Tauwasser und Glaser-Verfahren

Nachweise und Nachweisfreie Konstruktionen nach DIN 4108-3

Die Planung des Feuchteschutzes von Gebäuden ist ein zentraler Punkt des mangelfreien Bauens. Feuchtigkeit an Gebäuden kann unterschiedlichen Ursprungs sein und beeinflusst die Haltbarkeit von Konstruktionen. Dabei muss man neben Risiken wie Frost und Korrosion, die auf die Konstruktion wirken, ebenso sehen, dass auch die wärmedämmtechnischen Eigenschaften durch Wasser in der Dämmebene verschlechtert bzw. aufgehoben werden.

Gallerie

Die Norm zum Feuchteschutz
Innerhalb der DIN 4108 zum Wärmeschutz und der Energie-Einsparung in Gebäuden werden mit dem Teil 3 der Norm die Vorgaben zum klimabedingten Feuchteschutz für die Planung geregelt. Die DIN 4108-3: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz – Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung beinhaltet nicht nur die Anforderungen an den Regenschutz, sondern betrachtet vorrangig die Diffusionsvorgänge zwischen Innen- und Außenräumen und den gegebenenfalls daraus resultierenden Folgen, bedingt durch den Ausfall von Tauwasser in der Konstruktion.

Die DIN 4108-3 muss zusätzlich im Kontext zum Erhalt der energetischen bzw. wärmedämmtechnischen Qualität der Konstruktion gesehen werden, da nur eine trockene Dämmung eine funktionierende Dämmung ist. Zusätzlich steht der Schutz der Konstruktion vor Bauschäden (beispielsweise Korrosion oder der Bildung von Schimmelpilz) als Resultat bauphysikalischer Mängel im Mittelpunkt der Betrachtungen.

Ganzheitliche feuchtetechnische Konzeption notwendig
Kernstück des rechnerischen Nachweisverfahrens der DIN 4108-3 zum Feuchteschutz ist das sogenannte Glaser-Verfahren. Da die DIN 4108-3 zu den bauaufsichtlich eingeführten technischen Regeln zählt, sind die Nachweise bereits im Rahmen des Bauantragsverfahrens abzustimmen und umzusetzen.

Ergänzend zu den Festlegungen zum Feuchteschutz muss jedoch auch die DIN 18195: Abdichtung von Bauwerken – Begriffe und die DIN 4095: Baugrund; Dränung zum Schutz baulicher Anlagen; Planung, Bemessung und Ausführung beachtet werden. Nur mit einem ganzheitlichen feuchtetechnischen Konzept lassen sich die Anforderungen des Feuchteschutzes einhalten bzw. gewährleisten.

Bildung von Tauwasser: Unschädlich oder nicht?
Der innere Tauwasserausfall ist nach DIN 4108-3 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz – Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung nicht grundsätzlich ausgeschlossen und muss gerade bei Baustoffen mit sorptiven Eigenschaften erwartet werden. Eine Tauwasserbildung ist dann unschädlich, wenn durch die Erhöhung des Feuchtegehaltes der Baustoffe der Wärmeschutz und die Standsicherheit der Bauteile nicht gefährdet sind. Unter den folgenden Bedingungen gilt diese Anforderung als erfüllt:

  • Das während der Tauperiode (Winter) anfallende Wasser muss während der Verdunstungsperiode (Sommer) wieder an die Umgebung abgegeben werden.

  • Baustoffe, die mit dem Tauwasser in Berührung kommen, dürfen nicht geschädigt werden. Hierzu zählen Pilzbefall oder Korrosion.
  • In Dach- und Wandkonstruktionen darf der Grenzwert der ausfallenden Tauwassermasse von maximal 1,0 kg/m² im Allgemeinen nicht überschritten werden. Befinden sich im Bauteil Schichten, die nicht über ihre Kapillare Wasser aufnehmen können, darf die Tauwassermasse nicht über 0,5 kg/m² liegen. Zu den nicht wasseraufnehmenden Stoffen zählen Folien, Metalle, aber auch Normalbeton nach DIN 1045-2: Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton – Teil 2: Beton – Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität – Anwendungsregeln zu DIN EN 206-1 sowie Dämmungen aus Mineralwolle und aufgeschäumten Kunststoffen (EPS, XPS oder PU). Besteht die Konstruktion auch aus Holzbauteilen, gelten die zusätzlichen Anforderungen nach DIN 68800-2 Holzschutz – Teil 2: Vorbeugende bauliche Maßnahmen im Hochbau. Neben den Auslegungen der DIN existieren Empfehlungen, die Tauwassermasse in Holzkonstruktionen auf maximal 0,25 kg/m² zu beschränken und Trocknungsreserven einzubauen.
  • Zusätzlich gilt für Holzkonstruktionen, dass der massebezogene Feuchtegehalt 3%, bei Holzwerkstoffen 5% nicht übersteigen darf.
Nachweisfreie Konstruktionen
Gemäß den normativen Vorgaben ist bei einigen Konstruktionen nach DIN 4108-3 kein Nachweis zum Tauwasserausfall notwendig. Voraussetzung dazu ist, dass der Mindestwärmeschutz nach DIN 4108-2 und die luftdichte Ausführung nach DIN 4108-7 eingehalten sind. Zu den nachweisfreien Bauteilen zählen
  • einige Wände in Massivbauweise
  • Wände mit Innendämmung ohne Schlagregenbeanspruchung
  • Holzwände nach DIN 68800-2
  • Holzfachwerkwände mit raumseitiger Luftdichtheitsschicht
  • erdberührende Wände mit Bauwerksabdichtung, aus einschaligem wärmedämmenden Mauerwerk oder Beton- bzw. Mauerwerkswände mit Perimeterdämmung
  • Bodenplatten mit Perimeterdämmung und Abdichtung nach DIN 18533
  • Außenwände, die mit einem zugelassenen Wärmedämmverbundsystem oder einem wasserabweisenden Außenputz hergestellt werden.
  • einige Dachkonstruktionen, wie z.B. nicht belüftete Dächer mit belüfteter Dachdeckung (Kaltdach)
  • Warmdachkonstruktionen, wenn unterhalb der Dämmschicht eine diffusionshemmende Schicht mit sd,i ≥ 100 m eingebaut wird (siehe auch sd-Wert). Dies gilt jedoch nur, wenn sich keine Holzbauteile zwischen der Dachabdichtung und der raumseitigen Konstruktion mit sd,i ≥ 100 m befinden.
Sonderfall Holzkonstruktionen
Trotzdem sollten insbesondere bei gedämmten Holzdachkonstruktionen die Anforderungen der DIN 68800-2 Holzschutz – Vorbeugende bauliche Maßnahmen im Hochbau beachtet werden. Die Norm zum Holzschutz fordert bei beidseitig eingeschlossenen Holzkonstruktionen in der Gebäudehülle zusätzliche rechnerische Trocknungsreserven im Glaser-Verfahren. Diese Trocknungsreserven sollen bei Dächern ≥ 250 g/(m²a) und bei Decken und Wänden bei ≥ 100 g/(m²a) liegen. Damit sollen potenzielle Feuchteeinträge aus Konvektion oder aus der Einbaufeuchte des Holzes bewertet werden.

Nachweisverfahren nach DIN 4108-3

Der Nachweis für Außenbauteile erfolgt nach dem Glaser-Verfahren als thermisch-hygrische Analogie. Dabei werden nicht nur die Wärmeströme und das Temperaturgefälle in der Konstruktion bewertet, sondern ebenso die Verteilung des Dampfdrucks, der besonders in den Wintermonaten von innen auf die Konstruktion wirkt. In Verbindung zu dem Temperaturgefälle im Inneren des Bauteils ist der Dampfdruck der wesentliche Aspekt zur Beurteilung der Sicherheit einer Konstruktion.

Da Gase – wie auch Luft – grundsätzlich das Bestreben haben, Druckunterschiede auszugleichen, führen im Winter Leckagen im raumseitigen Bereich zwangsläufig dazu, dass warme und feuchte Innenluft in die Konstruktion strömen oder diffundieren kann und an den kälteren Schichten abkühlt. Dieser Vorgang führt dazu, dass die abkühlende Luft ihre Feuchtelast abgeben muss, woraus die Feuchtigkeit im Inneren der Bauteile ansteigt.

Für Außenbauteile, die nach DIN 4108-3 nachzuweisen sind, gelten die Vorgaben des bauaufsichtlich eingeführten Glaser-Verfahrens.

Randbedingungen zur Berechnung
Für die Tauperiode über 90 Tage bzw. 2.160 Stunden von Dezember bis Februar gelten folgende Vorgaben, die in den Berechnungen zu übernehmen sind:

  • Innenklima: 20°C Innenraumtemperatur bei einer relativen Luftfeuchte von 50%; daraus resultiert ein Wasserdampfpartialdruck P von 1.168 Pa
  • Außenklima: -5°C Innenraumtemperatur bei einer relativen Luftfeuchte von 80%; daraus resultiert ein Wasserdampfpartialdruck P von 321 Pa
Für die Verdunstungsperiode über 90 Tage bzw. 2.160 Stunden von Juni bis August gelten folgende Vorgaben, die in den Berechnungen zu übernehmen sind:
  • Innenklima: Wasserdampfpartialdruck P von 1.200 Pa
  • Außenklima: Wasserdampfpartialdruck P von 1.200 Pa

Lastfälle nach Glaser
Die Norm unterscheidet vier verschiedene Fälle im Nachweisverfahren zum Tauwasserausfall:

  • Kein Tauwasserausfall – der Kurvenzug des errechneten Sättigungsdampfdrucks schneidet nicht den Zug des Partialdampfdrucks.
  • Tauwasserausfall in einer Ebene – der Kurvenzug des errechneten Sättigungsdampfdrucks schneidet den Zug des Partialdampfdrucks in einer Ebene (siehe Abb. 2).
  • Tauwasserausfall in zwei Ebenen – der Kurvenzug des errechneten Sättigungsdampfdrucks schneidet den Zug des Partialdampfdrucks an zwei Schichtgrenzen.
  • Tauwasserausfall in einem Bereich – der Kurvenzug des errechneten Sättigungsdampfdrucks entspricht dem Zug des Partialdampfdrucks in einem Bereich.

Bewertung nach Glaser
Da der Glaser-Nachweis eine modellhafte Berechnung ist, die stationäre Randbedingungen nutzt, bildet die Berechnung nicht die Realität ab. Neben den festgeschriebenen Berechnungsansätzen zu den jeweiligen Perioden ist zu beachten, dass weitere feuchtetechnische Einflüsse, wie die Ausgleichsfeuchte von Baustoffen oder das Nutzerverhalten, unberücksichtigt bleiben. Trotzdem bietet die Berechnung nach Glaser dem Fachmann eine Hilfe zur Bewertung von Konstruktionen und Schichtaufbauten. Auch wenn die normativ festgelegten Randbedingungen, wie z.B. -5 °C durchgehend über 90 Tage, nicht in allen Teilen Deutschlands realitätsnah erscheinen, beinhalten diese Grundbedingungen Sicherheiten, die positiv zu bewerten sind.

Fachwissen zum Thema

Beispiel: Außenwände, die als ein- oder zweischaliges Mauerwerk nach DIN 1053-1 erstellt werden, müssen nicht mittels eines rechnerischen Nachweises zum Tauwasserausfall nachgewiesen werden, wenn ein ausreichender Wärmeschutz vorliegt.

Beispiel: Außenwände, die als ein- oder zweischaliges Mauerwerk nach DIN 1053-1 erstellt werden, müssen nicht mittels eines rechnerischen Nachweises zum Tauwasserausfall nachgewiesen werden, wenn ein ausreichender Wärmeschutz vorliegt.

Feuchteschutz

Nachweisfreie Konstruktionen des Feuchteschutzes

Bei einigen in der DIN 4108-3 beschriebenen Konstruktionen ist kein Nachweis zum Tauwasserausfall notwendig, darunter Wände in Massivbauweise, Holzfachwände, erdberührende Wände und diverse Dachkonstruktionen.

Feuchteschutz

Schäden durch Tauwasser

Der Ausfall von Tauwasser ist häufig die Folge von bauphysikalischen und konstruktiven Mängeln, aber auch das Nutzerverhalten kann die Grundlage von Tauwasserschäden bilden.

Bei mehrschichtigen Bauteilen wird der sd-Wert für das Bauteil schichtenweise ermittelt und addiert.

Bei mehrschichtigen Bauteilen wird der sd-Wert für das Bauteil schichtenweise ermittelt und addiert.

Feuchteschutz

Sd-Wert

Durch den Bezug der tatsächlichen Bauteilstärke m zu der wasserdampfdiffusionsäquivalenten Luftschichtdicke wird der sd-Wert ermittelt.

Unter besonderen winterlichen Bedingungen kommt es bei Fenstern zu einem Tauwasserausfall: Ursache kann unzureichendes Heiz- und Lüftungsverhalten der Bewohner/Nutzer sein oder der umlaufende Glasrandverbund, der eine wärmetechnische Schwachstelle in einer hochgedämmten Glastafel bildet

Unter besonderen winterlichen Bedingungen kommt es bei Fenstern zu einem Tauwasserausfall: Ursache kann unzureichendes Heiz- und Lüftungsverhalten der Bewohner/Nutzer sein oder der umlaufende Glasrandverbund, der eine wärmetechnische Schwachstelle in einer hochgedämmten Glastafel bildet

Feuchteschutz

Tauwasser auf/in Bauteilen

Wie lässt sich die bauphysikalische Qualität eines Bauteils bewerten, welche Eigenschaften und Prozesse spielen dabei eine Rolle?

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Anforderungen und Ziele des Feuchteschutzes

Verschiedene Einwirkungen von Feuchtigkeit auf ein Gebäude

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Dachabdichtungsnorm DIN 18531

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Die Norm kommt bei der Planung, Wartung und Konservierung von Boden- und Wandflächen beispielsweise in Duschanlagen, Badezimmern und gewerblichen Küchen zur Anwendung.

DIN 4108-3: Die Grenzen der Anwendbarkeit im Feuchteschutz

Beispiel einer Bewertung zum Glaserverfahren nach dem alten Rechengang aus der DIN 4108-3 von 2001

Beispiel einer Bewertung zum Glaserverfahren nach dem alten Rechengang aus der DIN 4108-3 von 2001

Es handelt sich um eine der wenigen bauaufsichtlich eingeführten Normen. Deren Vorgaben sind im Zuge der Planung anzuwenden, die Nachweise bereits im Bauantragsverfahren nachzuweisen.

Feuchteschutz durch Luftdichtheit

Schematische Darstellung zur Festlegung der raumseitigen Luftdichtheitsebene zur Abstimmung von planerischen Schnittstellen

Schematische Darstellung zur Festlegung der raumseitigen Luftdichtheitsebene zur Abstimmung von planerischen Schnittstellen

Bei einem Luftdichtheitskonzept stehen besonders die Anschlüsse und Übergänge verschiedener Bauteile im Mittelpunkt der Planung.

Konstruktive Feuchteschutzmaßnahmen

Die Grundlage zur Festlegung der Exposition von Fassaden bildet die DIN 4108-2 zum klimabedingten Feuchteschutz, der eine wesentliche Grundlage des Wärmeschutzes bildet.

Die Grundlage zur Festlegung der Exposition von Fassaden bildet die DIN 4108-2 zum klimabedingten Feuchteschutz, der eine wesentliche Grundlage des Wärmeschutzes bildet.

Der Feuchteschutz muss durch konstruktive Maßnahmen am Bauwerk sichergestellt sein. Dies geschieht auf Grundlage diverser Normen und Richtlinien zu den einzelnen Bauteilen, die dem Wasser ausgesetzt sind.

Luftfeuchte und Wasserdampfdiffusion

Schimmelpilzbefall in einem Wohnraum an einer dreidimensionalen Außenecke: Der Ausfall von Kondensat auf den kalten Oberflächen bildete die Grundlage für den Pilzbefall

Schimmelpilzbefall in einem Wohnraum an einer dreidimensionalen Außenecke: Der Ausfall von Kondensat auf den kalten Oberflächen bildete die Grundlage für den Pilzbefall

Warme Luft kann wesentlich mehr Wasser an sich binden als kalte Luft. Im Umkehrschluss muss Luft, die abgekühlt wird, auch immer direkt Wasser freigeben.

Nachweisfreie Konstruktionen des Feuchteschutzes

Beispiel: Außenwände, die als ein- oder zweischaliges Mauerwerk nach DIN 1053-1 erstellt werden, müssen nicht mittels eines rechnerischen Nachweises zum Tauwasserausfall nachgewiesen werden, wenn ein ausreichender Wärmeschutz vorliegt.

Beispiel: Außenwände, die als ein- oder zweischaliges Mauerwerk nach DIN 1053-1 erstellt werden, müssen nicht mittels eines rechnerischen Nachweises zum Tauwasserausfall nachgewiesen werden, wenn ein ausreichender Wärmeschutz vorliegt.

Bei einigen in der DIN 4108-3 beschriebenen Konstruktionen ist kein Nachweis zum Tauwasserausfall notwendig, darunter Wände in Massivbauweise, Holzfachwände, erdberührende Wände und diverse Dachkonstruktionen.

Normativer Rechenweg: Randbedingungen

Die Berechnung im Glaser-Verfahren zur Bewertung eines möglichen Tauwasserausfalls im Bauteil geht von stationären Randbedingungen in der winterlichen Tauperiode von Dezember bis Februar aus.

Die Berechnung im Glaser-Verfahren zur Bewertung eines möglichen Tauwasserausfalls im Bauteil geht von stationären Randbedingungen in der winterlichen Tauperiode von Dezember bis Februar aus.

Die Berechnung im Glaser-Verfahren zur Bewertung eines möglichen Tauwasserausfalls im Bauteil geht von stationären Randbedingungen in der winterlichen Tauperiode von Dezember bis Februar aus.

Regenschutz im Hochbau nach DIN 4108-3

Die Grundlagen für Außenwände, die einer Schlagregenbeaufschlagung unterliegen, behandelt die DIN 4108-3: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Klimabedingter Feuchteschutz.

Die Grundlagen für Außenwände, die einer Schlagregenbeaufschlagung unterliegen, behandelt die DIN 4108-3: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Klimabedingter Feuchteschutz.

Grundsätzlich soll kein Wasser in die Bauwerkskonstruktion eindringen, da hieraus Schäden und Nutzungseinschränkungen resultieren. Es sind daher planerische Vorkehrungen zu treffen.

Schäden durch Tauwasser

Der Ausfall von Tauwasser ist häufig die Folge von bauphysikalischen und konstruktiven Mängeln, aber auch das Nutzerverhalten kann die Grundlage von Tauwasserschäden bilden.

Sd-Wert

Bei mehrschichtigen Bauteilen wird der sd-Wert für das Bauteil schichtenweise ermittelt und addiert.

Bei mehrschichtigen Bauteilen wird der sd-Wert für das Bauteil schichtenweise ermittelt und addiert.

Durch den Bezug der tatsächlichen Bauteilstärke m zu der wasserdampfdiffusionsäquivalenten Luftschichtdicke wird der sd-Wert ermittelt.

Stoffeigenschaften und Wasserdampfdiffusionswiderstand

In den Normen zum Wärme- und Feuchteschutz sind im Regelfall zwei µ-Werte für Baustoffe aufgeführt: einer für den feuchten und einer für den trockenen Zustand des Baustoffes.

In den Normen zum Wärme- und Feuchteschutz sind im Regelfall zwei µ-Werte für Baustoffe aufgeführt: einer für den feuchten und einer für den trockenen Zustand des Baustoffes.

In den Normen zum Wärme- und Feuchteschutz sind im Regelfall zwei µ-Werte für Baustoffe aufgeführt: einer für den feuchten und einer für den trockenen Zustand des Baustoffes.

Tauwasser auf/in Bauteilen

Unter besonderen winterlichen Bedingungen kommt es bei Fenstern zu einem Tauwasserausfall: Ursache kann unzureichendes Heiz- und Lüftungsverhalten der Bewohner/Nutzer sein oder der umlaufende Glasrandverbund, der eine wärmetechnische Schwachstelle in einer hochgedämmten Glastafel bildet

Unter besonderen winterlichen Bedingungen kommt es bei Fenstern zu einem Tauwasserausfall: Ursache kann unzureichendes Heiz- und Lüftungsverhalten der Bewohner/Nutzer sein oder der umlaufende Glasrandverbund, der eine wärmetechnische Schwachstelle in einer hochgedämmten Glastafel bildet

Wie lässt sich die bauphysikalische Qualität eines Bauteils bewerten, welche Eigenschaften und Prozesse spielen dabei eine Rolle?

Tauwasser und Glaser-Verfahren

Temperaturverteilung in einer Außenwand mit einer hinterlüfteten Vorsatzschale

Temperaturverteilung in einer Außenwand mit einer hinterlüfteten Vorsatzschale

Kernstück des rechnerischen Nachweisverfahrens der DIN 4108-3 zum Feuchteschutz ist das sogenannte Glaser-Verfahren. Ein ganzheitliches feuchtetechnisches Konzept ist dennoch erforderlich.