Dämmstoffe im Flachdach und erdberührten Anwendungsbereich

Transkript

1 Dämmstoffe im Flachdach und erdberührten Anwendungsbereich Andreas H. Holm und Hartwig Künzel (Fraunhofer-IBP)

2 Hinweis Die hier vorgestellten Ergebnisse gehen weitgehend auf Untersuchungen des Fraunhofer-IBP in Holzkirchen zurück Besonderer Dank gilt meinem ehemaligen Kollegen

3 Wärmedämmung von Kellerwänden

4 Wärmeschutzanforderungen bei Kellern

5 Bau- und Dämmstoffe Diffusionswiderstandszahl µ [-] Wärmeleitfähigkeit [W/(mK)] Kapillar leitend Min. Faserdämmstoffe 1 0,035-0,04? Einbaufeuchte Polystyrol-Hartschäume 30 0,035-0,04 Holzweichfaserplatten 5 0,04-0,06 Kalziumsilikatplatten 3 0,05 0,08 X Wärmedämmputze (org. min.) 8 0,07 0,12? X Wärmedämmlehm 10 0,08 X X Holzwolleleichtbauplatten 5 0,09 Porenbeton 10 0,12 0,14 X X Leichtlehm 10 0,15 0,4 X X Wärmedämmende Anstriche?? Foliensysteme mit IR-Reflexion > ,04! Vakuumdämmung (VIP) 0,008 0,011 Gute Wärmedämmwirkung Mäßige Wärmedämmwirkung Akzeptable Wärmedämmwirkung Sonderfälle

6 Kapillaraktive Dämmstoffe ohne Dampfbremse Funktionsprinzip Dampfdiffusion aus dem Raum kapillare Rückleitung

7 Temperaturverhältnisse im Erdreich

8 Temperaturverhältnisse im Erdreich Erdreich Beheizter Kellerraum Luftkonvektion im Spalt transportiert Feuchte an die kälteste Stelle Bei Kellerwänden sind Holhräume zu vermeiden!

9 Temperaturverhältnisse im Erdreich Messung am Standort Holzkirchen (gleitende Monatsmittel) Erdreichtemperatur ohne Gebäudeeinfluss liegt im Mittel 1,5 K über Außenlufttemperatur

10 Feuchteschutzbeurteilung Das Glaserverfahren ist für die Sanierungsplanung i.d.r. nicht anwendbar (z.b. feuchte Wände, kapillare Dämmung) Die WTA-Merkblätter Simulation wärme- und feuchtetechnischer Prozesse Leitfaden für die hygrothermische Simulationsberechnung Rechnerische Prognose des Schimmelpilzwachstumsrisikos ergänzen das genormte Glaserverfahren zum Tauwasserschutz Die ÖNORM EN vom Juli 2007 zur Feuchteschutzbeurteilung durch hygrothermische Simulation basiert auf dem WTA-Merkblatt

11 Feuchteschutzbeurteilung Raumluftfeuchte in Wohnungen nach WTA

12 Innendämmung oder Perimeterdämmung p Kommt Wasser hinter die Perimeterdämmung können selbst Dämmplatten aus XPS absaufen Die Innendämmung ändert das Temperaturniveau der Kellerwand (kälter im Winter) und verschiebt den Taupunkt nach innen. Die Außendämmung?

13 Messungen, IBP Holzkirchen Kellerdämmung Untersuchungen zum Feuchteverhalten von Perimeterdämmungen

14 Feuchteakkumulation bei Hinterfeuchtung Messungen: IBP Versuchsstand Plattendicke 60 mm Probennahmen G. Zimmermann Plattendicke 50 mm

15 Innendämmung WUFI 1D Kellerwandmitte: Kellerraum mit normaler Feuchtelast (40 60 % r.f.) EPS Mineralwolle Ergebnisse gegenüber 2D auf der sicheren Seite zum Vergl. mittl. Betonfeuchte nach 5 Jahren: 9,2 Vol-% Kalziumsilikat Voraussetzung für kapillare Rückleitung bei CaSi ist flächendeckender idealer Kontakt zum Untergrund Problem: Schimmelpilzgefahr bei hoher Anfangsfeuchte

16 Innendämmung WUFI 1D Kellerwandmitte: Kellerraum mit hoher Feuchtelast (40 60 % r.f.) EPS Mineralwolle Kalziumsilikat Eine hohe Feuchtelast sollte bei Keller- Innendämmung vermieden werden

17 Innendämmung mit Mineralwolle (2D-Situation) Monitorpositionen Für dieses Beispiel wird WUFI 2D verwendet Aufbau Kellerwände: - Abdichtung - 15 cm Beton - 6 cm MW-Dämmung - Dampfbremse (PA- / PE-Folie) - Gipskartonplatte

18 Innendämmung mit Mineralwolle (2D-Situation)

19 Innendämmung mit Mineralwolle (2D-Situation) Feuchteverhältnisse an den Monitorpositionen im 5. Jahr

20 Fazit Das Anbringen einer Innendämmung hat folgende Konsequenzen: Abnahme der Temperatur und Zunahme der Feuchte an der alten Wandoberfläche unter der Dämmung (Problem: feuchteempfindliche Baustoffe) Ohne Zusatzmaßnahmen erhöhte Feuchte in Anschlussbereichen, z.b. Kellerdecke oder Lichtschächte (Schimmelpilzbildung) Aufgrund von Wärmebrücken etwas geringere Wirkung als bei Außendämmung Eine Innendämmung kann bei Kellerwänden die bauphysikalisch günstigere Alternative sein

21 Begrünung im Umkehrdach

22 Vorstellung, IBP Freilandversuchsstelle heute

23 Vorstellung, IBP Freilandversuchsstelle UK-Dächer mit Kies, Begrünung und Plattenbelägen

24 Vorstellung, IBP Freilandversuchsstelle UK-Dämmplatten aus EPS nach ca. 15 Jahren Einsatz unter Kies Feuchtegehalte bis zu 50 Vol.-%

25 Dachoberflächentemperaturen Metalleindeckungen

26 Dachoberflächentemperaturen reflektierende Dachbahnen Weiße oder sehr helle Dachoberflächen reflektieren eine Großteil der solaren Einstrahlung

27 Dachoberflächentemperaturen Dächer mit Attika Hot box / cold box at ORNL Weathering-roundabout with intermittent heating, cooling and spray-wetting at IBP Flachdächer mit Attika unterkühlen in klaren Nächten bis zu 10 K

28 Feuchte in Flachdächern

29 Numerische Simulation

30

31 Dachöffnung nach 3 Jahren Wasser unter Dämmplatten

32 Umkehrdächer Konventioneller Flachdachaufbau Starke therm. und mech. Beanspruchung der Dachhaut Dämmung vor Feuchte geschützt Umkehrdach mit Bekiesung / Begrünung Dachhaut geschützt vor Temperaturwechseln und mechanischer Beanspruchung Dämmung hoher Feuchte ausgesetzt Duodach mit Bekiesung / Begrünung Dachhaut etwas geschützt Dämmung hoher Feuchte aber unterseitig niedrigeren Temperaturen im Winter ausgesetzt

33 Umkehrdächer Regenwasser dringt durch Dämmplattenstöße bis zur Dachhaut vor. Nicht über die Gullys ablaufendes Wasser diffundiert von unten in die Dämmschicht und taut dort

34 Umkehrdächer Diffusionsversuch Warmseitig: 50 C / 100% r.f. Kaltseitig: 20 C / 65% r.f. 4 EPS (Plattendicke jeweils 20 mm) 3 XPS Schäumhaut nur oben vorhanden 2 XPS Schäumhaut beidseitig entfernt 1 XPS Schäumhaut nur unten vorhanden

35 Diffusionsversuch Wasseraufnahme bei Diffusionsversuch ist abhängig von: - Dicke der Dämmplatte - s d -Wert der Schäumhäute - Wassertemperatur Grenzwert in deutschen Zulassungen 3 Vol.-%

36 Ergebnisse aus alten Feldversuchen zum Einfluss der Deckschicht

37 Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit von XPS durch Feuchte Wärmeleitfähigkeit von - Wasser: 0,6 W/(mK) - Eis: 2,2 W/(mK)

38 Wärmeentzug durch Unterströmen der Dämmplatten Mit Trennlage sickert nur sehr wenig Wasser unter die Dämmung ΔU = 0,05 W/(m²K) R i /R ges > 10%: ΔU = 0,03 W(m²K) R i /R ges > 50%: ΔU = 0 W(m²K) Diffusionsoffene Trennlage ΔU = 0 W/(m²K) (Bekiesung) Bei UK-Dächern mit Begrünung: R i /R ges 10%: R i /R ges > 10%: R i /R ges > 50%: ΔU = 0,03 W(m²K) ΔU = 0,02 W(m²K) ΔU = 0 W(m²K)

39 Umkehrdächer mit Begrünung XPS Wassergtehalt [Vol.-%] XPS: 6 cm XPS Wassergehalt [Vol.-%] XPS: 8 cm XPS: 10 cm Frage: wie geht es weiter? Standzeit [a] Standzeit [a]

40 Umkehrdächer mit Begrünung WUFI -Simulation: Feuchteaufnahme von XPS-Dämmplatten in einem Umkehrdach in Abhängigkeit von der relativen Feuchte an der Außenoberfläche der Dämmschicht Holzkirchner Klima

41 Umkehrdächer mit Begrünung Freilandversuch Feuchte in Sickerschicht Messung von Temperatur und Taupunkt an der Oberfläche der Dämmung bei Umkehrdächern mit Bekiesung, Pflasterdeckung oder Begrünung

42 Feuchteverhältnisse ohne Begrünung Juli August 1995 Referenzdach: Oberflächentemperatur (gestrichelt) häufig deutlich höher als Taupunkttemperatur, d.h. in regenarmen Perioden trocknet der Kies über der Dämmung aus

43 Feuchteverhältnisse mit Begrünung Juli August 1995 Gründächer: Verlauf von Oberflächentemperatur und Taupunkttemperatur fast identisch d.h. selbst in regenarmen Perioden keine Austrocknung ( 100% r.f.)

44 Fortsetzung der Probennahmen Begrünte UK-Dächer mit 100 mm XPS und 50 mm Sickerschicht Standzeit: 19 Jahre XPS-Feuchte: 5-9 Vol.-%

45 Neue Ansätze für die rechnerische Simulation WUFI -Gründachmodell Materialdaten für Substratschicht aus Datenbank 40 % des Regewassers sickert durch die Substratschicht (Feuchtequelle) Angepasste Oberflächenübergangskoeffizienten & Strahlungsabsorption 1% des Regenwassers läuft unter die Dämmplatten

46 3. Berechnungsmodell Optimierung des für Dachbegrünungen Berechnungsansatzes:

47 Vergleich von Messung und Berechnung Dächer 1 und 2 haben denselben prinzipiellen Aufbau aber unterschiedliche XPS- Dämmplatten. Die Dämmplatten von Dach 1 sind dampfdichter als die von Dach 2 Alle Simulationsergebnisse liegen auf der sicheren Seite

48 Langfristiges Feuchteverhalten und energetische Auswirkungen - Dämmschichtdicke 100 mm ΔR bis zu 50% (Mittel über 30 a: 25%)

49 Zweilagige Verlegung der Dämmung Problem Einlagige Verlegung bis etwa 200 mm Dicke der Platten möglich Bei größeren Dicken wäre eine zweilagige Verlegung die Lösung Feuchtefilmbildung in diesem Fall nicht nur unter der Dämmebene sondern auch zwischen den beiden Plattenlagen gegeben Höheres Feuchteniveau in der unteren Dämmplatte zu erwarten, da Trocknung nach oben durch mittleren Feuchtefilm und zwei zusätzliche Schäumhäute behindert

50 Zweilagige Verlegung der Dämmung Freilandversuch (FIW) 1 Kies 2 Trennlage 3 obere Lage XPS 4 untere Lage XPS 5 Abdichtung 6 Tragkonstruktion Nach 10 Jahren wird in der oberen Platte ein Wassergehalt von 0,5 Vol.-% bestimmt. In der unteren Platte ist er etwa viermal so groß

51 Zweilagige Verlegung der Dämmung Hygrothermische Simulation UK-Dachaufbau 20 cm Betondecke XPS-Dämmplattendicken 240, 280 und 360 mm (beide Lagen gleich dick) Normale Wohnraumnutzung Außenklima Holzkirchen (kritisch repräsentativ für Deutschland) Obere Lage Untere Lage Gesamtdicke Die Platten der oberen Lage bleiben weitgehend trocken Die Platten der unteren Lage zeigen eine langsame Feuchteakkumulation (muss bei Bemessung der Dämmung berücksichtigt werden!)

52 Zweilagige Verlegung der Dämmung Beispiel aus DIBT-Zulassung eines XPS-Herstellers

53 UK-Dachdämmung auf Holzdachkonstruktion Nachberechnung von Freilandversuchen an der MFPA Leipzig: Feuchte der OSB Aufbau: Substrat (60 mm) PVC-Dachbahn OSB-Platte (22 mm) Zellulosefaser (220 mm) OSB-Platte (15 mm) Quelle: Forschungsprojekt "Flachdächer in Holzbauweise" , MFPA Leipzig und TUM, C. Fülle / N. Werther

54 UK-Dachdämmung auf Holzdachkonstruktion Extrapolation der Ergebnisse für unterschiedliche Standorte Konvektive Feuchtequelle: Klasse B (ca. 150 g/m²) Aufbau: Substrat (60 mm) PVC-Dachbahn OSB-Platte (22 mm) Zellulosefaser (220 mm) OSB-Platte (15 mm)

55 UK-Dachdämmung auf Holzdachkonstruktion Verbesserung durch Überdämmen der OSB-Schalung (z.b. UK-Dach) Konvektive Feuchtequelle: Klasse B (ca. 150 g/m²) Aufbau: Substrat (60 mm) PVC-Dachbahn EPS-Dämmung (50 mm) OSB-Platte (22 mm) Zellulosefaser (220 mm) OSB-Platte (15 mm)

56 Schlussfolgerungen zu Leichtbaudächern Beidseitig dampfdichte Flachdächer sind schadensanfällig weil Baufeuchte oder konvektiv eingedrungene Feuchte nicht austrocknen können Reflektierende (weiße) Dachabdichtungen sind bei hiesigem Klima feuchtetechnisch ungünstig und energetisch kaum wirksam Nutzung des Austrocknungspotentials nach innen, z.b. durch variable Dampfbremsen, bei dunklen unverschatteten Dächern derzeit beste Lösung Holzdächer mit Begrünung sollten mit Aufdämmung geplant werden, wobei sich hier eine zusätzliche UK-Dachdämmung (Duo-Dach) anbietet

57 Schlussfolgerungen zu Umkehrdächern Die Begrünung von UK-Dächern verringert das sommerliche Trocknungspotential der XPS-Dämmplatten Die Auffeuchtung der Dämmung hängt von folgenden Faktoren ab: Temperatur auf der Warmseite je höher desto schlechter Dämmschichtdicke je größer desto besser Außenklima je wärmer desto besser Diffusionswiderstand der Dämmplatten (Schäumhäute) je dichter desto besser Das Feuchteverhalten und die Konsequenzen für die Wärmedämmwirkung sind mithilfe hygrothermischer Simulationen prognostizierbar Einlagige bekieste Umkehrdächer bleiben i.d.r. trocken Trotz gewisser Auffeuchtung sind Umkehrdächer mit Begrünung meist langlebiger als andere Gründachkonstruktionen

58 Titel Vorname Name Fakultät Adresse Telefon , Telefax -89