Bauphysik-Kalender 2022. Nabil A. Fouad

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Bild 13. Verschiedene Strömungswege am Beispiel eines Flachdachs. Bei direkter Durchströmung des Bauteils, z. B. im Randanschlussbereich, könnte es sein, dass durch die Luftströmung der Strömungsweg erwärmt und es daher nicht oder nur zu einem geringen Tauwasserausfall kommt (Wärmeleckage). Bei einem längeren Strömungsweg durch das Bauteil wird sich die Luft jedoch auf der Kaltseite ausreichend abkühlen, sodass größere Mengen Tauwasser anfallen können (Feuchteleckage).

Wie in [49] dargelegt, wird die Tauwassermenge für jeden Rechenschritt aus dem eindringenden Dampfkonvektionsstrom und der Dampfkonzentrationsdifferenz zwischen der Raumluft und der Sättigungsdampfkonzentration unter den Taupunktbedingungen auf der Innenoberfläche der Kaltseite des Bauteils, also z. B. an der äußeren Beplankung, bestimmt. Der Dampfkonvektionsstrom wiederum errechnet sich aus der Luftdurchlässigkeit des Bauteils und der Luftdruckdifferenz zwischen dem Raum und der Außenluft. Solche Luftdruckdifferenzen treten entweder im Winter durch die Beheizung von Gebäuden auf oder durch Windanströmung. Letztere wirkt meist nur kurzzeitig ein und ist stark von der Geometrie und Exposition des Gebäudes abhängig. Es gibt meist auch keine großen Unterschiede zwischen Sommer und Winter. Das ist bei der auftriebsbedingten Strömung anders. Hier wirkt im Winter eine näherungsweise gleichbleibende Druckdifferenz, die im Sommer aufgrund der Temperaturangleichung zwischen innen und außen zum Erliegen kommt. Neben der relativ einfach zu bestimmenden Druckdifferenz durch thermischen Auftrieb im Winter können auch noch z. B. durch eine Lüftungsanlage mechanisch induzierte Druckdifferenzen auftreten. Diese sollten ebenfalls berücksichtigt werden.

      Wenn man aus den genannten Gründen den Windeinfluss vernachlässigt, bleibt als einzige Unbekannte die Luftdurchlässigkeit des Bauteils übrig. Dabei sind die in Bild 13 dargestellten Feuchteleckagen maßgeblich. Bei professionell abgedichteten Konstruktionen sind in der Regel alle verbleibenden Undichtheiten dieser Kategorie zuzuordnen, d. h. die Luftdurchlässigkeit des Bauteils könnte mit einer entsprechenden bauteilbezogenen Differenzdruckanlage direkt gemessen werden. Bei Wohngebäuden liegt sie etwa bei 5% bis 10% der gesamten Luftdurchlässigkeit der Gebäudehülle. Das Dampfkonvektionsmodell im Abschnitt 5.2 des WTA-Merkblatts 6-2 [39] schlägt hier einen Wert vor, der bei Flachdächern von Einfamilienhäusern eine konvektive Tauwasserbildung zur Folge hat, die der Trocknungsreserve für Dächer von 250 g/m² in der DIN 68800-2 entspricht. Alternativ kann die Luftdurchlässigkeit des Bauteils auch auf Basis der Summe einzelner kleiner Undichtheiten, wie in [50] beschrieben, ermittelt werden.

      Im Gegensatz zur Luftkonvektion durch thermischen Auftrieb sind die Luftdruckdifferenzen durch Wind bei uns das ganze Jahr über im Monatsmittel ähnlich groß, d. h. es gibt hier keinen ausgeprägten saisonalen Effekt. Das bedeutet, dass die Differenzdrücke durch Wind sowohl zu einer Befeuchtung im Winter als auch zur Trocknung im Sommer beitragen können. Es gibt Hinweise darauf, dass die windinduzierte Austrocknung im Sommer und zum Teil auch in den Übergangszeiten den auftriebsbedingten winterlichen Feuchteeintrag kompensieren können. Deshalb ist das derzeitige Infiltrationsmodell (ohne Windeinfluss) als konservativ zu betrachten. Zur Weiterentwicklung des Infiltrationsmodells sind allerdings weitere Forschungsanstrengungen notwendig.

3.2.4.2 Berücksichtigung von Regenwasserpenetration

Weit verbreitete und zum Teil erhebliche Feuchteschäden in den 90er Jahren an Holzwänden mit Wärmedämm-Verbundsystemen in Nordamerika haben die Fachwelt wachgerüttelt und nach den Ursachen suchen lassen. Dabei wurde relativ schnell klar, dass die Gründe nur in sehr geringem Umfang mit der Dampfkonvektion zu tun hatten. Vielmehr waren die Schäden auf Regewasserpenetration im Bereich der Fensteranschlüsse (meist am Fensterbrett) zurückzuführen [51]. Deshalb wurden auch die hygrothermischen Modelle zur Feuchteschutzbeurteilung von Außenwandkonstruktionen entsprechend angepasst. In der ASHRAE Norm 160 [52] zur Feuchteschutzbeurteilung durch hygrothermische Simulationsmodelle wird daher folgendes empfohlen: Wie in Bild 14 dargestellt, soll bei Außenwandkonstruktionen ein kleiner Teil des Schlagregens auf die Oberfläche der nächsten Bauteilschicht hinter der äußeren Bekleidung aufgebracht werden. Das ist in der Regel die äußere Witterungsschutzbahn, im Fall eines WDVS ohne Dränage wäre das jedoch die Oberfläche der Unterkonstruktion, d. h. die äußere Beplankung. Falls keine Versuchsergebnisse zur Schlagregendichtheit der äußeren Bekleidung vorliegen, soll die aufgebrachte Wassermenge einem Prozent des an der Fassade ankommenden Schlagregens entsprechen. Neue Lösungen, wie eine spezielle Abdichtungstechnik im Fensteranschlussbereich, bringen eine deutliche Verbesserung aber ein geringer Eintrag von Schlagregenfeuchte kann dennoch nie zu 100 Prozent ausgeschlossen werden. Allerdings liegt der Feuchteeintrag hier deutlich unter den genannten ein Prozent des auftreffenden Schlagregens, was auch durch Beregnungsversuche nachgewiesen werden kann.

Bild 14. In der ASHRAE Norm zur Feuchteschutzbeurteilung von Baukonstruktionen durch hygrothermische Simulation [52] wird empfohlen, den Schlagregeneinfluss bei Außenwänden zu berücksichtigen, indem man eine kleine Menge (1 %) des auf die Fassade auftreffenden Schlagregens auf die nächstliegende Bauteilschicht hinter der äußere Wetterschutzschale aufbringt.

Da nach den großen Schadensereignissen in Nordamerika auch in Europa und anderen Teilen der Welt ähnliche Probleme mit der Schlagregenpenetration von gedämmten Außenwänden aufgetreten sind, wurde der amerikanische Ansatz in den Abschnitt 5.3 des WTA-Merkblatts 6-2 [39] übernommen. Eine Literaturstudie über Regenwasserpenetrationsuntersuchungen für Mauerwerksvorsatzschalen in [53] hat ergeben, dass der Wert von einem Prozent des Schlagregens für solche Konstruktionen ganz gut passt. Andere Studien an Außenwänden mit hinterlüfteten Bekleidungen [54] kommen zu dem Schluss, dass der Regenwasserpenetrationsansatz in ASHRAE 160 von 1 % eher etwas konservativ ist, d. h. für diese Außenwandkonstruktionen auf der sicheren Seite liegt. Wendet man diesen Ansatz auf massive Außenwände mit WDVS in Europa an [55], zeigt sich, dass das Aufbringen von einem Prozent der Schlagregenmenge direkt auf die Oberfläche des Mauerwerks selbst bei hoher Schlagregenbeanspruchung keinerlei negative Auswirkungen auf die Feuchte im Mauerwerk hat. Sie bleibt trotz des Regenwassereintrags unter der Gleichgewichtsfeuchte des Mauerwerks bei 80% relativer Feuchte (praktischer Baufeuchtegehalt). Das erklärt auch, warum es bei außen gedämmtem Mauerwerkswänden kaum nennenswerte sichtbare Probleme gibt.

Bild 15. Momentaufnahme der Filmdarstellung der instationären Temperatur- und Feuchteverteilung (Bereiche und Mittelwerte) in einer nach Westen orientierten zweischaligen Außenwand mit Holz-Tragkonstruktion im Verlaufe des Monats Mai. Der Wassergehalt in der Außenschale erreicht niederschlagsbedingt hohe Werte bis hin zur freien Wassersättigung des Mauerwerks, was trotz Luftspalt auch zu einer entsprechenden Befeuchtung der dahinter liegenden OSB führt.

3.2.5 Simulationsergebnisse und deren Interpretation

Als Rechenergebnisse werden die stündlichen Veränderungen der Temperatur- und Feuchtefelder sowie der Wärme- und Feuchteströme über die Bauteilgrenzen ausgegeben. Aus diesen Ergebnissen können sowohl die langfristigen Verläufe der hygrothermischen Kenngrößen Temperatur, relative Feuchte und Wassergehalt an verschiedenen Positionen im Bauteil als auch deren örtliche Verteilungen (Profile) zu bestimmten Zeitpunkten ermittelt werden. Eine zweckmäßige und anschauliche Art der Ergebnisdarstellung ist die filmähnliche Abfolge der instationären Feuchte- und СКАЧАТЬ