Feuchtigkeitsschutz im Wohnungsbau. Anforderungen und baukonstruktive Umsetzung

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Begriffsdefinition und rechtliche Grundlagen
2.1 Thermische Behaglichkeit
2.2 Relative Luftfeuchtigkeit
2.3 Normen

3. Physikalische Grundlagen
3.1 Wassertransport
3.1.1 Absorption
3.1.2 Diffusion
3.1.3 Kapillarität
3.2 Taupunkttemperatur

4. Baukonstruktive Umsetzung von Feuchteschutz
4.1 Baufeuchte und Gebäudekonstruktionsfehler
4.2 Wohnfeuchte und Luftwechsel
4.3 Niederschlag und Spritzwasser
4.4 Bodenfeuchte

5. Zusammenfassung

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: thermische Behaglichkeit in Abhängigkeit von Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit

Abbildung 2: Absorption von Wassermolekülen in kleinen und großen Poren

Abbildung 5: Wasserdampfdiffusion infolge molekularer Eigenbewegung

Abbildung 3: Wasserdampfdiffusion durch kleine und große Poren

Abbildung 4: kapillares Saugen von kleinen und großen Poren

Abbildung 6: Taupunkttabelle

Abbildung 7: Visualisierung der Feuchtequellen

1. Einleitung

Architektur und Bauwesen stellen einen permanenten Kampf gegen äußere Witterungsver­hältnisse dar. Dabei spielt Feuchteschutz eine entscheidende Rolle für den Erhalt der Funktionsfähigkeit eines Bauwerks. Unter dem Begriff Feuchte oder auch Feuchtigkeit wird in der Bauphysik Wasser in allen drei Aggregatzuständen beschrieben. Dringt Feuch­tigkeit in Baustoffe ein, kann dies zu wesentlichen Beeinträchtigungen von baulichen und hygienischen Verhältnissen des Baukörpers führen.¹ In diesem Zusammenhang entstehen die meisten Bauschäden unter Einwirkung von Feuchtigkeit, welche die Korrosion und die Zersetzung von Baustoffen beschleunigt und den Nährboden für Schimmelpilzbildung darstellt. Feuchteschutz stellt in diesem Zusammenhang Maßnahmen dar, welche die Durchfeuchtung von Baustoffen und Bau- bzw. Konstruktionsteilen verhindern. Der kon­struktive Feuchteschutz definiert dabei Maßnahmen, um den Kontakt zwischen feuchtean­fällige Materialien bzw. Konstruktionsteilen und Wasser zu minimieren, sowie dauerhaft vom Wasser beanspruchte Bauteile so zu konstruieren, dass die Feuchtigkeit schnell abge­leitet werden kann.

Ziel der Arbeit ist es, die Feuchtequellen und deren Einwirkungen auf den Baukörper zu beschreiben und hierzu geeignete Schutzmaßnahme zu definieren. Dazu gilt es, die relevan­ten Begrifflichkeiten im Zusammenhang mit dem baulichen Feuchteschutz zu definieren, die grundlegenden physikalischen Eigenschaften von Wasser und dem Wassertransport zu ermitteln und Richtwerte zur Abwendung von Schimmelpilz- und Tauwasserbildung zu definieren.

Zur Erarbeitung des definitorischen Rahmens werden in Kapitel 2 grundlegende Begriff- lichkeiten, welche im Zusammenhang mit dem Themenfeld Feuchtigkeit einhergehen, er­läutert. Dazu werden die Begrifflichkeiten der thermischen Behaglichkeit, sowie der relati­ven Luftfeuchtigkeit als Basis für die weitere Erarbeitung erörtert. Ebenfalls gilt es, die relevanten gesetzlichen Normen zu ermitteln. Darauf aufbauend beschreibt Kapitel 3 die physikalischen Eigenschaften von Wasser und die verschiedenen Transportmechanismen, in den Aggregatzuständen flüssig und gasförmig. Ebenso wird anhand der Schimmelpilz­grenztemperatur die Gefahr der Bildung von Schimmelpilzen in Verbindung mit der Tau­punkttemperatur dargestellt. In Kapitel 4 werden die vier wesentlichen Feuchtequellen er­mittelt, sowie deren jeweiliges Einwirken auf den Baukörper dargelegt. In diesem Zusam­menhang gilt es, geeignete Maßnahmen des Feuchteschutzes gegenüber den jeweiligen Feuchtequellen zu definieren.

2. Begriffsdefinition und rechtliche Grundlagen

2.1 Thermische Behaglichkeit

Das Empfinden des Menschen gilt im Allgemeinen als Maß zur Beurteilung des Raumkli­mas. Dabei beschreibt die Behaglichkeit ein subjektives Empfinden in Bezug auf das Raumklima, keinesfalls stellt dies eine exakte rechnerische Größe oder einen konkret zu ermittelnden Messwert dar. Die thermische Behaglichkeit wird erreicht, wenn die Körper­kerntemperatur von 37 Grad im Gleichgewicht mit der Umgebungsluft ist. Dabei spielen Faktoren wie Kleidung, Luftzug oder Bewegung eine Rolle in Bezug auf die Behaglichkeit.² Das Wohlbefinden des Nutzers stellt eine der wesentlichen Anforderungen an eine Immo­bilie dar.

Feuchtigkeit hat in diesem Zusammenhang einen wesentlichen Einfluss auf die Behaglich­keit und das Raumklima des Baukörpers. Die Definition der thermischen Behaglichkeit ist nach der DIN EN ISO 7730 im Wesentlichen beschrieben als die Zufriedenheit mit dem Umgebungsklima. Unzufriedenheit entsteht in diesem Zusammenhang mit dem Einwirken von Wärme oder Kälte auf den Körper oder Körperteile, und im Verhältnis zum Feuchte­gehalt der Raumluft.³ Dabei wird die thermische Behaglichkeit im Gebäudeinneren oftmals stark von den Eigenschaften der verwendeten Bauteile und der thermischen Hülle beein- flusst.⁴

Das behagliche Raumklima liegt, in Abhängigkeit zur Jahreszeit, den äußeren Witterungs­verhältnissen, der Kleidung und dem Geschlecht des Nutzers, sowie weiteren Parametern, im Bereich einer Raumlufttemperatur zwischen ca. 20 und 24 Grad und einer relativen Luftfeuchtigkeit zwischen ca. 35 — 65 %. Eine zu geringe Luftfeuchtigkeit kann die Schleimhäute und Atemorgane beeinträchtigen, wohingegen eine zu hohe Luftfeuchtigkeit als schwül empfunden wird und die Wärmeabgabe des Körpers hemmt.⁵

Abbildung 1 beschreibt dazu die thermische Behaglichkeit anhand des sogenannten Behag­lichkeitsfeldes. Hierbei wird die Luft anhand ihrer Temperatur in Celsius und der relativen Luftfeuchtigkeit beschrieben. Beide Parameter haben, in Abhängigkeit zueinander, einen wesentlichen Einfluss auf die Behaglichkeit des Raumklimas.

Abbildung 1: thermische Behaglichkeit in Abhängigkeit von Temperatur und relativer Luft- feuchtigkeit

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Langner et al. 2015, S. 29.

Die Luftfeuchtigkeit stellt somit einen wesentlichen Bestandteil für die thermische Behag­lichkeit eines Gebäudes dar. Ferner steht die Luftfeuchtigkeit auch in direkter Wechselwir­kung zu der Nutzbarkeit und Hygiene des Gebäudeinneren, sowie der Erhaltung der Bau- substanz.⁶

2.2 Relative Luftfeuchtigkeit

Die Menge des von der Luft gehaltenen Wassers stellt im Zusammenhang mit dem Raum­klima ein entscheidendes Kriterium dar. Aus bautechnischen und hygienischen Gründen sollte die relative Luftfeuchtigkeit stets beachtet werden.⁷

Die Luft besteht nur zu einem Teil aus dem, für Menschen lebensnotwendigen Sauerstoff O2. Mit ca. 21% macht Sauerstoff in der Luft zwar einen nicht unerheblichen Bestandteil aus, allerdings besteht die Luft zum Großteil (ca. 78%) aus gasförmigem Stickstoff N2. Die restlichen Luftbestandteile (etwa 1 %) bilden verschiedene Edelgase, Kohlendioxid CO2, sowie Wasser H2O in seinem gasförmigen Aggregatzustand, dem sogenannte Wasser- dampf.⁸ Somit besteht unsere Luft aus einem Gemisch verschiedener Gase.

Der Anteil von Wasserdampf in der Luft kann, je nach Temperatur, zwischen 0 — 4 % be­tragen. Dabei kann kalte Luft tendenziell weniger Wasser aufnehmen und halten, als warme Luft.⁹ Der tatsächliche Wasserdampfanteil an der insgesamt möglichen Sättigungsmenge wird als relative Luftfeuchtigkeit (in %) angegeben.¹⁰ Neben dem Wasserdampf, welcher durch die Erhitzung von Wasser auf 100 Grad entsteht, befindet sich auch bei normaler Raumtemperatur Wasserdampfmoleküle in der Luft.¹¹

Die Messgröße der relativen Luftfeuchtigkeit (in %) setzt dabei die Wasserdampfkonzent­ration, also der tatsächliche Wasserdampfgehalt der Luft, ins Verhältnis zur Wasser­dampfsättigungskonzentration, also der maximalen Menge an Wasserdampf, die die Luft aufnehmen kann.¹² Eine vollkommene Sättigung der Luft entspricht einer relative Luft­feuchtigkeit von 100 %.

Überschreitet die relative Luftfeuchtigkeit 100 %, ist damit die Sättigungsmenge der Luft erreicht. Der überschüssige Wasserdampf tritt infolgedessen in Form von flüssig geworde­nem Wasser, dem sogenannten Kondensat oder Tauwasser an Oberflächen auf.¹³

Da die tatsächliche Menge des gehaltenen Wasserdampfs von der Lufttemperatur abhängt und die relative Luftfeuchtigkeit mit abnehmender Raumlufttemperatur ansteigt, kommt dem Wärmeschutz von baulichen Anlagen eine besondere Bedeutung hierbei zu. Der Min­destwärmeschutz stell dabei die Mindestanforderung an den baulichen Wärmeschutz dar, um zu gewährleisten, dass die Temperatur infolge des Wärmeverlustes nicht unter den Taupunkt fällt und sich Tauwasser oder im weiteren Verlauf Schimmel bilden kann.

2.3 Normen

Die heute bekannten baulichen Anforderungen an Wärmeschutz wurden in Deutschland erst ab den 1960er Jahren entwickelt und definiert. Vorher gab es lediglich die Empfehlung, dass die Wärmedämmung etwa der einer 1 N Stein-dicken Vollziegelwand zu entsprechen hatte.¹⁴

Wesentliche Norm für den Mindestwärmeschutz, als Grundlage für den konstruktiven Feuchteschutz ist die DIN-Norm 4108-2. Die Norm definiert den erforderlichen Mindest­wärmeschutz als einen wärmetechnischen Baustandard, der an jeder Stelle der Innenober­fläche bei ausreichender Beheizung und Lüftung unter zugrunde legen der üblichen Nut­zung und Rahmenbedingungen ein hygienisches Raumklima sicherstellt, sodass Tauwasser­freiheit und Schimmelpilzfreiheit an Innenoberflächen von Außenbauteilen gewährleistet ist. Als Rahmenbedingung für den wärmetechnischen Baustandard wird von einer Innen­lufttemperatur von 20 Grad und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 %, sowie einer Außentemperatur von minus 5 Grad ausgegangen.¹⁵

Die Anforderungen an den Wärmedurchlasswiderstand gemäß der DIN 4801-02 richten sich an die sogenannten schweren Bauteile, also Bauteile mit mehr als 100 kg / m2. Dabei dienen die Mindestanforderungen an den Wärmedurchlasswiderstand nicht primär dazu, den Wärmeverlust zu verringern, sondern eine ausreichende und gleichmäßige Oberflä­chentemperierung sicherzustellen.¹⁶

Die DIN-Norm beschreibt dazu die Anforderungen an den Mindestwärmeschutz, zur Ge­währleistung einer Oberflächeninnentemperatur von mindestens 12,4 Grad. Diese Min­desttemperatur an Oberflächen muss gegeben sein, um Tauwasserbildung infolge von Taupunktunterschreitung von Bauteilinnenoberflächen zu vermeiden¹⁷ und somit ein hygi­enisches Raumklima sicherzustellen.¹⁸

Ziel dabei ist es, den Wärmeverlust von Bauteilen zu reduzieren, um ein behagliches Raumklima zu schaffen und die Feuchteentwicklung innerhalb des Baukörpers auf einem erträglichen und für die Konstruktion handhabbaren Niveau zu halten. Um ein hygieni­sches Raumklima gewährleisten zu können wird ein korrektes, nutzerspezifisches Heiz- und Kühlverhalten vorausgesetzt.¹⁹ Als Messgröße für die Wärmedämmqualität eines Bau­körpers oder Bauteils wird der Wärmedurchgangskoeffizient U angegeben. Je kleiner der sogenannte U-Wert, desto geringer ist der Wärmeverlust des Bauteils.²⁰

Ferner definiert die DIN 4108-3 die 3 Schlagregenbeanspruchungsgruppen, welche in Ka­pitel 4.1 genauer beschrieben werden. Darüber hinaus beschreibt die DIN 4108-3 Maß­nahmen, um die Bildung von relativer Luftfeuchtigkeit in kritischer Konzentration einzu­dämmen und so Tauwasserbildung auf Bauteiloberflächen zu minimieren.²¹

3. Physikalische Grundlagen

3.1 Wassertransport

Wasser kann auf molekularer Ebene von verschiedenen Stoffen transportiert werden. Der Wassertransport kann einerseits über die sogenannte Kapillarität oder auch kapillares Sau­gen von flüssigem Wasser erfolgen, sowie andererseits durch Diffusion, also dem Trans­port von gasförmigem Wasser. Der Transport von Eis, also Wasser in seinem festen Ag­gregatzustand, findet auf molekularer Ebene nicht statt.²²

Poröse Baustoffe, also Baustoffe mit inneren Hohlräumen (sogenannte Poren) haben die Eigenschaft, Feuchtigkeit aus der Umgebung zu ziehen (Absorption) und durch den Bau­stoff hindurch zu transportierten (Diffusion oder Kapillarität).

Wasser hat eine 25-mal höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft. Mit Wasser durchfeuchtete Baukörper und Baustoffe haben daher eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit und kön­nen zu Wärmeverlust führen. Ebenso sind durchfeuchtete Oberflächen durch die erhöhte Wärmeleitfähigkeit unter Umständen deutlich kühler, als trocken Bauteile.²³ Die Unterbin- dung des Wassertransports durch den Baukörper stellt eine wesentliche Anforderung an den Feuchteschutz zum Erhalt der Konstruktion dar.

3.1.1 Absorption

Herrscht lediglich ein geringer Feuchtegehalt vor, so können Wassermoleküle von den au­ßenliegenden Poren der Bauteilinnenflächen absorbiert werden. Die Wassermoleküle wer­den in dem Baukörper gespeichert und während der Verdunstungsphase, also bei niedriger relativer Luftfeuchtigkeit wieder an die Raumluft abgegeben.

Abbildung 2: Absorption von Wassermolekülen in kleinen und großen Poren

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an Willems 2018, S. 72

3.1.2 Diffusion

Als Wasserdampfdiffusion wird die Bewegung von Wasserdampfmolekülen zwischen zwei Potenzialen (zwischen zwei Seiten) beschrieben. Bei gleichen Druckverhältnissen findet der Transport von Wasserdampfmolekülen durch die molekulare Eigenbewegung vom höhe­ren zum niedrigeren Potenzial statt.²⁴ Voraussetzung für die Diffusion ist die Permeabilität (Durchlässigkeit) des Stoffs für entsprechende Moleküle. Die Durchlässigkeit eines Medi­ums gegenüber diffundierenden Teilchen wird mit dem Diffusionskoeffizienten ausge­drückt. Im Falle von Feuchtigkeit wird die Permeabilität anhand der Wasserdampfdiffusi­onskoeffizienten beschrieben.²⁵

Abbildung 5 beschreibt dazu das Prinzip der Wasserdampfdiffusion durch eine wasser­dampfdurchlässige Membran, infolge der molekularen Eigenbewegung.

Abbildung 3: Wasserdampfdiffusion infolge molekularer Eigenbewegung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an Schmidt et al. 2018, S.165

Bei der Wasserdampfdiffusion durch den Baukörper füllen sich sogenannte Luftporen (10-1 mm — 1 mm) der Baustoffe bei niedriger bis mittlerer Wasserdampfkonzentration mit gas­förmigen Wassermolekülen. Diese kleinen, stofflichen Teile wandern, bzw. diffundieren durch die Poren des Baustoffs von der Seite mit der höheren Wasserdampfkonzentration, zu der Seite mit niedrigerer Wasserdampfkonzentration.²⁶ Wie stark die Wasserdampfmole­küle durch verschiedene Medien (Bauteile) diffundieren können, wird durch die material­abhängige Diffusionswiderstandszahl beschrieben.

[...]

¹ Vgl. Schmidt et al. 2018, S. 157.

² Vgl. Schild et al. 2013, S. 292.

³ Vgl. Langner et al. 2015, S. 25.

⁴ Vgl. Drusche 2017, S. 55.

⁵ Vgl. Willems et al. 2018, S. 41.

⁶ Vgl. Langner et al. 2015, S. 24.

⁷ Vgl. Willems et al. 2018, S. 41.

⁸ Vgl. Hebgen 2000, S. 43.

⁹ Vgl. Willems et al. 2018, S. 37.

¹⁰ Vgl. Willems et al. 2018, S. 37.

¹¹ Vgl. Langner et al. 2015, S. 209.

¹² Vgl. Willems et al. 2018, S. 39.

¹³ Vgl. Schmidt et al. 2018, S. 159.

¹⁴ Vgl. Drusche 2017, S. 31.

¹⁵ Vgl. Ebenda, S. 33.

¹⁶ Vgl. Schild 2018, S. 29.

¹⁷ Vgl. Schmidt et al. 2018, S. 170.

¹⁸ Vgl. Schild et al. 2013, S. 155.

¹⁹ Vgl. Schmidt et al. 2018, S. 56. f

²⁰ Vgl. Drusche 2017, S. 33.

²¹ Vgl. Ebenda, S. 39.

²² Vgl. Willems et al. 2018, S. 71.

²³ Vgl. Hebgen 2000, S. 50.

²⁴ Vgl. Schmidt et al. 2018, S. 165.

²⁵ Vgl. Ebenda., S. 160.

²⁶ Vgl. Schmidt et al. 2018, S. 170.