert der raumseitigen Oberflächentemperatur, in Pa (s. a. Tab. 3.4);

psat(θi)

Sättigungsdampfdruck für die Raumlufttemperatur, in Pa;

ϕi

relative Luftfeuchte der Raumluft;

pi

Wasserdampfteildruck der Raumluft (pi = ϕi · psat,i), in Pa;

ϕsi,cr

kritischer Wert der relativen Luftfeuchte an der raumseitigen Oberfläche.

Beispiel

Für folgende Randbedingungen ist der Mindestwert der raumseitigen Oberflächentemperatur zur Vermeidung von Schimmelpilzwachstum rechnerisch zu bestimmen.

Raumklima: θi = 20 °C, ϕi = 0,5.

Kritische relative Luftfeuchte an der raumseitigen Oberfläche: ϕsi,cr = 0,8.

Die Werte für den Sättigungsdampfdruck werden aus Tab. 3.4 entnommen:
$$ {p}_{\mathrm{sat}}\left({\theta}_{\mathrm{i}}=20{}^{\circ}\mathrm{C}\right)=2337\ \mathrm{Pa} $$
Damit ergibt sich der Sättigungsdampfdruck für den kritischen Mindestwert der raumseitigen Oberflächentemperatur zu:
$$ {\displaystyle \begin{array}{l}{p}_{\mathrm{sat}}\left({\theta}_{\mathrm{si},\min}\right)=\frac{p_{\mathrm{i}}}{\phi_{\mathrm{si},\mathrm{cr}}}=\frac{\phi_{\mathrm{i}}}{\phi_{\mathrm{si},\mathrm{cr}}}\cdot {p}_{\mathrm{sat}}\left({\theta}_{\mathrm{i}}\right)\\ {}=\frac{0,5}{0,8}\cdot 2337=1461\ \mathrm{Pa}\end{array}} $$
Diesem Sättigungsdampfdruck ist folgende Temperatur zugeordnet (Tab. 3.4):
$$ {\theta}_{\mathrm{si},\min }=12,6{}^{\circ}\mathrm{C}\ \left(\mathrm{Wert}\ \mathrm{f}\ddot{\mathrm{u}}\mathrm{r}\ {p}_{\mathrm{sat}}=1458\ \mathrm{Pa}\right) $$

Die einzuhaltende, d. h. nicht zu unterschreitende raumseitige Oberflächentemperatur beträgt 12,6 °C.

3.2.6 Wasserdampfteildruck und Sättigungsdampfdruck

Die Oberfläche der Erdkugel ist von einer Lufthülle umgeben. Diese Luft hat eine Eigenlast, d. h. sie lastet auf jedem Körper mit ihrer Masse (mit ihrem Gewicht). Das ist der Luftdruck. Er beträgt etwa 1 Bar:

\( {\displaystyle \begin{array}{c}1\ \mathrm{Bar}=1000\ \mathrm{mbar}\ \left(\mathrm{Millibar}\right)\\ {}=1{0}^5\;\mathrm{Pa}\ \left(\mathrm{Pascal}\right)\\ {}\ =1000\ \mathrm{hPa}\ \left(\mathrm{Hektopascal}\right)\\ {}\ =1{0}^5\ \mathrm{N}/{\mathrm{m}}^2\ \left(\mathrm{Newton}\ \mathrm{je}\ \mathrm{Quadratmeter}\right)\end{array}} \)

Die Masse (das Gewicht) des Wasserdampfes in der Luft erzeugt einen zusätzlichen Druck. Dieser Druck ist der Wasserdampf-Partialdruck, er überlagert den Luftdruck. Der „Wasserdampf-Partialdruck“ (Wasserdampf-Teildruck) wird in der Praxis meist als „Wasserdampfdruck“ bezeichnet. Der Wasserdampfdruck ist umso größer, je feuchter die Luft ist. Er ist abhängig von der Temperatur und der relativen Feuchte der Luft; er erreicht den Höchstwert bei wasserdampfgesättigter Luft. In diesem Fall wird der Wasserdampfdruck als „Sättigungsdampfdruck“ bezeichnet.

Für wasserdampfgesättigte Luft kann zur jeweiligen Temperatur der zugehörige Sättigungsdampfdruck angegeben werden. Werte für den Sättigungsdampfdruck in Abhängigkeit von der Temperatur sind für einen Temperaturbereich zwischen 20 °C und −5 °C in Tab. 3.5 angegeben. Für weitere Werte siehe Kap.  7.
Tab. 3.5

Sättigungsdampfdruck für Wasserdampf in Luft über flüssigem Wasser bzw. über Eis in Abhängigkeit von der Temperatur (nach DIN 4108-3)

Temperatur

°C

Sättigungsdampfdruck psat in Pa

für Temperaturschritte in Zehntel °C

,0

,1

,2

,3

,4

,5

,6

,7

,8

,9

20

2337

2351

2366

2381

2395

2410

2425

2440

2455

2470

19

2196

2210

2224

2238

2252

2266

2280

2294

2308

2323

18

2063

2076

2089

2102

2115

2129

2142

2155

2169

2182

17

1937

1949

1961

1974

1986

1999

2012

2024

2037

2050

16

1817

1829

1841

1852

1864

1876

1888

1900

1912

1924

15

1704

1715

1726

1738

1749

1760

1771

1783

1794

1806

14

1598

1608

1619

1629

1640

1650

1661

1672

1683

1693

13

1497

1507

1517

1527

1537

1547

1557

1567

1577

1587

12

1402

1411

1420

1430

1439

1449

1458

1468

1477

1487

11

1312

1321

1330

1338

1347

1356

1365

1374

1383

1393

10

1227

1236

1244

1252

1261

1269

1278

1286

1295

1303

9

1147

1155

1163

1171

1179

1187

1195

1203

1211

1219

8

1072

1080

1087

1094

1102

1109

1117

1124

1132

1140

7

1001

1008

1015

1022

1029

1036

1043

1050

1058

1065

6

935

941

948

954

961

967

974

981

988

994

5

872

878

884

890

897

903

909

915

922

928

4

813

819

824

830

836

842

848

854

860

866

3

757

763

768

774

779

785

790

796

801

807

2

705

710

715

721

726

731

736

741

747

752

1

656

661

666

671

676

680

685

690

695

700

0

611

615

619

624

629

633

638

642

647

652

−0

611

615

619

624

629

633

638

642

647

652

−1

562

557

553

548

544

539

535

530

526

521

−2

517

513

509

504

500

496

492

488

484

479

−3

475

471

468

464

460

456

452

448

444

441

−4

437

433

430

426

422

419

415

412

408

405

−5

401

398

394

391

388

384

381

378

375

371

Luft, die nicht wasserdampfgesättigt ist, hat einen niedrigen Wasserdampfdruck, daher wird hierfür der Begriff Wasserdampfteildruck bzw. Wasserdampfpartialdruck verwendet.

Dieser Wasserdampfteildruck p wird aus der relativen Luftfeuchte ϕ und dem Sättigungsdruck psat bei der Temperatur θ ermittelt:
$$ p=\phi \cdot {p}_{\mathrm{sat}}\ \mathrm{in}\ \mathrm{Pa}\ \left(\mathrm{Pascal}\right) $$
(3.3)

Die relative Luftfeuchte ϕ (phi) ist als Dezimalzahl einzusetzen.

Beispiele zum Wasserdampfteildruck und Sättigungsdampfdruck

  1. 1.
    Luft mit einer Temperatur von 20 °C hat bei einer relativen Luftfeuchte von 100 % einen Sättigungsdampfdruck von:
    $$ 2337\ \mathrm{Pa}=2337\ \mathrm{N}/{\mathrm{m}}^2=23,37\ \mathrm{mbar} $$

    Dieses ist der in der feuchten Luft zusätzlich zur trockenen Luft herrschende Druck des Wasserdampfes.

     
  2. 2.
    Bei 50 % relativer Luftfeuchte beträgt der Wasserdampf-Teildruck nur 50 % des Sättigungsdampfdruckes: Für Luft mit 20 °C und 50 % r. F. ergibt sich:
    $$ \mathrm{Wasserdampfteildruck}\ p=\upphi \cdotp {p}_{\mathrm{sat}}=50\%\mathrm{von}\ 2337=0,50\cdotp 2337=1168\ \mathrm{Pa} $$
     
  3. 3.

    Ein Außenbauteil ist folgenden Klimabedingungen ausgesetzt:

     

Innenklima

θ i

= + 20 °C,

relative Luftfeuchte

ϕ i

= 50 % = 0,5

Außenklima

θ e

= −5 °C,

relative Luftfeuchte

ϕ e

= 80 % = 0,8

Es herrscht auf beiden Seiten des Bauteils folgender Wasserdampfteildruck:

innen

p i

= ϕi · psat,i

= 0,50 · 2337

= 1168 Pa

außen

p e

= ϕe · psat,e

= 0,80 · 401

= 321 Pa

Die Differenz des Wasserdampfdruckes zwischen innen und außen beträgt:
$$ \Delta p={p}_{\mathrm{i}}\hbox{--} {p}_{\mathrm{e}}=1168\hbox{--} 321=847\ \mathrm{Pa} $$

Aufgrund der Dampfdruckdifferenz wird eine Wanderung des Wasserdampfes von innen nach außen stattfinden (dem Dampfdruckgefälle folgend).

3.2.7 Feuchtegehalt von Baustoffen

Die Wassermenge, die in einem Baustoff enthalten ist, wird entweder als massebezogener oder als volumenbezogener Feuchtegehalt angegeben:
$$ \mathrm{massebezogener}\ \mathrm{Feuchtegehalt}\ {u}_{\mathrm{m}}=\frac{\mathrm{Masse}\ \mathrm{des}\ \mathrm{Wassers}\ {m}_{\mathrm{w}}}{\mathrm{Masse}\ \mathrm{des}\ \mathrm{trockenen}\ \mathrm{Baustoffs}\ {m}_{\mathrm{b}}} $$
(3.4)
$$ \mathrm{volumenbezogener}\ \mathrm{Feuchtegehalt}\ {u}_{\mathrm{v}}=\frac{\mathrm{Volumen}\ \mathrm{des}\ \mathrm{Wassers}\ {V}_{\mathrm{w}}}{\mathrm{Volumen}\ \mathrm{des}\ \mathrm{Baustoffs}\ {V}_{\mathrm{b}}} $$
(3.5)

Da beide Größen dimensionslos sind, werden sie entweder als Dezimalzahl oder in Prozent angegeben.

Der Feuchtegehalt, der sich nach einiger Zeit in einem Baustoff einstellt, wenn er einem Klima mit einer bestimmten relativen Luftfeuchte ausgesetzt ist, wird als „Gleichgewichtsfeuchte“ oder „praktischer Feuchtegehalt“ bezeichnet.

Die Gleichgewichtsfeuchte ist für einen Baustoff typisch, denn es besteht ein enger Zusammenhang zwischen Wassergehalt und relativer Luftfeuchte. Die Temperatur hat keinen bedeutenden Einfluss; sie kann für praktische Bereiche vernachlässigt werden. Die Gleichgewichtsfeuchten eines Baustoffs können durch die sogenannte „Sorptionsisotherme“ wiedergegeben werden.

Sorptionsisothermen von Baustoffen

Sorption ist die Aufnahme von Wasser durch die Baustoffe.

Isothermen sind die Verbindungslinien zwischen Punkten gleicher Temperatur oder gleicher Feuchte.

Sorptionsisothermen sind Linien für den Gleichgewichtszustand zwischen feuchter Luft und dem aufgenommenen Wassergehalt im Baustoff.

Die Menge des durch Sorption aufgenommenen Wassers ist im Wesentlichen abhängig von der Größe der inneren Oberfläche und von der Dicke der Sorptionsschicht. Die Dicke dieser Wasserschicht wird durch die relative Luftfeuchte beeinflusst und durch den Porendurchmesser begrenzt.

Abb. 3.3 zeigt Sorptionsisothermen verschiedener Baustoffe.
Abb. 3.3

Sorptionsisothermen für verschieden Baustoffe mit Angabe des Wassergehalts in Masse-%

Praktische Feuchtgehalte von Baustoffen

Der praktische Feuchtegehalt ist derjenige Wassergehalt, der bei der Untersuchung genügend ausgetrockneter Bauten in 90 % aller Fälle nicht überschritten wird. Es ist die sogenannte Ausgleichsfeuchte.

In DIN 4108 sind Anhaltswerte für den praktischen Feuchtegehalt von Baustoffen angegeben (Tab. 3.6). Diese Werte können auch als Vergleichswerte bei der Prüfung des Feuchtegehalts bewohnter Gebäude dienen. Sie geben einen Anhalt dafür, ob im Einzelfall der tatsächliche Feuchtegehalt zu hoch oder niedrig genug liegt.
Tab. 3.6

Praktische Feuchtegehalte um von Baustoffen (Anhaltswerte)

Zeile

Baustoffe

Massebezogener Feuchtegehalt

um

%

1

 

Ziegel

11

2

 

Kalksandstein

3

3

3.1

Beton mit geschlossenem Gefüge mit dichter Gesteinskörnung

2

4

4.1

Leichtbeton mit haufwerksporigem Gefüge mit dichter Gesteinskörnung nach DIN 4226-1

3

4.2

Leichtbeton mit haufwerksporigem Gefüge mit poriger Gesteinskörnung nach DIN 4226-2

4,5

5

 

Porenbeton

6,5

6

 

Gips, Anhydrit

2

7

 

Gussasphalt, Asphaltmastix

0

8

 

Anorganische Stoffe in loser Schüttung; expandiertes Gesteinglas (z. B. Blähperlit)

1

9

 

Mineralische Faserdämmstoffe aus Glas-, Stein-, Hochofenschlacken-(Hütten)Fasern

1,5

10

 

Schaumglas

0

11

 

Holz, Sperrholz, Spanplatten, Holzfaserplatten, Schilfrohrplatten und -matten, organische Faserdämmstoffe

15

12

 

Holzwolle-Leichtbauplatten

13

13

 

Pflanzliche Faserdämmstoffe aus Seegras, Holz-, Torf- und Kokosfasern und sonstigen Fasern

15

14

 

Korkdämmstoffe

10

15

 

Schaumkunststoffe aus Polystyrol, Polyurethan (hart)

1

3.3 Wassertransport (Feuchtetransport)

Der Wasser- bzw. Feuchtetransport kann auf verschiedene Weisen erfolgen:
  • Diffusion

  • laminare Strömung

  • kapillare Wasserwanderung

  • Wassertransport durch elektrokinetische Einflüsse (Osmose)

  • Luftströmung

  • Wasserverdunstung

Die verschiedenen Begriffe werden in den folgenden Abschnitten erläutert.

3.3.1 Wassertransport durch Diffusion

Diffusion bezeichnet das gegenseitige Durchdringen von Gasen oder Flüssigkeiten, auch das Durchwandern sehr kleiner Teilchen durch einen anderen Stoff. Diese kleinen Teilchen können Atome, Moleküle oder Ionen sein, die aufgrund ihrer thermischen Eigenbeweglichkeit wandern.

Es werden drei Arten der Diffusion von Wassermolekülen unterschieden (Abb. 3.4):
  • Wasserdampfdiffusion

  • Lösungsdiffusion

  • Oberflächendiffusion

Abb. 3.4

Diffusionsarten (vereinfachte Darstellung). a Wasserdampfdiffusion im Zickzack-Kurs durch die Poren des Baustoffs. b Lösungsdiffusion durch eine Flüssigkeit oder durch einen organischen Stoff. c Oberflächendiffusion in einem Flüssigkeitsfilm auf den äußeren und inneren Oberflächen eines Feststoffes

Der bedeutungsvollste Diffusionsvorgang ist die Wasserdampfdiffusion.

Wasserdampfdiffusion

Wasserdampf ist Wasser in Gasform. In der Luft kann mehr oder weniger Wasserdampf enthalten sein. Wasserdampf ist unsichtbar. Der Gehalt an Wasserdampf in der Luft kann jedoch gemessen werden. Je größer der absolute Gehalt an Wasserdampf ist, umso größer ist auch der Wasserdampfdruck. Wasserdampf folgt stets dem Dampfdruckgefälle. Ohne Einwirkung anderer Kräfte und auch gegen die Schwerkraft wird sich Wasserdampf in Richtung des Druckgefälles, also in Richtung geringerer Konzentration, bewegen. Dieser Bewegungsvorgang und das dabei stattfindende Vermischen der Dampfmoleküle wird als Diffusion bezeichnet (Abb. 3.4a).

Die Diffusionsrichtung wird stets durch den absoluten Gehalt an Wasserdampf bestimmt. Wasserdampf wird stets dorthin diffundieren, wo die Luft absolut trockener ist. Dieser Vorgang findet auch durch Baustoffe hindurch statt, da die Wassermoleküle sehr klein sind. Sie haben eine Größe von etwa 0,3 mm (1 Nanometer = 1 Millionstel Millimeter). Die (Bau-)Stoffe setzen dennoch der Diffusion einen Widerstand entgegen. Dieser Diffusionswiderstand ist umso größer, je dichter die Stoffe sind. Vor dichteren Stoffen kann es zum Stau der Diffusion kommen.

Im Winter ist der Wasserdampfdruck der Außenluft aufgrund der niedrigeren Außenlufttemperaturen selbst bei gesättigter Außenluft meist geringer als der Wasserdampfdruck der Raumluft. Es herrscht ein Dampfdruckgefälle von innen nach außen, die Diffusionsrichtung verläuft von innen nach außen. Die Temperatur fällt in den Bauteilen nach außen ab. Es wird dort Wasserdampf kondensieren, wo er die Taupunkttemperatur erreicht. Ein Teil des dampfförmigen Wassers geht in den flüssigen Aggregatzustand über. Dampf kondensiert zu Wasser.

Bei Bauteilen, die ans Erdreich anschließen oder im Grundwasser liegen, ist die Situation eine andere. Hier herrscht außen ein der Temperatur entsprechender Wasserdampf-Sättigungsdruck. Je nach den herrschenden Wasserdampfteildrücken beidseitig des betrachteten Bauteils kann hier die Diffusion von innen nach außen oder umgekehrt von außen nach innen erfolgen.

Lösungsdiffusion

Lösungsdiffusion ist die Bewegung des Wassermoleküle in einem flüssigen Stoff, in dem Wasser gelöst ist. Wasser kann aber nicht nur in Flüssigkeiten, sondern auch in organischen Stoffen gelöst sein, z. B. in Holz, Kunststoffen oder Bitumen. Es findet auch in diesen Stoffen eine Lösungsdiffusion statt (Abb. 3.4b).

Oberflächendiffusion

Oberflächendiffusion ist die Bewegung der Wassermoleküle in einem Wasserfilm, der sich auf den äußeren und inneren Oberflächen von Feststoffen gebildet hat. Die Molekülwanderung findet in Richtung des Dampfdruckgefälles statt. Das aber hat nur dann Bedeutung, wenn der Stoff sehr porös ist (also eine große innere Oberfläche besitzt) und wenn der Wasserfilm dick genug ist, der Stoff also einen hohen Wassergehalt besitzt (Abb. 3.4c).

3.3.2 Wassertransport durch kapillare Wasserwanderung

Eine Kapillare ist eine haarfeine, röhrenartige Pore. Mit Kapillarität werden die Erscheinungen bezeichnet, die infolge der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten in engen Poren und Röhrchen auftreten. Die Grenzflächenspannungen zwischen Flüssigkeit, Porenwandung und Luft sind entscheidend dafür, ob die Flüssigkeit in der Kapillare gegenüber dem äußeren Flüssigkeitsspiegel aufsteigt oder zurückbleibt (Abb. 3.5).
Abb. 3.5

Flüssigkeitsspiegel in einem Haarröhrchen (Kapillare). a höherstehender Flüssigkeitsstand mit nach oben gewölbtem Flüssigkeitsrand. b tieferliegender Flüssigkeitsstand mit nach unten gewölbtem Flüssigkeitsrand

Bei vielen Fällen der Baupraxis hat die kapillare Wasserwanderung große Bedeutung:
  • Aufsteigende Feuchte im Mauerwerk bei fehlender waagerechter Abdichtung,

  • nach innen wandernde Feuchte bei schlechter lotrechter Abdichtung im Erdreich,

  • nach innen wandernde Feuchte bei Außenwänden im Schlagregen,

  • bei Tauwasserbildung in den Bauteilen: das Tauwasser wird durch Kapillarität weitergeleitet,

  • Speicherfähigkeit von Innenwand- und -deckenflächen für schnell anfallende Feuchte in Küchen, Bädern usw.

3.3.3 Wasserverdunstung

Die Wasserverdunstung (oder kurz Verdunstung) ist eine langsamere Verdampfung. Hierbei geht also das Wasser vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand über. Die dazu notwendige Wärmemenge wird als Verdampfungswärme dem Wasser und der Umgebung entzogen. Sie beträgt bei 20 °C insgesamt 2 455 kJ je kg verdunstetes Wasser. Es entsteht dabei die sogenannte „Verdunstungskälte“.

Die Verdunstung ist der entgegengesetzte Vorgang zur Kondensation, der Tauwasserbildung.

Bauteile, durch die Wasser diffundiert, werden trocken erscheinen, wenn die durchdiffundierende Wassermenge geringer ist als an der anderen Bauteilseite verdunsten kann. Entscheidend für die Verdunstung ist der Diffusionswiderstand der Luftschicht, die den Bauteilen oder auch einer Wasseroberfläche anhaftet. Anders ausgedrückt: die verdunstete Wassermenge wird beeinflusst durch die relative Luftfeuchte, die Oberflächentemperatur und die Luftgeschwindigkeit.

Beispiele zur Wasserverdunstung

Das Austrocknungsverhalten von Beton wird in Abhängigkeit von Windgeschwindigkeit, Luftfeuchte und Temperatur in Abb. 3.6 angegeben.
  1. 1.

    Bei 20 °C Lufttemperatur, 50 % relativer Luftfeuchte, 20 °C Oberflächentemperatur und Luftgeschwindigkeit 20 km/h verdunsten von der Oberfläche 0,6 kg Wasser je m2 in 1 Stunde.

     
  2. 2.

    Bei 30 °C Lufttemperatur, 40 % relativer Luftfeuchte, 30 °C Oberflächentemperatur und Luftgeschwindigkeit 30 km/h verdunstet von der Oberfläche eine Wassermenge von 1,5 kg/(m2 · h).

     
Abb. 3.6

Verdunstende Wassermengen in Abhängigkeit von Windgeschwindigkeit, Luftfeuchte und Temperatureinflüssen

3.3.4 Wassertransport durch Luftströmung

Wind ist die übliche Art der Luftbewegung. Durch Wind können aber auch innerhalb eines Gebäudes Luftströmungen entstehen. Auf der Luvseite eines Gebäudes wird durch den äußeren Staudruck des Windes in den dort gelegenen Räumen ein höherer Luftdruck entstehen als in den Räumen auf der Leeseite, wo außen der Windsog wirkt. Außerdem ist bei hohen Gebäuden der Winddruck an derselben Gebäudeseite oben größer als unten.

Luftdruckunterschiede entstehen aber auch durch raumlufttechnische Anlagen, also durch Lüftungs- und Klimaanlagen. Räume, in die Luft eingeblasen wird, erfahren eine Erhöhung des Luftdrucks, in Räumen mit Absauganlagen wird der Luftdruck erniedrigt. Diese Druckunterschiede bewirken Luftströmungen innerhalb eines Gebäudes.

Undichtigkeiten der raumumschließenden Bauteile gestatten einen Ausgleich von Druckunterschieden zwischen Raum- und Außenluft. Die durch diese Undichtigkeiten strömende Luft führt Wasserdampf mit. Dieser Wasserdampf kondensiert, wenn beim Abkühlen die Tautemperatur erreicht wird. Hierbei können sich an diesen undichten Stellen im Laufe der Zeit Durchfeuchtungsschäden entwickeln. Undichtigkeiten in diesem Sinne sind Fugen bei gedämmten Dächern, bei Fenstern und Türen oder bei Holz- und Plattenbekleidungen. Übliche Baustoffporen bei Putz, Mauerwerk, Beton gehören jedoch nicht dazu. Diese Baustoffe gelten bei üblichen Drücken und einwandfreier Ausführung als dicht, auch wenn hierbei nicht von einer wirklichen Gasdichtigkeit gesprochen werden kann.

Die für baupraktische Belange wesentlichste Luftströmung entsteht bei natürlicher Lüftung der Räume. Der hierbei entstehende Wassertransport ist bei üblichen Verhältnissen größer als der durch andere Luftströmungen stattfindende Wassertransport.

Beispiele zum Wassertransport

  1. 1.

    Bei wärmegedämmten Schrägdächern bekommt der Wassertransport durch Luftströmung immer größere Bedeutung. In die Dachkonstruktion kann durch Luftströmung mehr Wasser eingebracht werden als durch Dampfdiffusion.

     
  2. 2.

    Bei undichten Fugen oder Anschlüssen kann eine nennenswerte Luftströmung entstehen. Sie kommt durch Druckunterschiede zustande. Druckunterschiede bewirken insbesondere bei Staudruck infolge Wind oder bei unterschiedlicher Dichte der Luft infolge Temperaturdifferenzen.

     
  3. 3.

    Bei Undichtheiten entstehen nicht nur erhebliche Wärmeverluste, siehe hierzu Kap.  2 in diesem Werk. Es findet auch ein beachtlicher Feuchteeintrag statt, indem der Wasserdampf kondensiert, der in der Luft mitgeführt wird.

     
  4. 4.

    Bei dicken Dämmschichten kann an der Außenseite eine Kondensation stattfinden, da tiefere Temperaturen, z. B. nachts, den äußeren Dachbereich stark abkühlen.

     
  5. 5.

    Eine Unterlüftung der Dachdeckung und der Unterspannbahn sollte unterbleiben. Kalte Außenluft kann zusätzlich eine Feuchtezufuhr von außen zur Folge haben.

     
  6. 6.

    Eine diffusionsbremsende bzw. diffusionshemmende Schicht („Dampfbremse“) oder sogar eine diffusionssperrende Schicht („Dampfsperre“) auf der Innenseite der Dämmung („warme“ Seite) ist erforderlich, um Wasserdampfdiffusion in die kühlen Bereiche eines Bauteils und damit Tauwasserbildung zu vermeiden. Sie muss jedoch so ausgeführt werden, dass ihre Funktion auch im Bereich aller Anschlüsse und Überlappungen gewährleistet ist. Hierbei ist besonders auf eine handwerklich saubere und fachgerechte Ausführung zu achten. Für die Begriffe diffusionsbremsend, diffusionshemmend und diffusionssperrend (siehe Abschn. 3.4.2).

     

3.3.5 Wassertransport durch laminare Strömung

Als laminare Strömung wird die langsame Sickerströmung einer Flüssigkeit durch poröse feste Stoffe bezeichnet, wobei die einzelnen Schichten der Flüssigkeit ohne Wirbelbildung aneinander vorbeigleiten.

Darcy hat das Gesetz der laminaren Sickerwasserströmung entwickelt. Es findet Anwendung bei der Berechnung von Sickerwasserströmungen in Böden und Filterschichten. Für andere Bauteile ist das Gesetz von Darcy nur anwendbar bei vollständiger Wassersättigung des Bauteils.

3.3.6 Wassertransport durch elektrokinetische Einflüsse (Osmose)

In feinporigen Stoffen vorhandenes Wasser beginnt zu fließen, wenn in diesen Stoffen ein Gefälle elektrischer Spannung wirkt. Dieser Wassertransport ist der „elektrokinetische Wassertransport“. Er wird auch als „Elektroosmose“ bezeichnet.

Der Vorgang des elektrokinetischen Wassertransports wird einerseits zur Messung einer Wasserbewegung in Böden oder Bauteilen verwendet. Andererseits kann ein vorhandener Wassertransport gebremst oder in entgegengesetzte Richtung umgelenkt werden. Dies wird bei der elektrokinetischen Mauerwerksentfeuchtung versucht. Dazu werden in der zu entfeuchtenden Wand in zwei verschiedenen Höhen Elektroden eingebaut. Ein elektrischer Strom bewirkt ein Fließen des Wassers nach unten bis die Wand ausreichend trocken ist.

3.4 Rechenwerte der Wasserdampfdiffusion

Die Wasserdampfdiffusion kann innerhalb des Bauteilsquerschnitts zur Tauwasserbildung führen. Zur Vermeidung von Schäden an den Bauteilen (z. B. Korrosion, Verminderung der Tragfähigkeit usw.) und zur Minimierung des Risikos von Schimmelpilzwachstum sowie zur Vermeidung weiterer nachteiliger Auswirkungen (z. B. Minderung des Wärmeschutzes) sind bestimmte Anforderungen einzuhalten. Diese werden in DIN 4108-3 („Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz“) geregelt.

Eine Übersicht über die für feuchteschutztechnische Berechnungen und Nachweise verwendeten Größen, deren Formelzeichen sowie Indizes sind in Tab. 3.7 angegeben.
Tab. 3.7

Größen, Formelzeichen und Einheiten sowie Indizes für feuchteschutztechnische Berechnungen (nach DIN 4108-3)

Größen

Bedeutung

Formelzeichen

Einheit

Feuchteproduktion im Raum

G

kg/h

Flächenbezogene Tauwassermasse

Mc

kg/m2

Flächenbezogene Verdunstungsmasse

Mev

kg/m2

Wärmedurchlasswiderstand

R

m2K/W

Wärmeübergangswiderstand, raumseitig

Rsi

m2K/W

Wärmeübergangswiderstand, außenseitig

Rse

m2K/W

Gaskonstante für Wasserdampf

Gv

Pa·m3/(kg·K)

Thermodynamische Temperatur

T

K

Raumvolumen

V

m3

Wasseraufnahmekoeffizient

Ww

kg/(m2·h0,5)

Wasserdampf-Diffusionsdurchlasswiderstand

Zp

m2·s·Pa/kg

Wasserdampf-Diffusionsdurchlasswiderstand bezüglich volumenbezogener Masse der Luftfeuchte

Zv

s/m

Schichtdicke

d

m

Temperaturfaktor auf der raumseitigen Bauteiloberfläche

fRsi

Wasserdampfdiffusionsstromdichte

g

kg/(m2·s)

Tauwasserrate

gc

kg/(m2·s)

Verdunstungsrate

gev

kg/(m2·s)

Luftwechselrate

n

1/h bzw. h−1

Wasserdampfteildruck

p

Pa

Sättigungsdampfdruck

psat

Pa

Wärmestromdichte

q

W/m2

Wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke

sd

m

Zeit

t

s bzw. h

Dauer der Tauperiode

tc

s

Dauer der Verdunstungsperiode

tev

s

Massebezogener Feuchtegehalt

u

kg/kg

Volumenbezogener Feuchtegehalt

w

kg/m3

Wasserdampf-Diffusionsleitkoeffizient in einem Material

δ

kg/(m·s·Pa)

Wasserdampf-Diffusionsleitkoeffizient in ruhender Luft

δ0

kg/(m·s·Pa)

Volumenbezogene Masse der Luftfeuchte (absolute Luftfeuchte)

ν

kg/m3

Raumseitige Erhöhung der absoluten Luftfeuchte gegenüber außen

Δν

kg/m3

Relative Luftfeuchte

ϕ

− bzw. %

Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit

λ

W/(m·K)

Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl

μ

Temperatur (Grad Celsius)

θ

°C

Indizes

Bedeutung

Index

Kondensation

c

Kritischer Wert

cr

Außenluft

e

Verdunstung

ev

Raumluft

i

Mindestwert

min

Oberfläche

s

Wert bei Sättigung

sat

Außenseitige Oberfläche

se

Raumseitige Oberfläche

si

Gesamtwert für ein Bauteil

T

Hinweis: Bei einigen Einheiten steht eine 1 für das Verhältnis zweier gleicher Einheiten, z. B.: kg/kg.

3.4.1 Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl

Jeder Stoff setzt der Diffusion von Wasserdampf einen entsprechenden Widerstand entgegen. Diese für den Stoff typische Widerstandsfähigkeit wird durch die Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl μ (mü) (auch „μ-Wert“ genannt) ausgedrückt. Die μ-Werte der Baustoffe können durch Diffusionsmessungen ermittelt werden, wobei die Messgenauigkeit sehr begrenzt ist. Aus diesem Grund werden in DIN 4108-4 („Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 4: Wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte“) nur Richtwerte für die Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl angegeben. Die μ-Werte sind als Grenzwerte zu verstehen, die auch die Streuungen der Baustoffeigenschaften berücksichtigen.

Die Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl μ gibt an, um wie viel höher der Widerstand des jeweiligen Stoffes gegen Wasserdampfdiffusion im Vergleich zu Luft gleicher Schichtdicke ist. Damit ist μ eine dimensionslose Verhältniszahl. Der Widerstand einer 1 m dicken Luftschicht wird gleich 1 gesetzt.

Richtwerte der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl für Baustoffe sind in Kap.  7 angegeben; siehe auch DIN 4108-4.

Beispiele zum Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl

  1. 1.

    Verschiedene Baustoffe mit unterschiedlichen Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen sind in Abb. 3.7 gegenübergestellt. Bei Berechnungen ist jeweils derjenige Wert einzusetzen, der sich für die Baukonstruktion ungünstiger auswirkt.

     
  2. 2.

    Für Normalbeton beträgt die Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl μ = 70/150. Das bedeutet, dass dieser Baustoff einen 70- bis 150-mal größeren Widerstand gegen Wasserdampf-Diffusion besitzt als Luft.

     
Abb. 3.7

Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen μ verschiedener Stoffe mit vereinfachter Darstellung des Wasserdampfdurchgangs

3.4.2 Wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke

Die wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke sd einer Baustoffschicht ist eine gegen Diffusion gleichwertige Schichtdicke (äquivalent = gleichwertig). Sie wird aus ihrer Dicke d und der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl μ des Baustoffes berechnet. Es gilt:
$$ {s}_{\mathrm{d}}=\mu \cdotp d\ {s}_{\mathrm{d}}\ \mathrm{und}\;d\;\mathrm{in}\ \mathrm{m} $$
(3.6)
In Abhängigkeit von der Größe der wasserdampfdiffusionsäquivalenten Luftschichtdicke einer Bauteilschicht wird folgende Einteilung vorgenommen:
  • diffusionsoffene Schicht: Bauteilschicht mit sd ≤ 0,5 m

  • diffusionsbremsende Schicht: Bauteilschicht mit 0,5 m < sd ≤ 10 m („Dampfbremse“)

  • diffusionshemmende Schicht: Bauteilschicht mit 10 m < sd ≤ 100 m

  • diffusionssperrende Schicht: Bauteilschicht mit 100 m < sd < 1500 m („Dampfsperre“)

  • diffusionsdichte Schicht: Bauteilschicht mit sd ≥ 1500 m

Beispiele zu wasserdampfdiffusionsäquivalenten Luftschichtdicken

  1. 1.
    Für Gipsmörtel wird ein Richtwert der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl von μ = 10 angegeben. Aus diesem Grund hat daher eine 1,5 cm dicke Gipsputzschicht den gleichen Diffusionswiderstand wie eine 15 cm dicke Luftschicht.
    $$ {\displaystyle \begin{array}{l}{s}_{\mathrm{d}}=\mu \cdotp d=10\cdotp 0,015=0,15\ \mathrm{m}\\ {}\left(\mathrm{diffusionsoffen},\mathrm{da}\;{s}_{\mathrm{d}}=0,15<0,5\ \mathrm{m}\right)\end{array}} $$
     
  2. 2.
    Der Wasserdampfdiffusionswiderstand einer 25 mm dicken Holzplatte aus Fichte (μ = 40) ist einer 1,0 m dicken Luftschicht gleichwertig.
    $$ {\displaystyle \begin{array}{l}{s}_{\mathrm{d}}=\mu \cdotp d=40\cdotp 0,025=1,0\ \mathrm{m}\\ {}\left(\mathrm{diffusionsbremsend},\mathrm{da}\;{s}_{\mathrm{d}}=1,0>0,5\ \mathrm{m}\ \mathrm{und}<10\ \mathrm{m}\right)\end{array}} $$
     
  3. 3.
    Eine 60 mm dicke Dämmschicht aus Polystyrol-Extruderschaum (μ = 80/300) hat eine wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke von 4,8 bis 18 m.
    $$ {\displaystyle \begin{array}{l}{s}_{\mathrm{d}}=\mu \cdotp d=\left(80\ \mathrm{bis}\ 300\right)\cdotp 0,060=4,8\ \mathrm{bis}\ 18\ \mathrm{m}\\ {}\left(\mathrm{diffusionshemmend}\ \mathrm{bei}\ 4,8\ \mathrm{m}\ \mathrm{bzw}.\mathrm{diffusionsbremsend}\ \mathrm{bei}\ 18\ \mathrm{m}\right)\end{array}} $$
     
  4. 4.
    Der Wasserdampfdiffusionswiderstand einer 0,2 mm dicken Polyurethan-Folie mit μ = 100 000 ist so groß wie der Widerstand einer 20 m dicken Luftschicht.
    $$ {\displaystyle \begin{array}{l}{s}_{\mathrm{d}}=\mu \cdotp d=100\ 000\cdotp 0,2\cdotp 1{0}^{\hbox{--} 3}=20\ \mathrm{m}\\ {}\left(\mathrm{diffusionsbremsend},\mathrm{da}\;{s}_{\mathrm{d}}>10\ \mathrm{m}\ \mathrm{und}<100\ \mathrm{m}\right)\end{array}} $$
     
  5. 5.
    Keramikplatten mit 15 mm Dicke setzen der Wasserdampf-Diffusion einen Widerstand entgegen, der dem Widerstand einer 1,5 bis 3 m dicken Luftschicht gleichzusetzen ist.
    $$ {\displaystyle \begin{array}{l}{s}_{\mathrm{d}}=\mu \cdotp d=\left(100\ \mathrm{bis}\ 300\right)\cdotp 0,015=1,5\ \mathrm{bis}\ 3\ \mathrm{m}\\ {}\left(\mathrm{diffusionsbremsend},\mathrm{da}\;{s}_{\mathrm{d}}>0,5\ \mathrm{m}\ \mathrm{und}<10\ \mathrm{m}\right)\end{array}} $$
     
  6. 6.
    Mauerwerk aus Porenbeton-Blocksteinen in 30 cm Dicke hat den gleichen Wasserdampfdiffusionswiderstand wie die dünnen Keramikplatten des vorigen Beispiels.
    $$ {\displaystyle \begin{array}{l}{s}_{\mathrm{d}}=\mu \cdotp d=\left(5\ \mathrm{bis}\ 10\right)\cdotp 0,30=1,5\ \mathrm{bis}\ 3\ \mathrm{m}\\ {}\left(\mathrm{diffusionsbremsend},\mathrm{da}\;{s}_{\mathrm{d}}>0,5\ \mathrm{m}\ \mathrm{und}<10\ \mathrm{m}\right)\end{array}} $$
     
  7. 7.
    PE-Folie mit einer Dicke von 1,5 mm und einer Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl von μ = 100.000.
    $$ {\displaystyle \begin{array}{l}{s}_{\mathrm{d}}=\mu \cdotp d=0,0015\cdot 100.000=150\ \mathrm{m}\\ {}\left(\mathrm{diffusionssperrend},\mathrm{da}\ {s}_{\mathrm{d}}>100\ \mathrm{m}\ \mathrm{und}<1500\ \mathrm{m}\right)\end{array}} $$
     

3.4.3 Wasserdampf-Diffusionsdurchlasswiderstand

Die Behinderung des Transports von Wasserdampf durch die Bauteile wird durch den Wasserdampf-Diffusionsdurchlasswiderstand Zp in ähnlicher Weise erfasst wie es beim Wärmetransport mit dem Wärmedurchlasswiderstand R geschieht. Beide Widerstände sind miteinander vergleichbar:

Durchlass:

Wärme

Wasserdampf

R

Zp

Da bei der Wasserdampfdampfdiffusion die Übergangswiderstände an der Bauteilinnenseite und -außenseite vernachlässigbar klein sind, kann man auch die Durchgangswiderstände miteinander vergleichen:

Durchgang:

Wärme

Wasserdampf

Rtot

Zp

Der Wasserdampfdiffusionsdurchlasswiderstand Zp einer homogenen Baustoffschicht wird mit folgender Gleichung berechnet:
$$ {Z}_{\mathrm{p}}=5\cdot 1{0}^9\cdotp \mu \cdotp d\ \mathrm{in}\ {\mathrm{m}}^2\cdotp \mathrm{s}\cdotp \mathrm{Pa}/\mathrm{kg} $$
(3.7)

Die Konstante 5 × 109 entspricht dem gerundeten Kehrwert des Wasserdampf-Diffusionsleitkoeffizienten in Luft δ0 bei einer Bezugstemperatur von 10 °C, in m·s·Pa/kg.

Bei Anordnung mehrerer homogener Baustoffschichten hintereinander wird der Gesamt-Wasserdampf-Diffusionsdurchlasswiderstand Zp des Bauteils aus den Dicken d1, d2, … dn der einzelnen Baustoffschichten und ihrer Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen μ1, μ2, … μn nach folgender Gleichung ermittelt:
$$ {Z}_{\mathrm{p}}=1,5\cdotp 1{0}^9\cdotp \left({\mu}_1\cdotp {d}_1+{\mu}_2\cdotp {d}_2+\dots {\mu}_{\mathrm{n}}\cdotp {d}_{\mathrm{n}}\right)\ \mathrm{in}\ {\mathrm{m}}^2\cdotp \mathrm{s}\cdotp \mathrm{Pa}/\mathrm{kg} $$
(3.8)

Für die Anordnung verschiedener Baustoffschichten hintereinander gilt für Bauteile, die an die Außenluft grenzen, folgende Faustregel:

Der Diffusionsdurchlasswiderstand der einzelnen Schichten sollte bei Diffusion von innen nach außen von innen nach außen abnehmen.

Bei Beachtung dieser Faustregel wird es kaum Schwierigkeiten beim Nachweis der Tauwasserbildung geben.

3.4.4 Wasserdampf-Diffusionsstromdichte

Die Dichte des Wasserdampf-Diffusionsstromes durch die Bauteile ist abhängig von der Druckdifferenz Δp = pi − pe und dem Wasserdampfdiffusionswiderstand Zp. Es ist damit die Wasserdampfdiffusionsstromdichte Zp vergleichbar mit der Wärmestromdichte q beim Wärmedurchgang:

Wärmestromdichte q
$$ q=U\cdot \left({\theta}_{\mathrm{i}}-{\theta}_{\mathrm{e}}\right)=\frac{\theta_{\mathrm{i}}-{\theta}_{\mathrm{e}}}{R_{\mathrm{T}}}=\frac{\Delta \theta }{R_{\mathrm{T}}} $$
(3.9)
Diffusionsstromdichte Zp
$$ g=\frac{p_{\mathrm{i}}-{p}_{\mathrm{e}}}{Z_{\mathrm{p}}}=\frac{\Delta p}{Z_{\mathrm{p}}} $$
(3.10)
Die Analogie zwischen Wärmestrom und Diffusionsstrom ist in Abb. 3.8 und Tab. 3.8 veranschaulicht.
Abb. 3.8

Analogie zwischen Wärmestromdichte q und Diffusionsstromdichte g

Tab. 3.8

Vergleich zwischen Wärmestromdichte und Wasserdampf-Diffusionsstromdichte

Stromdichte

Wärme

Wasserdampf

Stromgefälle (Ursache der Strömung)

Temperaturdifferenz

Δθ = θiθe

Dampfdruckdifferenz

Δp = pipe

Widerstand gegen Strömung

Wärmedurchgangswiderstand RT

Diffusionsdurchlasswiderstand Zp

Die Wasserdampfdiffusionsstromdichte g gibt an, wie viel Wasserdampf bei einem entsprechenden Druckunterschied zwischen Innen- und Außenluft durch ein Bauteil hindurch diffundiert. Die Wasserdampfmenge wird gemessen in kg je m2 Bauteilfläche in 1 Sekunde. Es gilt:

$$ g=\frac{p_i-{p}_e}{Z_p}=\frac{\Delta p}{Z_p}\ \mathrm{in}\ \mathrm{kg}/\left({\mathrm{m}}^2\cdotp \mathrm{s}\right) $$
(3.11)

Hierbei wird vom stationären Zustand ausgegangen und außerdem vorausgesetzt, dass kein Tauwasser ausfällt.

3.5 Schutz vor Tauwasser

Die wärmeschützende Wirkung der raumumschließenden Außenbauteile darf durch Wassereinwirkung nicht unzulässig vermindert werden, weder durch von außen eindringendes Niederschlagswasser noch durch innen wirksam werdende Tauwasserbildung. Wasser bzw. Feuchtigkeit darf den Wärmeschutz nicht beeinträchtigen. Dieses ist eine Grundforderung der DIN 4108 „Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden“.

DIN 4108 enthält in Teil 3 zum klimabedingten Feuchteschutz verschiedene Anforderungen, Empfehlungen und Hinweise, die zu beachten sind. Es sind dieses:
  • Vermeidung kritischer Luftfeuchten an Bauteiloberflächen;

  • Vermeidung von Tauwasserbildung im Bauteilinneren;

  • Empfehlungen für den Schlagregenschutz von Wänden;

  • Bauteile, für die kein rechnerischer Tauwasser-Nachweis erforderlich ist.

Bei der Tauwasserbildung ist zu unterscheiden:
  • Tauwasserbildung auf Bauteiloberflächen,

  • Tauwasserbildung im Bauteilinnern.

Diese beiden Fälle (Tauwasserbildung auf Bauteiloberflächen und im Bauteilinnern) werden in den nächsten Abschnitten näher behandelt.

3.5.1 Tauwasserbildung auf Bauteiloberflächen

Normalfälle (kein Nachweis zur Tauwasserbildung erforderlich):

Schäden durch Tauwasserbildung werden im Allgemeinen vermieden, wenn die Mindestanforderungen an den Wärmeschutz nach DIN 4108-2 eingehalten sind. Insbesondere im Bereich von Wärmebrücken sind die entsprechenden Anforderungen einzuhalten (z. B. fRsi ≥ 0,7 bzw. θsi ≥ 12,6 °C zur Vermeidung von Schimmelpilzwachstum).

Hierbei ist zu beachten, dass die Anforderungen für die zugrunde gelegten Klimarandbedingungen gelten (innen: 20 °C und 50 % rel. Feuchte; außen: −5 °C und 80 % rel. Feuchte).

Derartige Klimabedingungen können für beheizte, nicht klimatisierte Räume mit üblicher Nutzung angenommen werden, sofern eine ausreichende Beheizung und Lüftung stattfindet (wie z. B. bei Aufenthaltsräumen in Wohn- und Bürogebäuden einschließlich häuslicher Küchen und Bäder)

Ein rechnerischer Nachweis ist daher für diese Normalfälle in der Regel nicht erforderlich.

Weiterhin ist zu beachten, dass das kurzfristige Auftreten von Oberflächentauwasser an Fenstern und Fenstertüren als unkritisch anzusehen ist, sofern dieses wieder abtrocknet und die Beaufschlagung mit Feuchtigkeit nicht über längere Zeiträume andauert.

Sonderfälle (Nachweis der Tauwasserbildung erforderlich):

In Sonderfällen ist der Gesamt-Wärmedurchlasswiderstand Rtot des Außenbauteils rechnerisch zu ermitteln, der unter den jeweiligen raumklimatischen Bedingungen erforderlich ist, damit Tauwasserbildung auf der Oberfläche von Bauteilen vermieden wird. Solche Sonderfälle liegen bei dauernd hoher Raumluftfeuchte vor, z. B. bei Großküchen, Hallenbädern, Wäschereien. Auch in unbeheizten Kellerräumen kann die Tauwasserbildung auf Bauteiloberflächen kritisch werden. Dies gilt insbesondere im Sommer, wenn feuchtwarme Luft in unbeheizte Kellerräume gelangt und es auf den kühlen Bauteiloberflächen zur Kondensation kommt. Aus diesem Grund sollten Kellerräume bei entsprechender Witterung auf keinen Fall gelüftet werden.

3.5.2 Tauwasserbildung im Bauteilinnern

Normalfälle (kein rechnerischer Tauwasser-Nachweis erforderlich):

In DIN 4108-3 Abschnitt 5.3 sind Bauteile angegeben, für die bei ausreichendem Wärmeschutz nach DIN 4108-2 (Mindestwärmeschutz) und bei luftdichter Ausführung nach DIN 4108-7 kein rechnerischer Nachweis der Tauwasserbildung infolge Wasserdampfdiffusion erforderlich ist.

Die Angaben gelten nur für Bauteile von nicht klimatisierten Wohnräumen oder wohnähnlich genutzten Räumen sowie für die in DIN 4108-3 festgelegten Klimabedingungen (innen: 20 °C, 50 % relative Luftfeuchte; außen: −5 °C, 80 % r.F.). Ein rechnerischer Nachweis des Tauwasserausfalls bei diesen Bauteilen ist nicht erforderlich, weil entweder kein Tauwasserrisiko besteht oder das Periodenbilanzverfahren für eine Bewertung nicht geeignet ist.

Bauteile, für die kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich ist, sind in Abschn. 3.6 angegeben.

Sonderfälle (Nachweis der Tauwasserbildung erforderlich)

Wenn die Bauteile nicht den Anforderungen der DIN 4108-3 Abschnitt 5.3 (Abschn. 3.6 in diesem Werk) entsprechen oder die Randbedingungen (Klimabedingungen, Nutzung) nicht zutreffen, ist ein rechnerischer Nachweis des Tauwasserausfalls infolge Wasserdampfdiffusion erforderlich.

Will man diesen Rechenaufwand vermeiden, ist es also nötig, eine der genannten Wand bzw. Dachkonstruktionen in Abschn. 3.6 zu wählen. Das dürfte in den meisten Fällen möglich sein („Normalfall“).

Nur in Sonderfällen sind daher rechnerische Nachweise erforderlich. Die Nachweisverfahren befinden sich in Abschn. 3.7.

3.5.3 Maßnahmen gegen schädliche Auswirkungen der Tauwasserbildung

Zum Vermeiden schädlicher Auswirkungen der Tauwasserbildung im Bauteilinnern gibt es mehrere Möglichkeiten. Im Einzelfall ist abzuklären, welche dieser Möglichkeiten angewendet werden kann:
  • Absenkung der relativen Luftfeuchte im Raum

  • Veränderung der Schichtenfolge

  • Hinterlüftung einzelner Bauteilschichten

  • Wahl geeigneter Baustoffe

  • Einbau von Dampfbremsen oder Dampfsperren

  • Einbau von Entspannungsschichten oder Entlüftern

  • Beachtung der Anforderungen an Wärmebrücken

  • richtiges Nutzerverhalten (ausreichendes Lüften und Heizen).

3.5.3.1 Absenkung der relativen Luftfeuchte im Raum

Die Möglichkeit, die relative Luftfeuchte im Raum zu senken, kann in besonderen Fällen sinnvoll sein. Die Nutzung eines Raumes wird kaum geändert werden können, nur weil die Gefahr einer schädlichen Auswirkung der Tauwasserbildung besteht. Jedoch kann durch Belüftung und Entlüftung, eventuell durch eine mechanisch betriebene Lüftungsanlage, die relative Luftfeuchte gesteuert werden, mit oder ohne Wärmerückgewinnung. Die Auswirkungen auf den Lüftungswärmebedarf sind zu berücksichtigen.

3.5.3.2 Veränderung der Schichtenfolge

Die Konstruktionen sollten stets so ausgebildet werden, dass folgende Grundregel für die diffusionsäquivalenten Luftschichtdicken sd und die Wärmedurchlasswiderstände R der einzelnen Schichten eingehalten wird:

In Richtung der stattfindenden Diffusion (im Allgemeinen von innen nach außen):
  • die sd-Werte nehmen ab,

  • die R-Werte nehmen zu.

Das bedeutet:

Konstruktionen, die in Diffusionsrichtung diffusionsoffener und besser wärmegedämmt sind, verhalten sich im Allgemeinen unproblematisch. Bei anderen Konstruktionen zeigt ein rechnerischer Nachweis, ob schädliche Auswirkungen durch Tauwasser zu erwarten sind oder nicht.

3.5.3.3 Hinterlüftung einzelner Bauteilschichten

Außen oder innen liegende Bauteilschichten können durch eine Luftschicht von anderen Bauteilen abgekoppelt werden, sodass die Wasserdampfdiffusion unterbrochen wird. Bei außen liegenden Bauteilschichten mit hohen sd-Werten kann eine Luftschicht sinnvoll oder nötig sein, wenn sie eine Hinterlüftung bewirkt, z. B. Metall- oder Kunststoff-Fassaden. Die Luftschicht muss für eine Hinterlüftung bestimmte Bedingungen erfüllen, wenn sie wirkungsvoll sein sollen.

Für eine bestimmte Luftschichtdicke zwischen der hinterlüfteten Schale und den anderen Bauteilen bestehen keine bauphysikalischen Gründe. Eine Hinterlüftung verhindert auch die Übertragung von flüssigem Wasser nach innen, z. B. Schlagregen. Eine Luftschichtdicke von 20 mm reicht aus, um ein Übertragen von Wasser zu vermeiden. Damit aber das durch die hinterlüftete Schale eingedrungene Wasser schnell abgeführt wird, sind Lüftungsöffnungen am unteren und oberen Rand der hinterlüfteten Schale erforderlich. Sie sollten möglichst groß sein. Am Fußpunkt muss eventuell eindringendes Wasser oder ausfallendes Tauwasser schadlos abfließen können. Angaben zum Schlagregenschutz enthält Abschn. 3.9.

Für belüftete Dächer, die ausreichend gedämmt sind und bei denen ein Ausfall von Tauwasser nicht zu befürchten ist, enthält DIN 4108 nähere Angaben; siehe hierzu Abschn. 3.6.

Zur wärmedämmenden Wirkung von Luftschichten bei Dächern enthält Kap.  2 nähere Angaben.

3.5.3.4 Wahl der Baustoffe

Bei einschichtigem Wandaufbau ist der sd-Werte des Baustoffs von untergeordneter Bedeutung. Bei Außendämmungen spielt der sd-Wert der Dämmung keine große Rolle. Bei Innendämmungen oder Kerndämmungen ist die Wahl geeigneter Baustoffe zum Vermeiden von Tauwasser wichtig; zumal dann, wenn die Schichtenfolge nicht verändert werden kann. Günstiger sind hierbei Dämmstoffe mit größerem Diffusionswiderstand.

Bei Flachdächern liegt – mit Ausnahme beim Umkehrdach – im Allgemeinen die Abdichtung über der Dämmung. Hierbei ist eine dampfdurchlässige Kunststoffdichtungsbahn günstiger als eine Bitumendichtungsbahn. Vorhandene Dämmschichten, die unter einer dampfundurchlässigen Dichtungsbahn durch Tauwasser feucht geworden sind, können unter einer dampfdurchlässigen Dichtungsbahn im Laufe der Zeit wieder „austrocknen“.

3.5.3.5 Einbau einer diffusionshemmenden oder diffusionssperrenden Schicht

Bei Bauteilen, die vor einer schädlichen Auswirkung der Tauwasserbildung zu schützen sind, kann der Einbau einer diffusionshemmenden Schicht (sd > 10 m) oder einer diffusionssperrenden Schicht (sd > 100 m) (Dampfsperre) sinnvoll oder erforderlich sein. Dadurch wird der Diffusionsstrom behindert. Im zu schützenden Bereich ist der Dampfdruck geringer, im anderen Bereich allerdings höher. Diffusionshemmende oder diffusionssperrende Schichten sollten daher möglichst nahe an jene Bauteiloberfläche gelegt werden, die dem kritischen Klima ausgesetzt ist, von dem die Tauwasserbildung ausgeht. Dabei kann eine Pufferschicht auf der Dampfsperre das ausfallende Tauwasser aufnehmen und später an die Raumluft wieder abgeben. Außerdem ist die diffusionshemmende bzw. diffusionssperrende Schicht gegen mechanische Beschädigung zu schützen.

Diffusionshemmende bzw. diffusionssperrende Schichten können zusätzlich die Funktion der Luftdichtheitsschicht gegen einströmende Luft übernehmen. Bei konventionell abgedichteten Flachdächern wirken sie als zweite Dichtungsschicht und können als Notdichtung bis zur Fertigstellung der gesamten Flachdachkonstruktion genutzt werden.

3.5.3.6 Einbau von Entspannungsschichten oder Entlüftern

Dampfdruck-Entspannungsschichten sollten bei relativ dichten Schichten den Dampfdruck abbauen. Diese Entspannungsschichten verringern jedoch trotz einer gewissen Porosität den Wasserdampfteildruck innerhalb eines Bauteils nicht. Sie können daher eine Tauwasserbildung nicht verhindern. Sie sind auch nicht imstande, das ausfallende Tauwasser in geeigneter Zeit verdunsten zu lassen.

Entspannungsschichten sind dort einsetzbar, wo Abdichtungen mit hohen Temperaturen (z. B. bituminöse Abdichtungen) auf feuchte Bauteile aufgebracht werden müssen. Das in den Bauteilen enthaltene Wasser verdampft beim Erhitzen und erzeugt dann keine Blasen, wenn das verdampfende Wasser durch die Porenkanälen der Entspannungsschicht entweichen werden kann.

Entspannungsschichten können bei Dächern auch über Dämmschichten eingebaut werden, um die in der Dämmung enthaltene Luft zwischen Dampfsperre und Abdichtung zu entspannen, wenn sich die Luft bei Erwärmung ausdehnen will ihr Volumen vergrößert.

Dachentlüfter, die in die Dichtungsschicht flacher oder schwach geneigter Dächer eingebaut werden, haben nur eine geringe Wirkung. Wie Entspannungsschichten können auch sie die Wärmedämmschichten nicht wirkungsvoll entfeuchten. Eine Austrocknung durch Strömung kann nicht stattfinden. Eine Austrocknung durch Diffusion setzt einen wirksamen Unterschied des Gesamtdrucks voraus, der in den Belüftungskanälen nicht vorhanden ist.

3.5.3.7 Anforderungen an Wärmebrücken

Die wichtigste Maßnahme zur Vermeidung von Tauwasserbildung sowie zur Verhinderung kritischer oberflächennaher Luftfeuchten ist die Beachtung der Anforderungen an Wärmebrücken. Diese sind zusammen mit den Randbedingungen für die Berechnung und Maßnahmen zur Vermeidung von Schimmelpilzbildung in DIN 4108-2 („Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden – Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz“) angegeben. Weitere Regelungen zur Berechnung von Wärmebrücken enthält DIN EN ISO 10211 („Wärmebrücken im Hochbau – Wärmeströme und oberflächentemperaturen – Detaillierte Berchnungen“). Beispielhafte Planungs- und Ausführungsbeispiele für Wärmebrücken sind im Beiblatt 2 der DIN 4108 („Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden – Wärmebrücken – Planungs- und Ausführungsbeispiele“) angegeben. Sämtliche Ausführungsbeispiele, die im Beiblatt 2 der DIN 4108 aufgeführt sind, erfüllen die Anforderungen hinsichtlich der Vermeidung kritischer Luftfeuchten, d. h. diese Konstruktionen gewährleisten eine relative oberflächennahe Luftfeuchte von ϕsi,cr ≤ 80 % bzw. eine Innenoberflächentemperatur von θsi ≥ 12,6 °C. Für Wärmebrücken, die nicht exakt den Ausführungsbeispielen des Beiblattes 2 der DIN 4108 entsprechen aber in ihrer Konstruktion einem der Beispiele ähneln, können die Anforderungen durch einen Gleichwertigkeitsnachweis erbracht werden.

Bei der Planung eines Gebäudes sollten bezüglich Wärmebrücken folgende Grundregeln beachtet werden:
  1. 1.

    Wärmebrücken sind nach Möglichkeit zu vermeiden.

     
  2. 2.

    Nicht vermeidbare Wärmebrücken müssen den normativen Anforderungen entsprechen (d. h. Ausführungsbeispiele nach Beiblatt 2 der DIN 4108 oder gleichwertige Konstruktionen sowie Wärmebrücken mit ϕsi,cr ≤ 80 % bzw. θsi ≥ 12,6 °C).

     

Auswirkungen von Wärmebrücken:

  • Bei zunehmender Erhöhung der Wärmedämm-Maßnahmen der einzelnen Bauteile kann der Anteil an Wärmeverlusten im Bereich von Wärmebrücken erheblich sein.

  • Durch Wärmebrücken entstehen infolge des erhöhten Wärmedurchgangs raumseitig die tiefsten Oberflächentemperaturen.

  • Niedrige Oberflächentemperaturen beeinträchtigen die Behaglichkeit der Bewohner, es entsteht der Eindruck, dass es „zieht“.

  • Diese Schwachstellen im Bereich von Wärmebrücken bilden die Voraussetzung für das Entstehen von Tauwasserschäden.

  • Eine Tauwasserbildung findet dort statt, wo die örtliche Oberflächentemperatur die Taupunkttemperatur unterschreitet. Schimmelpilzbildungen sind die Folge.

  • Schimmelpilzbildungen können auch ohne Tauwasserbildung bereits bei Luftfeuchten von etwa 80 % und mehr auftreten, wenn je nach Oberflächenmaterial genügend lange Feuchtigkeit über Kapillarkondensation aufgenommen wurde.

  • Vorbeugende Maßnahmen gegen Schimmelpilzwachstum sind u. a. in DIN Fachbericht 4108-8 („Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 8: Vermeidung von Schimmelwachstum in Wohngebäuden“) sowie in der Schrift „Schimmelpilz-Leitfaden“ (Leitfaden zur Vorbeugung, Untersuchung, Bewertung und Sanierung von Schimmelpilzwachstum in Innenräumen) der Innenraumlufthygiene-Kommission des Umweltbundesamtes (www.umweltbundesamt.de) angegeben.

3.5.3.8 Richtiges Nutzerverhalten

Bauliche Mängel und/oder falsches Nutzerverhalten sind die Voraussetzungen für Schimmelbildung. Schimmelpilzwachstum findet die passenden Voraussetzungen, wenn genügend Feuchtigkeit vorhanden ist und das Material der Bauteiloberfläche die notwendigen Nährstoffe bereithält, wie dies beispielsweise bei Holz und Tapeten oder Staubablagerungen der Fall ist. Das Problem liegt häufig darin, dass die Nutzer von Wohnungen gar nicht wissen, wie sie richtig lüften und heizen müssen, um schädliche Auswirkungen der Tauwasserbildung zu vermeiden.

Tipps für richtiges Lüften verschiedener Räume (nach Schimmelpilz-Leitfaden)

  • Allgemein: Um die Feuchte in Räumen zu verringern, sollte vorzugsweise mehrmals täglich eine kurze Stoßlüftung stattfinden, bei der die Fenster etwa 5 bis 10 Minuten weit geöffnet werden. In der kalten Jahreszeit die Fenster über längere Zeit angekippt zu halten, führt zur Abkühlung der angrenzenden Bauteile und somit zur Tauwasserbildung.

  • Bad: Nach dem Duschen das Wasser von Wänden und Boden entfernen, damit das Wasser nicht durch Lüften abgeführt werden muss. Dies gilt insbesondere für Bäder mit ungenügender Lüftungsmöglichkeit. Sofern Fenster im Bad vorhanden sind: Nach dem Duschen die Fenster im Bad kurzfristig weit öffnen.

    Nasse Handtücher und Wände im Bad enthalten noch viel Wasser, was zu hoher relativer Luftfeuchte im Bad führen kann. Es kann hilfreich sein, nach dem Lüften die Türen zu anderen beheizten Räumen offen zu halten.

    Bei kleinen fensterlosen Bädern ist das Installieren einer möglichst über Feuchtesensoren gesteuerten, mechanischen Lüftung zu empfehlen.

  • Küche: Mit einem Dunstabzug kann nicht nur der Kochdunst, sondern auch viel Feuchtigkeit aus der Küche nach außen abgeführt werden, ebenso die Verbrennungsgase beim Kochen mit Gas.

    Dunstabzüge mit Umluftführung verringern nicht die Luftfeuchtigkeit in der Küche, sie sind daher ungeeignet.

  • Schlafzimmer: Schlafzimmer sind häufig Räume, die wenig beheizt werden. Diese Räume sollten nicht mit warmer Luft aus anderen Räumen (z. B. abends aus dem Wohnzimmer) aufgewärmt werden, da es sonst zur Tauwasserbildung im Schlafzimmer kommen kann.

    Nach der Nutzung des Schlafzimmers soll durch gutes Lüften die Feuchtigkeit abgeführt werden, die jeder Schlafende abgibt. Damit kann Tauwasserbildung vermieden werden.

  • Kühle Räume: Für kühle Räume gilt das gleiche wie für Schlafzimmer: Nicht durch Luft aus beheizten Räumen aufwärmen, da sonst Tauwassergefahr besteht.

  • Wenig benutzte Räume: Räume, die längere Zeit nicht benutzt und beheizt wurden, sollten vor der Benutzung gut gelüftet werden, nicht nur um Frischluft hineinzulassen, sondern auch im Feuchtigkeit abzuführen.

  • Räume während längerer Abwesenheit: Da in Abwesenheit die Fenster einer Wohnung nicht offen bleiben und auch nicht täglich geöffnet werden können, sollten die Innentüren offen gehalten werden. Damit kann sich die Feuchte aus den noch feuchten Räumen (z. B. Küche und Bad) über alle Räume verteilen und somit unschädlich bleiben.

  • Keller: Keller sind kühle Räume, in denen die Wandtemperatur auch im Sommer recht niedrig ist. Die Außenluft hat im Sommer eine höhere Temperatur und einen höheren Feuchtegehalt. Lüften führt dann nicht zum „Abtrocknen“, sondern zu weiterem Feuchteeintrag in den Kellern und somit zur Tauwasserbildung.

    Für Keller gilt das gleiche wie für kühle Räume: Nicht durch Luft aus beheizten Räumen aufwärmen, da sonst Tauwassergefahr besteht. Für Tauwasserbildung kann es genügen, wenn warme Luft aus beheizten Räumen über das offene Treppenhaus in den Keller gelangt.

    Hochwertig genutzte Räume in Kellern (z. B. Gästezimmer, Hobbyräume) müssen ausreichend wärmegedämmt sein, sowie ständig beheizt und auch gelüftet werden, wenn Schimmelbildung verhindert werden soll.

3.6 Bauteile, für die kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich ist

3.6.1 Allgemeines

Für bestimmte Bauteile ist kein rechnerischer Nachweis des Tauwasserausfalls nach dem Periodenbilanzverfahren (Glaserverfahren) nach Abschn. 3.7 erforderlich. Es wird dabei vorausgesetzt, dass diese Bauteile einen ausreichenden Wärmeschutz nach DIN 4108-2 (Mindestwärmeschutz) aufweisen und darüber hinaus luftdicht nach DIN 4108-7 ausgeführt sind. Außerdem gelten die Regeln nur für Bauteile von nicht klimatisierten Wohnräumen oder wohnähnlich genutzten Räumen. Ein rechnerischer Tauwassernachweis ist für diese Bauteile nicht erforderlich, da entweder kein Risiko der Tauwasserbildung besteht oder das Periodenbilanzverfahren für eine Beurteilung nicht geeignet ist.

Die bezüglich des Tauwasserausfalls nicht nachzuweisenden Bauteile werden im Abschnitt 5.3 der DIN 4108-3 beschrieben. Nachfolgend werden die wichtigsten Regeln in Kurzform angegeben, für nähere Informationen wird auf die Norm verwiesen.

Bei Bauteilen in Holzbauweise sind außerdem die Regeln des baulichen Holzschutzes nach DIN 68800-2 zu beachten.

3.6.2 Außenwände

3.6.2.1 Außenwände aus Mauerwerk oder Beton

Für folgende Außenwände aus Mauerwerk oder Beton ist kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich (Abb. 3.9):
  • Wände aus Mauerwerk nach DIN EN 1996-1-1

  • Wände aus Normalbeton nach DIN EN 206 bzw. DIN 1045-2

  • Wände aus gefügedichtem Leichtbeton nach DIN 1045-2, DIN EN 206 und DIN EN 1992-1-1

  • Wände aus haufwerksporigem Leichtbeton nach DIN 4213, DIN EN 992 und DIN EN 1520

Abb. 3.9

Außenwände, für die kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich ist

Alle genannten Wandkonstruktionen jeweils mit Innenputz und bestimmten Außenschichten (wasserabweisender Außenputz, angemörtelte oder angemauerte Bekleidungen, hinterlüftete Außenwandbekleidungen, Außendämmungen, wasserabweisender Wärmedämmputz oder Wärmedämmverbundsystem (WDVS), Verblendmauerwerk); genaue Angaben siehe Norm.

3.6.2.2 Wände mit Innendämmung

Für Wände mit Innendämmung mit folgenden Eigenschaften ist kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich (Abb. 3.10):
  • Die Wand darf keiner Beanspruchung durch Schlagregen ausgesetzt sein.

  • Wärmedurchlasswiderstand der Innendämmung R ≤ 0,5 m2K/W.

  • Bei R > 0,5 m2K/W und R ≤ 1,0 m2K/W muss die Dämmschicht einschließlich der raumseitigen Bekleidung ein sd,i > 0,5 m aufweisen.

  • Ein Einströmen von Raumluft in bzw. hinter die Innendämmung ist zu vermeiden.

Abb. 3.10

Wände mit Innendämmung, für die kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich ist

3.6.2.3 Wände in Holzbauart

Für Wände in Holzbauart (nach DIN 68800-2) in folgenden Varianten ist kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich:
  1. a)

    Mit beidseitiger Bekleidung oder Beplankung mit vorgehängter Außenwandbekleidung und raumseitiger diffusionshemmender Schicht mit sd,i ≥ 2 m sowie außenseitiger diffusionsoffener Schicht mit sd,e ≤ 0,3 m oder Holzfaserdämmplatte n. DIN EN 13171. Diese Forderungen gelten auch für nicht belüftete Außenwandbekleidungen aus kleinformatigen Elementen, bei denen sich auf der äußeren Beplankung eine wasserableitende Schicht mit sd,e ≤ 0,3 m befindet.

     
  2. b)

    Mit raumseitiger Bekleidung oder Beplankung und einer raumseitigen diffusionshemmenden Schicht mit sd,i ≥ 2,0 m und mit einem Wärmedämmverbundsystem (WDVS) aus Mineralfaserdämmstoff n. DIN EN 13162 oder Holzfaserdämmplatten n. DIN EN 13171 und wasserabweisendem Putz mit sd ≤ 0,7 m.

     
  3. c)

    Mit beidseitiger Bekleidung oder Beplankung mit raumseitiger diffusionshemmender Schicht mit sd,i ≥ 2,0 m und einer äußeren Beplankung mit sd ≤ 0,3 m mit einem WDVS aus Mineralfaserdämmstoff n. DIN EN 13162 oder Holzfaserdämmplatten n. DIN EN 13171 sowie wasserabweisendem Putz mit sd ≤ 0,7 m.

     
  4. d)

    Aus Elementen mit beidseitiger Bekleidung oder Beplankung mit einem WDVS aus Polystyrol oder einer Vorsatzschale aus Mauerwerk n. DIN 68800-2, Anhang A.

     

3.6.2.4 Holzfachwerkwände

Für Holzfachwerkwände mit raumseitiger Luftdichtheitsschicht in folgender Ausführung ist kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich:
  1. a)

    Mit wärmedämmender Ausfachung sowie einer Innenbekleidung mit 1 m ≤ sd,i ≤ 2 m.

     
  2. b)

    Mit Innendämmung (im Bereich Fachwerk und Gefach) bei Wänden ohne Schlagregenbeanspruchung mit R ≤ 0,5 m2K/W. Bei einem Wärmedurchlasswiderstand von 0,5 ≤ R ≤ 1,0 m2K/W ist ein sd von 1 m ≤ sd,i ≤ 2 m einzuhalten (Wärmedämmung einschl. raumseitiger Bekleidung). Das Einströmen von Raumluft in bzw. hinter die Innendämmung ist zu verhindern.

     
  3. c)

    Mit Außendämmung (im Bereich Fachwerk und Gefach) mit einem WDVS und mit sd,e ≤ 2 m der äußeren Konstruktionsschichten; alternativ mit hinterlüfteter Außenwandbekleidung.

     

3.6.2.5 Erdberührte Kelleraußenwände mit Bauwerksabdichtung

Für folgende erdberührte Kelleraußenwände mit Bauwerksabdichtung ist kein rechnerischer tauwassernachweis erforderlich:
  • Wände aus einschaligem wärmedämmendem Mauerwerk oder

  • Wände aus Mauerwerk bzw. Beton mit Perimeterdämmung.

3.6.2.6 Bodenplatten mit Perimeterdämmung mit Bauwerksabdichtung:

Für Bodenplatten mit Perimeterdämmung mit Bauwerksabdichtung ist kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich, wenn der Anteil der raumseitigen Schichten am Gesamtwärmedurchlasswiderstand der Bodenplatte nicht mehr als 20 % beträgt.

3.6.3 Dächer

Für Dächer, bei denen kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich ist, gelten die folgenden allgemeinen Regelungen (Abschn. 3.6.3.1). Zusätzlich sind bauartspezifische Regeln für nicht belüftete und belüftete Dächer zu beachten (siehe Abschn. 3.6.3.2 und 3.6.3.3).

3.6.3.1 Allgemeine Regelungen

Dächer, für die kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich ist, müssen die folgenden Anforderungen erfüllen:
  • Dachdeckungen müssen regensicher sein. Diese Forderung wird bei Dachdeckungen mit Dachziegeln, Dachsteinen, Schiefer und Metallblechen erfüllt, wenn die erforderliche Dachneigung eingehalten wird und zusätzlich regensichernde Maßnahmen wie z. B. Unterdächer, Unterdeckungen oder Unterspannungen angeordnet werden.

  • Dachabdichtungen müssen wasserdicht sein. Diese Forderung wird bei Abdichtungen mit Dachabdichtungsstoffen wie z. B. Bitumen- und Polymerbitumenbahnen, Kunststoff- und Elastomerbahnen oder Flüssigkunststoffen erfüllt. Weiterhin müssen Dachabdichtungen bis zum oberen Rand der An- und Abschlüsse und im Bereich von Durchdringungen wasserdicht sein. Es sind bestimmte Mindest-Anschlusshöhen einzuhalten; siehe hierzu die Regeln der DIN 18531 sowie der Flachdachrichtlinie.

3.6.3.2 Anforderungen an belüftete Luftschichten und belüftete Dachdeckungen

Weiterhin werden Anforderungen an die Eigenschaften von belüfteten Luftschichten und belüftete Dachdeckungen gestellt. Diese sind abhängig von der Dachneigung:

a) Dachneigung ≥ 5°

  • Der freie Lüftungsquerschnitt im Dachquerschnitt muss eine Höhe von ≥2 cm aufweisen (Abb. 3.11). Dies gilt für die gesamte Dachfläche, lokale Unterschreitungen aufgrund von Maßtoleranzen oder Einbauten sind zulässig.

  • An den Traufen (Dachränder) bzw. an Traufe und Pultdachabschluss muss der freie Lüftungsquerschnitt ≥2 %o bezogen auf die zugehörige Dachfläche betragen, mindestens jedoch 200 cm2/m (Abb. 3.12).

  • Am First und Grat sind Lüftungsquerschnitte von 0,5 %o der zugehörigen Dachfläche betragen, mindestens jedoch 50 cm2/m.

Abb. 3.11

Höhe des freien Lüftungsquerschnitts bei Dächern mit einer Dachneigung ≥ 5°; (1) belüftete Dachdeckung (Dachdeckung auf Trag- und Konterlattung), (2) Dachabdichtung mit zusätzlicher belüfteter Luftschicht (Dachabdichtung auf Konterlattung und Schalung), (3) belüftete Luftschicht, (4) regensichernde Zusatzmaßnahme, Unterdeckbahn, (5) Zwischensparrendämmung, (6) Sparren, (7) Schicht zur Begrenzung des Diffusionsstroms, (8) raumseitige Bekleidung mit Unterkonstruktion, ggfs. einschl. Dämmung (in Anlehnung an DIN 4108-3:2018-10, Bild 1)

Abb. 3.12

Definition der zugehörigen Dachfläche bei Traufe und Grat (in Anlehnung an DIN 4108-3:2018-10, Bild 2)

b) Dachneigung < 5°

  • Die Länge der Sparren bzw. die Länge des Luftraums darf nicht größer als 10 m sein. Hiermit ist die Entfernung zwischen der Zuluft- und Abluftöffnung gemeint.

  • Die Lüftungsquerschnitte müssen mindestens 2 %o der zugehörigen Dachfläche betragen, mindestens jedoch 200 cm2/m. Die Lüftungsquerschnitte sind an jeweils gegenüberliegenden Dachrändern anzuordnen.

  • Die Höhe des freien Lüftungsquerschnitts über der Wärmedämmung muss mindestens 2 %o der zugehörigen Dachfläche betragen; es werden jedoch mindestens 5 cm gefordert (Abb. 3.13). Die freie, durchgehende Lüftungshöhe ist für eine einwandfreie Lüftung des Luftraums erforderlich. Außerdem muss eine freie Anströmung der Öffnungen sichergestellt sein. Maßtoleranzen sind bei der Planung des Lüftungsquerschnitts zu beachten.

Abb. 3.13

Höhe des freien Lüftungsquerschnitts bei Dächern mit einer Dachneigung < 5°; (1) Dachabdichtung auf Schalung, (2) belüftete Luftschicht, (3) Konterlatten, (4) Unterdeckbahn, (5) Zwischensparrendämmung, (6) Sparren, (7) Schicht zur Begrenzung des Diffusionsstroms, (8) raumseitige Bekleidung mit Unterkonstruktion, ggfs. mit Dämmung (in Anlehnung an DIN 4108-3:2018-10, Bild 3)

3.6.3.3 Nicht belüftete Dächer

Der Wärmedurchlasswiderstand der Bauteilschichten, die unterhalb einer raumseitigen diffusionshemmenden oder diffusionsdichten Schicht liegen, darf höchstens 20 % des Gesamtwärmedurchlasswiderstands betragen. Bei inhomogenen Querschnitten mit nebeneinanderliegenden Bereichen mit unterschiedlichen Wärmedurchlasswiderständen gilt diese Forderung für den Gefachbereich.

Für folgende nicht belüftete Dächer ist kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich:

a) Nicht belüftete Dächer mit Zwischensparrendämmung und Aufsparrendämmung

Für nicht belüftete Dächer mit Zwischensparrendämmung und Aufsparrendämmung nach Abb. 3.14 und 3.15 ist kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich, sofern die Bedingungen nach Tab. 3.9 eingehalten werden.
Abb. 3.14

Nicht belüftete Dächer mit Zwischensparrendämmung (und ggfs. Aufsparrendämmung) und nicht belüftete Dächer mit Aufsparrendämmung; (1) belüftete Dachdeckung (Dachdeckung auf Trag- und Konterlattung) oder nicht belüftete Dachdeckung mit darunter liegender belüfteter Luftschicht (Dachdeckung auf Konterlattung, Schalung und Vordeckung) oder Dachabdichtung mit darunter liegender belüfteter Luftschicht (Dachabdichtung auf Konterlattung und Schalung), (2) belüftete Luftschicht, (3) sd,e Unterdeckung, ggfs. einschl. Schalung, (4) sd,e Unterdeckung und Aufsparrendämmung, (5) Zwischensparrendämmung, (6) Sparren, (7) sd,i, (8) raumseitige Bekleidung mit Unterkonstruktion, ggfs. einschl. Dämmung, (9) Schalung (in Anlehnung an DIN 4108-3:2018-10, Bild 4)

Abb. 3.15

Nicht belüftete Dächer mit Aufsparrendämmung; (1) belüftete Dachdeckung (Dachdeckung auf Trag- und Konterlattung) oder nicht belüftete Dachdeckung mit darunter liegender belüfteter Luftschicht (Dachdeckung auf Konterlattung, Schalung und Vordeckung) oder Dachabdichtung mit darunter liegender belüfteter Luftschicht (Dachabdichtung auf Konterlattung und Schalung), (2) belüftete Luftschicht, (3) sd,e Unterdeckung, (4) Aufsparrendämmung, (5) sd,i, (6) Schalung, (7) Sparren, (8) Luftschicht, (9) raumseitige Bekleidung mit Unterkonstruktion, ggfs. einschl. Dämmung, (in Anlehnung an DIN 4108-3:2018-10, Bild 5)

Tab. 3.9

Zuordnung der sd-Werte für Dächer nach Abb. 3.14 (in Anlehnung an DIN 4108-3:2018-10, Tab. 3)

Wasserdampfäquivalente Luftschichtdicke nicht belüfteter Dächer mit Zwischensparrendämmung und Aufsparrendämmung

sd

außen

sd,e

innen

sd,i

sd,e ≤ 0,1 m

sd,i ≥ 1,0 m

0,1 m < sd,e ≤ 0,3 m

sd,i ≥ 2,0 m

0,3 m < sd,e ≤ 2,0 m

sd,i ≥ 6 × sd,e

Erläuterung:

sd,e: Summe der Werte der wasserdampfäquivalenten Luftschichtdicken aller Schichten, die sich oberhalb der Wärmedämmschicht befinden bis zur ersten belüfteten Luftschicht.

sd,i: Summe der Werte der wasserdampfäquivalenten Luftschichtdicken aller Schichten, die sich unterhalb der Wärmedämmschicht befinden.

b) Nicht belüftete Dächer mit Aufsparrendämmung

Für nicht belüftete Dächer mit Aufsparrendämmung n. Abb. 3.15 ist kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich, sofern die Bedingungen nach Tab. 3.10 eingehalten werden.
Tab. 3.10

Zuordnung der sd-Werte für Dächer nach Abb. 3.15 (in Anlehnung an DIN 4108-3:2018-10, Tab. 4)

Wasserdampfäquivalente Luftschichtdicke nicht belüfteter Dächer mit Aufsparrendämmung

sd

außen

sd,e

innen

sd,i

sd,e ≤ 0,5 m

sd,i ≥ 10 m

sd,e > 0,5 m

sd,i ≥ 100 m

Erläuterung:

sd,e: Summe der Werte der wasserdampfäquivalenten Luftschichtdicken aller Schichten, die sich oberhalb der Wärmedämmschicht befinden bis zur ersten belüfteten Luftschicht.

sd,i: Summe der Werte der wasserdampfäquivalenten Luftschichtdicken aller Schichten, die sich unterhalb der Wärmedämmschicht befinden.

c) Nicht belüftete Dächer bei bestehenden Dachkonstruktionen

Für nicht belüftete, bestehende Dächer nach Abb. 3.16 ist kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich, sofern die Anforderungen nach Tab. 3.11 eingehalten werden.
Abb. 3.16

Nicht belüftete, bestehende Dächer; (1) belüftete Dachdeckung (Dachdeckung auf Trag- und Konterlattung) oder nicht belüftete Dachdeckung mit darunter liegender belüfteter Luftschicht (Dachdeckung auf Konterlattung, Schalung und Vordeckung) oder Dachabdichtung mit darunter liegender belüfteter Luftschicht (Dachabdichtung auf Konterlattung und Schalung), (2) belüftete Luftschicht, (3) Unterdeckung mit sd ≤ 0,5 m, (4) Vollholz-Brettschalung, Nenndicke ≤24 mm, (5) Aufsparrendämmung: Holzfaser n. DIN EN 13171, Mineralwolle n. DIN EN 13162, PU mineralvlieskaschiert n. DIN EN 13165 mit einer Mindestdicke von 50 mm, Phenolharz-Hartschaumdämmung n. DIN EN 13166 mit einer Mindestdicke von 50 mm, (6) Mineralwolle-Zwischensparrendämmung, Dicke 12 bis 20 cm, (7) Sparren aus Holz, Höhe 12 bis 20 cm, (8) durchgehende lineare Anpressung, (9) Schicht mit variablem sd-Wert nach Tab. 3.11, (10) raumseitige Bekleidung mit Unterkonstruktion, ggfs. einschl. Dämmung, (in Anlehnung an DIN 4108-3:2018-10, Bild 6)

Tab. 3.11

Anforderungen an Schichten mit variablem sd-Wert für Dächer nach Abb. 3.16 (in Anlehnung an DIN 4108-3:2018-10, Tab. 5)

Art der diffusionshemmenden Schicht

Luftfeuchte

Wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke

Schichten mit variablem Wasserdampfdiffusionswiderstand

90 % ± 2 % („feucht“)

sd,feucht ≤ 0,5 m

(gemessen bei einer mittleren relativen Luftfeuchte von 90 % ± 2 %)

25 % ± 2 % („trocken“)

sd,trocken ≤ 0,5 m

(gemessen bei einer mittleren relativen Luftfeuchte von 25 % ± 2 %)

d) Nicht belüftete Dächer mit diffusionsdichter Untersparrendämmung

Für nicht belüftete Dächer mit diffusionsdichter Untersparrendämmung nach Abb. 3.17 ist kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich, sofern die folgenden Bedingungen eingehalten werden:
  • sd,i ≥ 10 m

  • sd,e ≤ 0,5 m

Abb. 3.17

Nicht belüftete Dächer mit diffusionsdichter Untersparrendämmung; (1) belüftete Dachdeckung (Dachdeckung auf Trag- und Konterlattung) oder nicht belüftete Dachdeckung mit darunter liegender belüfteter Luftschicht (Dachdeckung auf Konterlattung, Schalung und Vordeckung) oder Dachabdichtung mit darunter liegender belüfteter Luftschicht (Dachabdichtung auf Konterlattung und Schalung), (2) belüftete Luftschicht, (3) Unterdeckung mit sd,e ≤ 0,5 m, (4) Luftschicht, (5) Zwischensparrendämmung, (6) Sparren, (7) Untersparrendämmung (diffusionsdicht), (8) sd,i ≥ 10 m, (9) raumseitige Bekleidung mit Unterkonstruktion, ggfs. einschl. Dämmung (in Anlehnung an DIN 4108-3:2018-10, Bild 7)

e) Nicht belüftete Dächer mit Dachabdichtung

Für nicht belüftete Dächer mit Dachabdichtung nach Abb. 3.18 ist kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich, sofern die folgenden Bedingungen eingehalten werden:
  • sd,i ≥ 100 m.

Abb. 3.18

Nicht belüftete Dächer mit Dachabdichtung; (1) Dachabdichtung, (2) Aufdach-/Aufsparrendämmung, (3) sd,i, (4) Schalung, (5) Tragkonstruktion (z. B. Holzbalken, Stahltrapezblech, Stahlbeton), (6) raumseitige Bekleidung mit Unterkonstruktion, ggfs. einschl. Dämmung (in Anlehnung an DIN 4108-3:2018-10, Bild 8)

Bei Massivdecken mit diffusionssperrenden oder diffusionsdichten Dämmstoffen kann ggfs. auf eine zusätzliche diffusionshemmende Schicht verzichtet werden.
  • Zwischen der Schicht sd,i und der Dachabdichtung dürfen keine Bauteile aus Holz oder Holzwerkstoffen angeordnet werden.

f) Nicht belüftete Dächer aus Porenbeton

Für nicht belüftete Dächer aus Porenbeton nach DIN EN 12602 ist kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich, wenn diese folgende Eigenschaften aufweisen:
  • Dachabdichtung

  • ohne diffusionshemmende Schicht an der Unterseite

  • ohne Wärmedämmung

g) Nicht belüftete Dächer als Umkehrdächer

Für nicht belüftete Dächer mit Dachabdichtung und Wärmedämmung, die oberhalb der Dachabdichtung angeordnet ist (Umkehrdächer), ist kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich, wenn diese nach DIN 4108-2 und DIN 4108-10 ausgeführt sind.

3.6.3.4 Belüftete Dächer

Für folgende belüftete Dächer ist kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich.

a) Belüftete Dächer mit einer Dachneigung < 5°

Für belüftete Dächer mit einer Dachneigung < 5° ist kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind (Abb. 3.19):
  • Der Wert sd,i muss ≥ 100 m betragen.

  • Der Wärmedurchlasswiderstand der Schichten, die sich raumseitig der Schicht Nr. 5 in Abb. 2.4.4-10 befinden, darf höchstens 20 % des Gesamtwärmedurchlasswiderstandes betragen.

  • Die Länge des Luftraums (Sparrenlänge) muss ≤ 10 m sein.

Abb. 3.19

Belüftete Dächer mit einer Dachneigung < 5°; (1) Dachabdichtung auf Schalung, (2) belüftete Luftschicht, (3) Zwischensparrendämmung, (4) Sparren, (5) Schicht zur Begrenzung des Diffusionsstroms, (6) raumseitige Bekleidung mit Unterkonstruktion, ggfs. einschl. Dämmung (in Anlehnung an DIN 4108-3:2018-10, Bild 9)

b) Belüftete Dächer mit einer Dachneigung ≥ 5°

Für belüftete Dächer mit einer Dachneigung ≥ 5° ist kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich, wenn folgende Bedingung erfüllt ist (Abb. 3.20):
  • Der Wert sd,i muss ≥ 2 m betragen.

Abb. 3.20

Belüftete Dächer mit einer Dachneigung ≥ 5°; (1) Nicht belüftete Dachdeckung (Dachdeckung auf Schalung und Vordeckung) oder Dachabdichtung (Dachabdichtung auf Schalung), (2) belüftete Dachdeckung (Dachdeckung auf Trag- und Konterlattung), (3) Unterspannung, (4) Belüftungsebene, (5) Zwischensparrendämmung, (6) Sparren, (7) Schicht zur Begrenzung des Diffusionsstroms, (8) raumseitige Bekleidung mit Unterkonstruktion, ggfs. einschl. Dämmung (in Anlehnung an DIN 4108-3:2018-10, Bild 10)

3.7 Diffusionstechnische Berechnungen

Normalfälle bedürfen keiner feuchteschutztechnischen Untersuchung (siehe Abschn. 3.6).

Sonderfälle müssen feuchteschutztechnisch näher untersucht werden (siehe Abschn. 3.7). Dabei sind zwei verschiedene Arten der Tauwasserbildung zu unterscheiden:
  • Tauwasserbildung auf Oberflächen von Bauteilen,

  • Tauwasserbildung im Inneren von Bauteilen.

Mit diesen Sonderfällen befassen sich die nächsten beiden Abschnitte.

3.7.1 Berechnung zur Vermeidung von Tauwasser- und Schimmelpilzbildung auf Oberflächen von Bauteilen

Tauwasserbildung auf raumseitigen Bauteiloberflächen sollte möglichst vollständig verhindert werden. Lediglich auf Fenstern und Fenstertüren ist vorübergehende Tauwasserbildung zulässig, sofern das Tauwasser wieder abtrocknet und Schäden an benachbarten Bauteilen nicht zu erwarten sind.

Schimmelpilzbildung in Aufenthaltsräumen ist aus hygienischen und gesundheitlichen Gründen grundsätzlich zu vermeiden, da von Schimmelpilzen toxische sowie allergene Wirkungen ausgehen.

Nachfolgend werden Regeln zur Berechnung von Bauteilen sowie Wärmebrücken zur Vermeidung von Tauwasserbildung sowie Schimmelpilzwachstum auf raumseitigen Bauteiloberflächen angegeben.

3.7.1.1 Berechnung für ebene, thermisch homogene Bauteile

Ebene, thermisch homogene Bauteile bestehen aus einzelnen, ebenen Schichten mit konstanter Dicke und jeweils konstanten thermischen Eigenschaften.

Tauwasserbildung sowie Schimmelpilzwachstum auf den Innenoberflächen von ebenen, thermisch homogenen Bauteile wird bei üblicher Raumnutzung vermieden, wenn die Mindestanforderungen an den Wärmeschutz nach DIN 4108-2 eingehalten werden.

In Sonderfällen muss ein rechnerischer Nachweis geführt werden. Solche Sonderfälle liegen z. B. bei Räumen mit dauernd hoher Luftfeuchte wie z. B. bei Schwimmbädern vor. In diesen Fällen müssen die Außenbauteile einen Mindest-Wärmedurchlasswiderstand Rmin aufweisen, um kritische oberflächennahe Luftfeuchten zu vermeiden. Der mindestens erforderliche Wärmedurchlasswiderstand berechnet sich mit folgender Gleichung:

$$ {R}_{\mathrm{min}}=\frac{R_{\mathrm{si}}}{1-{f}_{\mathrm{Rsi},\min }}-\left({R}_{\mathrm{si}}+{R}_{\mathrm{se}}\right) $$
(3.12)

mit

$$ {f}_{\mathrm{Rsi},\min }=\frac{\theta_{\mathrm{si},\min }-{\theta}_{\mathrm{e}}}{\theta_{\mathrm{i}}-{\theta}_{\mathrm{e}}} $$
(3.13)
Dabei ist:

θsi,min

Mindestwert der raumseitigen Oberflächentemperatur;

fRsi,min

Bemessungs-Temperaturfaktor für die raumseitige Oberfläche;

Rsi, Rse

raumseitiger bzw. außenseitiger Wärmeübergangswiderstand.

Unter Zugrundelegung der standardisierten Klimarandbedingungen, die nach DIN 4108-2 zur Vermeidung von Schimmelpilzwachstum bei Wärmebrücken angesetzt werden (Raumlufttemperatur 20 °C, Außenlufttemperatur −5 °C, relative Luftfeuchte innen 50 %), ergeben sich folgende Bemessungs-Temperaturfaktoren:
  • fRsi,min = 0,57 zur Vermeidung von Tauwasserbildung (entsprechend ϕsi,cr = 1 bzw. 100 % r. F.);

  • fRsi,min = 0,70 zur Vermeidung von Schimmelpilzbildung (entsprechend ϕsi,cr = 0,8 bzw. 80 % r. F.);

  • fRsi,min = 0,88 als Beispiel zur Vermeidung von Korrosion (entsprechend ϕsi,cr = 0,6 bzw. 60 % r. F.);

Für die Wärmeübergangswiderstände sind folgende Werte anzusetzen:
  • Rsi = 0,25 m2K/W

  • Rse = 0,04 m2K/W

3.7.1.2 Berechnung im Bereich von Wärmebrücken

Die Randbedingungen für den rechnerischen Nachweis des Mindestwertes der raumseitigen Oberflächentemperatur im Bereich von Wärmebrücken hinsichtlich der Vermeidung von Schimmelpilzwachstum sind in DIN 4108-2 („Mindestanforderungen an den Wärmeschutz“) angegeben.

Danach wird im Bereich von Wärmebrücken eine raumseitige Oberflächentemperatur von mindestens 12,6 °C (bei einer Raumlufttemperatur von 20 °C und einer relativen Luftfeuchte von 50 %) an der ungünstigsten Stelle gefordert. Dieser Wert entspricht einem Temperaturfaktor von fRsi = 0,7.

Im Gegensatz zu ebenen, homogenen Bauteilen ist die Berechnung der Oberflächentemperatur bei Wärmebrücken nicht so einfach möglich. Vielmehr sind hierfür numerische Verfahren (z. B. nach der Methode der Finiten Elemente) anzuwenden, die eine entsprechende Software erfordern. Die hierfür zu beachtenden Randbedingungen und Berechnungsgrundlagen sind in DIN EN ISO 10211 („Wärmebrücken im Hochbau – Wärmeströme und Oberflächentemperaturen – Detaillierte Berechnungen“) festgelegt.

Das Ergebnis eine Wärmebrückenberechnung ist exemplarisch in Abb. 3.21 dargestellt.
Abb. 3.21

Temperaturverteilung bei einer Wärmebrücke

Beispiele zur Tauwasserbildung

  1. 1.
    Ein Schwimmbad wird auf 28 °C (Raumlufttemperatur) beheizt. Die durchschnittliche relative Luftfeuchte beträgt 75 %. Der erforderliche Mindest-Wärmedurchlasswiderstand der Außenbauteile wird berechnet.

    Relative Luftfeuchten

    ϕe = 80 % (= 0,8)

    ϕi = 75 % (= 0,75)

    Temperaturen (außen, innen)

    θe = 5 °C

    θi = +28 °C

    Mindestwert der raumseitigen Oberflächentemperatur zur Vermeidung von Tauwasserbildung (Taupunkttemperatur bei 28 °C und 75 % r. F.)

    θsi,min = 23,1 °C

    Wärmeübergangswiderstände

    Rse  = 0,04 m2 · K/W

    Rsi = 0,25 m2 · K/W

    Mindest-Wärmedurchlasswiderstand zur Vermeidung von Tauwasserbildung:
    $$ {R}_{\mathrm{m}\mathrm{in}}=\frac{R_{\mathrm{si}}}{1-{f}_{\mathrm{Rsi},\min }}-\left({R}_{\mathrm{si}}+{R}_{\mathrm{se}}\right)=\frac{0,25}{1-0,852}-\left(0,25+0,04\right)=1,15\ {\mathrm{m}}^2\mathrm{K}/\mathrm{W} $$
    mit:
    $$ {f}_{\mathrm{Rsi},\min }=\frac{\theta_{\mathrm{si},\min }-{\theta}_{\mathrm{e}}}{\theta_{\mathrm{i}}-{\theta}_{\mathrm{e}}}=\frac{23,1-\left(-5\right)}{28-\left(-5\right)}=0,852 $$

    Der Mindestwert des Wärmedurchlasswiderstands der Außenbauteile muss Rmin = 1,15 m2K/W betragen. Für Außenbauteile, die an die Außenluft grenzen, wird nach DIN 4108-2 ein Mindestwert von R = 1,2 m2K/W gefordert. Die Anforderungen an den Mindestwärmeschutz sind in diesem Fall ausreichend (1,2 > 1,15 m2K/W), es sind keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich.

     
  2. 2.

    Ein Badezimmer wird nach der Nutzung durch Ankippen des Fensters „gelüftet“. Hierbei wird im Wesentlichen die Temperatur der Raumluft und besonders die des Fenstersturzes abgesenkt.

     

Folgen:

1. Die Raumluft-Temperatur θi sinkt durch Kipp-Lüftung von 24 °C auf 16 °C.

 

2. Die relative Luftfeuchte ϕi steigt von 50 % auf etwa 80 %.

 

3. Die Taupunkttemperatur ergibt sich für 16 °C und 80 % r. F. zu θsi,min = 12,6 °C.

Mindest-Wärmedurchlasswiderstand zur Vermeidung von Tauwasserbildung:
$$ {R}_{\mathrm{m}\mathrm{in}}=\frac{R_{\mathrm{si}}}{1-{f}_{\mathrm{Rsi},\min }}-\left({R}_{\mathrm{si}}+{R}_{\mathrm{se}}\right)=\frac{0,25}{1-0,838}-\left(0,25+0,04\right)=1,25\ {\mathrm{m}}^2\mathrm{K}/\mathrm{W} $$
mit:
$$ {f}_{\mathrm{Rsi},\min }=\frac{\theta_{\mathrm{si},\min }-{\theta}_{\mathrm{e}}}{\theta_{\mathrm{i}}-{\theta}_{\mathrm{e}}}=\frac{12,6-\left(-5\right)}{16-\left(-5\right)}=0,838 $$

Diese Ergebnisse zeigen, dass bei einer derartigen Lüftung an der Außenwand Tauwasser ausfällt, wenn nur die Anforderungen des Mindest-Wärmeschutzes nach DIN 4108-2 eingehalten werden (Rmin = 1,2 m2K/W).

Folgerung: Kurz und kräftig lüften. Dadurch erfolgt schnell ein ausreichender Luftaustausch bevor die Temperatur der Bauteiloberflächen im Innenraum stark abfällt.

Das bedeutet aber, dass sich bei höherer relativer Luftfeuchte, wie sie in der Praxis durchaus entsteht, Tauwasser auf der Innenoberseite der Wand bildet. Im Dauerzustand führt diese Situation zur Schimmelbildung.

3.7.2 Berechnung zur Tauwasserbildung im Bauteilinnern

Aufgrund des Dampfdruckgefälles, das sich im Winter üblicherweise zwischen innen und außen einstellt, kann es in dampfdurchlässigen Bauteilen zu einem Feuchteanstieg bis hin zur Tauwasserbildung kommen. Tauwasser ist allerdings nur sichtbar, wenn die Bauteilschichten dieses weder durch Sorption noch durch Kapillarität aufnehmen können.

Tauwasser im Bauteilinnern, das durch Erhöhung der Baustofffeuchte in Bau- und Wärmedämmstoffen Materialschädigungen verursacht, muss vermieden werden. Dagegen gilt Tauwasserbildung als unschädlich, wenn die grundsätzlichen Anforderungen wie Wärmeschutz und Standsicherheit der Konstruktion nicht beeinträchtigt werden.

Konkret sind folgende Bedingungen einzuhalten:
  1. 1.

    Baustoffe dürfen durch Tauwasser nicht geschädigt werden (z. B. durch Korrosion, Pilzbefall).

     
  2. 2.
    Tauwasser, das während der Tauperiode im Bauteilinneren anfällt, muss während der Verdunstungsperiode wieder an die Umgebung abgegeben werden, d. h. es gilt:
    $$ {M}_{\mathrm{c}}\le {M}_{\mathrm{ev}} $$

    mit: Mc Tauwassermasse, Mev Verdunstungsmasse)

     
  3. 3.

    Die Tauwassermasse Mc darf im Regelfall nicht größer als 1,0 kg/m2 sein. An Berührungsflächen von Bauteilschichten, von denen mindestens eine nicht kapillar wasseraufnahmefähig ist, ist die Tauwassermasse Mc auf 0,5 kg/m2 begrenzt. Diese Regelung gilt für Dächer und Wände gegen Außenluft sowie bei Decken unter nicht ausgebauten Dachräumen. Hinweis: Kapillar nicht wasseraufnahmefähige Bauteilschichten sind z. B. Metalle, Folien, Normalbeton, die meisten Dämmstoffe aus Schaumkunststoffen oder Mineralwolle sowie Stoffe mit einem Wasseraufnahmekoeffizient WW ≤ 0,5 kg/(m2h0,5).

     
  4. 4.

    Bei Holz darf der massebezogene Feuchtegehalt u um nicht mehr als 5 % erhöht werden. Bei Holzwerkstoffen gilt als Grenzwert für die Erhöhung des massebezogene Feuchtegehalt 3 %. Diese Grenzen gelten jedoch nicht für Holzwolle-Leichtbauplatten und Mehrschicht-Leichtbauplatten nach DIN EN 13168.

     

Die Anforderungen an Tauwasserbildung im Bauteilinneren lauten zusammengefasst wie folgt:

  1. 1.

    Keine Schädigung von Bauteilen durch Tauwasser.

     
  2. 2.

    Mc ≤ Mev

     
  3. 3.

    Mc ≤ 1,0 kg/m2 (Regelfall) bzw. Mc ≤ 0,5 kg/2 (bei Tauwasserbildung an kapillar nicht wasseraufnahmefähigen Schichten).

     
  4. 4.

    Bei Holz: Δu ≤ 5 %; bei Holzwerkstoffen: Δu ≤ 3 %

     

Werden die o. g. Anforderungen nicht erfüllt, darf die Funktionsfähigkeit der Konstruktion mit Hilfe genauerer Berechnungsmethoden nach DIN 4108-3, Anhang D überprüft werden. Hier wird auf die Norm verwiesen.

Im Normalfall sind die o. g. Bedingungen erfüllt. Dies ist der Fall für die in Abschn. 3.6 aufgeführten Wand- und Dachkonstruktionen. Für diese Bauteile ist daher in der Regel kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich.

In Sonderfällen muss ein rechnerischer Nachweis geführt werden, indem die Tauwassermasse Mc und Verdunstungsmasse Mev berechnet werden. Solche Sonderfälle liegen vor, wenn das Bauteil nicht die Bedingungen des Abschn. 3.6 (Bauteile ohne rechnerischen Tauwassernachweis) erfüllt.

Die Berechnung der Tauwasser- und Verdunstungsmasse infolge Diffusion erfolgt nach den Regeln in DIN 4108-3, Anhang A. Siehe hierzu auch die folgenden Abschnitte.

Weiterhin ist zu beachten, dass konvektionsbedingte Tauwasserbildung (infolge Einströmens feuchter Außenluft in das Bauteil) durch eine luftdichte Ausbildung der Konstruktion nach DIN 4108-7 verhindert wird.

3.7.2.1 Allgemeine Angaben zur Berechnung

Die Berechnung der diffusionsbedingten Tauwasser- und Verdunstungsmasse erfolgt mit dem Periodenbilanzverfahren nach DIN 4108-3, Anhang A (Glaserverfahren).

Hierbei handelt es sich um ein vereinfachtes Verfahren zur Berechnung eindimensionaler Diffusionsströme. Dabei werden konstante Blockklima-Randbedingungen jeweils für eine idealisierte Tauperiode (Winterfall) und eine idealisierte Verdunstungsperiode (Sommerfall) definiert.

Mit dem Perioden-Bilanzverfahren können nur ebene Bauteilquerschnitte überprüft werden. Bei inhomogenen Bauteilen (wie z. B. Skelett-, Ständer- und Rahmenkonstruktionen, Holzbalken-, Sparren- oder Fachwerkkonstruktionen) sind die Diffusionsberechnungen nur für den Gefachbereich vorzunehmen und nachzuweisen.

Beim Perioden-Bilanzverfahren wird vorausgesetzt, dass Tauwasser, welches an den Schichtgrenzen auftritt, in diesen Ebenen verbleibt und nicht von den angrenzenden Schichten kapillar aufgenommen wird.

Alternativ zum Perioden-Bilanzverfahren können Tauwasser- und Verdunstungsmasse in ebenen Bauteilquerschnitten auch mit dem Monatsbilanzverfahren nach DIN EN ISO 13788 berechnet werden. Hierfür sind realitätnahe Monatsmittelwerte der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchte als Klimarandbedingung für den Bauwerksstandort anzunehmen. Für weitere Informationen wird auf die Norm verwiesen.

Klimarandbedingungen

Für das hier beschriebene Perioden-Bilanzverfahren sind die Klimarandbedingungen nach Tab. 3.12 anzunehmen.
Tab. 3.12

Klimarandbedingungen für die Beurteilung der Tauwasserbildung und Verdunstung im Bauteilinneren (n. DIN 4108-3, Tab. A.3)

Klima

Temperatur

Relative Luftfeuchte

Wasserdampfteildruck

Dauer

t

θ

ϕ

p

Tage

d

Stunden

h

Sekunden

s

Tauperiode (von Dezember bis Februar)

Innenklima

20 °C

50 %

1168 Pa

90

2160

7776 · 103

Außenklima

−5 °C

80 %

321 Pa

Verdunstungsperiode (von Juni bis August)

Wasserdampfteildruck Innenklima

1200 Pa

90

2160

7776 · 103

Wasserdampfteildruck Außenklima

1200 Pa

3. Sättigungsdampfdruck im Tauwasserbereich:

 –Wände, die Aufenthaltsräume gegen Außenluft abschließen

 –Decken unter nicht ausgebauten Dachräumen

1700 Pa

 –Dächer, die Aufenthaltsräume gegen Außenluft abschließen

2000 Pa

aIn der Verdunstungsperiode warden im Rahmen des Perioden-Bilanzverfahrens nicht die Temperaturen und Luftfeuchten, sondern nur die gerundeten Wasserdampfteildrücke als Randbedingung angegeben

Wärmeübergangswiderstände

Bei Anwendung des hier beschriebenen Perioden-Bilanzverfahrens sind für die Berechnung der Temperaturen an den Schichtgrenzen und Bauteiloberflächen die Wärmeübergangswiderstände nach Tab. 3.13 anzunehmen.
Tab. 3.13

Wärmeübergangswiderstände für die Berechnung der Schichtgrenz- und Bauteiloberflächentemperaturen

 

Wärmeübergangswiderstand

raumseitig (innen)

Rsi = 0,25 m2K/W

außen

Rse = 0,04 m2K/W

Die Wärmeübergangswiderstände gelten für alle vier Fälle der Tauwasserberechnung.

Stoffkennwerte und Stoffeigenschaften

Für die Berechnung der Temperaturverteilung (Bauteiloberflächen- und Schichtgrenztemperaturen) sind die Bemessungswerte der Wärmeleitfähigkeit λB zu verwenden.

Für die Berechnung der wasserdampfdiffusionsäquivalenten Luftschichtdicken sd sind die Richtwerte der Wasserdampfdiffusionswiderstandszahlen μ zu verwenden. Für viele Baustoffe werden zwei μ-Werte angegeben, um den Streubereich sowie praktisch auftretende unterschiedliche Feuchtezustände abzudecken.

Von den beiden angegebenen μ-Werten ist jeweils der für die Tauperiode ungünstigere Wert anzunehmen. Für die Verdunstungsperiode gilt dann der gleiche Wert.

Bei bekannter Tauwasserebene gelten folgende Regeln für die Verwendung des μ-Wertes (Abb. 3.22):
  • Für Schichten von innen bis zur Tauwasserebene ist der kleinere μ-Wert zu verwenden (≥ Schichten, die sd,c bilden).

  • Für Schichten von der Tauwasserebene bis außen ist der größere μ-Wert anzusetzen (≥ Schichten, die sd,Tsd,c bilden).

  • Ggfs. ist die Lage der Tauwasserebene zunächst zu schätzen und nach einem ersten Rechenlauf – falls erforderlich – zu korrigieren.

Abb. 3.22

Verwendung des μ-Wertes

Für Luftschichten im Bauteilquerschnitt ist der Wärmedurchlasswiderstand R nach DIN EN ISO 6946 anzunehmen.

Die wasserdampfäquivalente Luftschichtdicke für ruhende bzw. als ruhend anzunehmende Luftschichten (sd-Wert) ist konstand mit 0,01 m anzunehmen. Dies gilt unabhängig von der Neigung und tatsächlichen Dicke der Luftschicht.

Beispiele zur Wasserdampfdiffusion

  1. 1.

    Für Polystyrol-Extruderschaum werden als Richtwerte der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl angegeben: μ = 80/300.

    Das bedeutet, dass der Widerstand gegen Dampfdiffusion dieses Dämmstoffes 80- bis 300-mal größer als einer gleichdicken Luftschicht ist.

     
  2. 2.

    Für innen liegende Dämmschichten aus Polystyrol-Extruderschaum ist der Wert μ = 80 anzunehmen, da hierbei rechnerisch mehr Wasserdampf in das Bauteil eindiffundiert. Dieser Wert ist in diesem Fall der für die Baukonstruktion ungünstigere Wert.

     
  3. 3.

    Für außen liegende Dämmschichten aus Polystyrol-Extruderschaum ist der Wert μ = 300 anzunehmen, da hierbei rechnerisch weniger Wasserdampf aus dem Bauteil ausdiffundiert. Dieser Wert ist in diesem Fall der für die Baukonstruktion ungünstigere Wert.

     

Diffusionstechnische Berechnungen

Diffusionstechnische Berechnungen sind nur dann durchzuführen, wenn eine Tauwasserbildung im Inneren von Bauteilen erwartet wird. Für Bauteile nach Abschn. 3.6 sind bei normalen Betriebsbedingungen keine Berechnungen bzw. Nachweise erforderlich.

Diffusionsberechnungen werden nach folgendem Ablauf durchgeführt:
  • Überprüfung, ob sich und an welcher Stelle sich im Bauteilquerschnitt während der tauperiode Tauwasser bildet,

  • bei Tauwasserbildung: Berechnung der Tauwassermasse Mc,

  • bei Tauwasserbildung: Berechnung der Verdunstungsmasse Mev.

Nachfolgend wird nur die Berechnung nach dem Perioden-Bilanzverfahren (Glaserverfahren) nach DIN 4108-3 gezeigt. Auf das Monats-Bilanzverfahren nach DIN EN ISO 13788 wird hier nicht eingegangen.

Beim Perioden-Bilanzverfahren ist der Anwendungsbereich zu beachten. Dieses darf nur für die Berechnung ebener, homogener Bauteile angewendet werden, wobei konstante Klimarandbedingungen für die Tau- und Verdunstungsperiode (Blockklima) vorausgesetzt werden. Das Perioden-Bilanzverfahren gilt jedoch nicht für Bauteile, die an klimatisierte Räume grenzen, nicht für Bauteile von Räumen mit einer anderen Feuchtebeanspruchung (wie z. B. Schwimmbäder) und nicht für erdberührte Bauteile (Abb. 3.23).
Abb. 3.23

Anwendungsbereich des Perioden-Bilanzverfahrens (Glaserverfahren)

Vorgehensweise beim Perioden-Bilanzverfahren

Der Ablauf zur Überprüfung eines Bauteilquerschnittes hinsichtlich Tauwasserbildung mit anschließendem Nachweis gestaltet sich wie folgt:
  1. 1.

    Berechnung der Schichtgrenztemperaturen θj (Temperaturverlauf) für den Bauteilquerschnitt und Bestimmung der zugehörigen Sättigungsdrücke psat.

     
  2. 2.

    Berechnung der äquivalenten Luftschichtdicken sd der einzelnen Baustoffschichten. Sind zwei Diffusionswiderstandszahlen μ angegeben, dann ist derjenige Wert zu verwenden, der zur größeren Tauwassermasse Mc führt (→ Hinweis: Schichten, die sd,c bilden: kleineren μ-Wert verwenden; Schichten, die (sd,Tsd,c) bilden: größeren μ-Wert verwenden). Die Schritte 1 und 2 werden zweckmäßigerweise tabellarisch durchgeführt (siehe Formular in Tab. 3.14).

     
  3. 3.

    Diffusionsdiagramm zeichnen: äquivalente Luftschichtdicken sd auftragen (x-Achse), Sättigungsdampfdrücke psat einzeichnen (y-Achse).

     
  4. 4.

    Verlauf des vorhandenen Wasserdampfteildruckes p ins Diffusionsdiagramm einzeichnen. Der Verlauf zwischen dem vorhandenen Wasserdampfdruck innen (pi) und außen (pe) ist eine Gerade.

    Dabei gilt:
    • vorhandener Wasserdampfteildruck innen: pi = ϕi · psat,i

    • vorhandener Wasserdampfteildruck außen: pe = ϕi · psat,e

    Die relative Luftfeuchte ϕi (= 50 % bzw. 0,5) und ϕe (= 80 % bzw. 0,8) ist nach Tab. 3.12 anzunehmen.

    Es gilt folgende Bedingung:

    Der vorhandene Wasserdampfteildruck p darf nicht größer als der Sättigungsdampfdruck psat werden, d. h. die Linie des vorhandenen Wasserdampfteildruckes muss immer unterhalb der Linie des Sättigungsdampfdruckes psat liegen bzw. darf sie höchstens berühren. Es gilt: p ≤ psat! Gegebenenfalls ergibt sich daher ein geknickter Verlauf von p.

     
  5. 5.
    Es können folgende Fälle unterschieden werden:
    1. a)

      Keine Tauwasserbildung:

      Berühren sich die Gerade des Wasserdampfteildruckes und die Kurve des Sättigungsdampfdruckes nicht, so fällt kein Tauwasser aus (Abb. 3.26, „Fall a“).

       
    2. b)

      Tauwasserbildung:

      Die Gerade des Wasserdampfteildruckes würde den Kurvenzug des Sättigungsdampfdruckes schneiden. In diesem Fall sind statt der Geraden von den Drücken pi und pe aus die Tangenten an die Kurve des Sättigungsdruckes zu zeichnen, da der Wasserdampfteildruck nicht größer als der Sättigungsdruck sein kann (Abb. 3.273.28 und 3.29, „Fälle b) bis d)“). Die Berührungsstellen der Tangenten mit dem Kurvenzug des Sättigungsdampfdruckes bestimmen bzw. begrenzen den Ort bzw. den Bereich des Tauwasserausfalls im Bauteil.

       
     
Tab. 3.14

Formular zur tabellarischen Berechnung der Schichtgrenztemperaturen θ, der Sättigungsdampfdrücke psat und der diffusionsäquivalenten Luftschichtdicken sd

Die prinzipielle Vorgehensweise zur Feststellung, ob im Bauteilquerschnitt Tauwasser ausfällt, ist in Abb. 3.24 schematisch dargestellt.
Abb. 3.24

Flussdiagramm zur Ermittlung, ob Tauwasserbildung im Bauteilquerschnitt stattfindet

3.7.3 Berechnung der Tauwassermasse

Tauwasserbildung im Bauteilinneren kann nur auftreten, wenn Wasserdampfdiffusion infolge eines Dampfdruckgefälles zwischen den Bauteiloberflächen stattfindet (d. h. die Bauteilschichten ausreichend dampfdurchlässig sind), ein Temperaturgefälle über den Bauteilquerschnitt vorhanden ist und der Wasserdampfteildruck den Sättigungsdruck erreicht (Abb. 3.25).
Abb. 3.25

Voraussetzungen für Tauwasserbildung im Bauteilinnern

Mit Tauwasserbildung ist im Winter (Tauperiode) zu rechnen, da hier die erforderlichen Temperaturbedingungen (Temperaturgefälle) gegeben sind.

Für die Berechnung können vier Fälle unterschieden werden:
  • Fall a“: Wasserdampfdiffusion ohne Tauwasserausfall im Bauteilquerschnitt (Abb. 3.26);

  • Fall b“: Wasserdampfdiffusion mit Tauwasserausfall in einer Ebene des Bauteilquerschnitts (Abb. 3.27);

  • Fall c“: Wasserdampfdiffusion mit Tauwasserausfall in zwei Ebenen des Bauteilquerschnitts (Abb. 3.28);

  • Fall d“: Wasserdampfdiffusion mit Tauwasserausfall in einem Bereich des Bauteilquerschnitts (Abb. 3.29).

Abb. 3.26

Diffusionsdiagramm für die Tauperiode „Fall a“ – kein Tauwasserausfall

Abb. 3.27

Diffusionsdiagramm für die Tauperiode „Fall b“ –Tauwasserausfall in einer Ebene

Abb. 3.28

Diffusionsdiagramm für die Tauperiode „Fall c“ –Tauwasserausfall in zwei Ebenen

Abb. 3.29

Diffusionsdiagramm für die Tauperiode „Fall d“ –Tauwasserausfall in einem Bereich

In den Abb. 3.263.27 und 3.29 sowie den Gleichungen der nachfolgenden Abschnitte bedeuten:

p i

Wasserdampfteildruck raumseitig, in Pa (Tauperiode: pi = 1168 Pa);

p e

Wasserdampfteildruck außenseitig, in Pa (Tauperiode: pe = 321 Pa);

p c
Sättigungsdampfdruck an der Stelle des Tauwasserausfalls, in Pa (aus Diffusionsdiagramm durch zeichnerische Konstruktion ermittelt),
  • bei Fall b: in der Tauwasserebene,

  • bei Fall c: in der 1. und 2. Tauwasserebene, pc1, pc2

  • bei Fall d: am Anfang und am Ende des Tauwasserbereiches, pc1, pc2;

s d,T

die Summe der sd-Werte aller Einzelschichten des Bauteils, in m;

s d,c

die Summe der sd-Werte aller Einzelschichten von der Innenoberfläche bis zur

Tauwasserebene, in m;

g c

Tauwasserrate, in kg/(s · m2);

t c

die Dauer der Tauperiode, in s;

Die Steigung des Verlaufs des Wasserdampfteildrucks im Diffusionsdiagramm gibt die Wasserdampfmenge an, die durch den Bauteilquerschnitt hindurch diffundiert. Dabei sind die beiden folgenden Fälle zu unterscheiden:

Sind die Steigungen auf der Innenoberfläche und der Außenoberfläche gleich groß, diffundiert genauso viel Wasserdampf in das Bauteil wie hinaus diffundiert. Der Wasserdampfteildruckverlauf ist dabei geradlinig, die Steigung ist konstant. In diesem bildet sich kein Tauwasser im Querschnitt, da die hinein diffundierende Wasserdampfmenge genauso groß ist wie diejenige, die aus dem Bauteil hinausströmt.

Ist die Steigung auf der Innenoberfläche des Bauteils größer als auf der Außenoberfläche, bedeutet das, dass mehr Wasserdampf in den Querschnitt hinein diffundiert als hinaus diffundiert. Es kommt im Querschnitt zur Tauwasserbildung. Der Verlauf des Wasserdampfteildrucks ist geknickt. Der Knickpunkt gibt die Ebene bzw. den Bereich an, wo Tauwasserbildung im Querschnitt stattfindet. Die Tauwassermasse ergibt sich aus der Differenz der Steigungen der beiden Geraden auf der Innen- und Außenseite. Sie ist umso größer je größer der Knickwinkel (abweichend von 180°) ist. Der Knickwinkel im Verlauf der Linie des Wasserdampfteildrucks entspricht der Tauwasserrate gc (Abb. 3.30).
Abb. 3.30

Verlauf des Wasserdampfteildrucks bei kleinem (links) und großem (rechts) Diffusionsstrom und Auswirkung auf die Tauwassermasse

Durch Multiplikation mit der Dauer der Tauperiode tc ergibt sich die Tauwassermasse Mc, die während der gesamten Tauperiode im Bauteilquerschnitt ausfällt.

Fall a – Kein Tauwasserausfall im Bauteilquerschnitt

Es fällt kein Tauwasser aus, da der vorhandene Wasserdampfteildruck p an jeder Stelle des Bauteilquerschnitts kleiner ist als der Sättigungsdampfdruck psat (p < psat).

Die Linie des Wasserdampfteildrucks im Diffusionsdiagramm ist eine Gerade mit konstanter Steigung. Das bedeutet, dass genauso viel Wasserdampf auf der Innenseite in das Bauteil hinein diffundiert wie auf der Außenseite hinaus diffundiert. Es verbleibt keine Feuchtigkeit im Querschnitt.

Fall b – Tauwasserausfall in einer Ebene

Es bildet sich Tauwasser in einer Ebene, d. h. zwischen zwei Schichtgrenzen. Die Tauwassermasse Mc berechnet sich mit folgenden Gleichungen:

$$ {g}_{\mathrm{c}}={\delta}_0\cdot \left(\frac{p_{\mathrm{i}}-{p}_{\mathrm{c}}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{c}}}-\frac{p_{\mathrm{c}}-{p}_{\mathrm{e}}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{T}}-{s}_{\mathrm{d},\mathrm{c}}}\right) $$
(3.14)
$$ {M}_{\mathrm{c}}={g}_{\mathrm{c}}\cdot {t}_{\mathrm{c}} $$
(3.15)

Fall c – Tauwasserausfall in zwei Ebenen

Es bildet sich Tauwasser in zwei Ebenen (Schichtgrenzen). Die Tauwassermasse berechnet sich mit folgenden Gleichungen:

Tauwasserebene c1:

$$ {g}_{\mathrm{c}1}={\delta}_0\cdot \left(\frac{p_{\mathrm{i}}-{p}_{\mathrm{c}1}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{c}1}}-\frac{p_{\mathrm{c}1}-{p}_{\mathrm{c}2}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{c}2}-{s}_{\mathrm{d},\mathrm{c}1}}\right) $$
(3.16)
$$ {M}_{\mathrm{c}1}={g}_{\mathrm{c}1}\cdot {t}_{\mathrm{c}} $$
(3.17)

Tauwasserebene c2:

$$ {g}_{\mathrm{c}2}={\delta}_0\cdot \left(\frac{p_{\mathrm{c}1}-{p}_{\mathrm{c}2}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{c}2}-{s}_{\mathrm{d},\mathrm{c}1}}-\frac{p_{\mathrm{c}2}-{p}_{\mathrm{e}}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{T}}-{s}_{\mathrm{d},\mathrm{c}2}}\right) $$
(3.18)
$$ {M}_{\mathrm{c}2}={g}_{\mathrm{c}2}\cdot {t}_{\mathrm{c}} $$
(3.19)

Die gesamte Tauwassermasse ergibt sich mit folgender Gleichung:

$$ {M}_{\mathrm{c}}={M}_{\mathrm{c}1}+{M}_{\mathrm{c}2} $$
(3.20)

Fall d- Tauwasserausfall in einem Bereich

$$ {g}_{\mathrm{c}}={\delta}_0\cdot \left(\frac{p_{\mathrm{i}}-{p}_{\mathrm{c}1}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{c}1}}-\frac{p_{\mathrm{c}2}-{p}_{\mathrm{e}}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{T}}-{s}_{\mathrm{d},\mathrm{c}2}}\right) $$
(3.21)
$$ {M}_{\mathrm{c}}={g}_{\mathrm{c}}\cdot {t}_{\mathrm{c}} $$
(3.22)

3.7.4 Berechnung der Verdunstungsmasse

Tauwasser, das sich während der Tauperiode im Bauteilquerschnitt gebildet hat (Fälle b bis d), kann während der Verdunstungsperiode über die Bauteiloberflächen an die Außenumgebung wieder abgegeben werden, d. h. es verdunstet.

Für die Berechnung der Verdunstungsmasse Mev wird der Dampfdruck an der Stelle der Tauwasserbildung gleich dem Sättigungsdampfdruck für die Verdunstungsperiode pc gesetzt (d. h. pc = 1700 Pa bzw. 2000 Pa). Der Verlauf des Wasserdampfteildruckes ergibt sich als geradlinige Verbindungslinie zwischen dem Sättigungsdampfdruck und den beiden Bauteiloberflächen. Dabei gibt die Steigung der Linien des Wasserdampfteildruckes die jeweilige Verdunstungsrate gev an, d. h. die Menge an Wasserdampf, die über die beiden Bauteiloberflächen verdunstet.

Je steiler die Linien des Wasserdampfdruckes verlaufen desto größer ist die Verdunstungs (Abb. 3.31).
Abb. 3.31

Verlauf des Wasserdampfteildrucks bei kleinem (links) und großem (rechts) Diffusionsstrom und Auswirkung auf die Verdunstungsmasse

Die Verdunstungsmasse Mev wird durch Multiplikation der Summe der Verdunstungsraten gev mit der Dauer der Verdunstungsperiode tev berechnet.

In Abb. 3.31 sowie den Gleichungen der nachfolgenden Abschnitte bedeuten:

p i

Wasserdampfteildruck raumseitig, in Pa (Verdunstungsperiode: pi = 1200 Pa);

p e

Wasserdampfteildruck außenseitig, in Pa (Verdunstungsperiode: pe = 1200 Pa);

p c
Sättigungsdampfdruck an der Stelle des Tauwasserausfalls, in Pa (Wände, Decken: pc = 1700 Pa; Dächer: pc = 2000 Pa),
  • bei Fall b: in der Tauwasserebene,

  • bei Fall c: in der 1. und 2. Tauwasserebene, pc1, pc2

  • bei Fall d: aus der Mitte des Tauwasserbereiches, pc;

s d,T

die Summe der sd-Werte aller Einzelschichten des Bauteils, in m;

s d,c

die Summe der sd-Werte aller Einzelschichten von der Innenoberfläche bis zur

Tauwasserebene, in m;

g ev

Verdunstungsrate, in kg/(s · m2);

t ev

Dauer der Verdunstungsperiode, in s.

Fall a – kein Tauwasser – keine Verdunstung

Wenn während der Tauperiode keine Tauwasserbildung stattgefunden hat, ergibt sich während der Verdunstungsperiode auch keine Verdunstung. Das bedeutet, dass Verdunstungsrate gev = 0 und Verdunstungsmasse Mev = 0 sind (Abb. 3.32).
Abb. 3.32

Diffusionsdiagramm für die Verdunstungsperiode „Fall a“ – kein Tauwasserausfall, keine Verdunstung

Fall b – Verdunstung nach Tauwasserausfall in einer Ebene

Die Verdunstungsmasse berechnet sich nach Tauwasserausfall in einer Ebene (Schichtgrenze) mit den beiden folgenden Gleichungen (Abb. 3.33):
Abb. 3.33

Diffusionsdiagramm für die Verdunstungsperiode „Fall b“ – Verdunstung nach Tauwasserausfall in einer Ebene

$$ {g}_{\mathrm{e}\mathrm{v}}={\delta}_0\cdot \left(\frac{p_{\mathrm{c}}-{p}_{\mathrm{i}}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{c}}}+\frac{p_{\mathrm{c}}-{p}_{\mathrm{e}}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{T}}-{s}_{\mathrm{d},\mathrm{c}}}\right) $$
(3.21)
$$ {M}_{\mathrm{ev}}={g}_{\mathrm{ev}}\cdot {t}_{\mathrm{ev}} $$
(3.22)

Fall c – Verdunstung nach Tauwasserausfall in zwei Ebenen

Bei Tauwasserausfall in zwei Ebenen erfolgt die Berechnung der Verdunstungsmasse unter Annahme folgender Voraussetzungen. An den Schichtgrenzen mit Tauwasserausfall wird der Sättigungsdampfdruck jeweils dem Sättigungsdampfdruck der Verdunstungsperiode gesetzt (pc1 = pc2 = pc = 1200 Pa). Die Verdunstung des Tauwassers erfolgt von den beiden Tauwasserebenen zur jeweils näher liegenden Bauteiloberfläche (nach innen und außen) (Abb. 3.34).
Abb. 3.34

Diffusionsdiagramm für die Verdunstungsperiode „Fall c“ – Verdunstung nach Tauwasserausfall in zwei Ebenen

Da der Sättigungsdampfdruck in beiden Tauwasserebenen gleich groß ist (pc1 = pc2) treten Diffusionsströme zwischen diesen beiden Ebenen nicht auf. Die Verdunstungsraten zu den beiden Bauteiloberflächen berechnen sich mit folgenden Gleichungen:

Verdunstung nach innen:
$$ {g}_{\mathrm{ev}1}={\delta}_0\cdot \left(\frac{p_{\mathrm{c}}-{p}_{\mathrm{i}}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{c}1}}\right) $$
(3.25)
Verdunstung nach außen:
$$ {g}_{\mathrm{e}\mathrm{v}2}={\delta}_0\cdot \left(\frac{p_{\mathrm{c}}-{p}_{\mathrm{e}}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{T}}-{s}_{\mathrm{d},\mathrm{c}2}}\right) $$
(3.26)

Für die Berechnung der maximal möglichen Verdunstungsmasse ist es erforderlich zu überprüfen, welche Tauwassermasse in welcher Tauwasserebene zuerst austrocknet und nach welchem Zeitraum dies geschieht.

Dazu sind zunächst die beiden Verdunstungszeiten wie folgt zu bestimmen:

Verdunstung nach innen:
$$ {t}_{\mathrm{ev}1}=\frac{M_{\mathrm{c}1}}{g_{\mathrm{ev}1}} $$
(3.27)
Verdunstung nach außen:
$$ {t}_{\mathrm{ev}2}=\frac{M_{\mathrm{c}2}}{g_{\mathrm{ev}2}} $$
(3.28)
Es sind folgende Austrocknungsfälle zu unterscheiden:
  1. a)
    $$ {t}_{\mathrm{ev}1}>{t}_{\mathrm{ev}}\;\mathrm{und}\ {t}_{\mathrm{ev}2}>{t}_{\mathrm{ev}} $$
     

In diesem Fall trocknen die Tauwassermassen in beiden Ebenen nicht vor dem Ende der Verdunstungsperiode aus. Die maximale Verdunstungsmasse für das Bauteil ergibt sich aus den Verdunstungsmassen je Tauwasserebene mit folgenden Gleichungen:

$$ {M}_{\mathrm{ev}1}={g}_{\mathrm{ev}1}\cdot {t}_{\mathrm{ev}} $$
(3.29)
$$ {M}_{\mathrm{ev}2}={g}_{\mathrm{ev}2}\cdot {t}_{\mathrm{ev}} $$
(3.30)
$$ {M}_{\mathrm{ev}}={M}_{\mathrm{ev}1}+{M}_{\mathrm{ev}2} $$
(3.31)
  1. b)
    $$ {t}_{\mathrm{ev}1}<{t}_{\mathrm{ev}}\ \mathrm{bzw}.{t}_{\mathrm{ev}2}<{t}_{\mathrm{ev}}: $$
     

In diesem Fall trocknet die Tauwassermasse in mindestens einer Ebene vor dem Ende der Verdunstungsperiode aus. Über die andere Tauwasserebene erfolgt in der verbleibenden Zeit eine Verdunstung zu beiden Oberflächen. Die maximale Verdunstungsmasse für das Bauteil ergibt sich aus den Verdunstungsmassen je Tauwasserebene mit folgenden Gleichungen:

$$ \mathrm{Falls}\ {t}_{\mathrm{ev}1}<{t}_{\mathrm{ev}2}: $$
$$ {M}_{\mathrm{ev}1}={g}_{\mathrm{ev}1}\cdot {t}_{\mathrm{ev}1} $$
(3.32)
$$ {M}_{\mathrm{ev}2}={g}_{\mathrm{ev}2}\cdot {t}_{\mathrm{ev}1}+\left({\delta}_0\cdot \frac{p_{\mathrm{c}2}-{p}_{\mathrm{i}}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{c}2}}+{g}_{\mathrm{ev}2}\right)\cdot \left({t}_{\mathrm{ev}}-{t}_{\mathrm{ev}1}\right) $$
(3.33)
$$ {M}_{\mathrm{ev}}={M}_{\mathrm{ev}1}+{M}_{\mathrm{ev}2} $$
(3.34)
$$ \mathrm{Falls}\ {t}_{\mathrm{ev}1}>{t}_{\mathrm{ev}2}: $$
$$ {M}_{\mathrm{ev}2}={g}_{\mathrm{ev}2}\cdot {t}_{\mathrm{ev}2} $$
(3.35)
$$ {M}_{\mathrm{ev}1}={g}_{\mathrm{ev}1}\cdot {t}_{\mathrm{ev}2}+\left({\delta}_0\cdot \frac{p_{\mathrm{c}2}-{p}_{\mathrm{i}}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{c}2}}+{g}_{\mathrm{ev}2}\right)\cdot \left({t}_{\mathrm{ev}}-{t}_{\mathrm{ev}1}\right) $$
(3.36)
$$ {M}_{\mathrm{ev}}={M}_{\mathrm{ev}1}+{M}_{\mathrm{ev}2} $$
(3.37)

Fall d – Verdunstung nach Tauwasserausfall in einem Bereich

Für die Berechnung der maximal möglichen Verdunstungsmasse wird der Sättigungsdampfdruck in der Mitte des Bereichs mit Tauwasserausfall angesetzt (Abb. 3.35). Die Verdunstungsmasse berechnet sich mit den folgenden Gleichungen:
Abb. 3.35

Diffusionsdiagramm für die Verdunstungsperiode „Fall d“ – Verdunstung nach Tauwasserausfall in einem Bereich

$$ {g}_{\mathrm{e}\mathrm{v}}={\delta}_0\left(\frac{p_{\mathrm{c}}-{p}_{\mathrm{i}}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{cm}}}+\frac{p_{\mathrm{c}}-{p}_{\mathrm{e}}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{T}}-{s}_{\mathrm{d},\mathrm{cm}}}\right) $$
(3.38)
mit
$$ {s}_{\mathrm{d},\mathrm{c}\mathrm{m}}={s}_{\mathrm{d},\mathrm{c}1}+0,5\cdot \left({s}_{\mathrm{d},\mathrm{c}2}\hbox{--} {s}_{\mathrm{d},\mathrm{c}1}\right) $$
(3.39)
$$ {M}_{\mathrm{ev}}={g}_{\mathrm{ev}}\cdot {t}_{\mathrm{ev}} $$
(3.40)

3.7.5 Berechnungsbeispiel

Nachfolgend soll das Perioden-Bilanzverfahren (Glaserverfahren) zur Überprüfung der Tauwasserbildung im Bauteilinnern an einem Beispiel erläutert werden.

Dazu soll für die in Abb. 3.36 dargestellte Außenwand mit Innendämmung überprüft werden, ob sich Tauwasser im Bauteilinnern bildet. Im Falle von Tauwasserbildung sind die während der Tauperiode anfallende Tauwassermasse sowie die während der Verdunstungsperiode entstehende Verdunstungsmasse zu berechnen. Weiterhin ist zu überprüfen, ob die Konstruktion in feuchtetechnischer Hinsicht zulässig ist.
Abb. 3.36

Beispiel – Querschnitt Außenwand

Die Überprüfung der Tauwasserbildung sowie die Berechnungen der Kenngrößen erfolgen mit dem Periodenbilanzverfahren (Glaserverfahren).

Berechnung des Temperaturverlaufs, der Sättigungsdrücke und der sd-Werte

Die Berechnung des Temperaturverlaufs und die Ermittlung der zugehörigen Sättigungsdampfdrücke sowie die Berechnung der diffusionsäquivalenten Luftschichtdicken erfolgt tabellarisch (Tab. 3.15).
Tab. 3.15

Beispiel – Tabellarische Ermittlung der Temperaturen, Sättigungsdampfdrücke und diffusionsäquivalenten Luftschichtdicken

Nr.

Schicht

d

(m)

μ

(−)

sd

(m)

Σsd/sd,T

λ

(W/(mK))

R

(m2K/W)

θ (°C)

psat

(Pa)

 

Wärmeübergang innen

     

0,25

20,0

2337

16,3

1852

1

Gipskartonplatten

0,0125

4/10

0,05

0,017

0,25

0,050

15,6

1771

2

Dämmstoff (Mineralfaser) WLG 040

0,04

1

0,04

0,030

0,04

1,000

0,9

652

3

Mauerwerk aus Kalksandsteinen, 1400 kg/m3

0,24

5/10

2,40

0,826

0,70

0,343

−4,2

430

4

Kalkzementputz

0,015

15/35

0,525

1,000

1,0

0,015

−4,4

422

 

Wärmeübergang außen

     

0,04

−5,0

401

Äquivalente Luftschichtdicke sD,T =

3,015

m

   

Wärmedurchgangswiderstand

∑ = RT =

1,698

m2K/W

Wärmedurchgangskoeffizient

U = 1/RT =

0,59

W/(m2K)

Für die Berechnung der Oberflächen- sowie Schichtgrenztemperaturen wird die Wärmestromdichte q benötigt:
$$ q=U\cdot \left({\theta}_{\mathrm{i}}\hbox{--} {\theta}_{\mathrm{e}}\right)=0,59\cdot \left(20-\left(-5\right)\right)=14,75\ \mathrm{W}/{\mathrm{m}}^2 $$

Damit ergeben sich die folgenden Oberflächen- bzw. Schichtgrenztemperaturen:

$$ {\theta}_{\mathrm{si}}=\theta -q\cdot {R}_{\mathrm{si}}=20\hbox{--} 14,75\cdot 0,25=16,3{}^{\circ}\mathrm{C} $$
$$ {\theta}_{1-2}={\theta}_{\mathrm{si}}\hbox{--} q\cdot {R}_1=16,3\hbox{--} 14,75\cdot 0,050=15,6{}^{\circ}\mathrm{C} $$
$$ {\theta}_{2-3}={\theta}_{1-2}\hbox{--} q\cdot {R}_2=15,6\hbox{--} 14,75\cdot 1,000=0,9{}^{\circ}\mathrm{C} $$
$$ {\theta}_{3-4}={\theta}_{2-3}\hbox{--} q\cdot {R}_3=0,9\hbox{--} 14,75\cdot 0,343=-4,2{}^{\circ}\mathrm{C} $$
$$ {\theta}_{\mathrm{se}}={\theta}_{3-4}\hbox{--} q\cdot {R}_4=-4,2\hbox{--} 14,75\cdot 0,015=-4,4{}^{\circ}\mathrm{C} $$
$$ \mathrm{Kontrolle}:{\theta}_{\mathrm{e}}={\theta}_{\mathrm{se}}\hbox{--} q\cdot {R}_{\mathrm{se}}=-4,4\hbox{--} 14,75\cdot 0,04=-4,99\approx -5,0{}^{\circ}\mathrm{C} $$

Als Sättigungsdampfdrücke an den Bauteiloberflächen sowie den Schichtgrenzen ergeben sich folgende Werte:

$$ {p}_{\mathrm{sat},\mathrm{si}}\left(16,3{}^{\circ}\mathrm{C}\right)=1852\ \mathrm{Pa} $$
$$ {p}_{\mathrm{sat},1-2}\left(15,6{}^{\circ}\mathrm{C}\right)=1771\ \mathrm{Pa} $$
$$ {p}_{\mathrm{sat},2-3}\left(0,9{}^{\circ}\mathrm{C}\right)=652\ \mathrm{Pa} $$
$$ {p}_{\mathrm{sat},3-4}\left(-4,2{}^{\circ}\mathrm{C}\right)=430\ \mathrm{Pa} $$
$$ {p}_{\mathrm{sat},\mathrm{se}}\left(-4,4{}^{\circ}\mathrm{C}\right)=422\ \mathrm{Pa} $$
Dampfdrücke an den Bauteiloberflächen:
  • Dampfdruck an der raumseitigen Oberfläche: pi = 1168 Pa

  • Dampfdruck an der außenseitigen Oberfläche: pe = 321 Pa

Mit diesen Angaben wird das Diffusionsdiagramm für die Tauperiode (Glaserdiagramm) gezeichnet (Abb. 3.37). Es ergibt sich Tauwasserausfall in einer Ebene („Fall b“) zwischen Schicht 2 (Wärmedämmung) und Schicht 3 (Mauerwerk aus Kalksandsteinen).
Abb. 3.37

Beispiel – Diffusionsdiagramm für die Tauperiode (Dezember bis Februar)

Berechnung der Tauwassermasse

Die während der Tauperiode (Dezember bis Februar) anfallende Tauwassermasse berechnet sich wie folgt:
$$ {\displaystyle \begin{array}{l}{M}_{\mathrm{c}}={g}_{\mathrm{c}}\times {t}_{\mathrm{c}}={\delta}_0\left(\frac{{\mathrm{p}}_{\mathrm{i}}-{\mathrm{p}}_{\mathrm{c}}}{{\mathrm{s}}_{\mathrm{d},\mathrm{c}}}-\frac{{\mathrm{p}}_{\mathrm{c}}-{\mathrm{p}}_{\mathrm{e}}}{{\mathrm{s}}_{\mathrm{d},\mathrm{T}}-{\mathrm{s}}_{\mathrm{d},\mathrm{c}}}\right)\cdot {t}_{\mathrm{c}}\\ {}=2\cdot {10}^{-10}\left(\frac{1168-652}{0,09}-\frac{652-321}{3,015-0,09}\right)\cdot 7776\cdot {10}^3\\ {}=8,740\ \mathrm{kg}/{\mathrm{m}}^2\end{array}} $$
mit:
$$ {s}_{\mathrm{d},\mathrm{c}}={s}_{\mathrm{d},1}+{s}_{\mathrm{d},2}=0,05+0,04=0,09\ \mathrm{m} $$

sD,T = 3,015 m

Berechnung der Verdunstungsmasse

Die während der Verdunstungsperiode (Juni bis August) aus dem Bauteilquerschnitt diffundierende Verdunstungsmasse berechnet sich zu (Abb. 3.38):
Abb. 3.38

Beispiel – Diffusionsdiagramm für die Verdunstungsperiode (Juni bis August)

$$ {\displaystyle \begin{array}{l}{M}_{\mathrm{e}\mathrm{v}}={g}_{\mathrm{e}\mathrm{v}}\times {t}_{\mathrm{e}\mathrm{v}}={\delta}_0\left(\frac{p_{\mathrm{c}}-{p}_{\mathrm{i}}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{c}}}-\frac{p_{\mathrm{c}}-{p}_{\mathrm{e}}}{s_{\mathrm{d},\mathrm{T}}-{s}_{\mathrm{d},\mathrm{c}}}\right)\times {t}_{\mathrm{e}\mathrm{v}}\\ {}=2\cdot {10}^{-10}\left(\frac{1700-1200}{0,09}-\frac{1700-1200}{3,015-0,09}\right)\cdot 7776\cdot {10}^3\\ {}=8,370\;\mathrm{kg}/{\mathrm{m}}^2\end{array}} $$
mit:
$$ {s}_{\mathrm{d},\mathrm{c}}={s}_{\mathrm{d},1}+{s}_{\mathrm{d},2}=0,05+0,04=0,09\ \mathrm{m} $$
$$ {s}_{\mathrm{d},\mathrm{T}}=3,015\ \mathrm{m} $$

Bewertung

Die Wandkonstruktion ist diffusionstechnisch nicht zulässig, da
  • die Tauwassermasse größer als die Verdunstungsmasse ist (Mc = 8,74 > Mev = 8,37 kg/m2) ist und

  • die Tauwassermasse den zulässigen Wert für saugfähige Schichten übersteigt (Mc = 8,74 > zul Mc = 1,0 kg/m2).

Maßnahmen zur Vermeidung von Tauwasser

Zur Vermeidung von Tauwasserbildung ist raumseitig, d. h. zwischen der Schicht 1 (Gipskartonplatten) und Schicht 2 (Wärmedämmung) eine Dampfsperre einzubauen, damit Wasserdampf aus dem Rauminnern nicht in die kühlen Bereiche des Wandquerschnitts, die sich außenseitig der Wärmedämmschicht befinden, gelangen kann.

Dimensionierung der Dampfsperre

Damit es zu keinem Tauwasserausfall kommt, muss die Dampfsperre zwischen Schicht 1 und 2 mindestens folgenden sd-Wert aufweisen:

$$ {\displaystyle \begin{array}{l}\min\ {s}_{\mathrm{d}}=\left({s}_{\mathrm{d},\mathrm{T}}\hbox{--} {s}_{\mathrm{d},\mathrm{c}}\right)\cdot \left({p}_{\mathrm{i}}\hbox{--} {p}_{\mathrm{e}}\right)/\left({p}_{\mathrm{c}}\hbox{--} {p}_{\mathrm{e}}\right)\hbox{--} {s}_{\mathrm{d},\mathrm{T}}\\ {}=\left(3,015\hbox{--} 0,09\right)\cdot \left(1168\hbox{--} 321\right)/\left(652\hbox{--} 321\right)\hbox{--} 3,015\\ {}=4,5\ \mathrm{m}\end{array}} $$

3.8 Hygrothermische Simulation

Mit Hilfe geeigneter Computermodelle können hygrothermische Simulationen zur Berechnung der zeitabhängigen Temperatur- und Feuchteverteilung in Bauteilen durchgeführt werden. Derartige Simulationsrechnungen erlauben eine größere Genauigkeit und sind für ein größeres Anwendungsgebiet geeignet als das Periodenbilanzverfahren (Glaserverfahren).

Die Modellierung erfolgt durch Aufteilung des Bauteils in finite Volumen (bei dreidimensionalen Problemen) oder finite Elementen (zweidimensional) mit Gitterabständen in der Größenordnung von Millimetern bis Zentimetern und Zeitschritten von Minuten oder Stunden. Die Modelle erfassen i. d. R. den Feuchtetransport sowohl in der flüssigen (Wasser) als auch in der gasförmigen (Wasserdampf) Phase und können auch die Wärme- und Feuchtespeicherung der Baustoffe abbilden.

Als Eingabedaten werden die Stoffeigenschaften, insbesondere die hygrothermischen Eigenschaften (Funktion des Feuchtegehalts und/oder Temperatur) sowie die Klimarandbedingungen (zeitabhängig) benötigt.

Randbedingungen für die Anwendung von Simulationsverfahren zur feuchtetechnischen Untersuchung von Bauteilen sind in DIN 4108-3:2018-10, Anhang D angegeben. Für weitere Angaben wird auf die Norm verwiesen.

3.9 Schutz von Wänden vor Schlagregen und Spritzwasser

3.9.1 Einführung

Beanspruchungen von Wänden durch Schlagregen treten auf, wenn Regen oder sonstige Niederschläge durch Windeinwirkung gegen die Außenwandoberfläche bzw. Fassade gedrückt werden (Abb. 3.39).
Abb. 3.39

Schlagregen

Dabei ist zu beachten, dass durch Regen und Niederschlagswasser deutlich mehr Feuchtigkeit von außen in eine Wand eindringen kann als durch Wasserdampfdiffusion und Tauwasserbildung von innen. Aus diesem Grund ist ein ausreichender Schutz der Außenwände vor Schlagregen und Niederschlägen Voraussetzung für einen wirksamen Feuchteschutz.

Bei nicht ausreichendem Schutz vor Schlagregen kann das auf die Wandoberfläche bzw. auf die Fassade treffende Wasser durch kapillare Saugwirkung in die Wand aufgenommen werden oder infolge des Winddrucks über Risse, Spalten oder nicht funktionsfähige Abdichtungen in die Wandkonstruktion eindringen. Zur Vermeidung von Schäden, die infolge Durchfeuchtung der Wand entstehen, sind geeignete Maßnahmen zu ergreifen.

Hierzu gehören z. B. die Anordnung von Bekleidungen, wasserhemmenden oder -abweisenden Putzen, Beschichtungen und Anstrichen, die fachgerechte Abdichtung von Fugen (direkte Maßnahmen) und/oder das Vorsehen von ausreichend großen Dachüberständen, Vordächern und Rücksprüngen in der Fassade oder ähnlichen Maßnahmen (indirekte Maßnahmen).

Beanspruchungen durch Spritzwasser treten auf, wenn Regen oder Niederschlagswasser im Bereich des Gebäudes auf den Boden trifft, von der Geländeoberfläche zurückprallt und gegen den Sockel geworfen wird (Abb. 3.40).
Abb. 3.40

Spritzwasser im Bereich des Sockels

Der Sockel wird daher wesentlich stärker beansprucht als die aufgehende Fassade. Aus diesem Grund ist der Sockel vor Beanspruchungen durch geeignete Maßnahmen zu schützen, wie z. B. durch einen wasserabweisenden Sockelputz oder geeignete Bekleidungen. Die Spritzwasserbelastung des Sockels lässt sich wirksam durch einen Kiesstreifen entlang des Gebäudesockels reduzieren, da die auf den Kies aufprallenden Regentropfen nicht planmäßig gegen den Sockel reflektiert werden, sondern unregelmäßig in alle Richtungen abprallen (Abb. 3.41).
Abb. 3.41

Kiesstreifen entlang des Sockels zur Reduzierung der Beanspruchung durch Spritzwasser

Als weitere Maßnahme zum Schutz des Gebäudesockels wird gefordert, die Abdichtung über die Geländeoberfläche an der aufgehenden Wand planmäßig hochzuführen. Als Mindestmaß werden 300 mm, bezogen auf das fertige Gelände 150 mm, gefordert. Hierdurch wird ein Hinterlaufen der Abdichtung vermieden und Feuchteschäden in den betroffenen Bauteilen (Bodenplatte, Kelleraußenwände) verhindert (Abb. 3.42).
Abb. 3.42

Hochführen der Abdichtung über Gelände

3.9.2 Direkte und indirekte Maßnahmen zum Schlagregenschutz

Zum Schutz von Wänden und Fassaden vor Schlagregenbeanspruchung sind geeignete konstruktive Maßnahmen vorzusehen. Grundsätzlich lassen sich direkte und indirekte Maßnahmen unterscheiden (Abb. 3.43).
Abb. 3.43

Übersicht über direkte und indirekte Maßnahmen zum Schutz vor Schlagregen

3.9.2.1 Direkte Maßnahmen

Bei direkten Maßnahmen werden schlagregenfeste Baustoffe verwendet und/oder schlagregensichere Bauteile oder Schutzschichten (z. B. Putze, Bekleidungen, Verblendmauerwerk) direkt vor der durch Schlagregen beanspruchten Wand angeordnet.

Direkte Maßnahmen sind vorzusehen, wenn Außenwände, Fassaden oder andere Bauteile direkt vom Schlagregen getroffen werden (wie z. B. Wände auf der Wetterseite, bei nicht ausreichend großem Dachüberstand). Ziel der direkten Maßnahmen ist es, die kapillare Wasseraufnahmefähigkeit der Bauteiloberfläche zu verringern, um dadurch das Eindringen von Feuchtigkeit in die Wand zu verhindern. Dabei ist bei der Wahl der Baustoffe bzw. Bauteile darauf zu achten, dass diese die Verdunstung nicht zu stark einschränken. Hierdurch soll gewährleistet werden, dass in die Konstruktion eingedrungene Feuchtigkeit abtrocknen kann.

Als direkte Maßnahmen sind geeignet (Abb. 3.44):
  • Herstellung der Wand aus schlagregensicheren Baustoffen;

  • Anordnung eines Anstriches mit imprägnierenden bzw. hydrophobierenden Eigenschaften;

  • Anordnung eines wasserabweisenden Außenputzes;

  • Anordnung einer hinterlüfteten Außenwandbekleidung;

  • Ausführung der Wand als zweischaliges Verblendmauerwerk mit Luftschicht und Wärmedämmung oder mit Kerndämmung;

  • Wände mit Außendämmung durch ein Wärmedämmputzsystem oder durch ein bauaufsichtlich zugelassenes Wärmedämmverbundsystem.

Abb. 3.44

Direkte Maßnahmen zum Schutz von Wänden und Fassaden vor Schlagregen

3.9.2.2 Indirekte Maßnahmen

Indirekte Maßnahmen sollen den Schlagregen von der Wand bzw. Fassade fernhalten. Geeignete indirekte Maßnahmen sind beispielsweise ausreichend große Dachüberstände, Vordächer oder Rücksprünge in der Fassade (Abb. 3.45).
Abb. 3.45

Indirekte Maßnahmen zum Schutz von Wänden und Fassaden vor Schlagregen

Für die Ermittlung des erforderlichen Dachüberstands bzw. der Tiefe des Vordaches oder Rücksprungs kann als Fallwinkel des Schlagregens ein Winkel von 60° bezogen auf die Horizontale angenommen werden (Abb. 3.46).
Abb. 3.46

Bemessung der Tiefe von Dachüberständen, Vordächern und Rücksprüngen

In vielen Fällen sind indirekte Maßnahmen allein nicht ausreichend, da z. B. die erforderlichen Dachüberstände nicht realisiert werden können, oder die Anordnung von Vordächern sowie Rücksprüngen nicht möglich ist.

Aus diesen Gründen ist es meist erforderlich sowohl direkte als auch indirekte Maßnahmen zum Schutz vor Schlagregen vorzusehen.

3.9.2.3 Randbedingungen für die zu treffenden Maßnahmen

Die im Einzelfall zu treffenden Maßnahmen zum Schlagregenschutz richten sich nach der Intensität der Schlagregenbeanspruchung. Diese wird bestimmt durch folgende Parameter (Abb. 3.47):
  • Jahresniederschlagsmenge am Bauwerksstandort;

  • Windverhältnisse am Bauwerksstandort;

  • Gebäudeart und -höhe; bei exponierter Lage (z. B. Hochhaus auf einer Bergkuppe) ist die Schlagregenbeanspruchung höher als im benachbarten normalen Gelände;

  • örtliche Gegebenheiten; bei windgeschützter Lage (z. B. flaches Gebäude in einem Tal) kann ggfs. ein Bonus möglich sein, d. h. die Schlagregenbeanspruchung kann hier niedriger angesetzt werden als in der Umgebung.

Abb. 3.47

Randbedingungen für Maßnahmen bei Schlagregenbeanspruchung

3.9.3 Schlagregenschutz – Normen und Vorschriften

Zentrale Norm zum Schlagregenschutz von Wänden ist DIN 4108-3:2018-10. In weiteren Normen, die hinsichtlich des Schlagregenschutzes zu beachten sind, werden Anforderungen an Außenwandputze (z. B. DIN 18550, DIN V 18550), Außenwandbekleidungen (DIN 18515-1, DIN 18516-1), Außenwände in Holzbauart (DIN 68800) sowie Fugen und Anschlüsse (DIN 18540) geregelt. Für die Schlagregendichtheit von Fenstern und Außentüren gilt DIN EN 12208, für Vorhangfassaden ist DIN EN 12154 zu beachten.

Weiterhin sind verschiedene Produktnormen (z. B. für Außenputze (DIN EN 998-1), für Fugendichtstoffe usw.) zu beachten. Außerdem gelten die Regelungen bestimmter Prüfnormen wie z. B. DIN EN ISO 15148 für die Bestimmung des Wasseraufnahmekoeffizienten oder DIN EN ISO 15572 für die Ermittlung der wasserdampfäquivalenten Luftschichtdicke.

Eine Übersicht über die wichtigsten Normen mit Bezug zum Schlagregenschutz von Wänden und Fassaden einschließlich einer kurzen Erläuterung gibt Tab. 3.16.
Tab. 3.16

Übersicht über wichtige Normen mit Bezug zum Schlagregenschutz von Wänden und Fassaden

Norm

Bezeichnung

Erläuterung

DIN 4108-3:2018-10

Wärmeschutz und Energie-Einsparung von Gebäuden – Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz – Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise auf Planung und Ausführung

Zentrale Norm: Regelt Anforderungen von Bauteilen bei Schlagregenbeanspruchung. Gibt Bauteilaufbauten in Abhängigkeit von der Beanspruchung an.

DIN 18550-1:2014-12

Planung, Zubereitung und Ausführung von Innen- und Außenputzen

Teil 1 der Norm regelt die Anforderungen an Planung, Zubereitung und Ausführung von Außenwandputzen.

DIN V 18550:2005-04

Putz und Putzsysteme – Ausführung

Diese Vornorm enthält eine Zusammenfassung der Ausführungsregeln für Innen- und Außenputze nach der harmonisierten europäischen Putzmörtelnorm DIN EN 998-1.

DIN 18515-1:1998-08

Außenwandbekleidungen – Teil 1: Angemörtelte Fliesen oder Platten; Grundsätze für Planung und Ausführung

Diese Norm gilt für angemörtlete Fliesen oder Platten, die als Außenwandbekleidung dienen und regelt die Anforderungen an Planung und Ausführung.

DIN 18516-1:2010-06

Außenwandbekleidungen, hinterlüftet – Teil 1: Anforderungen, Prüfgrundsätze

Diese Norm gilt für hinterlüftete Außenwandbekleidungen (mit und ohne Unterkonstruktion). Sie regelt Planungs-, Bemessungs- und Konstruktionsgrundsätze.

DIN EN 998-1:2010-12

Festlegungen für Mörtel im Mauerwerksbau – Teil 1: Putzmörtel

Diese europäische Norm regelt die Anforderungen an im Werk hergestellten Putzmörtel aus anorganischen Bindemitteln, die als Außenputz und als Innenputz für Wände, Decken, Pfeiler und Trennwände verwendet werden.

DIN 18540:2014-09

Abdichten von Außenwandfugen im Hochbau mit Fugendichtstoffen

Diese Norm regelt die Ausbildung von Außenwandfugen und deren Abdichtung mit elastischen Fugendichtstoffen.

DIN 68800-2:2012-02

Holzschutz – Teil 2: Vorbeugende bauliche Maßnahmen im Hochbau

In dieser Norm werden vorbeugende bauliche Maßnahmen festgelegt, um die Dauerhaftigkeit von Bauteilen aus Holz und Holzwerkstoffen zu gewährleisten. Die Norm gilt in Verbindung mit dem Teil 1 der DIN 68800 (DIN 68800-1:2011-10: Holzschutz – Teil 1: Allgemeines).

DIN EN 12208:2000-06

Fenster und Türen – Schlagregendichtheit – Klassifizierung

Diese Norm legt Anforderungen an die Schlagregendichtheit von Fenster und Türen fest und regelt die Klassifizierung.

DIN EN 12154:2000-06

Vorhangfassaden – Schlagregendichtheit – Leistungsanforderungen und Klassifizierung

Diese Norm regelt Anforderungen an die Schlagregendichtheit von Vorhangfassaden. Darüber hinaus wird ein Klassifizierungssystem festgelegt.

DIN EN ISO 15148

Wärme- und feuchtetechnisches Verhalten von Baustoffen und Bauprodukten – Bestimmung des Wasseraufnahmekoeffizienten bei teilweisem Eintauchen

Diese Norm regelt das Verfahren zur Bestimmung des Wasseraufnahmekoeffizienten von Baustoffen. Die Regelungen werden für die Beurteilung von Putzen und Beschichtungen hinsichtlich ihres Regenschutzes benötigt.

DIN EN ISO 12572

Wärme- und feuchtetechnisches Verhalten von Baustoffen und Bauprodukten – Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit

Diese Norm regelt das Verfahren zur Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit von Baustoffen. Die Regelungen werden für die Beurteilung von Putzen und Beschichtungen hinsichtlich ihres Regenschutzes benötigt.

3.9.4 Schlagregenschutz – Beanspruchungsgruppen

Zur Unterscheidung der Intensität der Beanspruchung durch Schlagregen werden nach DIN 4108-3 drei Beanspruchungsgruppen definiert, die von der Lage des Bauwerkstandortes abhängen. Eine Übersichtskarte für Deutschland ist in Abb. 3.48 angegeben.
Abb. 3.48

Übersichtskarte zur Beanspruchung durch Schlagregen in Deutschland (n. DIN 4108-3:2018-10, Bild 11)

Beanspruchungsgruppe I

(geringe Schlagregenbeanspruchung)

Diese Beanspruchungsgruppe kennzeichnet Gebiete mit einer geringen Schlagregenbeanspruchung, in denen jährliche Niederschlagsmengen von weniger als 600 mm auftreten. Abweichend darf Beanspruchungsgruppe I auch in Gebieten mit höheren Niederschlagsmengen angewendet werden, wenn besonders windgeschützte Lagen vorliegen.

Beanspruchungsgruppe II

(mittlere Schlagregenbeanspruchung)

Beanspruchungsgruppe II gilt in der Regel für Gebiete mit jährlichen Niederschlagsmengen von 600 mm bis 800 mm. Weiterhin darf Beanspruchungsgruppe II für windgeschützte Lagen auch für Gebiete mit höheren Niederschlagsmengen angewendet werden. Darüber hinaus gilt Beanspruchungsgruppe II auch für Hochhäuser oder Gebäude in exponierter Lage in solchen Gebieten, die aufgrund ihrer Lage (z. B. Tallage) und den herrschenden regionalen Regen- und Windverhältnissen einer geringen Schlagregenbeanspruchung (d. h. Beanspruchungsgruppe I) zuzuordnen wären (Abb. 3.49).
Abb. 3.49

Örtlich unterschiedliche Beanspruchung durch Schlagregen: In einem Gebiet der Beanspruchungsgruppe II (mittlere Schlagregenbeanspruchung) kann in windgeschützten Lagen (z. B. Tallage) auch Beanspruchungsgruppe I (geringe Schlagregenbeanspruchung) und in exponierten Lagen Beanspruchungsgruppe III (starke Schlagregenbeanspruchung) gültig sein

Beanspruchungsgruppe III

(starke Schlagregenbeanspruchung)

Die Beanspruchungsgruppe III klassifiziert Gebiete mit starker Schlagregenbeanspruchung. Sie ist für Gebiete mit jährlichen Niederschlagsmengen über 800 mm anzuwenden und gilt darüber hinaus für windreiche Lagen auch in Gebieten mit geringeren Niederschlagsmengen, d. h. ggfs. auch in den Beanspruchungsgruppen I oder II. Hierzu gehören z. B. Küstengebiete, Mittel- und Hochgebirgslagen sowie das Alpenvorland. Auch für Hochhäuser und Häuser, die sich in exponierten Lagen befinden (z. B. auf Bergkuppen, Kammrücken), das Gebiet aber aufgrund der regionalen Regenverhältnisse und Windgegebenheiten einer mittleren Schlagregenbeanspruchung zuzuordnen ist (Beanspruchungsgruppe II), ist Beanspruchungsgruppe III anzuwenden.

Die genaue Kenntnis der zutreffenden Beanspruchungsgruppe ist erforderlich, um die richtigen Maßnahmen gegen Schlagregenbeanspruchung ergreifen zu können. Siehe hierzu auch das Flussdiagramm in Abb. 3.50.
Abb. 3.50

Flussdiagramm als Entscheidungshilfe für die Wahl der zutreffenden Beanspruchungsgruppe und der zu ergreifenden konstruktiven Maßnahmen gegen Schlagregenbeanspruchung

3.9.5 Schlagregenschutz – Anforderungen an Putze und Beschichtungen

Putze und Beschichtungen sollen Außenwände vor direkter Befeuchtung, Schlagregen und eindringendes Wasser schützen. Zur Gewährleistung dieser Eigenschaften sind bestimmte Anforderungen und Randbedingungen zu beachten, die nachfolgend erläutert werden.

3.9.5.1 Putze

Die Wasseraufnahmefähigkeit von Putzen ist geringer als die des Mauerwerks. Putze bieten demnach einen hervorragenden Schutz der Wand vor eindringender Feuchtigkeit und Schlagregen. Dabei ist zu beachten, dass Putze ihre schützende Funktion nur dann erfüllen, wenn sich keine Risse bilden, die z. B. durch Zwängungsspannungen infolge von Temperatureinwirkungen und Schwindvorgängen verursacht werden können. Bereits Rissbreiten von mehr als 0,1 mm führen dazu, dass Feuchtigkeit durch Kapillarwirkung in den Putz und den Wandquerschnitt eindringen kann und die Schutzwirkung des Putzes verloren geht. Es ist daher dafür zu sorgen, dass Rissbildungen in Außenputzen vermieden werden. Für die Anforderungen an Außenputze sind die Regelungen der DIN 4108-3, für Herstellung und Ausführung DIN 18550-1 zu beachten. Die Schutzwirkung von Außenputzen gegen Schlagregen ist in Abb. 3.51 dargestellt.
Abb. 3.51

Schutzwirkung von Außenputzen gegen Schlagregen

3.9.5.2 Beschichtungen

Durch Aufbringen einer Beschichtung auf der Wandoberfläche werden die oberflächennahen Poren, Hohlräume und ggfs. Risse mit einer wasserabweisenden Schicht auskleidet bzw. überbrückt. Die aufgebrachte Beschichtung entfaltet eine hydrophobierende Wirkung, d. h. auf die Wandoberfläche treffendes Wasser (z. B. bei einer Schlagregenbeanspruchung) perlt ab und kann somit nicht mehr in tiefere Bauteilschichten eindringen. Zur Anwendung kommen spezielle, hydophobierende Anstriche, die in der Lage sind, Rissbreiten von 0,2 mm bis 0,3 mm zu überbrücken. Es ist allerdings zu beachten, dass hydrophobierende Anstriche eine begrenzte Lebensdauer aufweisen und in bestimmten Zeitabständen erneuert werden müssen, damit die wasserabweisende Wirkung und die damit verbundene Schutzfunktion für die Außenwand aufrecht erhalten wird. Für die Anforderungen an Beschichtungen bezüglich Schlagregenbeanspruchung ist DIN 4108-3 zu beachten. Für die Wirkungsweise von hydrphobierenden Beschichtungen siehe Abb. 3.52.
Abb. 3.52

Wirkungsweise von hydrophobierenden Beschichtungen und Schutzfunktion gegen Schlagregen

3.9.5.3 Anforderungen

Die Aufgabe von Außenputzen und Beschichtungen ist es, die Außenwand vor Schlagregen und direkter Befeuchtung wirkungsvoll zu schützen und somit ein Eindringen von Feuchtigkeit und Wasser in den Wandquerschnitt nach Möglichkeit zu verhindern, mindestens aber zu hemmen. Darüber hinaus müssen Putze und Beschichtungen aber so beschaffen sein, dass die Verdunstung von Feuchtigkeit aus dem Wandquerschnitt nicht behindert wird. Das bedeutet, dass Diffusion, d. h. der Transport von Wasserdampf durch den Wandquerschnitt, durch Putze und Beschichtungen nicht unterbunden werden darf.

Beide Forderungen – einerseits die Begrenzung der Wasseraufnahme durch Schlagregen und direkter Befeuchtung von außen und andererseits die Gewährleistung einer ausreichenden Wasserdampfdiffusion zur Sicherstellung der Trocknung des Wandquerschnitts von innen nach außen – führen zur Festlegung enstprechender Anforderungen für Putze und Beschichtungen (Abb. 3.53). Gemäß DIN 4108-3 wird
Abb. 3.53

Anforderungen an Putze und Beschichtungen

  • die Wasseraufnahme des Außenputzes bzw. der Beschichtung durch Begrenzung des Wasseraufnahmekoeffizienten Ww und

  • die Wasserdampfdiffusion (und damit die Gewährleistung der Trocknung) durch Begrenzung der wasserdampfdiffusionsäquivalenten Luftschichtdicke sd des Außenputzes bzw. der Beschichtung

sichergestellt.

Darüber hinaus wird durch eine weitere Forderung – die Begrenzung des Produktes aus dem Wasseraufnahmekoeffizienten und der wasserdampfdiffusionsäquivalenten Luftschichtdicke (Ww x sd) – sichergestellt, dass bei größeren Wasseraufnahmen diese auch schnell wieder abtrocknen können.

Gemäß DIN 4108-3 gelten für wasserabweisende Putze und Beschichtungen die Höchstwerte in Tab. 3.17.
Tab. 3.17

Kriterien für den Regenschutz von wasserabweisenden Putzen und Beschichtungen (Siehe hierzu zu auch DIN 18550) (in Anlehnung an DIN 4108-3:2018-10, Tab. 6)

Größe

Höchstwert

Bemerkung

Wasseraufnahmekoeffizient

Ww ≤ 0,5 kg/(m2 h0,5)

Begrenzung der Wasseraufnahme.

Wasserdampfdiffusions-äquivalente Luftschichtdicke

sd ≤ 2,0 m

Sicherstellung Diffusion und Gewährleistung von Trocknungsvorgängen.

Produkt

Ww × sd ≤ 0,2 kg/(m h0,5)

Gewährleistung, dass bei einer größeren aufgenommenen Wassermenge diese schnell wieder durch Trocknung abgegeben werden kann.

Hinweis: Bei Wänden mit Innendämmung siehe hierzu auch die Regelungen in WTA-Merkblatt 6-4-09 D (WTA Merkblatt 6-4-09 D: Innendämmung nach WTA I: Planungsleitfaden (Bezugsquelle siehe www.wta.de)) und WTA-Merkblatt 6-5-14 D (WTA Merkblatt 6-5-14 D: Innendämmung nach WTA II: Nachweis von Innendämmsystemen mittels numerischer Berechnungsverfahren).

Hinweis: Anforderungen und Grenzwerte für wasserhemmende Putze und Beschichtungen, die in früheren Ausgaben der Norm (DIN 4108-3:2001-07) noch angegeben waren, sind in der aktuellen Ausgabe der Norm vom Oktober 2018 nicht mehr vorhanden. Das heißt, dass zukünftig keine Unterscheidung in wasserhemmend und wasserabweisend mehr vorgenommen wird.

3.9.6 Schlagregenschutz – Zuordnung von Wandbauarten und Beanspruchungsgruppen

Beispiele für die Zuordnung von üblichen Wandbauarten und Beanspruchungsgruppen sind im Abschnitt 6.4 der DIN 4108-3 angegeben. Siehe hierzu die Übersicht in Tab. 3.18 sowie das Ablaufdiagramm in Abb. 3.54.
Tab. 3.18

Beispiele für die Zuordnung von Wandbauarten und Beanspruchungsgruppen (in Anlehnung an DIN 4108-3, Tab. 7)

Wandbauart

Beanspruchungsgruppe

I

II

III

Schlagregenbeanspruchung

gering

mittel

stark

Verputzte Außenwände

Außenputz ohne besondere Anforderungen an den Schlagregenschutz

X

Wasserabweisender Außenputz

X

X

Sichtmauerwerk

einschalig

Dicke mind. 31 cma

Dicke mind. 37,5 cma

zweischaliges Verblendmauerwerk mit Luftschicht oder mit Kerndämmunga

X

Außenwände mit im Dickbett oder Dünnbett angemörtelten Fliesen oder Platten

X

X

Außenwände mit im Dickbett oder Dünnbett angemörtelten Fliesen oder Platten n. DIN 18515-1 mit wasserabweisendem Ansetzmörtel

X

Außenwände mit gefügedichter Betonaußenschicht

X

X

X

Wände mit hinterlüfteten Außenwandbekleidungenb

X

X

X

Wände mit Außendämmung durch ein

– Wärmedämmputzsystem oder

– Wärmedämmverbundsystem (bauaufsichtlich zugelassen)

X

X

X

Außenwände in Holzbauart mit Wetterschutz nach DIN 68800-2

X

X

X

amit Innenputz

bOffene Fugen zwischen den Bekleidungsplatten beeinträchtigen den Regenschutz nicht

Abb. 3.54

Ablaufdiagramm für die Zuordnung von üblichen Wandbauarten und Beanspruchungsgruppen (Abb.: Schmidt)

Nach DIN 4108-3 werden für folgende Wandbauarten Zuordnungen zu Beanspruchungsgruppen angegeben:

  • Außenwände mit Außenputz;

  • Außenwände mit Sichtmauerwerk;

  • Außenwände mit Fliesen oder Platten;

  • Außenwände mit gefügedichter Betonaußenschicht;

  • Außenwände mit hinterlüfteten Bekleidungen;

  • Außenwände mit Wärmedämmputzsystem oder Wärmedämmverbundsystem und

  • Außenwände in Holzbauart mit Wetterschutz.

Außenwände mit Außenputz

Wasserabweisender Außenputz bei Beanspruchungsgruppe II und III

Bei verputzten Außenwänden werden nur bei den Beanspruchungsgruppen II (mittlere Schlagregenbeanspruchung) und III (starke Schlagregenbeanspruchung) Anforderungen an den Außenputz gestellt. Dieser muss wasserabweisend sein, wobei die Grenzwerte für den Wasseraufnahmekoeffizienten Ww, für die wasserdampfäquivalente Luftschichtdicke sd und das Produkt aus beiden Größen (Ww x sd) eingehalten werden müssen (siehe 7/4,5). Für Wände in Beanspruchungsgruppe I (geringe Schlagregenbeanspruchung) werden an den Außenputz keine besonderen Anforderungen gestellt. Siehe Abb. 3.55.
Abb. 3.55

Außenwände mit Außenputz

Außenwände mit Sichtmauerwerk

Bei Außenwänden, bei denen das Mauerwerk nicht verputzt oder mit einer Bekleidung versehen wird und sichtbar bleibt (Sichtmauerwerk), ist eine einschalige Wandkonstruktion nur bei geringer sowie mittlerer Schlagregenbeanspruchung (Beanspruchungsgruppen I und II) zulässig. Bei Beanspruchungsgruppe I wird eine Mindestwandstärke von 31 cm (einschließlich Innenputz), bei Beanspruchungsruppe II eine Dicke von mindestens 37,5 cm gefordert.

Bei starker Schlagregenbeanspruchung (Beanspruchungsgruppe III) muss die Wand zweischalig ausgeführt werden. Die Wandkonstruktion kann dabei als zweischaliges Verblendmauerwerk mit Luftschicht oder mit Kerndämmung (jeweils mit Innenputz) hergestellt werden (Abb. 3.56). Bei der Ausführung und Konstruktion ist zusätzlich DIN EN 1996 (Eurocode 6 – EC 6) zu beachten.
Abb. 3.56

Außenwände mit Sichtmauerwerk

Außenwände mit Fliesen oder Platten

Für Außenwände, auf deren Außenseite Fliesen oder Platten angeordnet werden (Mörtel als Dickbett oder Dünnbett), gelten nur bei starker Schlagregenbeanspruchung (Beanspruchungsgruppe III) besondere Anforderungen hinsichtlich der Ausführung. In diesem Fall ist ein wasserabweisender Ansetzmörtel zu verwenden. Bei geringer und mittlerer Schlagregenbeanspruchung (Beanspruchungsgruppen I und II) werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Für die Ausführung und Herstellung gilt DIN 18515-1. Siehe hierzu Abb. 3.57.
Abb. 3.57

Außenwände mit Fliesen oder Platten

Außenwände mit gefügedichter Betonaußenschicht

Bei Außenwänden mit gefügedichter Betonaußenschicht werden keine besonderen Anforderungen hinsichtlich des Schlagregenschutzes gestellt. Es sind die entsprechenden geltenden Normen zu Ausführung, Herstellung und Konstruktion zu beachten. Siehe Abb. 3.58.
Abb. 3.58

Außenwände mit gefügedichter Betonaußenschicht

Außenwände mit hinterlüfteten Außenwandbekleidungen

Für Außenwände, die mit hinterlüfteten Außenwandbekleidungen versehen sind, gelten keine besonderen Anforderungen hinsichtlich des Schutzes gegen Schlagregen. Es ist zu beachten, dass offene Fugen zwischen den einzelnen Bekleidungsplatten den Regenschutz nicht beeinträchtigen. Darüber hinaus sind die entsprechenden geltenden Normen zu Ausführung und Konstruktion zu beachten, wie z. B. DIN 18516-1. Siehe hierzu Abb. 3.59.
Abb. 3.59

Außenwände mit hinterlüfteten Außenwandbekleidungen

Außenwände mit Wärmedämmputzsystem oder Wärmedämmverbundsystem

An Außenwände mit Wärmedämmputzsystem oder Wärmedämmverbundsystem (WDVS) werden hinsichtlich des Schlagregenschutzes ebenfalls keine besonderen Anforderungen gestellt. Es wird in der Norm (DIN 4108-3) lediglich darauf hingewiesen, dass nur solche WDVS verwendet werden dürfen, für die eine bauaufsichtliche Zulassung vorliegt. Zusätzlich gelten die entsprechenden Normen und Vorschriften, z. B. DIN EN 13499 für WDVS aus expandiertem Polystyrol und DIN EN 13500 für WDVS aus Minerallwolle. Siehe hierzu auch Abb. 3.60.
Abb. 3.60

Außenwände mit Wärmedämmputzsystem und Wärmedämmverbundsystem

Außenwände in Holzbauart

Bei Außenwänden in Holzbauart ist hinsichtlich des Schlagregenschutzes zu beachten, dass ein Wetterschutz vorzusehen ist, der den Anforderungen und Regeln der DIN 68800-2 entspricht. Konstruktionsbeispiele siehe Abb. 3.61.
Abb. 3.61

Außenwände in Holzbauart

3.9.7 Schlagregenschutz – Anforderungen an Fugen und Anschlüsse

3.9.7.1 Allgemeines

Ein ausreichender Schutz gegen Schlagregen bei einem Gebäude ist auch im Bereich von Fugen und Anschlüssen sicherzustellen. Aus diesem Grund fordert DIN 4108-3 entsprechende konstruktive Maßnahmen; siehe auch Abschn.  6.4.2 der Norm. Im Einzelnen wird gefordert, dass Fugen und Anschlüsse
  • entweder durch Fugendichtstoffe (siehe hierzu auch DIN 185401 und folgender Abschnitt), Dichtbänder und Folien

  • oder durch konstruktive Maßnahmen

gegen Schlagregen abgedichtet werden.

Beispiele für die Art der Fugenabdichtung in Abhängigkeit von der Intensität der Schlagregenbeanspruchung und der Beanspruchungsgruppe sind in Tab. 3.19 angegeben. Die Ausführung von Fugenabdichtungen ist so vorzunehmen, dass die Wartung von Fugen, einschließlich der Fugen von Anschlüssen, möglich ist.
Tab. 3.19

Zuordnung von Abdichtungsarten von Fugen und Beanspruchungsgruppen (in Anlehnung an DIN 4108-3, Tab. 8)

Beanspruchung

Fugenart

Vertikalfugen

Horizontalfugen

Beanspruchungsgruppe I

(geringe Schlagregenbeanspruchung)

Konstruktive Fugen-ausbildunga

Fugen nach DIN 18540a

Offene, schwellenförmige Fugen; Schwellenhöhe h ≥ 60 mm (Abb. 3.62)

Fugen nach DIN 18540 mit zusätzlichen konstruktiven Maßnahmen (z B. mit Schwellenhöhe h ≥ 50 mm)

Beanspruchungsgruppe II

(mittlere Schlagregenbeanspruchung)

Offene, schwellenförmige Fugen; Schwellenhöhe h ≥ 80 mm (Abb. 3.62)

Beanspruchungsgruppe III

(starke Schlagregenbeanspruchung)

Offene, schwellenförmige Fugen; Schwellenhöhe h ≥ 100 mm (Abb. 3.62)

aFugen nach DIN 18540 dürfen nicht bei Bauten in einem Bergsenkungsgebiet ausgeführt werden. Bei Setzungsfugen sind Fugen nach DIN 18540 nur dann zulässig, wenn die Verformungen bei der Bemessung der Fugenmaße berücksichtigt werden

Abb. 3.62

Schwellenhöhe h bei offenen, schwellenförmigen Fugen (n. DIN 4108-3, Bild 12)

3.9.7.2 Abdichten von Fugen mit Fugendichtstoffen nach DIN 18540

Für das Abdichten von Außenwandfugen mit Fugendichtstoffen gilt DIN 18540 („Abdichten von Außenwandfugen im Hochbau mit Fugendichtstoffen“).

Der Anwendungsbereich der Norm erstreckt sich auf die Ausbildung von Außenwandfugen und deren Abdichtung mit elastischen Fugendichtstoffen. Diese müssen den Anforderungen der DIN EN 15651-1 entsprechen und eine zulässige Gesamtverformung (ZGV) von 25 % und einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweisen. Zusätzliche Anforderungen an die Fugendichtstoffe werden in DIN 18540 definiert.

DIN 18540 gilt für Außenwandfugen zwischen Bauteilen aus

  • Ortbeton und/oder Betonfertigteilen (mit geschlossenem Gefüge) sowie

  • unverputztem Mauerwerk und/oder Naturstein.

Fugen zwischen Bauteilen aus Porenbeton sowie Fugen, die mit Erdreich in Berührung kommen sowie Gebäudetrennfugen werden vom Anwendungsbereich der DIN 18540 nicht abgedeckt. Siehe hierzu auch Abb. 3.63.
Abb. 3.63

Anwendungsbereich der DIN 18540 – Abdichten von Außenwandfugen im Hochbau mit Fugendichtstoffen

Nach dem in Normen am Anfang üblichen Abschnitt mit Begriffsdefinitionen (Abschnitt 3 der Norm; in diesem Fall verweist DIN 18540 auf die beiden Normen DIN 52460 und DIN EN ISO 6927) folgt ein Abschnitt, der die Bezeichnung, Anforderungen, Prüfverfahren und Einhaltung der Anforderungen festlegt (Abschnitt 4 der DIN 18540). Für nähere Informationen wird an dieser Stelle auf die Norm verwiesen.

Anschließend folgen im Abschnitt 5 der DIN 18540 Regelungen zur konstruktiven Ausbildung von Außenwandfugen (Abschnitt 5 der Norm). Abschließend werden Regelungen zur Ausführung der Abdichtung gegeben (Abschnitt 6 der DIN 18540). Die wichtigsten Regelungen (konstruktive Ausbildung sowie Ausführung) sollen nachfolgend kurz dargestellt werden.

Konstruktive Ausbildung der Außenwandfugen

(s. a. DIN 18540, Abschnitt 5)

Für die konstruktive Ausbildung der Außenwandfugen gelten folgende Regelungen:

  1. 1.

    Die Fugenflanken müssen parallel verlaufen (bis zu einer Tiefe von tF = 2 bF; bF = lichte Breite der Fuge) (Abb. 3.64). Hierdurch soll gewährleistet werden, dass dem Hinterfüllmaterial ein ausreichender Halt geboten wird.

     
  2. 2.

    Bei Bauteilen aus Beton sind die Kanten mit einer Fase (bA ≥ 10 mm) zu versehen (Abb. 3.64).

     
  3. 3.

    Bei Bauteilen aus Mauerwerk müssen Fugen ebenfalls parallele Fugenflanken aufweisen. Ggfs. ist dies durch entsprechende Maßnahmen, z. B. einem Glattstrich, sicherzustellen.

     
  4. 4.

    Mörtelfugen (z. B. Lagerfugen) sind vollfugig auszuführen.

     
  5. 5.

    Die Fugenbreite bF ist nach Tab. 3.20 zu ermitteln.

     
  6. 6.

    In Sonderfällen ist es erforderlich, die Fugenbreite zu vergrößern (z. B. bei höheren Bauteiltemperaturen an dunklen Wänden oder bei zu erwartenden nutzungsbedingten Bauwerksbewegungen). Die Fugenbreite bF ist in diesem Fall so zu bemessen, dass die Gesamtverformung des Fugendichtstoffes (= Summe aus Dehnung, Stauchung und Scherung) höchstens 25 % – bezogen auf die Fugenbreite bF – beträgt, wobei eine Bauteiltemperatur von 10 °C zugrunde gelegt wird.

     
  7. 7.

    Die Fugenflanken müssen eine ausreichende Festigkeit und Tragfähigkeit aufweisen, um die Zugspannungen, die über den Fugendichtstoff auf sie einwirken, aufnehmen können.

     
Abb. 3.64

Konstruktive Ausbildung von Außenwandfugen, die mit Fugendichtstoffen abgedichtet werden; hier: Bezeichnungen und Abmessungen (n. DIN 18540, Bild 1)

Ausführung der Abdichtung

(s. a. DIN 18540, Abschnitt 6)

Regelungen zur Ausführung der Abdichtung der Außenwandfugen mit Fugendichtstoffen werden im Abschnitt 6 der DIN 18540 angegeben. Im Einzelnen werden dort folgende Themen behandelt,:

  • Anforderungen an Hilfsstoffe;

  • Vorbereitung der Fugen;

  • Einbringen des Fugendichtstoffes;

  • Nachträgliche Beschichtungen auf Fugendichtstoffen;

  • Dokumentation des Arbeitsablaufes.

An dieser Stelle wird nur kurz auf ausgewählte Regeln eingegangen; für weiterführende Informationen und den Wortlaut des Normentextes wird auf die Norm (DIN 18540) verwiesen.

Hinterfüllmaterial

Aufgabe des Hinterfüllmaterials ist es, die Tiefe des Fugendichtstoffes sicherzustellen, d. h. ein unkontrolliertes Eindringen des Fugendichtstoffes in die Fuge zu verhindern. Zur Erfüllung dieser Aufgabe muss das Hinterfüllmaterial eine (möglichst) konvexe Begrenzung der Fugentiefe tF gewährleisten (Abb. 3.64), damit Bewegungen der Fugenflanken vom Fugendichtstoff schadlos aufgenommen werden können. Weiterhin soll das Hinterfüllmaterial verhindern, dass der Fugendichtstoff eine Haftung an drei Flächen (seitliche Fugenflanken sowie am HInterfüllmaterial) eingeht. Als Hinterfüllmaterial eignen sich Rundprofile aus Schaumstoff (mind. Brandverhaltensklasse E nach DIN 13501-1). Diese müssen mit dem Fugendichstoff verträglich sein, dürfen nicht wassersaugend sein und dürfen die Formänderung des Fugendichtstoffes nicht behindern.

Vorbereitung der Fugen

Vor dem Einbringen des Fugendichtstoffes sind die Fugen vorzubereiten:

  1. 1.

    Die Fugenränder sind abzukleben (falls erforderlich).

     
  2. 2.

    Das Hinterfüllmaterial (s. o.) ist genügend fest und gleichmäßig tief einzubauen. Die Maße für die Tiefe des Füllmaterials tF und des Fugendichtstoffes tD (Tab. 3.20) sind zu beachten.

     
  3. 3.

    Auf die Fugenflanken ist der Primer gleichmäßig aufzutragen, die Herstellerangaben sind zu beachten. Die Ablüftezeit des Primers ist einzuhalten.

     
Tab. 3.20

Maße von Fugen und Fugendichtstoffen (n. DIN 18540, Tab. 2)

Fugenabstand

Fugenbreite bF

Tiefe des Fugendichtsoffes tDc

Nennmaßa

Mindestmaßb

Nennmaße

Grenzabmaße

bis 2 m

15 mm

10 mm

8 mm

±2 mm

über 2,5 bis 3,5 m

20 mm

15 mm

10 mm

±2 mm

über 3,5 bis 5 m

25 mm

20 mm

12 mm

±2 mm

über 5 bis 6,5 m

30 mm

25 mm

15 mm

±3 mm

über 6,5 m

35 mmd

30 mm

15 mm

±3 mm

aNennmaß für die Planung

bMindestmaß zum Zeitpunkt der Fugenabdichtung

cDie angegebenen Werte gelten für den Endzustand, dabei ist auch die Volumenänderung des Fugendichtstoffes zu berücksichtigen

dBei größeren Fugenbreiten sind die Anweisungen des Dichtstoffherstellers zu beachten

Einbringen des Fugendichtstoffes

Folgende Regeln sind beim Einbringen des Fugendichtstoffes zu beachten:

  1. 1.

    Die Temperatur an der Wandoberfläche muss mindestens +5 °C betragen und darf +40 °C nicht überschreiten. Bei Temperaturen unter +5 °C und über +40 °C darf der Fugendichtstoff nicht eingebracht werden.

     
  2. 2.

    Bei senkrechten Fugen ist der Fugendichtstoff von oben nach unten einzubringen. Hierdurch soll verhindert werden, dass sich Niederschlagswasser hinter bereits abgedichteten Fugen ansammelt.

     
  3. 3.

    Der Fugendichtstoff ist gleichmäßig und nach Möglichkeit blasenfrei einzubringen. Die Tiefe tD (Tab. 3.20) ist einzuhalten.

     
  4. 4.

    Beim Einbau des Fugendichtstoffes ist darauf zu achten, dass ein guter Kontakt zu den Fugenflanken hergestellt wird. Hierzu ist der Dichtstoff anzudrücken und abzuglätten, dabei ist möglichst wenig Abglättmittel zu verwenden.

     
  5. 5.

    Mehrkomponentige Fugendichtstoffe sind im vorgeschriebenen Mischungsverhältnis zu michen (Herstellerangaben sind zu beachten).

     
  6. 6.

    Bei nicht frühbeständige Fugendichtstoffen (nfb) ist zu beachten, dass diese nach dem Einbringen vor Beanspruchung durch Wasser geschützt werden.

     

Nachträgliche Beschichtungen

Grundsätzlich dürfen Fugendichtstoffe nicht nachträglich mit einer Beschichtung oder einem Anstrich versehen werden.

Die Norm lässt allerdings Ausnahmefälle zu, wenn die Verträglichkeit des Fugendichtstoffes mit dem Anstrich bzw. der Beschichtung nachgewiesen wird. Hierzu ist eine Prüfung nach DIN 52452-4, Prüfverfahren A3 erforderlich.

Dokumentation

Der Arbeitsablauf der Abdichtungsmaßnahmen der Fugen ist zu dokumentieren, wobei folgende Angaben enthalten sein müssen:

  1. 1.

    Name und Firma des Ausführenden;

     
  2. 2.

    Datum;

     
  3. 3.

    Angaben zum Objekt;

     
  4. 4.

    Witterung (Temperatur, Niederschläge, relative Luftfeuchte);

     
  5. 5.

    Bezeichnung der ausgeführten Arbeiten, Fugenmaße usw.;

     
  6. 6.

    Primer und Fugendichtstoff (Bezeichnung, Chargennummer);

     
  7. 7.

    Hilfsstoffe (z. B. Hinterfüllmaterial, Abglättmittel).

     

3.9.8 Schlagregenschutz – Anforderungen an Fenster, Außentüren und Vorhangfassaden

Anforderungen an die Schlagregendichtheit von Fenstern, Außentüren und Vorhangfassaden werden wie folgt geregelt:

  • Für Fenster und Außentüren gilt DIN EN 12208;

  • für Vorhangfassaden gilt DIN EN 12154.

3.9.8.1 Schlagregendichtheit von Fenstern und Außentüren

(n. DIN EN 12208)

DIN EN 12208 legt die Klassifizierung von Prüfergebnissen für Fenster und Außentüren fest, die nach dem Prüfverfahren, das in prEN 1027 („Fenster und Türen – Schlagregendichtheit“) geregelt ist, geprüft wurden.

Die Klassifizierung erfolgt nach den Angaben in Tab. 3.21. Es werden zwei Prüfverfahren unterschieden:
Tab. 3.21

Klassifizierung der Schlagregendichtheit von Fenstern und Türen (n. DIN EN 12208, Tab. 1)

Prüfdruck

Pmax in Pa

Klassifizierung

Anforderungen

Prüfverfahren A

(für Produkte, die nicht geschützt sind)

Prüfverfahren B

(für Produkte, die teilweise geschützt sind)

0

0

keine Anforderung

0

1A

1B

Besprühungsdauer 15 Minuten

50

2A

2B

wie Klasse 1 + 5 Minuten (gesamt 20 Minuten)

100

3A

3B

wie Klasse 2 + 5 Minuten (gesamt 25 Minuten)

150

4A

4B

wie Klasse 3 + 5 Minuten (gesamt 30 Minuten)

200

5A

5B

wie Klasse 4 + 5 Minuten (gesamt 35 Minuten)

250

6A

6B

wie Klasse 5 + 5 Minuten (gesamt 40 Minuten)

300

7A

7B

wie Klasse 6 + 5 Minuten (gesamt 45 Minuten)

450

8A

wie Klasse 7 + 5 Minuten (gesamt 50 Minuten)

600

9A

wie Klasse 8 + 5 Minuten (gesamt 55 Minuten)

> 600

Exxx

oberhalb 600 Pa in Stufen von 150 Pa; die Dauer muss in jeder Stufe 5 Minuten betragen

Prüfverfahren A: Geeignet für Produkte, die nicht geschützt sind.

Prüfverfahren B: Geeignet für Produkte, die teilweise geschützt sind (z. B. durch Vordächer, Dachüberstände, Rücksprünge, tiefe Fensterlaibungen).

  • Prüfverfahren A eignet sich für Produkte (Fenster und Außentüren), die nicht geschützt sind.

  • Prüfverfahren B eignet sich für Produkte, die vor Schlagregen teilweise im oberen Bereich geschützt sind. Als Schutz gelten ausreichend große Vordächer und Dachüberstände, Rücksprünge, zurückgesetzte Fenster, tiefe Fensterlaibungen.

Prüfverfahren nach prEN 1027 bzw. DIN EN 1027

Die Prüfung der Schlagregendichtheit von Fenstern und Außentüren, die für die Prüfug vollständig zusammengebaut und montiert sein müssen, erfolgt mit dem in prEN 1027 bzw. DIN EN 1027 festgelegten Prüfverfahren. Hierbei wird die Außenseite der Fenster bzw. Türen dauernd mit einer definierten Wassermenge besprüht und gleichzeitig ein Überdruck auf einer Seite aufgebracht (Prüfdruck). Der Prüfdruck wird in Stufen erhöht, bis es zum Wassereintritt kommt. Die Stelle des Wassereintritts sowie der zugehörige Prüfdruck und die Zeitdauer, über die der maximale Prüfdruck gehalten werden konnte, werden protokolliert. Die Prüfergebnisse sind in einem Prüfbericht zu dokumentieren. Siehe auch Abb. 3.65.
Abb. 3.65

Prüfung der Schlagregendichtheit von Fenstern und Außentüren; schematische Darstellung des Versuchsablaufs

3.9.8.2 Schlagregendichtheit von Vorhangfassaden

(n. DIN EN 12154)

Die Schlagregendichtheit von Vorhangfassaden wird nach DIN EN 12154 klassifiziert. Dabei werden fünf Klassen definiert, die vom erreichten Prüfdruck abhängen (Tab. 3.22).
Tab. 3.22

Druckstufen zur Prüfung der Schlagregendichtheit von Vorhangfassaden (n. DIN EN 12154, Tab. 1)

Klasse

Druckstufen in Pa und Prüfdauer

in min Pa/T

Wassersprühmenge

in l/min m2

R 4

0/15; 50/5; 100/5; 150/5

2

R 5

0/15; 50/5; 100/5; 150/5; 200/5; 300/5

2

R 6

0/15; 50/5; 100/5; 150/5; 200/5; 300/5; 450/5

2

R 7

0/15; 50/5; 100/5; 150/5; 200/5; 300/5; 450/5; 600/5

2

RE xxx

0/15; 50/5; 100/5; 150/5; 200/5; 300/5; 450/5; 600/5; über 600/5 in Stufen von 150 Pa und 5 min Dauer

2

Das Prüfverfahren ist in prEN 12155 festgelegt. Der Prüfkörper (Vorhangfassade) wird auf einer Seite mit einem Wasserfilm benetzt, wobei gleichzeitig Druckstufen mit einem Überdruck aufgebracht werden. Die Grenze der Schlagregendichtheit ist erreicht, wenn der höchste Prüfdruck festgestellt wird, bei dem der Prüfkörper innerhalb des festgelegten Zeitraumes dicht bleibt (Tab. 3.23 und Abb. 3.66).
Tab. 3.23

Klassifizierung der Schlagregendichtheit von Vorhangfassaden (n. DIN EN 12154, Tab. 2)

Höchster Prüfdruck Pmax

in Pa

Klassifizierung

150

R 4

300

R 5

450

R 6

600

R 7

über 600

RE xxx

Abb. 3.66

Prüfung der Schlagregendichtheit von Vorhangfassaden; schematische Darstellung des Versuchsablaufs (Abb.: Schmidt)

3.10 Schimmelpilz

3.10.1 Allgemeines

In der heutigen Zeit wird Schimmel in den Wohnungen immer mehr zum Problem. Schon heute ist Schimmel ein häufiger Grund von Streitigkeiten vor Gericht.

Als Ursachen werden häufig pauschale Argumente wie z. B. „falsches Lüftungsverhalten“ oder „Schimmel durch dichte Kunststofffenster“ angegeben.

Dabei ist für eine Schimmeluntersuchung eine sachgemäße Vorgehensweise und eine genaue Ursachenanalyse wichtig, da jedes Gebäude unterschiedlich gebaut und das Nutzerverhalten der jeweiligen Bewohner sehr unterschiedlich ist. Deshalb ist für eine seriöse und fachmännische Ursachenermittlung umfangreiche Sachkenntnis und fundiertes Fachwissen in mehreren Gewerken notwendig.

Wichtig für eine professionelle Schimmelbekämpfung ist eine genaue Ursachenanalyse vor jeder Schimmelsanierung. Die Ursachenermittlung sollte frei von irgendwelchen pauschalen Vorurteilen sein und alle möglichen Faktoren berücksichtigen.

Nach Aussage des Bundesverbandes der Verbraucherzentralen gehen in 45–55 % die Schimmelprobleme auf Baumängel und gleichzeitig auf falsches Lüftungs- und Nutzerverhalten zurück.

Jede Sanierungsmethode hat seine Vor- und Nachteile. Aufgrund der langen Betrachtungszeit eines Gebäudes von mehreren Jahrzehnten muss die geeignete Methode langfristigen und dauerhaften Schutz bieten.

Schimmelpilze sind Mikroorganismen des täglichen Lebens. Sie sind ein natürlicher Teil unserer Umwelt und normalerweise harmlos. Ihre Konzentration hängt im wesentlichen von der Umgebung und den klimatischen Bedingungen ab. Biologisch gesehen gehört der Schimmelpilz zu den Pflanzen, ist aber artverwandt mit z. B. Mikroben oder Algen. Der Pilz besteht hauptsächlich aus einem unsichtbaren Geflecht (Myzel) aus dem dann Fruchtkörper herauswachsen. Schimmelpilze sind sehr anpassungsfähig und finden auch schon bei geringer Feuchtigkeit in bewohnten Gebäuden ausreichende Lebensbedingungen. Als Schadorganismen, die giftige Stoffwechselprodukte (Mykotoxine) freisetzen können, treten sie vor allem durch Befall von Lebensmitteln und organischen Materialien im Wohnbereich auf.

Schimmelpilze sind Mikroorganismen, die im täglichen Leben vorkommen. Sie sind ein natürlicher Teil unserer Umwelt und normalerweise harmlos. Ihre Konzentration hängt im wesentlichen von der Umgebung und den klimatischen Bedingungen ab. Biologisch gesehen gehört der Schimmelpilz zu den Pflanzen. Übersteigt eine Schimmelpilzkonzentration ein bestimmtes Maß, so kann es zu schwerwiegenden gesundheitlichen Problemen für den Menschen kommen. Schimmelpilz ist artverwandt mit z. B. Mikroben oder Algen. Der Pilz besteht hauptsächlich aus einem unsichtbaren Geflecht (Myzel) aus dem dann Fruchtkörper herauswachsen. Schimmelpilze sind sehr anpassungsfähig und finden auch schon bei geringer Feuchtigkeit in bewohnten Gebäuden ausreichende Lebensbedingungen. Als Schadorganismen, die giftige Stoffwechselprodukte (Mykotoxine) freisetzen können, treten sie vor allem durch Befall von Lebensmitteln und organischen Materialien im Wohnbereich auf.

3.10.2 Entstehung von Schimmelpilz

Schimmel benötigt zum wachsen mehrere Bedingungen:
  • Temperatur: −8 bis +60 °C

  • Feuchte: 70–100 relative Feuchte an der Bauteiloberfläche

  • Substrat: Nährstoffe wie z. B. Staub, Gipskarton, Dispersionsfarbe

Als erstes entsteht bei Schimmelpilzen das Zellgeflecht, welches Myzel genannt wird. An diesen Myzelien entstehen Sporenträger, die für die Bildung von Sporen notwendig sind. Je nach Pilzart und Wachstumsstadium werden die Sporen unterschiedlich stark an die Umgebungsluft abgegeben. Pilze können während Ihres Wachstums Toxine in ihren Myzelien und Sporen einlagern. Diese können auch nach einer unvollständigen Abtötung an die Luft abgegeben werden. Verschiedene Pilzarten geben während ihres Wachstums gasförmige Stoffe, sogenannte MVOCs ab. Die MVOCs sind für den typisch muffligen Geruch von Schimmelpilzbesiedlungen verantwortlich. Je nach Konzentration von Schimmelpilzsporen in der Raumluft wird eine Gesundheitsgefährdung eingestuft.

Weiterhin ist das Milieu (ph-Wert der Oberfläche) und die Atmosphäre (Sauerstoffgehalt) für die Schimmelpilzentstehung maßgeblich.

Bei der Feuchte ist zu berücksichtigen, dass in der Nähe von Wandoberflächen aufgrund der niedrigeren Temperatur eine höhere relative Luftfeuchtigkeit vorherrscht, als in der Raummitte.

3.10.3 Ursachen von Schimmelpilzentstehung in Wohnräumen

Schimmelpilz in Wohnungen entsteht durch:
  • Zu hohe Raumfeuchten

  • Zu geringer Luftwechsel

  • Zu niedrige Raumtemperatur

  • Zu geringe Wandoberflächentemperatur aufgrund verschiedener Ursachen wie:
    • Geometrische Schwachstellen

    • Verstellte Außenwände durch Einrichtungsgegenstände

    • Feuchte Wände

    • Innenisolierung

Wasserschäden (baulich oder sanitärtechnisch)

Pflanzen oder Aquarien in Wohnräumen

Im Einzelnen:

Schimmel durch hohe Raumfeuchtigkeit

Schimmel braucht zum leben mehrere Parameter aber immer eine gewisse Feuchte. Deshalb kann eine zu hohe Feuchte in der Raumluft zu Kondensation an den geometrischen Schwachstellen oder Wärmebrücken führen und so das Wachstum von Schimmel begünstigen. Die rel. Feuchte ist an kühlen Wandflächen aufgrund der niedrigeren Oberflächentemperatur wesentlich höher als in der Raummitte. Dadurch kann die Raumfeuchte aufgrund von Taupunktunterschreitung an der Oberfläche auskondensieren und schafft damit ideale Wachstumsbedingungen für Schimmel. In der DIN 4108 wird als oberster Grenzwert (kein Dauerwert) für Schimmelbildung 70 % rel. Raumfeuchte angegeben. Das normale Raumklima sollte nach der Norm zwischen 30 und 60 % rel. liegen, welche auch aus hygienischer Sicht als Grenzwerte anzusehen sind.

Zu hohe Raumfeuchten verursachen einen erhöhten Heizenergiebedarf. Die in der Luft enthaltene Feuchte muss mit erwärmt werden und speichert diese Energie in der sogenannten Enthalpie. Diese Energie geht mit jeden Lüften verloren.

Der Mensch produziert durch das normale Bewohnen zusätzliche Feuchtelasten (Kochen, Duschen, Waschen, Arbeiten, usw.). Bei einem 3–4 Personenhaushalt können dies je nach Nutzung 8–12 Liter/ Tag Feuchte sein.

hx-Diagramm

Die absoluten relativen Luftfeuchten in Verbindung mit dem maximalen Wasserdampfgehalt in der Luft werden im Abschnitt Feuchteschutz, 3.1 und 3.2 in diesem Buch behandelt.

Eine noch erträgliche Luftfeuchtigkeit in der Raummitte, kann vor einer Außenwand jedoch bedenklich werden. Durch das Abkühlen der Luft vor der kalten Innenseite einer Außenwand kann die relative Luftfeuchtigkeit in diesem Bereich soweit sinken, dass Kondensat ausfällt und sich an der Wand niederschlägt.

Der Zusammenhang zwischen Feuchte, Temperatur und Sättigung der Luft wird mit dem Mollier hx Diagramm wiedergegeben.

Beispiel

In der Raummitte wird eine Lufttemperatur von 18,1 °C mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 78 % gemessen (Abb. 3.67). Die Oberflächentemperatur der Außenwand des Raumes wird mit 15,4 °C gemessen. Gemäß Bild ......... steigt die relative Luftfeuchtigkeit vor der Wand auf 92 %. Dadurch wird eine Schimmelpilzbildung an der Wand begünstigt.
Abb. 3.67

hx-Diagramm Beispiel

Schimmel durch zu geringen Luftwechsel

In einem 3-4 Personen Haushalt werden am Tag ca. 10–15 Liter Feuchte durch Duschen, Kochen, Putzen usw. an die Raumluft abgegeben. Auch im Schlafzimmer produziert jeder Mensch pro Nacht zwischen 0,5–1,0 Liter Feuchte. Aquarien und eine große Anzahl an Pflanzen sind zusätzliche Feuchtequellen.

Die Feuchte wird von der Raumluft aufgenommen und bis zum Taupunkt (100 % rel. Feuchte) als „Feuchte“ in der Luft gehalten. Da die relative Feuchte temperaturabhängig ist, kann bei niedrigen Oberflächentemperaturen die Feuchte an z. B. Außenwänden oder Fenstern auskondensieren (sogenannte Taupunktunterschreitung).

Jeder kennt das Phänomen an kühlen Getränkeflaschen, die im Sommer aus dem Kühlschrank genommen werden und an denen sich die Luftfeuchte niederschlägt.

Zum Vermeiden einer Kondensation an den in der Regel kühleren Bauteiloberflächen und zum Sicherstellen eines hygienischen Raumklimas, muss die überschüssige Feuchte aus den Räumen abgeführt werden.

Die effizienteste Lüftungsart ist das Querlüften (gegenüberliegende Fenster ganz öffnen), was aber nicht bei jeder Wohnung möglich ist. Je nach der Gebäudeart, der Gebäudegeometrie, der örtliche Lage, den Windverhältnissen, den Staudrücken auf der Fassade usw., dem Nutzungsverhalten und den Innenquellen muss unterschiedlich oft und lang gelüftet werden um ein hygienisch einwandfreies Raumklima sicherzustellen. Oft ist das ausreichende Querlüftung durch den Wohnungsnutzer nicht machbar. „Ungünstige“ Wohnung müsste unter Umständen alle 3–5 h gelüftet werden. Gerade bei neuen Fenstern (nicht nur bei Kunststofffenstern) ist durch die erwünschte Dichtheit ein „natürliches“ Lüftungsverhalten (= Wärmeverlust!) durch Leckagen an den Fenstern nicht mehr gegeben. Deshalb kann bei neueren Fenstern der notwendige Luftaustausch in den meisten Fällen z. B. mit einer mechanischen Lüftungsanlage gewährleistet werden.

Mindestluftwechsel zur Vermeidung von Schimmel

Gemäß DIN 1946-6 Raumlufttechnik-Lüftung von Wohnungen: 2009-05, wird der Mindestluftwechsel aufwendig berechnet. Der aus hygienischer Sicht erforderliche Mindestluftwechsel beträgt 0,5 h−1. Das bedeutet, dass alle 2 h das gesamte Luftvolumen einer Wohnung ausgetauscht werden müsste.

In dieser Norm wird für neu zu errichtende oder modernisierende Gebäude ein Lüftungskonzept gefordert. Das Lüftungskonzept umfasst die Feststellung der Notwendigkeit von lüftungstechnischen Maßnahmen und die Auswahl des Lüftungssystems. Dabei sind bauphysikalische, lüftungs- und gebäudetechnische Maßnahmen zu beachten.

Die gilt auch für bestehende 1-Familienhäuser und Mehrfamilienhäuser bei denen mehr als 1/3 der Fenster ausgetauscht werden. Bei EFH gilt dies zusätzlich wenn mehr als 1/3 der Dachfläche abgedichtet wird!

Fensterlüftung

Mit der Fensterlüftung alleine kann der erforderliche Luftaustausch in der Regel nicht immer gewährleistet werden. Die nachfolgend wiedergegebenen Luftwechselraten/Stunde können je nach Gebäude und Lage abweichen:

Fenster/Türe zu (alte Holzfenster als Kastenfenster):

0,4–1,5 1/h

Fenster/Türe zu (alte Holzfenster bis ca. 1980):

0,1–0,5 1/h

Fenster/Türe zu (neuzeitige Fenster):

0,0–0,05 1/h

Fenster gekippt:

0,8–4,0 1/h

Fenster geöffnet:

9,0–15,0 1/h

Fenster/Türe geöffnet, gegenüberliegende
Fenster geöffnet (Querlüftung):

bis 40,0 1/h

Aus den oberen Werten ist ersichtlich, dass beim Querlüften innerhalb kürzester Zeit der erforderliche Luftwechsel gewährleistet ist. Da die Luftwechselrate aber über den ganzen Tag betrachtet werden muss, wird bei einem Mindestluftwechsel von 0,5 h−1 ein 12-facher Luftaustausch über den gesamten Tag benötigt. (24 h/2).

Dies wird aber nicht nur durch ein einmaliges längeres Querlüften erreicht, da sich die Feuchte- und Schadstofflasten sowie die Anreicherung mir CO2 über den ganzen Tag hinzieht. Der Luftaustausch müsste je nach der zeitlich zu erwartenden Schadstoff- und Feuchtekonzentration individuell angepasst werden.

Die Fensterlüftung über den ganzen Tag ist bei berufstätigen Personen schwer durchführbar und entspricht sicher nicht dem Komfortgedanken der Nutzer.

Fälschlicherweise könnte man das dauerhafte Kipplüften oder das Belassen der alten Fenster als ausreichend ansehen. Dabei ist es wichtig zu wissen, das bei älteren Gebäuden die Energieverluste bei geschlossenen Fenstern bis zu 13 % ausmachen können und durch Kipplüften sich der Wert sich auf > 25 % erhöhen kann. Zudem kühlt bei Kipplüftung in den kalten Jahreszeiten der Fenstersturz und die Fensterlaibungen aus, so dass Kondensatausfall aus der Raumluft eine Schimmelpilzbildung an diesen Bauteilen beschleunigt.

Bei energetisch sehr gut sanierten oder neu errichteten Gebäuden kann der Energieverlust durch Fensterlüftung auf bis zu 80 % ansteigen! (bezogen auf den Gesamtenergieverbrauch).

Daraus wird ersichtlich, dass der erforderliche Luftwechsel bei Neubauten mit einer Fensterlüftung alleine nicht sichergestellt werden kann. Vielmehr kann dies z. B. durch eine kontrollierte Wohnungslüftungsanlage erreicht werden.

Die zeitliche Länge und Anzahl von Lüftungsintervallen über Fensterlüftungen ist von vielen Faktoren abhängig.

In vielen Ratgebern werden starre Lüftungszeiten angegeben, die grundsätzliche physikalische Gesetzmäßigkeiten außer Acht lassen. Nicht nur die Luft sondern alle Stoffe wie Mauerwerk und Einrichtungsgegenstände absorbieren Feuchtigkeit aus der Raumluft. Dieser Prozess findet bis zu einem Feuchtegleichgewicht der festen Körper zur der Raumluft statt. Die Feuchteaufnahme der Einrichtungsgegenstände und Baustoffe findet, gegenüber der Raumluft, zeitlich verzögert statt. Deshalb ist die Desorption (Feuchteabgabe) der festen Stoffe an die Raumluft beim kurzzeitigen Lüften nur sehr gering. Die schnell abgetrocknete Raumluft kann nun wieder viel Feuchte aufnehmen, wodurch sich nach einiger Zeit wieder ein gewisses Feuchtegleichgewicht, mit niedrigeren rel. Feuchtegehalt, zwischen Raumluft und der Umgebungsfläche einstellt.

Zusätzlich wird durch den Einbau von neuen, dichteren Fenstern der „Schwachpunkt“ innerhalb der Gebäudehülle auf die Außenwände verschoben. Hatten vorher die Fenster den schlechteren U-Wert, haben nach einem Fensteraustausch die ungedämmten Außenwände den schlechteren Wärmedurchgangskoeffizienten. Im Bereich der Fensterlaibungen kann es dadurch zu Schimmelpilzbefall kommen.

Kontrollierte Wohnungslüftung

Durch eine automatisierte kontrollierte Wohnungslüftung kann der geforderte Luftaustausch gewährleistet werden. Zusätzlich wird durch eine ausreichende Filterung der Partikeleintrag in die Wohnung verringert. Dies ist vor allen für Allergiker von Bedeutung, denn man kann damit eine fast pollenfreie Wohnung erreichen.

Man unterscheidet zwischen reinen Abluftanlagen ohne Wärmerückgewinnung und Anlagen mit Wärmerückgewinnung.

Abluftanlagen

Bei den Abluftanlagen wird die Luft an den Schadstoff- und Geruchsquellen (Küche, Bad, WC) abgesaugt und strömt durch sogenannte Überströmöffnungen (auch der untere Türspalt) in die abgesaugten Räume nach. Die Außenluft strömt über Nachströmöffnungen in der Außenwand oder Fensterschlitzen in die Räume nach. Die Raumwärme geht dabei ungenutzt verloren. Jedoch ist diese Variante der Wohnungslüftung effizienter, als manuelles Fensteröffnen. Zu beachten ist, dass bei niedrigen Außentemperaturen sehr kalte Luft in die Raum einströmt, was an den Durchlässen zu Zugerscheinungen und Eisbildung führen kann.

Anlagen mit WRG

Bei Anlagen mit einer WRG (Wärme Rück Gewinnung) wird die aus dem Raum geführte und warme Abluft in einen Wärmetauscher mit der kühlern Außenluft im Gegenstromprinzip aneinander vorbeigeführt und wärmt die Außenluft so vor. Die Wärmerückgewinnung liegt nach Herstellerangaben bis zu 98 % was jedoch nur bei Laborbedingungen erreicht werden kann. Praktischerweise sind Wärmerückgewinnungen je nach Nutzung, Regelung und Art von 70–80 % als realistisch anzusehen.

Kellerlüftung

In Kellerräumen wir im Sommer meist durch permanent offen stehende Kellerfenster gelüftet. Dabei wird übersehen, dass dadurch Luft mit hoher Feuchte in den Keller hineingelüftet wird. Die feuchte Luft kondensiert dann an den kühlen Wandoberflächen aus und bietet so einen idealen Nährboden für Schimmel. Solche Feuchteschäden werden dann als drückende oder aufsteigende Feuchte interpretiert.

Optimal wird der Keller im Winter gelüftet und im Sommer nur an kühlen Nächten oder in den frühen Morgenstunden.

Statt einer Lüftungsanlage oder Fensterlüftung empfiehlt sich zur Entfeuchtung von Kellerräumen Kondensattrockner.

fRsi-Wert

In der DIN 4108 wird ein Berechnungsverfahren beschrieben, mit dem über die Berechnung von Wärmebrücken der fRsi-Wert ermittelt werden kann. Dieser Wert sagt aus, ob an einer Bauteilinnenfläche auf Grund zu niedriger Temperaturen Schimmelpilz entstehen kann.

Schimmel durch zu geringe Raumtemperaturen

In der heutigen Zeit mit hohen und stark steigenden Energiepreisen versuchen Wohnungsnutzer Energie zu sparen. Es wird weniger geheizt. Dies führt bei schlecht wärmegedämmten oder älteren Gebäuden aber zu noch niedrigeren Wandoberflächen-temperaturen und den damit zuvor beschriebenen verbundenen Problemen.

Da die Wandoberflächentemperatur bei ungedämmten Außenwänden ca. 5–10 °C kälter als die Raumluft sein kann, wird dadurch die Wandoberflächentemperatur weiter verringert. An solch kalten Oberflächen kann es bei entsprechender Raumfeuchte zur einer Taupunktunterschreitung kommen und dadurch zum Feuchteausfall und Schimmel an der Wand (s. hx-Diagramm).

Die Raumtemperaturen sollten folgende Werte nicht unterschreiten:
  • In Wohnräumen 20 °C

  • In Schlafräumen 17 °C

  • In Bädern 22 °C

Eine Verringerung der Raumtemperatur ist allenfalls bei einem gut wärmegedämmten Gebäude schadensfrei möglich (unter Voraussetzung der zuvor beschriebenen weiteren Kriterien).

Schimmel durch niedrige Wandoberflächentemperaturen

Niedrige Wandoberflächentemperaturen führen in Abhängigkeit der Raumfeuchte zu Tauwasserausfall an der Oberfläche. Dies hat in der Regel Schimmelbefall zur Folge. Eine niedrige Wandoberflächentemperatur an den Wärmebrücken und den geometrischen Schwachstellen sind in den meisten Fällen die Ursache einer Schimmelbildung in den Wohnungen.

Im Kap.  2 wird bereits beschrieben, warum Schimmelpilz an Wärmebrücken entstehen kann.

Wandecken, Übergänge zur Bodenplatte und Decke, Balkone usw. können aufgrund des Isothermenverlaufes geringere Oberflächentemperaturen als die Wandfläche ausweisen. Als Isothermen werden Linien gleicher Temperatur in einem Bauteil bezeichnet. Aufgrund der im Vergleich zur Innenfläche wesentlich größeren Außenfläche wird einer Innenecke mehr Wärme entzogen als es durch den Raum aufnehmen kann. Das Verhältnis beträgt bei einer Ecke mit einer 30 cm starken Wand ca. 33:1 cm. Bei Ecken zu Geschossdecken oder Bodenplatten ergibt sich eine 3-fach Isotherme (drei wärmeentziehende Außenflächen).

Weitere Gründe für zu niedrige Wandoberflächen sind (Abb. 3.68):
Abb. 3.68

Ursachen für die Auskühlung von Außenwänden

An Außenwänden oder einbindenden Wänden stehende Einrichtungsgegenstände verhindern den Wärmeaustausch zwischen Heizfläche und Wand. Dadurch können sich ebenfalls niedrige Wandoberflächentemperaturen einstellen. Da bei normalen Radiatorenheizungen ca. 2/3 der Wärme von den Heizflächen durch Konvektion abgegeben wird, kann unter Umständen auch der oft empfohlene Abstand der Möbel von der Wand mit 5–10 cm nicht ausreichend sein. Die Wärmeverteilung über Konvektion findet nämlich fast ausschließlich Vertikal statt. Deshalb kann bei am Boden stehenden Einrichtungsgegenständen die Luft hinter Möbeln nicht immer ausreichend zirkulieren.

Auf Grund der thermischen Behaglichkeit darf die Wandoberflächentemperatur max. 2K (2 °C) niedriger sein als die Raumtemperatur. Daraus ergibt sich bei 18 °C auch bei maximaler Raumfeuchte mit 60 % keinerlei Schimmelpilzgefahr.

Zu beachten ist, dass die rel. Feuchte an der Wandoberfläche aufgrund der niedrigeren Temperatur höher ist als in der Raummitte.

Schimmel durch feuchte Wände

Risse in der Außenfassade, abgeblätterte Farbe oder undichte wasserführende Leitungen können Wände langfristig durchfeuchten. Gerade im Bereich von Fallrohren der Regenentwässerung sind oft Grund für solche Durchfeuchtungen. Eine feuchte Wand hat eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit. Der U-Wert wird schlechter. Dies hat wiederum geringere Wandoberflächentemperaturen und früher oder später Schimmelbildung zur Folge.

Bei Neubauten ist aufgrund der heute kurzen Bauzeit die Baufeuchte beim Einzug noch nicht abgetrocknet. Üblicherweise werden ca. 100l Wasser/m2 Fläche beim Bauen eingebracht. Aufgrund der heute meist mit einem diffusionsdichten Dämmstoff (EPS, usw.) angebrachten Außendämmung (WDVS) kann die Baufeuchte nur nach innen austrocknen und führt schon nach kurzer Zeit zu Schimmel an den Einrichtungsgegenständen. Dies kann nur durch ausreichende Austrocknung aller Bauteile und einer diffusionsoffenen Wärmedämmung vermieden werden. Lüftungsanlagen wirken dabei unterstützend.

Auch heutzutage wird versucht, die Wandoberflächentemperaturen durch eine Innenliegende Wärmedämmung zu erhöhen. Hierbei sind jedoch bauphysikalischen Risiken vorhanden. Eine auf der Wandinnenseite angebrachte Isolierung verhindert den Wärmeaustausch zwischen den Heizflächen und der Wand, der Feuchtetransport durch die Wand findet, jahreszeitlich bedingt in verschiedenen Richtungen, jedoch weiterhin ungehindert statt. Die abgesperrte Wand kühlt aufgrund des unterbrochenen Wärmetransportes immer mehr aus. Durch das Dampfdruckgefälle im Winter (die Innentemperatur ist wesentlich höher als die Außentemperatur) wandert die Feuchtigkeit der Raumluft durch die Konstruktion und kondensiert an der kühlen Wandfläche aus. Dies hat fast immer einen verdeckten Schimmelbefall zur Folge und kann im laufe der Zeit zu schweren Bauschäden führen.

3.10.4 Beseitigung von Schimmelpilzen durch bautechnische und chemische Maßnahmen

Schimmel benötigt zum Leben hauptsächlich Feuchte, die richtige Temperatur, einen optimalen pH-Wert des Untergrundes, Sauerstoff und einen Nährstoff um zu wachsen und zu überleben. Die Hauptlebensgrundlage ist eine ausreichende Feuchte an der befallenen Stelle.

Es gibt viele Möglichkeiten den Schimmelpilz zu bekämpfen. Die wirkungsvollste und langfristig sicherste Methode zur Bekämpfung ist der Entzug und das Vermeiden der für ihn notwendigen Lebensgrundlagen.

Durch Entzug der Feuchte wird die Ursache behoben und nicht die Symptome bekämpft. Bei den meisten Schimmelsanierungen wird jedoch die Ursache und somit die Entstehung außer acht gelassen und nur der bereits entstandene Schimmel bekämpft.

Verringern der Raumfeuchte

Normale Raumfeuchten stellen keine optimalen Lebensbedingungen für Schimmel dar. Erst ab ca. 70 % rel. Feuchte können die meisten Schimmelarten wachsen. Die 70 % beziehen sich aber auf den wandnahen Bereich deren Feuchtewert aufgrund der Abkühlung durch die Wand 10–20 % höher sein kann als die Raumfeuchte.

Erst bei einer durch niedrige Oberflächentemperaturen stattfindenden Kondensation aufgrund einer Taupunktunterschreitung oder falsches Lüftungsverhalten stellt sich ein günstiges Klima für Schimmel ein. Deshalb muss eine niedrige Wandoberflächentemperatur zu jeder Jahreszeit vermieden werden.

Die in der DIN 4108 geforderte minimale Wandoberflächentemperatur von 12,6 °C reicht bei rel. Feuchten über 50 % unter Umständen nicht aus um Kondensatausfall zu verhindern. Erst bei einer Oberflächentemperatur von ca. 18,0 °C und normalen Feuchten, ist die Gefahr von Schimmel auf der Bauteiloberfläche nicht mehr gegeben.

In fast allen Fällen von Schimmelbefall in Wohnungen ist ein hoher Feuchtewert an der Bauteiloberfläche zu beobachten (>70 % an der Bauteiloberfläche!). Deshalb ist der Entzug der Feuchte durch geeignete Mittel die wirkungsvollste Maßnahme zur Bekämpfung und der zukünftigen Vermeidung von Schimmel.

Dies wird an besten durch bedarfsgerechtes Lüften, verringern der Feuchtelasten oder Anhebung der Wandoberflächentemperatur an allen Stellen sichergestellt.

Da die wohnbedingten entstehenden Feuchtelasten dennoch abgeführt werden müssen kann dies in energetisch sanierten oder neueren Gebäuden nur durch eine kontrollierte Wohnungslüftung erfolgen.

Ein Vermeiden von Schimmelpilz kann durch die Veränderung des pH-Wertes von <2 oder >10 erreicht werden. In der Praxis wird dieses mit spezielle Kalkfarben versucht.

Dabei wird jedoch leider übersehen, dass einige Pilze durch Aussetzen einer chemischen Lösung sich den pH-Wert in ihrer Umgebung selber verändern können und bei einem Neuanstrich mit normalen Farben oder Tapetenüberzug diese Maßnahme wirkungslos wird. Auch können einige Kalkfarben durch die Reaktion mit dem CO2 der Luft ihren pH-Wert verändern.

Zudem sind diese Maßnahmen wirkungslos, wenn vorher die Wärmebrücken nicht beseitigt werden.

Entzug der Nährstoffe

Da das Nährstoffangebot des Schimmels sehr vielseitig ist, kann ihm das Nahrungsangebot aus der Luft nicht entzogen werden. Die Luft müsste dazu „keimfrei“ gemacht werden. Lediglich das Nährstoffangebot des Untergrundes kann beeinflusst werden. Tapeten enthalten Eiweißstoffe und sind eine ideale Nahrungsquelle für Schimmel. Außerdem kann Papier sehr gut Feuchte speichern. Deshalb sollte auf Tapeten an den problematischen Stellen grundsätzlich verzichtet werden.

Bei fast allen Wandfarben und bei verschiedenen Putzen werden Bestandteile wie z. B. Kunststoff beigemischt. Einige Pilzarten können sich aber sehr gut von diesen Kunststoffanteilen und den anderen Zusätzen ernähren. Zudem laden sich diese statisch auf und begünstigen so das Anhaften von Partikeln aus der Raumluft.

In der Luft sind immer sehr viele Stäube, Keime, Fette usw. vorhanden, von denen sich der Schimmel ernähren kann. Jeder Mensch gibt z. B. am Tag Millionen von Hautkeimen (Mykrokokken) ab.

Die „Verschmutzung“ (Nährstoffangebot) der Luft durch die Bewohner kann deshalb durch verändertes Nutzerverhalten oder verstärktes Lüften zwar verringert, jedoch nicht abgestellt werden.

Einbau von Calzium-Silikatplatten

Bei einer Sanierung mit Kalcium-Silikatplatten wird versucht die Raumfeuchte über Feuchteaufnahme und -abgabe der Platten zu regulieren. Dies ist aber nur im begrenzten Maße möglich da dies ein regelmäßiges Ablüften der Feuchte innerhalb der Platten voraussetzt. Das ist aber nicht immer ausreichend möglich oder dem Nutzer rechtlich zumutbar.

Die Planung und Ausführung sollte aufgrund der möglichen Folgeschäden nur vom Fachmann erfolgen. Die Speicherfähigkeit der Wand mit Wärme wird unterbunden. Aufgrund der fehlenden Speichermasse verschlechtert sich das Temperaturregelverhalten des Raumes gegenüber dem relativ trägen Heizsystem was vor allen nach dem Lüften zu langen Aufheizzeiten führen kann.

Grundsätzlich gilt: Je besser der Isolierwert der Innendämmung, desto stärker ist das Temperaturgefälle und das Tauwasserrisiko hinter der Dämmung. Deshalb sind bei Dämmstoffe mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,045-0,055 W/m2K geringere Schäden zu erwarten als bei als hochwärmegedämmten Systemen.

Einbau einer Innendämmung

Die Möglichkeit zur Anbringung einer Innenwärmedämmung wird von der Industrie immer stärker angeboten. Der Autor warnt aber vor unsachgemäßer Planung und Durchführung.

Die Planung und Bauausführung ist umfangreich und die möglichen Folgeschäden können sehr groß sein.

Die Wärmedämmplatten muss innen 100 % Diffusionsdicht (luftdicht) ausgeführt werden und darf danach nicht beschädigt werden (z. B. durch Nägel oder Befestigungsschrauben). Eine Innenwärmedämmung wird oft bei denkmalgeschützten Gebäuden angebracht. Aufgrund der bauphysikalischen Schwierigkeiten und der möglichen Folgeschäden sollte diese Methode immer die letzte Wahl sein und die Planung und Ausführung nur von erfahrenen Fachfirmen erfolgen. Bei Fachwerkhäusern kann es bei falscher Planung und Ausführung zu massiven Feuchtigkeiten innerhalb der Holzbalken führen.

Auch bei dieser Maßnahme wird die Speicherfähigkeit der Wand mit Wärme unterbunden. Aufgrund der fehlenden Speichermasse verschlechtert sich das Temperaturregelverhalten des Raumes gegenüber dem trägen Heizsystem sehr stark was vor allen nach dem Lüften zu langen Aufheizzeiten führen kann.

Bei dieser Methode können verschiedene Folgeschäden auftreten:
  • Schädigung der Bausubstanz durch Einsperren von Feuchte

  • In der Wand verlegte wasserführende Leitungen können aufgrund der niedrigen Wandtemperatur platzen. (Frostpunkt im Mauerwerk)

  • Verringern der Wandoberflächentemperatur an den seitlichen Wandflanken (Fensterlaibungen)

  • Auf Grund der fehlenden Wärmeaufnahme der Wand kann es in Hohlstellen hinter den Platten zu Tauwasserausfall und zu versteckten Schimmel kommen. Die Schimmelsporen können über unsachgemäße Anschlüsse, Stoßfugen usw. an den Raum abgegeben werden.

  • Unsachgemäß ausgeführte Arbeiten oder Beschädigungen der Dampfsperre können im Laufe der Zeit zu massiven Folgeschäden führen

  • Bei Holzbalkendecken kann es im Bereich der Balkenköpfe zu Tauwasserausfall und zur Schädigung der Tragbalken kommen

Bauteiltemperierung durch elektrische Heizbänder

Diese Möglichkeit der Bauteiltemperierung wird bei Altbausanierungen angewendet. Die Temperaturanhebung erfolgt bei diesem System durch selbstregulierende elektrische Heizbänder. Aufgrund der in jeden Abschnitt (jeder mm) des Bandes eigenständigen Regulierung durch Halbleiterwerkstoffe kann das Heizband vorbeugend in die Problemzonen eingelegt werden und heizt nur an den Stellen an denen sich kühle Wandtemperaturen einstellen. Die Beheizung der kühlen Stelle erfolgt bis zum Erreichen der unterschiedlichen Maximaltemperatur und regelt sich dann aufgrund der Halbleitereigenschaft selbstständig herab. Die Heizleistung ist je nach Typ mit ca. 3–6W/m (bei +20 °C Innentemperatur) äußerst gering. Durch die Flexibilität der elektrischen Heizbänder ist eine problemlose Verlegung an allen Wärmebrücken möglich.

Dies ist eine einfache Methode bei zu geringen Oberflächentemperaturen eine ausreichende und effiziente Temperierung auf > 12,6 °C (möglichst 18,0 °C) sicherzustellen.

Da der Halbleiterwerkstoff auch bei ausreichender Raum-(Wandtemperatur) noch eine geringe Heizleistung besitzt sollte das Heizband mittels Außentemperaturfühler ab ca. +5 °C abgeschaltet werden.

Bei Altbauten mit dicken Außenwänden kann es unter Umständen notwendig sein das Heizband ganzjährlich zu betreiben oder erst bei höheren Temperaturen abzuschalten. Auf jeden Fall ist der Bewohner/Nutzer auf den erhöhten Stromverbrauch hinzuweisen.

Anbau einer außen liegenden Wärmedämmung

Die wirkungsvollste und sinnvollste Methode ausreichend hohe und gleichmäßig verteilte Innentemperaturen zu erzielen, ist der Anbau einer außen liegenden Wärmedämmung. Dadurch stellen sich an den Wandecken, Wärmebrücken und auch an von innen verstellten Wandflächen in der Regel eine ausreichend hohe Wandoberflächentemperaturen ein.

Wichtig dabei ist die bauphysikalische Regel, dass die Baustoffe von innen nach außen diffusionsoffener sein müssen.

Auskragende Betonplatten (z. B. Balkone) stellen eine starke Wärmebrücke dar. Zwar ist beim Überdämmen der Betonplatte eine Verbesserung der Wärmebrücke möglich. Es ist jedoch besser diese durch einen thermisch Trennung die statisch ausreichend stabil auszuführen. Bei Attiken von Flachdächern ist dieses ebenfalls zu berücksichtigen.

3.11 Abdichtung von Bauwerken

Die Thematik Abdichtung von Bauwerken gehört zwar zum Themenbereich Feuchteschutz, der im vorliegenden Kap.  3 dieses Buches behandelt wird, zählt aber nicht zu den klassischen Themen der Bauphysik. Aus diesem Grund soll an dieser Stelle nur kurz auf einige Regeln zum Thema Abdichtungen eingegangen werden. Für weiterführende Informationen wird auf die entsprechenden Normen sowie auf die einschlägige Literatur verwiesen.

Seit dem Jahr 2010 befinden sich die Regeln für Abdichtungen im Bauwesen (DIN 18195) in der Überarbeitungsphase. Im Jahr 2017 ist die neue Normenreihe DIN 18531-18535 für Abdichtungen im Bauwesen in Kraft getreten. Diese Normenreihe für Abdichtungen besteht aus fünf Einzelnormen, wobei jede Norm aus mehreren Teilen besteht. Diese neue Normenreihe ersetzt die bisher geltende DIN 18195 T 1-10 ersatzlos. Sie besteht aus folgenden Einzelnormen (Abb. 3.69):
  • DIN 18531-T 1-5 Abdichtung von nicht genutzte und genutzte Dächern,

  • DIN 18532-T 1-6 Abdichtung von befahrenen Verkehrsflächen aus Beton,

  • DIN 18533-T 1-3 Abdichtung von erdberührten Bauteilen,

  • DIN 18534-T 1-6 Abdichtung von Innenräumen,

  • DIN 18535-T 1-3 Abdichtung von Behälter und Becken

Abb. 3.69

Übersicht der Normen zur Abdichtung von Bauteilen. (Quelle: DIN 18533)

Ergänzt wird diese Normenreihe durch die Terminologienorm, der zukünftigen „neuen“ DIN 18195, 2017-07, in der die Begriffe definiert werden, die für alle Normen dieser Reihe gelten. Diese neue Normenreihe in allen Teilen ersetzt dann alle Teile der bisherigen DIN 18195 inklusive Beiblatt 1.

Die DIN 18533 wird die derzeit gültige DIN 18195 T 4-6 Abdichtung erdberührter Bauteile ersetzen, soweit dort Abdichtungen für erdberührte Bauteile und erdberührte Wandsockel geregelt wurden. Alle Regelungen dieser Norm wurden vollständig überarbeitet und es wurden neue Stoffe aufgenommen.

Nachfolgend soll am Beispiel der DIN 18533 („Abdichtung von erdberührten Bauteilen“) auf einige Besonderheiten der neuen Normenreihe für Abdichtungen eingegangen werden.

Die DIN 18533 wird in drei Teile gegliedert:
  • Teil 1 – regelt grundsätzliche stoffübergreifende Planungs- und Ausführungsbestimmungen.

  • Teil 2 – regelt die Abdichtung mit bahnenförmigen Abdichtungsstoffen

  • Teil 3 – regelt die Abdichtung mit flüssig zu verarbeitenden Abdichtungsstoffen.

Im Teil 1 der DIN 18533 wird die Auswahl und Art der Abdichtung nach Angriffsart und der Nutzung der angrenzenden Innenräume bestimmt. Als Voraussetzung für eine angemessene dauerhaft wirksame Abdichtungsfunktion werden standardisierte äußere Einwirkungen, denen Bauwerke in der Regel ausgesetzt sind, geregelt.

Hierfür wurden wichtige Einwirkungen zur Wahl der Abdichtungsmaßnahme wie folgt klassifiziert:
  • Wassereinwirkungsklassen (W1-E bis W4-E)

  • Rissklassen (R1-E bis R4-E)

  • Rissüberbrückungsklassen

  • Raumnutzungsklasse (RN1-E bis RN3-E)

  • Zuverlässigkeitsanforderungen.

Zur Festlegung der erdseitigen Wassereinwirkung auf die Abdichtung sind der Bemessungswasserstand, die Bodenart und die Geländeform am geplanten Bauwerksort zu ermitteln. Hierbei kann kapillar transportiertes, nicht drückendes und drückendes Wasser auf die Abdichtung und das dahinterliegende Bauteil einwirken.

Wassereinwirkungsklassen

Folgende Wasserbeanspruchungsklassen werden präzisiert:
  • W1-E: Bodenfeuchte und nicht stauendes Wasser

  • W2-E: drückendes Wasser (Grundwasser, Hochwasser, Stauwasser)

  • W3-E: nicht drückendes Wasser auf erdüberschütteten Decken

  • W4-E: Spritzwasser und Bodenfeuchte sowie Kapillarwasser in und unter

    Wänden.

Die Wassereinwirkungsklasse W1-E wird weiter unterteilt in:
  • W1.1-E bei Bodenplatten (Haus ohne Keller) und ausreichendem Abstand zum Höchstgrundwasserstand (≥50 cm) auf stark wasserdurchlässigem Baugrund. Am Bauteil liegt max. Bodenfeuchtigkeit an.

  • W1.2-E bei Häusern mit Keller, mit voll funktionsfähiger Dränung und wenig wasserdurchlässigen Böden (Durchlässigkeitsbeiwert k-Wert ≤10−4 m/s= Bodenfeuchte und nichtstauendes Sickerwasser). Abstand zum Höchstgrundwasserstand ≥50 cm.

Die Wassereinwirkungsklasse W2-E wird weiter unterteilt in:
  • W2.1-E Situation 1: mäßige Grundwasserbeanspruchung und mäßige Einwirkung von drückendem Wasser bei Häusern mit Keller, wenig wasserdurchlässigen Böden (Durchlässigkeitsbeiwert k-Wert ≤10–4 m/s). Abstand zum Höchstgrundwasserstand ≥30 cm. Einbautiefe des Kellergeschosses in das Erdreich: ≤ 3,0 m.

  • W2.1-E Situation 2: mäßige Grundwasserbeanspruchung und mäßige Einwirkung von drückendem Wasser bei Häusern mit Keller, wenig wasserdurchlässigen Böden (Durchlässigkeitsbeiwert k-Wert ≤10–4 m/s). Der Keller steht bis max. 3,0 m im Grundwasser, wobei der Keller ansonsten beliebig tief im Erdreich stehen kann.

  • W2.2-E Situation 1: Hohe Druckwasserbeanspruchung bei Häusern mit Keller, wenig wasserdurchlässigen Böden (Durchlässigkeitsbeiwert k-Wert ≤10–4 m/s). Es wirkt mehr als 3m hoch Stauwasser an den Kellerwänden ein.

  • W2.2-E Situation 2: Hohe Druckwasserbeanspruchung (Grundwasser oder Hochwasser) bei Häusern mit Keller, wenig wasserdurchlässigen Böden (Durchlässigkeitsbeiwert k-Wert ≤10−4 m/s). Die unterste Abdichtungsebene wird bei Höchstwasserstand mehr als 3m hoch durch Druckwasser belastet.

Die Wassereinwirkungsklasse W3-E behandelt die Abdichtung erdüberschütteter Decken bei nichtstauendem Oberflächenwasser und/ oder Sickerwasser, wobei der Höchstgrundwasserstand unterhalb der Abdichtungseben liegend muss. Hierzu zählen u. a. unterirdische Parkdecks die mit Erdreich überdeckt sind. Bei der Abdichtung einer erdüberschütteten Decke muss der tiefste Punkt der Deckenfläche mindestens 30 cm über HGW liegen und die Anstauhöhe von 10 cm darf nicht überschritten werden (Abb. 3.70).
Abb. 3.70

Erdüberschüttete Decken

Die Wasserbeanspruchungsklasse W4-E behandelt die Abdichtung von Wandsockel sowie in und unter erdberührten Wänden. Am Wandsockel ist im Bereich von 20 cm unter GOK bis ca. 30 cm über GOK mit W4-E zu rechnen.

Hierbei führt die DIN 18533 T3, 9.3.3 aus:

.... soll bei verputzten Außenwänden die Putzfläche bis zum Geländeanschluss reichen, muss im Sockelbereich die Abdichtung der erdberührten Wand aus PMBC 50 mm bis 200 mm unter OK Gelände auf einer überputzbaren Abdichtung aus rissüberbrückender MDS, 100 mm überlappend, hinterlaufsicher enden. Im Sockelbereich ist ein für Spritzwasserbelastung geeigneter Putz zu verwenden. Der untere Rand des Putzes ist zusätzlich mit MDS ≥ 50 mm über OK Gelände abzudichten, damit der Putzquerschnitt nicht von unten von Feuchte unterwandert werden kann

PMBC ist die bislang als KMB bekannte :“kunstoffmodifizierte Bitumendick-beschichtung“. PMBC steht für Polymer modified bituminous thick coatings (DIN EN 15814 für kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtungen zur Bauwerksabdichtung). MDS sind: mineralische Dichtschlämmen (Abb. 3.71).
Abb. 3.71

Beispiel der Anordnung der Abdichtung im Sockelbereich eines verputzten Mauerwerks. (Quelle DIN 18533)

Bei mehrschaligen Fassaden wie z. B. Verblendschalen geht die DIN 18533 grundsätzlich davon aus, dass diese nicht wasserundurchlässig sind. In Abhängigkeit von der Schlagregenbeanspruchung, der Saugfähigkeit des Steins und des Mörtels, der Dichtheit der Anschlüsse und der Gestaltung der Mauerkronenabdeckung muss damit gerechnet werden, dass Wasser in geringen Mengen an der Verblenderrückseite der Schwerkraft folgend nach unten absichert.

Bezüglich der Erforderlichkeit von Entwässerungsöffnungen im Sockelbereich z. B. durch Offenlassen von Stoßfugen, geht die DIN E 18533 davon aus, dass dieses Abhängig von der erwarteten Wassermenge und der Dichtheit der Lagerfuge abhängig ist. Weiterhin beschreibt die Norm, dass bei sachgerecht gemauerten und abgedeckten Verblendschalen die Sickerwassermengen so gering sind, dass auf gezielte Entwässerung über eigens dafür vorgesehene Öffnungen verzichtet werden kann. Die DIN EN 1996 (Eurocode 6) beschreibt im NA: 2012-01; Die Außenschale darf oberhalb von Sperrschichten mit Entwässerungsöffnungen versehen werden.“

Es bleibt abzuwarten was die DIN 1053-1:1996-11 Mauerwerksbau in der nächsten Überarbeitung zu diesem Thema schreibt. Derzeit sind die vorgenannten Entwässerungsöffnungen gemäß DIN 1053 noch auszuführen.

Für die Fußpunktabdichtungen könnte folgender Lösungsansatz angewandt werden:
  1. 1.
    Beanspruchung der Fußpunktabdichtung
    • Schlagregenexposition

    • Schlagregendichtheit der Verblendschale

    • Zuverlässigkeit der Mauerabdeckungen und Anschlüsse

     
  2. 2.
    Schutzbedürftigkeit der angrenzenden Bauteile
    • Folgen von Undichtheiten (Fußpunkt über Flachdachanschluss, Sturz oder Sockel mit nach unten offenen Fugen)

     

Rissklassen

Risse sind in Bauteilen, die den Abdichtungsuntergrund bilden, in der Regel nicht völlig vermeidbar. Werden vorhandene Risse und sich öffnende Arbeitsfugen vor Beginn der Abdichtungsarbeiten sachgerecht verschlossen, sind für die Beanspruchung der Abdichtung nur die Rissbreitenänderungen und Neurissbildungen nach Aufbringung der Abdichtung von Bedeutung.

Da die Dichtungsschicht normalerweise unmittelbar auf den tragenden Untergrund aufgebracht wird, muss sie noch zu erwartende Rissbreitenänderungen oder Rissneubildungen des Untergrunds überbrücken können.

Bei der Bemessung der Abdichtung bzw. des Abdichtungsuntergrunds sind die folgenden Rissklassen zu berücksichtigen (Tab. 3.24):
Tab. 3.24

Rissklassen gemäß DIN 18533 T1

Rissklasse

Maximale Riss-/Fugenaufweitung/Rissneubildung nach Aufbringen der Abdichtung

Bauteile ohne statischen Nachweis der Rissbreitenbeschränkung (Beispiele)

R1-E gering

≤ 0,2 mm

Stahlbeton ohne nennenswerte Zwang- und Biegeeinwirkung; Mauerwerk im Sockelbereich; Untergründe für Querschnittsabdichtung.

R2-E mäßig

>0,2 und ≤ 0,5 mm

Geschlossene Fugen von flächigen Bauteilen (z. B. Fertigteil); unbewehrter Beton; Stahlbeton mit nennenswerter Zwang-, Zug- oder Biegeeinwirkung; erddruckbelastetes Mauerwerk; Fugen an Materialübergängen

R3-E hoch

etwa 1,0 mm – Rissversatz 0,5 mm

Fugen von Abdichtungsrücklagen; Aufstandsfugen von erddruckbelasteten Wänden

R4-E sehr hoch

etwa 5,0 mm – Rissversatz 2,0 mm

Unplanmäßige Rise (z. B. infolge von Erschütterungen)

Rissbreitenänderungen oder Neurisse werden bei erdberührten Bauteilen in der Regel durch 1-malig ablaufende (abklingende), lastabhängige (Kriechen, Setzen) und/oder lastunabhängige (Schwinden) Längenänderungen bzw. Form-/ Volumenänderungen verursacht.

Da die Dichtungsschicht in der Regel unmittelbar auf den tragenden Untergrund aufgebracht wird, muss sie noch zu erwartende Rissbreitenänderungen oder Rissneubildungen des Untergrunds überbrücken können. Das abzudichtende Bauteil muss daher so konzipiert sein, dass keine der Abdichtung unzuträglichen Risse und Fugenbewegungen auftreten.

Abdichtungssysteme besitzen, abhängig von den Eigenschaften des Abdichtungsstoffs, der ggfls. vorhandenen Einlage, der Schichtdicke, der Lagenzahl und der Art des Haftverbunds zum Abdichtungsgrund verschieden große Rissüberbrückungseigenschaften.

Rissüberbrückungsklassen

Rissüberbrückungsklasse RÜE 0-keine Rissüberbrückung

Material: z. B. nicht rissüberbrückende mineralische Dichtschlämme (MDS), ≤2 mm dick.

Rissüberbrückungsklasse RÜE 1-geringe Rissüberbrückung bis 0,2 mm

Material: z. B. rissüberbrückende mineralische Dichtschlämme (MDS), min. 2 mm dick, vollflächig haftend.

Rissüberbrückungsklasse RÜE 2-mäßige Rissüberbrückung bis 0,5 mm

Material: z. B. PMBC (ehem. KMB), min. 3 mm dick, vollflächig haftend.

Rissüberbrückungsklasse RÜE 3-hohe Rissüberbrückung bis 1,0 mm

Material: z. B. FLK (Flüssigkunststoff), min. 2 mm dick mit Vlieseinlage, vollflächig haftend.

Rissüberbrückungsklasse RÜE 4-sehr hohe Rissüberbrückung bis 5,0 mm

Material: z. B. mehrlagige Abdichtung mit Bitumen- oder Kunststoffbahnen.

Raumnutzungsklassen

Durch die Abdichtung alleine sind bei erdberührten Bauteilen keine raumklimatischen Bedingungen erzielbar, die den Anforderungen an die Trockenheit und Schimmelfreiheit von Aufenthaltsräumen oder Lagerräumen für empfindliche Güter genügen. Deshalb sind neben der Bauwerksabdichtung auch der Wärmeschutz, die Beheizung und die Lüftung der Nutzung entsprechend zu planen, auszuführen und zu praktizieren.

Folgende Raumnutzungsklassen werden in der DIN 18533 festgelegt:

RN1-E

Geringe Anforderungen an die Trockenheit der Raumluft, z. B. Werkhalle, Garage (Ausnahme: Garage für Oldtimer).

RN2-E

Übliche Anforderungen an die Trockenheit der Raumluft und Zuverlässigkeit der Abdichtung, z. B. Aufenthaltsräume, Lager für hochwertige Güter.

RN3-E

Hohe Anforderung an die Trockenheit der Raumluft und sehr hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Abdichtung, z. B. Lagerung unersetzlicher Kulturgüter, zentrale Rechner.

Querschnittsabdichtungen/ Wandsockel

Außen- und Innenwände aus kapillar leitfähigen Baustoffen oder aus Baustoffen, die durch kapillar angreifendes Wasser geschädigt werden können, sind durch mindestens eine waagerechte Abdichtung (Querschnittsabdichtung) gegen aufsteigende Feuchtigkeit zu schützen.

Hierbei darf die Abdichtung durch die einwirkenden Lasten nicht geschädigt werden.

Bei seitlich von Erddruck belastete Wände müssen Abdichtungsstoffe verwendet werden, deren ausreichende Scherfestigkeit durch langfristige Erfahrung belegt ist. Die Wand darf auf der Abdichtungslage nicht gleiten.

Stoffe für Querschnittsabdichtungen:

Waagerechte Abdichtungen in oder unter Wänden müssen für die Klassen W1-E und W4-E geeignet sein. Folgende Stoffe sind für die Querschnittsabdichtungen zu verwenden:

Hier Tabelle 2 Feuchte Querschnittsabdichtungen einfügen

Es können auch sonstige Materialien zur Querschnittsabdichtungen verwendet werden, sofern sie durch ein bauaufsichtliches Prüfzeugnis (abP) die Funktionsfähigkeit nachgewiesen haben.

Der obere Abschluss der Abdichtung (Wandsockel) darf nicht hinterlaufen werden. Der Abdichtungsrand darf möglichst nicht oder nur geringfügig wasserbeansprucht werden. Das hochgeführte Abdichtungsende muss vor mechanischen Beschädigungen geschützt werden.

Planungsgrundsätze nach DIN 18533-1

Die zu schützenden Bauwerksteile sollten oberhalb des Bemessungswasserstandes angeordnet werden.

Das Gelände sollte z. B. durch Rinnen und Gegengefälleflächen und in Hanglagen z. B. durch zwischengeschaltete Stützmauern und offen entwässerte Gräben so gestaltet werden, das Niederschlagswasser z. B. bei Starkregen nicht als Oberflächenwasser zum Gebäude hingeleitet wird.

Ränder und Abdeckungen von Lichtschächten sollten so gestaltet werden, dass Oberflächenwasser möglichst nicht eindringen kann.

Wasser aus offen endenden Regenfallrohren und Speiern sollte nicht unmittelbar am Sockel enden und diesen zusätzlich beanspruchen.

Regenwassermulden und Regenwasserrigolen dürfen nicht so angeordnet und ausgeführt werden, dass das versickernde Wasser die Bauwerksabdichtung zusätzlich beansprucht.

Abdichtungssysteme besitzen, abhängig von den Eigenschaften des Abdichtungsstoffes, der Schichtdicke, der Lagenzahl und der Art des Haftverbunds zum Abdichtungsuntergrund unterschiedlich ausgeprägte Rissüberbrückungseigenschaften.

Daher muss bei der Wahl des Abdichtungssystems der Zusammenhang zwischen der Wassereinwirkung und der Rissüberbrückungsklasse angegeben werden.

Weiterhin sind folgende Grundsätze bei der Wahl der Abdichtungsart zu berücksichtigen:
  • Nutzungsdauer

  • Bauwerksnutzung

  • Klimatische Einflüsse

Für weitere Hinweise und detaillierte Informationen wird auf die Normenreihe DIN 18531 bis 18535 verwiesen.

Fußnoten

  1. 1.

    DIN 18540:2014-09: Abdichten von Außenwandfugen im Hochbau mit Fugendichtstoffen; Ausgabe September 2014; Beuth Verlag, Berlin.

Copyright information

© Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature 2019

Authors and Affiliations

  • Matthias Post
    • 1
  • Peter Schmidt
    • 2
  1. 1.HannoverDeutschland
  2. 2.Fachbereich BauingenieurwesenUniversität SiegenSiegenDeutschland

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