Bauphysik-Kalender 2022. Nabil A. Fouad
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sowie eventuelle Quellen und Senken in ihren Auswirkungen berücksichtigt werden können. Die Durchführung einer hygrothermischen Simulation ist allerdings komplizierter als eine Glaser-Berechnung und erfordert mehr Eingangsdaten, die nicht immer alle vorhanden sind. Außerdem sollte der Anwender eine gewisse Erfahrung im Umgang mit numerischen Berechnungsmethoden mitbringen. Die Möglichkeiten und Grenzen der hygrothermischen Simulation sowie ihre Anwendung zur Feuchteschutzbeurteilung sind Gegenstand der DIN EN 15026 „Wärme- und feuchtetechnisches Verhalten von Bauteilen und Bauelementen – Bewertung der Feuchteübertragung durch numerische Simulation“ [38]. Sie basiert auf den Inhalten des WTA-Merkblatts 6-2 „Simulation wärme- und feuchtetechnischer Prozesse“ von 2001 (aktualisierte Fassung Dez. 2014 [39]).
Eingaben, Durchführung der hygrothermischen Simulation und Ergebnisbewertungen sind im normativen Anhang D der DIN 4108-3 beschrieben. Der Inhalt dieses Anhangs umfasst:
– Allgemeines,
– Klimadatensätze, raumseitige Randbedingungen und Oberflächenübergang,
– Anfangsbedingungen, z. B. Rohbaufeuchte,
– Feuchtequellen aufgrund von Luftkonvektion oder Schlagregenpenetration durch Leckagen,
– Beurteilung der Simulationsergebnisse,
– Wahl geeigneter Simulationsverfahren, Fehlerkontrolle, Dokumentation.
Am Anfang wird darauf hingewiesen, dass die Auswahl der Eingabedaten und die Beurteilung der Berechnungsergebnisse entsprechende Fachkenntnis und Erfahrung erfordern. Ungeübte Anwender sollten daher zunächst versuchen, den Nachweis über die beiden anderen Nachweisstufen zu erbringen und sich, falls diese nicht anwendbar sind oder zu ungenügenden bzw. unwirtschaftlichen Ergebnissen führen, möglichst genau die Vorgaben des Anhang D zu befolgen. Es wird außerdem empfohlen, die physikalischen Modellansätze und Lösungsverfahren für Simulationswerkzeuge im WTA-Merkblatt 6-2 [39] zu verwenden.
In begründeten Fällen sind Abweichungen von den Randbedingungen des Anhangs D zulässig. Diese sind so zu dokumentieren, dass die Simulation von Fachleuten nachvollzogen werden kann. Das bedeutet zweierlei: Erstens können erfahrene Anwender von den Vorgaben in Anhang D abweichen, wenn sie darlegen können, dass die Randbedingungen oder/und das Bewertungsschema für den vorliegenden Fall zu konservativ sind, d. h. zu weit auf der sicheren Seite liegen. Zweitens ist der Anwender frei in der Wahl der Anfangsund Randbedingungen in Fällen, in denen Nutzung oder Betrieb des Gebäudes nicht durch die Vorgaben in Anhang D abgebildet werden können. Auch in diesem Fall muss die Auswahl der Eingabeparameter allerdings angemessen und gut nachvollziehbar sein.
Der Anhang D ist normativ und wurde 2020 zusammen mit den anderen Teilen der DIN 4108-3, mit Ausnahme des Abschnitts 6 zum Schlagregenschutz von Wänden, vom Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) bauaufsichtlich eingeführt. Damit kann nun der öffentlich-rechtliche Feuchteschutznachweis für alle Bau- und Gebäudearten geführt werden. Zuvor war dies für viele nachhaltige oder innovative Konstruktionen nicht möglich, wenn sie weder in der Liste der nachweisfreien Konstruktionen enthalten waren, noch mithilfe des Periodenbilanzverfahrens wegen dessen Anwendungseinschränkungen nachweisbar waren. Dazu gehörten z. B. Gründächer, Konstruktionen mit feuchtevariablen Dampfbremsen, kapillaraktive Innendämmsysteme etc. Außerdem konnten keine Bauteile für klimatisierte Gebäude nachgewiesen werden, da sowohl die Liste der nachweisfreien Konstruktionen als auch das Periodenbilanzverfahren nach Glaser ausschließlich für nicht klimatisierte Wohn- und wohnähnlich genutzte Gebäude gilt.
Noch schlimmer als einen öffentlich-rechtlichen Feuchteschutznachweis nicht führen zu können ist es jedoch, wenn dieser Nachweis ein unzuverlässiges Ergebnis liefert und hinterher ein Schaden zu beklagen ist. In diesem Fall nützt es dem Planer wenig, wenn er seine Glaser-Diagramme vorzeigen kann, die der Konstruktion eine feuchtetechnische Unbedenklichkeit attestieren. Ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass ebendiese Konstruktion als schadensanfällig betrachtet wird, kann es sein, dass der Planer dennoch haften muss. Solche Situationen entstehen meist dadurch, dass beim Normberechnungsverfahren nach Glaser ausschließlich die Dampfdiffusion betrachtet wird, während andere relevante Vorgänge, wie z. B. die in Abschnitt 2.1.6 erwähnte Dampfkonvektion, unberücksichtigt bleiben. Dieses Problem hat allerdings auch die hygrothermische Simulation nach DIN EN 15026. Ein Ausweg aus diesem Dilemma zeigen die neuen Ansätze in WTA 6-2 und WTA 6-8 auf die noch eingegangen wird.
Zum Abschluss des Abschnitts zur DIN 4108-3 wird mithilfe von Bild 7 die Auswahl der jeweils geeigneten Verfahrensstufe für den Feuchteschutznachweis verdeutlicht. Im einfachsten Fall erfüllt das geplante Bauteil für ein Wohn- oder wohnähnlich genutztes Gebäude die Kriterien für eine nachweisfreie Konstruktion, dann ist der Feuchteschutznachweis erfolgreich erledigt und die Schlagregenschutzanforderungen sind damit ebenfalls erfüllt. Falls das Bauteil nicht nachweisfrei ist und das Periodenbilanzverfahren für dieses Bauteil angewendet werden darf, ist der Weg frei für die Stufe 2. Bei einem positiven Ergebnis ist dann nur noch sicherzustellen, dass auch die Schlagregenschutzkriterien erfüllt sind, dann ist auch hier der Unbedenklichkeitsnachweis erbracht. Fällt das Bauteil allerdings beim Periodenbilanzverfahren durch oder werden die Schlagregenschutzkriterien nicht erfüllt, kann immer noch ein Nachweis durch hygrothermische Simulation erfolgen. In diesem Fall sollte jedoch überprüft werden, ob die unterschiedlichen Ergebnisse auf Unzulänglichkeiten der Beurteilungsverfahren der Stufe 2 zurückzuführen sind, oder sich das feuchtetechnische Verhalten des Bauteils im kritischen Grenzbereich befindet und deshalb die letzte Hürde gerade so genommen hat.
Aus dem Flussdiagramm in Bild 7 wird auch deutlich, dass die Stufe 3, die hygrothermische Simulation, in allen Fällen anwendbar ist. Das hat den Vorteil, dass sich versierte Planer von vorneherein darauf konzentrieren können ohne sich mit den Spezifikationen und Einschränkungen der anderen beiden Stufen auseinandersetzen zu müssen. Außerdem besteht in der Stufe 3 auch die Möglichkeit, die Auswirkungen der Baufeuchte und die Feuchtetoleranz von Bauteilen bei Vorhandensein kleiner Fehlstellen analysieren zu können. Letzteres ist gerade im Holzbau von unschätzbarem Wert, denn in einem Schadensfall wird es immer darum gehen, ob die Planung oder die Ausführung die größeren Mängel zu verantworten hat. Aufgrund der gestiegenen Bedeutung der hygrothermischen Simulation für den Feuchteschutznachweis beschäftigt sich der folgende Abschnitt mit der Frage nach dem Hintergrund der Simulationsmodelle und nach der Auswahl geeigneter Inputparameter sowie der Interpretation und der Beurteilung der Ergebnisse.
Bild 7. Flussdiagramm zur Verdeutlichung der Vorgehensweise bei der Stufenauswahl zur Feuchteschutzbemessung von Außenbauteilen
3.2 Grundlagen, Normen und Richtlinien zur hygrothermischen Simulation
Die wesentlichen Grundlagen der hygrothermischen Simulation und die erforderlichen Inputparameter sind in der DIN EN 15026 zu finden. Sie schreibt die Berücksichtigung folgender Transfermechanismen zur Abbildung der Temperatur- und Feuchteverhältnisse in porösen Stoffen und daraus zusammengesetzten Systemen vor:
– Wärmespeicherung des trockenen Baustoffes und des absorbierten Wassers,
– Wärmetransport durch feuchteabhängige Wärmeleitung,
– Wärmeübertragung durch Dampfdiffusion (mit Phasenwechsel, d. h. Verdunstung und Kondensation),
– Feuchtespeicherung durch Wasserdampfsorption und Kapillarkräfte,
– Feuchtetransport durch Dampfdiffusion,
– Flüssigtransport durch Oberflächendiffusion und Kapillarleitung.
Zusätzlich zu den in DIN EN 15026 aufgeführten Transportmechanismen