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Feuchteschutz

Feuchteerscheinungen im Gebäude, an Gebäudeteilen oder einzelnen Bauteilen wirken sich nachteilig auf das Bauwerk aus.
Farbveränderungen, Schimmelbildung, Fäulnis, Salzausblühungen, geringere Dämmwirkung sind einige der eintretenden Folgen.

Feuchtebelastungen können von innen auf Grund von

  • Kondensatbildung auf der inneren Oberfläche von Außenbauteilen,
  • Kondensatbildung im Innern von Bauteilen durch Diffusionsvorgänge sowie
  • Kondensatbildung im Innern von Bauteilen durch Konvektion warmer, feuchter Raumluft in die Konstruktion

auftreten.

Feuchtebelastungen von außen entstehen durch

  • Schlagregenbeanspruchung sowie 
  • die drei Lastfälle Bodenfeuchtigkeit, nicht drückendes Wasser, drückendes Wasser.

Im vorliegenden Handbuch werden einzelne Bauteile von Umgebindehäusern im Hinblick auf die Schimmelbildung auf der inneren Oberfläche von Außenbauteilen (2.1.2, 2.1.3) sowie im Bauteilinnern durch Diffusion untersucht. Außerdem werden Aussagen zu Anforderungen an Außenbauteile in Abhängigkeit von der Schlagregenbeanspruchung getroffen.

Kondensatbildung auf inneren Oberflächen von Außenbauteilen

Um Kondensatbildung auf der inneren Oberfläche von Außenbauteilen zu verhindern, muss die innere Oberflächentemperatur höher als die Taupunkttemperatur der Raumluft sein.
Wichtig ist der Zusammenhang zwischen Raumluftzustand und ausreichender Dämmwirkung der Außenbauteile. 
Es kann ein Mindestwert des Wärmedurchlasswiderstandes zur Verhinderung von Kondensatbildung auf inneren Oberflächen von Außenbauteilen berechnet werden.
Bild 2.1.2-1 zeigt, dass für die Nutzung als Wohnraum (20°C/50%) die Nachweisrechnung mit  erfolgt.

Außerdem sind erfahrungsgemäß folgende Randbedingungen zu verwenden:

- Wärmeübergangswiderstand innen: Rsi=0,17 (m2*K)/W           

- Wärmeübergangswiderstand außen: Rse=0,04 (m2*K)/W           

- Außenlufttemperatur: θe= -15 °C

Tabelle 3.1-1: Mindestwert des Wärmedurchlasswiderstandes von Außenbauteilen zur Vermeidung von Kondensatbildung auf der inneren Bauteiloberfläche für unterschiedliche Raumluftzustände:

Nutzungsbeispiel

θi

in °C

pDS

 in Pa

φi

in %

pDS * φi/ 100%

in Pa

θTP

in °C

Rmin

in m²K/W

Wohnraum [3]

20

2335

50

1167,7

9,2

0,34

Schwimmhalle

30

4236

70

2965,4

23,9

1,05

Da die Anforderungen zur Vermeidung von Schimmelbildung auf der inneren Oberfläche von Außenbauteilen strenger sind als die in Tabelle 3.1-1 angeführten Werte (siehe Punkte 2.1.2 und 2.1.3), werden diese bei der Untersuchung der Sanierungsbeispiele im Anhang verwendet.                      

Kondensatbildung im Innern von Außenbauteilen durch Diffusion

Innerhalb einer Konstruktion erfolgt ein Tauwasserausfall, wenn der Wasserdampfpartialdruck gleich dem von der Temperatur zwischen den einzelnen Schichten der Konstruktion abhängigen Wasserdampfsättigungsdruck ist. Dies lässt sich an Hand eines GLASER-Diagramms, in dem der Verlauf des Wasserdampfpartialdrucks p und des Wasserdampfsättigungsdrucks ps in Abhängigkeit von der wasserdampfdiffusionsäquivalenten Luftschichtdicke sdargestellt ist, feststellen.

Der Partialdruck des Wasserdampfes bildet sich als eine gerade Verbindung zwischen pi und pe im Profil ab (Bild 3.2-1a).

Wenn beide Kurven sich berühren, fällt Kondensat aus (Bild 3.2.1-b). Da der Wasserdampfpartialdruck nicht größer als der Sättigungsdampfdruck sein kann, entsteht mit steigendem Wasserdampfpartialdruck auf der Innenseite oder sinkendem Sättigungsdruck ein Kurvenknick (ähnlich einem gespannten Seil zwischen pi und pe) (Bild 3.2-1c). Am Berührungs- bzw. Knickpunkt liegt die Kondensationsebene.

Bei mehrschichtigen Konstruktionen ist der Wandaufbau theoretisch so zu gestalten, dass der Wärmedurchlasswiderstand der einzelnen Schichten von innen nach außen zunimmt und die diffusionsäquivalente Luftschichtdicke sd geringer wird. Damit wird ermöglicht, dass innerhalb der Konstruktion keine Kondensationsebene existiert.

Das Diffusionsschema nach GLASER im p,sd - Diagramm veranschaulicht für den Winterfall, dass die Bildung von Diffusionskondensat mitunter nicht vermeidbar ist.
Dann müssen

  • die Baustoffe so ausgewählt werden, dass keine Schädigung oder Zerstörung eintritt,
  • Maßnahmen ergriffen werden, um die Kondensatmenge zu begrenzen (Dampfsperre) oder
  • Baustoffe bevorzugt werden, die das Diffusionskondensat gut speichern und während der Verdunstungsperiode gut abgeben können

Zur Überprüfung des feuchtetechnischen Verhaltens stehen mehrere Berechnungsverfahren zur Verfügung.

a) In DIN 4108 [1] wird die jährliche Kondensationsmenge als Differenz zwischen der während der Kondensationsperiode in die Konstruktion eindringenden Wasserdampfmenge und der während dieser Zeit aus der Konstruktion austretenden Wasserdampfmenge berechnet. Sie wird mit der jährlichen Verdunstungsmenge verglichen.

Dieses Verfahren berücksichtigt lediglich den Transport des Wasserdampfes durch Diffusionsvorgänge. Die Einteilung in eine Tau- und eine Verdunstungsperiode ist sehr vereinfacht. 

Folgende Bedingungen sind für den Nachweis nach DIN 4108 festgelegt:

Kondensationsperiode:                                       

Verdunstungsperiode:

Die jährliche Kondensationsmenge ist die Differenz zwischen der während der Kondensationsperiode in die Konstruktion eindringenden Wasserdampfmenge und der während dieser Zeit aus der Konstruktion austretenden Wasserdampfmenge:

MA,c = gc * tc 

mit

Der Quotient δ = D / (RD * Tm) wird als Leitvermögen bezeichnet.

Der Diffusionskoeffizient D in m²/h wurde experimentell ermittelt. Im Bauwesen wird ein mittlerer Wert von D = 0,089 m²/h verwendet (DIN 52615).

Tm mittlere Temperatur der Konstruktion in K

RD Gaskonstante von Wasserdampf in J/(kg*K)             RD = 461,5 J/(kg.K)

Für Berechnungen der Wasserdampfdiffusion wird von einer mittleren Temperatur des Baustoffes von 10°C ausgegangen, so dass das Leitvermögen Formel beträgt.

Weiterhin bedeuten:

pi Partialdruck des Wasserdampfes im Raum in Pa
pe Partialdruck des Wasserdampfes außen in Pa
pc Sättigungsdampfdruck an der Kondensationsebene in Pa
sdi Summe der sd - Werte auf der Eintrittsseite bis zur Kondensationsebene in m
sde Summe der sd - Werte von der Kondensatebene bis zur Austrittsseite in m

Analoge Beziehungen gelten zur Beschreibung der Verdunstungsperiode.

Die jährliche Verdunstungsmenge ist die Summe aus den während der Verdunstungsperiode aus der Konstruktion austretenden Wasserdampfmengen gev:

MA,ev = gev * tev 

mit

Die diffusionstechnischen Anforderungen an die Konstruktion sind erfüllt, wenn

  • die jährliche Kondensationsmenge kleiner als die jährliche Verdunstungsmenge

                             und

  • die jährliche Kondensationsmenge geringer als 1 kg/(m²a) bzw. 0,5 kg/(m²a) (für nicht kapillar-poröse Baustoffe)

ist.

Mit den nach DIN 4108 [1] zu verwendenden Randbedingungen enthalten die Berechnungsergebnisse ein hohes Maß an Sicherheit.

b) Die zusätzliche Berücksichtigung folgender Einflüsse führt zu realitätsnäheren Ergebnissen und ist mit der Software COND (Berechnungsprogramm des Instituts für Bauklimatik an der TU Dresden) möglich:

  • Abhängigkeit des Wärmeleitkoeffizienten von der Feuchtigkeit,
  • Ausbreitung und Verteilung des eventuell entstehenden Kondensats.

Dieses Berechnungsverfahren ist deshalb im Gegensatz zu den Verfahren nach DIN 4108 [1] und DIN EN ISO 13788 [5] für die realitätsnahe Beurteilung des diffusionstechnischen Verhaltens von Konstruktionen mit kapillarporösen Innendämmungen (z.B. Kalziumsilikat-Platten, Wärmedämmputz) geeignet.

Die Berechnungen werden für folgende Randbedingungen vorgenommen:

Kondensationsperiode:

Verdunstungsperiode:

c) DIN EN ISO 13788 [5] fordert eine monatsweise Berechnung.
Die diffusionstechnischen Anforderungen an die Konstruktion sind erfüllt, wenn

  • eine Tauwasserbildung für keine Grenzfläche und für keinen Monat vorhergesagt wird oder
  • die an einer oder mehreren Grenzflächen auftretende Tauwassermenge vollständig verdunsten kann.
  • Verdunstet das Tauwasser, das sich an einer oder mehreren Grenzflächen bildet, nicht vollständig, sind die Anforderungen nicht erfüllt.

Die Berechnungen werden mit der Software DÄMMWERK ausgeführt.

Für die Berechnungen werden Randbedingungen für eine Nutzung als Wohnraum sowie die Außenlufttemperatur und Außenluftfeuchte für Görlitz (Jehnisch-Tabelle) eingesetzt.

Tabelle 3.2-1: Randbedingungen für die monatsweise Diffusionsrechnung

 

Jan.

Febr.

März

April

Mai

Juni

Juli

Aug.

Sept.

Okt.

Nov.

Dez.

h

744

672

744

720

744

720

744

744

720

744

720

744

θi /°C      

20,0

20,0

20,0

20,0

20,0

20,0

20,0

20,0

20,0

20,0

20,0

20,0

φi /%

50

50

60

65

70

70

70

70

65

60

50

50

θ/°C

-1,1

-0,1

-3,3

7,6

13,1

16,1

17,9

16,9

13,5

8,6

3,4

0,2

φe / %

80

78

74

68

66

66

69

71

75

78

81

81

Um eine verlässliche Aussage hinsichtlich des Diffusionsverhaltens der Bauteile abzuleiten, wird zur Berechnung die Software COND genutzt und zusätzlich die monatliche Bilanzierung mit der Software DÄMMWERK durchgeführt.

Kondensatbildung im Innern von Außenbauteilen durch Konvektion

Auf Grund von Windeinwirkungen kann in Gebäudebereichen ein Unterdruck gegenüber der Außenluft bestehen. Dieser wirkt als Triebkraft für den durch Leckagen in Bauteile gelangenden Raumluftstrom.

Gelangt warme feuchte Raumluft durch Konvektion in das Innere von Bauteilen, wird sie abgekühlt, da die Temperatur im Bauteil von innen nach außen abnimmt. Auf Grund der Abkühlung entsteht Kondensat im Bauteil. Eine Abschätzung der in die Konstruktion eindringenden Wasserdampfmengen erlaubt das Nomogramm in Bild 3.3-1.

Die beispielhaft gewählte Druckdifferenz zwischen der Raumluft und der Außenluft von 4 Pa ist eine sehr häufig auftretende Größenordnung. Entsteht durch mangelhaft hergestellte Luftdichtheit der Konstruktion ein Spalt von 1 mm Breite, können ca. 23 g Wasserdampf pro Stunde und laufendem Meter Spalt in die Konstruktion gelangen.

Wird analog zu den Randbedingungen für die Diffusionsrechnung [1] eine Tauperiode von tc=1440 h/a angenommen, gelangen in dieser Zeit 33 kg Kondensat in die Konstruktion.
Zum Vergleich sei erwähnt, dass die maximale Kondensatmenge auf Grund von Diffusionsvorgängen auf 1 kg/m² während der Tauperiode begrenzt ist.
Die luftdichte Ausführung der wärmeübertragenden Hüllfläche eines Gebäudes ist deshalb unbedingt notwendig.

An Umgebindehäusern sind diese Überlegungen von Bedeutung, wenn in die Sanierungsmaßnahmen ein Dachausbau eingeschlossen ist oder eine Innendämmung mit nicht kapillar saugfähigem Dämmstoff und einer Dampfbremse angebracht wird.

Schlagregen

Schlagregenbeanspruchungen entstehen bei Regen und gleichzeitiger Windanströmung auf die Fassade. Das auftreffende Regenwasser kann durch kapillare Saugwirkung der Oberfläche in die Wand aufgenommen werden oder infolge des Staudrucks über Risse, Spalten oder fehlerhafte Abdichtungen in die Konstruktion eindringen. Der Schlagregenschutz umfasst zwei wichtige Faktoren:

  • Begrenzung der Wasseraufnahme
  • Sicherstellung der Verdunstungsmöglichkeiten 

Der erforderliche Schlagregenschutz kann konstruktiv (z.B. durch Außenwandbekleidungen) oder durch Putze bzw. Beschichtungen hergestellt werden. Die zu treffenden Maßnahmen sind von der Beanspruchungsgruppe abhängig (Tabelle 6).

Tabelle 3.4-1: Schlagregenbeanspruchungsgruppen nach [1]

Beanspruchungsgruppe

Gebiet

I – Geringe Schlagregenbeanspruchung

- Jahresniederschlagsmengen unter 600 mm

- für besonders windgeschützte Lagen auch für Gebiete mit größeren Niederschlagsmengen

II – Mittlere Schlagregenbeanspruchung

- Jahresniederschlagsmengen von 600 … 800 mm

- für windgeschützte Lagen auch für Gebiete mit größeren Niederschlagsmengen

- Hochhäuser, Häuser in exponierter Lage in Gebieten, die auf Grund der regionalen Regen- und Windverhältnisse einer geringen Schlagregenbeanspruchung zuzuordnen wären

III – Starke Schlagregenbeanspruchung

- Jahresniederschlagsmengen über 800 mm

- für windreiche Gebiete auch mit geringeren Niederschlagsmengen (z.B. Küsten-, Mittel- und Hochgebirgslagen, Alpenvorland)

- Hochhäuser, Häuser in exponierter Lage in Gebieten, die auf Grund der regionalen Regen- und Windverhältnisse einer mittleren Schlagregenbeanspruchung zuzuordnen wären 

Beispiele für die Anwendung von Wandbauarten in Abhängigkeit von der Schlagregen-beanspruchung sind in [1] Tabelle 3 angeführt.