Bauphysikalische Vorgänge in der Außenwand (1. April 2012)

Schädigt Dämmung unsere Gebäude langfristig?
Ersparnis deutlich geringer als prophezeit!

Wird der Dämmwahn unsere Gebäude langfristig schädigen? Eine Frage, die immer häufiger artikuliert wird, und zwar nicht nur von Experten, die den Dämmwahn für übertrieben halten! Indes verdient sich die Dämmstoffindustrie eine goldene Nase, weil der Staat die Dämmorgie subventioniert. Wer dagegen ist, wird quasi als Umweltsünder diffamiert!

Soeben (am 22. März 2012) hat der Haushaltsausschuss des Deutschen Bundestages die Mittel für die CO2-Gebäudesanierungs-Programme für 2012 in voller Höhe freigegeben. Damit stehen für 2012 bis 2014 jährlich jeweils 1,5 Mrd. Euro für die KfW-Programme bereit. Der Gesetzgeber setzt bei der Gebäudesanierung aber weiterhin auf freiwillige Anreize.

Die aktuelle Studie der dena vom 26. März 2012 gelangt zwar zu folgender Aussage: „Energieeffizientes Bauen und Sanieren lohnt sich“  -, nur fehlen hier leider die Langzeiterfahrungen und es werden keine Aussagen zu den bauphysikalischen Auswirkungen getroffen. Wer eine Modernisierung plant, sollte vor allem eine perfekt aufeinander abgestimmte Sanierung, die natürlich am teuersten ist, durchführen, wozu neue Fenster, eine effiziente Heizungsanlage und die komplette Dämmung der beheizten Flächen hin zu den unbeheizten Gebäudeflächen gehören. Da jedes Gebäude quasi ein Unikat ist, lassen sich Querverweise, insbesondere zur Energieeinsparung, nur sehr schwer verallgemeinern.

Fakt ist, wer die bauphysikalischen Gesetze vorsätzlich missachtet, wird eines Tages bestraft dafür! Apropos: Asbest wurde einst auch als Baustoffwunder im Brandschutz hochgejubelt, bis das Zeug als krebserregend verteufelt wurde. Die zurückgebliebenen Opfer kämpfen heute noch, sofern sie noch leben, um Entschädigung (siehe aktueller Prozess um den Schweizer Milliardär Schmidheiny in Italien)!

Eigentümer für sein Haus selbst verantwortlich!
Die vollmundigen Einsparungsversprechen, die mit den Dämmmaßnahmen einhergehen, werden bisher in der Praxis kaum erreicht! Hier findet eine bewusste Verdummung der Hausbesitzer statt! Baufinanzierer beispielsweise, die vom Bauen nur bedingt Ahnung haben, versprechen gigantische Einsparungseffekte, dass sich die Balken biegen. Langzeiterfahrungen (über 30 Jahre) sind bisher Fehlanzeige, da die erhöhten EnEV-Anforderungen von 2009 erst wenige Jahre alt sind. Wer wäre schon vor zehn Jahren auf die Idee gekommen, sein Haus in Dämmstoff einzupacken? Jetzt rächt sich die lasche Baugesetzgebung der letzten Jahrzehnte hinsichtlich der Energieanforderungen, so dass in Deutschland ein großer energetischer Sanierungsstau ansteht!

Jeder Hauseigentümer sollte vor einer energetischen Sanierung genau prüfen, was für sein Haus das Richtige ist. Diese hohe  Verantwortung kann dem Hauseigentümer keiner abnehmen! Wer jetzt falsch und übereilt handelt oder sogar noch den billigsten Anbieter auswählt, wird später vergeblich um Hilfe suchen. Weil, wie immer, keiner verantwortlich dafür ist! Eine objektive  Darstellung der tatsächlichen bauphysikalischen Vorgänge in der Außenwand soll zeigen, was jeder Hausbesitzer in seine Sanierungsüberlegungen einbeziehen sollte.

Wasser muss immer raus!
Der Antrieb jeder Überlegung sollte sein: das Wasser aus den Bauteilen zu verdrängen oder den Wassergehalt derart zu senken, dass sein schädigender Einfluss minimiert wird.

Die Beurteilung des hygrothermischen Verhaltens erfolgt durch eine getrennte Betrachtung von Wärme- und Feuchtetransport. Für das Verhalten der Konstruktion hinsichtlich des Feuchtetransportes gilt es nachzuweisen, dass die Menge des in den Wintermonaten entstehenden Kondensats kleiner als die Trocknungsmenge im Sommer ist. Die Berechnung der Kondensatmenge erfolgt nach dem Wasserdampfdruckschema (nach Glaser).

Aufgrund der Wasserdampfdiffusion stellt sich im Innern der Wandkonstruktion immer ein Dampfdruck ein, entsprechend der Feuchtegradienten Innen-Außen und dem Temperaturgefälle. Wird innerhalb der Konstruktion an einer Stelle der Wasserdampfdruck größer als der der Wandtemperatur entsprechende Sättigungsdampfdruck, so tritt Kondensation (Tauwasser) ein.

Kapillarität (Flüssigkeitstransport) bestimmt einerseits, wie schnell ein Bauteil wie viel Wasser aufnimmt, wenn es direkt mit Feuchtigkeit in Berührung kommt (Regen, Spritzwasser, Bodenfeuchte, Kondenswasser); andererseits bestimmt sie die Austrocknungsgeschwindigkeit der eingebauten Bauteile, in denen durch Diffusion transportierter Wasserdampf zu Wasser auskondensiert. Es werden bekanntermaßen drei Kapillarsysteme unterschieden:
- ein gut ausgebildetes Kapillarsystem mit Kapillaren unterschiedlichen Durchmessers: Großes Wasseraufnahmevermögen, großes Feuchteabgabevermögen - z.B. Ziegel,
- eine geschlossenzellige Struktur mit wenigen Kapillaren zwischen den Zellen: Großes Wasseraufnahmevermögen, geringes Feuchteabgabevermögen - z.B. Porenbeton,
- eine Struktur mit kleinen, abgeschlossenen Poren und Kapillaren: Geringes Wasseraufnahmevermögen, geringes Feuchteabgabevermögen - z.B. Beton.

Feuchtigkeit und Wärmedämmung
Feuchtigkeit setzt die Wärmedämmwirkung eines Baustoffes stark herab. Für das thermische Verhalten einer Wandkonstruktion ist daher nicht allein die Wärmedämmung ausschlaggebend, sondern auch das Beibehalten der Wärmedämmeigenschaften der Baustoffe unter Feuchtigkeitseinfluss. Da eine Außenwand durch Witterungseinflüsse und Tauwasseranfall immer feucht werden kann, ist ein schnelles Trocknungsverhalten der Konstruktion von entscheidender Bedeutung. Wie zuvor formuliert, entfeuchtet sich Ziegelmauerwerk aufgrund seiner Kapillarleitfähigkeit schneller als grobporiges Material, wie z.B. Porenbeton oder sehr dichtes Material, wie z.B. Beton oder Kalksandstein.

Wenn in einem Baustoff mit ausgeprägter Kapillarität Wasserdampf auskondensiert, beginnt im selben Moment der Transport des Kondenswassers in Richtung der geringeren Materialfeuchte, also zur wärmeren Seite der Wand hin, wo das Kondenswasser dann wieder verdunsten kann. Verdunstung findet immer dann statt, wenn Luft auf das Tauwasser trifft (auch als Verdunstungszone bezeichnet: typisch für den Sockelbereich am Gebäude).

Unter den oben getroffenen Voraussetzungen kann in einem porösen Medium Feuchte sowohl durch Wasserdampfdiffusion als auch kapillare Leitung transportiert werden. Bei mehrschichtigen Konstruktionen gilt für jede Schichtgrenze: Erreicht oder überschreitet der berechnete Partialdruck an einer oder mehreren Stellen den Sättigungsdampfdruck, so kommt es zur Kondensation. Kommt es an nur einer Schichtgrenze innerhalb der Konstruktion zur Tauwasserbildung, so bilden sich von dieser Kondensationsebene wegführende Kapillarwasserströme.

Kapillarentfeuchtung: Fehlanzeige!
Diffusionsoffene Außenwanddämmungen, wie z.B. Polystyrol, Mineralwolle oder Holzfaserplatten, sind infolgedessen schonungslos zur Feuchteaufnahme verurteilt, da nur eine geringe oder gar keine Kapillarentfeuchtung stattfindet. Sämtliche gedämmte Außenfassaden kühlen aus diesem Grunde schneller aus, weil die Außenwand von der Sonne nicht mehr erreicht und somit auch nicht erwärmt werden kann, dieweil der Wärmestrom unterbrochen wird. Insbesondere synthetische Dämmstoffe wie EPS, XPS und PUR, die massenhaft verbaut werden, obwohl sie die meiste Energie zu ihrer Herstellung benötigen, verfügen über eine relativ geringe Wärmespeicherfähigkeit im Gegensatz zu natürlichen Dämmstoffen (Holzweich- und Holzfasern, Zellulose und Hanf, der seit 1996 wieder angebaut werden darf). Hanf, als nachwachsender Rohstoff, kommt z.B. gut mit Feuchtigkeit aus und verfügt über eine hohe Schimmelresistenz.

In engen Fachkreisen ist unstrittig, dass sowohl die Oberflächendiffusion als auch die Kapillarleitung zum Flüssigtransport und nicht zur Dampfdiffusion zählen. Durch die Oberflächendiffusion, die der Dampfdiffusion entgegengerichtet ist, wird der Feuchtetransport von innen nach außen in der betrachteten Kapillare (winzige Hohlräume) vermindert, bei einer weiteren Zunahme der Gesamtfeuchte durch Einsetzen der Kapillarleitung sogar umgekehrt.

Klar ist auch, in jeder kühleren Nacht kondensiert die Feuchtigkeit aus der Außenluft als Tauwasser (td Taupunkt – siehe Grafik) in der gedämmten, kühleren Fassade. Da der dampfförmigdiffusive Feuchtetransport in Baustoffen nur etwa ein Promille (1/1000) des kapillaren Transports ausmacht, geben die millionenfach eingebauten diffusionsoffenen Dämmstoffe und Beschichtungen die aufgesaugte Feuchtigkeit nur äußerst ungern wieder ab. Die im Baustoff flüssig vorliegende Kondensfeuchte reichert sich in der Dämmstoffschicht an und trocknen nur noch schwer aus. Die Folge: Eine feuchte Wärmedämmung verliert massiv  ihre Dämmeigenschaft!

Bei geeigneten niedrigen Temperaturen gefriert die Feuchte in der Fassade, was zu Rissen und Aufblähungen im Putz führt: Ursache hierfür ist die Volumenvergrößerung, so dass der Putz vom Untergrund abschert (oftmals im Sockelbereich zu sehen - besonders intensiv bei häufigen Frost-Tau-Wechseln). Dieses Problem wird durch den Kunstharzputz noch beschleunigt, der häufig bei den WDVS eingesetzt wird, weil er einfach nur billiger ist, aber wegen seiner Materialeigenschaft ebenfalls den Wasserabtransport hemmt. Das Haus trägt gewissermaßen einen nassen Mantel auf durchfeuchteter Haut (gedämmte Außenwand), weil mehr Wärme von innen nach außen abfließt. Die vollmundige Energieersparnis bleibt aus, statt dessen steigt die Gefahr, dass sich Schimmelpilze ansiedeln und die Gebäudesubstanz geschädigt wird.

WDVS ziehen Mikroorganismen regelrecht an
Dass Wärme-Dämm-Verbund-Systeme (WDVS) schneller von Algen, Moosen und Flechten besiedelt werden, kann jeder sehen, der mit offenen Augen energetisch sanierte Gebäude nach einer nur kurzen Zeitspanne anschaut. Typische Beispiele, die der Autor vor kurzem bei einigen sanierten Wohnblöcken (ehemals Betonfertigteilfassaden) in Berlin-Marzahn und Hellersdorf begutachtet hat, sind die unansehnlichen, großflächigen Algen- und Moosansiedlungen. Hierfür gibt es in der Regel zwei Gründe:
- Die Putzschicht auf dem WDVS hat keinen thermischen Kontakt mehr zum Mauerwerk und kühlt demzufolge nachts schneller ab. Deshalb schlägt sich auf der Fläche häufiger Tau (Niederschlag) nieder.
- Nach einer Befeuchtung durch Regen oder Tau in der kalten Jahreszeit trocknet die Oberfläche nicht so schnell ab, weil sie nicht von innen erwärmt wird. Dieser Wärmestrom wird insbesondere durch die aufgebrachte Dämmung unterbrochen.

Wenn feuchte Raumluft durch Bauteile strömt, kühlt sie sich ab und es kann bei Taupunktunterschreitung zu Kondensation (Tauwasseranfall) in der Konstruktion kommen. Dies beeinträchtigt die Lebensdauer und kann zu Schimmelbildung führen. Wenn die Dämmung von der Luft durchströmt wird, ist sie wirkungslos, weil die Wärme dann mit der Luft durch die Dämmung hindurch das Haus verlässt. Die luftdichte Ebene wird, z.B. mittels Folie auf der Innenseite der Wand hergestellt. Solche Folien können diffusionsdicht sein (Dampfsperre) oder auch diffusionsoffen sein (Dampfbremse).

Wärmedämmung auf der Außenwandfläche mindert zwar den Austrag von Wärme, verhindert aber ebenso den Eintrag. Darüber hinaus sind Kunstharzputze in erhöhtem Maße anfällig für Algen und Pilzsporen an schlecht austrocknenden bzw. schlecht belüfteten Bereichen. Der Grund liegt in einem hohen organischen Anteil des Bindemittels und der geringeren Dampfdurchlässigkeit gegenüber mineralischen Putzen.

Die unansehnlichen dunklen, mikrobiellen Hauswandbewohner, wie z.B. Algen und Pilze, haben nämlich einen gemeinsamen Wohlfühlfaktor: sie brauchen Feuchtigkeit. Hinzu kommt, dass WDVS-Fassaden ein sehr geringes Wärmespeichervermögen haben, aufgrund ihrer geringen Rohdichte. Nach Sonnenuntergang kann die Temperatur innerhalb weniger Stunden leicht um 20 Grad Celsius absinken.

Was geschieht bei Innendämmung?
Die nach der DIN 4108 errechnete Tauwassermenge überschreitet zum Teil die zulässige Menge, so dass oftmals von einer Innendämmung abgeraten wird (z.B. anwendbar im denkmalgeschützten Fassadenbereich, wo ein Außendämmung nicht in Betracht gezogen werden kann).

Der Feuchtetransport durch Bauteile findet wie bereits festgestellt mittels Dampftransport (Diffusion und Konvektion) oder Flüssigtransport (Kapillarität) statt. Bei der Dampfdiffusion „wandert” aufgrund des Druckausgleichs die Luft mit höherem Dampfdruck (warme, feuchte Luft) zu der Luft mit niedrigerem Dampfdruck (kalte, trockene Luft). Siehe anhand der Grafik, bei dem ein Wasserdampf-Luftgemisch infolge der Abkühlung Kondensat (Tauwasser) freigibt. Faustregel: Je wärmer die Luft ist, desto mehr Wasserdampf kann in ihr enthalten sein!

   

In einem Gebäude diffundiert aufgrund des Dampfdruckgefälles die vorhandene warme, feuchte Innenluft durch Bauteile (z.B. Außenwände oder das Dach) hindurch. Die Diffusion findet gewissermaßen immer statt. Bei der Diffusion kühlt sich die Luft innerhalb des Bauteils ab, im ungünstigsten Fall kann es so zu Tauwasserausfall (Unterschreitung des Taupunktes – Taupunkttabelle) innerhalb des Bauteils kommen.

Durch eine Innendämmung rückt der Taupunkt einer Wandkonstruktion weiter nach Innen, im Gegensatz zur Außendämmung (siehe Grafik), wodurch die Gefahr von auftretendem Tauwasser innerhalb der Wand steigt. Die Möglichkeit, dieses durch den Einbau von Dampfsperren oder -bremsen zu verhindern, scheidet im Altbau in der Regel aus, weil es schier unmöglich ist, alle Anschlüsse luftdicht (Blower-Door-Test) auszuführen. Ähnliches Phänomen entsteht bei den Wärmebrücken, die als konstruktive Schachstellen die Entwicklung von Feuchtigkeit (Schimmelpilz-wachstum) begünstigen!

Es besteht die Gefahr, dass es durch Undichtigkeiten in der Dampfsperre zu Feuchtekonvektion und damit zu erhöhtem Tauwasseranfall kommen kann. Besonders problematisch ist, dass durch die Konvektion ein Vielfaches an Tauwassermengen verglichen mit der Diffusion innerhalb eines Bauteils ausfallen kann. Daher wird bei bestehenden diffusionsoffenen Wandkonstruktionen von einer Innendämmung mit Dampfsperre abgeraten.

Abhilfe schaffen diffusionsoffene Wandaufbauten sowie die Verwendung von hygroskopischen Materialien (Lehm) bei der Montage einer Innendämmung. Diese Materialien sind in der Lage, anfallendes Tauwasser aufzunehmen und aufgrund ihrer Kapillarität auch wieder an die Raumluft abzugeben, ohne dass Bauschäden (beispielsweise Schimmelpilze) entstehen.

Die Kombination von Lehm und Schilfrohr hat sich über Jahrhunderte als funktionierende Kombination bewährt und überliefert. Durch seinen hohen Silikatgehalt nimmt Schilfrohr kaum Feuchtigkeit auf, die Dämmwirkung bleibt dauerhaft erhalten. Lehm ist durch seine hohe Hygroskopizität und seine gute Kapillarleitfähigkeit in der Lage, die eventuell anfallende Feuchtigkeit aufzunehmen und abzutransportieren. Nur, wer baut heute noch mit Lehm und Schilfrohr? In der öffentlichen Wahrnehmung nur ein paar Öko-Spinner!

Eine Schichtenfolge dampfdurchlässiger Baustoffe, z.B. bei einer Gebäudewand, trennt in der Regel zwei Luftmassen unterschiedlicher Temperatur und relativer Luftfeuchte. Das Konzentrationsgefälle für den Wasserdampf  bewirkt somit einen Diffusionsstrom durch die Wandkonstruktion. Da Dampfdiffusion und Wärmeleitung formal ähnlichen Gesetzen gehorchen.

Um Kondensation zu vermeiden, ist eine Dampfsperre auf der Seite des höheren Dampfdruckes (meistens innen) anzuordnen. Bestehen in der Luft Zonen unterschiedlichen Dampfdruckes, so findet aufgrund des Fick'schen Gesetzes eine Wanderung der Dampfmoleküle in Richtung geringerer Konzentration statt.

   

Fazit: Anhand dieser komplizierten bauphysikalischen Abläufe in der Außenwand ist es nur zu verständlich, dass nur wenige mit dieser schwer verständlichen Materie freiwillig befasst sein wollen. Das weit verbreitete Unwissen schädigt langfristig unsere Gebäude, da sich jede gegenwärtige Diskussion nur mit der angeblichen Energieeinsparung beschäftigt, die in Wirklichkeit viel geringer ist, als prophezeit, ohne die Risiken, die damit verbunden sind, überhaupt ins Auge zu fassen. Darüber hinaus ist die Energiebilanz mehr als diskussionsbedürftig, sind doch gerade die synthetischen Dämmstoffe und die Kunstharzputze bei der Herstellung sehr energieintensiv.

So gut wie gar nicht im Blickfeld der allgemeinen Betrachtung ist der bedenkliche Rückbau. Handelt es sich doch bei den synthetischen Dämmstoffen und den Kunstharzputzen um Sondermüll, der separat zu entsorgen ist. Unser derzeitiges Handeln und Tun, trotz hohem Sanierungsstau im Gebäudebereich (siehe Grafik), bürdet den zukünftigen Generationen schier unlösbare Probleme auf, und zwar nicht nur in der energetischen Gebäudesanierung!
Dipl.-Ing. (FH) Uwe Morchutt

Glossar

Kapillarität
Die Kapillarität bestimmt einerseits, in welcher Zeit ein Bauteil bei direkter Berührung mit Feuchtigkeit (Schlagregen, Spritzwasser, Bodenfeuchte, Kondenswasser) welche Menge an Wasser aufnimmt. Andererseits bestimmt die Kapillarität die Austrocknungsgeschwindigkeit von Bauteilen, in denen durch Diffusion transportierter Wasserdampf zu Wasser auskondensiert ist.

Kapillare Feuchtebewegung
Oberflächenspannungen entstehen durch gegenseitige Anziehungskräfte der Flüssigkeitsmoleküle (Kohäsion). Die Benetzbarkeit gibt die Kraftwirkung an der Grenzfläche Flüssigkei -Feststoff (Adhäsion) wider, die die Ursachen für den kapillaren Feuchttransport in porösen Baustoffen sind.

Kunstharzputz
Kunstharzputze bestehen aus organischen Bindemitteln, wie Polyester-Harze, Polyurethan-Harz, Epoxidharz, Methylmethacrylatharz und mineralischen Zuschlägen wie Sand sowie organischen Lösemitteln. Die Herstellung der Kunstharze ist sehr energieintensiv und je nach Art und Freisetzung des Bindemittelanteils mit erheblichen umweltgefährdenden Emissionen verbunden. Bei der Verarbeitung besteht die Gefahr von Hautschäden, Augenreizen, Allergien und Asthma. (Quelle: Umweltlexikon)

Praktischer Feuchtegehalt
Baustoffe sind permanent dem Einfluss von Feuchtigkeit ausgesetzt. Der praktische Feuchtegehalt wird auch als hygroskopischer Wassergehalt von Baustoffen bezeichnet, der volumen- oder massebezogen in Prozent ausgedrückt wird. Je trockener ein Baustoff ist, desto geringer ist seine Wärmeleitfähigkeit bzw. desto besser ist die Wärmedämmwirkung.

Synthetische Dämmstoffe
Polystyrol Hartschaum (EPS)
Polystyrol Extruderschaum (XPS)
Polyurethan Hartschaum (PUR) (Quelle: www.waermedaemmstoffe.com)

Wasserdampfdiffusion
Aufgrund ihrer Molekularbewegung können Wasserdampfmoleküle unterschiedliche Feuchtigkeitsgehalte ausgleichen. Trennt ein Bauteil zwei Bereiche mit unterschiedlich hohem Wasserdampfgehalt, aber gleichem barometrischen Druck, so dringen infolge der Molekularbewegungen Wassermoleküle in die Wand. Die Moleküle durchwandern das Bauteil und treten an der freien Seite aus. Diesen Vorgang nennt man Diffusion

Wasserdampfdiffusionsverhalten
Das Wasserdampfdiffusionsverhalten von Baustoffen ist in erster Linie von Ihrer Dichtheit gegenüber dem Durchdringen von Wasserdampf abhängig. Diffusionsoffene Baustoffe ermöglichen den Durchgang von Wasserdampf, diffusionsdichte Bauteile führen zu einer Sperrwirkung.

Wärmespeicherfähigkeit
Je schwerer ein Baustoff ist (hohe Rohdichte), desto mehr Energie kann er speichern. Diese Wärmespeicherfähigkeit wirkt sich direkt auf den Wohlfühlfaktor der Bewohner aus, weil der größte Teil als Wärmestrahlung (Temperaturstrahlung) wieder abgegeben wird.

Quellen: u.a. eigenes Bauarchiv, Kleine Bauphysik-Kunde, Grundwissen – Wienerberger, 8. September 2011, Stephan Kohler - Neue dena-Studie zu Kosten und Potenzialen der energetischen Gebäudesanierung. Pressekonferenz am 26. März 2012, Berlin, Grafiken: umo, dena