Atmende Wand
Die Vorstellung, eine Wand müsse „atmen“ können, um ein behagliches Raumklima zu schaffen und Schimmel an Wandstellen zu vermeiden, geht auf einen Irrtum Max von Pettenkofers (1818–1901) zurück und ist noch heute in verschiedenen Zusammenhängen populär. Im Gegensatz zu den vergleichsweise undurchlässigen Materialien im Baubereich ist die Atmungsaktivität des dünnschichtigen Materials von Funktionstextilien tatsächlich von entscheidender Bedeutung für die Feuchtigkeitsabfuhr durch Wasserdampfdiffusion.
In der modernen Bauphysik dient das Maß der Wasserdampfdurchlässigkeit von Baustoffen zur Berechnung der nach der DIN 4108-2 und 3 in Bauteilen auftretenden Tauwassermengen. Die Baustoffe werden hierzu ohne Bewertung in die Kategorien „diffusionsoffen“, "diffusionshemmend" und "diffusionsdicht" eingeteilt.[1] Zum Nachweis der Tauwassermengen werden das statische Verfahren nach Glaser sowie dynamische Rechenverfahren (WUFI, COND, Delphin) eingesetzt.
Historisches
Der Hygieniker Max von Pettenkofer stellte 1858[2] bei Luftwechsel-Messungen in seinem Büroraum fest, dass sich nach dem vermeintlichen Abdichten sämtlicher Fugen die Luftwechselrate weniger als erwartet verminderte und erklärte dies durch einen erheblichen Luftaustausch durch die Ziegelwände hindurch. Nach heutigem Kenntnisstand hatte er jedoch übersehen, dass Zimmer auch andere Bauteile als Wände haben und der Ofen in seinem Versuchsraum nicht abgedichtet war. Insbesondere die Holzbalkendecken der damaligen Zeit stellten sich bei Messungen mit und ohne Linoleumauflage später als sehr fugenundicht heraus. Dass Ziegel, Luftkalkmörtel und ähnliche poröse Baustoffe luftdurchlässig sind, demonstrierte er durch einen Versuch, in dem er auf die Stirnflächen eines wenige Zentimeter großen zylindrischen und seitlich abgedichteten Probenstücks einen kleinen Trichter aufsetzte und durch kräftiges Blasen durch die Probe hindurch eine Kerze ausblies. Der Luftaustausch durch die Zimmerwände hindurch sei, so Pettenkofer, ein wesentlicher Beitrag zum Raumluftaustausch. Nasse Wände hingegen würden den Luftwechsel behindern (wie ebenfalls im Versuch demonstrierbar). Pettenkofer war noch stark von der mittelalterlichen "Miasmenvorstellung" geprägt.
Es trifft zu, dass zahlreiche poröse Baustoffe im Sinne Pettenkofers luftdurchlässig sind. Ein Lufttransport durch das Porengefüge hindurch kann jedoch nur durch einen Luftdruck-Unterschied zwischen den beiden Seiten einer Wand in Gang gesetzt werden. Da sich der Luftdruck im Gebäude üblicherweise fast nicht vom Außenluftdruck unterscheidet, ist keine treibende Kraft für einen solchen Transportvorgang vorhanden. Der vom Wind verursachte Staudruck an der Außenoberfläche ist zu geringfügig, um Luftaustauschraten zu erzeugen, die im Vergleich zu den sonstigen Undichtigkeiten von Bedeutung sein könnten. Außerdem werden derartige Baustoffe in der Praxis immer in Verbindung mit einer luftdichten Schicht, z. B. Putzen, Bauplatten etc. eingesetzt, so dass die Wand als Ganzes nicht luftdurchlässig ist. Dies wurde 1928 durch Messungen unter definierten Randbedingungen an Bauteilen durch Ernst Raisch bewiesen.[3]
Der Göttinger Professor für Thermodynamik Helmut Glaser suchte um 1958 nach einem Verfahren, mit dem er den Feuchtehaushalt der Außenbauteile von Kühlhäusern dimensionieren konnte. Aufgrund deren Innentemperatur von mindestens −18 °C liegt dort ganzjährig ein starkes Temperatur- und Feuchtegefälle von außen nach innen vor. Die Nichtbeachtung der Wasserdampfdiffusion führte damals bei Kühlhauswänden zu Schäden in Wärmedämmungen aus Holzwolleleichtbauplatten und Kork an der Grenzschicht zur inneren Abdichtung (Fliesen, Ölfarbanstriche). Glaser entwickelte das erste und heute noch eingesetzte Berechnungsverfahren für die Wasserdampfdiffusion, um den Diffusionsstrom von Wasserdampf in die Konstruktion so zu modellieren, dass eine mögliche Tauwassermenge im Bauteil unkritisch blieb. Kapillare Wassertransportvorgänge wurden nicht untersucht, da das Ziel war, die Entstehung von Tauwasser zu unterbinden. Kapillarer Wassertransport tritt erst bei Flüssigwasser im Bauteil ein, was nicht nur bei −18 °C Frostschäden verursachen würde.[4] Das Glaser-Verfahren wurde 1981 in die DIN 4108-3 als Nachweisverfahren aufgenommen.
Feuchteabfuhr
In der Umwelt- und Gesundheitsdiskussion der 1980er Jahre wurden die Begriffe atmende Wand, offenporig und Feuchteaustausch durch diffusionsoffene Baustoffe wieder aufgenommen und der Austausch von Luftfeuchtigkeit zwischen Raumluft und Außenluft im Pettenkoferschen Sinne erneut als Beitrag zur Wohngesundheit gedeutet.[5]
Jeder Baustoff steht in einem Feuchtegleichgewicht zu seiner Umgebung. Je nach seinem Standort stellen sich ein Feuchtegleichgewicht und ein typischer Wassergehalt im Bauteil ein.[6] Ein Bauteil steht in einem Feuchtegleichgewicht mit dem Wasserdampfgehalt der Raum- und Außenluft. Diese ist im Winter sehr trocken (30 % rel. Feuchte) und die Raumluft feuchter (um 30–60 % rel. Feuchte). Die Wanderung der Wasserdampfmoleküle beruht auf deren temperaturbedingten Eigenbewegung (Energieaufladung) und ihrem Konzentrationsgefälle zwischen innen und außen.[7]
In einem normalen Haushalt werden durch Atmung, Transpiration (durch Menschen und Zimmerpflanzen), Kochen usw. ca. 5 bis 10 l Wasser pro Tag als Wasserdampf frei. Davon können nur 1–3 % mittels Wasserdampfdiffusion durch die Wände nach außen abgeführt werden, da alle Baustoffe der Diffusion einen Widerstand entgegensetzen.[5] Unter Umständen besteht die Gefahr einer Schädigung durch Frostsprengung nach Kondensation bzw. Sublimation, falls in die Wand eindringende oder eingedrungene Feuchtigkeit sich ansammelt und nicht abgeführt wird. Eine Reduktion des Wassergehalts tritt bei porösen Baustoffen in erster Linie durch kapillaren Transport an die Bauteiloberfläche ein.[5]
Eine völlige Dampfdichtheit der Bauteile ist nicht erforderlich und in der DIN 4108 auch nicht gefordert. Mit dem Berechnungsverfahren kann eine große Vielzahl von Materialien und Konstruktionen normgerecht ausgewählt werden.
Luftwechsel
In Wohnräumen gilt für den Luftwechsel ein Rechenwert zwischen 0,3 und 0,6 pro Stunde (DIN 4108-2 von 2011, Abschnitt 4.2.3 und Energieeinsparverordnung). Eine Luftwechselrate von 0,5/h bedeutet, dass das halbe Luftvolumen des umbauten Raumes innerhalb einer Stunde einmal ausgetauscht wird. Sofern keine auffälligen Gerüche in der Wohnung vorliegen, äußert sich ein ungenügender Luftwechsel häufig durch zu hohe Luftfeuchtigkeit. Aufgrund der Vermischung der Frischluft mit der vorhandenen Raumluft wird jedoch üblicherweise die Raumluft nicht vollständig erneuert. Das Verhältnis der "tatsächlichen Lufterneuerung" und der Luftwechselrate ist eine charakteristische Kenngröße für das gewählte Lüftungskonzept und wird als Lüftungseffektivität bezeichnet. Alternativ kann eine Lüftungsanlage mit und ohne Wärmerückgewinnung (Wärmetauscher) die nötige Luftwechselrate sicherstellen.
Kritiker der Wasserdampfdichtheit aufgrund absichtlich und unabsichtlich angebrachter diffusionsdichter Schichten ziehen die in der Realität (wegen der Lüftungswärmeverluste und verbundener Abkühlung der Wohnräume) zu selten durchgeführten Luftwechsel in Wohnräumen (siehe hier) als Argument heran, Dampfsperren nicht einzubauen bzw. zuzulassen.
Feuchtepufferung
Die Feuchteproduktion in Wohnräumen schwankt stark, etwa durch Kochen, Duschen, Schlafen etc. Zeitweilig hohe Spitzenwerte der Luftfeuchte mit Tauwasserausfall an kühleren Stellen wie Wärmebrücken oder „Eisblumen“ an schlecht wärmegedämmten Fenstern werden durch Wasserdampf-Sorption in allen hygroskopischen Innenbekleidungen sämtlicher Bauteile (Putze, Holzwerkstoffe, Faserplatten) verhindert bzw. entschärft. Sorption ist eine natürliche Eigenschaft aller mineralischen Baustoffe und hat keinen Antrieb. Die Sorptionsmengen werden auch wieder an die Raumluft abgegeben, wenn die Raumluftbeladung mit Wasserdampf durch Kochen, Baden usw. wieder zurückgeht. Aus der Raumluft müssen sie weggelüftet werden. Zur aktiven Lüftung gibt es keine Alternative. Da diffusionshemmende oder -dichte Baustoffe hinter den raumseitigen Endbeschichtungen der Bauteile liegen, bleibt deren Sorptionsfähigkeit erhalten. Bei Innendämmungen werden immer öfter diffusionsoffene, sog. kapillaraktive Dämmstoffe eingesetzt. Diese können das durch ihre Diffusionsoffenheit erzeugte flüssige Tauwasser im Bauteil wieder innerhalb ihrer Porenstruktur nach innen und außen saugen und das entstandene Problem wieder entschärfen.[8] Hierbei ist zu beachten, dass in Zonen mit Temperaturen unter dem Taupunkt Tauwasser ausfallen kann. Auch sind Schäden durch diffusionshemmende Dämmstoffe bei Innendämmungen nicht belegt, sondern reine Behauptungen. Ganz im Gegenteil kann ein Tauwasserausfall durch innere diffusionshemmende Schichten minimiert werden, so dass sich sogar die im ungedämmten Zustand in der Wand auftretende rechnerische Tauwassermenge reduziert.[9]
Verhältnis zu anderen Stoffen
In der Regel sind die Wandoberflächen nicht die einzigen sorptionsfähigen Oberflächen im Raum. Textilien wie Teppiche, Vorhänge oder Polstermöbel haben meist noch größere Sorptionskapazitäten als die Wandmaterialien und können sehr große Oberflächen aufweisen. Auch Einrichtungsgegenstände aus unbehandeltem Holz können in gewissen Maße zur Sorption beitragen. Allerdings stellt sich auch dabei ein Feuchtegleichgewicht im geschlossenen System ein, Feuchtigkeit kann aus dem System dann nur durch Zulüften trockenerer Luft abgeführt werden. Sofern das passiert, sind die im Wohnbereich auftretenden Feuchtespitzen nur von relativ kurzer Dauer, so dass die sorbierte Feuchtigkeit wenig Zeit hat, tief in die Wand einzudringen, bevor sie wieder desorbiert. Experimentelle und rechnerische Untersuchungen zeigen, dass sich unter diesen Umständen der größte Anteil der Puffervorgänge nur in den ersten Zentimetern unter der Wandoberfläche abspielt. Die Feuchtepufferwirkung der Wand wird also nicht beeinträchtigt, wenn tiefere Teile der Wand durch eine Dampfbremse diffusionstechnisch abgesperrt werden und die Feuchtigkeit durch Luftwechsel aus dem System abgeführt wird. Eine „atmungsfähige“ Innenbeplankung wie z. B. Gipskartonplatten genügt, um denselben Effekt zu erzielen. Lehmputz kann bis zu neunmal so viel Feuchtigkeit aufnehmen wie Gips.
Die Luftdichtheit neuer Fenster verhindert aber „automatischen“ Luftwechsel, dieser muss dann durch regelmäßiges manuelles Lüften oder über ein Zuluft-Abluft-System gewährleistet sein.
Extreme Bereiche
Eine Feuchtepufferung setzt auch eine hinreichende Möglichkeit zur Wiederabgabe der aufgenommenen Feuchtigkeit voraus. Bei regelmäßiger starker Feuchtebelastung, z. B. im Badezimmer, mag eine „atmungsaktive“ Wandoberfläche von Nachteil sein, wenn sie die Feuchtigkeit aufnimmt und trocken erscheint, so dass nicht mehr ausreichend zum Trocknen gelüftet wird und sich langfristig Schimmelpilz einstellt. Hier wäre eine weder „atmungsaktive“ noch saugfähige Oberfläche (wie z. B. Fliesen) sicherer, auf der sich Kondenswasser deutlich abzeichnet und die Notwendigkeit zu lüften sichtbar macht.
Regenschutz
Anstriche, Schutzbeschichtungen und Putze auf Außenwänden, die dem Regen ausgesetzt sind, sollten möglichst wenig flüssiges Wasser eindringen lassen, anderseits aber für Wasserdampf möglichst durchlässig – also „atmungsfähig“ – sein. Letzteres ist wichtig, wenn Wasser auf anderem Wege in die Wand eingedrungen ist und vor allem wenn die eigentlich wasserabweisende Beschichtung durch Alterung oder unterschiedliche Wärmeausdehnung der Materialien Risse bildet. Das durch die Risse eingedrungene flüssige Wasser könnte durch eine diffusionsdichte Beschichtung (Dispersionsfarben, Klinker-Riemchen) hindurch nicht mehr austrocknen. Die Folge wäre eine allmähliche Erhöhung des Wassergehalts bis zur Sättigung und eine absehbare Schädigung der Wand (Moos- und Algenbewuchs, Schimmelwachstum und Durchschimmelung bis innen, eine verminderte Isolationswirkung, erhöhte Wärmeleitfähigkeit, Frostrisse und Abplatzungen, weitere Undichtheit). Je nach langfristig zu erwartender Wasseraufnahme durch die Beschichtung hindurch ist also auch ein hinreichend geringer Diffusionswiderstand sicherzustellen. Auf alle Fälle sollen aber Baumängel (Materialien unterschiedlicher Wärmeausdehnung treffen aufeinander) bzw. eine Wasseraufnahme verhindert werden.
Forschung
Den größten Fassaden-Prüfstand Europas hat seit 2008 die Hochschule Luzern. Eine 2,5 Meter tiefe Prüfkammer mit einer 8 m × 12 m großen Öffnung ermöglicht die Prüfung der Luftdurchlässigkeit, der Schlagregendichtheit und der Widerstandskraft gegen Windlast.[10]
Andere durch Bauteile diffundierende Stoffe
Alle Dämpfe können durch poröse Baustoffe durchdiffundieren. Traurige Berühmtheit erlangte hier das Perchlorethylen, das früher häufig als Entfettungsmittel in der metallverarbeitenden Industrie verwendet wurde und unachtsam entsorgt wurde oder auch bereits bei der Benutzung verdampfte. Es kann sich in Gebäudeteilen ansammeln, sogar durch Beton diffundieren und sich in Lebensmittelfetten oder Körperfett anreichern.[11][12][13]
Literatur
- H. Künzel: Sollen Hausaußenwände atmungsfähig sein? In: Physik in unserer Zeit. Band 21, Nr. 6, 1990, S. 252–257.
- K. Kießl, H. M. Künzel: Berechnung des Einflusses der Wasserdampfsorption von Oberflächenmaterialien auf das Feuchteverhalten von Wohnräumen. In: Gesundheits-Ingenieur. Band 111, Nr. 5, 1990, S. 217–221.
Siehe auch
Weblinks
- Wasserdampf-Diffusion und ihre Rolle im Bauwesen auf YouTube, abgerufen am 12. Juni 2019.
Einzelnachweise
- DIN 4108-3: Klimabedingter Feuchteschutz. Hrsg.: DIBT. Beuth-Verlag, Berlin 2011.
- Prof Max Pettenkofer: Über den Luftwechsel in Wohngebäuden. Cottaesche Buchhandlung, München 1858.
- Ernst Raisch: Luftwechselmessungen an Baustoffen und Baukonstruktionsteilen. In: Gesundheits-Ingenieur. 51. Jahrgang, 30. Heft. Oldenbourg, München und Berlin 28. Juli 1928.
- Werner Eicke-Hennig: Der Taupunkt ist kein Wandersmann. (PDF) In: www.energieinstitut-hessen.de. Energieinstitut Hessen, 2010, abgerufen am 10. Juni 2019.
- Dr. Helmut Künzel: Kritische Betrachtungen zur Frage des Feuchtehaushaltes von Außenwänden. (PDF) In: www.energieinstitut-hessen.de. Gesundheits-Ingenieur, 1970, abgerufen am 10. Juni 2019.
- Die Kellertrockenlegung und Mauertrocknung sowie die Ursachen der Feuchtigkeit im Mauerwerk.
- Martin Krus: Feuchtetransport- und speicherkoeffizienten poröser mineralischer Baustoffe. Theoretische Grundlagen und neue Meßtechniken. Dr.-Ing-Arbeit an der Fakultät Bauingenieur- und Vermessungswesen der Universität Stuttgart, Stuttgart 1995, PDF-Datei.
- Baufachinformation des Fraunhofer-Instituts
- Dipl.-Ing. Werner Eicke-Hennig: Innendämmung - Die Taupunktmythologie. In: Der Gebäudeenergieberater. Band 09. Gentner Verlag, Stuttgart 2011, S. 12.
- Homepage der HS Luzern (PDF; 33 kB)
- Chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW). (Memento vom 11. November 2005 im Internet Archive) (MS Word; 31 kB)
- TECHNISCHE GRUNDLAGE für die Beurteilung von Betrieben, in denen leichtflüchtige halogenierte Kohlenwasserstoffe verwendet oder gelagert werden (Memento vom 13. Dezember 2014 im Internet Archive), Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit, 2006.
- Untersuchungen zur Sperrwirkung von Innenraumbeschichtungen gegenüber Tetrachlorethen in Chemischreinigungen (Memento des Originals vom 29. November 2014 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis., Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen, PDF-Datei.
