Feuchteschutz Energieeffiziente Gebäude Marc-Steffen Fahrion 20.06.2011

Feuchtespeicherung in Luft Carrier-Diagramm Luft kann nur eine begrenzte Menge Wasser in Gasform (Wasserdampf) aufnehmen. Die Sättigungsmenge ist exponentiell von der Lufttemperatur abhängig. Relative Luftfeuchte Verhältnis von vorhandener Wasserdampf-menge zu maximal möglicher Sättigungs-menge: [%] Carrier-Diagramm: Wasserdampfgehalt der Luft als Funktion der Temperatur und der relativen Luftfeuchte

Luftfeuchte Definitionen 𝑝∙𝜈=𝑅∙𝑇 𝑝 𝐿 ∙ 𝜈 𝐿 = 𝑅 𝐿 ∙𝑇 𝑝 𝑅 𝑇 𝜈 Ideale Gasgleichung: 𝑝∙𝜈=𝑅∙𝑇 Die Gasgleichung kann für alle Komponenten eines Gasgemenges separat angesetzt werden, also für die trockene Luft: 𝑝 𝐿 ∙ 𝜈 𝐿 = 𝑅 𝐿 ∙𝑇 𝑝 Gasdruck 𝑅 Gaskonstante und den Wasserdampf: 𝜈 𝑇 spezifisches Volumen absolute Temperatur 𝑝 𝐷 ∙ 𝜈 𝐷 = 𝑅 𝐷 ∙𝑇 𝑇 𝐷 Umformen der Gleichung unter Verwendung der Wasserdampfkonzentration bzw. der absoluten Feuchte: 𝑅 𝐷 𝑝 𝐷 = 𝑐 𝐷 ∙𝑅 𝐷 ∙𝑇 461,5 J/(kgK), spezifische Gaskonstante Wasserdampf

Feuchtespeicherung in Luft Wasserdampfsättigungsdruck Für Temperaturen 0°C ≤ θ ≤ 30°C gilt: 𝑝 𝑠 =288,68∙ 1,098+ 𝜃 100 8,02 Für Temperaturen -20°C ≤ θ < 0°C gilt: 𝑝 𝑠 =4,689∙ 1,486+ 𝜃 100 12,30

Feuchtespeicherung in Luft Carrier-Diagramm Absolute Luftfeuchte [g/m³] Partialdampfdruck Gaskonstante für Wasserdampf 20°C, 50% r.F. Taupunkttemperatur θS = 9,25°C Temperatur [°C] Carrier-Diagramm: Wasserdampfgehalt der Luft als Funktion der Temperatur und der relativen Luftfeuchte

Feuchtespeicherung in Luft Lüftung Die Fenster eines Bades nach dem Duschen mit Innenraumkonditionen von 23°C und 65 % relativer Feuchte werden zum Lüften geöffnet. Draußen ist es mit 5°C und 90 % relativer Luftfeuchte kalt und regnerisch. Wird durch die Lüftung Feuchte aus dem Raum hinein oder hinaus transportiert und wieviel?

Nachträgliche Wärmedämmung Feuchtequellen Mensch leichte Aktivität 30-60 [g/h] mittelschwere Arbeit 120-200 [g/h] schwere Arbeit 200-300 [g/h] Bad Wannenbad 700 [g/h] Duschen 2600 [g/h] Kochen 600-1500 [g/h] Zimmerblumen Veilchen 5-10 [g/h] Farn 7-15 [g/h] Gummibaum 10-20 [g/h] Trocknende Wäsche geschleudert 50-200 [g/h] (4,5 kg Trommel) tropfnass 100-500 [g/h] Freie Wasseroberfläche Aquarium 40 [g/(m²h)]

Nachträgliche Wärmedämmung Veränderung der Bauteiltemperaturen Bei beiden Varianten der nachträglichen Dämmung derselbe U-Wert. Innendämmung: Starker Abfall der Bauteiltemperatur auf der Innenseite. Frostgefährdung von Wasserleitungen Taupunkt der Innenraumluft liegt nah an der Innenraumoberfläche Gefahr des Tauwasserausfalls im Bauteilquerschnitt

Feuchtetransport Wasserdampfdiffusion 𝑠 𝑑 =𝜇∙𝑑 𝑚 𝜇 𝑑 Unkontrollierte Bewegung der Wasserdampfmoleküle infolge der thermischen Eigenbeweglichkeit (Braun‘sche Molekularbewegung) Transportrichtung entspricht dem Konzentrationsgefälle (Statistik) Ruhende Luftschicht: Minimaler Diffusionswiderstand Diffusion durch Materialschichten: Erhöhter Widerstand wegen geringerer freier Querschnittsfläche (Porosität) und durch die Porenstruktur erzwungene Umwege. Wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke: 𝑠 𝑑 =𝜇∙𝑑 𝑚 𝜇 Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 𝑑 Schichtdicke [m] Der sd-Wert entspricht der Dicke einer ruhenden Luftschicht, die denselben Diffusionswiderstand aufweist, wie der Baustoff der Dicke d.

Nachträgliche Wärmedämmung Außendämmung vs. Innendämmung Innendämmung: Den Wasserdampfmolekülen stehen nur wenige Bauteilschichten als Diffusionswiderstand entgegen. Relativ viele Wasserdampfmoleküle erreichen die kalten Bauteilschichten Relative Luftfeuchte steigt an

Nachträgliche Wärmedämmung Dampfsperre Winter: Diffusionsrichtung: Von Innen nach Außen Feuchtigkeit kann durch Fehlstellen in die Konstruktion eindiffundieren Feuchtigkeit verteilt sich über die Bauteilfläche Sommer: Sonneneinstrahlung auf Dachfläche Oberflächentemperatur: 70°C Diffusionsrichtung: Von Außen nach Innen Dampfsperre in der Fläche intakt Feuchtigkeit sammelt sich hinter Dampfsperre und kann nicht mehr entweichen

Nachträgliche Wärmedämmung Feuchteadaptive Dampfbremse In Abhängigkeit der relativen Luftfeuchtigkeit ändert sich die Wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke Je höher die relative Luftfeuchtigkeit, desto geringer der Diffusionswiderstand der Folie

Nachträgliche Wärmedämmung Feuchteadaptive Dampfbremse Winter: Diffusionsrichtung: Von Innen nach Außen Relative Luftfeuchte Innenraum: Zwischen 40 und 50 % Sd-Wert Dampfbremse: Circa 4 m Sommer: Sonneneinstrahlung auf Dachfläche Oberflächentemperatur: 70°C Diffusionsrichtung: Von Außen nach Innen Feuchtigkeit sammelt sich hinter Dampfbremsfolie Sd-Wert der Dampfbremse sinkt

Nachträgliche Wärmedämmung Kapillaraktive Innendämmung Diffusionsoffene, hygroskopische Dämmstoffe Hygroskopische Baustoffe: Lagern Wasserdampf aus der Luft an den Porenwandungen an. Angelagertes Wasser proportional zur relativen Luftfeuchtigkeit Gefälle im Wasserfilm ⇒ Flüssigtransport Schichtdicken ≠ Gleichgewicht Lüften: Zunahme der Verdunstung Gefälle im Wasserfilm steigt.

Schimmelpilze Wachstumsvoraussetzungen Temperatur: 0°C bis 50°C, Optimum zwischen circa 20 bis 35°C Relative Luftfeuchte: 70 bis 100%, Optimum zwischen circa 80 bis 98% pH-Wert: 1,5 bis 11, Optimum zwischen pH=5 und 7 Nährstoffe: Organischer Kohlenstoff, Stickstoff, Salze und Spurenelemente

Schimmelpilze Sporenauskeimung und Myzelwachstum Isoplethensysteme für Sporenauskeimung der Schimmelpilze Aspergillus restrictus (links) und Aspergillus versicolor (rechts) auf Vollmedien nach Smith. Isoplethensysteme für Myzelwachstum der Schimmelpilze Aspergillus restrictus (links) und Aspergillus versicolor (rechts) auf Vollmedien nach Smith.

Relative Luftfeuchte [%] Schimmelpilze Sporenauskeimung Untersuchung sämtlicher Pilze, die in Gebäuden auftreten: Relative Luftfeuchte [%] Temperatur [°C] Substratgruppe 0: Optimaler Nährboden Substratgruppe I: Biologisch verwertbare Substrate, z.B. Tapeten, Gipskarton, Materialien für dauerelastische Fugen Substratgruppe II: Baustoffe mit porigem Gefüge, z.B. Putze, mineralische Baustoffe Unterhalb der LIM-Kurve setzt für keine, der in Gebäuden auftretende Schimmelpilzspezies Sporenauskeimung ein.

Relative Luftfeuchte [%] Schimmelpilze Myzelwachstum Untersuchung sämtlicher Pilze, die in Gebäuden auftreten: Relative Luftfeuchte [%] Temperatur [°C] Substratgruppe 0: Optimaler Nährboden Substratgruppe I: Biologisch verwertbare Substrate, z.B. Tapeten, Gipskarton, Materialien für dauerelastische Fugen Substratgruppe II: Baustoffe mit porigem Gefüge, z.B. Putze, mineralische Baustoffe Unterhalb der LIM-Kurve setzt für keine, der in Gebäuden auftretende Schimmelpilzspezies Myzelwachstum ein.

Schimmelpilze Beispielaufgabe Die Raumluft eines Beispielraumes habe eine Temperatur von 20,0°C und eine relative Feuchte von 50 %. Unter welchen Wert darf die Oberflächentemperatur der Außenwand keinesfalls fallen, damit Schimmelpilzwachstum sicher ausgeschlossen ist? Wie hoch darf der Wärmedurchgangskoeffizient der Außenwand maximal sein, damit die zuvor berechnete Innenoberflächentemperatur nicht unterschritten wird?