Flachdächer in Holzbauweise - Voll gedämmt und unbelüftet in die GK 0?

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1 HBZ- Seminar Holzschutz und Bauphysik 28./ Flachdächer in Holzbauweise - Voll gedämmt und unbelüftet in die GK 0? Robert Borsch- Laaks, Sachverständiger für Bauphysik, Aachen

2 Was bedeutet GK 0? Die DIN (Baulicher Holzschutz) erlaubte schon seit 1996 die Einstufung von Holztragwerken in die Gefährdungsklasse 0, wenn besondere bauliche Maßnahmen getroffen wurden. In diesen Fällen konnte auf chemischen Holzschutz bzw. den Einsatz von Hölzern mit höherer Resistenzklasse verzichtet werden. Heute heißt GK nach europäischer Normung Gebrauchsklasse und der Anwendungsbereich für GK 0 wurde mit der Neufassung der Norm (Feb. 2012) ausgeweitet. R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 2

3 Bisherige Holzschutzregeln für Fachdächer Prinzipaufbauten nach DIN :1996 Bild 3 Trockene Schalung o. V 100 n. bel. GK 0 n. bel. Abdichtung Dampfsperre Max. 20% von R gesamt Bild 5b n. bel. Imprägn. Schalung o. V 100 G GK 2 R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 3

4 Schäden gibt s genug aber warum und wann? Kann man dies konstruktiv verhindern? Wo brauchen wir Qualitätssicherung? R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 4

5 Feuchtemanagement beim Flachdach 15 Stellschrauben! An welchen wird gedreht? Und wie viel? Grafik: Daniel Schmidt, INFORMATIONSDIENST HOLZ Spezial: Flachdächer in Holzbauweise, 2008 R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 5

6 Einschalige Flachdächer in Holzbauweise Die entscheidende Frage: Wie lässt sich Feuchtebilanz sicher so regulieren, dass (minimierter) konvektiver Dampfeintrag beherrschbar wird? R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 6

7 Was sagt die Norm-Berechnung? Besondere Randbedingungen im Glaserverfahren R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 8

8 Aber ist nicht s d = 100m gefordert? Der folgenschwere Satz in der DIN , Ziff b): Folgende nicht belüftete Dächer bedürfen keines besonderen Nachweises: - nicht belüftete Dächer mit einer diffusionshemmenden Schicht mit s di 100m unterhalb der Wärmedämmschicht. Außen und innen dicht: Wie groß sind dann noch die Reserven? R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 9

9 Trocknungsreserve [g/m²] Fachdach: Außen dicht und innen? 0 sd,e = 200 m sd,e = 40 m 1,0 10,0 100,0 innerer s d - Wert [m] Die Nachweisbefreiung bei s d,i 100 m ist problematisch. Reserve: Nur 20 bis 60 g/m². 250 g/m² Trocknungsreserve erfordert eine Begrenzung des inneren s d - Wertes auf ca. 4 bis 5 m. Ansatz Dachtemperatur 20 C Umkehrdiffusion dominant! R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 10

10 Glaser - quo vadis? H.M. Künzel: IBP- Mitteilungen 355, 1999 Die Einflussfaktoren auf die Diffusionsbilanz können nur mittels hygrothermischer Simulation differenziert analysiert werden. Das Verfahren ist mittlerweile europäisch genormt [DIN EN 15026:2007] und das WUFI Programm des Fraunhoferinstituts für Bauphysik wurde vielfach durch Messungen validiert... und jüngst erweitert um ein Tool zur Quantifizierung konvektiver Belastungen. R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 11

11 Thermischer Luftantrieb: Risiko Nr. 1 Überdruck durch thermischen Auftrieb (wirkt im Winter permanent) P = ρ T a T i T i g h 2 Druckneutrale Ebene P Druckdifferenz innen-außen [Pa] ρ Dichte der Außenluft = 1,3 kg/m³ T a Lufttemperatur außen [K] T i Lufttemperatur innen [K] g Fallbeschleunigung = 9,81 m/s² h Höhe des zusammenhängenden Luftraums [m] Überdruck ist proportional zur Temperaturdifferenz zwischen innen und außen Höhe des zusammenhängenden Luftraums innen R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 12

12 Quantifizierung der Luftdurchlässigkeit n 50 - Wert [1/h]: Volumenstrom bei P 50 Pa bezogen auf das Innenvolumen. q 50 - Wert [m³/(m²h)]: Volumenstrom bei P 50 Pa bezogen auf die äußere Hüllfläche des Gebäudes. Für Einfamilienhäuser gilt für q 50 und n 50 Zahlenwertgleichheit, da A e / V e V i / V e. Neu: k CL - Wert: Durchlässigkeitskoeffizient des Bauteils (bezogen auf 1 Pa Druckdifferenz, q 50,gesamt / q 50,Bauteil = 15 : 1) R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 13

13 Quantifizierung der konvektiven Befeuchtung Luftdichtheitsklassen C ungeprüft B A n 50 5 h -1 n n 50 1 h h -1 Luftdichtheitsklasse A B C Durchströmung Hülle q 50 [m³/m² h] 1,0 3,0 5,0 Durchlässigkeit Bauteil k CL [m³/(m² d Pa)] 0,04 0,10 0,17 R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 14

14 Vergleich n 50 und q 50 Bei kleinen EFH Gebäuden (A/V 0,9 bis 1,0 1/m) besteht in etwa Zahlenwertgleichheit zw. n 50 und q 50. Bei kleinem A/V (große kompakte Gebäude) sind niedrigere n 50 - Werte erforderlich, aber auch leichter erreichbar. R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 15

15 Beispiel Flachdach mit MiFa-Dämmung Flachdachschalung (24 mm) unter Abdichtung (s d,e = 200 m). Hoch gedämmt (320 mm, λ= 0,035 W/mK) Mit konvektiver Feuchtelast (q 50 = 5 m³/(h*m²), therm. Höhe: 5 m (zwei Gesch.) und verschiedenen Dampfbremsen Randbedingungen: Holzkirchen (außen), norm. Feuchtelast n. WTA 6-2 (innen). Strahlungsabsorption: a= 0,8 Start: R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 17

16 Der richtige Umgang mit der Baufeuchte Warnhinweis ohne Folgen? Bei äußeren diffusionshemmenden Schichten mit s d,e 2m kann erhöhte Baufeuchte oder später z. B. durch Undichtheiten eingedrungene Feuchte nur schlecht oder gar nicht austrocknen. (DIN :2001, Anm. in ) Welche Sicherheiten lassen sich planerisch einbauen? Was müssen Bauleitung und Ausführende managen? Wo sind Gürtel und Hosenträger für die Nutzungsphase? Grafik: Daniel Schmidt, INFORMATIONSDIENST HOLZ Spezial: Flachdächer in Holzbauweise, 2008 R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 18

17 Fazit: Vor-Ort-Prüfung schafft Sicherheit Wir bauen mit trockenem Holz auch mit trockener Schalung! und können das auch nachweisen (Eingangskontrolle!) Und wenn etwas schief geht? Augen zu und durch ist die falsche Strategie! Vor dem Schließen der Konstruktion für ausreichende Trocknung sorgen und Einbaufeuchte der Hölzer kontrollieren und dokumentieren!!! R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 19

18 Was passiert außen? Die Feuchtebelastung (und auch die entlastung) ist mehrfacher Hinsicht vom wirksamen Außenklima abhängig. Standort / Klimazone Orientierung/ Neigung der Bauteilflächen Strahlungsabsorptions- und Emissionseigenschaften der Oberflächen Klimatische Effekte von Abdeckungen (z.b. Bekiesung und Begrünung) R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 20

19 Diffusionsbilanz dynamisch simuliert WUFI - Parameterstudie des IBP in: bauen mit holz, Heft 8/ Randbedingungen: Außen dampfdicht, innen: s d = 2 m. Klima: Holzkirchen, normale Feuchtelast, unverschattet, a= 0,6., ε= 0,3 R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 22

20 Einfluss des Klimastandorts Jahresfeuchtebilanz *) für das Norddach 50 geneigt, in Abhängigkeit von der Jahresmitteltemperatur Zum Vergleich: verschiedene Regionen der Testreferenzjahre des Dt. Wetterdienstes. *) Definition: Änderung des Gesamtwassergehalts im ersten Jahr bei Start am mit einer Ausgleichsfeuchte bei 80% rel. F. R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 23

21 Feuchtelast n. WTA MB 6-2: Differenz zwischen absolutem Wasserdampfgehalt innen und außen (abhängig von Feuchteproduktion und Luftwechsel) Gesamtwassergehalt [kg/m²] Einfluss des Innenklimas Besonders hohe Feuchteproduktion Wohnräume, incl. häusliche Bäder und Küchen Büros, Dachräume R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 24

22 Die Lösung für Problemfälle? Seit über 15 Jahren im Einsatz: Feuchteadaptive Dampfbremsen. R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 25

23 Einfluss der Dampfbremse Erweiterung der Studie, [Künzel, H.M. 2000]: Feuchtebilanz in Abhängigkeit von Orientierung und Neigung. Vergleich s d = 2 m konstant mit feuchtevariabler PA- Folie. Jahresfeuchtebilanz [g/m²] Jahresfeuchtebilanz [g/m²] Klima: Holzkirchen, normale Feuchtelast R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 26

24 Ein Beispiel aus der condetti -Planung condetti- Detail in HOLZBAU Heft Außen Schalung mit Bitumenpappe (Bestand) Zellulosedämmung (160mm) Norddach, 45 Klima: Holzkirchen (außen), Normale Feuchtelast (innen) Konvektive Feuchtelast: 250 g/m²*a Frage: Welche Dampfbremse ist geeignet? R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 27

25 Wie ergeht es der Dachschalung? s d = 100 m langfristige Auffeuchtung s d = 2 m langfristig Abtrockung, aber lange Zeiträume > 20 M.-% s d = variabel: Schon im 2. Winter < 20 M.-% R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 29

26 Beispiel Flachdach mit MiFa-Dämmung Flachdachschalung (24 mm) unter Abdichtung (s d,e = 200 m). Hoch gedämmt (320 mm, λ= 0,035 W/mK) Mit konvektiver Feuchtelast (q 50 = 5 m³/(h*m²), therm. Höhe: 5 m (zwei Gesch.) und verschiedenen Dampfbremsen Randbedingungen: Holzkirchen (außen), norm. Feuchtelast n. WTA 6-2 (innen). Strahlungsabsorption: a= 0,8 Start: R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 30

27 Was tun bei Verschattungen? Verschattungsformen sind vielfältig. Deckschichten (z.b. Terrassenbeläge, Gründächer, Bekiesungen) wirken ähnlich. Glaserverfahren nicht anwendbar! (DIN :2001, A 2.1) R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 31

28 Verschattungen und Deckschichten Feuchtetechnischer Nachweis geht nur über hygrothermische Simulation! Empfehlung der Holzforschung Austria, Wien, und des FV Gebäudehülle Schweiz für Dächer mit Verschattung und Deckschichten. R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 32

29 Überdämmung hilft im Schatten a = 0,8 a = 0,3 Bei hoher Arbsorption: Umkehrdiffusion dominant => einlagige Dämmung im Sommer günstiger Bei geringer Arbsorption: Winterlicher Dampftransport entscheidend => Überdämmung vorteilhaft. a Absorptionskoeffizient Randbedingungen: Klima Hoki/ NFL, q 50 = 3 m³/m²h, h Luft = 7 m. DB Vario KM Duplex, 320 mm Mifa- Dämmung Quelle: HOLZBAU, R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 34

30 Fallbeispiel: Brüstungsverschattung Holzbalkendecke, 25 mm Dreischichtplatte, s d,e = 300 m, 240 mm MiFa, intello & Gipsplatte, Verschattungsfaktor des Terrassenbelags: 35% Je 35 cm Quelle: condetti - Detail, HOLZBAU, Heft R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 35

31 Überdämmung auf der Dachschalung Wie viel Dämmdicke ist nötig? Je 35 cm R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 36

32 Gründächer & Co. Latentwärmeeffekte setzen das Trocknungspotential der Umkehrdiffusion erheblich herab. Foto: Fa. Optigrün R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 37

33 DIN :2001 Absch. A 2.1 Dieses Verfahren ist nicht anwendbar bei begrünten Dachkonstruktionen sowie zur Berechnung des natürlichen Austrocknungsverhaltens, wie z. B. im Fall der Abgabe von Rohbaufeuchte oder aufgenommenem Niederschlags-wasser. Für solche Fälle wird auf die Literaturhinweise [8], [9], [10] und [11] verwiesen. R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 38

34 Grün- und Kiesdächer simulieren? Aktuelle Forschungsvorhaben bringen neue Erkenntnisse. Hygrothermische Simulation ist jetzt für verschiedene Standorte möglich. Substrat Unterkonstruktion R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 40

35 Fallbeispiel: Alles auf einmal Grün-/ Kiesdach, Terrasse und Verschattung durch Sichtschutz und Nachbargebäude. R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 41

36 Dachaufbau? R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 42

37 Klimadaten Klimadaten Morbach Einstrahlung kwh/m²a Max. Temp C Min. Temp C Mtl. Temp C Unverschattet % 31,5-12,2 8,7 Verschattet 1.OG % 30,5-10,3 8,7 Verschattet 2.OG % 29,5-10,3 8,7 R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 43

38 Was geht? 18 M-% Verschattet (ca. 50 %), 80 mm Überdämmung (Gründach und Terrasse) R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 44

39 Was nicht geht 18 M-% Unverschatteter Gründachbereich und nur 20 mm Überdämmung (am Tiefpunkt der Gefälledämmung) R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 45

40 Was dann doch wieder geht Gründach, unverschattet, 40 mm ÜD Terrasse, verschattet, 80 mm ÜD Terrasse, unverschattet, 20 mm ÜD Deckschichten (Gründächer, Kies, Terrassenbeläge) erfordern eine objektspezifische hygrothermische Simulation! R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 46

41 Gibt es nachweisfreie Flachdächer? Regelaufbau nach DIN : 2012 Raumseitige Bekleidung s d 0,5 m plus variable Dampfbremse Mineral- oder Holzfaserdämmung oder zugelassener Dämmstoff. Trockenes Holz für Sparren und Schalung, u m 15 M.-% Dunkle Abdichtung (a 0,8) oder Metalldeckung auf strukturierter Trennlage, dauerhaft unverschattet (baurechtlich sichergestellt!). Dachneigung α 2 bzw. 3% (nach Durchbiegung!) Dachelemente werkseitig vorgefertigt, keine Installationen in der Dämmebene. Verformung bei Plattenformaten berücksichtigen. R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 47

42 Notwendige Ergänzungen Aus den 7 Goldenen Regeln des Holz[Bau]Physik Kongresses 2011 in Leipzig: BlowerDoor- Prüfung obligatorisch und vor dem Innenausbau. Einbaufeuchte kontrollieren und dokumentieren. Bei starken Verschattungen und Deckschichten (Terrassen, Gründächer) Zusatzdämmung auf Schalung/ Beplankung durch hygrothermische Simulation dimensionieren. R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 48

43 Fazit Mit modernen Simulationswerkzeugen lässt sich Feuchte managen. Vor-Ort-Prüfungen sichern ab. Entscheidend ist: Immer aufmerksam bleiben! Danke für Ihre Aufmerksamkeit. R. Borsch-Laaks, SV für Bauphysik, Aachen 49