Luft und Physik – zwei unsichtbare Größen

Der Autor: David Hepp, Mitarbeiter am Institut für Fenstertechnik e. V. (ift) Rosenheim

Damit steigen nicht nur die Anforderungen an den UF-Wert, sondern auch an die Gesamtkonzeption des Bauanschlusses. Diese kann sich nicht mehr allein auf eine handwerklich einwandfreie Ausführung von Montagearbeiten beschränken.

Das Fenster und die Einbausituation müssen als Teil der gesamten Gebäudekonzeption gesehen werden und damit auch Eingang in die Planungsphase eines Gebäudes finden. Nur dann kann unter Berücksichtigung und Abstimmung aller technischen und physikalischen Parameter ein dauerhaft funktionsfähiger Bauanschluss hergestellt werden. Unter diesen Gesichtspunkten können Erfahrungen aus den vergangenen Jahren und Jahrzehnten nur bedingt als Planungs- und Ausführungsgrundlagen herangezogen werden.

Die daraus entstehenden Probleme und Problemlösungen können nicht allein dem Fensterhersteller oder der Montagefirma überlassen werden. Es ist vielmehr notwendig, dass eine umfassende Planung im Vorfeld durchgeführt wird, an der alle betroffenen Stellen beteiligt sind.

Im Weiteren sollen nun die bauphysikalischen Grundlagen, die als wesentlicher Aspekt bei jeder Planung berücksichtigt werden müssen, und die daraus abzuleitenden Folgerungen im Mittelpunkt stehen.

In der Praxis tritt immer wieder folgendes Problem auf: Innerhalb relativ kurzer Zeit, nach der Fenstermontage und der Nutzung der Wohnung, kommt es beispielsweise im Leibungsbereich zu Schimmelpilzbildung. Die Bewohner lasten diesen Schaden oft genau dem Bauteil an, das sich in unmittelbarer Nähe befindet – eben dem Fenster. Der Fensterhersteller seinerseits lastet diesen Schaden dem Nutzer und dessen mangelhaftem Lüftungsverhalten an.

Betrachtet man dieses Problem aus bauphysikalischer Sicht, ergibt sich ein differenzierteres Bild der Ursachen.

Die Feuchteaufnahmekapazität der Luft steht in direktem Zusammenhang mit ihrer Temperatur. Das heißt: Je höher die Lufttemperatur, um so mehr Wasser kann die Luft aufnehmen und speichern. Dieser Zusammenhang lässt sich in der so genannten Taupunktkurve (Abb. 2) darstellen. Anhand dieser Kurve lässt sich die maximale Wasseraufnahmefähigkeit (Sättigungsmenge) in g/m³ (der Luft) in Abhängigkeit von der Lufttemperatur ablesen (siehe Abb. 2).

So kann beispielsweise ein m³ Luft bei einer Temperatur von 20 °C rund 17 g Wasser aufnehmen. Dies entspricht einer relativen Luftfeuchte von 100 Prozent. Man spricht in diesem Fall von gesättigter Luft. Bei 50 Prozent relativer Luftfeuchte und einer Temperatur von 20 °C ist in einem m³ Luft erst die Hälfte der möglichen Höchstmenge an Wasser enthalten. Erfolgt nun eine Abkühlung auf 9,3 °C, steigt die relative Luftfeuchte auf 100 Prozent an, das heißt, die 9,3 °C warme Luft ist mit Wasser gesättigt. Sinkt nun die Lufttemperatur (Taupunkttemperatur) ab, kommt es zum Tauwasserausfall, da die Luft das Wasser nicht mehr aufnehmen kann. Dieser Effekt kann beispielsweise jederzeit im täglichen Leben an der Oberfläche eines Glases mit einem kalten Getränk beobachtet werden. Aus Tabelle 1 lassen sich verschiedene Taupunkttemperaturen der Luft bei verschiedenen Luftfeuchten ablesen.

Von einer Wärmebrücke spricht man, wenn durch eine Konstruktion in einem abgegrenzten Bereich ein zusätzlicher Wärme-strom vom warmen zum kalten Klima entsteht und raumseitig relativ niedrige Oberflächentemperaturen vorliegen.

Prinzipiell unterscheidet man zwei Arten von Wärmebrücken. Zum einen gibt es die materialbedingte Wärmebrücke. Diese Art der Wärmebrücke kommt vor, wenn beispielsweise die Metalllaschen zur Lastabtragung eines Fensters zu weit nach außen ragen und nicht in die Dämmung eingebettet sind. Die so genannte geometrische Wärmebrücke liegt vor, wenn die Oberfläche der äußeren Leibung wesentlich größer ist als die Oberfläche der inneren Leibung (siehe Abb. 3).

Durch den Abtransport der Wärme nach außen sinkt die innere Oberflächentemperatur des Bauteils. Wird dabei, wie bereits beschrieben, die Taupunkttemperatur unterschritten, wird klar, dass das zu Tauwasserbildung auf bzw. in den betroffenen Bauteilen führen kann.

Insbesondere bei zu geringem Luftaustausch und dem damit verbundenen feuchtwarmen Klima in den Räumen, ist mit dem Auftreten von Feuchteschäden und Schimmelpilzbildung zu rechnen. Allerdings muss klar gesagt werden, dass auch eine umfangreiche Lüftung konstruktive Fehler nicht auf Dauer lösen kann. Hier sind vorausschauende Betrachtungen und funktionsgerechte, objektbezogene Planungen gefragt.

Im Rahmen solcher Planungen sollten die Isothermen berücksichtigt werden. Eine Isotherme ist eine Linie gleicher Temperatur. Mit einer Isothermendarstellung können Temperaturverläufe und die zu erwartenden Oberflächentemperaturen im Anschlussbereich ermittelt und dargestellt werden. Es ist also möglich, die Tauwassergefahr von vornherein abzuschätzen und durch konstruktive Maßnahmen auszuschließen bzw. zu reduzieren.

Die zur Beurteilung eines Anschlusses wichtigste Isotherme ist die 10 °C-Isotherme. Sie soll innerhalb der Konstruktion verlaufen, um einer Tauwasserbildung an der inneren Anschlussfuge vorzubeugen, und sie soll möglichst schwach gekrümmt sein, um den Wärmeverlust über den Anschlussbereich gering zu halten.

Bei einem monolithischen Wand-aufbau ist eine mittige Einbau-lage anzustreben. Die Einbau-ebene bei einem mehrschaligen Wandaufbau sollte im Bereich der Dämmzone liegen. Bei Wärmedämmverbundsystemen sollte die Wärmedämmung an die Fens-terkonstruktion herangeführt werden (siehe Abb. 4).

Ein Nachweis zur Einhaltung der Mindestanforderungen an den Wärmeschutz im Bereich von Wärmebrücken kann entfallen, wenn eine den Beispielen in DIN 4108 Beiblatt 2 „Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Wärmebrücken – Planungs- und Ausführungsbeispiele“ entsprechende Konstruktion gewählt wird. Die hier aufgeführten Wärmebrücken sind ausreichend wärmegedämmt und daher bezüglich der Tauwasserproblematik unkritisch zu sehen.

Weicht die gewählte Konstruktion wesentlich von DIN 4108 Beiblatt 2 ab, ist die Tauwasserfreiheit des Anschlusses entsprechend der im März 2001 veröffentlichten DIN 4108-2 „Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz“ mit Hilfe des Temperaturfaktors f nachzuweisen. Der Nachweis mit dem Temperaturfaktor f ist in Abb. 5 beschrieben.

Diese Vorgehensweise kann selbstverständlich auch im Sanierungsfall angewendet werden. Beispiele hierzu werden in Folge II dieses Beitrags aufgezeigt. o