U-Wert und Taupunkt Messung mit dem go Mess-System an einem Mehrfamilienhaus in Mettmenstetten, Schweiz

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1 1 / 10 U-Wert und Taupunkt Messung mit dem go Mess-System an einem Mehrfamilienhaus in Mettmenstetten, Schweiz greenteg AG, Technoparkstrasse 1, 8005 Zürich Kontakt: holger.hendrichs@greenteg.com, Zusammenfassung Oftmals wird die gesundheitsschädliche Wirkung von Schimmelbefall in Gebäuden unterschätzt. Darüber hinaus kann Schimmelbefall irreversible Schäden an der Gebäudehülle verursachen (d.h. Beschädigung der Isolation), welche vom Eigentümer nicht selten in einer kostspieligen Sanierung aufgearbeitet werden müssen. Die Luftfeuchtigkeit ist mitunter der wichtigste Parameter für Schimmelbildung. Eine Überwachung der Luftfeuchtigkeit stellt deshalb einer der geeignetsten Massnahmen dar, um die schädliche Wirkung von Schimmel auf Gebäudehülle und Bewohner zu verhindern. Ziel dieser Studie ist es U-Wert, Temperatur und Feuchtigkeit in einer von Schimmelbefall betroffenen Wohung zu messen und deren Einfluss auf die Schimmelbildung zu evaluieren. Die Messungen wurden möglichst nahe an den problematischen Zonen in verschiedenen Zimmern durchgeführt. Als Messequipment diente eine Infrarotkamera und das go Mess-System (goms) von greenteg. Während die Infrarotkamera für eine qualitative Beurteilung der Lage diente, konnte mit dem goms Feuchtigkeit, Oberflächentemperatur, Umgebungstemperatur und Wärmefluss kontinuierlich gemessen werden, um aw- Werte und U-Werte an den verschiedenen Messpunkten zu bestimmen. Einleitung Schimmelbefall in Gebäuden ist ein häufiges Phänomen, dessen Ursache oftmals eine zu hohe Luftfeuchtigkeit ist. Grundsätzlich braucht es vier Faktoren für Schimmelbildung: a) einen organischen Nährboden, b) einen geeigneten Temperaturbereich, c) Feuchtigkeit und d) Zeit. Von diesen vier Faktoren stellt die Feuchtigkeit den kritischsten Faktor dar. Deshalb stellt die Feuchtigkeitskontrolle die effektivste und praktikabelste Methode dar, um Schimmelbildung zu verhindern. Neben Feuchtigkeit, stellen Wärmebrücke einen weiteren Grund für Schimmelbildung dar. Sie entstehen in den meisten Fällen durch inhomogene Isolation oder Verbindungselemente in der Konstruktion mit höherer Wärmeleitfähigkeit. Verglichen zu den umliegenden Bereichen, ist der Wärmeübergang in solchen Bereichen deutlich höher, was zu einer tieferen Oberflächentemperatur führt. Liegt die Oberflächentemperatur unter dem Taupunkt, kondensiert die Feuchtigkeit an der Wand, was zu Schimmelbildung führen kann. Daher sind Feuchtigkeit-, Taupunkt- und Wärmebrücken-/U-Wertbestimmung wesentliche Faktoren bei der Untersuchung von Schimmelbildung. Generell weiss man, dass Temperaturen zwischen C und eine relative Luftfeuchtigkeit von über 80% 1 ideale Bedingungen für Schimmelbildung darstellen. Ein wichtiger Indikator ist dabei die Wasseraktivität (aw- Wert). Die Wasseraktivität beschreibt den Anteil an frei verfügbarem Wasser für die Schimmelbildung auf dem Nährboden. Sie wird mit einem Wert zwischen 0 und 1 angegeben und besitzt keine Einheit. Der kritische aw-wert für Schimmelbildung liegt bei 0.8 (je höher, desto schlechter). Feuchtigkeit in Gebäuden sollte daher (wenn möglich) immer über die Wasseraktivität (aw-wert Messung) bestimmt werden. Das go Mess-System von greenteg erlaubt durch die Messung von Feuchtigkeit, Oberflächen- und Umgebungstemperatur eine genaue Bestimmung des aw-wertes. Die dafür verwendete Formel lautet wie folgt: Psat(Ti) RH[%] aw-wert = Psat(Tsi) Gemäss SIA 180

2 2 / 10 wobei, Psat(Ti)= Sättigungsdruck bei Umgebungstemperatur [hpa] Psat(Tsi)= Sättigungsdruck bei Oberflächentemperatur [hpa] Tsi= (Wand-)Oberflächentemperatur Ti= Umgebungstemperatur (innen) Der Sättigungsdruck Psat von Wasser kann mit Hilfe der Magnus-Formel berechnet warden: Psat(T)[hPa] = 6,112hPa exp( ), für 45 C T 60 C,?AB,<? DE@ Objektbeschreibung Der Wohnblock, an dem die Messungen stattfanden, steht in Mettmenstetten (CH) und wurde 2015 fertiggestellt. Die Bewohner stellten in mehreren Räumen, vorwiegend in Ecken, Schimmelbildung fest. Dessen Ursache war jedoch unklar. Um die Ursache dafür zu klären, fanden zwischen dem und dem Feuchtigkeit, Temperatur und U-Wertmessungen in den betroffenen Räumlichkeiten statt. In diesem Zeitraum war es meist bewölkt und regnerische/leichter Schneefall. Zudem war die Wohung während dem Zeitraum meist unbewohnt, um mögliche Störfaktoren auszuschliessen. Gemäss ISO Norm 9869 muss für eine genaue U-Wert Messung mindestens während einem Zeitraum von 72h gemessen werden und dabei die Temperaturen möglichst stabil sein. Für die Datenauswertung wurde deshalb jeweils der optimale Zeitraum (d.h. jener mit den tiefsten Temperaturschwankungen) gewählt. Messbeschreibung Für eine erste Bestandsanalyse wurde eine Infrarotkamera verwendet. Die Aufnahmen sind in den Abbildungen 2, 4, 6 und 8 ersichtlich. Dabei sind die problematischen Bereiche, also diejenigen die tiefe Oberflächentemperaturen aufwiesen und von Schimmelbefall betroffen waren, meist in den Ecken zu finden. Für quantitative Resultate wurde das go Mess-System (goms) von greenteg verwendet. Das goms ist ein kabelloses Mess-System, welches aus bis zu 16 Messknoten besteht, welche die Daten via LoRaSC 2 an die Basistation übermitteln. Von dort aus werden die Daten über das Mobilfunknetz in die Cloud (Microsoft Azure Hosting) gesendet, wo sie bequem ausgewertet werden können. Dabei ergibt sich gerade durch die Multikanalfunktion die Möglichkeit, mehrere U-Wert-, Temperatur- und Feuchtigkeitsmessungen gleichzeitig durchzuführen. Dies vereinfacht die Analyse von mehreren Räumen. Für die Messungen in dieser Studie wurden insgesamt 9 Messknoten verwendet, mit denen U-Wert, Temperatur und Feuchtigkeit im Wohnzimmer, Schlafzimmer und Reduit gemessen wurden. Im Wohnzimmer und Reduit (in der Mitte der Wohnung) wurde jeweils an der Decke gemessen. Im Schlafzimmer wurde an der Decke und an der Aussenwand gemessen. Die Basisstation, welche alle Messdaten empfing, wurde in der Mitte der Wohnung platziert. Für die Feuchtigkeitsmessung in den drei Räumen wurden Messknoten vom Typ 3 verwendet und jeweils in Wohnzimmer, Schlafzimmer und dem Reduit platziert (Abbildung 1). Die gesamte Messkonfiguration kann Tabelle 1 entnommen werden. 2 Mehr Informationen verfügbar auf Wichtig: Das goms verwendet die LoRa Frequenz/Technologie und nicht das LoRaWAN.

3 3 / 10 Messknoten Typ 1 Messknoten Typ 2 Messknoten Typ 3 1x kombinierter Wärmefluss- /Oberflächentemperatursensor 1x Umgebungstemperatursensor 1x Oberflächentemperatursensor 1x Umgebungstemperatursensor Messpunkt Reduit (Decke) N1 (innen) N5 (aussen) N8 (innen) Wohnzimmer (Decke) N2 (innen) N5 (aussen) N8 (innen) Schlafzimmer (Wand) N3 (innen) N6 (aussen) N9 (innen) Schlafzimmer (Decke) N4 (innen) N7 (aussen) N9 (innen) Tabelle-1 Messpunkte 1x kombinierter Feuchtigkeit- /Umgebungstemperatursensor Abbildung 1. Basisstation (links), Feuchtigkeits Messknoten vom Typ 3 im Wohnzimmer (mitte), Feuchtigkeitsmessknoten vom Typ 3 an der Wand im Schlafzimmer (rechts) Messergebnisse: 1. Reduit Im Reduit wurden U-Wert und aw-wert an der Decke gemessen. Dafür wurde ein Messknoten vom Typ 1 an der Innenseite und ein Messknoten vom Typ 2 auf der Aussenseite der Decke/des Daches plaziert (siehe Abbildung 2). Die Feuchtigkeit wurde mit einem Messknoten vom Typ 3 in der Mitte der Wohnung, in unmittelbarer Nähe zum Reduit, gemessen. Der über die Messperiode gemessene U-Wert betrug 0,19 W/m 2 K, was auf eine gut isolierte Wand hindeutet. Die relative Feuchtigkeit betrug durchschnittliche 57.7% und erreichte einen Maximalwert von 61%. Der gemessene aw-wert betrug durchschnittlich 0.57 und maximal In Abbildung 3 sind die Messkurven ersichtlich. Der aw-wert ist konstant deutlich unter 0.8, daher besteht an dieser Stelle auch keine Gefahr von Schimmelbildung. Die Unstetigkeiten in der Feuchtigkeitsmessung entstanden durch lüften.

4 4 / 10 Abbildung 2. Wärmebild-Aufnahme (links) und goms Messknoten Typ 1 (mitte) im Reduit, goms Messknoten Typ 2 auf dem Dach vom Reduit (rechts)

5 5 / 10 Abbildung 3. Temperatur, U-Wert, relative Feuchtigkeit und aw-wert Messwerte im Reduit zwischen dem und dem Wohnzimmer Die zweite Messung wurde im linken Ecken des Wohnzimmers an der Decke durchgeführt. Ein Messknoten vom Typ 1 wurde drinnen und ein Messknoten vom Typ 2 aussen installiert (vgl. Abbildung 4). Zusätzlich wurde ein Messknoten vom Typ 3 in der Mitte des Raumes installiert (vgl. Abbildung 1). Die U-Wert Messung ergab einen Wert von 1.3W/m 2 K, was deutlich über geforderten Maximalwert von 0.17 W/m 2 K für opake Gebäudeelemente gemäss SIA Norm 380/1 liegt. Dieser hohe Wärmedurchgang führt zu einer kalten Oberflächentemperatur, was in Kombination mit einer hohen Luftfeuchtigkeit zu Schimmelbildung führen kann. Die gemessene Luftfeuchtigkeit betrug durchschnittlich 57.8% und stieg nie über 61%. Der gemessene aw-wert betrug durchschnittlich 0.72 und erreichte einen Maximalwert von 0.76 (vgl. Abbildung 5). Auch wenn der aw-wert die kritische Grenze von 0.8 nicht überschritt, ist er konstant auf einem relativ hohen Niveau und es besteht die Gefahr, dass es lokal überschritten werden könnte, bspw. in den Ecken oder durch Wärmebrücken (vgl. Abbildung 4 mitte). Abbildung 4. Wärmebild-Aufnahme (links) und Messknoten vom Typ 1 (mitte) an der Wohnzimmer Decke, Messknoten vom Typ 2 auf dem Dach (rechts). In mittleren Aufnahme ist die Schimmelbildung in der Ecke deutlich ersichtlich.

6 6 / 10 Abbildung 5. Temperatur, U-Wert, relative Feuchtigkeit und aw-wert Messwerte im Wohnzimmer zwischen dem und dem Schlafzimmer Aussenwand Die dritte Messung fand im Schlafzimmer an der Aussenwand statt (vgl. Abbildung 6). Es wurde dabei ein U- Wert von 0.38 W/m 2 K gemessen. Verglichen mit der Messung im Wohnzimmer ist der U-Wert zwar deutlich tiefer, überschreitet jedoch die Vorgabe der SIA Norm 380/1 wiederum deutlich. Zudem kann man daraus schliessen, dass der höhere U-Wert im Wohnzimmer höchstwahrscheinlich durch eine Wärmebrücke hervorgerufen wird, welche durch inhomogene Dämmung oder im Falle von homogener Dämmung, durch eine Leckage in der Flachdachabdichtung entsteht. Dies sollte auf jeden Fall in weiterführenden Untersuchungen abgeklärt werden. Die relative Feuchtigkeit lag durchschnittlich bei 63% und überstieg 67% nie. Der gemessene aw-wert lag durchschnittlich bei 0.7 und erreichte einen Maximalwert von 0.75 (vgl.

7 7 / 10 Abbildung 7). Auch wenn der aw-wert den kritischen Wert 0.8 nicht überschreitet, ist der konstant hoch und nur knapp unterhalb der Grenze für Schimmelbildung. Abbildung 6 Wärmebild-Aufnahme (links) und Messknoten vom Typ 1 (mitte, rechter Messknoten) im Schlafzimmer an der Wand. Gegenüberliegen Messknoten vom Typ 2 an der Aussenwand (rechts). In der mittleren Aufnahme ist die Schimmelbildung in der Ecke deutlich ersichtlich.

8 8 / 10 Abbildung 7 Temperatur, U-Wert, relative Feuchtigkeit und aw-wert Messwerte im Wohnzimmer zwischen dem und dem Schlafzimmer Decke Die vierte Messung fand im Schlafzimmer an der Decke statt (vgl. Abbildung 8). Für diese Messung wurde ein Messknoten vom Typ 1 drinnen und ein Messknoten vom Typ 2 draussen auf dem Dach platziert. Der Feuchtigkeitssensor wurde in der Raummitte platziert (vgl. Abbildung 1). Der gemessene U-Wert betrug 0.84 W/m 2 K und liegt somit deutlich über der SIA 380/1 Vorgabe. Wie bereits bei der Messung im Wohnzimmer deutet dieser höhere U-Wert auf eine Wärmebrücke hin. Die thermographischen Bilder zeigen eine 3 C Temperaturdifferenz zwischen der problematischen (vom Schimmel befallenen) Stelle und der umgebenden Wand. Die durchschnittliche Luftfeuchtigkeit betrug 63%, wobei sie 67% nie überschritt. Der durchschnittliche und maximale aw-wert betrug 0.7, respektive Abbildung 8 Wärmebild-Aufnahme (links) und Messknoten vom Typ 1 (mitte) im Schlafzimmer an der Decke. Gegenüberliegen Messknoten vom Typ auf dem Dach (rechts).

9 9 / 10 Abbildung 9 Temperatur, U-Wert, relative Feuchtigkeit und aw-wert Messwerte im Schlafzimmer an der Decke zwischen dem und dem Schlussfolgerung In der Studie wurde das go Mess-System verwendet, um in einer Wohnung mit Schimmelbefall die Umgebungsbedingungen zu analysieren und genaue Daten über die Wasseraktivität (aw-wert), Oberflächentemperatur und Feuchtigkeit zu erhalten. Darüber hinaus war es möglich, die U-Werte der verschiedenen Gebäudeelemente zu bestimmen, was eine genaue Beurteilung der Isolationsqualität ermöglichte. Die zusammengefassten Resultate sind in Tabelle 2 ersichtlich. Messstelle Schimmelbefall U-Wert SIA 380/1 eingehalten Mittlerer / Max aw-wert Mittlere/Max rel. Feuchtigkeit Decke im Reduit, Nein 0.19 W/m 2 K Ja (knapp) 0.57 / % / 61% (Raummitte) Decke im Ja 1.3 W/m 2 K Nein 0.72 / % / 61% Wohnzimmer, (Ecke) +620% Schlafzimmerwand Ja 0.38 W/m 2 K Nein 0.7 / % / 67% +110% Decke im Schlafzimmer,Ecke Ja 0.84 W/m 2 K Nein +360% 0.7 / % / 67% Tabelle 2 Zusammenfassung aller Messresultate

10 10 / 10 Die gemessene relative Luftfeuchtigkeit lag in allen Räumen meist über 60%. Der von der EPA ( Enviromental Protection Agency ) empfohlene Wert liegt bei 30-50% und ist somit deutlich darunter. Drei von vier gemessenen aw-werte liegen meist über 0.7. Dies sind eher hohe Werte, liegen jedoch immer noch unterhalb der Grenze von 0.8. Dies lässt bereits vermuten, dass die Schimmelbildung nicht durch die Feuchtigkeit im Raum entsteht, weil sich dies im aw-wert zeigen müsste, was den Schluss zu lässt, dass die Feuchtigkeit eine andere Quelle haben muss. Betrachtet man die U-Werte, ist auffällig, dass alle U-Werte, ausser jener im Reduit 3 (Raummitte), über den geforderten 0.18 W/m 2 K der SIA 380/1 liegen. Zudem sind die an den Decken (jeweils in den Ecken) gemessenen U-Werte noch höher, als die der Schlafzimmerwand. Grundsätzlich gibt es zwei mögliche Gründe für die hohen U-Werte. Entweder wurde an Isolationsmaterial gespart (oder falsch installiert) oder das Isolationsmaterial ist beschädigt, was beispielsweise durch Feuchtigkeit in der Isolation geschehen kann. Wie bereits erwähnt, deuten die Messresultate darauf hin, dass die Schimmelbildung nicht durch die Raumfeuchte entsteht. Zieht man nun die Beobachtungen aus den U-Wert Messungen hinzu, lässt sich die Schimmelbildung am Plausibelsten durch Feuchtigkeit in der Wand erklären, welche neben Schimmelbildung auch eine Beeinträchtigung der Isolationswirkung der Wand zur Folge hat. Eine Ursache für die Feuchtigkeit in der Wand und die Beobachtung, dass diese vor allem in den Ecken vorkommt, könnte eine fehlerhafte Installation der sogenannten Sammelwanne sein. Die Sammelwanne schützt das Dach vor eintretendem Wasser und muss in der Regel in den Ecken zusammengeschweisst werden. Wird dies nur mangelhaft gemacht, kann Wasser über die Ecken in die Deckenwand und Isolationsschicht gelangen. Um diese These zu bestätigen, müssen auf jeden Fall weiterführenden Untersuchungen gemacht werden. Jedoch konnten durch die Messungen mit dem go Mess-System bereits wertvolle Daten gesammelt werden. Denn ohne eine quantitative Beurteilung der Isolation, hätte die Feuchtigkeit im Raum für den Schimmel verantwortlich gemacht werden können und somit wäre höchstwahrscheinlich eine falsche Schlussfolgerung gezogen worden, nämlich jene, dass der Wohnungsbewohner Schuld an der Schimmelbildung im Raum ist. 3 Die 0.01 W/m2K die jener U-Wert darüber liegt innerhalb der Messungenauigkeit.