Anforderungen und Probleme einer inneren Wärmedämmung lassen sich durch die folgenden Thesen umreißen:

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1 Dr.-Ing. Eberhard Renner Schlecht wärmegedämmt ist auch nicht gut. Der Titel meines Beitrags wurde vom Veranstalter gewählt und ist etwas lax formuliert Ich werde versuchen, dem Titel inhaltlich nachzugehen, mich dabei aber auf innere Wärmedämmung beschränken, wie sie bei der energetischen Sanierung von Häusern mit unter Denkmalschutz stehenden Fassaden in aller Regel notwendig wird. Anforderungen und Probleme einer inneren Wärmedämmung lassen sich durch die folgenden Thesen umreißen: - Innere Wärmedämmung führt meistens zu einer Kondensationsebene im Inneren eines Außenbauteiles. - Eine innere Wärmedämmung darf keine Lücken haben und sie darf nicht ohne weiteres abgebrochen werden. - Durch eine innere Wärmedämmung treten größere tägliche und vor allem jährliche Temperaturschwankungen des Tragsystems auf. - Durch eine innere Wärmedämmung wird das Wärmebeharrungsvermögen eines Raumes verringert. - Die Durchdringung einer inneren Wärmedämmschicht durch eine in die Außenwand eingebundene Innenwand bedarf besonderer Maßnahmen. - Beim Anschluß einer außen gedämmten Außenwand an eine innen gedämmte (z. B. die eines historischen Gebäudes) ist die Gefahr von massiven Wärmebrücken zu berücksichtigen. - Die Befestigung von schweren Lasten (z.b. einem Bücherregal mit Kragarmen) an der innen gedämmten Außenwand ist zur Zeit praktisch unmöglich. - Innere Wärmedämmung kann zu einer existenziellen Gefährdung der in der Außenwand aufliegenden Holzbalkenköpfe führen.. Das Problem von Kondensationsebenen zwischen der inneren Wärmedämmschicht und der kalten Außenwand ist inzwischen beherrschbar geworden, einmal durch die Entwicklung von kapillar-aktiven Baustoffen (z. B. Kalziumsilikatplatten), die das sich bildende Kondensat aufsaugen und auf kapillarem Wege wieder an der Oberfläche verdunsten lassen, andererseits aber auch durch die Entwicklung von modernen Berechnungsverfahren, die das Kondensations- und Austrocknungsverhalten treffsicherer beschreiben als das in DIN 4108 Teil 5 verwendete Glaser-Verfahren. Die Bilder 1 und 2 zeigen Ergebnisse mit dem am Institut für Bauklimatik der TU Dresden entwickelten Programm COND für zwei Schichtenfolgen einer innen gedämmten Außenwand. Wird eine innere Wärmedämmschicht unterbrochen (beispielsweise, um ein historisches Wandbild oder Relief zu zeigen, oder weil kein Platz dafür da ist (Streichbalken!), nimmt unmittelbar neben dem Ende der Wärmedämmschicht die Oberflächentemperatur der Außenwand Werte an, die noch unterhalb der der ungedämmten Außenwand liegen (Bild 3). Diese als Randeffekt bezeichnete Wirkung lässt sich nicht vermeiden, nur mindern, beispielsweise durch: - zukzessive, z. B. keilförmige, oder auch stufenweise Verringerung der Dicke der Wärmedämmschicht bis zu ihrem Rand,

2 2 - stufenweise Verringerung des Wärmeleitkoeffizienten der Wärmedämmschicht ohne Änderung von deren Dicke ( z. B. Kalziumsilikat Gasbeton ρ = 300 kg / m 3 Gasbeton ρ = 800 kg/ m 3 ). - Zuführung von Wärme durch Strahler oder eingespachtelte Heizgitter. Konkrete Aussagen über die notwendige Breite des in seiner Dicke oder Wärmeleitfähigkeit angepassten Streifens am Ende der Wärmedämmschicht lassen sich nicht allgemein benennen, sondern sind von Dicke und Wärmeleitkoeffizienten der Außenwand und ihrer Wärmedämmschicht abhängig. In jedem Fall ist für hinreichende Planungssicherheit eine computergestützte Simulation des Temperaturfeldes zu empfehlen. Noch ungünstigere Verhältnisse ergeben sich, wenn die innere Wärmedämmschicht nicht abgebrochen, sondern nur kurz unterbrochen wird. Dann treten an der Lücke Oberflächentemperaturen auf, die denen des Mauerwerkes unter der Wärmedämmschicht nahekommen (vgl. Bild 4). Es gilt daher ganz im Gegensatz zur äußeren Wärmedämmschicht - die Regel: - Je kleiner eine Lücke in einer inneren Wärmedämmschicht ist, um so gefährlicher ist sie bezüglich Schimmelbildung und Kondensation Die größeren jährlichen Temperaturschwankungen, denen i. d. R. das Tragsystem als Folge einer inneren Wärmedämmschicht ausgesetzt ist, hängen von der Wärmespeicherfähigkeit der Außenwand und von deren Wärmedurchlaßwiderstand vor und nach dem Aufbringen der inneren Wärmedämmschicht ab. Insgesamt dürfte sich die Zunahme der jährlichen Temperaturschwankungen im Bereich von 10 K bewegen von Ausnahmen abgesehen. Dieser Wert führt bei Außenwänden aus Ziegelmauerwerk und anderen Materialien mit geringer Wärmedehnungszahl wohl noch nicht zur Notwendigkeit, die Regeln zum Nachweis von Temperaturspannungen neu zu formulieren. Bei Außenwänden aus Stahlbeton-Skeletten mit Ziegel-Ausfachung, wie sie in den 20er Jahren des vorigen Jahrhunderts häufig waren, könnten sich allerdings kritische Verhältnisse ergeben, die im Übrigen nicht nur das Tragsystem, sondern auch den Außenputz mehr als bisher belasten. Die Verringerung des Wärmebeharrungsvermögens eines Raumes durch eine innere Wärmedämmschicht ist wohl in jedem Fall gegeben, soweit es sich um eine massive Außenwand handelt: Denn durch die innere Wärmedämmschicht wird die Wärmespeichermasse der Außenwand von der Raumluft thermisch (fast) getrennt und damit ihr Sekundärspeichervermögen drastisch verringert. Das kann bei Eckoder Giebelräumen oder Räumen mit leichten Decken so weit gehen, dass als Folge der inneren Wärmedämmschicht eine Klimatisierung des Raumes notwendig wird, wodurch die angestrebten Ziele der Energieeinsparung konterkariert würden. Die innere Wärmedämmschicht muß an Innenwänden, die aus statischen Gründen (Aussteifung!) kraftschlüssig in die Außenwand eingebunden sind, unterbrochen werden. Das bedeutet, dass die Innenwände auch thermisch an die - nunmehr durch die Innendämmung - kältere Außenwand angebunden sind und entsprechend niedrigere Oberflächentemperaturen aufweisen als vor der Innendämmung. Bild 5 zeigt das Temperaturfeld im Winterfall für die Einbindung einer ½ Stein starken Innenwand in eine 11/2 Stein starke Ziegelaußenwand mit einer inneren Wärmedämmung aus 40 mm Kalziumsilikatplatten. Die niedrigste Oberflächen-

3 3 temperatur von 11,7 C an der Ecke zwischen innerer Wärmedämmschicht und Innenwand lässt zwar nicht Kondensation erwarten, schließt aber die Gefahr von Schimmelbildung nicht aus. Deshalb sollten die Oberflächen der Innenwand auf einer Breite von ca. 10 cm eine Innendämmung aus 2 cm Kalziumsilikat erhalten. Bei dickeren, in die Außenwand eingebundenen Innenwänden ergibt sich eine notwendige größere Breite der Wärmedämmschicht von ca. 20 cm. Diese Wärmedämmschicht sollte keilförmig zugeschnitten oder stufenförmig sein Schwere Lasten ( z. B. eine Bücherregal auf Kragkonsolen) dürfen solange nicht an innen gedämmten Außenwänden montiert werden, solange nicht von der einschlägigen Industrie ein Dübel angeboten wird, der die Wärmeableitung des Dübels zur kalten Außenwand so weit reduziert, dass keine Kondensationsprobleme an der Innenseite des Dübels zu erwarten sind. Ein solcher Dübel befindet sich in Entwicklung. Bei Holzbalkendecken bestand schon immer die Gefahr, dass die Balkenköpfe verfaulen, wenn sie in der Außenwand aufgelegt sind (und nicht, wie bei älteren Bauten, auf einem aus der Wand auskragenden Naturstein). Denn einerseits liegt die Stirnseite des Balkenkopfes im kalten Teil der Außenwand und hat damit eine Temperatur, die weit unter dem Taupunkt der Raumluft liegt, andererseits ist es praktisch unmöglich, den Wasserdampf der Raumluft nicht in die Holzbalkendecke eindringen zu lassen, wo er dann ohne nennenswerten Widerstand durch die (längs gerissenen!) Balken zum Auflager gelangt. Es kommt mit hoher Wahrscheinlichkeit zur Befeuchtung des Balkenkopfes durch Kondensat und langfristig zu seiner Zerstörung, wenn er allseitig eingemauert und vermörtelt ist. Es hat deshalb in den letzten Jahrhunderten nicht an Versuchen gefehlt, dieser Gefahr durch vorbeugende Maßnahmen oder verbesserte Auflagerbedingungen zu begegnen. Die wichtigsten sind: - Ankohlen des Balkenkopfes, um Fäulnisbakterien keine guten Entwicklungsbedingungen zu geben, - Belassen einer 25 mm bis 40 mm dicken Luftschicht um den (äußeren) Balkenkopf, wohl um am Außenmauerwerk anfallendes Kondensat nicht aufzusaugen, zusätzlich Auflagerung auf wasserfesten Steinplatten (übliche Ausführung um 1900), - zusätzlich Belüftung der Luftschicht mit Außenluft, wohl um den Wasserdampfpartialdruck am Auflager zu senken, - zusätzlich Belüftung mit Raumluft, wohl um die Temperatur am Balkenkopf zu erhöhen, allerdings auf Kosten hohen Wasserdampfgehaltes am Auflager, - zusätzlich Durchlüftung des Balkenauflagers mit Außen- und Raumluft, wohl um anfallendes Kondensat schnell abzutrocknen, - Umhüllung des Balkenkopfes mit Blech oder Dachpappe, wohl um den Balkenkopf besser vor Durchfeuchtung durch Schlagregen zu schützen. Von diesen Konstruktionen ist die sinnvollste die Senkung des Wasserdampfpartialdruckes am Auflager durch eine Belüftung der den Balkenkopf umgebenden Luftschicht mit Außenluft bzw. durch eine extrem diffusionsoffene Schicht in der Außenwand vor dem Balkenauflager (Mineralwolle), die allerdings den Balkenkopf gegen Schlagregen geschützt lassen muß (z. B. durch Lage schräg unter dem Balkenauflager).

4 4 Diese kritischen Bedingungen am Balkenkopf liegen bereits vor ohne eine innere Wärmedämmschicht. Sie werden durch diese aber noch ganz wesentlich verschärft, da dann die Temperatur am Balkenkopf noch niedriger (Größenordnung: 10 K) ist, aber der Zutritt von Wasserdampf aus der Raumluft an das Balkenauflager durch nichts besser begrenzt wird. Bild 6 zeigt in einem Horizontalschnitt das Temperaturfeld im Winterfall um ein Balkenauflager, dessen Außenwand mit 40 mm Kalziumsilikatplatte von innen gedämmt ist. Am Balkenkopf herrscht eine Temperatur von -7 C, an dem Ziegelmauerwerk davor eine Temperatur von -12 C. Die noch niedrigere Temperatur am Ziegelmauerwerk hält den Balkenkopf trocken, soweit das anfallende Kondensat bzw. Eis nach Abschmelzen vom Außenmauerwerk durch Diffusion und kapillare Leitung an die Außenluft abgeführt bzw. andernfalls vom Balkenkopf ferngehalten werden kann (Auflagerung des Balkenkopfes in Luftschicht und auf wasserfester Platte). In jedem anderen Fall ist Kondensation am Balkenkopf bzw. Aufsaugen des am Mauerwerk anfallenden Kondensats durch den Balkenkopf zu erwarten. Aber selbst diese problematischen Verhältnisse werden noch übertroffen durch Balkenköpfe, an die ein Mauerwerksanker genagelt ist, der aus Flachstahl 5 x 40 6 x 80 mm besteht, und dessen Ankersplint im äußersten Teil der Außenwand oder gar noch vor der Außenwand liegt. Wegen des hohen Wärmeleitkoeffizienten von gewöhnlichem Baustahl (ca. 60 W / (m K) stellen Maueranker eine eklatante Wärmebrücke dar, die zu besonders niedrigen Oberflächentemperaturen am Balkenkopf und mit Sicherheit zu Kondensation führt. Die Folge zeigt Bild 7.

5 5 Temperatur θ [ C] Feuchtegehalt w [m³/m³] 20,0 0,017 0, ,010 5,0 0,0 0,005-5, ,000 Schichtdicken [mm] Bild 1: Außenwand aus 36,5 cm Altziegelmauerwerk und 10 cm Mineraldämmplatte auf der Innenseite. Dargestellt sind das Temperatur- und das Feuchteprofil. Die in der Kondensationszeit anfallende Kondensatmenge von ca g / m 2 ist nicht zulässig.

6 Bild 2: Wie Bild 1, aber die Mineraldämmplatte ist mit 2 cm Kalk-Zement-Mörtel geputzt. Die Kondensatmenge von nur noch 0,65 kg / m 2 ist zulässig. 6

7 7 Bild 3: 38 cm dicke Außenwand, beidseitig geputzt, teilweise mit 4 cm innerer Wärmedämmung (λ = 0,04 W / (m K). Dargestellt ist das Temperaturfeld im Winter. Die Farben bezeichnen Flächen gleichen Temperaturbereiches, die Pfeile Richtung und Dichte des Wärmestromes. Annahmen: Raumlufttemperatur 20 C Außenlufttemperatur -15 C ϑ O = 13,0 C q O = 56,4 W / m 2 Temperatur in C ϑ O = 8,3 C q O = 74,0 W / m 2 ϑ O = 16,7 C q O = 18,2 W / m 2 Kommentar: Der Abbruch einer inneren Wärmedämmung führt an ihrem Rand ( Randeffekt ) zu niedrigeren Oberflächentemperaturen und größeren Wärmeverlusten als im weiter entfernt liegenden ungedämmten Teil der Außenwand. Abhilfe: 2-fache Abstufung oder besser keilförmiger Rand der Wärmedämmschicht, oder Abstufung des Materials zum Rand hin (z. B. Kalziumsilikat, Gasbeton ρ = 300 kg / m 3, Gasbeton ρ = 800 kg / m 3 ).

8 8 Bild 4: Wie Bild 3, aber der dort gezeigte Abbruch der inneren Wärmedämmung ist durch eine kurze, etwa 5 cm breite Unterbrechung der inneren Wärmedämmung ersetzt. Alle anderen Annahmen wie in Bild 3. ϑ O = 18,7 C q O = 18,6 W / m 2 Temperatur in C ϑ O = 4,3 C q O = 106,5 W / m 2 ϑ O = 18,8 C q O = 18,5 W / m 2 Erkenntnis: Je kürzer die Unterbrechung in einer inneren Wärmedämmung ist, um so gefährlicher ist ihre Wirkung.

9 9 Bild 5: Horizontalschnitt durch die Einbindung einer 12 cm dicken Innenwand mit aussteifender Wirkung in eine 38 cm dicke Außenwand mit 4 cm Innendämmung aus Kalziumsilikat-Platten. Dargestellt ist das Temperaturfeld im Winterfall. Die Farben bezeichnen Flächen gleicher Temperaturbereiche und die Pfeile Richtung und Dichte des Wärmestromes. Annahmen : 20 C Raumlufttemperatur -15 C Außenlufttemperatur Temperatur in C Kommentar: Die Oberflächentemperatur in der Ecke zwischen Innenwand und Innendämmung der Außenwand beträgt 11,7 C. Das genügt zwar, um Kondensation zu vermeiden, aber nicht, um auch Schimmelbildung mit Sicherheit ausschließen zu können. Abhilfe: Die Innenwand muß von der Ecke aus auf einer Breite von ca. 10 cm eine Innendämmung erhalten. Dazu genügt eine Dicke von 2 cm Kalziumsilikat.

10 10 Bild 6: Horizontalschnitt durch ein Balkenauflager in der Außenwand. Auflagerlänge etwa 20 cm, Balkenbreite 12 cm, Balkenkopf von Luft umgeben, aber nicht belüftet. Dargestellt ist das Temperaturfeld im Winterfall. Die Farben bezeichnen Flächen gleicher Temperaturbereiche, die Linien Isothermen und die Pfeile Richtung und Dichte des Wärmestromes. Temperatur in C Ergebnis: Am Balkenkopf herrscht eine Temperatur von -7 C, an dem Ziegelmauerwerk davor eine Temperatur von -12 C. Die noch niedrigere Temperatur am Ziegelmauerwerk hält den Balkenkopf trocken, soweit das anfallende Kondensat vom Außenmauerwerk durch Diffusion und kapillare Leitung an die Außenluft abgeführt bzw. andernfalls vom Balkenkopf ferngehalten werden kann (Auflagerung des Balkenkopfes auf wasserfester Platte). In anderen Fällen ist zu befürchten, dass der Balkenkopf übermäßig befeuchtet wird und verfault. Dieser Prozeß scheint allerdings langfristig zu sein, denn bisher sind keine akuten Schadensfälle veröffentlicht, in denen als Folge einer neuerlich aufgebrachten inneren Wärmedämmung die Balkenköpfe verfault sind (Vgl.dazu Bild 7 und Kommentar).

11 11 Bild 7: Verfaulter Balkenkopf auf einer 1 Stein starken Ziegelaußenwand mit einer Innen-dämmung aus ca. 5 cm Luftschicht und 7,2 cm Ziegelmauerwerk. An dem Balkenkopf ist ein Mauerwerksanker mit geschmiedeten Nägeln angenagelt. Der außenliegende Teil des Ankers, der Ankersplint, hat eine Oberfläche von ca. 300 cm 2. Kommentar: Der Balkenkopf ist nicht von einem Luftpolster umgeben, sondern offenbar eingemörtelt. Die Folge davon ist, dass er das an der kalten Außenwand anfallende Kondensat aufsaugt und damit selbst befeuchtet wird. Das aber führt langjährig zu einer Verrottung des Balkenkopfes. Erschwerend kommt hinzu, dass der Balkenkopf einen Mauerwerksanker trägt, der als starke Wärmebrücke wirkt und die Oberflächentemperatur des Balkenkopfes zumindest stellenweise weit unter den Taupunkt der Raumluft von ca, 9.2 C drückt.