Mechanismen der Wasseraufnahme in porösen Baustoffen Bei der Durchfeuchtung poröser Stoffe spielen parallel zueinander mehrere Mechanismen eine Rolle: 1. Adsorption von Wasserdampf an den Porenwandungen 2. Ablagerung einer dünnen Schicht ht Wassermoleküle als durchgehende auf den Porenwänden. Je höher die rel. Luftfeuchte (ϕ), desto höher die Anzahl der Molekülschichten auf den Porenwandungen 3. Kleinere Poren füllen sich mit flüssigem Wasser infolge Kapillarkondensation 4. Verstärkte Adsorption von Wasser auf den Porenwänden, so dass zwar noch Dampfdiffusion möglich ist, ein Feuchtigkeitstransport aufgrund der Kapillargesetze aber schon stattfindet.
Mechanismen der Wasseraufnahme in porösen Baustoffen Bei der Durchfeuchtung poröser Stoffe spielen parallel zueinander mehrere Mechanismen eine Rolle: 5. Poren sind gesättigt, schließen jedoch noch Luftblasen ein. Dieser Zustand entspricht der freien (drucklosen) Sättigung eines Stoffs. 6. Alle Poren, auch die größeren, sind mit Wasser gefüllt. Nach WILLEMS, W. M. 2005
Wasseraufnahme in porösen Baustoffen Alle Mechanismen des Feuchtetransports beeinflussen sich gegenseitig und laufen teilweise gleichzeitig ab. Daher sind Berechnungsverfahren äußerst schwierig und kommen oft über ein theoretisches Stadium nicht hinaus. Gerade bei den Tauwasserbetrachtungen werden die Abhängigkeiten von Feuchte- und dwä Wärmeschutz am besten deutlich. Regelungen nach DIN 4108: Wärme- und Energieeinsparungen in Gebäuden DIN 4108-2: Klimabedingter Feuchteschutz, Anforderungen, Berechnungsverfahren und hinweise für Planung und Ausführung Nach WILLEMS, W. M. 2005
Ermittlung von Tauwassermengen Tauwasserberechnung in Bauteilen infolge Dampfdiffusion Tauwasser kann in mehrschichtigen Bauteilen an allen Grenzflächen zwischen den einzelnen Bauteilschichten ausfallen. Die entstehenden Tauwassermengen werden durch ein graphisches Verfahren ermittelt: Glaser-Verfahren Einzelschritte: 1. Ermittlung der Temperaturverteilung über den Bauteilquerschnitt 2. Verteilung des vorhandenen Dampfdrucks im Profil des Bauteils 3. Berechnung des Wasserdampfsättigungsdrucks p s über den Bauteilquerschnitt ( Grundlage: die jeweilige Temperatur)
Tauwassermengen nach DIN 4108-3 Bei Holz darf der massebezogene Feuchtegehalt max. um 5 % erhöht werden, bei Holzwerkstoffen um max. 3 % Zul. m wt = a * d * ρ * 10 3 w,t [g/m²] a = 0,03 für Holzwerkstoffe a = 0,0505 für Holz d = Dicke des Baustoffs ρ = Dichte des Baustoffs [m] [g/m³] DIN 4108-3 gibt außerdem eine Reihe von Bauteilaufbauten an, bei deren Einsatz kein rechnerischer Tauwassernachweis erforderlich ist.
Ermittlung von Tauwassermengen Tauwasserberechnung in Bauteilen ist geregelt in DIN 4108-3 Baustoffe, die mit Tauwasser in Berührung kommen, dürfen nicht geschädigt werden (Schimmel, Korrosion, etc.) Während der Tauperiode anfallendes Tauwasser muss in der Verdunstungsperiode wieder abgegeben werden m w,t < m wv [g/m²] m w,t : Tauwassermenge [g/m²] m wv : Menge des verd. Wassers [g/m²] Bei Dach- und Wandkonstruktionen darf eine flächenbezogene Tauwassermenge von 1000 g/m² nicht überschritten werden. Tritt Tauwasser an Schichten auf die nicht kapillar aktiv sind, beträgt die max. zulässige Tauwassermenge 500 g/m²
Baustoffeinteilung Einteilung von Baustoffen nach ihrem Diffusionswiderstand: S d 0,5 m S d 1500 m S d 1500 m diffusionsoffen diffusionshemmend diffusionsdicht Einteilung von Stoffen nach ihrem Wasseraufnahmekoeffizienten DIN EN ISO 15148: w [kg/m²h -0,5 05 ] w 2 kg/m²h 0,5 wassersaugend 0,5 w 2 kg/m²h 0,5 wasserhemmend w 0,5 kg/m²h 0,5 wasserabweisend
Klimabedingungen nach DIN 4108-3, A.2.2. Tab. A.1. Zeile Klima Temp. Rel. Luftf. Dauer θ [ C] [C] ϕ [%] h d 1. Tauperiode 1.1. Außenklima 10 80 12 1.2. Innenklima 20 50 1440 60 2. Verdunstungsperiode 2.1. Wandbauteile und Decken unter nicht ausgebauten Dachräumen 211 2.1.1. Außenklima 70 2.1.2. Innenklima 12 2160 90 2.1.3. Klima im Tauwasserbereich 100 22 2.2. Dächer die Aufenthaltsräume gegen Außenluft abschließen 2.2.1. Außenklima 12 70 2.2.2. Temperatur Dachoberfläche 20 2160 90 2.2.3. Innenklima 12 70
Ermittlung von Tauwassermengen
Ermittlung von Tauwassermengen 2338 Pa 50% 1169 260 Pa 80% 208 1404 Pa 70% 983
Wasserdampfsättigungsdrucke nach DIN 4108-3, Tab. A4 2340 1403
Wasserdampfsättigungsdrucke [Pa] 260
Beurteilung des Tauwasserausfalls Objekt: Teststraße Bauteil: Außenwand Erforderlich: Baustoff- Schichtdicke Wärmeleit- Wärmedurch- Temp.- WasserdamWasserdamDampfdif Diff.-äquiv. schichten fähigkeit lass- verlauf sättigungs- teil- widerst. Luft.-dicke in m in W/(m*k) widerstand druckverlaudruckverlau µ s d α innen 0,13 20,0 C 2324,0 Pa 1162,0 Pa Gipsputz 0,015 m 0,700 0,021 13,9 C1588,0 0 Pa 794,0 Pa 10 0,15 m Kalksandstein (1.8) 0,300 m 0,700 0,429 12,9 C 1488,0 Pa 790,1 Pa 70 21,00 m Kalkzementputz 0,020 m 1,000 0,020-7,2 C 333,0 Pa 250,9 Pa 15 0,30 m 0,000-8,1 C 81 C 304,00 Pa 243,22 Pa 0,00 m 0,000-8,1 C 304,0 Pa 243,2 Pa 0,00 m α außen 0,04-8,1 C 304,0 Pa 0,0 Pa 0,335 m 0,640-10,0 C 258,0 Pa 0,0 Pa 21,45 m nach Glaser U-Wert = 1,563 W/(m²*K) 100% Flächenanteil U m-wert = 1,563 W/(m²*K) Wasserdampfteildruck: Aussentemperatur: -10,00 C rel. Luftfeuchte aussen: 80% aussen 206,4 Pa Innentemperatur: 20,00 C rel. Luftfeuchte innen: 50% innen 1162,0 Pa Wärmestromdichte 46,875 W/m² Taupunkttemperatur: 925 C 9,25 gem. DIN 4108-23, A.2.3.: alpha innen = 0,13!
Wandoberfläche innen +9,3 C +15,4 C Bei diesen raumklimatischen Verhältnissen steigt der Taupunkt auf 15,4 C, liegt also über θ Si Es kommt zu Kondenswasserausfall!
Beurteilung des Tauwasserausfalls mit Wärmedämmung Baustoff- Schichtdicke Wärmeleit- Wärmedurch- Temp.- WasserdamWasserdamDampfdif Diff.-äquiv. schichten fähigkeit lass- verlauf sättigungs- teil- widerst. Luft.-dicke in m in W/(m*k) widerstand druckverlaudruckverlau µ s d α innen 0,13 20,0 C 2324,0 Pa 1162,0 Pa Gipsputz 0,015 m 0,700 0,021 18,9 C 2172,0 Pa 1086,0 Pa 10 0,15 m Kalksandstein (1.8) 0300m 0,300 0700 0,700 0,429 18,7 C 2158,0 Pa 790,1 Pa 70 21,00 m Mineralwolle 0,100 m 0,035 2,857 15,0 C 1706,0 Pa 250,9 Pa 1 0,10 m Kalkzementputz 0,0200 m 1,000 0,020-9,5 C 272,0 Pa 243,2 Pa 15 0,30 m 0,000-9,7 C 267,0 Pa 243,22 Pa 0,00 m α außen 0,04-9,7 C 267,0 Pa 0,0 Pa 0,435 m 3,497-10,0 C 258,0 Pa 0,0 Pa 21,55 m nach Glaser U-Wert = 0,286 W/(m²*K) 100% Flächenanteil U m -Wert = 0,286 W/(m²*K) Wasserdampfteildruck: Aussentemperatur: t -10,00 C 00 C rel. Luftfeuchte aussen: 80% aussen 206,4 Pa Innentemperatur: 20,00 C rel. Luftfeuchte innen: 50% innen 1162,0 Pa Wärmestromdichte 8,578 W/m² Taupunkttemperatur: 9,25 C gem. DIN 4108-23, A.2.3.: alpha innen = 0,13!
Dampfdruckverlauf ohne Wärmedämmung 2500,0 Pa Das Bauteil bleibt b tauwasserfrei, asse e wenn sich die Linien nicht schneiden bzw. Sättigungsdampfdruck berühren. 2000,0 Pa 1500,0 Pa 1000,0 Pa 500,0 Pa Wasserdampfpartialdruck 0,0 Pa alpha inne en Gipspu tz Kalksandstei in Kalkzementpu tz alpha auße en
Dampfdruckverlauf mit Wärmedämmung 2500,00 Pa Das Bauteilbleibtfrei von Tauwasser, Sättigungsdampfdruck p s wenn sich die Linien nicht schneiden oder berühren. 2000,0 Pa 1500,0 Pa 1000,0 Pa Wasserdampfpartialdruck 500,0 Pa 0,0 Pa alpha inne en Gipspu utz Kalksandste ein Wärmedämmu ng Kalkzementpu utz
Temperaturverlauf ohne Wärmedämmung Temperatur 25,0 C 20,0 C 15,0 C 10,0 C 5,0 C 0,0 C -5,0 C 50 C -10,0 C -15,0 C alpha inne en Gipspu tz Kalksandstei in Kalkzementpu tz alpha auße en
Temperaturverlauf mit Wärmedämmung 25,0 C 20,0 C 15,0 C 10,0 C 5,0 C 0,0 C -5,0 C -10,0 C -15,0 C alpha innen n Gipsputz Kalksandstein n Wärmedämmung Kalkzementputz z alpha außen
Temperaturverlauf in der Wand i e i e tur θ [ C] Temperat +20 +15 +10 +5 ±0-5 -10-15 Wandaufbau ohne Wärmedämmung Wandaufbau mit Wärmedämmung
Temperaturverlauf in der Wand: Taupunkt θ Li =20 C und ϕ = 50% Taupunkt θ d = 9,25 [ C] i e i e tur θ [ C] Temperat +20 +15 +10 +5 ±0-5 -10-15 Taupunkt θ d [ C] Wandaufbau ohne Wärmedämmung Wandaufbau mit Wärmedämmung
Ermittlung von Tauwassermengen Wärmestromdichte: Temperaturen: Wandoberfl. innen: q = (θ Li -θ Le )/(1/U) θ Si = θ Li q * R si θ 1,2 = θ oi q * R Oberflächen der 1 θ = θ 1,2 q * R 2,3 Trennflächen: 2 usw. Wandoberfl. außen θ = θ -q. Se Le R se q Wärmestromdichte [W/m²] θ S i Oberfl.-temp. Innen [ C] θ Se Oberfl.-temp. außen [ C] θ Li Lufttemp. innen [ C] θ Le Lufttemp. außen [ C] R Si R Se R 1 innerer Wärmeübergangswiderstand [m²k/w] äußerer Wärmeübergangs- widerstand [m²k/w] Wärmedurchlasswiderstand an der ersten Schicht [m²k/w]
Ermittlung von Tauwassermengen Beispiel aus der Praxis mit sehr ähnlichen Verhältnissen wie in den Rechenbeispielen: 1. Innenputz: 15 mm Gipsputz 2. Mischmauerwerk, meist KS. 3. WDVS mit Mineralfaserdämmplatten in 80 mm Stärke 4. Außenputz bestehend aus Armierungsschicht und Putz, 10-1515 mm stark
Ermittlung von Tauwassermengen Aufbau: Auf dem KS-Mauerwerk folgt geklebt und gedübelt die Wärmedämmung. Format der Kalksandsteine?
Ermittlung von Tauwassermengen Bei entsprechender Auslegung befindet sich, wie im Rechenbeispiel demonstriert, der Taupunkt in der Wärmedämmung. Austrocknung ist möglich. Durchfeuchtung der Wand unterbleibt