Grundlagen, Anforderungen, Beispiele und Schadensbilder

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1 1/ 47 Wärme- und Feuchteschutz Grundlagen, Anforderungen, Beispiele und Schadensbilder Sebastian LuxemburgerStr Köln duzia bauphysik KRONENSTRAßE WUPPERTAL MARCINIAK ARCHITEKTEN ISENBURGER KIRCHWEG KÖLN HOLWEIDE

2 2/ 47 Einführung Anforderungen an die Bauphysik 1. DIN Feuchteschutz 2. DIN Mindestwärmeschutz Sommerlicher Wärmeschutz 3. Energieeinsparverordnung Energetischer Wärmeschutz 4. DIN Luftdichtheit von Gebäuden 5. DIN Schallschutz

3 3/ 47 Einführung Bewertung feuchter Dämmstoffe

4 4/ 47 Bewertung feuchter Dämmstoffe Erhöhung der Transmissionswärme in feuchten Baustoffen Quelle: Vortrag H. Künzel; Einfluss der Feuchte auf die Wärmedämmwirkung; Fraunhofer IBP

5 Quelle: Zimmermann, M., in DDH 2016, Heft 18, S / 47 Mangelhafter Feuchteschutz = verringerter Wärmeschutz Normalgewicht von EPS nicht durchfeuchtet: 0,00625 m³ 30 kg/m³ = 0,1875 kg Messwert: 1,031 kg Masse des Wassers im Baustoff m w = m f - m t 1,031 kg 0,1875 kg = 0,8435 kg Massebezogener Wassergehalt u m : u m = m w m t 100[Masse %] 25 x 25 x 10 u m = 0,8435 0, = 449,87 % oder ca. 165 kg/m³ Dämmmaterial aus EPS oder 19,8 kg/m² bei 12 cm Dämmlage.

6 6/ 47 Bewertung feuchter Dämmstoffe Flachdach Wärmedurchgangswiderstand Dämmschicht EPS trocken - 4,75 (m²k)/w

7 7/ 47 Bewertung feuchter Dämmstoffe Flachdach Wärmedurchgangswiderstand Dämmschicht EPS feucht - 2,31 (m²k)/w* * aus Versuchen ermittelt

8 8/ 47 Bewertung feuchter Dämmstoffe Forschungsinitiative ZukunftBau - Die vorhandenen Messverfahren lassen keine eindeutige Messung zu - Hinsichtlich der Bewertung von feuchten Dämmungen bestehen zur Zeit keine allgemeinen Prüf- und Beurteilungsverfahren zum hinnehmbaren Feuchtegehalt oder dem Verlust an Druckbelastbarkeit. - Üblicherweise nimmt Mineralwolle wenig Wasser auf, außer es werden durch Unterwasserlagerung erhebliche Mengen eingebracht vgl. Künzel Quelle: Forschungsinitiative Zukunft Bau F 2824; Zustandsänderungen von Mineralwolledämmstoffen in Warmdachaufbauten bei Flachdächern infolge Feuchteeintritt, 2012, Pkt. 3.3

9 9/ 47 Bauphysikalische Zusammenhänge Physikalische Grundlagen zum Wärmeschutz Wärme fliest von warm nach kalt. In festen Stoffen erfolgt die Wärmeübertragung unmittelbar zwischen benachbarten Molekülen fester Stoffe. Die Rohdichte bestimmt die Wärmeleitfähigkeit.

10 10/ 47 Bauphysikalische Zusammenhänge Physikalische Grundlagen zum Wärmeschutz Materialeigenschaften und Porenstruktur Da Luft ein Gas ist, gibt es wesentlich weniger Moleküle als in festen Stoffen, die angeregt werden können. Stoffe mit hoher Dämmwirkung beinhalten viel eingeschlossene Luft. Polystyrol λ 0,04 W/(mK) Holz λ 0,13 W/(mK) Beton λ 1,40 W/(mK)

11 11/ 47 Bauphysikalische Zusammenhänge Wärmeleitfähigkeit und Wärmetransport Eis bei 10 C 2,33 W/(mK) Wasser bei 0 C Luft 0,5562 W/(mK) 0,0262 W/(mK)

12 Dämmstoffe 12/ 47 Kennwerte Dämmstoffe 1 Wärmeleitfähigkeit üblicher Dämmstoffe nach DIN EN ISO und DIN wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte Blähperlit Foamglas Mineralwolle PUR/PIR XPS EPS 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05 0,055 0,06 0,065 0,07 λ (W/mK) Dämmstoffe EPS XPS PUR/PIR Mineralwolle Foamglas Blähperlit λ min (W/mK) 0,030 0,026 0,020 0,036 0,035 0,045 λ max (W/mK) 0,050 0,045 0,045 0,050 0,055 0,065 EPS

13 U-Wert [W/(m²)] 13/ 47 Bauphysikalische Zusammenhänge Einfluss der Dämmstoffdicke auf den erreichbaren U-Wert 1,6 Beispiel mit Wärmeleitfähigkeit 0,035 W/(m²K) 1,2 0,8 U Wert 0, Dicke der Dämmung [cm] mit λ 0,035 W/(mK)

14 14/ 47 Kennwerte Dämmstoffe 2 Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl μ EPS Expandiertes Polystyrol Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl XPS Extrudiertes Polystyrol Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl Mineralwolle Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl 1 2 (ohne Beschichtung) Schaumglas Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl PUR/ PIR Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl

15 15/ 47 Bauphysikalische Zusammenhänge Eigenschaft von Wasser und Wasserdampf Hohe Temperatur heißt hohe Bewegungsenergie. Bei Gasen entsteht dadurch ein Dampfdruck auf die Umgebung. Die Moleküle bewegen sich durch ihre kinetische Energie frei im Raum und stoßen dabei an die Begrenzungsflächen. Es entsteht Dampfdruck.

16 16/ 47 Bauphysikalische Zusammenhänge Grundlagen für den Wärme- und Feuchteschutz Diffusion-Konvektion in einem Flachdach Quelle: Duzia / Bogusch; Basiswissen Bauphysik

17 17/ 47 Bauphysikalische Zusammenhänge Grundlagen für den Wärme- und Feuchteschutz Quelle: proclima Diffusion diffusionsoffen: diffusionshemmend: diffusionsdicht: s d 0,5 m 0,5 m s d 1500 m s d 1500m

18 18/ 47 Feuchteschäden im Holzbau weitere Ursachen Schadensursachen im Holzbau Holz mit zu hoher Einbaufeuchte 12 M-% Einbaufeuchten sind im Bereich des Zulässigen. Dämmstoff wurde nass eingebaut, weil er während der Lagerung unzureichend geschützt war. Mangelhafte Dampfsperre Anschlüsse und Überlappung Regen beim Einbau der Konstruktion und den Abdichtungsarbeiten Putz- und Estricharbeiten nach Einbau Holzkonstruktion. der Holzforschung Austria 100 % luftdichte Aufbauten sind bautechnischen so gut wie nicht ausführbar. Quelle: Nusser, Teibinger et al.; Bauphysik 32 (2010) Foto: Duzia

19 19/ 47 Feuchteschäden im Holzbau - Feuchtefalle S d - Werte und Feuchtefallen im Holzbau DIN Vorgabe Baufeuchte bei Holzdächern Bei nicht belüfteten Dächern mit äußeren diffusionshemmenden Wärmedämmschichten mit s d,e 2,0 m trocknet erhöhte Baufeuchte, oder während der Bauphase eingedrungene Feuchtigkeit, nur schlecht oder gar nicht aus. S d,e 2 m Dachaufbauten dürfen keine Feuchtefalle sein! Holz oder Holzwerkstoffe, die zwischen der äußeren Dachabdichtung und der inneren Dampfsperre liegen, dürfen nur in der zulässigen Materialfeuchte eingebaut werden.

20 Fotos: Duzia 20/ 47 Feuchteschäden im Holzbau - Feuchtefalle Konstruktive Maßnahmen Das Eindiffundieren von wasserhaltiger Luft in das Bauteil muss vermieden werden. diffusionsoffene Schicht s d 0,5 m diffusionshemmende Schicht s d 0,5 m bis 1500 m diffusionsdichte Schicht s d 1500 m Die s d -Werte des Schichtenaufbaus müssen aufeinander abgestimmt sein.

21 Quelle: Bonk und Arndt; Bauphysik 24(2002) 21/ 47 Feuchteschäden im Holzbau Nutzungsklassen und Ausgleichsfeuchten von Holz DIN 1052 Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken Nach BONK und ANDERS führt die Senkung der Holzfeuchte um 1 M-% dazu, dass ca. 5 l Wasser je m³ Holz ausfallen. Quelle: DIN 1052 Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken 2008

22 Quelle: Krah,W.; Vermeidung von Tauwasser und Schimmel im Dach 22/ 47 Feuchteschäden im Holzbau Holzfeuchte und Masse-% Holzbalken 8 cm / 20 cm mit einer Einbaufeuchte von 20 M-% 0,08 m * 0,20 m * 1,00 m = 0,016 m³ Streckenlast bzw. 0,266 m³/m² Rohdichte Holz ca. 600 kg/m³ 600 kg/m³ * 0,0266 m³ = 16,0 kg Holz je m² Dachfläche Einbau von zu feuchtem Holz mit 20 M.-% 20 % von 16,0 kg = 3,2 kg Wasser/m² Dachfläche Trocknung des Holzes auf 12 M-% 12 % von 16,0 kg = 1,92 kg Wasser/m² Dachfläche Überschuss von 1,28 kg Wasser/m² Dachfläche Wohin damit?

23 23/ 47 Feuchteschäden im Holzbau Schadensursachen im Holzbau Holz mit zu hoher Einbaufeuchte 12 M-% Einbaufeuchten sind im Bereich des Zulässigen. Dämmstoff wurde nass eingebaut, weil er während der Lagerung unzureichend geschützt war. Mangelhafte Dampfsperre Anschlüsse und Überlappung Regen beim Einbau der Konstruktion und den Abdichtungsarbeiten Putz- und Estricharbeiten nach Einbau der Holzkonstruktion. Holzforschung Austria 100 % luftdichte Aufbauten sind bautechnischen so gut wie nicht ausführbar. Quelle: Nusser, Teibinger et al.; Bauphysik 32 (2010) Foto: Duzia

24 24/ 47 Feuchteschäden im Holzbau Grundlagen für den Wärme- und Feuchteschutz Nicht hinterlüftetes Dach mit Aufsparrendämmung kritisch Vorteile: - Kein Tauwasserausfall in der Ebene der Holztragkonstruktion. - Einfachere Ausführung der innenseitigen Luftdichtheitsebene möglich, weil weniger Anschlüsse einzuarbeiten sind. Nachteil = hohe Bauteilstärken Quelle : Holzforschung Austria, Flachgeneigte Dächer aus Holz

25 25/ 47 Schadensbilder Beispiel: Hallenbad an der Ostsee

26 26/ 47 Schadensbilder Beispiel: Hallenbad an der Ostsee Nasse Dämmung Zu wenig Dachabläufe Gealterte Bitumenbahnen Fehlende Notentwässerung Verrutschte Dämmlage Sanierung möglich? Ab 10 % zu sanierende Fläche greifen zusätzliche EnEV-Anforderungen.

27 27/ 47 Sanierungsmöglichkeiten Trocknungsmaßnahme an Dämmstoffen Mögliche Sanierungen: - Nachträglicher Einbau von Dachentlüftern - Trocknung der Dämmung durch Einbringung warmer Luft Grundsätzlich werden Trocknungsmaßnahmen jedoch eher kritisch beurteilt. Die Gewährleistung, dass nach Sanierung die Dämmung trocken bleibt, hängt von den Anschlüssen der Dampfsperren und Dachabdichtungen ab. Im Zweifelsfall ist der Austausch notwendig. Quelle: Forschungsinitiative Zukunft Bau F 2824; Zustandsänderungen von Mineralwolledämmstoffen in Warmdachaufbauten bei Flachdächern infolge Feuchteeintritt, 2012, S.79

28 Quelle: Duzia / Bogusch; Basiswissen Bauphysik 28/ 47 Feuchteschäden im Holzbau Holzdächer benötigen Trocknungsreserven Quelle: DIN 1052 Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken 2008

29 29/ 47 Bauphysikalische Zusammenhänge Grundlagen für den Wärme- und Feuchteschutz Konvektion Quelle: proclima

30 30/ 47 Luftdichtigkeit Grundlagen für den Wärme- und Feuchteschutz EnEV und DIN : Erstellung eines Luftdichtheitskonzept notwendig Luft- und Dampfdichtheitsebenen müssen geplant werden. Quelle: Duzia, T.; Bogusch, N.; Basiswissen Bauphysik; Fraunhofer IRB Verlag

31 31/ 47 Luftdichtigkeit Eigenschaft von Wasserdampfdiffusion Die Bedeutung der Diffusionsberechnung ist nachrangig gegenüber den Risiken aus Konvektion. 1. Die Wasserdampfdiffusion durch Wände und Decken ist hauptsächlich im Winter von Bedeutung. 2. Die Berechnung nach Glaser berücksichtigt nur die Diffusion und enthält keinen Sicherheitsbeiwert für Konvektion und Baufeuchte (Leckagen).

32 32/ 47 Luftdichtigkeit Maßnahmen zum Schutz vor Tauwasser DIN : Wärme- und Feuchteschutz durch Luftdichtheit Entscheidend ist die Leckagefreiheit der luftdichten Schicht. Anschluss an massive Bauteile Detail nach DIN Tauwasserausfall durch Konvektion auf dem kalten Bauteil.

33 33/ 47 Luftdichtigkeit DIN Dachabdichtungen Bemessung und Festlegung der Ausführungsart und der Details der bauphysikalischen Funktionsschichten sind durch den Planer vorzunehmen. Bei wärmegedämmten Dächern ist im Regelfall die Luftdichtheit des Daches durch luftdichte Bauteile oder Schichten unter der Wärmedämmung herzustellen.

34 Quelle: duzia - bauphysik+architektur 34/ 47 Grundlagen für den Wärme- und Feuchteschutz Was in den Normen gut funktioniert, kann unter Baustellenbedingungen zum Problem werden! Eiszapfen Allen Beteiligten am Bau müssen die bauphysikalischen Zusammenhänge bewusst sein. Quelle: DIN (Mitte)

35 35/ 47 Schadensbilder Grundlagen für den Wärme- und Feuchteschutz 1. Luftdichtheit schützt vor Korrosion. 2. Mangelhafte Anschlüsse führten zu Wärmeverlusten und Betons.

36 36/ 47 Feuchteschutz Anwendungsbereich der DIN Klimabedingter Feuchteschutz Grundsatz: Nachweise zum Feuchteschutz bilden die Grundlage zum Wärmeschutz Diese Norm legt Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für die Planung und Ausführung zum klimabedingten Feuchteschutz in Gebäuden fest. [ ] EINSCHRÄNKUNG Das zugrunde liegende stationäre Verfahren zur Berechnung von Diffusionsvorgängen nach Glaser ist nicht anwendbar bei klimatisierten Wohn- oder wohnähnlich genutzten Räumen.

37 37/ 47 Feuchteschutz - Glasernachweis Bedingungen zum Ausfall von Tauwasser Tauwasserbildung im Inneren von Bauteilen tritt auf wenn, - ein Temperaturgefälle über den Bauteilquerschnitt vorhanden ist. - Wasserdampfdiffusion infolge unterschiedlicher Dampfdrücke auf beiden Seiten des Bauteils vorliegt. - der Wasserdampfteildruck im Bauteilinneren den Sättigungszustand erreicht. - Das Porengefüge zugänglich ist. Wasserdampfsättigungsdruck 1168 Pa 50 % rel. Feuchte bei 20 C 321 Pa 80 % rel. Feuchte bei 5 C

38 38/ 47 Feuchteschutz - Glasernachweis Randbedingungen nach DIN Perioden-Bilanzverfahrens nach Glaser: Hallenbad ganzjährig C

39 39/ 47 Feuchteschutz Einschränkungen Glasernachweis Anwendungsbereich DIN Klimabedingter Feuchteschutz Einschränkungen des Glaser-Nachweises: - Klimatisierte Wohngebäude oder wohnähnlich genutzte Räume und erdberührte Bauteile - Begrünte Dachaufbauten - Berechnung des Austrocknungsverhalten bei Rohbaufeuchte oder Ausgleichsfeuchte in den Baustoffen - Schwimmbäder oder deutlich anders beaufschlagte Räume

40 40/ 47 Beanspruchungen von Dachkonstruktionen Mechanische Beanspruchungen - Aufstellort für TGA - Wartungswege - Nutzung als Dachterrasse - Hagelschlag - Wurzelbildung bei begrünten Dächern Quelle: Dr.-Ing. Thomas Duzia

41 41/ 47 Beanspruchungen von Dachkonstruktionen Thermische Beanspruchungen - Solare Erwärmung der Oberfläche - Spannungen durch Längenänderungen bei Temperaturdifferenzen durch - Verschattungen - Wärmebrücken - Pfützen - Frost Verformungen und Rissbildung Quelle: Dr.-Ing. Thomas Duzia

42 42/ 47 Beanspruchungen aus der Nutzung Mangelhafte Ausführung der Luftdichtheitsebene und Be- und Entlüftung Quelle: Dr.-Ing. Thomas Duzia

43 43/ 47 Ursachen Mangelhafte Anschlüsse Ausfall von Kondenswasser auf kalten Bauteilen Falscher Einbau von Fenstern Fotos: Dr.-Ing. Thomas Duzia

44 44/ 47 Brücke Bauphysik + Architektur Planung Mindestwärmeschutz Wahl der Dämmstoffe Energetische Planung: Wahl der Dämmstärken Sommerlicher Wärmeschutz: Parameter anpassen Aber auch umgekehrt: als Bauphysiker muss man immer auch die Ausführung im Blick haben

45 45/ 47 Brücke Bauphysik + Architektur Sommerlicher Wärmeschutz

46 46/ 47 Fazit Planung und Abstimmung der Luftdichtheitsebene Kontrolle der Luftdichtheitsebene auf bautechnische Umsetzbarkeit Kontrolle der Einbausituation und ggf. Luftdichtheitsprüfung durchführen Kontrolle der Einbaufeuchten Sicherung der gelagerten Baustoffe gegen Niederschlagswasser Überprüfung des Einflusses von Wärmebrücken und Taupunktunterschreitung Abstimmung des Schichtaufbaus und der S d -Werte Berücksichtigung von Trocknungsreserven

47 47/ 47 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Sebastian LuxemburgerStr Köln