LUFTDICHTHEIT VON GEBÄUDEN Gründe für eine luftdichte Gebäudehülle: Vermeiden von Bauschäden Vermeidung ungewollter Wärmeverluste Verbesserung des Schallschutzes Verbesserung des sommerlichen Wärmeschutzes Erhöhung der Behaglichkeit durch Vermeidung von Zugerscheinungen, Geruchsbelästigung, trockene Luft im Winter Schutz vor Schadstoffeintrag Macht Lüftung kontrollierbar Mit den steigenden Anforderungen an den Wärmeschutz von Gebäuden wächst auch die Bedeutung der ludftdichten Ausführung der Gebäudehülle. Neben den bereits bestehenden Forderungen der DIN 4108 Teil 7, wird mit der Einführung der Energieeinsparverordnung die Forderung nach luftdichtem Bauen weiter untermauert. Unter dicht ist in diesem Sinne zu verstehen, dass keine ungewollten Leckagen vorhanden sind, durch die ein unkontrollierter Luftwechsel stattfinden kann. Als dicht gilt z.b. ein fehlerfreier Wandputz. Die Gründe, warum in den letzten Jahren dem Aspekt der Luftdichtheit verstärkt Aufmerksamkeit gewidmet wird, sind vielschichtig. Schadensvermeidung Annahme: Druckdifferenz 2 Pa zwischen innen und außen, Dachhaut s d = 10 m Grafik: [1] Luft kann, in Abhängigkeit von ihrer Temperatur, Feuchtigkeit in Form von Wasserdampf aufnehmen. Dabei nimmt warme Luft mehr Wasserdampf auf als kalte Luft. Kommt es nun zu einer extremen Abkühlung der Raumluft, kann diese die Feuchtigkeit nicht mehr in Form von Wasserdampf speichern und es kommt zum Tauwasserausfall. Dieses Problem kann bei Undichtheiten in der Gebäudehülle auftreten. Durch Fugen oder Fehlstellen in der luftdichten Ebene strömt warme und feuchte Innenraumluft in das Bauteil. In der kalten Jahreszeit kann es dann auf Grund der hohen Temperaturunterschiede zum Tauwasserausfall im Bauteil kommen. Dies kann zur völligen Durchfeuchtung und zur Zerstörung des Bauteils führen. Früher stand hinsichtlich des Tauwasserschutzes vor allem die Diffusion im Vordergrund. Heute weiß man, dass die meisten Schäden durch Konvektion, also durch Luftströmung entstehen, da der Feuchtetransport durch Konvektion ein Vielfaches über dem durch Diffusion liegt. Wärmeschutz Neben der Vermeidung von Bauschäden ist die Verringerung des Heizenergiebedarfs der zweite wesentliche Grund für die Vermeidung von Undichtheiten in der Gebäudehülle. Durch Leckagen strömende warme Innenraumluft führt zu erheblichen Wärmeverlusten. Dieser Zusammenhang wurde das erste Mal in den siebziger Jahren von schwedischen Wissenschaftlern untersucht. Eine bereits 1989 1
veröffentlichte Studie des Frauenhofer Institut für Bauphysik, Stuttgart zeigt den Vergleich zweier Wärmedämmungen von 1 m² Fläche, 14 cm Dämmstärke und innenliegender Dampfbremse. Die eine Dampfbremse hat eine Fuge von 1 mm Breite und 1 m Länge, die andere ist dicht. Die Dämmung mit Fuge führt zu einem 4,8 fach erhöhten Wärmeverlust. Diese Zusammenhänge spiegeln sich auch in den Forderungen der Energieeinsparverordnung wieder. Ziel ist es, den Energieverbrauch von Gebäuden, der rund ein Drittel des Gesamtenergieverbrauchs von Deutschland ausmacht, zu minimieren. Welche Einsparpotentiale eine luftdichte Gebäudehülle bietet zeigen die folgenden Untersuchungsergebnisse. Bei einer Messreihe im Institut für Bauphysik in Stuttgart wurden bei einer Dämmfläche von 1 m² und einer Dämmschicht von 14 cm bei verschiedenen Fugenbreiten in der Dampfbremse und bei verschiedenen Druckdifferenzen die Wärmeverluste durch die Fuge ermittelt. Diese Werte wurden ins Verhältnis gesetzt zum Wärmestrom durch den Dämmstoff. Grafik: [2] Gemessen wurde unter Zugrundelegung einer Lufttemperaturdifferenz von innen +20 C und außen -10 C, Druckdifferenz 20 Pa = Windstärke 2-3, unter Verwendung eines faserförmigen Dämmstoffs und einer Dampfbremse s d = 30m. Messung: Institut für Bauphysik, Stuttgart Quelle: [2] Blower-Door-Verfahren Zur Überprüfung der Luftdichtheit wird in der DIN 4108 Teil 7 das sogenannte Differenzdruckverfahren (Blower-Door) festgelegt. Bei diesem Messverfahren wird in eine Eingangs- oder Balkontür des zu überprüfenden Gebäudes oder der Wohnung ein Gebläse mittels Spannrahmen und Nylontuch luftdicht eingebaut. Mit diesem Gebläse kann im Gebäude gegenüber der Außenluft eine Druckdifferenz (Unter- oder Überdruck) erzeugt werden. Die Höhe der Druckdifferenz wird über die Gebläsedrehzahl gesteuert. Um mögliche Fehlstellen in der Luftdichtung gut nachbes- 2
sern zu können, bietet sich eine Blower-Door-Messung unmittelbar nach Abschluss der Luftdichtungsarbeiten an. Zu diesem Zeitpunkt ist die luftdichte Ebene noch nicht verdeckt und eventuell notwendige Reparaturen sind ohne größeren Aufwand möglich. Eine weitere Messung kann dann nach kompletter Fertigstellung des Gebäudes erfolgen, um so zukünftigen Haftungsansprüchen vorzubeugen. In eine Wohnungseingangstür eingebaute Blower-Door Bild: Umweltzentrum Trebsen Prinzipdarstellung des Blower- Door-Verfahrens Grafik: [3] Gebäudekennwerte Luftvolumenstrom bei 50 Pa: V 50 Luftwechselrate bei 50 Pa: n 50 Luftvolumenstrom pro Netto- Grundfläche bei 50 Pa: NBV 50 Bei geschlossenen Fenstern und Türen wird bei einer Druckdifferenz von 50 Pa der Luftvolumenstrom V 50 [m³/h] ermittelt. Dieser Volumenstrom entsteht dadurch, dass Luft durch Fehlstellen in der Außenhaut nachströmt. Die Messung kann als Einpunkt- oder Mehrpunktmessung erfolgen. Teilt man den Luftvolumenstrom V 50 durch das Luftvolumen des untersuchten Gebäudes, erhält man die Luftwechselrate bei 50 Pascal n 50. Diese ist ca. 10 bis 25 mal größer als die Luftwechselrate unter natürlichen Bedingungen und gibt Auskunft, wie oft das Raumluftvolumen innerhalb einer Stunde ausgetauscht wird. Laut DIN 4108 7 darf dieser Wert bei Gebäuden: - mit natürlicher Lüftung n 50 : 3 [1/h], - mit raumlufttechnischen Anlagen n 50 : 1,5 [1/h] nicht überschreiten. Bei Blower-Door-Messungen ist dies der üblicherweise ermittelte und angegebene Wert. Der Luftvolumenstrom bezogen auf die Netto-Grundfläche NBV 50 in [m³/m²h] gibt an, wieviel Luftvolumen pro Quad- 3
ratmeter Grundfläche ausgetauscht wird. Auch für diesen Wert gibt es in DIN 4108 7 Maximalwerte, die nicht ü- berschritten werden dürfen. Der Wert NBV 50 darf bei Gebäuden : - mit natürlicher Lüftung 7,5 [m³/m²h], - mit raumlufttechnischen Anlagen 2,5 [m³/m²h] (zzgl. 1,25 [m³/m²h] für baupraktische Toleranzen) nicht überschreiten. Leckageortung Neben der Ermittlung der eben beschriebenen Gebäudekennwerte können mittels der von der Blower-Door erzeugten Luftströmung, Leckagen in der Gebäudehülle lokalisiert und bewertet werden. Dies ist insbesondere wichtig, um über die Lage der Fehlstellen die Schadensträchtigkeit abzuschätzen und durch eine genaue Lokalisierung die gezielte Reparatur und Nachbesserung der Luftdichtung zu ermöglichen. Leckagen fühlen Luftgeschwindigkeitsmessgerät Bild [3] Theaternebel Bei Unterdruck können durch Fühlen mit der Hand Fehlstellen ausfindig gemacht werden. Da unsere Haut sehr sensibel auf Zugerscheinungen reagiert, werden schon geringste Luftgeschwindigkeiten wahrgenommen. In der Praxis werden i.d.r. die für Undichtheiten in Frage kommenden Stellen mit der Hand abgesucht und dort wo eine Luftströmung wahrgenommen wurde, wird mit einem Thermoanemometer die Luftgeschwindigkeit gemessen. An der Spitze des Thermoanemometers befindet sich ein beheizter Temperatursensor, der durch die vorbeistreichende Luft abgekühlt wird und daraus die Luftgeschwindigkeit in [m/s] ermittelt. Diese wird über ein Display angezeigt und kann für das Messprotokoll gut fotografisch erfasst werden. Lecks mit Luftgeschwindigkeiten unter 0,15 m/s (bei 50 Pa) sind bei den Anforderungen im Wohnungsbau unerheblich, sofern sie nur kleinflächig sind. Leckagen mit Luftgeschwindigkeiten über 2 m/s sind immer kritisch zu bewerten. Allerdings stellen die so ermittelten Luftgeschwindigkeiten kein direktes Maß zur quantitativen Beurteilung der Undichtheit dar, da der einströmende Luftvolumenstrom das Produkt von Querschnittsfläche und Geschwindigkeit ist. Um also eine quantitative Aussage treffen zu können, muss die Dimension des Lecks bekannt sein. Durch Freisetzen von Theaternebel bei gleichzeitigem Überdruck im Gebäude werden Leckagen auf der Außenseite durch Nebelfahnen sichtbar. Allerdings sind diesem Verfahren relativ enge Grenzen gesetzt, da bei innenlie- 4
genden Luftdichtungsschichten und bei langen Strömungspfaden die Fehlstelle nur sehr ungenau lokalisiert werden kann. Bei starkem Wind ist der austretende Rauch nicht sichtbar. Gut einsetzbar ist dieses Verfahren zum Nachweis von Undichtheiten zwischen Wohnungen oder einzelnen Räumen. Infrarotthermografie Eine weitere Möglichkeit Leckagen darzustellen bietet die Infrarotthermografie. Zum Zeitpunkt der Messung muss eine Temperaturdifferenz zwischen innen und außen von mindestens 10 K bestehen. Bei Unterdruck strömt durch Lecks kühle Außenluft und kühlt somit die Bauteiloberfläche im unmittelbaren Umfeld. Auf den mittels Thermokamera aufgenommenen Infrarotaufnahmen zeichnen sich diese kälteren Flächen durch Farbunterschiede ab. Einströmende Kaltluft erzeugt auslaufende Kaltluftflächen auf der Bauteiloberfläche. So sind Undichtheiten von Wärmebrücken zu unterscheiden. Bei günstigen Randbedigungen eignet sich diese Methode um die flächenmäßige Abkühlung infolge Undichtheit festzustellen. Thermografieaufnahme eines Drempels mit deutlich kälteren Stellen im Eckbereich. Gut erkennbar sind die Klebebatzen, mit denen die Gipskartonplatten befestigt wurden. Aufnahme: Umweltzentrum Trebsen Derselbe Drempel nach einer Luftdichtheitsprüfung mittels Blower-Door. Über Undichtheiten einströmende kalte Außenluft kühlt die Drempelwand ab. Aufnahme. Umweltzentrum Trebsen 5
Handwerkskammer zu Leipzig Umweltzentrum Kompetenzzentrum für umweltgerechtes Bauen Thomas-Müntzer-Gasse 4b 04687 Trebsen Tel.: 034383 612-0 Fax: 034383 612-20 uz@hwk-leipzig.de www.hwk-leipzig.de Literatur: [1] Luftdichtheit von Gebäuden, Blower-Door-Messung nach DIN V 4108-7; Sigrid Dorschky; Ingenieurgemeinschaft Bau+Energie+Umwelt GmbH [2] pro klima Planungshandbuch; Moll bauökologische Produkte GmbH [3] Luftdichtigkeit von Wohngebäuden;Joachim Zeller; Energie-Verlag GmbH [4] Blower-Door Anwenderhandbuch; Ingenieurgemeinschaft Bau+Energie+Umwelt GmbH [5] DIN 4108-7 Wärmeschutz im Hochbau, Teil 7: Luftdichtheit von Bauteilen und Anschlüssen [6] Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden (Energieeinsparverordnung EnEV 6