Sind Schweizer Holzdächer anders? Erfahrungen mit der feuchtetechnischen Dimensionierung unbelüfteter Flachdächer

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1 27 Sind Schweizer Holzdächer anders? Erfahrungen mit der feuchtetechnischen Dimensionierung unbelüfteter Flachdächer Nebst den bewährten belüfteten Flachdächern und den bauphysikalisch eher unproblematischen Konstruktionen mit Überdämmung kommen auch in der Schweiz vermehrt unbelüftete Flachdächer mit der Wärmedämmung innerhalb der Holztragkonstruktion zur Anwendung. Nach einer teilweise schmerzvollen Lernzeit mit diffusionsdichten Flachdächern werden diese seit etwa 10 Jahren raumseitig diffusionsoffen konzipiert, so dass ein gewisses Austrocknungspotential gewährleistet wird. Da die schweizerischen Flachdächer im Gegensatz zu den Nachbarländern in den meisten Fällen bekiest oder begrünt ausgeführt werden, setzen sich aufgrund der grösseren Fehlertoleranz konstruktive Massnahmen wie Bauzeitabdichtung und Zusatz- bzw. Überdämmung immer mehr durch. Autor: Markus Zumoberhaus, Martinelli + Menti AG, CH-Luzern Zur Geschichte des Holz-Flachdachs Flachdächer in Holzbauweise waren in der Schweiz lange Zeit kaum anzutreffen, und die wenigen Einzelfälle waren mit einer grosszügig bemessenen Durchlüftungsschicht ausgerüstet (sogenanntes Davoserdach). Die tragende Holzkonstruktion war gut vor der Witterung geschützt und kleinere Auffeuchtungen infolge Dampfkonvektion oder Schlagregeneintrag waren unproblematisch. Mit steigenden wärmetechnischen Anforderungen wurden im Rahmen von Sanierungen unter anderem auch Innendämmungen diskutiert, um die bewährte Durchlüftung nicht zu gefährden (vgl. Abb. 1). Bei Neubauten hingegen wurden nebst den traditionellen belüfteten Dächern die bauphysikalisch unproblematischen Aufbauten mit der Wärmedämmung über der Holztragkonstruktion bevorzugt. Diese beiden Konstruktionstypen hatten allerdings auch Nachteile, die mit der zunehmenden Dicke der Wärmedämmschicht immer stärker ins Gewicht fielen. So wurde bei grossflächigen Flachdächern die Konstruktionsdicke immer grösser, was aus architektonischen und wirtschaftlichen Gründen kaum erwünscht war. Auch die für belüftete Systeme notwendigen Zu- und Abluftöffnungen beispielsweise bei Türschwellen von Terrassen führten oft zu umständlichen und konstruktiv unbefriedigenden Lösungen. In der Folge wurden deshalb in den 80er und 90er Jahren immer mehr kompakte, unbelüftete Konstruktionen erstellt in der Meinung, man müsse nur die Dampfbremse ausreichend diffusionsdicht bemessen. Damit wurden zwar die feuchtetechnischen Normvorgaben bezüglich Dampfdiffusion nach Glaser erfüllt, das für die Funktionstüchtigkeit von Holzbauten notwendige Austrocknungspotential jedoch ignoriert. Es wurde nicht beachtet, dass geringfügige Auffeuchtungen infolge Dampfkonvektion, Baufeuchte oder Infiltrationen während der Lebensdauer eines Bauwerks nie gänzlich ausgeschlossen werden können. Die Folge waren und sind schwerwiegende Fäulnisschäden der tragenden Holzkonstruktion, die oft erst nach der bauüblichen Garantiefrist von 5 Jahren auftreten (vgl. Abb. 2 und 3). Diese Fehleinschätzungen betreffen im übrigen nicht nur Abb. 2: Fäulnisschaden bei Flachdach mit PE- Folie als Dampfbremse/Luftdichtung, Baujahr 1998; Schadenursache siehe Abbildung 3 Abb. 3: Schadenursache Dampfkonvektion infolge Elektrorohr-Durchdringungen der Luftdichtung Abb. 1: Vorschlag für eine Flachdachsanierung von innen aus der IPH-Broschüre Sanieren, Renovieren von 1989 [1]

2 28 1/2011 Abb. 4: Fäulnisschäden bei einem geneigten Dach mit einer vermeintlich diffusionsoffenen Unterdachbahn (gemessener Diffusionswiderstand s d = 20 m) Abb. 5: Merkblatt Feuchteschutz bei Flachdächern in Holzbauweise [2]; Download SVDW ASTF Die Spezialisten der Gebäudehülle Flachdächer, sondern auch andere Bauteile wie beispielsweise Innendämmungen von erdreichberührten Beton- oder Mauerwerkswänden. Auch bei geneigten Dächern mit zu dampfdichten Unterdachbahnen führte das ungenügende Austrocknungspotential teilweise zu gravierenden Schäden (vgl. Abb. 4). Die neue, diffusionsoffene Flachdach-Generation Die für den Holzbau unangenehme Situation änderte sich, als vor etwa 10 Jahren verbreitet neuartige, feuchtevariable Dampfbremsen und anwendungsfreundliche Versionen von Berechnungsprogrammen wie z.b. WUFI zur Verfügung standen. Damit war die Möglichkeit gegeben, MERKBLATT TECHNISCHE KOMMISSION FLACHDACH FD 2/07 FEUCHTESCHUTZ BEI FLACHDÄCHERN IN HOLZBAUWEISE Flachdächer werden vermehrt in Holzbauweise realisiert. Eine vom SVDW (Schweizerischer Verband Dach und Wand) eingesetzte branchenübergreifende Projektgruppe befasste sich eingehend mit der Abdichtung und dem Aufbau solcher Konstruktionen. Das Resultat der Themenbearbeitung wird in diesem Merkblatt beschrieben. Quelle: Lignum das Feuchteverhalten von raumseitig diffusionsoffenen Konstruktionen ausreichend wirklichkeitsgetreu zu simulieren. Trotz der grösseren Fehlertoleranz dieser Konstruktionen zeigten einige vor allem verformungsbedingte Schäden, dass auch den diffusionsoffenen Konstruktionstypen gewisse Grenzen gesetzt werden müssen. Aus diesem Grunde wurde in der für Flachdächer allgemein verbindlichen Norm SIA 271 Abdichtungen im Hochbau unter anderem die Anforderung aufgenommen, dass die feuchtetechnische Funktionstauglichkeit bezüglich Holzfeuchte und Kondensatauftritt mit einem validierten dynamischen Berechnungsmodell nachzuweisen ist [2]. Damit wird klar vorgegeben, dass die Beurteilung des Feuchteverhaltens von derartigen Konstruktionsaufbauten komplex und nicht allein mit einer Dampfdiffusionsbetrachtung nach Glaser zu erledigen ist. Im Weiteren wird explizit auf mögliche Beeinträchtigungen infolge feuchtebedingten Verformungen der Holzbauteile und auf die Berücksichtigung von örtlichen Randbedingungen wie Beschattungen hingewiesen. Angesichts der Vielzahl von Dachtypen und Unternehmervarianten ist die Wahl des geeigneten Konstruktionsaufbaus für den Projektierenden allerdings nicht einfach, wenn technische, aesthetische, klimatische und wirtschaftliche Kriterien optimiert werden müssen. Aus diesem Grunde startete der damalige Schweizerische Verband Dach und Wand unter Einbezug von verschiedenen Fachleuten 2005 ein Projekt mit dem Thema Feuchteschutz bei Flachdächern in Holzbauweise. Das daraus entstandene, allgemein erhältliche Merkblatt beschreibt 3 Grundtypen von Flachdachkonstruktionen (vgl. Abb. 5): unbelüftete Flachdächer mit der Wärmedämmung über der Holztragkonstruktion Flachdächer mit einer unterlüfteten Abdichtung unbelüftete Flachdächer mit der Wärmedämmung innerhalb der Tragkonstruktion. Die Flachdächer mit der Dämmschicht über der Tragkonstruktion und mit gewissen Vorbehalten bezüglich Ausgestaltung der Durchlüftungsschicht auch die belüfteten Dächer sind bauphysikalisch bzw. feuchtetechnisch bei fachgerechter Ausführung in der Regel unproblematisch. Aus diesem Grunde konzentrieren sich die nachfolgenden Ausführungen auf unbelüftete Konstruktionen mit der Wärmedämmung innerhalb der Tragkonstruktion. Schweizer Dächer sind grün In der Schweiz werden fast ausschliesslich begrünte oder bekieste Flachdächer ausgeführt. Da das Austrocknungsverhalten infolge Umkehrdiffusion aufgrund dieser Zusatzschichten gegenüber den Nacktdächern deutlich geringer ist, wurde nach Möglichkeiten gesucht, wie die Fehlertoleranz verbessert werden kann. Aus diesem Grund wird im Merkblatt in der Regel der Einsatz einer Zusatzdämmung und einer Bauzeitabdichtung gefordert (Ausnahme spezielle Bauten mit trockenen Innenklima bedingungen). Die Vorteile der beiden Zusatzschichten überwiegen den Nachteil der verminderten Austrocknung im Sommer infolge Umkehrdiffusion: Erhöhter Feuchteschutz der Holztragkonstruktion durch Sekundärabdichtung (analog Funktion Unterdach beim weit weniger problematischen geneigten Dach) Verbesserung der Fehlertoleranz bezüglich Feuchteeintrag infolge Dampfkonvektion geringeres Risikos von Kondensat- und Eisbildungsschäden unter der Abdichtungsbahn erhöhter Witterungsschutz während der Bauphase

3 29 Möglichkeit zur Erstellung des notwendigen Gefälles mit Gefällsdämmplatten reduzierte Auffeuchtung der oberen Beplankung im Winterhalbjahr. Feuchtetechnische Anforderungen Nebst den bei allen Flachdächern geltenden Anforderungen wie Gefällsausbildung, Aufbordungshöhen etc. sind bei den Flachdächern in Holzbauweise sinngemäss vor allem die holzfeuchtetechnischen Anforderungen von Bedeutung. Die normativen Vorgaben bei der Berechnung nach Glaser sind nur beschränkt anwendbar. Dank verschiedenen Untersuchungen auch in den deutschsprachigen Nachbarländern und Diskussionen unter Fachleuten setzen sich mittlerweile folgende Anforderungen durch: Holzfeuchte max. 20 M-% (Ausnahme kurze Periode im Winter). Kondensatfreiheit bzw. max. 95% r.f. innerhalb der Konstruktion Verhinderung von bimetallartigen Verformungen der Holzelementkonstruktion (vgl. gegenzyklisches Holzfeuchteverhalten innen/aussen, Verbindungsmittel). Einbaufeuchte Holz max. 16 M-%. Sicherstellung Austrocknungspotential. Feuchtetechnische Bemessung Beim Nachweis mit thermohygrischen Berechnungsprogrammen wie z.b. WUFI ist zu beachten, dass derartige Programme mit dem Ziel entwickelt wurden, das Feuchteverhalten von Bauteilen möglichst realitätsgetreu zu simulieren. Werden diese Programme für die feuchtetechnische Bemessung von Bauteilkonstruktionen verwendet, sind detaillierte Kenntnisse bezüglich den Berechnungsrandbedingungen und der Prognosegenauigkeit notwendig. Im Weiteren sind eine Reihe von Unsicherheiten wie z.b. herstellungsbedingte Materialabweichungen, Inhalts- und Klebstoffe in Holzwerkstoffen, Einflüsse beim Lokalklima, Beschattungen etc. zu berücksichtigen. Während derartige Risiken und Berechnungsungenauigkeiten in der Holzbaustatik mit Sicherheitsfaktoren bzw. -zuschlägen abgedeckt werden, ist dies bei feuchtetechnischen Berechnungen aufgrund der verschiedenen Einflussfaktoren kaum durchsetzbar und unüblich. Naheliegender wäre hingegen eine Beurteilung in Form eines Sicherheitskonzepts mit Annahmen und konstruktiven Massnah- men, die auf die einzelnen Randbedingungen und Risiken abgestimmt sind. Gemäss heutigem Kenntnisstand könnte ein solches Sicherheitskonzept für schweizerische Verhältnisse wie folgt umschrieben werden: Austrocknungspotential Der Konstruktionsaufbau weist aufgrund der dampfdiffusionsoffenen Eigenschaften der inneren Schichten ein minimales Austrocknungspotential auf. Dieses wird rechnerisch mit der Annahme einer periodischen Auffeuchtung von 250 g/m 2 a in der bezüglich Kondensatauftritt problemträchtigen Zone nachgewiesen. Anzeige Weich und nicht hautreizend Formaldehydfrei Weniger staubend Hochwärmedämmend Sehr gut schalldämmend Sensationell einzigartig! PureOne von URSA, die erste weiße, nichtbrennbare Mineralwolle in Europa, die mit allen Sinnen entwickelt wurde. Unverwechselbar weich, kaum staubend und völlig geruchsfrei. Entstanden aus den beiden natürlichsten Elementen der Welt: Wasser und Sand. Unverfälscht und rein setzt PureOne einen neuen Maßstab für die Zukunft des Dämmens. Denn PureOne besteht aus natürlichen Ressourcen, umweltschonendem Recyclingglas und einem wasserbasierten Bindemittel. Pure Dämmung für Wärme und Schall in nur einem reinen Produkt: PureOne sensationell einzigartig. Entdecke die reine Dämmleistung PureOne! Nicht brennbar Die reine Dämmleistung

4 30 1/2011 Abb. 6: Ferienhaus mit unbelüftetem Blechdach im Berggebiet; Holzelementkonstruktion mit Bauzeitabdichtung und Überdämmung Nähere Informationen finden Sie auf Seite 59 Berechnungsmodell Das Berechnungsmodell entspricht den Anforderungen des Merkblattes WTA und der EN Die Materialdatenbanken und Messverfahren werden laufend durch den Software-Ersteller überprüft und ergänzt. Diese Voraussetzungen sind beispielsweise beim Berechnungsmodell WUFI erfüllt. Klimarandbedingungen Für die Nachweise werden thermo-/hygrisch ungünstige Klimadatensätze verwendet (z.b. Datensatz Zürich kalt, WTA Merkblatt ). Verschattungen Risiken und Einflüsse von Verschattungen durch Berge, Bäume und bauliche Gegebenheiten werden im Rahmen des Nachweisverfahrens durch Anpassungen der Strahlungskennwerte berücksichtigt. Klimaeinflüsse Bauphase Die Simulation beginnt standardmässig am 1. Oktober mit einer über das Bauteil gemittelten Anfangsfeuchte von 80 % r.f. Konstruktion Die langfristige Funktionstüchtigkeit des Flachdaches wird durch den Einbau einer Sekundär- bzw. Bauzeitabdichtung und einer Zusatzbzw. Überdämmung verbessert. Ausführung Zur Kontrolle der geforderten Luftdichtigkeit der Gebäudehülle werden Blowerdoormessungen mit entsprechenden Methoden zur Leckageortung vorausgesetzt. Erfahrungen mit unbelüfteten Dächern Es ist nicht von der Hand zu weisen, dass mit den raumseitig diffusionsoffenen Flachdächern langfristige Erfahrungen über mehr als 10 Jahre weitgehend fehlen. Das Risiko von Fehleinschätzungen, wie sie in der Vergangenheit mit dampfdichten Holzkonstruktionen gemacht wurden, ist allerdings gering, da mit den validierten thermohygrischen Berechnungsprogrammen wesentlich bessere und verläss - lichere Prognosen möglich sind. Zudem werden verschiedene ausgeführte Dächer mittels Einbau von Feuchtefühlern periodisch überwacht. Derartige Kontrollen zeigen, dass die Konstruktionsaufbauten funktionieren und dass die berechneten und gemessenen Werte bei fachkundig durchgeführten Simulationsberechnungen gut übereinstimmen. Nachfolgend wird dies anhand eines unbelüfteten Blechdaches auszugsweise dokumentiert. Das 2007 erstellte Einfamilien- bzw. Ferienhaus befindet sich in Seelisberg, d.h. im Bergebiet in ca. 850 Höhe m ü. M. (vgl. Abb. 6). Das Dach weist folgenden Konstruktionsaufbau auf: Schnappfalzdach Aluminium anthrazit Mineralfaserdämmung hart, d = 80 mm Bauzeitabdichtung bituminöse Selbstklebebahn Dreischichtplatte Fichte, d = 27 mm Mineralfaserdämmung, d = 300 mm Variable Dampfbremse Isover Vario KM Duplex Dreischichtplatte Fichte, d = 22 mm. Zur Beurteilung der Prognosegenauigkeit des Berechnungsmodells WUFI wurden beim West- und Ostdach Sensoren in verschiedenen Schichten eingebaut. Im Weiteren werden die Aussenklimabedingungen und die Raumklimabedingungen aufgezeichnet. Die Messungen zeigen, dass: innerhalb der Konstruktion keine Luftfeuchtigkeiten von >90% r.f. bzw. keine Holzfeuchtigkeiten von >18M-% auftreten sich die Schneeschicht ähnlich wie eine Zusatzdämmung wärme-/feuchtetechnisch günstig auswirkt (Abb. 7) das Berechnungsprogramm WUFI und die der Berechnung zugrunde gelegten Annahmen und Sicherheitsüberlegungen für die feuchtetechnische Bemessung geeignet sind (Abb. 8). In Ermangelung von relevanten Klimadaten wurde der IBP Klimadatensatz von Holzkirchen verwendet. Aus Sicherheitsüberlegungen wurde die Konstruktionsaufbau so ausgelegt, dass die Funktionstüchtigkeit auch ohne die günstige Wirkung der Globalstrahlung gewährleistet wird. Diese Bemessung liegt wie die Messerergebnisse und die Vergleichsbemessungen gemäss Abb. 8 zeigen auf der sicheren Seite. Fazit In der Schweiz werden im Holzbau immer mehr unbelüftete Flachdächer mit der Wärmedämmung innerhalb der Tragkonstruktion ausgeführt. Der raumseitig diffusionsoffen konzipierte Konstruktionsaufbau hat sich wie Erfahrungen und Messungen in ausgeführten Flachdächern zeigen bewährt. Ob die normativen Vorgaben bezüglich Bemessung und die geforderten Zusatzmassnahmen wie Bauzeitabdichtung und Überdämmung gerechtfertigt sind, wird sich in Zukunft aufgrund von Erfahrungen in der Schweiz und in den Nachbarländern zeigen. Feuchtetechnische

5 31 Abb. 7 Vergleich Berechnung WUFI / Messung (Monitor/Sensor unterhalb der oberen Dreischichtplatte): wärmetechnisch günstige Auswirkung der Schneeschicht C bzw. % r.f Temperatur WUFI rel. Feuchte WUFI Temperatur Messung rel. Feuchte Messung Nachweise, die sich allein auf Dampfdiffusionsvorgänge beschränken, sind gemäss heutigen Regeln der Baukunde als unzulässig einzustufen und können zu schwerwiegenden Fäulnisschäden führen. Für die Bemessung von unbelüfteten Flachdachkonstruktion in Holzbauweise sind umfassende Beurteilungen unter Berücksichtigung des Austrocknungsverhaltens, der Schadenrisiken und der Berechnungsgenauigkeit erforderlich. Literatur [1] Bundesamt für Konjunkturfragen, Sanieren, Renovieren, Bern 1989; Reihe Impulsprogramm Holz 808/14 [2] Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, SN bzw. SIA 271 Abdichtungen von Hochbauten, Zürich 2007 [3] Gebäudehülle Schweiz, Feuchteschutz bei Flachdächern in Holzbauweise, Uzwil 2007 (Bezug Holzfeuchte M-% mit Globalstr. Klima Seelisberg mit Globalstr. ohne Globalstr. mit 250 g/m2a beschattet auf 30% Abb. 8 Feuchtetechnische Bemessungsvarianten mit verschiedenen Randbedingungen zur Abschätzung der Prognosegenauigkeit Anzeige Europäisches Institut für postgraduale Bildung an der Technischen Universität Dresden e. V. Berufsbegleitende Weiterbildung in der Bauwerkserhaltung Sachverständiger für Holzschutz 6. Mai 2011 bis 14. April 2012 in Dresden Bewertung komplexer Holzschädigungen Planung nachhaltiger, wirtschaftlicher Holzschutzmaßnahmen Training ingenieurtechnischer Prüf- und Diagnoseverfahren Labor- und Baustellenpraktika Sachverständiger für Bautenschutz und Bausanierung bis 2. Juni 2012 in Dresden Bauteilbezogene Analyse und Vermeidung von Bauschäden nach Konstruktionsprinzipien Schaden, Schadensursachen und -mechanismen Instandsetzungsverfahren und Bautenschutzmaßnahmen Ihr Ansprechpartner: Dr. paed. K.-D. Hansel Tel.: d.hansel@eipos.de