Feuchteschutz
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Feuchte in Gebäuden entsteht durch die Art der Nutzung wie z.B. durch Kochen oder durch Baden. Sie kann aber auch durch aufsteigende Feuchte aus dem Erdreich verursacht werden.
Als Folge können sich Organismen wie Schimmelpilze ansiedeln. An der Bausubstanz können Schäden durch Frost und Korrosion entstehen. Des Weiteren sind eine Verschlechterung des Wärmeschutzes und damit einhergehende erhöhte Wärmeverluste zu erwarten.
Die Luftfeuchtigkeit bezeichnet allgemein den Anteil von Wasserdampf im Luftgemisch („Absolute Luftfeuchte“ genannt). Wie viel Wasserdampf in Luft enthalten ist hängt (neben dem Luftdruck) von der Temperatur ab. Je höher die Temperatur ist, desto mehr Wasserdampf kann in der Luft gebunden werden.
Abbildung 8: Tauwasserentstehung am Beispiel eines m³ Luft; Ein mit Luft gefüllter Würfel (links) enthält eine gewisse Menge Wasserdampf. Kühlt man diese Luft ab, kann weniger Wasserdampf gehalten werden (rechts), Tauwasser fällt aus.
Wie in Abbildung 8 zu sehen, fällt beim Abkühlen von Luft ein Teil des enthaltenen Wasserdampfs als Tauwasser aus. Dies ist ein typisches Problem an kalten Oberflächen in beheizten Räumen. Bei hoher Luftfeuchtigkeit besteht an kalten Oberflächen des Weiteren, bereits bevor es zum Tauwasserausfall kommt, die Gefahr von Schimmelpilzbildung. Um den Einfluss des Feuchtegehalts der Luft auf diese Prozesse zu beschreiben, wird die relative Luftfeuchtigkeit verwendet.
Die relative Luftfeuchtigkeit
Die relative Luftfeuchtigkeit beschreibt als prozentualer Wert, wie stark die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist. Hierbei sind 100% relative Luftfeuchte das maximale Fassungsvermögen der Luft. Dabei ist zu beachten, dass die relative Feuchte sich auf die vorherrschende Temperatur bezieht. Da von der Temperatur die maximal aufnehmbare Wasserdampfmenge abhängt, ändert sich bei gleichbleibender absoluter Feuchte mit der Temperatur die relative Luftfeuchtigkeit. Senkt man beispielsweise die Raumluft von 20°C bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% auf 18°C ab, steigt die relative Luftfeuchtigkeit um 7%. Grund dafür ist, dass bei sinkender Temperatur die maximal aufnehmbare Wasserdampfmenge abnimmt.
Abbildung 9: Carrier-Diagramm nach DIN 4108, auch als Sättigungskurve bezeichnet, stellt die Beziehung zwischen aufnehmbarem Wasserdampfgehalt, relativer Luftfeuchte und Temperatur dar.
Tauwasserausfall (umgangssprachlich: Kondenswasserbildung) bezeichnet die Kondensation von Feuchtigkeit an kühlen Oberflächen. Dabei sinkt die Temperatur der an ein kaltes Bauteil angrenzenden Luftschicht. Bei sinkender Temperatur nimmt das Feuchtehaltevermögen von Luft ab. Dabei wird die in der Raumluft enthaltene Feuchtigkeit in flüssiger Form an der kalten Oberfläche abgegeben: Tauwasser „fällt aus", siehe Abbildung 8. Die Grenztemperatur, ab der diese Situation eintritt, wird als Taupunkttemperatur bezeichnet.
Die Taupunkttemperatur hängt von der Raumlufttemperatur und der Raumluftfeuchte ab (siehe Abbildung 10). Je höher die relative Feuchtigkeit im Raum und je höher die Raumlufttemperatur, desto höher ist die Taupunkttemperatur, d. h. desto eher bildet sich an kälteren Oberflächen Tauwasser.
Das übliche Raumluftklima in Innenräumen liegt im Mittel bei ca. 20 °C und bei ca. 50 % relativer Raumluftfeuchte. Das ergibt eine Taupunkttemperatur von 9,3 °C. In stärker feuchtebelasteten Räumen, wie z. B. im Bad, werden auch höhere Feuchten von 60 % und mehr erreicht. Entsprechend höher liegt die Taupunkttemperatur und das Risiko von Tauwasserbildung nimmt zu. So beträgt die Taupunkttemperatur bei einer Raumluftfeuchte von 60 % bereits 12,0 °C. An der Steilheit der Kurve in Abbildung 10 erkennt man sehr gut diese sensible Abhängigkeit der Taupunkttemperatur von der Raumluftfeuchte: bereits kleine Erhöhungen der Raumluftfeuchte führen zu einer wesentlichen Erhöhung der Taupunkttemperatur der Raumluft. Dies hat eine deutliche Erhöhung des Risikos von Tauwasserausfall an den kalten Bauteiloberflächen zur Folge.
Abbildung 10: Abhängigkeit der Taupunkttemperatur von Raumluftfeuchte und -temperatur
Beispiele: Ein Schrank an einer Außenwand; die Luftfeuchte zwischen Wand und Schrank kann sich absetzen, da hier kaum ein Luftstrom wirkt. Ähnlich kann es sich mit Vorhängen verhalten, hinter denen im Fensterbereich Tauwasser ausfallen kann.
Tauwasser im Bauteilinneren
Mit dem Glaser-Verfahren nach DIN 4108-3 kann sowohl die Gefahr von Tauwasserausfall als auch die zu erwartende Tauwassermenge ermittelt werden.
Rahmenbedingungen und Anwendungsgrenzen: Das Glaser-Verfahren betrachtet nur stationäre Verhältnisse. Dabei wird beispielsweise der Einfluss der Feuchte auf die Wärmeleitfähigkeit nicht berücksichtigt, die Analyse bezieht sich nur auf die Betrachtung der Grenzflächen zwischen den Baustoffen.
Der Temperaturfaktor beschreibt die wärmedämmende Qualität von Außenbauteilen und ist ein Kennwert um die Gefahr von Schimmelpilzbildung an einer Konstruktion abschätzen zu können.
Definiert ist der Temperaturfaktor fRsi als Temperaturdifferenz zwischen raumseitiger Oberflächentemperatur und Außenlufttemperatur (θsi – θe) bezogen auf die Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenluft (θi – θe):
Mindestanforderung nach DIN 4108-2
Die Mindestanforderung für den fRsi-Wert dient zur Vermeidung von Schädigungen der Bausubstanz durch Tauwasserausfall. Hierfür gilt:
fRsi > 0,70
Entweder können Wärmebrücken gemäß DIN 4108, Beiblatt 2 ausgebildet werden oder es muss ein fRsi > 0,7 an der ungünstigsten Stelle der Konstruktion nachgewiesen werden. Der Nachweis erfolgt durch einen Wärmebrückenkatalog oder muss nummerisch berechnet werden.
Der fRsi-Wert ist ein relativer Wert und hat somit den Vorteil, dass dieser nur von der Konstruktion der Wärmebrücke, und nicht wie θsi von den angesetzten Außenluft- und Innenlufttemperaturen abhängt. Der Temperaturfaktor besitzt den Wert f=1, wenn die minimale raumseitige Oberflächentemperatur θmin der Raumlufttemperatur entspricht und f=0, wenn sie der Außenlufttemperatur entspricht (siehe Abbildung 12).
Abbildung 12: Zur Definition des fRsi-Wertes
Raumseitige Oberflächentemperatur θsi
Die raumseitige Oberflächentemperatur θsi gibt Auskunft über die Wärmeleitfähigkeit eines Bauteils. Ist die raumseitige Oberflächentemperatur trotz hoher Innenraumtemperaturen niedrig, lässt sich daraus schließen, dass durch das Bauteil viel Wärmeenergie nach außen geleitet wird.
Im Bereich von Wärmebrücken treten die niedrigsten Oberflächentemperaturen auf, daher spricht man in diesem Zusammenhang auch von der minimalen Oberflächentemperatur θsi,min. Der Wert der minimalen Oberflächentemperatur ist entscheidend dafür, ob an einer Wärmebrücke Tauwasser ausfällt oder sich Schimmel bildet. Die minimale Oberflächentemperatur ist also ein Kennwert für die feuchtetechnischen Auswirkungen einer Wärmebrücke. θsi,min hängt somit unmittelbar von dem konstruktiven Aufbau einer Wärmebrücke ab (Geometrien und Wärmeleitfähigkeiten der die Wärmebrücke bildenden Materialien).
Die für das Schimmelpilzwachstum notwendige Feuchtigkeit auf Bauteiloberflächen wird bereits ab Raumluftfeuchten von 80 % erreicht.
D. h. es wird sich dann an kalten Bauteiloberflächen Schimmelpilz bilden, wenn die Bauteiloberfläche mindestens so kalt ist, dass sich in der direkt anliegenden Luftschicht eine Feuchte von 80 % einstellt. Die Temperatur, bei der dies auftritt, ist die sogenannte „Schimmelpilztemperatur" θS. Schimmelpilzwachstum tritt somit bereits bei Temperaturen oberhalb der Taupunkttemperatur auf.
Für das Raumklima 20 °C und 50 % rel. Feuchte beträgt die Schimmelpilztemperatur 12,6 °C (siehe Abbildung 11), ist also 3,3 °C höher als die Taupunkttemperatur (siehe Abbildung 10). Deshalb ist zur Vermeidung von Bauschäden durch Schimmelbildung die Schimmelpilztemperatur maßgebend. Somit müssen die Oberflächentemperaturen oberhalb der Schimmelpilztemperatur liegen. (Forderung der DIN 4108-2 mit Randbedingungen: Außentemperatur: -5 °C / Innentemperatur: +20 °C)
Abbildung 11: Abhängigkeit der Schimmelpilztemperatur von Raumluftfeuchte und –temperatur
Zusammenfassung:
Es reicht nicht aus, wenn die inneren Oberflächen wärmer sind als die Taupunkttemperatur der Raumluft: Die Oberflächentemperaturen müssen auch oberhalb der Schimmelpilztemperatur liegen!
Eine relative Luftfeuchte an Bauteiloberflächen von 80% oder mehr begünstigt deutlich das Schimmelwachstum. Für eine übliche Innenraumtemperatur von 20°C und bei einer relativen Feuchte von 50% wird dieser bei einer Innenoberflächentemperatur von 12,6°C erreicht.
θmin ≥ 12,6°C
Häufige Probleme mit Schimmelpilzbildung treten in der Altbausanierung auf. Zumeist verursachen alte Fenster hohe Wärmeverluste. Dies hat zur Folge, dass dort besonders niedrige Oberflächentemperaturen erreicht werden. Tauwasserausfall an den Fensterscheiben sind daher ein häufiges Phänomen. Werden bei Sanierungsmaßnamen die Fenster erneuert, steigen die Oberflächentemperaturen und durch die erhöhte Dichtigkeit neuer Fensterlaibungen steigt auch die rel. Luftfeuchtigkeit. Die Folge ist, dass Schimmelpilzbildung bereits bei Oberflächentemperaturen über 12,6°C auftreten kann. Dies kann nur durch regelmäßiges Lüften vermieden werden.
