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Die
Erfindung betrifft ein System zur Wärmedämmung
und/oder Wandsanierung von Gebäuden, ein Verfahren sowie
eine Verwendung hierfür.
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Bei
der Innendämmung von Gebäuden bzw. dessen Sanierung
sind eine Vielzahl von Auflagen und Aspekten zu beachten. Neben
der Erfüllung von Normen bzw. Verordnungen und einer gewünschten
Reduktion des Heizenergieverbrauchs müssen Aspekte, wie
Wohnbehaglichkeit im Sommer wie auch im Winter, Vermeidung von Schimmelbefall,
feuchtebedingte Bauschäden, Umweltverträglichkeit
und Brandgefahr beachtet werden.
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Aus
der
DE 197 06 223
A1 ist eine Wandsanierungsplatte für salzbelastete
Mauer bekannt. Hierbei wird dem Problem Rechnung getragen, dass
Salze zusammen mit der Feuchtigkeit, in der sie gelöst
sind, in die Mauer gelangen. Eine einmal durchfeuchtete Wand wird
immer stärker belastet, denn mit zunehmender Nässe
lagern sich Salze in der Mauer ein, die aufgrund ihrer hygroskopischen
Wirkung zusätzliche Feuchtigkeit anziehen. Dadurch bilden
sich Salzkristallstrukturen an der Wandoberfläche. Zur
Beseitigung dieses Problems wird eine Platte aus einem Calciumsilikat
vorgeschlagen, die die Bildung von Pilzen und Keimen vermeidet,
nicht brennbar ist, eine hohe Kapillarwirkung, eine Porosität
von mindestens 80 Vol.-%, eine Dichte von 250 kg/m
3 und
dampfdurchlässig ist. Durch die Porosität wird
zwar die Wärmedämmung der Mauer zwar verbessert,
jedoch nur unzureichend, so dass zur signifikanten Senkung des Heizenergieverbrauchs
weitere Maßnahmen erforderlich sind.
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In
der
EP 0 570 012 B1 ist
eine Wärmedämmung für Gebäude
gezeigt und beschrieben. Eine Wärmedämmplatte
aus mineralischem Material für eine Außen- oder
Innenwärmedämmung von Außenwänden
weist ein spezifisches Gewicht von unter 250 kg/m
3,
einen Wärmeleitfähigkeitswert von unter 0,050
W/(mK) und eine Dicke von 20 bis 100 mm auf. Im Fall einer außenseitigen
Wärmedämmung wird außenseitig eine Putzschicht aus
mineralischem Putzmaterial auf die Platte aufgebracht. Insgesamt
soll die Platte mit der Putzschicht wasserdampfdiffusionsfähig
sein. Die Platten werden mittels Klebemörtel an der Gebäudewand
befestigt. Die Platten sollen dicht an dicht nebeneinander bzw. übereinander,
d. h. auf einer Fläche, wie in der Schrift gezeigt ist, unter
Vermeidung von Fugen befestigt werden. Außenseitig kann
ein Anstrich aus Silikonfarbe angebracht werden, der die Kapillar-Wasserdichtigkeit
der Wärmedämmung verbessern soll. Weiterhin soll
zwischen jeder Platte und der Putzschicht eine Spachtelmassenlage
mit darin eingebetteten Armierungsnetz aufgebracht werden. Eine
solche Anordnung mit derartigen Schichten ist jedoch nur für
eine Außenwärmedämmung geeignet. Außerdem
sind eine Reihe von Schichten erforderlich, die stark in ihren Eigenschaften
variieren können, da sie manuell aufgetragen werden müssen.
Sie können zum Beispiel unterschiedlich dick aufgetragen
werden, je nachdem von welchem Arbeiter sie aufgetragen werden.
Zudem ist das Auftragen von Schichten arbeitsintensiv und daher
teuer.
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Eine
Wärmedämmplatte für den Innenbau zeigt
die
DE 101 46 174
C2 . Diese umfasst eine Calciumsilikatplatte mit einem Wasserdampfdiffussionswert μ größer
10 und einer Kapillaraktivität von 5·10
-5 bis 5·10
–11 m
2/s. Diese kapillaraktive Platte ist mit
einer Hartschaumplatte durch einen Kleber verklebt, der einen höheren Dampfdiffussionswiderstand
als die kapillaraktive Platte aufweist. Weiterhin ist zwischen der
kapillaraktiven Platte und dem Mauerwerk eine Dampfsperre, wie eine
Kunststofffolie angeordnet.
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Für
Gebäude werden neben den vor Ort zu errichtenden Wänden
und Dachflächen häufig auch in Werkshallen vorgefertigte
Bauplatten eingesetzt, die mehrschichtig und als Sandwich-Bauplatten
ausgeführt sind. Sie können zum Beispiel dafür
eingesetzt werden, in rationeller Weise Stallbauten oder Lagergebäude sowie
Ferienhäuser zu errichten. In der
DE 10 2005 002 877 A1 wird
eine derartige Sandwich-Bauplatte mit zwei aus Holzwerkstoffen ausgeführten
Platten und einer isolierenden Zwischenschicht erläutert.
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Aus
der
DE 196 35 671
A1 ist ein mehrschichtiger Wandaufbau zur nachträglichen
Verbesserung der Wärmeeigenschaften einer ungedämmten
Bauwerkswand bekannt. Der Aufbau umfasst eine einen geringen Wärmedurchgang
aufweisende erste Bauplatte, die durch Behandlung mit Wasserglas
feuerhemmend eingestellt ist, eine Lattung, eine zweite Bauplatte,
die identisch zur ersten Platte ist, eine aus Blähglas
bestehende Dämmplatte sowie ein Armierungsgewebe, der einen
Armierungsputz trägt. Dieses System ist nicht nur aufwändig,
sondern umfasst einen erheblichen Anteil an brennbaren Materialien.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu finden,
um für Gebäude eine montagefreundliche Innendämmung
zu schaffen, mit der ein Schimmelbefall vermieden werden soll, wobei
neben der Erfüllung von Normen oder Verordnungen und einer
gewünschten Reduktion des Heizenergieverbrauchs auch Gesichtspunkte,
wie Wohnbehaglichkeit im Sommer wie auch im Winter und Kristallbildung
an Wandoberflächen optimal berücksichtigt sind.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass beide Platten aus einem
anorganischem Material bestehen, dass die Calciumsilikatplatte einen
Kapillartransportkoeffizienten für einen Saugvorgang als
auch für einen Trocknungsvorgang aufweist, der 1 × 10–5 m2/s
bis 1 × 10–10 beträgt
und dass die zweite Platte einen Kapillartransportkoeffizienten
für einen Saugvorgang als auch für einen Trocknungsvorgang
aufweist, der 1 × 10–4 m2/s bis 1 × 10–12 m2/s beträgt.
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Weiterhin
wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 12 sowie durch
die Verwendung nach Anspruch 13 gelöst.
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Durch
die erfindungsgemäße Plattenkombination lässt
sich bei sehr hoher Luftfeuchtigkeit ein Schimmelbefall vermeiden.
Der sehr hohe Kapillartransportkoeffizient der Calciumsilikatplatte
sowohl beim Saugen als auch beim Trocknen vermeidet Schimmel. Auch
wichtig ist, dass die zweite Platte ebenfalls einen relativ hohen
der Kapillartransportkoeffizienten für einen Saugvorgang
aufweist. Dadurch kann der Plattenverbund sehr schnell Feuchtigkeit
einer Wand aufnehmen und diese trocknen. Durch die unterschiedlichen
Eigenschaften der Platten kann eine Wärmedämmung
weiter optimiert werden.
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Weil
jede Wärmedämmplatte aus einem anorganischem oder
mineralischem Material, wie aus einem Calciumsilikat besteht, ist
das System nicht nur schimmelhemmend, sondern auch optimal recycelbar
und sehr umweltfreundlich. Zudem ist auch wichtig, dass dadurch
die Brandgefahr im Gebäude reduziert wird, da derartige
Dämm-Materialien nicht brennbar sind.
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Durch
das erfindungsgemäße System ist es außerdem
möglich, kostengünstig Sanierungsarbeiten in einem
Gebäude durchzuführen. Die montagefreundlichen
Wärmedämmplatten können in kurzer Zeit
am Mauerwerk befestigt werden, und zwar ohne aufwändiges
Auftragen von zusätzlichen Armierungs- und Putzschichten,
Lattungen, Farbschichten, Folien oder dergleichen. Sie können
ohne weiteres großflächig ausgeführt
sein, so dass eine Gebäudesanierung und Innendämmung
eine kurze Bauzeit benötigt.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Systems ist vorgesehen, dass zwischen beiden Platten eine Grenzschicht
ausgebildet ist, die durch unterschiedliche Feuchtespeicherkennwerte
der aneinandergrenzenden Materialien vorhanden ist, so dass zwischen
beiden Materialien eine Grenzschicht mit reduzierter Kapillaraktivität
vorhanden ist. Diese Ausgestaltung beruht auf der Erfahrung, dass
ein kapillarer Feuchtigkeitstransport über die Schichtgrenze
zweier kapillaraktiver poröser Baustoffe hinweg behindert
wird. Hierdurch lässt sich ein Feuchteübergang
zwischen Putz und Mauerwerk bzw. zwischen Mörtel und Mauersteinen
beeinflussen, insbesondere während Regen- und Trockenperioden.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn die erste, als Calciumsilikatplatte
ausgeführte Platte derart beschaffen ist, dass bei einer
Temperatur von 25°C eine Schimmelpilzbildung nach einem
Isoplethenmodell unterhalb von 85%, insbesondere unterhalb von 90%,
nicht möglich ist. Dies erlaubt den Einsatz des Wärmedämmsystems
bei extrem feuchtem Mauerwerk oder extremen Feuchtebedindungen.
In überraschender Weise kann dieser hohe Wert erreicht
werden, wenn die zweite Platte eine Perlite-Dämmplatte,
insbesondere mit einer Rohdichte von 100 bis 110 kg/m3 ist,
wobei diese insbesondere eine Reindichte von 1200 bis 1700 kg/m3, insbesondere etwa 1420–1470 kg/m3, eine Porosität von 90–95%,
insbesondere etwa 93%, eine Diffusionswiderstandszahl μ von
5–7, einen Wasseraufnahmekoeffizienten W5min von
85–100 kg/(m2√h), insbesondere etwa
93 kg/(m2√h), eine freie Wassersättigung
von 70–84 Vol.-%, insbesondere etwa 77%, einen Kapillartransportkoeffizienten
Dwo von 0,3 × 10–12 m2/s bis 3 × 10–12 m2/s, vorzugsweise etwa 1 × 10–12 m2/s,
einen Kapillartransportkoeffizienten für einen Saugvorgang
Dwf von 1 × 10–5m2/s bis 6 × 10–5 m2/s, vorzugsweise etwa 3,4 × 10–5 m2/s,
und/oder einen Kapillartransportkoeffizienten für einen
Trockenvorgang Dwf von 1 × 10–7 m2/s
bis 5 × 10–7 m2/s, vorzugsweise etwa 2,5 × 10–7 m2/s
aufweist.
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Alternativ
kann dieser Wert gemäß dem Isoplettenmodel erreicht
werden, wenn die zweite Platte eine Mineralschaum-Dämmplatte
ist, insbesondere mit einer Rohdichte von 130 bis 140 kg/m3 ist, wobei die zweite Platte vorzugsweise
eine Reindichte von 1400 bis 2700 kg/m3,
insbesondere etwa 2300–2570 kg/m3,
eine Porosität von 93–97%, insbesondere etwa 95%,
eine Diffusionswiderstandszahl μ von 1,5–1,9,
einen Wasseraufnahmekoeffizienten W24h von
4–8 kg/(m2√h), insbesondere
etwa 6 kg/(m2√h), eine freie Wassersättigung
von 25–40 Vol.-%, insbesondere etwa 32%, einen Kapillartransportkoeffizienten
Dwo von 1 × 10–10 m2/s bis 9 × 10–10 m2/s, vorzugsweise etwa 5 × 10–10 m2/s,
einen Kapillartransportkoeffizienten für einen Saugvorgang
Dwf von 1 × 10–10m2/s bis 6 × 10–10 m2/s, vorzugsweise etwa 5 × 10–10 m2/s
und/oder einen Kapillartransportkoeffizienten für einen
Trockenvorgang Dwf von 0,5 × 10–5 m2/s
bis 3 × 10–5 m2/s, vorzugsweise etwa 1,2 × 10–5 m2/s
aufweist.
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Dieser
hohe Wert gemäß dem Isoplethenmodell kann insbesondere
aber dadurch erreicht werden, dass die erste Platte eine Rohdichte
von 220–270 kg/m3, insbesondere
etwa 250 kg/m3, eine Reindichte von 2400
bis 2800 kg/m3, insbesondere etwa 2650–2670
kg/m3, eine Porosität von 88–93%,
insbesondere etwa 91%, eine Diffusionswiderstandszahl μ von
2,2–3,5, einen Wasseraufnahmekoeffizienten W10min von
40–50 kg/m2√h, insbesondere
etwa 44 kg/m2√h, eine freie Wassersättigung
von 80–90 Vol.-%, insbesondere etwa 84%, einen Dwo von 0,5 × 10–9 m2/s bis 5 × 10–9 m2/s, vorzugsweise etwa 2 × 10–9 m2/s,
einen Kapillartransportkoeffizienten für einen Saugvorgang
Dwf von 0,5 × 10–6 m2/s bis 5 × 10–6 m2/s, vorzugsweise etwa 2,65 × 10–6 m2/s
und/oder einen Kapillartransportkoeffizienten für einen
Trockenvorgang Dwf von 0,5 × 10–9 m2/s
bis 5 × 10–9 m2/s, vorzugsweise etwa 2 × 10–9 m2/s
aufweist.
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Besonders überraschend
ist, dass sich diese günstigen Eigenschaften mit nur zwei
Platten erreichen lassen.
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Zudem
ist eine sehr hohe Reduktion des Heizenergieverbrauchs möglich.
Dies gelingt im Wesentlichen dadurch, dass eine der Platten einen
niedrigeren Wärmeleitkoeffizienten haben kann.
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Weil
jede Wärmedämmplatte aus einem anorganischen oder
mineralischen Material, wie aus einem Calciumsilikat besteht, ist
das System nicht nur schimmelhemmend, sondern auch optimal recycelbar
und sehr umweltfreundlich. Zudem ist auch wichtig, dass dadurch
die Brandgefahr im Gebäude reduziert wird, da derartige
Dämm-Materialien nicht brennbar sind.
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Die
Erfindung ermöglicht auch Verfahren zur Gebäudesanierung
und/oder Innendämmung mit mehreren Wärmedämmsystemen.
Durch Veränderung der Platten bezüglich ihrer
Materialeigenschaft und/oder Plattendicken und/oder Klebereigenschaft
sind mehrere vorgefertigte Sandwichsysteme unterschiedlicher Eigenschaften
einsetzbar.
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Ein
Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnungen näher
erläutert, wobei weitere vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung und Vorteile derselben beschrieben sind.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer Bauplatte eines erfindungsgemäßen
Systems,
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2 eine
perspektivische Explosionsdarstellung der Bauplatte,
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3 eine
Schnittdarstellung der Bauplatte,
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4 eine
Prinzipdarstellung, bei der die Bauplatte zum Zwecke einer Wärmedämmung
und Wandsanierung an einem Mauerwerk befestigt ist,
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5 eine
Tabelle mit Diffusionskennwerten verschiedener Materialien,
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6 eine
Tabelle mit Kennwerten einer Perliten-Platte,
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7 eine
Tabelle mit Kennwerten einer Mineralschaum-Platte,
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8 eine
Tabelle mit Kennwerten einer Calciumsilikatplatte,
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9 einen
Verlauf einer Wasseraufnahme mit einer Grenzschicht, und
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10 eine
Kurve nach einem Isoplethenmodell.
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1 und 2 veranschaulichen
ein erfindungsgemäßes System 10. Dieses
besteht aus zwei Wärmedämmplatten 1, 2.
Die erste Wärmedämmplatte 1, besteht
aus einem Calciumsilikat, das sehr wasserdampfdiffusionsoffen und kapillaraktiv
ist. Die Wärmeleitfähigkeit (Wärmeleitzahl)
dieser Platten beträgt vorzugsweise 0,05 W/(mK) bis 0,09
W/(mK), beispielsweise 0,065 W/mK. Calciumsilikat ist anorganisch
und daher gut recycelbar, umweltverträglich und nicht brennbar.
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Die
zweite Wärmedämmplatte 2 weist eine geringere
Wärmeleitfähigkeit von beispielsweise etwa 0,040
W/(mK) bis 0,045 W/(mK) auf. Diese Platte hat vorzugsweise eine
bessere Wärmedämmeigenschaft als die erste Platte 1.
Dadurch wird eine gute Wärmedämmung erreicht.
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Diese
Platte 2 besteht nach einer ersten Ausführungsform
auch aus einem Calciumsilikat, jedoch mit anderen Eigenschaften
als die äußere Platte 1.
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Nach
einer zweiten Ausführungsform ist die Platte 2 aus
einer Perliten Dämmplatte. Sie hat beispielsweise eine
Rohdichte von 100 bis 110 kg/m3, vorzugsweise
etwa 104 kg/m3, eine Reindichte von 1200
bis 1700 kg/m3, insbesondere etwa 1420–1470
kg/m3, eine Porosität von 90–95%,
insbesondere etwa 93%, eine Diffusionswiderstandszahl μ von
5–7, einen Wasseraufnahmekoeffizienten W5min von
85–100 kg/(m2√h), insbesondere
etwa 93 kg/(m2√h), eine freie Wassersättigung
von 70–84 Vol.-%, insbesondere etwa 77%, einen Dwo von 0,3 × 10–12 m2/s bis 3 × 10–12 m2/s, vorzugsweise etwa 1 × 10–12 m2/s,
einen Kapillartransportkoeffizienten für einen Saugvorgang
Dwf von 1 × 10–5m2/s bis 6 × 10–5 m2/s, vorzugsweise etwa 3,4 × 10–5 m2/s,
und/oder einen Kapillartransportkoeffizienten für einen
Trockenvorgang Dwf von 1 × 10–7 m2/s
bis 5 × 10–7 m2/s, vorzugsweise etwa 2,5 × 10–7 m2/s.
Solche Platten sind handelsüblich.
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Alternativ
kann die zweite Platte 2 als eine Mineralschaum-Dämmplatte
ausgeführt sein, insbesondere mit einer Rohdichte von 100
bis 140 kg/m3, vorzugsweise etwa 120 kg/m3, wobei die zweite Platte 2 vorzugsweise
eine Reindichte von 1400 bis 2700 kg/m3,
insbesondere etwa 2300–2570 kg/m3,
eine Porosität von 93–97%, insbesondere etwa 95%,
eine Diffusionswiderstandszahl μ von 1,5–1,9,
einen Wasseraufnahmekoeffizienten W24h von
4–8 kg/(m2√h), insbesondere
etwa 6 kg/(m2√h), eine freie Wassersättigung
von 25–40 Vol.-%, insbesondere etwa 32%, einen Kapillartransportkoeffizienten
Dwo von 1 × 10–10 m2/s bis 9 × 10–10 m2/s, vorzugsweise etwa 5 × 10–10 m2/s,
einen Kapillartransportkoeffizienten für einen Saugvorgang
Dwf von 1 × 10–10m2/s bis 6 × 10–10 m2/s, vorzugsweise etwa 5 × 10–10 m2/s
und/oder einen Kapillartransportkoeffizienten für einen
Trockenvorgang Dwf von 0,5 × 10–5 m2/s
bis 3 × 10–5 m2/s, vorzugsweise etwa 1,2 × 10–5 m2/s
aufweist.
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Wie
die 1 bis 3 veranschaulichen, entsteht
auf diese Weise ein Wärmedämmsystem mit zwei Platten 1 und 2,
die zu einer Bauplatte 5 verbunden sind. Zwischen beiden
Platten 1 und 2 ist ein diffusionsoffener Kleber 4,
insbesondere ein Klebermörtel vorhanden. Die Bauplatte 5 ist
zur Wärme- und/oder Kälteisolierung geeignet,
wobei einem Mauerwerk 6 des Gebäudes Feuchtigkeit
entzogen bzw. von diesem ferngehalten werden kann.
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4 zeigt
eine Anordnung der Bauplatte 5 an dem Mauerwerk 6.
Hierbei ist die erste Platte 1 zum Innenraum des Gebäudes
gerichtet, während die zweite Platte 2 zur Gebäude-Innenwand 7 gerichtet
ist. Die Bauplatte 5 kann verschraubt oder auf andere Weise
mit dem Mauerwerk 6 verbunden sein. Vorgesehen ist das
System 10 zur Innenraum-Wärmedämmung
und Innenraum-Sanierung von Gebäuden.
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Die
erste insbesondere an der Wand anliegende Platte 1 weist
eine Dicke von z. B. etwa 20–60 mm auf, während
die insbesondere raumseitige zweite Platte 2 eine Dicke
von z. B. etwa 40–80 mm aufweist, wobei die zweite Platte 2 vorzugsweise
gleich dick wie die erste Platte ist oder dicker ist als die erste
Platte 1 ist. Durch die Lage der Platten 1 und 2 wird
eine optimale Wärmedämmung bei sehr geringen Pilzwachstum
erreicht.
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An
der zweiten Platte 2 kann raumseitig eine weitere diffusionsoffene
Schicht als Schutzschicht vorhanden sein, die z. B. als Glasgittergewebe
mit einer diffusionsoffenen Glättspachtel von z. B. 1–5
mm auf Kalk- oder Zementbasis ausgeführt ist.
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Der
Kapillartransportkoeffizienten im Sorptionsfeuchtebereich kann aus
Diffusionswiderstandsmessungen bestimmt werden.
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Die
Dampfdiffusion kann durch die im Trockenbereich ermittelte Dampfdiffusionswiderstandszahl
bestimmt werden. Ein Absinken der Diffusionswiderstandszahl ist
auf einen überlagerten Flüssigtransport zurückzuführen.
Daher können die Flüssigtransportkoeffizienten
im Sorptionsfeuchtebereich durch die Bestimmung fiktiver Dampfdiffusionswiderstandszahlen μ*
analog zur Messung nach
DIN 52615 in höheren
Feuchtebereichen berechnet werden. Die Differenz der in höheren
Luftfeuchtebereichen gemessenen Massenströme zu den im
Trockenbereich gemessenen kann auf den Flüssigtransport
zurückgeführt werden. Es gilt dabei:
- Δg[kg/m2s]
- Massenstromdichtedifferenz
- DD[m2/s]
- Dampfdiffusionskoeffizient
in Luft
- μ[–]
- Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl
- μ*[–]
- fiktive Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl
(mit Flüssig transport)
- R[J/kgK]
- Gaskonstante für
Wasserdampf
- T[K]
- absolute Temperatur
- ps[Pa]
- Sättigungsdampfdruck
- φ[–]
- relative Luftfeuchte
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Für
den Transport in flüssiger Phase gilt:
- Dw [m2/s]
- Flüssigtransportkoeffizient
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Damit
ergibt sich die folgende Bestimmungsgleichung für den Flüssigtransportkoeffizienten:
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Für
die Berechnung der Transportkoeffizienten ist folglich auch die
Kenntnis der Sorptionsisotherme zur Ermittlung des treibenden Wassergehaltsgradienten
erforderlich.
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Unter
den in einer Klimakammer vorliegenden Randbedingungen lässt
sich Gleichung 2 folgendermaßen darstellen: 2,43·10–7 kg/ms(1/μwet – 1/μdry)/(u93 – u50) (4)
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Die
Tabelle in 5 veranschaulicht Kennwerte
zur Ermittlung des Kapillartransportkoeffizienten für einen
Sorptionsfeuchtebereich.
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In
dieser Tabelle sind für die drei unterschiedliche Materialien
die Dampfdiffusionswiderstandszahlen des dry- und wet-cups zusammen
mit den Sorptionswassergehalten bei 65% und 93% sowie die freie
Sättigung aufgeführt. Daraus lässt sich
in guter Näherung die Feuchtespeicherfunktion ermitteln.
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Im
Folgenden werden die Eigenschaften der ersten Platte 1 und
der zweiten Platte 2 näher erläutert.
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Die
erste Platte ist beispielsweise eine 24 mm dicke Calciumsilikatplatte
mit einer Rohdichte von ca. 250 kg/m3. Die
zweite Platte 2 ist eine Perlite Dammplatte mit in einer
Dicke von beispielsweise 60 mm und einer Rohdichte von 104 kg/m3. Alternativ kann die zweite Platte 2 aus
einem anderen Material, einer anderen Dicke von z. B. 100 mm und
einer Rohdichte von 134 kg/m3 ausgeführt
sein.
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Anstatt
von nur zwei Platten 1 und 2 können alternativ
auch drei Platten als Sandwichsystem vorliegen. Hierbei sind zwei
erstere Platten 1 außen angeordnet.
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Die
feuchtetechnischen Kennwerte beschreiben den Feuchtetransport im
Material sowie die dort ablaufenden Speichervorgänge, die
nachfolgend erläutert sind.
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Diffusionswiderstandszahl:
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Die
Diffusionswiderstandszahl beschreibt den Wasserdampfdiffusionswiderstand
eines Materials im Vergleich zu einer Luftschicht gleicher Dicke.
Die Diffusionswiderstandszahl von Luft ist dementsprechend gleich
1, wogegen die der Baumaterialien meist deutlich höher
liegt.
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Für
die Bundesrepublik Deutschland ist die Durchführung der
Messung von Dampfdiffusionskoeffizienten gemäß DIN
EN ISO 12572 genormt. Dabei wird nach Trockenbereichsverfahren
für einen Feuchtigkeitsbereich zwischen 0 bis 50% r. F.,
allgemein als ”dry-cup”-Verfahren bekannt, und
Feuchtbereichsverfahren für einen Feuchtigkeitsbereich
zwischen 50 bis 100% r. F. (”wet-cup”) unterschieden.
Die Messung erfolgt unter isothermen Bedingungen.
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Eine
plattenförmige Probe des zu prüfenden Materials
wird als oberer Abschluss auf ein Gefäß aufgesetzt
und dampfdicht mit dem Gefäßrand verbunden. Im
Gefäß wird durch ein Trocknungsmittel oder eine
gesättigte Salzlösung eine konstante relative
Luftfeuchtigkeit eingestellt. Die Gefäße werden
in einen Klimaraum mit konstanter Temperatur und Luftfeuchte gebracht.
Unter dem Einfluss des Wasserdampfpartialdruckgefälles zwischen
den an die Probenoberfläche angrenzenden Lufträumen
diffundiert Wasserdampf durch die Proben hindurch. Nach Einstellen
eines stationären Diffusionsstromes ergibt sich eine pro
Zeiteinheit konstante Gewichtsänderung des Messgefäßes,
welche dem Diffusionsstrom entspricht.
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Wasseraufnahmekoeffizienten:
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Der
Wasseraufnahmekoeffizient beschreibt die Feuchteaufnahme eines Materials über
die Benetzungsfläche. Bei Materialien mit zeitlich konstanter
Porenstruktur erfolgt die Wasseraufnahme stets linear mit der Wurzel
der Zeit.
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Zur
Bestimmung des Wasseraufnahmekoeffizienten nach DIN EN ISO
15148 werden die Proben an den Seitenflächen abgedichtet
und mit der Saugfläche nach unten 2 bis 10 mm tief in ein
Wasserbad eingetaucht. Die Proben werden vor dem Eintauchen in das
Wasserbad und dann in bestimmten Zeitabständen gewogen.
Vor der zweiten und den folgenden Wägungen wird an der
Saugfläche oberflächlich anhaftendes Wasser mit
einem feuchten Schwammtuch entfernt. Trägt man die flächenbezogene
Wasseraufnahme über der Wurzel der Zeit auf, ergibt sich
für die meisten mineralischen Baustoffe eine Gerade. Aus
der Steigung der Geraden kann der Wasseraufnahmekoeffizient (w-Wert)
ermittelt werden. Ergibt sich keine mit der Wurzel der Zeit lineare
Wasseraufnahme, wird der w-Wert aus der Wasseraufnahme nach 24 Stunden
ermittelt.
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Der
Wasseraufnahmekoeffizient beschreibt nur die Wasseraufnahme eines
Baustoffes über die Oberfläche, nicht aber die
Verteilung des Wassers innerhalb des Materials. Mit Hilfe von Kapillartransportkoeffizienten,
deren messtechnische Bestimmung aber einen hohen apparattechnischen
Aufwand bedeutet, lassen sich für die Wasseraufnahme die
Feuchteverteilungen berechnen. Diese für hygrothermische
Berechnungen wesentlichen Transportkoeffizienten können
mit guter Näherung auch aus Standardstoffkennwerten (der
w-Wert, der freien Wassersättigung und dem Bezugsfeuchtegehalt)
approximiert werden.
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Trocknungsversuch:
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Der
Wasseraufnahmekoeffizienten (w-Wert) kann nur die Wasseraufnahme
beschreiben. Der Flüssigtransport beim Trocknungsvorgang
läuft im Allgemeinen deutlich langsamer ab. Für
diesen Transportvorgang existiert kein Kennwert vergleichbar dem
w-Wert. Aus diesem Grund muss zusätzlich ein Trocknungsversuch durchgeführt
werden. Dazu werden gesättigte fünfseitig abgedichtete
Proben in einem Klimaraum bei konstanten Randbedingungen über
die freie Seite getrocknet und durch Wägung der zeitliche
Gewichtsverlauf ermittelt. Aus diesem Gewichtsverlauf können
unter Verwendung von instationären Wärme- und
Feuchtetransportberechnungsprogrammen, wie WUFI®,
COND oder Delphi, iterativ die Kapillartransportkenngrößen
für den Trocknungsvorgang ermittelt werden.
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Freie Wasseraufnahme:
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Die
freie Wasseraufnahme ist die gewichts- oder volumenbezogene Menge
an Wasser, die ein Material bei Wasserlagerung ohne zusätzliche äußere
Kräfte (Überdruck oder Vakuum) aufnimmt. Sie liegt
aufgrund eingeschlossener Luftporen stets unterhalb der Menge, die
das Material aufgrund seiner offenen Porosität aufnehmen
könnte.
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Zur
Bestimmung der freien Wasseraufnahme unter Atmosphärendruck
gemäß DIN 52103 werden entsprechend
vorbereitete und gewogene Prüfkörper in ein Wasserbad,
gefüllt mit Leitungswasser, auf einen Gitterrost gelegt.
Die Prüfkörper werden zunächst für
1 Stunde nur bis zur Hälfte eingetaucht. Dann werden sie mit
20 mm ± 5 mm Wasser überdeckt und in regelmäßigen
Zeitintervallen gewogen. Oberflächlich anhaftendes Wasser
wird mit einem feuchten Schwammtuch entfernt. Die freie Wasseraufnahme
ist beendet, wenn Gewichtskonstanz erreicht ist, d. h. dass der
Prüfkörper sein Gewicht in 24 Stunden um nicht
mehr als 0,1 M.-% ändert. Anschließend werden
die Prüfkörper bis zur Gewichtskonstanz im Trockenschrank
getrocknet (Trocknungstemperatur 110°C bzw. 40°C
für gipshaltige Baustoffe oder für Baustoffe,
bei denen höhere Temperaturen zu vermeiden sind, bei Kunststoffen
70°C).
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Feuchtespeicherfunktion:
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Die
Feuchtespeicherfunktion beschreibt den Wassergehalt eines Baustoffes
im Gleichgewicht mit den jeweiligen Randbedingungen. Bei der Bestimmung der
Speichereigenschaften muss zwischen dem Sorptionsfeuchtebereich
und dem Kapillarwasserbereich unterschieden werden.
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Im
Sorptionsfeuchtebereich gibt es ein allgemein angewandtes, sehr
einfaches Verfahren. Die Probe wird in einem über einer
Salzlösung oder mit Hilfe eines Klimaschrankes eingestellten
Klima gelagert und der Ausgleichsfeuchtegehalt durch Wiegen der
Probe ermittelt. Durch schrittweises Variieren der relativen Luftfeuchte
von relativ niedrigen (<50%
r. F.) zu hohen Feuchten (bis 95% r. F.) erhält man die
Adsorptionsisotherme bzw. bei umgekehrter Vorgehensweise die Desorptionsisotherme.
Messungen oberhalb von 95% r. F. sollten nicht durchgeführt
werden, da in diesem Bereich bei hygroskopischen mineralischen Baustoffen
die Sorptionsisotherme extrem steil ist. Kleine nicht auszuschließende
Schwankungen der relativen Luftfeuchte (z. B. durch Temperaturschwankungen)
bewirken nämlich bereits sehr große Änderungen
der Sorptionsfeuchte. Die Ermittlung einer Sorptionsisotherme dauert
je nach Probenmaterial und der Anzahl der Feuchtestufen aufgrund
der sehr langsamen Einstellung der Ausgleichsfeuchte mehrere Wochen
bis Monate. Das Messverfahren ist innerhalb der DIN EN ISO
12571 normiert.
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Porosität:
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Das
Porenvolumen eines Stoffes wird mit Hilfe des Heliumpyknometers
bestimmt. Im Messgerät sind zwei Kammern vorhanden, eine
davon mit variablem Volumen. Zu Messbeginn wird das Volumen der
unbefüllten Probenkammer auf die Größe
der Vergleichskammer eingestellt. Dazu wird mit Hilfe von Hubkolben
in beide zuvor evakuierten Kammern die gleiche Menge Helium eingebracht
und das Volumen der veränderlichen Kammer so eingestellt,
dass in beiden Kammern der gleiche Druck vorliegt. Helium wird deshalb
verwendet, weil es ein inertes Gas ist und einen extrem kleinen
Molekulardurchmesser besitzt, so dass es sicher alle zugänglichen
Hohlräume einer Probe füllt. Anschließend
wird die Probenkammer mit dem Prüfgut befüllt,
wieder evakuiert und dann die gleiche Menge Helium wie vorher eingebracht.
Um in beiden Kammern nun den gleichen Druck zu erreichen, muss das
Volumen der Prüfkammer um das Volumen des reinen Feststoffes
des Prüfgutes vergrößert werden. Dividiert
man die Masse der Probe durch das so bestimmte Reinvolumen, erhält man
die Reindichte.
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Kapillartransportkoeffizienten:
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Bei
der Berechnung des Feuchtehaushaltes von Bauteilen hat, sofern ein
Kontakt kapillaraktiver Materialien mit flüssigem Wasser
vorliegt, die Wahl der Kapillartransportkoeffizienten einen ganz
wesentlichen Einfluss auf die Rechenergebnisse. Diese Kapillartransportkoeffizienten
können heutzutage mit entsprechender Messtechnik für
die meisten Baustoffe recht genau bestimmt werden. Häufig
ist aber der dafür erforderliche Zeit- und Kostenaufwand
für die Aufgabenstellung zu groß und/oder eine
hohe Genauigkeit gar nicht notwendig. Aus diesem Grund wurde ein
Verfahren entwickelt, mit dem es möglich ist, bei Kenntnis
der feuchtetechnischen Grundkennwerte (freie Wassersättigung,
Bezugsfeuchtegehalt, Wasseraufnahmekoeffizient) ohne weitere Messung
eine gute Näherung für den Kapillartransportkoeffizienten
zu erhalten.
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Dieses
Verfahren beruht auf einer exponentiellen Näherung für
den feuchteabhängigen Kapillartransportkoeffizienten. Beim
praktischen Feuchtegehalt ist der Kapillartransportkoeffizient für
alle mineralischen Baustoffe näherungsweise gleich groß.
Der Wert für diesen Wassergehalt wird materialunabhängig
auf 2·10–10 m2/s
festgelegt. Damit lässt sich aus dem w-Wert der komplette
exponentielle Verlauf auf einfache Weise graphisch ermitteln oder
iterativ berechnen. Dieses Näherungsverfahren kann natürlich
nur für solche Materialien sinnvolle Kapillartransportkoeffizienten
liefern, deren Saugverhalten dem √t-Gesetz folgt.
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Bei
den eingesetzten Baustoffen unterscheiden sich die Kapillartransportkoeffizienten
für den Saugvorgang wesentlich von denen für die
Trocknung. Bei der Trocknung eines wassergesättigten porösen
Baustoffes stellen sich unterschiedliche Trocknungsphasen ein. Solange
der Kapillartransport groß genug ist, um die an der Oberfläche
verdunstende Wassermenge aus dem Inneren der Probe nachzufördern,
muss die Verdunstung bei konstanten äußeren Klimarandbedingungen
an der Oberfläche nahezu konstant bleiben. In diesem ersten
Abschnitt der Trocknung ist die Trocknungsgeschwindigkeit nur abhängig
von den äußeren Bedingungen; die Eigenschaften
des Baustoffes haben keinen Einfluss. Da der Kapillartransport im
Baustoff mit sinkendem Wassergehalt stark zurückgeht, wird
zu einem bestimmten Zeitpunkt die an die Oberfläche transportierte
Flüssigkeitsmenge nicht mehr ausreichen, um die Anfangstrocknungsgeschwindigkeit
aufrechtzuerhalten. Dies führt dazu, dass man in diesem
Trocknungsabschnitt eine stetig sinkende Trocknungsgeschwindigkeit
beobachtet. Der Trocknungsverlauf ist hier, außer von den
Klimarandbedingungen, auch von der Diffusionswiderstandszahl und
den Flüssigtransportkoeffizienten abhängig.
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Für
die rechnerische Ermittlung von Dwf kann
ein Wärme- und Feuchteberechnungsprogramm eingesetzt werden.
Bei der Ermittlung der Transportkoeffizienten für den Weiterverteilungsprozess
werden die gemessenen und gerechneten Massenverläufe miteinander
verglichen. Für die Bestimmung von Dww (Transportkoeffizient
Trocknen) sind zwei Schritte durchzuführen. Zuerst muss
der an der Verdunstungsoberfläche vorherrschende Wärmeübergangskoeffizient
bestimmt werden. Dazu wird dieser, ausgehend von dem z. B. in WUFI® vorgeschlagenen Wert von 8 W/(m2K) erhöht – in einem Klimaraum
werden stets Lüfter eingesetzt, bis für den ersten
Trocknungsabschnitt die berechneten Gewichtsverläufe mit
den Messungen übereinstimmen. Als zweiter Schritt wird
der Kapillartransportkoeffizient Dww bei
freier Sättigung solange angepasst, bis sich auch für
die weitere Trocknung eine minimale Abweichung zwischen berechnetem
und gemessenem Verlauf ergibt.
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Die 6 zeigt
eine Tabelle von gemessenen feuchtetechnischen Materialkennwerten
für eine zweite Platte 2, die als Perlite-Platte
ausgeführt ist.
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Die 7 zeigt
eine Tabelle von gemessenen feuchtetechnischen Materialkennwerten
für eine zweite Platte 2, die als Mineralschaum-Platte
ausgeführt ist.
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Die 8 zeigt
eine Tabelle von gemessenen feuchtetechnischen Materialkennwerten
für die erste Platte 1, die als Calciumsilikatplatte
ausgeführt ist. Die erste als Calciumsilikat ausgeführte
Platte 1 hat Kapillartransportkoeffizienten für
einen Saugvorgang als auch für einen Trocknungsvorgang,
der 1 × 10–5 m2/s bis 1 × 10–10 m2/s beträgt. Diese Platte 1 weist
einen Kapillartransportkoeffizienten Dwf für
einen Saugvorgang aufweist, der größer ist, insbesondere
um mindestens zwei, vorzugsweise um etwa drei Zehnerpotenzen als
ihr Kapillartransportkoeffizient Dwf für
einen Trocknungsvorgang. Der Kapillartransportkoeffizient Dwf für einen Trockenvorgang liegt
beispielsweise bei 5 × 10–8 m2/s bis 5 × 10–9 m2/s, vorzugsweise 2,0 × 10–9 m2/s,
während der Kapillartransportkoeffizient Dwf für
einen Saugvorgang bei etwa 5 × 10–5 m2/s bis 5 × 10–6 m2/s, vorzugsweise 2,65 × 10–6 m2/s
liegt, so dass er um ca. drei Zehnerpotenzen abweicht.
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Dwo [m2/s] charakterisiert
den Kapillartransportkoeffizienten im Sorptionsfeuchtebereich. Dwo ist praktisch der Wert bei trockenem Baustoff.
Dwf ist der Flüssigtransportkoeffizient
bei freier Sättigung.
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Alle
drei Materialien zeichnen sich durch eine hohe Porosität
von über 90% aus. Dieser Porenraum kann bei den Calciumsilikatplatten
beinahe vollständig mit Wasser gefüllt werden,
wie die Ergebnisse beim Sättigungsversuch zeigen. Auch
bei der Messung gemäß 6 steht
ein Großteil des Porenvolumens für die Einlagerung
von Wasser zur Verfügung. Bei der MineralschaumPlatte 2 wird
dagegen nur etwa ein Drittel des zur Verfügung stehenden
Porenraumes mit Wasser befüllt, was darauf hindeutet, dass
hier größere Poren vorliegen und der Kapillardruck
nicht ausreicht, um diese zu befüllen.
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Alle
Materialien besitzen eine hohe Wasserdampfdurchlässigkeit.
Die Perlite-Platte gemäß 6 hat einen
Diffusionswiderstand μ von etwa 6, die Mineralschaum-Platte
von 2, wie 7 zeigt, und die Calciumsilikatplatte
von 3, wie 8 zeigt. Eine Feuchteabhängigkeit
des Diffusionswiderstandes ist nicht erkennbar, wie sich aus dem
Vergleich der Messergebnisse im Trocken- und Feuchtbereich ergibt.
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Bei
der kapillaren Wasseraufnahme zeigen sich Unterschiede zwischen
den Materialien. Die Mineralschaum-Platte hat den geringsten w-Wert
und ist nach 24 Stunden noch nicht vollständig durchfeuchtet.
Die Platte gemäß 6 ist bereits
nach 5 Minuten und die Calciumsilikatplatte nach 10 Minuten durchfeuchtet.
Bei der Calciumsilikatplatte zeigt sich eine relativ große
Varianz bei der w-Wert Messung, dies ist in Materialinhomogenitäten
begründet.
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Die
Feuchtespeicherfunktion wurde durch Messung bei drei Feuchtestufen
(65, 80 und 93% r. F.) ermittelt. Die Platte gemäß 6 weist
die niedrigsten Werte auf. Die Mineralschaum-Platte zeigt geringfügig höhere
Sorptionsfeuchten bei 65 und 80% r. F., bei 93% r. F. nimmt der
Feuchtegehalt deutlich zu. Die Calciumsilikatplatte kann bei den
niedereren Feuchtestufen mehr Wasser sorptiv einlagern, bei 93%
r. F. nimmt sie weniger Sorptionsfeuchte auf als die Mineralschaum-Platte 2.
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Zu
beachten ist ein Flüssigtransport über eine Schichtgrenze
zwischen kapillaraktiven Materialien, wie sie erfindungsgemäß eingesetzt
werden. Dieser beeinflusst das Feuchteverhalten einer Fassade während
Regen- und Trockenperioden. Zur Untersuchung des Feuchtetransports
wurden verschiedene Kombinationen aus Putzen und Steinen bzw. Mörtel
und Steinen hergestellt. Der kapillare Feuchtetransport über
die Schichtgrenze zweier kapillaraktiver poröser Baustoffe
hinweg wird behindert. 9 zeigt die kapillare Wasseraufnahme
für ein System über der Wurzel der Zeit. Die obere
Kurve wäre bei einem idealen Kontakt vorhanden. Die untere
Kurve stellt Messergebnisse bei realem Kontakt dar.
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Nach
Erreichen der Kontaktzone ist das Saugvermögen bei realem
Kontakt im Vergleich zum idealen Kontakt deutlich reduziert. Dies
bedeutet, dass der Feuchtetransport über die Materialgrenze
maßgeblich durch die Art des Kontakts beeinflusst werden
kann.
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Vorteilhaft
ist daher, dass zwischen beiden Platten 1 und 2 eine
Grenzschicht ausgebildet ist, die durch unterschiedliche Feuchtespeicherkennwerte
der aneinandergrenzenden Materialien vorhanden ist, so dass zwischen
beiden Materialien eine Grenzschicht mit reduzierter Kapillaraktivität
vorhanden ist.
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10 veranschaulicht
ein Isoplethenmodell. Die erste, als Calciumsilikatplatte ausgeführte
Platte 1 ist nämlich derart beschaffen, dass bei
einer Temperatur von 25°C eine Schimmelpilzbildung nach
einem Isoplethenmodell unterhalb von 85%, insbesondere unterhalb
von 90%, nicht möglich ist. Die Grenzisoplethe für das
Material der Platte 1 liegt innerhalb der schraffierten
Fläche. Unterhalb der schraffierten Fläche ist
keinerlei Schimmelpilzwachstum vorhanden. Die Linie LIM 0 veranschaulicht
das optimale Substrat bezüglich einer Schimmelbildung.
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- 1
- erste
Platte
- 2
- zweite
Platte
- 3
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- 4
- Kleber
- 5
- Bauplatte
- 6
- Mauerwerk
- 7
- Innenwand
- 10
- System
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19706223
A1 [0003]
- - EP 0570012 B1 [0004]
- - DE 10146174 C2 [0005]
- - DE 102005002877 A1 [0006]
- - DE 19635671 A1 [0007]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - DIN 52615 [0045]
- - DIN EN ISO 12572 [0057]
- - DIN EN ISO 15148 [0060]
- - DIN 52103 [0064]
- - DIN EN ISO 12571 [0066]
