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Feuchtetransport durch Bauteile
Rechnerische Simulation mit Hilfe des Modells WUFI

Beim Fraunhofer Institut für Bauphysik (Quelle: http://www.hoki.ibp.fhg.de/wufi/grundl_ueberblick.html) erfährt man hoch interessante Dinge zum Feuchtetransport durch Bauteile. Wenngleich es hierbei um die rechnerische Simulation mit Hilfe des Modells WUFI geht, handelt es sich um Aussagen von Allgemeingültigkeit.

"1. Einleitung: Beim Thema Feuchtetransport durch Bauteile denkt der Praktiker in erster Linie an Dampfdiffusion, Taupunkt und das Glaser-Verfahren in der DIN 4108. Wird ein Bauteil nach "Glaser" als unbedenklich eingestuft, so ist in der Regel damit für den Planer alles erledigt. Erst wenn dennoch unerwartet Feuchteschäden auftreten, oder das geplante Bauteil bei der Normberechnung nach Glaser durchfällt, wird nach alternativen Beurteilungsmöglichkeiten gesucht. …"

Über Feuchtebedingte Wärmeverluste erfährt man unter 2.1: "In der Regel sind die Wärme- und Feuchtetransportprozesse in Gebäuden stark gekoppelt. Dies zeigt sich besonders deutlich beim Feuchteeinfluß auf die Wärmedämmung von Bauteilen. Bild 1 zeigt den Anstieg der Wärmeleitfähigkeit von drei verschiedenen Baustoffen in Abhängigkeit vom Wassergehalt nach [1].

Während die Wärmeleitung mineralischer Wandbildner, wie bei dem hier dargestellten Porenbeton, linear mit dem Wassergehalt ansteigt, ist der Anstieg bei Polystyrol-Hartschaum leicht progressiv. Überraschend ist der starke Anstieg der Wärmeleitfähigkeit von Mineralwolle schon bei sehr kleinem Wassergehalt. Dies ist auf die starke Feuchteverlagerung durch Dampfdiffusion nach Anlegen eines Temperaturgradienten in der Mineralwolle zurückzuführen. Hier handelt es sich um sog. instationäre Latentwärmeeffekte, bedingt durch die Phasenwechsel der Materialfeuchte während der Messung im Plattenapparat. Diese Latentwärmeeffekte sind in der Regel kurzfristiger Natur und haben nichts mit der realen Wärmeleitfähigkeit des Dämmstoffes zu tun. Da ihr Einfluß stark von den an die Wärmedämmung angrenzenden Bauteilschichten abhängt, können sie nicht dem Dämmstoff selbst zugeordnet werden [2]. Die Darstellung der Wärmeleitfähigkeit für die Mineralwolle in Bild 1 ist daher als Stoffeigenschaftsfunktion sowohl für instationäre Berechnungen als auch für die Ermittlung des stationären Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert; früher k-Wert) wenig geeignet. Durch entsprechende Vorkehrungen bei der Messung im Plattenapparat läßt sich jedoch die echte Wärmeleitfähigkeit der Mineralwolle ermitteln. Ergebnisse aus solchen Untersuchungen belegen, daß die Wärmeleitfähigkeit der Mineralwolle ohne Latentwärmeeffekte eine ganz ähnliche Feuchteabhängigkeit zeigt, wie die von Polystyrol-Hartschaum in Bild 1. Ähnliches gilt auch für andere diffusionsoffene Dämmstoffe."

[1] Cammerer, J. und Achtziger,J:: Einfluß des Feuchtegehaltes auf die Wärmeleitfähigkeit von Bau- und Dämmstoffen. Bericht zu BmBau Forschungsvorhaben BI 5-800883-4, 1984.

Dieses Zitat in Wort und Bild ist bedeutend und man muss es nicht kommentieren. Man kann aber hierzu einige Ergänzungen liefern, welche das Bild abrunden.

Ergänzung 1:

Nr.  Stoffbezeichnung                            Dichte           Masseprozent                    Volumenprozent
                                                                               Ø                  max.             Ø                   max.

Tabellenausschnitt aus: Tafel 5. Durchschnittliche und maximale Feuchtigkeitsgehalte in Bau- und Dämmstoffen (nach verschiedenen Autoren und Messungen in Kühlhäusern der DDR) [Gleichgewichtsfeuchte nach 1 Jahr], Quelle: F. Eichler, Bauphysikalische Entwurfslehre, Band 2, VEB Verlag für Bauwesen, Berlin, 1972

Ablesewerte (unterstrichen): Mineralfasermatten: 5,0 und 10, Ploystyrol-Schaumplatten: 13,3 und 33,5
Ablesewerte Ploystyrol-Schaumplatten: Dichte 25: 12 und 24, Dichte 40: 7,5 und 19,5

Ergänzung 2:

Zeile Baustoffe Massebezogener
Feuchtegehalt um [%]
  9 Mineralische Faserdämmstoffe aus Glas-, Stein-,
Hochofenschlacken-(Hütten)Fasern
1,5
15 Schaumkunststoffe
aus Polystyrol, Polyurethan (hart)
1

Aus: Tabelle 28: Normierte Feuchtegehalte von Baustoffen nach DIN 4108-4,
Tabelle A.1: Praktische Feuchtegehalte von Baustoffen

Zur Erläuterung des Begriffes „Massebezogener Feuchtegehalt“ wird in DIN 4108-4 ausgeführt: „Unter Ausgleichsfeuchtegehalt wird der Feuchtegehalt verstanden, der bei der Untersuchung genügend ausgetrockneter Bauten, die zum dauernden Aufenthalt von Personen dienen, in 90 % aller Fälle nicht überschritten wird oder den Feuchtegehalt, der nach DIN EN ISO 12570 bestimmt wurde.“

Dipl.-Ing. M. Bumann
21.07.2005

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Feuchtetransporte und Strukturen

Realitätsnahe Ansätze zur Beschreibung der Feuchtetransporte in porösen Bauteilen im Zusammenhang mit den Forschungen an den Strukturen der thermokeramischen Membrantechnologie
Von Dipl.-Ing. Matthias G. Bumann, DIMaGB, Berlin

Aus dem Vorwort:

Die offizielle Lehrmeinung besagt, dass die Gebäude im Sommer trocknen und im Winter feucht werden. Dennoch lässt der normal denkende Mitbürger im Sommer die Kellerfenster zu, damit es nicht zu Kondensatbildung kommt. Denn im Sommer ist das Dampfdruckgefälle nach innen gerichtet. Durch gekoppelte Feuchte-Wärmetransporte kommt es im Winter zum Trockenheizen der Wände.

Offensichtlich scheinen sich im Bereich der so genannten Bauphysik Diskrepanzen zwischen Theorie und Praxis aufzutun - obwohl hier dieselben Naturgesetze wie in anderen Bereichen auch gelten. Nur scheint es eine Frage der Interpretation zu sein, welche der Naturgesetze wie in den Normen dargestellt werden bzw. ignoriert oder neu definiert werden.

Zur Darstellung des Grundlagenwissens zu Feuchtetransporten wird auf den Fachartikel „Sorption“ verwiesen.

In Deutschland herrscht eine nicht nachvollziehbare Normengläubigkeit. Dabei sind Normen das Ergebnis privatwirtschaftlicher Tätigkeit mit Empfehlungscharakter, wie Deutschland höchste Gerichte festgestellt haben.

Demnach handelt es sich um Vereinbarungen interessierter Kreise mit dem Ziel der Marktbeeinflussung. Insofern darf es nicht verwundern, dass die Normen oft weit vom Stand der Wissenschaft und der Technik entfernt sind. In brutaler Konsequenz geht dies bis zu Weglassungen und Neuinterpretationen von naturgesetzlichen Zusammenhängen.

Zusammenfassung:

Die Studie setzt auf dem Fachartikel "Sorption" auf, der bereits umfangreiches Grundlagenwissen zum Feuchtetransport und zu Problemen der Feuchtespeicherung poröser Baumaterialien liefert.

In einem Querschnitt über rund 60 Jahre der so genannten Bauphysik werden sowohl bemerkenswerte Dokumente der Grundlagenforschung vorgestellt, aber auch Erscheinungen der Stagnation, Ignoranz und Hilflosigkeit beleuchtet.

Angesichts der Kopplung von Wärme- und Feuchtetransporten ist es unbegreiflich, dass sich die etablierte Wissenschaft mit stümperhaften Modellen zufrieden gibt. Das verordnete Normenwerk liefert praxisferne Ergebnisse - und dennoch bildet es seit Jahren die Basis für geschönte Berechnungen zum Wärmeschutz.

Wenn Forschungen aus 1994 belegen, dass die Regenenthalpie fast das Vierfache der Transmission betragen kann, kann dies nur Unverständnis dafür aufkommen lassen, dass 15 Jahre später immer noch an der irrigen Dominanz des U-Wertes festgehalten wird.

Betrachtet man den Stand der Wissenschaft und der Technik etwas genauer, wird zudem deutlich, dass labormäßig ermittelten Kennwerten wie z.B. dem w-Wert kaum eine praktische Bedeutung für die Situation an einer Fassade zukommt.

Die Studie zeigt auf, wie dringend überholungsbedürftig das diesbezügliche Normenwerk ist. Zudem liefert sie Hintergrundwissen und gibt Ausblicke.

Inhaltsverzeichnis

1 Vorwort 2
2 Stand der Wissenschaft, Lehre u. Normung - Defizite & Unterschlagungen 3
2.1 DIN 4108: normierte Feuchtezustände 3
2.2 Das Glaser-Verfahren 5
2.3 Der w-Wert als Maß der Wasseraufnahme 6
2.4 Der sd-Wert als Maß der Diffusionsoffenheit 8
2.5 Kapillarer Wassertransport gemäß Modell 9
3 Stand der Wissenschaft - Ziel führende Ansätze 10
3.1 EMPA 1958: Neuigkeiten über Feuchte und Wärme im Fassadenmauerwerk (Bossert 1982) 10
3.2 Künzel 1994: Regen, Feuchtetransporte, Energiebilanz (Exzerpt) 12
3.3 Künzel 1994: Wärmetransport ist Wärmeleitung und Enthalpieströme durch Feuchtebewegung mit Phasenänderung (Exzerpt) 19
3.4 Krus 1995: Feuchtetransport- und Speicherkoeffizienten (Zusammenfassung) 24
3.5 Bednar 2000: Enthalpie, Feuchtetransporte und Feuchtespeicherung (Exzerpt) 25
3.6 Holm 2003: aufgrund der komplexen Hohlraumstruktur keine exakte theoretische Beschreibung der Kapillarleitung (Exzerpt) 27
4 Erklärung des Wirkmechanismus Feuchteregulation der thermokeramischen Membrantechnologie ThermoShield 29
4.1 Fraunhofer IGB 2008, Wissenschaftliche Beschreibung 29
4.2 TNO 2005: Schimmelprävention mit „hygrischer Diode“ 32
4.3 Nach dem Kongress: zusammenfassende Beschreibung der Wirkmechanismen (2005) 33
4.4 Dynamischer Test DK (2004) 34
4.5 ThermoShield Forschung zur Anwendung bei der Denkmalpflege (2002/2004) 35
4.6 Praxistest der GWD Berlin zur Fassadentrocknung (2001) 38
4.7 Untersuchungsergebnisse von Prof. Siebel (1997, 1999, 2000) 39
4.7.1 WFA – Institut, Stolberg: „Bauphysikalische Stellungnahme WF-AC200399 zur Bewertung von "Thermo Shield" Beschichtungen“ vom 23.03.1997 39
4.7.2 WFA – Institut, Stolberg: „Bauphysikalische Stellungnahme WS-B 10-01-99-1 zum thermischen Verhalten von THERMO-SHIELD-Beschichtungen“ vom 11.05.1999 40
4.7.3 WFA – Institut, Stolberg: "Zur Untersuchung des Einflusses von Thermo Shield Beschichtungen TSB auf den Transmissionswärmestrom von Bauteilen" vom 17.02.2000 41
5 Inhaltsangaben 42
5.1 Tabellenverzeichnis 42
5.2 Abbildungsverzeichnis 42
6 Zusammenfassung 44

Dipl.-Ing. M. Bumann
06.2010

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