Luftfeuchte und Wasserdampfdiffusion

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Die relative Luftfeuchte

Luft hat die Eigenschaft, Wasser an sich zu binden oder abzugeben. Dieser Vorgang erfolgt unverzüglich in Abhängigkeit zur Lufttemperatur und mit der Änderung der Temperatur. Wird Luft erwärmt, steigt die Fähigkeit, Wasser zu binden. Warme Luft kann daher wesentlich mehr Wasser an sich binden als kalte Luft. Im Umkehrschluss muss Luft, die abgekühlt wird, auch immer direkt Wasser freigeben. Dies geschieht in Form von Kondensat bzw. Tauwasser. Im Baubereich sind hierbei kalte Bauteile, insbesondere Wärmebrücken oder sonstige schlechtgedämmte Bauteile zu beachten, die aufgrund ihrer geringen Oberflächentemperatur zu einer Abkühlung der Grenzschicht der Luft führen.

Für die bauphysikalische Bewertung im Rahmen der Planung oder zur Bewertung von Bauschäden ist die relative Luftfeuchte von Interesse, die im Zusammenhang zur möglichen Sättigungsfeuchte gesehen werden muss. Ist Luft gesättigt, beträgt die Luftfeuchte 100%. Bei einer Lufttemperatur von z.B. 20°C kann Luft maximal 17,3 g/m³ Wasser im gasförmigen Zustand aufnehmen (siehe nachfolgende Tabelle). Liegt der Wasseranteil höher, bildet sich freies Wasser bzw. ein Nebelgebiet. Dieser Überschuss an Feuchtigkeit wird in Form von Raureif im Winter oder Kondensatausfall auf kälteren Bauteilen sichtbar.



Die relative Luftfeuchte Φ steht immer im Zusammenhang zur Temperatur der Luft. Liegt die relative Luftfeuchte bei 50% und 20°C dann beträgt die absolute Luftfeuchte 8,65 g/m³. Wird die Lufttemperatur erhöht und der absolute Wassergehalt beibehalten, sinkt die relative Luftfeuchte. Kommt es jedoch zu einer Abkühlung der Luft, dann steigt die relative Luftfeuchte, wenn die absolute Luftfeuchte beibehalten wird.

Die relative Luftfeuchte Φ oder relative Luftfeuchtigkeit ist der Quotient aus der Feuchtekonzentration c zur Sättigungsfeuchte c_s bei einer bestimmten Temperatur.

Φ = c / c_s

c = Wasserdampfkonzentration in [g/m³] und c_s = Sättigungsfeuchte in [g/m³]

Kondensat und Baustoffe
Da man Wärme und Feuchte bauphysikalisch nicht voneinander trennen kann, müssen immer beide Aspekte in den Betrachtungen berücksichtigt werden. Verändert man das Temperaturniveau, wird automatisch die relative Luftfeuchte verändert. Dabei sind besonders die Oberflächentemperaturen von raumumschließenden Bauteilen von Interesse. Je größer der Temperaturunterschied ∆T zwischen der warmen Raumluft und den kalten Bauteiloberflächen ist, umso größer ist die Gefahr des Tauwasserausfalls auf den Oberflächen. Besonders im Winter werden diese Phänomene deutlich, die sich dann in Form eines Schimmelpilzbefalls an Wärmebrücken oder schlecht gedämmten Bauteilen zeigen können (siehe Abb. 1)

Bei diesen Phänomenen sind neben der Oberflächentemperatur auch die sorptiven Baustoffeigenschaften von Bedeutung, die bei mineralischen bzw. natürlichen Baustoffen beachtet werden müssen. Diese Eigenschaft unterscheidet Putz, Beton, Holz oder Mauerwerk grundsätzlich von Baustoffen wie Glas, Metall oder Kunststoff.  Bei diesen Baustoffen findet ein Kondensatausfall nur anhaftend an der Oberfläche statt. Bei den mineralischen und natürlichen Baustoffen steht das Material mit seinem Feuchtegehalt, der Ausgleichsfeuchte, in ständiger Beziehung zur Raumluftfeuchte. Das bedeutet, dass diese Baustoffe nie ganz trocken sind. Weiterhin finden permanent und abwechselnd die Prozesse von Adsorption, Absorption und Desorption statt (siehe Abb. 3)

Steigt die relative Luftfeuchte in einem Raum über 60% bildet sich in den Kapillaren des Baustoffs ein Sorbatfilm. Damit findet neben der Wasserdampfdiffusion noch zusätzlich eine Feuchtewanderung in das Bauteil statt, die als Kapillarkondensation auch von der Größe der Kapillare unterstützt wird. Bei diesem Vorgang ist die relative Luftfeuchte die treibende Kraft und nicht der Dampfdruck. Der Transport des Wassers in die Poren und Kapillare findet dabei in flüssiger Form statt. Dieses freie Wasser in den Kapillaren ist eine Grundlage für einen Befall mit Schimmelpilz auf Oberflächen.
 
Im Mauerwerksbau beginnt die kapillare Kondensation bereits zwischen 25 – 50% relative Luftfeuchte. Diese Feuchtigkeit in den mineralischen Baustoffen hat nichts mit dem Taupunkt in der Konstruktion nach Glaser zu tun. Dieser Wert sagt ausschließlich etwas über die Ausgleichsfeuchte im Material aus, die von der Absorption bestimmt wird. Weil die relative Luftfeuchte in diesem Fall bestimmend ist, ist im Sommer ein mineralischer Baustoff feuchter als im Winter, weil die Luft aufgrund des höheren Temperaturniveaus eine höhere Feuchtelast transportiert.

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