Bauphysik-Kalender 2022. Nabil A. Fouad
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Nachweisfreie Konstruktionen
Für den Holzbau sind in der DIN 4108-3 [31] folgende nachweisfreie Konstruktionen aufgeführt:
– Wände in Holzbauart nach DIN 68800-2 [33],
– Holzfachwerkwände mit raumseitiger Luftdichtheitsschicht,
– belüftete und nicht belüftete Dächer mit Dachdeckung oder Dachabdichtung.
3.1.1.1 Holzfachwerkwände
Für Holzfachwerkwände mit raumseitiger Luftdichtheitsschicht sind Beispiele für drei Arten der Wärmedämmung aufgeführt. Für den Einsatz eines wärmedämmenden Ausfachungsmaterials gilt für den Dampfdiffusionswiderstand der raumseitigen Bekleidung ein enger Bereich: 1 m ≤ sdi ≤ 2 m. Diese Einschränkung soll auf der einen Seite einen gewissen Schutz vor der winterlichen Tauwasserbildung gewährleisten. Auf der anderen Seite soll eventuell durch die Fugen zwischen Fachwerk und Ausfachung eingedrungenes Regenwasser auch zur Raumseite hin austrocknen können.
Das Anbringen einer Innendämmung über Fachwerk und Gefach ist gemäß Stufe 1 (nachweisfreie Bauteile) nur zulässig, wenn keinerlei Schlagregenbeanspruchung vorliegt. Da eine Innendämmung die Austrocknung sowohl nach außen (Temperaturabsenkung) als auch nach innen verringert, soll durch diese Maßgabe eine Schädigung der Konstruktion durch die Innendämmung ausgeschlossen werden. Zum Schutz vor winterlichem Tauwasser wird außerdem der zulässige Wärmedurchlasswiderstand der Innendämmung auf 0,5 m2 K/W begrenzt bzw. auf 1,0 m2 K/W, sofern für den Dampfdiffusionswiderstand des Innendämmsystems gleichzeitig dieselbe Bereichseinschränkung wie bei der vorher genannten Bekleidung gilt.
Zusätzlich wird betont, dass das Einströmen von Raumluft in bzw. hinter die Innendämmung durch geeignete Maßnahmen zu unterbinden ist. Dies wird deshalb besonders erwähnt, da hier eine Zirkulation von Raumluft hinter der Innendämmung vom Decken- zum Fußbodenbereich eine Gefahr darstellt. Eine vollflächige Verklebung der Innendämmung und gleichzeitig eine dauerhaft luftdichte Ausführung der Anschlussbereiche zwischen Decke bzw. Fußboden und dem Innendämmsystem würde hier zwar Abhilfe schaffen, bei Fachwerkkonstruktionen stellt dies aber meist eine besondere Herausforderung dar. Die günstigste aber gleichzeitig durch die Kaschierung der Fachwerkfassade die umstrittenste Art der Wärmedämmung ist die Außendämmung. Hier kann sowohl ein genormtes Wärmedämm-Verbundsystem als auch ein Wärmedämmputz verwendet werden, wobei der Dampfdiffusionswiderstand den sde-Wert von 2 m nicht überschreiten darf. Als Alternative ist auch eine hinterlüftete Außenwandbekleidung zulässig.
3.1.1.2 Dächer in Holzbauweise
Auf belüftete Dächer wird hier nicht eingegangen, da sich in diesem Bereich seit Jahrzehnten kaum etwas verändert hat und solche Konstruktionen aufgrund von Insektenzugänglichkeit und dem damit verbundenen meist notwendigen chemischen Holzschutz zu vermeiden sind. Bei den unbelüfteten Dächern entsprechen die nachweisfreien Konstruktionen inzwischen weitgehend jenen, die auch für die Gebrauchsklasse GK 0 der DIN 68800-2 [33] zusammengestellt sind und auf die auch explizit verwiesen wird. Deshalb werden diese Konstruktionen im Abschnitt 3.3 eingehender behandelt. Im Vergleich zur Version von 2014 wurden in [31] außerdem Dämmmaßnahmen von bestehenden Dachkonstruktionen von außen aufgenommen, bei denen die inneren Schichten (z. B. Holzwolle-Leichtbauplatten mit Putz) erhalten bleiben können. Dabei erfolgt, wie in Bild 6 zu sehen, eine Umschlaufung der Sparren durch eine Bahn mit variablem sd-Wert. Diese Bahn dient einerseits der Luftdichtheit, andererseits der Regulierung der Dampfdiffusion. Deshalb muss sie unter trockenen Bedingungen (Umgebungsfeuchte von 25 % r. F.) einen Diffusionswiderstand von sd ≥ 2 m und unter feuchten Bedingungen (90% relative Feuchte) einen sd-Wert ≤ 0,5 m aufweisen. Weitere Details zu diesen nachweisfreien Dächern in Bezug auf die Anforderungen an die äußeren Schichten sowie Aufsparren-Dämmsystemen sind [31] zu entnehmen. Dieses Beispiel zeigt, wie eine neue Sanierungsvariante, deren feuchtetechnische Funktionsfähigkeit ursprünglich nur durch eine zweidimensionale hygrothermische Simulation nachgewiesen werden konnte [34], im Lauf der Zeit durch positive Praxiserfahrungen zu einer nachweisfreien Konstruktion geworden ist.
Bild 6. Beispiel für eine Schrägdachsanierung von außen mit einer Umschlaufung der Sparren durch eine feuchtevariable Dampfbremse, die gleichzeitig als Luftdichtheitsebene dient und einer diffusionsoffenen Unterdeckbahn über der Dämmschicht
Dieser Weg vom hygrothermischen Simulationsnachweis zur nachweisfreien Konstruktion im Sinn der DIN 4108-3 wurde in letzter Zeit für eine ganze Reihe von Bauteilen erfolgreich durchgeführt. Es sei aber darauf hingewiesen, dass bei Abweichungen zu den Normvorgaben wieder eine hygrothermische Simulation durchzuführen ist.
Ein verbleibender Unterschied zwischen den Konstruktionen der GK 0 in der DIN 68800-2 und den nachweisfreien Konstruktionen in der DIN 4108-3 war die oberste Grenze für den äußeren sde-Wert von diffusionsoffenen Holzkonstruktionen ohne äußere Zusatzdämmung. Die Normen haben sich mittlerweile aber angeglichen. In der Holzschutznorm ist jetzt nur noch eine Erweiterung enthalten, die an bestimmte Bedingungen geknüpft ist (siehe Abschnitt 3.3).
3.1.2 Nachweis mithilfe des Periodenbilanzverfahrens nach Glaser
Die Bauphysik hat sich im Wesentlichen aus experimentellen Untersuchungen und empirischen Erfahrungen entwickelt. Während numerische Rechenverfahren auf den Gebieten der Tragwerksplanung und der Energieoptimierung bereits seit langem zum Standardrepertoire von Bauingenieuren gehören, setzen viele Planer nach wie vor auf die in den 50er Jahren von Glaser entwickelte [35] stationäre Dampfdiffusionsberechnungsmethode, um ihren Feuchteschutznachweis zu erbringen. Deshalb ist dieser vereinfachte Diffusionsnachweis auch noch ein Teil der DIN 4108-3 geblieben und wird dort als Stufe 2 bezeichnet, die allerdings mit einigen wesentlichen Einschränkungen bei der Anwendung versehen wurde. Das sogenannte Glaser-Verfahren betrachtet ausschließlich die Tauwassergefahr durch Diffusion unter winterlichen Bedingungen, also nur einen Bruchteil der unter 2.1 beschriebenen Feuchtebeanspruchungen. Es arbeitet vereinfacht mit stationären Randbedingungen für Temperatur und Luftfeuchte und vernachlässigt alle wärme- und feuchtetechnischen Speicherphänomene sowie den Feuchtetransport durch Kapillarleitung, die bei vielen Situationen eine wichtige Rolle spielen. Aus den genannten Gründen stellt die DIN 4108-3 auch im Anwendungsbereich der Norm klar, dass die vereinfachte Diffusionsbilanz nicht die realen physikalischen Vorgänge in ihrer tatsächlichen zeitlichen Abfolge abbildet.
Da der Schlagregenschutz nicht mithilfe der stationären Dampfdiffusionsbetrachtung beurteilt werden kann, gibt es in der DIN 4108-3 einen gesonderten Abschnitt, der entsprechende Vorgaben macht, die eine Außenwandkonstruktion einzuhalten hat. Da sie jedoch seit Jahrzehnten nicht angepasst wurden und nur durch Fußnoten auf eventuelle Problemfelder verwiesen wird, ist allerdings fraglich, inwieweit die Einhaltung dieser Anforderungen einen sicheren Schlagregenschutz gewährleistet. Im Übrigen wurde der Abschnitt zum Schlagregenschutz bisher als einziger Abschnitt der Norm nicht bauaufsichtlich eingeführt.
In der Fassung der DIN 4108-3 von 2014 wurden gegenüber früher neue Randbedingungen für die Tau- und für die Verdunstungsperiode festgelegt. Da die alten Randbedingungen allerdings über mehrere Jahrzehnte Bestand hatten, bilden sie oft noch die Basis für Ansätze und Empfehlungen in anderen Normen und Richtlinien. Die neuen Randbedingungen wurden kreiert, um die Vorgaben der „Euroglasernorm“ DIN EN ISO 13788 [36] zu erfüllen (zumindest soweit der Normungsausschuss das als erforderlich ansah). Dabei ging man davon aus, dass für die Tauwasserbildung und die anschließende Verdunstung in erster Linie die Winter- bzw. Sommermonate eine Rolle spielen, während die Übergangszeiten von untergeordneter Bedeutung sind. Deshalb werden die Diffusionsberechnungen nicht, wie in der europäischen Vorlage, auf der Basis von