fehlgeleitet

Text: Rainer Oswald

Konstruktionen, die theoretisch richtig sind, müssen keineswegs unter Praxisbedingungen dauerhaft funktionstüchtig sein. Diese Erfahrung spiegelt sich in der Definition des Begriffs der anerkannten Regeln der Bautechnik wider. Eine Bauweise, die für sich in Anspruch nehmen möchte, den anerkannten Regeln der Bautechnik zu entsprechen, muss nicht nur das Kriterium der wissenschaftlichen Richtigkeit erfüllen, sondern auch ihre Tauglichkeit in der Praxis bewiesen haben.

Der Widerstreit zwischen Praxis und Theorie ist das zentrale Dauerthema dieser Artikelserie. Die Sachlage ist kompliziert, da auch die Umkehrung der einleitenden Feststellung zutrifft: Konstruktionen, die nicht der Regelwerktheorie entsprechen, können durchaus bestens gebrauchstauglich und dauerhaft sein. Vielfach lassen sich im konkreten Einzelfall durch sorgfältige Analyse der Einzelfaktoren die Widersprüche zwischen Theorie und Praxis auflösen. Oft ist die Problemlage aber so unübersichtlich, dass nur noch Sarkasmus weiter hilft. In einem Schwachstellenbeitrag vom März 2002 heißt es dazu:

»Spötter meinen, dass Theorie und Praxis im Bauwesen nur so lange ‚harmonieren’, wie es keine Berührungspunkte zwischen diesen beiden Welten gibt. Theorien und Regeln entwickeln sich in Köpfen und Gremien oft nach eigenen Gesetzen, die sich nicht unbedingt an der Wirklichkeit orientieren. In europäischen Kommissionen ausgebrütete Regeln sind zum Beispiel manchmal ganz offenbar unter der Arbeitshypothese entstanden, dass ihre konsequente Anwendung gar nicht erwartet wird. Die Praktiker – konfrontiert mit den Tücken des Materials, den handwerklichen Grenzen der Machbarkeit und den Überraschungen des Bauablaufs – handeln dagegen häufig situationsbezogen nach eigenem Ermessen und aus Erfahrung. Problematisch wird es immer dann, wenn die Bauwirklichkeit an der Theorie gemessen werden soll.«

Vor allem für Planer ist es bitter, wenn sie erleben müssen, dass die von ihnen entworfenen Konstruktionen versagen und im Nachhinein als mangelhaft verworfen werden, obwohl sie formal den geltenden Regelwerkanforderungen voll entsprechen. Es wird übersehen, dass Regelwerke nicht mit den anerkannten Regeln der Bautechnik deckungsgleich sind, Regelwerke können deutlich dahinter zurückbleiben und fehlerhaft sein. Dies ist hinsichtlich des »klimabedingten Feuchteschutzes« nach DIN 4108 Teil 3 bei vielen Formen des unbelüfteten Holzdachs der Fall. Da die Schadensfolgen schwerwiegend sind – die Holzkonstruktionen können völlig verrotten – kann man nicht oft genug vor dampfdicht eingepackten Holzkonstruktionen warnen. So geschehen bereits 1993 im Beitrag »Theorie und Praxis des unbelüfteten Steildachs« im Hinblick auf Steildachbausätze (db 1/1993). 2002 wurden Dächer mit Schieferdeckungen beschrieben, die aufgrund der Unterschreitung der Regeldachneigung mit unbelüfteten, wasserdichten Unterdächern konstruiert wurden (db 7/2002), und in db 1/2004 die schweren Schäden an unbelüfteten, mit Bleiblech gedeckten Dächern dargestellt. Nun soll nochmals über schwere Schäden berichtet werden, die an Holz-Pultdächern von Einfamilienreihenhäusern aufgetreten sind, die unbelüftet mit Bitumendachbahnen abgedichtet wurden.

Von Schäden betroffen war etwa jedes zweite Haus einer kleinen Reihenhaussiedlung. Die dreigeschossigen, nicht unterkellerten Mauerwerksbauten schließen mit Pultdächern auf einer Holzkonstruktion ab. Die Dachneigung von etwa 6 ° verläuft dabei parallel zur Reihung der Häuser, so dass die Hausgruppen eine sägezahnartige Dachlandschaft bilden. Dieses Gefällekonzept erschwert die Realisation einer Dachbelüftung über First und Traufe. Sie war aber ohnehin nicht vorgesehen, da zur Erfüllung der Wärme-schutzanforderungen der Hohlraum zwischen den 22 cm hohen, ohne Zwischenauflager zwischen Traufe und First durchlaufenden Sparren mit 20 cm dicken Mineralfaser-Dämmstoffplatten ausgeführt werden musste. Der 2 cm hohe Luftspalt über der Wärmedämmung war folglich unbelüftet. Da die Dächer auf einer Brettschalung mit zweilagigen Bitumendachdichtungsbahnen auf genagelter Vordeckung dampfundurchlässig abgedichtet waren, hatte man – ganz den Dimensionierungsregeln des klimabedingten Feuchteschutzes in DIN 4108 Teil 3 entsprechend – unter der Wärmedämmung eine PE-Folien-Dampfsperre mit einem sd-Wert von über 100 m angeordnet. Es wurde also eine gemäß den Normregeln »nachweisfreie« Warmdachkonstruktion realisiert.

Solche unbelüfteten, dampfdicht verpackten Holzkonstruktionen sind holzschutztechnisch der Gefährdungsklasse 2 zuzuordnen. Die Bescheinigung über einen entsprechenden chemischen Holzschutz lag vor.

Die Planer waren sich daher auch keines bauphysikalischen Konstruktionsfehlers bewusst, als bereits im ersten Sommer nach der Errichtung an heißen Sonnentagen in den Wohnräumen unter dem Pultdachfirstanschluss Feuchteflecken beobachtet wurden (Bild 2). Zunächst wurde daher nach Dachundichtigkeiten gesucht. Als dies vergeblich war, erfolgten an zwei Häusern Luftdichtheitsmessungen nach der Differenzdruckmethode. Diese bescheinigten mit Luftwechselraten von etwa 1/h bei 50 Pa Druckdifferenz den Gebäuden eine gute Luftdichtheit. In Kombination mit winterlichen Thermografien bei Unterdruck konnten auch schwerwiegendere punktu-elle Luftlecks in der Dachschale als Ursache ausgeschlossen werden.

Als auch eine Probeinstandsetzung nach Trocknung und Austausch der konventionellen Dampfsperre gegen eine feuchteadaptive keinen Erfolg brachte, wurde eine umfassendere Untersuchung der Ursachen beauftragt. Da die gleichen Schäden sowohl an bereits zwei Jahre bewohnten als auch an noch leer stehenden Hauseinheiten zu beobachten waren, konnte man das Bewohnerverhalten als nennenswerten Ursachenfaktor ›

› ausschließen. Öffnungen der Konstruktion ließen sich in größerem Umfang ohne Störung der Bewohner an leer stehenden Gebäuden durchführen.

Diese genaueren Untersuchungen ergaben ein einheitliches Schadensbild: Während im Bereich der Trauf so gut wie keine Schäden beobachtet wurden (die Holzbauteile wiesen dort einen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt von 8–10 Masse% auf), waren die Pultdachfirste fast durchweg stark durchfeuchtet. Im Sparren wurden Holzfeuchten bis zu 70 % gemessen (Bild 7), Schalungen und Sparren waren teilweise bereits stark geschädigt.

Von Bedeutung für das Nachbesserungskonzept war die Feststellung, dass zonenweise auch starke Holzschäden zufällig verteilt deutlich außerhalb des Firstbereichs angetroffen wurden (Bilder 9 und 10). An den Randanschlüssen der Dachabdichtung und den Blechabdeckungen der Attiken waren zwar kleinere Fehler festzustellen, die die punktuellen Schäden erklären halfen. Die Hauptschäden am Pultdachfirst konnten aber nicht aus diesen Mängeln hergeleitet werden.

Gleiches galt für kleinere Fehlstellen an den Randanschlüssen der unterseitig mit Gipskartonplatten bekleideten Luftdichtheitsschicht (Bild 10). Die Folie war zum Teil mit Pressleisten, zum Teil mit sehr gut haftenden Kleberaupen angedichtet. Kleinste Lücken sind in solchen Konstruktionen weder vermeidbar, noch zu bemängeln.

Die Schäden ließen sich eindeutig auf Feuchtigkeit zurückführen, die im Dachquerschnitt eingeschlossen war. Das Dach wurde als unbelüftetes Warmdach mit beidseitig dampfdichter Abdeckung des Hohlraums konzipiert. Daher bestand praktisch keine nennenswerte Austrocknungsmöglichkeit für eingeschlossene Feuchtigkeit. Ein derartiges Dach muss daher im Einbauzustand trocken sein und darf auch später nicht über Fehlstellen von innen oder außen durchfeuchtet werden.

Welche bauphysikalischen Vorgänge sich im Dachquerschnitt im Wesentlichen abspielten, war aus dem relativ einheitlichen Schadensbild her- zuleiten. Die starke Konzentration der Feuchtigkeitsansammlungen im Firstbereich der Pultdächer – und dort wiederum besonders ausgeprägt in und unter der Dachschalung und Dachhaut – zeigt generell, dass im Dachraum nicht nur Diffusionsströme zwischen außen und innen – also senkrecht zur Dachoberfläche – stattfinden, sondern dass es zusätzlich einen Konvektionsstrom in Längsrichtung der geneigten Sparrenhohlräume gibt. Die treibende Kraft für die Konvektion ist der Auftrieb feuchtwarmer Luft.

Unter dunkelbeschieferten Dachdichtungsbahnen können bei Sonnen- einstrahlung Temperaturen zwischen 70 ° und 80 ° C auftreten. Auch der unmittelbar anschließende Luftraum über der Wärmedämmung ist dann entsprechend warm. Aufgrund der Dachneigung strömt diese im Ver- gleich zur Umgebungsluft leichtere Luft in Richtung des Firstes. Bei Er- wärmung sinkt die relative Luftfeuchtigkeit der eingeschlossenen Luft.

Dadurch kann aus dem Umgebungsbereich (etwa aus den Hölzern) durch Desorption weitere Feuchtigkeit aufgenommen werden. Die Luft reichert sich daher bei hohen Temperaturen mit Feuchtigkeit an. Bei Abkühl- ung (diese kann nach einem Sommertag bei klarem Himmel nachts knapp über dem Gefrierpunkt liegen) schlägt sich dann die Feuchtigkeit in den kältesten Bereichen – dies ist die Unterseite der Dachhaut – nieder.

Bei sommerlicher, intensiver Sonneneinstrahlung lagert sich diese Feuchtigkeit durch Wasserdampfdiffusion dann vor der Unterseite der Dach- haut zur Oberseite der Dampfsperre um, fällt dort als Tauwasser aus und kann dann zu den beschriebenen Feuchtigkeitsflecken am Firstanschluss führen.

Wesentliche Quelle für die Feuchtigkeit im Dachquerschnitt ist wohl die Baufeuchte. Bauholz wird grundsätzlich gemäß den Regelwerken als »trocken« bezeichnet, wenn der Feuchtegehalt nicht über 20 Masse% liegt. Dies ist der Feuchtegehalt, den Schnittholz im Sägewerk bei Lagerung im Freien erreichen kann. Mit dieser Holzfeuchtigkeit muss also sowohl bei Balkenquerschnitten als auch bei Schalungsquerschnitten zum Einbauzeitpunkt gerechnet werden. Nach längerer Einbauzeit erreicht Holz in der hier vorliegenden Einbausituation etwa einen Feuchtegehalt von 8–12 Masse% (im Mittel 10 Masse%).

Der Differenzbetrag zwischen der Einbaufeuchte von 20 Masse% und der mittleren Ausgleichsfeuchte von 10 Masse% wird daher nach dem Einbau des Holzes je nach klimatischen Randbedingungen schneller oder langsamer an die Umgebungsluft abgegeben.

Im vorliegenden Fall stand aufgrund der zulässigen Holzfeuchte ein »Wasserangebot« von 3,4 kg/m² Dachfläche zur Verfügung. In einem 22 cm hohen Hohlraum reichen aber bereits 3,8 g Wasser/m² aus, um die Luftfeuchtigkeit bei 20 °C von 0 auf 100 % zu bringen. In einem insgesamt weitgehend dampfdicht abgeschotteten Dachquerschnitt können daher bereits kleine überschüssige Feuchtemengen hohe Luftfeuchtigkeit erzeugen, die dann insbesondere aufgrund des beschriebenen Konvektionsstroms nicht etwa gleichmäßig, sondern konzentriert in der Nähe des Firstes zu Tauwasser-bildungen führen.

Grundsätzlich entspricht der hier vorgelegte Querschnitt in der bauphysikalischen Schichtenfolge der geltenden DIN 4108 Teil 3 vom Juli 2001. Nach der Norm gehören nicht belüftete Dächer mit Dachabdichtungen zu den nachweisfreien Konstruktionen, wenn sie eine diffusionshemmende Schicht mit einem sd-Wert von mindestens 100 m unterhalb der Dämmschicht aufweisen. Dies trifft hier zu. In einer Anmerkung weist die Norm aber auf folgendes hin: »Bei nicht belüfteten Dächern mit belüfteter und nicht belüfteter Dachdeckung und äußeren, diffusionshemmenden Schichten mit sd > 2 m kann erhöhte Baufeuchte oder später beispielsweise durch Undichtheiten eingedrungene Feuchte nur schlecht oder gar nicht austrocknen.« Dieser Warnhinweis gilt natürlich nicht nur für Dachdeckungen, sondern erst recht für Dächer mit Dachabdichtungen, wenn diese Holzbauteile enthalten, die durch einen hohen Feuchtigkeitsgehalt geschädigt werden können.

Auch die Holzschutznorm schließt die hier vorliegende Konstruktion nicht grundsätzlich aus, sondern ordnet Konstruktionen mit einem sd-Wert der abdeckenden Schichten > 0,2 m der Gefährdungsklasse 2 zu. ›

› Es ist demnach ein chemischer Holzschutz gegen Insekten und Pilze erforderlich. Auch wenn die Norm den Warnhinweis gibt, dass »aber auch in solchen Fällen diffusionsoffene Querschnitte bevorzugt werden sollten« – die Regelung ist dennoch tückisch, da Planer den Schluss ziehen können, die erhöhten Feuchtegehalte seien durch den chemischen Holzschutz kompensierbar. Das ist aber nicht generell der Fall.

Ganz ausdrücklich warnt daher schon seit mehr als einem Jahrzehnt der Informationsdienst Holz im Merkblatt zum baulichen Holzschutz vor dieser Bauweise: »Solche Konstruktionen haben sich in der Vergangenheit als schadensträchtig erwiesen, da der chemische Holzschutz bei solchen Bau-

teilflächen bei ungewollt auftretender Feuchte nicht in der Lage ist, allgemeine Bauschäden zu verhindern. Deshalb sollten sie nur in Ausnahmefällen angewendet werden.« Auch viele andere Veröffentlichungen weisen schon seit Jahren auf diese Probleme hin, so dass es dringend erforderlich wird, die bestehenden Normregelungen zu ändern. Sie leiten den nicht detailliert informierten Planer fehl.

Die hier realisierte Schichtenfolge eines unbelüfteten Daches mit dampfdichter oberer Abdichtung und ebenfalls dampfdichter unterseitiger Dampfsperre entsprach zum Zeitpunkt der Planung und Errichtung in wasserdampfdiffusionstechnischer Hinsicht zwar den Regelwerken. Der allgemeine Kenntnisstand war allerdings für den Anwendungsfall des Holzdachs mit Zwischensparrendämmung schon wesentlich weiter fort- geschritten, so dass diese Bauweise für Holzkonstruktionen schon seit Jahren nicht mehr als anerkannte Regel der Bautechnik gelten kann.

Das bedeutet selbstverständlich nicht, dass dampfdicht eingepackte Holzkonstruktionen zwangsläufig versagen müssen! Hat das Holz vor dem endgültigen Verschluss Zeit zum Austrocknen und werden alle weiteren Feuchtequellen sorgfältig vermieden, sind solche Dächer natürlich gebrauchstauglich. Im dargestellten Fall war auch »nur« etwa die Hälfte der Häuser betroffen. Besonders zuverlässig sind solche Konstruktionen allerdings nicht, da sie weder Austrocknungsreserven haben noch »Fehler verzeihen«.

Es stellt sich nun die Frage, wie bei dampfdichten Abdichtungen oder Eindeckungen (Blechdächern) richtig verfahren werden soll, wenn eine Belüftung nicht möglich oder nicht erwünscht ist. Die Regelwerke für Blecheindeckungen geben – wie in db 1/2004 bereits erläutert – die prinzipielle Empfehlung, unbelüftete Blechkonstruktionen mit Aufsparrendämmung auszuführen. So ist die empfindliche Holzkonstruktion von unten zugänglich und liegt nicht im dampfdicht abgeschotteten Bereich.

Dieses Konzept mit Aufsparrendämmung wurde auch im vorliegenden Fall empfohlen. Die Holzkonstruktion musste ohnehin vollflächig geöffnet werden, um den Zustand des Holzes zu überprüfen und gegebenenfalls Holzbauteile austauschen zu können. Es wurde daher empfohlen, die in Abbildung 14 dargestellte Schichtenfolge zu realisieren, bei der die vorhandene Dachabdichtung als Notabdichtung während der Instandsetzungszeit und anschließend als Dampfsperre weiter genutzt wird. Die innere Dämmung dient dabei nur der Hohlraumbedämpfung. Sie muss schwach dimensioniert sein (max. 20 % des gesamten Dämmwerts), um Tauwasser und Schimmelprobleme zu vermeiden. Die Schichtenfolge entspricht DIN 68 800 für Gefährdungsklasse 0.

Seit Jahren wird als Alternative bei unbelüfteten Zwischensparrendämmungen die Verwendung »feuchteadaptiver« Dampfsperren diskutiert und wohl auch realisiert. Es kommen Polyamidfolien als Dampfsperre zum Einsatz, die ihren Diffusionswiderstand mit der Feuchtigkeit der Umgebungsluft ändern, im Winter einen höheren Diffusionswiderstand als im Sommer aufweisen und damit im Sommer eine Austrocknung des Daches nach unten hin ermöglichen. Die Funktionsfähigkeit dieser Lösung ist nach meiner Einschätzung in jedem Einzelfall gesondert rechnerisch nachzuweisen.

Solange nicht von »herkömmlichen« Ingenieurbüros handhabbare Rechenmethoden zur Verfügung stehen und auch die Liste der verfügbaren Stoffkennwerte unvollständig ist, halte ich diese Alternative zurzeit noch nicht für allgemein anwendbar. Wie der Schadensfall zeigt, sind im Übrigen auch mit feuchteadaptiven Dampfsperren Konvektionsströme innerhalb der Dachkonstruktion weder beherrschbar noch berechenbar. Lösungen mit feuchteadaptiven Dampfsperren sind also nur im Einzelfall akzeptabel. Die allgemeinen Schlussfolgerungen lauten daher neben den bereits angegebenen Forderungen zur Änderung der Regelwerke:

Literaturhinweise:

Dimensionierungsregeln zum klimabedingten Feuchteschutz von Dachkonstruktionen sind in DIN 4103 Teil 3, Ausgabe Juli 2001, angegeben. Sie sind aber – wie dargelegt – überholt.

Der Holzschutz wird in DIN 68 8002: 199605 und DIN 68 8003: 199004 Holzschutz – vorbeugende bauliche Maßnahmen und vorbeugender chemischer Holzschutz geregelt.

Wichtige Informationen sind dem Merkblatt des Informationsdienstes Holz: Holzschutz – bauliche Empfehlungen (199705) von Schulze und Lewitzky zu entnehmen.

Die Entwicklung des Diskussionsstandes in den letzten eineinhalb Jahrzehnten ist gut nachzuverfolgen, wenn man die vielen Beiträge der Aachener Bausachverständigentage 1993 mit den Beiträgen im Bauphysik- Kalender 2001 und demnächst erscheinenden Diskussionsbeiträgen der Aachener Bausachverständigentage 2009 vergleicht.