Feuchte

Die Ziele des Feuchteschutzes richten sich an den dauerhaften Schutz der Baukonstruktionen vor dem Auftreten schädlichen Kondensats am oder im Bauteil sowie Schutz vor schädigendem Eindringen von Feuchte sowie an die Sicherstellung gesunder und behaglicher Innenraumbedingungen. Wesentliche Elemente sind dabei:

• die thermisch-hygrischen Randbedingungen des Innen- und des Außenraums,
• die Wasseraufnahmefähigkeit der eingesetzten Baustoffe,
• die Phänomene des Feuchtetransports in Baukonstruktionen sowie, über den Feuchtetransport hinausgehend,
• die Luft- und Winddichtheit von Baukonstruktionen.

Thermisch-hygrische Randbedingungen

Die Dimensionierungen des Feuchteschutzes basieren auf Auslegungsbedingungen der Lufttemperatur und Luftfeuchte im Innen- und Außenraum. In Österreich sind diese Randbedingungen definiert in der ÖNORM B 8110-2, welche aufbaut auf der ÖNORM EN ISO 13788.
Für Wohnungen und Räume vergleichbarer Widmung, inklusive Büros, wird in ÖNORM B 8110-2 eine Innenlufttemperatur von 20 °C und eine relative Innenluftfeuchte abhängig vom Schutzziel und der Außenlufttemperatur, häufig 55 %bis 65%, herangezogen.

Als Außenluftbedingungen werden ebendort für Nachweise an Bauteilen mit thermischer Speicherfähigkeit die Monatsmittelwerte der Außenlufttemperatur und eine relative Luftfeuchte von 80 % und 75 % herangezogen. Für standortunabhängige Dimensionierungen sind die Klimadaten der Klimazone südliche Beckenlage, typischerweise Klagenfurt, heranzuziehen. Es ergibt sich in diesem Fall eine tiefste Auslegungstemperatur von -3,8 °C.

Zu Drucklegung des gegenständlichen Buches befindet sich die relevante ÖNORM B 8110-2 in Überarbeitung und Änderungen sind zu erwarten. Weiterhin werden sich aber jedenfalls die Außenbedingungen auf die ÖNORM B 8110-5 stützen, in der die Rechenvorschriften zur Ermittlung der Monatsmittelwerte von Temperatur, Globalstrahlung und relativer Luftfeuchte auf Basis einer klimatologischen Unterteilung Österreichs in sieben Klimazonen, mit zusätzlicher Berücksichtigung der Einflüsse der Höhenlage eines Ortes, festgelegt sind.

Der Monatsmittelwert der Temperatur wird nach Formel (3-05) berechnet, wobei die Regressionskoeffizienten nach ÖNORM B 8110-5 mit jeder Zone und in drei Schichten mit der Höhenlage variieren.

Feuchtespeicherung

Ziegel gehören wie die allermeisten Baustoffe zur Gruppe der hygroskopischen Materialien. Auch ohne Benetzung der Oberflächen nehmen sie Wasser aus der feuchten Luft auf. Das Maß dieser hygroskopischen Wasseraufnahme wird mit der Kennzahl des massebezogenen Feuchtegehaltsu (kg/kg oder M-%), seltener des volumenbezogenen Feuchtegehaltsv (kg/m³ oder Vol.-%), beschrieben (ÖNORM EN ISO 9346).
Unter der Voraussetzung konstanter Temperatur stellt sich im Baustoff eine Ausgleichsfeuchte als Funktion der umgebenden relativen Luftfeuchte ein. Diese Funktion wird als Sorptionsisotherme bezeichnet. Sie ist eine Baustoffeigenschaft und wird experimentell nach ÖNORM EN ISO 12571 ermittelt.

Ziegelmaterial und Ziegelsteine haben eine grundsätzlich sehr geringe Neigung zur hygroskopischen Wasseraufnahme. Die massenbezogene Ausgleichsfeuchte beträgt selbst bei 80% Luftfeuchte weniger als 1 M-%. Hingegen können Ziegel erhebliche Mengen an Feuchtigkeit kapillar speichern, ohne dabei Schaden zu nehmen. Die Maßzahl dafür ist liegt in der maximalen Wasseraufnahme mit Größenordnungen von 25 bis 30 M-%.

Aus diesen beiden Eigenschaften ergibt sich eine hohe Robustheit von Baukonstruktionen aus Ziegel im Fall hygrischer Belastungen: Erhöhte Luftfeuchte führt nur in sehr geringem Maß zum Anfeuchten der Konstruktion, hingegen können saisonal auftretende Kondenswassermengen, etwa an Grenzschichten zu Wärmedämmungen, in hohem Maß eingespeichert und wieder abgegeben werden. Daher sind Wandkonstruktionen aus Ziegelmauerwerk, sowohl ohne als auch mit Zusatzdämmung, bei entsprechender Abstimmung der Komponenten, nachweisfrei bezüglich Auftretens schädlichen Kondensats im Sinne von ÖNORM B 8110-2. 

Feuchtetransport und Feuchteschutz

Feuchtetransport in Bauteilen findet statt durch die Phänomene der Wasserdampfkonvektion, des Flüssigwassertransports und durch Wasserdampfdiffusion.

Feuchtetransport durch Konvektion

Konvektiv kann Wasserdampf an Schadstellen mit stark verminderter Luftdichtheit gemeinsam mit strömender Luft in Baukonstruktionen eingebracht werden. Die eingebrachten Wassermengen können erheblich sein, weshalb das Auftreten dieses Phänomens durch luftdichte Ausführung der Konstruktion inklusive der Anschlussdetails verlässlich verhindert werden muss. Im Leichtbau können diesbezüglich Beschädigungen oder nicht vollständige Verklebungen von Dampfbremsen ein Risiko darstellen. Fachgerecht vermauerte Ziegelkonstruktionen sind ausreichend luftdicht und werden durch den Innenputz mit einer zusätzlichen wirksamen Luftdichtigkeitsebene ausgestattet, die gut an Zwischenwände, Decken und Böden angeschlossen werden kann und die außerdem durch Augenschein kontrolliert und im Bedarfsfall leicht ausgebessert werden kann.

Mit den Regeln zur Herstellung einer angemessen luftdichten Gebäudehülle ist in Baukonstruktionen aus Ziegeln auch allen Anforderungen zur Vermeidung konvektiven Feuchteeintrags Genüge getan. 

Feuchtetransport durch Flüssigwassertransport

In den Bauteil eindringende Feuchte kann durch Flüssigwassertransport weitergeleitet werden. Antriebskräfte sind Druckunterschiede oder Kapillarleitkräfte.

In Baukonstruktionen aus Ziegeln erfolgt ein wirksamer Schutz gegen Schädigung durch Flüssigwassertransport durch fachgerechte und rissfreie Ausführung und Erhaltung des Außenputzes und durch fachgerechte Ableitung des Regenwassers, etwa an den Übergängen zu Dächern, Fenstern und erdberührten Bauteilen.

Feuchtetransport durch Wasserdampfdiffusion

Als Wasserdampfdiffusion wird die Bewegung des gasförmigen Wasserdampfes in Richtung des Wasserdampfteildruckgefälles, auch in stehender Luft, bezeichnet. Sie ist demnach ein Merkmal fast aller Baukonstruktionen, die daher so zu planen und auszuführen sind, dass es zu keiner Schädigung durch Feuchteanreicherungen in oder an den Bauteilen kommt.
Physikalischer Hintergrund der Gefahr einer Schädigung durch Kondensat im Zusammenhang mit Wasserdampfdiffusion und mit Konvektion ist die Eigenschaft von Luft, mit sinkender Temperatur ein abnehmendes Aufnahmevermögen für Wasserdampf aufzuweisen. Maßzahl für das Wasserdampfaufnahmevermögen ist der Sättigungsdampfdruckp_sat (ÖNORM EN ISO 13788).

Zwischen den Extremwerten absolut trockener und mit Wasserdampf gesättigter Luft beschreibt die relative Luftfeuchte den Sättigungsgrad feuchter Luft nach der Formel (3-07).

Die relevanten Nachweisverfahren für Wasserdampfdiffusion und Kondensationsschutz finden sich für Österreich in ÖNORM B 8110-2 sowie in der ÖNORM EN ISO 13788. Die für das Maß der Wasserdampfdiffusion relevante Baustoffeigenschaft ist die Diffusionswiderstandszahlμ.

Ausgehend vom historischen Vollziegelmauerwerk bis zu modernem Hochlochziegelmauerwerk weisen diese Wandarten Diffusionswiderstandszahlen μ in der Größenordnung von 5 bis 10 auf, ausgenommen davon ist Klinkermauerwerk mit Werten von 50 bis 100. 

In der Dimensionierung des Feuchtschutzes wird die Diffusionswiderstandszahl häufig mit der Schichtdicke der jeweiligen Bauteilschichte zur äquivalenten Luftschichtdickes_d multipliziert. s_d kann demnach als die fiktive Schichtdicke von Luft interpretiert werden, welche denselben Diffusionswiderstand wie die jeweilige Bauteilschichte hätte.

Mauerwerk aus Voll- oder Hohlziegeln, ohne oder mit äußerer Wärmedämmschicht, ist, für Wohnnutzung und vergleichbare Nutzungen, aufgrund seiner erwähnten günstigen feuchtetechnischen Eigenschaften unter den folgenden Bedingungen nach ÖNORM B 8110-2 von der Verpflichtung zur rechnerischen Nachweisführung ausgenommen:

bei Ausführung mit einem Innenputz oder einer inneren Verkleidung (mit einem R_T-Wert von jeweils maximal 0,2 m²⋅K/W) mit einer diffusionsäquivalenten Luftschichtdicke μ⋅d >0,15 m und mit mineralisch gebundenem Außenputz, einer hinterlüfteten Verkleidung oder einem Außenwand-Dämmsystem gemäß ÖNORM B 6110, dessen diffusionsäquivalente Luftschichtdicke nicht größer als das Zehnfache der diffusionsäquivalenten Luftschichtdicke des Innenputzes oder der inneren Verkleidung ist. 

In allen anderen Fällen ist der Nachweis, dass im Inneren des Bauteils keine schädliche Wasserdampfkondensation infolge Wasserdampfdiffusion auftritt, nach dem Glaser-Verfahren laut ÖNORM B 8110-2 zu führen: Dabei werden unter den definierten Außenbedingungen und unter Berücksichtigung der normierten Wärmeübergangswiderstände die Verläufe von Temperatur und Wasserdampf-Sättigungsdruck p_satsowie der Verlauf des WasserdampfTeildruckes p im Bauteil ermittelt, der sich aus den Randbedingungen des WasserdampfTeildrucks innen und außen sowie den diffusionsäquivalenten Luftschichtdicken der Bauteilschichten ergibt.

Zur grafischen Vereinfachung werden die Bauteilschichten dabei nicht mit ihren tatsächlichen Dicken, sondern mit ihren diffusionsäquivalenten Luftschichtdicken aufgetragen, womit sich in kondensatfreien Konstruktionen der Verlauf des Wasserdampf-Teildrucks p als Gerade darstellt. Da der Wasserdampf-Teildruck p an keiner Stelle größer sein kann als der Wasserdampf-Sättigungsdruck p_sat, ist für Bereiche p >p_sat der Wert p = p_sat einzusetzen. Grafisch bedeutet dies, dass der Verlauf des Wasserdampf-Teildruckes tangential an die Kurve des Wasserdampf-Sättigungsdruckes verläuft, und faktisch bedeutet das, dass an diesen Stellen Kondensat ausfällt. 

Die kondensierende Wassermenge und ebenso die in den Sommermonaten wieder verdunstende Wassermenge wird nach dem in ÖNORM EN ISO 13788 beschriebenen Verfahren für jeden Monat unter Zugrundelegung des für den jeweiligen Monat zutreffenden Mittelwerts der Außenlufttemperatur, der zugehörigen Feuchtigkeit und der normgerechten Innenluftbedingung berechnet und aufsummiert. Aus den Ergebnissen der Berechnungen können dann die Beurteilungen nach ÖNORM B 8110-2 abgeleitet werden.

• Eine Kondenswasserbildung wird für keine Grenzfläche und für keinen Monat vorhergesagt.
• Eine Kondenswasserbildung tritt an einer oder mehreren Grenzflächen auf; bei jeder betroffenen Grenzfläche wird jedoch die vollständige Verdunstung des Kondenswassers in den Sommermonaten vorhergesagt. In diesem Fall ist zu prüfen,
  • ob die Kondenswassermenge in der betroffenen Bauteilschicht gespeichert werden kann, wobei die Kondenswassermenge an den Berührungsflächen von kapillar nicht oder wenig aufnahmefähigen Schichten (z. B. Berührungsflächen zwischen Luftschicht und Schwerbeton) 0,5 kg/m² nicht überschreiten darf,
  • ob durch die Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes eine Schädigung der betroffenen Baustoffschicht und eine solche Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit eintreten, dass der Wärmeschutz des Bauteils um 10 % oder mehr vermindert wird,
  • ob durch die Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes eine Schädigung der betroffenen Baustoffe auftreten kann.
• Das Kondenswasser, das sich an einer oder mehreren Grenzflächen bildet, verdunstet unvollständig in den Sommermonaten; in diesem Fall kann eine fortschreitende Durchfeuchtung über mehrere Jahre auftreten und zu Schäden führen.

Feuchtetechnische Prüfverfahren und Nachweise

Diffusionswiderstand

Die ÖNORM EN ISO 12572 legt ein Verfahren zur Bestimmung des Wasserdampfdiffusionsdurchlasskoeffizienten von Bauprodukten und des Wasserdampfdiffusionsleitkoeffizienten und der wasserdampfdiffusionsäquivalenten Luftschichtdicke von Baustoffen unter isothermischen Bedingungen fest. Sie ist anwendbar auf alle Baustoffe mit einer wasserdampfdiffusionsäquivalenten Luftschichtdicke größer als 0,1 m. Übersteigt die gemessene wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke 1500 m, gilt der Stoff als wasserdampfundurchlässig.

Das Prüfverfahren beruht auf dem Prinzip der zeitlichen Masseveränderung eines mit wässriger Lösung oder mit einem Trocknungsmittel gefüllten Gefäßes, dessen oberer, dicht schließender Abschluss zum umgebenden Raum vom Probekörper gebildet wird. Temperatur und Luftfeuchte des Raumes werden geregelt. Im Prüfgefäß entsteht aufgrund der darin enthaltenen wässrigen Lösung oder aufgrund des Trocknungsmittels unter konstanter Temperatur eine definierte und konstante relative Luftfeuchte. Wegen der unterschiedlichen Wasserdampfteildrücke zwischen Prüfgefäß und Prüfraum entsteht ein Dampfdiffusionsstrom durch durchlässige Probekörper. Periodische Wägungen der Anordnung werden durchgeführt, um die WasserdampfdiffusionsStromdichte im stationären Zustand zu bestimmen. Als Trockenmittel kommen Calciumchlorid oder Magnesiumperchlorat zum Einsatz. Als wässrige Lösungen werden Magnesiumnitrat, Kaliumchlorid, Ammoniumdihydrogenphosphat und Kaliumnitrat eingesetzt. Durch regelmäßige Messung wird der Masseverlust über dem Zeitverlauf der Prüfung bestimmt und daraus die Wasserdampfdiffusionsstromdichte g nach Formel (3-09) bestimmt.

Der benötigte Wasserdampfdiffusionsleitkoeffizient von Luft lässt sich für die Temperatur von 23°C aus Abbildung 3-06 bestimmen.

Baustofffeuchtigkeit

Grundsätzlich versteht man unter Feuchtigkeit physikalisch gebundenes Wasser und unter Gesamtfeuchtigkeit physikalisch und chemisch gebundenes Wasser. Nach der Art der Feuchtigkeitsbestimmung ergibt sich eine Unterteilung hinsichtlich der Methodik. Die in der Praxis derzeit relevanten Methoden der Gesamtfeuchtigkeitsbestimmung sind die Darr-Methode (als genauestes Verfahren) und die Calcium-Carbid-Methode zur überblicksmäßigen Baustellenprüfung. Die derzeit vorhandenen Methoden der zerstörungsarmen oder -freien Feuchtigkeitsbestimmung sind für die Praxis ungeeignet.

Feuchtigkeitsgehalt – Darr-Methode

Zunächst wird bei der gravimetrischen Feuchtigkeitsbestimmung (Darr-Methode) die entnommene Probe gewogen, und man erhält dadurch die Feuchtmasse der entnommenen Probe m_f. Anschließend erfolgt die Trocknung der Probe (meist bei 105 °C ±2 °C) im Trocken- oder Klimaschrank bis zur Gewichtskonstanz und die Bestimmung der Trockenmasse m_tr analog zu m_f. Der Gehalt an Wasser entspricht der Gewichtsabnahme. Angegeben wird der Feuchtigkeitsgehalt F in Masse-% bezogen auf die Trockenmasse.

Grundsätzlich gibt es verschiedene Berechnungsmethoden zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes. Bei vorliegenden Feuchtigkeitswerten ist daher stets auf deren Definition und Einheit zu achten. Andere Untersuchungen geben oft den Feuchtigkeitsgehalt noch in Volumenprozent an. Eine Umrechnung zwischen Vol.-% und Masse-% kann über die Trockenrohdichten der Materialien erfolgen.

maximale Wasseraufnahme

Für die Ermittlung der maximalen Wasseraufnahme bestehen unterschiedlichste Vorschreibungen, die auch unterschiedliche Ergebnisse liefern.
Zur Bestimmung der maximalen Wasseraufnahme nach ÖNORM B 3355-1 von Ziegel ist ein Granulat von 4/16 mm zu verwenden. Die Bestimmung ist nach 48-stündiger atmosphärischer Wasserlagerung mit mindestens 2 cm Überdeckungshöhe durchzuführen.

Durchfeuchtungsgrad

Die Bestimmung der maximalen Wasseraufnahme ist erforderlich, um den Durchfeuchtungsgrad der Baustoffe im Mauerwerk errechnen zu können. In der Literatur wird dieser Kennwert auch oft als Porenfüllungsgrad bezeichnet.

Hygroskopische Ausgleichsfeuchtigkeit

Die hygroskopische Ausgleichsfeuchtigkeit A stellt jenen Anteil der Feuchtigkeit dar, der sich einstellen würde, wenn Wasser nur entsprechend dem Wasserdampfdruck und der Temperatur der Umgebungsluft aufgenommen wird. Je höher der Salzgehalt im Mauerwerk, desto höher ist die Ausgleichsfeuchtigkeit durch die hygroskopischen Eigenschaften der Salze. Nach ÖNORM B 3355 hat die Bestimmung hat an ungetrockneten Proben mit einer Mindestkörngröße von 4 mm bei einem konstanten Klima von 20±2 °C und 85±5 % relativer Luftfeuchtigkeit zu erfolgen. Die anschließende Trocknung ist mittels Darr-Methode durchzuführen.

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