Materialforschung und Prüfungsanstalt für das Bauwesen Leipzig GmbH Prüf-, Überwachungs- und Zertifizierungsstelle nach Landesbauordnung (SAC 2) nach Bauproduktengesetz (NB ) Bereich IV: Bauphysik Freilandbewitterungsversuche von Holztafelbauwänden mit Mauerwerkvorsatzschale ohne zusätzliche Feuchteschutzschicht auf der Außenbekleidung der Holztafelelemente und mit hinterlüfteten, kleinformatigen Holzbekleidungen KURZBERICHT (8 Seiten) Der Forschungsbericht wurde mit Mitteln des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung gefördert. Z6.7.3-3.18 Durchgeführt an der Gesellschaft für Materialforschungs- und Prüfungsanstalt für das Bauwesen Leipzig mbh Hans-Weigel-Straße 2b 4319 Leipzig Bearbeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Stefan Winter Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Bauer Dipl.-Ing. (FH) Daniel Kehl Leipzig,.2.6
Kurzbericht 2 Kurzbericht Auf Grundlage der Untersuchungen von Schulze [2] vor etwa Jahren können bis heute Holztafelbaukonstruktionen mit Mauerwerkvorsatzschale ohne chemischen Holzschutz gebaut werden. Er schlägt verschiedene Konstruktionsaufbauten vor, bei denen die Hölzer innerhalb der Wandkonstruktion in die Gefährungsklasse und die äußere Beplankung in die Holzwerkstoffklasse eingestuft werden können. Diese vorgeschlagenen Aufbauten finden sich fast identisch bereits 1996 in der DIN 68-2 [1] wieder. Dabei ist die Holztafelbaukonstruktion mit einer wasserableitenden Schicht, einer Polystyrolhartschaumplatte oder einem Mineralfaserdämmstoff mit außenliegender wasserableitender Schicht zu schützen. Die für diese Erkenntnisse durchgeführten Beregnungsversuche beanspruchten die Holzkonstruktionen allerdings so extrem (721,1 Ltr./m² innerhalb von 6 Wochen), dass auf keinen Fall auf die beschriebenen Schutzschichten verzichtet werden konnte. Auch Marquardt [3] setzt sich mit der Problematik "Mauerwerkvorsatzschale vor Holztafelbau" auseinander. Bei verschiedenen untersuchten Gebäuden stellt er mittels Endoskop keine Schäden hinter der Mauerwerkvorsatzschale auf den äußeren Holzwerkstoffplatten fest. Auf Grund der durchgeführten Untersuchungen zweifelt er an der Notwendigkeit der in der DIN 68-2 [1] vorgeschriebenen Schutzschichten. Beiden Untersuchungen ist gemein, dass wichtige Daten zur Wetterbeanspruchung der Fassade, zum Klima hinter der Mauerwerkvorsatzschale oder zur Feuchte der eingesetzten Baustoffe nur unzureichend vorhanden sind. Somit sind Zusammenhänge zwischen den äußeren Einflüssen, den klimatischen Verhältnissen hinter der Vorsatzschale und den Beanspruchungen der Baustoffe nur bedingt herzustellen. Um diese klimatischen Zusammenhänge herstellen zu können, wurden an der MFPA Leipzig GmbH Freilandbewitterungsversuche durchgeführt (siehe Abb 1.). Dabei wurden folgende Varianten der Prüfwände untersucht: Fassade: Mauerwerkvorsatzschale - Holzverschalung, Himmelsrichtung: Nord-Ost - Süd-West, äußere Holzwerkstoffbeplankung: Mitteldichte Faserplatte - Holzweichfaserplatte Belüftung der Mauerwerkvorsatzschale: optimal belüftet - unbelüftet Belüftung der Holzverschalung: optimal belüftet - Teilbelüftung (oben geschlossen) Die Bewitterungsversuche liefen über einen Zeitraum von über 14 Monaten. In der ersten Untersuchungsperiode von August 4 bis Mitte Juni 5 waren die Wände nur der natürlichen Schlagregenbelastung am Standort Leipzig (Schlagregenbeanspruchungsgruppe I nach DIN 48) ausgesetzt. Um eine erhöhte Schlagregenbelastung zu erzeugen, wurden die Wände in der zweiten Periode zeitweise künstlich beregnet. Süd-West: 4 Schlagregenereignisse zwischen Mitte Juni und Anfang Oktober Nord-Ost: 3 Schlagregenereignisse zwischen Mitte September und Anfang Oktober
Ergebnisse 3 Die Summe der Schlagregenbeanspruchungen (natürlich und künstlich) auf der Süd-West Seite entsprach mit 1 Ltr./m² im Untersuchungszeitraum etwa dem Übergangsbereich der Beanspruchungsgruppen I und II nach DIN 48. Der natürliche Schlagregen auf der Nord- Ost Seite ist mit zunächst 17, Ltr./m² vergleichbar mit höheren Schlagregengruppen. Durch die künstliche Beregnung von zusätzlichen Ltr./m² innerhalb von drei Wochen sollte bewusst eine ungünstige Situation, z.b. unplanmäßige Befeuchtung auf der Nordseite oder intensiver Schlagregen auf eine verschattete Südseite, erzeugt werden (siehe Abb.2) Die Messergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: Die Holz- und Holzwerkstofffeuchten von Holztafelbauwänden mit belüfteter Holzaußenwandbekleidung sind erwartungsgemäß unkritisch. Die Kriterien der Gefährdungsklasse und Holzwerkstoffklasse nach DIN 68-2 [1] sind erfüllt. Zwar kommt es im Winter zu hohen relativen Luftfeuchten, auf Grund der niedrigen Temperaturen aber nicht zur Schimmelpilzbildung. Wird die kleinteilige horizontale Holzaußenwandbekleidung (Nut und Feder) mit vertikaler Unterkonstruktion oben verschlossen kommt es nicht zu wesentlichen Feuchteänderungen in der Hinterlüftungs- bzw. Drainageebene (siehe Abb. 3). Gleiches wird auch für andere horizontale Holzaußenwandbekleidungen wie z.b. die Stülpschalung gelten. Ebenso werden vertikale Bekleidungen wie z.b. Boden-Deckel Schalung unkritisch sein, wenn eine Konterlattung montiert und damit eine Drainageebene ausgebildet ist. Bei diesen Schalungen ist der Luftaustausch auf Grund der Fugenausbildung höher als bei den getesteten, formschlüssigen Nut- und Feder Brettern. Der obere Verschluss kann nach aktuellem Stand als unkritisch angesehen werden. Es bestehen keine Bedenken für den Holzschutz. Bei den gut belüfteten Mauerwerkvorsatzschalen und einer maximalen Schlagregenbelastung der wetterbeanspruchten Seite von 1 Ltr./m² im Untersuchungszeitraum kommt es zu erhöhten relativen Luftfeuchten in der Hinterlüftung. Auf Grund der Sonneneinstrahlung trocknet das Mauerwerk allerdings wieder aus. Die Feuchte wird ausreichend durch die Belüftung abtransportiert (siehe Abb. 4). So kommt es auf der Süd- West Seite weder zu kritischen Materialfeuchten noch zu Schimmelpilzbildung in der Hinterlüftung. Bei Nord-Ost orientierten Fassaden ist dies bei geringen Schlagregenbeanspruchungen und besonders ohne große Einzelregenereignisse auch der Fall. Ist die Belüftung allerdings unplanmäßig verschlossen, reicht unabhängig von der Himmelsrichtung nur ein Schlagregenereignis im Sommer aus, um auf der Außenseite der äußeren Holzwerkstoffplatte vollflächig Schimmelpilz entstehen zu lassen (siehe Abb. 5 und 6, links). Die kritische Holzfeuchte der mitteldichten Faserplatte wird dabei überschritten.
Ergebnisse 4 Ebenso kommt es hinter belüfteten Mauerwerkvorsatzschalen zur Schimmelpilzbildung auf den Holzwerkstoffplatten (Holzweichfaser und mitteldichte Faserplatte), wenn die stark saugende Mauerwerkvorsatzschale unplanmäßig durchfeuchtet wird und auf Grund geringer Solareinstrahlung nicht ausreichend trocknen kann (siehe Abb. 6 rechts und Abb. 7). Unter optimalen Belüftungsverhältnissen der Mauerwerkvorsatzschale (alle Stoßfugen der untersten beiden Steinreihen offen) ist bei natürlicher Schlagregenbelastung in der Schlagregenbeanspruchungsgruppe I nach DIN 48-3 [4] sowohl auf der Nord-Ost als auch der Süd-West Seite zunächst die Gefährdung der Holzwerkstoffplatten gering. Allerdings kann es auf Grund folgender Punkte schnell zu kritischen Feuchten kommen. Bei höheren Schlagregenmengen und anschließender Schlechtwetterperiode und damit verbundener geringer Solarstrahlung sind aber auch diese Konstruktionen gefährdet. An den Messergebnissen der belüfteten Mauerwerkvorsatzschalen auf der Nord-Ost Seite (Wand B und D) wird deutlich, wie empfindlich das System "Mauerwerkvorsatzschale vor Holztafelbau" reagiert und welches Risikopotential entsteht. Temperaturen um die 15 C, Schlagregen und geringe Strahlungsintensität reichen aus, dass sich auf der Oberfläche der Holzwerkstoffplatte Schimmelpilz bildet. Zwar sind die Schlagregenmengen mit Ltr./ m² in dieser Himmelsrichtung innerhalb von einem Monat unter normalen Bedingungen nicht zu erwarten aber unplanmäßige Befeuchtung durch beispielsweise einen aufgestellten "Rasensprenger" auf der Nordseite eines Gebäudes oder reduzierter Schlagregen an einer verschatteten Süd-West Seite reichen aus, dass die Mauerwerkvorsatzschale Feuchte aufnimmt, langsam an die Hinterlüftung abgibt und sich letztendlich Schimmelpilz auf der äußeren Holzwerkstoffplatte bildet. Gleichzeitig kommt es zu nicht hinnehmbaren kritischen Holzwerkstofffeuchten. Auch bei der Reduzierung der Hinterlüftung durch Sträucher vor der Wand, Schmutz, Laub oder Mörtelreste in den Stoßfugen und im Extremfall einer verschlossenen Hinterlüftung kommt es bereits bei nur einem Schlagregenereignis zur Gefahr der Schimmelpilzbildung auf der äußerer Holzwerkstoffplatte. Aus beiden Fällen wird deutlich, dass die Begrenzung der Wasseraufnahmefähigkeit der Mauerwerkvorsatzschale eine Möglichkeit bietet, die Feuchte hinter der Vorsatzschale in einem ausreichenden Maße zu reduzieren. Dies kann über den Einsatz eines Klinkers oder durch eine Hydrophobierung geschehen. Wird zusätzliche eine Holzwerkstoffplatte eingesetzt, die eine Oberfläche aufweist, die die Gefahr des Pilzwachstums reduziert (mineralische Stoffe, Substratgruppe II nach Sedlbauer [5]), können Holzwerkstoffplatten auch ohne zweite wasserführende Schicht in der Schlagregenbeanspruchungsgruppe I zugelassen werden. Diese Möglichkeit sollte allerdings im geplanten Laborverfahren untersucht werden.
Kurzbericht 5 Literaturverzeichnis [1] DIN 68-2: 1996-5: Holzschutz - Vorbeugende bauliche Maßnahmen im Hochbau, Beuth Verlag, Berlin 1996 [2] Schulze, H.: Außenwände in Holztafelbauart mit Mauerwerkvorsatzschale - Teil II Freilandversuche, Hrsg.: Entwicklungsgemeinschaft Holzbau der Deutschen Gesellschaft für Holzforschung e.v., München 1997 [3] Marquardt, H.: Feuchteschutz und Holzschutz von Außenwänden in Holztafel- /Holzrahmenbauart mit Mauerwerkvorsatzschale, Tagungsbeitrag zum 11 Bauklimatischen Symposium, Dresden 2 [4] DIN 48-3: 1-7: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz, Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung, Beuth Verlag, Berlin 1 [5] Sedlbauer, K.: Vorhersage von Schimmelpilzbildung auf und in Bauteilen. Dissertation Universität Stuttgart (1) Abbildungen Abb.1: Fassadenprüfstand
Kurzbericht 6 Summe Schlagregen [l/m² in d] Schlagregen Nord- und Südseite (natürlicher und künstlicher) Tauwasser nach Schneefall Schlagregenmenge ohne Schnee: Nord-Ost Seite: 67,25 l/m² Süd-West Seite: 1, l/m² 15.8 15.9 15. 15.11 15.12 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 15. 15.11 4 5 Abb. 2: Gesamtschlagregenbelastung auf der Nord-Ost und Süd-West Seite Schlagregen, relative Luftfeuchte Temperatur Süd-West Seite Wand E (Holz) (belüftet-teilbelüftet) 95 85 Summe Schlagregen [mm/m²] relative Luftfeuchte [%] 75 65 55 45 35 25 15 5 Temperatur [ C] 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 15. 15.11 Schlagregen l/m² Teilbelüftung E rel. Luftfeuchte % Außenklima rel. Luftfeuchte % Referenz Holz E rel. Luftfeuchte % Teilbelüftung E Temperatur C Referenz Holz E Temperatur C Außenklima Temperatur C -5 Abb.3: Vergleich der relativen Luftfeuchte und Temperatur hinter der teilbelüfteten Holzschalung mit Drainageöffnung und dem Außenklima (Süd-West)
Kurzbericht 7 Schlagregen und relative Luftfeuchte Süd-West Seite Wand E (Holz) und F (MWVS) 4 5 Summe Schlagregen [mm/m²] relative Luftfeuchte [%] 15.8 15.9 15. 15.11 15.12 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 15. 15.11 Schlagregen l/m² Hinterlüftung F rel. Luftfeuchte % Außenklima rel. Luftfeuchte % Referenz Holz E rel. Luftfeuchte % Abb. 4: Vergleich der relativen Luftfeuchte und Temperatur hinter der belüfteten Mauerwerkvorsatzschale (MWVS) mit der Holzbekleidung (Süd-West Wand E/H) Schlagregen, relative Luftfeuchte Temperatur Süd-West Seite Wand E (Holz) und G (MWVS) 4 5 45 Summe Schlagregen [mm/m²] relative Luftfeuchte [%] 35 25 15 5 Temperatur [ C] 15.8 15.9 15. 15.11 15.12 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 15. 15.11 Schlagregen Ltr/m² Hinterlüftung G rel. Luftfeuchte % Außenklima rel. Luftfeuchte % Referenz Holz E rel. Luftfeuchte % Hinterlüftung G Temperatur C Referenz Holz E Temperatur C Außenklima Temperatur C -5 Abb. 5: Vergleich der relativen Luftfeuchte und Temperatur hinter der unbelüfteten Mauerwerkvorsatzschale mit der Holzverschalung (Süd-West)
Kurzbericht 8 unbelüftet Süd-West belüftet Nord Ost Abb. 6: großflächiger Befall auf der äußeren Holzwerkstoffplatte Schlagregen, relative Luftfeuchte Temperatur Nord-Ost Seite Wand A (Holz) und B (MWVS) 4 5 45 Summe Schlagregen [mm/m²] relative Luftfeuchte [%] 35 25 15 5 Temperatur [ C] 15.8 15.9 15. 15.11 15.12 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 15. 15.11 Schlagregen l/m² NORD Hinterlüftung B rel. Luftfeuchte % Außenklima rel. Luftfeuchte % Referenz Holz A rel. Luftfeuchte % Hinterlüftung B Temperatur C Referenz Holz A Temperatur C Außenklima Temperatur C -5 Abb. 7: Vergleich der relativen Luftfeuchte und Temperatur hinter der belüfteten Mauerwerkvorsatzschale mit der Holzschalung (Nord- Ost)