Flachdächer in Holzbauweise

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1 Technik + Praxis Flachdächer in Holzbauweise Stefan Bäumler* Einleitung Die richtige Planung von Flachdächern in Holzbauweise wurde in der vergangen Zeit viel diskutiert. Diese Studie soll den Einfluss relevanter Kriterien für ein funktionierendes Flachdach in Holzbauweise veranschaulichen. Größe der Dämmstoffdicke? Die zunehmende Verknappung von fossilen Brennstoffen, die steigenden Preise für Energie und der drohende Klimawandel fordern energetisch optimale Bauweisen. Dämmstoffdicken von 30 cm sind keine Seltenheit mehr. Dieses hat auch einen Einfluss auf die Wirkweise einer Flachdachkonstruktion. Die Erwärmung von der Dachaußenseite, die für eine Rücktrocknung der Konstruktion sorgt, wird eingeschränkt. Doch die Vorteile großer Dämmdicken überwiegen: Geringste Energiekosten, Nachhaltigkeit, hohe Oberflächentemperaturen sorgen für behagliches Raumklima und größere Schalenabstände sorgen in der Regel für einen besseren Schallschutz. Farbe und Art der Dacheindeckung bzw. -abdichtung? Die Kunststofftechnologie ermöglicht es, Abdichtungsbahnen in einer Vielzahl verschiedener Farben herzustellen. Die Anwendung unterschiedlicher Farbgebungen verfolgt zum einen architektonische Ziele um einen speziellen gestalterischen Effekt zu erzielen. Aber auch um auftreffende Sonneneinstrahlung zu reflektieren. Damit soll ein zu großer Energieeintrag durch Solarstrahlung in die Aufenthaltsräume verhindert werden. Das birgt die Gefahr, dass die Erwärmung der Konstruktion geringer ausfällt und somit auch das Rücktrocknungspotential verringert wird [1]. Wahl der richtigen Dampfbremse? Nach DIN [2] sind Flachdächer mit Abdichtungen nachweisfrei, bei Verwendung einer Dampfbremse mit einen s d -Wert 100 m. Diese Folien bieten zwar einen hohen Sperrwert, haben aber nur ein geringes Rücktrocknungspotenzial. Feuchte, die durch Leckagen eingedrungen ist, kann nur schwer oder gar nicht mehr aus der Konstruktion rücktrocknen. Feuchtevariable Dampfbremsen haben sich hier bewährt. Der s d - Wert ist im Winter höher als im Sommer. Das ermöglicht ein großes Rücktrocknungspotenzial der Konstruktion [3]. Welches Material wird für die Schalung verwendet? Das Bauen im Allgemeinen hat sich geändert. Schnellere Bauzeiten, höhere Lasten, schnelle Verfügbarkeit und eine zuverlässige Erfüllung der notwendigen Eigenschaften wie z. B. Maßhaltigkeit. Wo früher vorwiegend Massivholzschalungen zum Einsatz gekommen sind, sind es heute Holzwerkstoffplatten. Doch die feuchtetechnischen Eigenschaften unterscheiden sich. * Dipl.-Ing. (FH) Stefan Bäumler, ISOVER Akademie und Marketing, SAINT-GOBAIN ISOVER G+H AG Wie gut ist die Luftdichtigkeit? Die Überprüfung der Luftdichte mittels Blower-Door-Test gehört mittlerweile zum Standard. Die wohl bekannteste Forderung nach einer definierten Luftdichte steht in der EnEV. Dieser Wert zielt jedoch lediglich auf die Minimierung der Heizwärmeverluste. Für die Funktionssicherheit einer Konstruktion in Holzbauweise sind mitunter strengere Werte einzuhalten [4]. Des Weiteren ist es sinnvoll, bei dem Blower-Door-Test, eine zusätzliche Leckageortung durchzuführen um evtl. lokale Fehlstellen zu entlarven und nachzubessern. Diese verschieden Einflüsse, der Abdichtungen bzw. Metalleindeckung, der Luftdichtheitsklassen, der Dampfbremsen und des Materials der Schalung, sollen anhand von zwei Konstruktionsvarianten mit unterschiedlichem energetischem Niveau betrachtet werden. Dazu erfolgten hygrothermische Simulationen. Berechnungsgrundlagen: Die Berechnungen erfolgten mit der vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) entwickelten und vielfach experimentell validierten Software WUFI 5.1. Die Materialdaten stammen aus der WUFI -Materialdatenbank bzw. aus Herstellerangaben. Für das Außenklima wurden stündlich gemessene Klimadaten des Standortes Holzkirchen (690 m ü. NN) ausgewählt. Der Standort ist repräsentativ für deutsche Klimaverhältnisse mit Ausnahme höher gelegener Berglagen. Das Innenklima wurde als Wohnraumklima nach DIN EN [5] mit einer normalen Feuchtelast angesetzt. Hierbei stellt sich das Innenklima entsprechend den aktuellen Außenklimabedingungen ein. Die berechneten Flachdächer haben eine Dachneigung von 0. Der Wärmeübergangswiderstand beträgt innen 8 W/(m²K) und außen 19 W/(m²K). Die konvektiv in die Flachdachkonstruktion eingedrungene Feuchte wurde in Abhängigkeit der Luftdichte (n 50 -Wert) als Feuchtequelle im oberen Bereich der Zwischensparrendämmung, basierend auf dem Luftinfiltrationsmodell des IBP [6] eingebracht. Hierbei wurden die Luftdichtheitsklassen A (n 50 1,0 h -1 ) und Klasse B (n 50 3,0 h -1 ) angesetzt. Für die Berechnungen wurden zwei verschiedene Dämm- Niveaus betrachtet. Erstens eine reine Zwischensparren-Dämmung aus Mineralwolle WLS 032, die mit ca. U = 0,20 W/(m²K) der EnEV entspricht (Bild 1). Und zweitens eine Kombination von Zwischensparren-Dämmung aus Mineralwolle in der WLS 032 und einer Untersparren- Dämmung aus Mineralwolle in der WLG 035, die mit ca. U = 0,12 W/(m²K) den Anforderungen eines Passivhauses 40

2 Technik + Praxis entspricht (Bild 2). Als Dampfbremsen wurden eine feuchtevariable Dampfbremse aus Polyamid (Bild 3) [7] und eine Dampfbremse mit festen s d -Wert von 100 m berechnet. Im Gegensatz zur statischen Dampfbremse mit festem s d -Wert ist bei der feuchtevariablen Dampfbremse aus PA das Austrocknungspotenzial im Sommer wesentlich größer als der Feuchteeintrag im Winter. Für die Berechnungen wurden verschiedene Werkstoffe für die Schalung untersucht. Eine Massivholzschalung in 24 mm (Rohdichte 400 kg/m³), eine OSB-Platte in 20 mm (Rohdichte 630 kg/m³) und eine Spanplatte V100 in 19 mm (Rohdichte 620 kg/m³). Für die Dacheindeckung bzw. Abdichtung wurden drei Kunststoffbahnen (s d -Wert 30 m) mit unterschiedlichen kurzwelligen Strahlungsabsorptionszahlen (α s = 0,9, α s = 0,6 und α s = 0,3) und eine diffusionsdichte Metalleindeckung (oxidiert) berechnet. - Untersparren-Dämmung 50 mm WLG 035 (ISOVER Integra UKF-035) - Dampfbremse (ISOVER Vario KM Duplex UV bzw. PE-Folie mit s d 100 m) - Zwischensparren-Dämmung 300 mm WLS 032 (ISOVER Integra ZKF 1-032) - Schalung - Abdichtung bzw. Metalleindeckung Bild 3: Abhängigkeit des s d -Wertes von mittlerer Umgebungsfeuchte [7] Bild 1: EnEV-Dämmdicke, U-Wert ca. 0,20 W/(m²K) mit ca. 14 % Holzanteil. Aufbau von innen nach außen: - Gipsplatte 12,5 mm - Luftschicht 50 mm - Dampfbremse (ISOVER Vario KM Duplex UV bzw. PE-Folie mit s d 100 m) - Zwischensparren-Dämmung 200 mm WLS 032 (ISOVER Integra ZKF 1-032) - Schalung - Abdichtung bzw. Metalleindeckung Bild 2: zukunftsweisende Dämmdicke, U-Wert ca. 0,12 W/(m²K) mit ca. 14 % Holzanteil. Aufbau von innen nach außen: - Gipsplatte 12,5 mm Ergebnisse: Nachfolgend werden die einzelnen Berechnungsergebnisse vorgestellt und auf hygrothermische Funktionsfähigkeit bewertet. Die Funktionsfähigkeit ist gegeben, wenn es zu keiner Akkumulation der Wassergehalte in der Gesamtkonstruktion oder einzelnen Schichten kommt. Dargestellt wird der jeweilige Feuchtegehalt der Schalung, da dieses das kritische Bauteil in den betrachteten Konstruktionsquerschnitten ist. Die kritische Grenze des Feuchtegehaltes für Massivholzschalungen ist nach DIN [8] eine Holzfeuchte von maximal 20 Masse-%. Die OSB-Platten und V100-Spanplatten sind nach DIN für die untersuchten Konstruktionen in die Nutungsklasse 2 (NKL 2) eingestuft. Hier sieht die Norm eine maximale Holzfeuchte von 18 Masse-% vor. Diese darf für höchstens drei Monate überschritten werden. Und die Holzwerkstoffe müssen für den Feuchtbereich nach DIN EN geeignet sein. Bei Einhaltung dieser Kriterien kann die Konstruktion in die Gebrauchsklasse 0 (GK 0) nach DIN eingestuft werden, wobei davon auszugehen ist, dass die Holzbauteile dann über einen ausreichenden Schutz vor Schimmel verfügen. Holzschutzmittel für die Holzbauteile sind somit nicht erforderlich. 41

3 Technik + Praxis Bild 4 links: U-Wert ca. 0,20 W/(m²K) (Bild 1); Luftdichtheitsklasse A; Massivholzschalung, feuchtevariable Dampfbremse (PA-Folie). Bild 4 rechts: U-Wert ca. 0,20 W/(m²K) (Bild 1); Luftdichtheitsklasse A; Massivholzschalung, Dampfbremse mit festem sd-wert 100 m (PE-Folie). Ergebnis: Alle Varianten mit der feuchtevariablen PA-Folie erfüllen die Anforderungen an den Feuchteschutz und können in die GK 0 eingeordnet werden. Mit der PE-Folie (sd-wert 100 m) erfüllen nur die Varianten Abdichtung mit as 0,6 die Anforderungen an den Feuchteschutz und können in die GK 0 eingeordnet werden. Die Variante PE-Folie mit Metalleindeckung und PE-Folie mit Abdichtung as = 0,3 zeigt eine Akkumulation der Feuchte und erfüllt somit nicht die Anforderungen des Feuchteschutzes. Bild 5 links: U-Wert ca. 0,20 W/(m²K) (Bild 1); Luftdichtheitsklasse A; Schalung aus OSB-Platten, feuchtevariable Dampfbremse (PA-Folie). Bild 5 rechts: U-Wert ca. 0,20 W/(m²K) (Bild 1); Luftdichtheitsklasse A; Schalung aus OSB-Platten, Dampfbremse mit festem sd-wert 100 m (PE-Folie). Ergebnis: Die Varianten mit der feuchtevariablen PA-Folie und Metalleindeckung und PA-Folie und Abdichtung as 0,6 erfüllen die Anforderungen an den Feuchteschutz und können in die GK 0 eingeordnet werden. und PE-Folie mit Abdichtung as = 0,3 zeigen eine Akkumulation der Feuchte und erfüllten somit nicht die Anforderungen des Feuchteschutzes. 42

4 Technik + Praxis Bild 6 links: U-Wert ca. 0,20 W/(m²K) (Bild 1); Luftdichtheitsklasse A; Schalung aus V100 Spanplatten, feuchtevariable Dampfbremse (PA-Folie). Bild 6 rechts: U-Wert ca. 0,20 W/(m²K) (Bild 1); Luftdichtheitsklasse A; Schalung aus V100 Spanplatten, Dampfbremse mit festem sd-wert 100 m (PE-Folie). Ergebnis: Alle Varianten mit der feuchtevariablen PA-Folie und Metalleindeckung, PA-Folie und Abdichtung as 0,6 erfüllen die Anforderungen an den Feuchteschutz und können in die GK 0 eingeordnet werden. Bild 7 links: U-Wert ca. 0,12 W/(m²K) (Bild 2); Luftdichtheitsklasse A; Massivholzschalung, feuchtevariable Dampfbremse (PA-Folie) Bild 7 rechts: U-Wert ca. 0,12 W/(m²K) (Bild 2); Luftdichtheitsklasse A; Massivholzschalung, Dampfbremse mit festem sd-wert 100 m (PE-Folie). Ergebnis: Die Varianten mit der feuchtevariablen PA-Folie und Metalleindeckung, PA-Folie und Abdichtung as 0,6 erfüllen die Anforderungen an den Feuchteschutz und können in die GK 0 eingeordnet werden. 43

5 Technik + Praxis Bild 8 links: U-Wert ca. 0,12 W/(m²K) (Bild 2); Luftdichtheitsklasse A; Schalung aus OSB-Platten, feuchtevariable Dampfbremse (PA-Folie). Bild 8 rechts: U-Wert ca. 0,12 W/(m²K) (Bild 2); Luftdichtheitsklasse A; Schalung aus OSB-Platten, Dampfbremse mit festem sd-wert 100 m (PE-Folie). Ergebnis: Die Varianten mit der feuchtevariablen PA-Folie und Metalleindeckung, PA-Folie und Abdichtung as 0,6 erfüllen die Anforderungen an den Feuchteschutz und können in die GK 0 eingeordnet werden. Bild 9 links: U-Wert ca. 0,12 W/(m²K) (Bild 2); Luftdichtheitsklasse A; Schalung aus V100 Spanplatten, feuchtevariable Dampfbremse (PA-Folie) Bild 9 rechts: U-Wert ca. 0,12 W/(m²K) (Bild 2); Luftdichtheitsklasse A; Schalung aus V100 Spanplatten, Dampfbremse mit festem sd-wert 100 m (PE-Folie). Ergebnis: Die Varianten mit der feuchtevariablen PA-Folie und Metalleindeckung, PA-Folie und Abdichtung as 0,6 erfüllen die Anforderungen an den Feuchteschutz und können in die GK 0 eingeordnet werden. 44

6 Technik + Praxis Bild 10 links: U-Wert ca. 0,20 W/(m²K) (Bild 1); Luftdichtheitsklasse B; Massivholzschalung, feuchtevariable Dampfbremse (PA-Folie) Bild 10 rechts: U-Wert ca. 0,20 W/(m²K) (Bild 1); Luftdichtheitsklasse B; Massivholzschalung, Dampfbremse mit festem sd-wert 100 m (PE-Folie). Ergebnis: Alle Varianten mit der feuchtevariablen PA-Folie erfüllen die Anforderungen an den Feuchteschutz und können in die GK 0 eingeordnet werden. Mit der PE-Folie (sd-wert 100 m) erfüllen nur die Varianten Abdichtung mit as 0,6 die Anforderungen an den Feuchteschutz und können in die GK 0 eingeordnet werden. Die Varianten PE-Folie mit Metalleindeckung und PE-Folie mit Abdichtung as = 0,3 zeigen eine Akkumulation der Feuchte und erfüllen somit nicht die Anforderungen des Feuchteschutzes. Bild 11 links: U-Wert ca. 0,20 W/(m²K) (Bild 1); Luftdichtheitsklasse B; Schalung aus OSB-Platten, feuchtevariable Dampfbremse (PA-Folie). Bild 11 rechts: U-Wert ca. 0,20 W/(m²K) (Bild 1); Luftdichtheitsklasse B; Schalung aus OSB-Platten, Dampfbremse mit festemd-wert 100 m (PE-Folie). Ergebnis: Die Varianten mit der feuchtevariablen PA-Folie und Metalleindeckung und PA-Folie und Abdichtung as 0,6 erfüllen die Anforderungen an den Feuchteschutz und können in die GK 0 eingeordnet werden. 45

7 Technik + Praxis Bild 12 links: U-Wert ca. 0,20 W/(m²K) (Bild 1); Luftdichtheitsklasse B; Schalung aus V100 Spanplatten, feuchtevariable Dampfbremse (PA-Folie) Bild 12 rechts: U-Wert ca. 0,20 W/(m²K) (Bild 1); Luftdichtheitsklasse B; Schalung aus V100 Spanplatten, Dampfbremse mit festem sd-wert 100 m (PE-Folie). Ergebnis: Die Varianten mit der feuchtevariablen PA-Folie und Metalleindeckung, sowie PA-Folie und Abdichtung as 0,6 erfüllen die Anforderungen an den Feuchteschutz und können in die GK 0 eingeordnet werden. Bild 13 links: U-Wert ca. 0,12 W/(m²K) (Bild 2); Luftdichtheitsklasse B; Schalung aus Massivholzschalung, feuchtevariable Dampfbremse (PA-Folie). Bild 13 rechts: U-Wert ca. 0,12 W/(m²K) (Bild 2); Luftdichtheitsklasse B; Massivholzschalung, Dampfbremse mit festem sd-wert 100 m (PE-Folie). Ergebnis: Die Varianten mit der feuchtevariablen PA-Folie und Metalleindeckung und PA-Folie und Abdichtung as 0,6 erfüllen die Anforderungen an den Feuchteschutz und können in die GK 0 eingeordnet werden. 46

8 Technik + Praxis Bild 14 links: U-Wert ca. 0,12 W/(m²K) (Bild 2); Luftdichtheitsklasse B; Schalung aus OSB-Platten, feuchtevariable Dampfbremse (PA-Folie) Bild 14 rechts: U-Wert ca. 0,12 W/(m²K) (Bild 2); Luftdichtheitsklasse B; Schalung aus OSB-Platten, Dampfbremse mit festem sd-wert 100 m (PE-Folie). Ergebnis: Die Varianten mit der feuchtevariablen PA-Folie und Metalleindeckung sowie PA-Folie und Abdichtung as 0,6 erfüllen die Anforderungen an den Feuchteschutz und können in die GK 0 eingeordnet werden. Mit der PE-Folie (sd-wert 100 m) erfüllt nur die Variante Abdichtung mit as = 0,9 die Anforderungen an den Feuchteschutz und kann in die GK 0 eingeordnet werden. Die Variante PA-Folie und Abdichtung as = 0,3 sowie die Varianten PE-Folie mit Metalleindeckung und PE-Folie mit Abdichtung as 0,6 und as 0,3 zeigen eine Akkumulation der Feuchte und erfüllen somit nicht die Anforderungen des Feuchteschutzes. Bild 15 links: U-Wert ca. 0,12 W/(m²K) (Bild 2); Luftdichtheitsklasse B; Schalung aus V100 Spanplatten, feuchtevariable Dampfbremse (PA-Folie). Bild 15 rechts: U-Wert ca. 0,12 W/(m²K) (Bild 2); Luftdichtheitsklasse B; Schalung aus V100 Spanplatten, Dampfbremse mit festem sd-wert 100 m (PE-Folie). Ergebnis: Die Varianten mit der feuchtevariablen PA-Folie und Metalleindeckung sowie PA-Folie und Abdichtung as 0,6 erfüllen die Anforderungen an den Feuchteschutz und können in die GK 0 eingeordnet werden. Mit der PE-Folie (sd-wert 100 m) erfüllt nur die Variante Abdichtung mit as = 0,9 die Anforderungen an den Feuchteschutz und kann in die GK 0 eingeordnet werden. Die Variante PA-Folie und Abdichtung as = 0,3 sowie die Varianten PE-Folie mit Metalleindeckung und PE-Folie mit Abdichtung as 0,6 und as 0,3 zeigen eine Akkumulation der Feuchte und erfüllen somit nicht die Anforderungen des Feuchteschutzes. Fazit: Die Berechnungsergebnisse zeigen deutlich den Vorteil einer feuchtevariablen Dampfbremse aus PA. Ein großes Rücktrocknungspotenzial ist nur mit dieser Dampfbremse gegeben. Die Unterschiede zur Dampfbremse mit festem sd-wert von 100 m sind in Bild 16 exemplarisch dargestellt. Bei hohen kurzwelligen Strahlungsabsorptionszahlen (Bild 16 links) beträgt der Unterschied mehr als 5 Masse-% Holzfeuchte. Bei niedrigeren kurzwelligen Strahlungsabsorptionszahlen (Bild 16 rechts) zeigt sich bei der 100 m-folie, dass die Rücktrocknung im Sommer 47

9 Technik + Praxis nicht die eingedrungene Feuchte ausgleichen kann und es somit zu einer Akkumulation der Feuchte kommt. Die PA-Folie hingegen kann selbst hier noch deutlich mehr als 5 Masse-% Holzfeuchte in den Sommermonaten gegenüber den Wintermonaten rücktrocknen. Die Luftdichte der Konstruktion spielt ebenfalls eine große Rolle. Der Unterschied zwischen Luftdichteklasse A und Klasse B liegt im Bereich von 2-3 Masse-% Holzfeuchte (Bild 17). Je nachdem, wie groß das Rücktrocknungspotenzial der Konstruktion ist, kann der n 50 Wert der Klasse B von 3,0 h -1 schon zu hoch sein. Mit dem heutigen handwerklichen Können und den weit entwickelten Klebe- und Dichtprodukten für Dampfbremsen können aber Werte von < 1,0 erwartet werden. Die Überprüfung der Luftdichte mittels Blower-Door-Messmethode mit zusätzlicher Leckageortung sollte in jedem Fall erfolgen um die Qualität der Luftdichte dokumentieren zu können. Denn das Ergebnis der einfachen Blower-Door-Messung ist nur ein gemittelter Wert für die gesamte Gebäudehülle. Lokale Fehlstellen können einen deutlich größeren Feuchteeintrag in die Konstruktion zur Folge haben. Die Vielzahl der Ergebnisse zeigt deutlich, dass bei Verwendung einer feuchtevariablen Dampfbremse aus PA, einer Dachabdichtung mit kurzwelligen Strahlungsabsorptionszahlen größer gleich 0,6 und einer guten Luftdichtigkeit die gezeigten Flachdachkonstruktionen den Feuchteschutz erfüllen und in die GK 0 nach DIN einzuordnen sind. Bild 16 links: Verlauf der Holzfeuchte einer Massivholzschalung bei U-Wert ca. 0,20 W/(m²K) (Bild 1) Luftdichtheitsklasse B, Abdichtung a S = 0,9 Bild 16 rechts: Verlauf der Holzfeuchte einer Massivholzschalung bei U-Wert ca. 0,20 W/(m²K) (Bild 1) Luftdichtheitsklasse B, Abdichtung a S = 0,3 Bild 17 links: Verlauf der Holzfeuchte einer Massivholzschalung bei U-Wert ca. 0,20 W/(m²K) (Bild 1) Luftdichtheitsklasse B, Abdichtung a S = 0,9, Dampfbremse s d -Wert 100 m Bild 16 rechts: Verlauf der Holzfeuchte einer Massivholzschalung bei U-Wert ca. 0,20 W/(m²K) (Bild 1) Luftdichtheitsklasse B, Abdichtung a S = 0,6, Dampfbremse s d -Wert 100 m 48

10 Technik + Praxis Literatur [1] Hartwig M. Künzel und Klaus Sedlbauer: Reflektierende Flachdächer - sommerlicher Wärmeschutz kontra Feuchteschutz. IBP Mitteilung 34 (2007), Nr [2] DIN : : Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Teil 3: klimabedingter Feuchteschutz, Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung. [3] Bernd Nusser und Martin Teibinger: Tun und lassen im Flachdachbau. Tagungsband 2. Internationale Holz[Bau]PhysikKongreß, Februar [4] DIN : : Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Teil 7: Luftdichtigkeit von Gebäuden - Anforderungen, Planungs- und Ausführungsempfehlungen sowie -beispiele. [5] DIN EN 15026: Wärme- und feuchtetechnisches Verhalten von Bauteilen und Bauelementen - Bewertung der Feuchteübertragung durch numerische Simulation. [6] Dr.-Ing. Hartwig M. Künzel, Daniel Zirkelbach und Beate Schafaczek: Berücksichtigung der Wasserdampfkonvektion bei der Feuchteschutzbeurteilung von Holzkonstruktionen, WKSB 63/2010. [7] H.M. Künzel und A. Kaufmann: Feuchteadaptive Dampfbremse für Gebäudedämmung. IBP Mitteilung 22 (1995), Nr [8] DIN : : Holzschutz - Teil 2: Vorbeugende bauliche Maßnahmen im Hochbau. 49