Bauphysik-Kalender 2022. Nabil A. Fouad

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СКАЧАТЬ 2. Übergangskoeffizienten für Wärme und Wasserdampf gemäß DIN 4108-2, Anhang D

Position	Wärmeübergang (nur Konvektion) hc [W/(m2 K)]	Wärmeübergang (Konvektion und langwellige Strahlung) h [W/(m2 K)]	Wasserdampfübergang b [kg/(m2 s Pa)]
außen	12	17	75 × 10−9
innen	-	8	25 × 10−9

      Die raumseitigen Oberflächenübergangskoeffizienten bzw. -widerstände werden in der DIN EN 15026 (Tabelle 2) richtungsabhängig angegeben. Für den konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten beim Wärmestrom in horizontaler Richtung wird ein mittlerer Wert von 2,5 W/(m² K) vorgegeben. Für den Wärmestrom nach oben verdoppelt sich dieser Koeffizient und nach unten beträgt er nicht einmal ein Drittel des horizontalen Wertes. Solche im Labor gemessenen Koeffizienten haben allerdings mit der Realität am Bau wenig zu tun. Erstens reduziert sich der vermeintlich große Unterschied, wenn man den Strahlungsaustausch dazu berücksichtigt und zweitens tritt in beheizten Räumen häufig eine gewisse Temperaturschichtung auf, die eine größere Auswirkung auf die lokale Oberflächentemperatur hat als die Unterschiede in den richtungsabhängigen Übergangskoeffizienten. In Ecken und Kanten gelten außerdem wieder andere Randbedingungen, die gegebenenfalls bei einer mehrdimensionalen Analyse zu berücksichtigen sind. Aus diesen Gründen und auch aus rechentechnischen Erwägungen (es müsste für jeden Zeitschritt abgefragt werden in welcher Richtung die aktuellen Wärme- und Feuchteströme weisen – was bei beiden auch unterschiedlich sein kann – um den „richtigen“ Wert ansetzen zu können) wurden im Anhang D der DIN 4108-3 auch für die raumseitigen Übergangskoeffizienten einheitlich konstante Werte festgelegt (Tabelle 2).

3.2.4 Hilfsmodelle zur vereinfachten Berücksichtigung spezieller hygrothermischer Effekte

      Wir sind von unseren Fahrzeugen gewöhnt, dass bei geschlossenen Fenstern und Türen auch beim stärksten Unwetter kein Wasser in die Fahrgastzelle gelangt – zumindest dann, wenn sie relativ neu sind. Das gleiche gilt für ungewollte Luftströmungen durch die Fahrzeughülle. Gebäude sind jedoch keine Fahrzeuge. Die Gebäudehülle ist weniger maßhaltig, die Qualitätsüberwachung ist weniger ausgefeilt, die Materialien und ihre Verarbeitung sind kostengünstiger. Trotzdem erwarten wir von unseren Gebäuden eine deutlich höhere Lebensdauer, eine größere Zuverlässigkeit und mehr Komfort bei gleichzeitig weniger Pflege und größeren Wartungsintervallen. In den meisten Punkten werden diese Erwartungen dennoch erfüllt, allerdings müssen wir lernen, gewisse Abstriche bei der absoluten Wasser- und Luftdichtheit der Gebäudehülle zu machen. Dieselbe Dichtheit wie bei Fahrzeugen ist hier schlicht und einfach unmöglich, wie schon in den Abschnitten 2.1.4 und 2.1.6 diskutiert. Das liegt jedoch nicht am ungeeigneten Material oder unmotivierten Bauhandwerkern. Im Gegenteil, hier können wir große Fortschritte verzeichnen. Es liegt in der Natur der Sache, dass Klebeverbindungen am Bau nie vollständig luftdicht sein können und Fensteranschlüsse selten völlig wasserdicht. Selbst wenn es gelingen würde, zu Beginn eine perfekte Dichtheit herzustellen, dann bedeutet dies leider nicht, dass dieser Idealzustand von langer Dauer sein muss. Das zeigen die Erfahrungen aus 70 Jahren bauphysikalischen Freilandversuchen.

      Beurteilungsmodelle, die davon ausgehen, dass die Gebäudehülle perfekt luft- und wasserdicht ausgeführt ist, sind daher realitätsfern. Dass sie in der Vergangenheit trotzdem oft zuverlässige Ergebnisse geliefert haben, hat vor allem zwei Gründe: Erstens weisen viele Bauteile ein ausreichendes Trocknungspotenzial auf, sodass durch kleinere Fehlstellen noch keine Schäden entstehen. Zweitens bewirken manche Leckagen nicht nur eine zusätzliche Befeuchtung, sondern ermöglichen auch eine verbesserte Trocknung. Raumluftinfiltration, die im Winter zu Tauwasserbildung führt, kann bei höheren Temperaturen im Sommer auch die Rücktrocknung beschleunigen. Dennoch erscheint es etwas fahrlässig, davon auszugehen, dass schon alles gut gehen wird. Das zeigen die zahlreichen Feuchteschäden, die von Sachverständigen gerne dokumentiert und veröffentlicht werden. Dabei scheinen einige Konstruktionen, wie z. B. unbelüftete Flachdächer in Holzbauweise besonders betroffen zu sein [45] oder Holzbauwände mit Wärmedämm-Verbundsystemen [46]. Schäden an diesen Konstruktionen haben dazu geführt, nicht nur praktische Lösungen für diese Konstruktionen zu erarbeiten, sondern auch die feuchtetechnischen Beurteilungsmethoden zu verbessern. D. h. es wurde versucht, neue Ansätze in die vorhandenen Feuchteschutzbemessungsmodelle zu integrieren, die eine Berücksichtigung der feuchtetechnischen Auswirkungen von unvermeidbaren Fehlstellen zulassen.

3.2.4.1 Berücksichtigung von Konvektionseffekten

Bild 12 zeigt drei Beispiele für Luftkonvektionen, die in Holzbaukonstruktionen auftreten können. Die wichtigste und in der Regel gewollte Konvektion betrifft die Hinterlüftung der äußeren Schalung. Sie soll der Austrocknung von Feuchte dienen, die entweder aus dem Raum oder durch Niederschlag in die Belüftungsebene eingedrungen ist. Allerdings kann bei hochgedämmten Bauteilen durch die Hinterlüftung nicht nur eine Trocknung, sondern auch eine zusätzliche Befeuchtung durch nächtliche Unterkühlung stattfinden. Welcher Effekt zu welcher Jahreszeit überwiegt, hängt von vielen Faktoren ab und kann nicht ohne genauere Analyse vorhergesagt werden. Deshalb ist es mehr als wünschenswert die Auswirkung einer Hinterlüftung mit einem entsprechenden Modell zu erfassen. WTA 6-2 [39] schlägt hierfür im Abschnitt 5.1 ein einfaches Modell vor, dass von einem konstanten Luftwechsel und von einer idealen Durchmischung der Außenluft mit der Luft im Spalt ausgeht. Dieses Modell liefert im Vergleich zu Messungen am Objekt recht zuverlässige Ergebnisse [11, 47].

      Die Luftkonvektion von außen durch die Wärmedämmung bis hin zur inneren Beplankung, das sogenannte Wind-washing, führt im Winter in der Regel nicht zu einer Befeuchtung der Konstruktion, sondern wegen der geringen absoluten Feuchte der Außenluft eher zu einer Austrocknung. Wird der Effekt jedoch so stark, dass die raumseitige Oberfläche dadurch bis zum Taupunkt der Raumluft abkühlt, dann können durchaus Probleme entstehen. Bei nach dem Stand der Technik ausgeführten Konstruktionen sollte das allerdings nicht vorkommen. Allerdings hat dieser Effekt eventuell energetische Konsequenzen (Hinweise darauf z. B. in [48]), die unerwünscht sind und einer Abhilfe z. B. durch eine Winddichtheitsebene bedürfen. Feuchtetechnische Nachteile sind in unserer Klimazone, außer bei gekühlten Gebäuden, in der Regel jedoch nicht zu befürchten. Daher finden sich zu diesem Phänomen bisher keine Modellansätze in unseren Feuchteschutzrichtlinien.

Der umgekehrte Fall, wenn feuchte Luft aus dem Raum durch kleine Undichtheiten in die Konstruktion eindringt und an einer anderen Stelle wieder austritt, ist feuchtetechnisch jedoch von großer Bedeutung. Bild 13 zeigt am Beispiel eines unbelüfteten Flachdachs, dass die realen Verhältnisse in Bezug auf Undichtheiten und mögliche Luftströmungswege sehr komplex sind. Sie physikalisch korrekt, d. h. in ihrer dreidimensionalen Struktur zu erfassen, würde einen extremen Aufwand bedeuten. Außerdem müssten die Strömungswege zuvor messtechnisch genau identifiziert werden. Es liegt auf der Hand, dass dies praktisch nicht durchführbar ist. Deshalb müssen hier einige Modellannahmen getroffen werden. Die wesentlichste Vereinfachung ist die Überführung eines komplexen dreidimensionalen Luftströmungsphänomens in ein eindimensionales Kondensationsmodel. Dabei wird ähnlich wie bei der Dampfdiffusion davon ausgegangen, dass die Tauwasserbildung gleichmäßig über die gesamte Kaltseite des Bauteils stattfindet. Diese Annahme hat sich aufgrund der Ergebnisse in [19] als durchaus realistisch erwiesen.

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