Feuchtetechnische Bemessung von Holzkonstruktionen nach WTA
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Im Blickpunkt: Dächer – bauphysikalisch richtig – 24 – 6/2013
Feuchtetechnische Bemessung von Holzkonstruktionen
nach WTA
Hygrothermische Auswertung der anderen Art
Seit dem die Holzschutznormung (DIN 68800-2) feuchtetech-
nische Nachweise mittels hygrothermischer Simulationen er-
möglicht, werden sie von Architekten, Ingenieuren und Sach-
verständigen vermehrt in der Planung von Bauteilen und bei
der Ursachenfindung von Bauschäden eingesetzt. Sie kön-
nen mit solchen Werkzeugen die Konstruktionen detailliert
untersuchen und bewerten. Was in der Normung allerdings
noch nicht verankert ist, sind die Randbedingungen der Si-
mulation und die anschließende Auswertung der Ergebnisse.
Die Arbeitsgruppe „Hygrothermische Bemessung von Holz-
bauteilen“ aus der WTA (Wissenschaftlich-technische Arbeits-
gemeinschaft für Denkmalpflege und Bauwerkserhaltung
e.V.) arbeitet gerade an einem Entwurf, um die Randbedin-
gungen zu definieren und eine geeignete Bewertung der Si-
mulationsergebnisse zu schaffen.
Autor: Es gibt aber auch Konstruk-
Daniel Kehl, tionsaufbauten und Anschluss-
Wissenschaftlicher Mitarbeiter,
Institut für Bauklimatik, situationen, bei denen verein-
TU Dresden fachte Verfahren an ihre Gren-
zen stoßen. Zu nennen sind
hier u.a. außen diffusions-
dichte Dächer (z.B. Altbaudä-
cher mit Dachschalung und Bewertung der Ergebnisse Abb. 1:
Möglichkeit der temperaturabhängi-
Vordeckung aus Bitumenbah- gen Bewertung von Messungen und
nen, unbelüftete Flachdächer Neben der richtigen Aus- Simulationsergebnissen anhand der
mit Verschattung oder Dach- wahl der Eingabeparameter rel. Luftfeuchte und Temperatur an
Holz.
begrünung und zweidimensio- muss auch das Ergebnis ent-
nale Anschlüsse wie Sockel, sprechend ausgewertet wer-
Geschossdecke etc.). Um hier den. Im Heft 1-2011 konnte
Konstruktionen zu bieten, die der Autor bereits darlegen,
eine ausreichende Trocknungs- dass der Holzfeuchte-Grenz-
reserve haben, können diese wert von 20 M-%, wie er in
nur über hygrothermische Si- der DIN 68800-1 genannt
mulationen berechnet werden. wird, ungeeignet für die Aus-
wertung ist. Dafür war der
Die Leserschaft wird sich Randbedingungen Grenzwert auch nicht gedacht, der WTA Arbeitsgruppe ein
schon mal zu Recht gefragt sondern sollte als „Anhalts- anderer Bewertungsmaßstab
haben, wozu eigentlich hygro- Allerdings müssen bei der wert“ mit viel Reserve dienen. gefunden werden.
thermische Simulationen not- Berechnung der Bauteile di- Ein solcher Wert berücksich-
wendig sind. Für viele Bau- verse Randbedingungen der tigt aber weder die Dauer der Neuer Bewertungsmaßstab
teilaufbauten, die ausreichend Simulation ausgewählt wer- Holzfeuchte noch die dabei
diffusionsoffen gebaut sind, den. Da diese nicht genormt vorhandenen Temperaturen. Im oben genannten Beitrag
ist eine solche instationäre sind, muss der Planende eini- Letztere sind aber entschei- im Heft 01-2011 wurde bereits
Berechnung nicht erforderlich. ges an bauphysikalischem dend für die Entstehung und das detaillierte Holzzerstö-
Dazu wirft man einen Blick in Know How mitbringen. Das das Wachstum von holzzer- rungsmodell aus Finnland
die nachweisfreien Konstruk- zukünftige WTA Merkblatt 6.8 störenden Pilzen – genau wie vorgestellt [Viitanen et.al.
tionen einschlägiger Normen wird entsprechende Hilfestel- bei Schimmelpilzen, da sind 2010], das die Temperatur
oder führt einen einfachen lungen geben: sich die Fachleute einig. und Luftfeuchte im Baustoff
Diffusionsnachweis nach dem • Geeignete Materialdaten Bisher hat eine solche Ana- (Porenluftfeuchte) berücksich-
sogenannten Glaser-Verfahren incl. Feuchtegehalt lyse im Bauwesen aber eine tigt. Die Temperaturabhängig-
(z.B. nach DIN 4108-3). Da- • Ausrichtung des Bauteils geringere Rolle gespielt, weil keit wurden von verschie-
bei sollte man allerdings die • Übergangskoeffizienten an selten die Informationen (Holz- denen Forschern bestätigt
Grenzen und Hintergründe den Oberflächen (auch für feuchte bzw. Luftfeuchte und [Maurice et.al. 2012], [Saito
solcher Vereinfachungen bzw. Strahlung) Temperatur) über lange Zeit- et.al. 2013].
Verfahren kennen und jeden • Innen- und Außenklima räume vorlagen. Die Simulati- Aus diesem detaillierten
Aufbau nochmal kritisch hin- inkl. Verschattung und onen liefern nun ausführliche Modell wurde nun ein ver-
terfragen (vgl. Beitrag von Regen Daten über die Klimaverhält- einfachter ingenieurmäßiger
Robert Borsch-Laaks in die- • Konvektive Feuchteeinträge nisse in den einzelnen Bauteil- Ansatz abgeleitet (Abbildung
sem Heft, S. 13ff.). durch Leckagen schichten. Folglich musste in 1 und 3).
6/2013 – 25 – Im Blickpunkt: Dächer – bauphysikalisch richtig
Bei den Laborversuchen von Die Grenzlinie der rel. Luft-
Viitanen wurde wenig resis- feuchte (Abbildung 1) kann
tentes Splintholz (Fichte/Kie- mittels der Sorptionsisotherme
fer) mit den Sporen von ech- (Abbildung 2, Mittelwert und
tem Haus- oder braunen Kel- Feuchtebereich) in die Holz-
lerschwamm beimpft. Dabei feuchte übertragen werden
stellten die Wissenschaftler (Abbildung 3). Im Mittel ergibt
fest, dass unterhalb der dar- sich dadurch eine maximal
gestellten Grenze (Abb. 1) auch zulässige Holzfeuchte, um
nach 12 Monaten (!) kein Holz- Holzabbau auszuschließen,
abbau stattfand. Eine Über- zwischen ~ 26 M-% (0°C) und
schreitung der Grenze führt 20 M-% (30°C). Beide tempe-
nicht zwangsweise zum Holz- raturabhängigen Grenzkurven
abbau, sondern sollte dann (rel. Luftfeuchte und Holz-
durch das detaillierte finnische feuchte) sind für die Auswer-
Verfahren (siehe Heft 01-2011) tung der hygrothermischen
untersucht werden. Simulation geeignet, um das
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GANZ
Abb. 2:
Die Holzausgleichsfeuchte ist abhän-
gig von der relativen Luftfeuchte (hier
Fichte). Da die Materialeigenschaften
GROSS
von Holz naturgemäß streuen und
sich bei Absorption und Desorption
unterschiedliche Holzfeuchten ein-
stellen, gibt es keine „reine“ Holz-
feuchteisotherme sondern einen
Holzfeuchtebereich.
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Abb. 3:
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Grenzkurve für die Holzfeuchte. Die-
se ist von der verwendeten Sorptions- Mehr Infos zu Ausstellern und zum Rahmenprogramm
isotherme abhängig und dient der finden Sie unter: www.dach-holz.de/besucher
Verdeutlichung. Der graue Bereich
stellt die Schwankungsbreite dar.
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Im Blickpunkt: Dächer – bauphysikalisch richtig – 26 – 6/2013
Risiko der Holzzerstörung
durch Pilze zu beurteilen.
Wichtig ist bei der Auswer-
tung der Holzfeuchte, dass die
im Simulationsprogramm hin-
terlegte Holzausgleichskurve
und die später verwendete
Holzfeuchte-Grenze zueinan-
Dämmstofff-
ff der passen.
nagel TYP II
Wie sicher ist diese
Bewertung?
Da beim Holzschutz seit 20
AUF HOLZ
Jahren die Sicherheitslatte bei
20 M.-% festgelegt wurde und
die Temperaturabhängigkeit
Dämmstofff-
ff zwar bekannt aber nicht zu
schraube DS bewerten war, mögen die die
patentiert hohen Luft- bzw. Holzfeuch-
ten besorgniserregend emp-
funden werden. Dies relati-
viert sich, wenn man weiß,
dass bereits in der alten [DIN
AUF HOLZ 68800-1: 1990] 20 M-% bis
zu 6 Monate überschritten Außerdem sollte man berück- Abb. 4:
Saniertes Altbaudach mit folgendem
werden durfte. Im Kommen- sichtigen, dass eine aus statio- Aufbau von außen nach innen:
Dämmputz- tar des Obmanns, Prof. Horst nären Laborbedingungen ab- 1. Ziegel mit Lattung
schraube DPS Schulze, wurde als Grenze zur geleitete Grenze bei dynami- 2. Bitumenbahn mit Alueinlage
3. Holzschalung 20 mm
patentiert Möglichkeit der biotischen schen Prozessen, wie sie in der 4. Zellulosedämmung 200 mm
Holzzerstörung die Fasersätti- Baupraxis vorkommen, eher 5. feuchtevariable Dampfbremse
gung um 30 M-% bei Nadel- auf der sicheren Seite liegt. 6. Installationsebene mit GKB-Platte
hölzern genannt [Ifo 1997]. In Ermangelung der darge-
Randbedingungen für die Simulation:
Dies wird jetzt nach unten stellten neueren Erkenntnisse Klima Holzkirchen Ø Temp. 6,6°C
AUF HOLZ korrigiert (max. 26 M-% / 0°C sind viele Planer schon bei 40° Dachneigung – nordorientiert
bis 20 M-% /30°C) und auf die früheren Simulationen der Luftdichtheit q50 = 3 m³/m²h
normale Feuchtelast nach WTA –
Temperatur angepasst. Empfehlung in [Ifo 2008] ge- MB 6-2.
Ein weiterer Aspekt ist die folgt und haben eine Über- Start: 20 °C / 80 % rel. Luftfeuchte /
Überschreitungsdauer. Wie schreitung der 20 M-% Gren- 01.10.
Dämmstofff-
ff Startfeuchte Zellulose: 5,45 kg/m³
bereits oben erwähnt, fand bei ze im ersten Simulationsjahr Ausgleichsfeuchte bei 65 % rel.
befestiger VT
den finnischen Messungen toleriert. Luftfeuchte
nach 12 monatiger Lagerung
kein Holzabbau an den Pro-
ben unterhalb der Luftfeuchte-
AUF BETON +
Temperatur-Kurve statt. Wer-
MAUERWERK den nun Tagesmittelwerte auf
ein „12 Monats“-Diagramm
angewendet, ist dort bereits
Dämmstofff-
ff eine weitere Sicherheit ent-
schraube DK halten. Deren Größe kann aus
DGBM-Nr.
Abb. 3 im Beitrag von Heft
203 20600.2
01-2011 abgelesen werden.
AUF HOLZ
GmbH Abb. 5:
Die bisherige Auswertung der
Rahmedestr.r.r 161 . D-58762 Altena Holzfeuchte der Schalung. Durch den
fehlenden Temperaturbezug kann das
TEL +49 ( 0 ) 23 52 / 95 96 96 Schadensrisiko nicht beurteilt werden.
F X +49 ( 0 ) 23 52 / 59 05
FA Mit dem Kriterium 20 M-% wäre eine
solche Konstruktion nicht zulässig.
Friedr.Tr
T urnit-GmbH@ t-online.de
Tr
Der grüne und rote Balken zeigen die
http://
/ www.Tr
// T urnit-Friedr.de
Tr Zeiträume an, die in Abb. 6a und b
beispielhaft ausgewertet werden.
6/2013 – 27 –
Köln, BRD
Zusatzanforderungen Da es eine Vielzahl von ver- 18.-21.02.14
schiedenen Bauteilen und Bau-
Die alleinige Verwendung situation gibt, die bewertet
des Diagramms entspricht werden können (bspw. Auf-
noch nicht dem Sicherheitsbe- feuchtung oder Trocknung der Halle 7
dürfnis vieler Planer, da es bei Schalung im Flachdach oder
einem Bauteil jedes Jahr hohe Altbaudach, Holzbalkenköpfe Stand 7.419
Luft- bzw. Holzfeuchten er- im Mauerwerk, Bemessung
lauben würde. Die Grenzlinie oder Nachberechnung eines
dient zwar als Grundlage der Schadens etc.), wird nur die Besuchen sie unsere
Risikobetrachtung, kommt Grenzkurve im WTA Merk-
aber nicht ohne zusätzliche
Bewertungen aus. Es ist sinn-
blatt abgebildet werden (Abb.
1). Der Planende muss anhand
Maschinenvorführungen
voll, je nach betrachtetem der eingegebenen Randbedin-
Bauteil Zusatzanforderungen gungen und der Konstruktion
zu stellen, um Trocknungsre- das Risiko eigenständig ab-
serven auf Dauer sicherzustel- schätzen und entsprechend
len. Hierzu sollte man die bis- beurteilen. Das WTA-Merk-
herigen Feuchteverläufe über blatt wird mit Beispielen da-
mehrere Jahre (siehe bspw. zu entsprechende Hinweise
Abbildung 5) weiter verwen- geben.
den, da man an ihnen leicht Die neu erstellte Grenzkurve
erkennen kann, ob eine lang- wurde innerhalb der WTA
fristige Auffeuchtung oder Arbeitsgruppe an rund 200
weitere Trocknung stattfindet. Berechnungen ausführlich
getestet und zeigt für die un-
tersuchten Bauteile plausible
Ergebnisse, die mit Erfahrun-
gen aus der Praxis abgegli-
chen wurden.
Beispiel Altbaudach
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Anhand der folgenden Un-
tersuchung eines Altbauda-
ches wird aufzeigt, ob die
Grenzziehung der Holzfeuchte
für die hygrothermische Be-
messung geeignet ist. Bei Alt-
baudächern befindet sich oft-
mals unterhalb der hinterlüf-
teten Dachziegel oder unter
einer Verblechung oder Ver-
schieferung eine Bitumenbahn
auf einer Holzschalung, die
easyfloc − als Unterdach dient. Will man
Dämmen war noch solche Dächer energetisch von
nie so einfach innen sanieren und den Spar-
Ihre Vorteile: effizientes Dämmen
vorgefertigter Holzbauelemente
renzwischenraum dämmen,
entsteht eine außen dampf-
Abbundmaschine
im Werk, keine Befüllöffnungen
am Holzbauelement mehr not-
dichte Konstruktion. Wird auf
der Innenseite eine Dampf-
ROBOT-Drive
wendig, automatischer Befüllab-
lauf, staubarmer Betrieb, visuelle bremse mit einem hohen Was- Die flexible
Kontrolle des Dämmergebnisses serdampfdiffusionswiderstand
und 10-Jahr-Systemgarantie auf versehen (bspw. sd ≥ 10 m), Hochleistungsmaschine
Setzungssicherheit.
haben diese sogenannten
„Dicht-Dicht-Konstruktion“
für alle Holzbaubetriebe -
Infos unter: www.isofloc.de keine Austrocknungsmöglich- vom Sparren bis zur Treppe
keiten und damit ein hohes
Schadenspotential. Da immer
mit Restleckagen zu rechnen
ist, feuchten solche Konstruk-
tionen auf. Sie sind daher
nicht mehr Stand der Technik
(siehe z.B. [Oswald 2009],
[Mohrmann Heft 03/2007]) Innovationen für den Holzbau
www.hundegger.deIm Blickpunkt: Dächer – bauphysikalisch richtig – 28 – 6/2013
tierte 40° geneigte Dachfläche. von hygrothermischen Simu-
a
Die Dampfbremse auf der lationen eine temperaturab-
Unterseite des Daches ist hängige Grenzziehung als
feuchtevariabel und als Däm- sinnvoll erachtet. Zudem müs-
mung kommt Zellulose zum sen, in der bauphysikalischen
Einsatz. Bemessung von neuen Holz-
Die Holzfeuchte der Scha- konstruktionen Sicherheiten
lung steigt im ersten Winter eingeplant werden. Daher
auf 24 M % und trocknet muss die Konstruktion ein
dann innerhalb von 4 Jahren ausreichendes Trocknungs-
im Maximum des Jahreszyk- potential aufweisen.
lus auf 20 M % (Abbildung 5). Das Beispiel hat gezeigt,
Ob die Konstruktion durch dass vereinfachte Ansätze der
Holz zerstörende Pilze gefähr- Grenzziehung zu einer Fehl-
det ist, ist aus dieser Darstel- einschätzung der Holzzerstö-
lung aber nicht ersichtlich. rung führen können. Die Kom-
Die anfänglichen 24 M % bination von hygrothermi-
erscheinen zunächst als hoch. scher Simulation in Verbin-
Eine vereinfachte Grenzzie- dung mit der dargelegten
hung bei 20 M % würde die fachlichen Beurteilung ist ein
Konstruktion als nicht funk- geeignetes Instrument zum
tionsfähig ausweisen. Aus der Nachweis der Funktionsfähig-
Praxis sind aber ausreichen- keit von Baukonstruktionen
de Erfahrungen vorhanden, zu sein.
dass diese Konstruktion funk-
b tioniert.
Literatur
Betrachtet man hingegen
Abbildung 6a , so ist gut zu
[Ifo 1997] Hrsg. Holzabsatzfonds:
erkennen, dass zum einen die Informationsdienst Holz, Holzbau
Grenzkurve im ersten Jahr Handbuch Reihe 3 Teil 5 Folge 2 -
nicht überschritten wird, da Baulicher Holzschutz, Bonn 1997
(Nachdruck 2005)
die anfänglichen hohen Feuch-
ten auf Grund der zu dieser [Ifo 2008] Hrsg. Holzabsatzfonds:
Informationsdienst Holz, Flachdächer
Zeit herrschenden niedrigeren
in Holzbauweise, Bonn 2008
Temperaturen kein Problem
[Maurice et.al. 2011] Maurice, S.;
darstellen. Zum anderen neh- Coroller, l.; Debaets, S.; Vasseur, V.: Le
men die Feuchten immer wei- Floch, G.; Barbier, G.: Modelling the
ter ab (Abbildung 6b). Durch effect of temperature, water activity
die jährliche Reduktion zeigt and pH on the growth of Serpula
lacrymans, Beitrag im Journal of
die Konstruktion ein ausrei- Applied Microbiology (Dez. 2011),
chendes Trocknungspotential. Wiley-Verlag 2011 (ISSN 1364-5072)
DOI: 10.1111/j.1365-2672.2011.05161.x
Fazit [Oswald 2009] Oswald, R.:
Fehlgeleitet – Unbelüftete Holzdächer
Bisher wurden Berechnungs- mit dachabdichtungen, Beitrag in db
– deutsche bauzeitung, Ausgabe
ergebnisse von hygrothermi- 07-2009, Konradin Verlag, Leinfelden-
schen Bemessungen nach Er- Echterdingen, 2009
messen des Planers beurteilt [Saito et.al. 2012] Saito, H; Fukuda,
und interpretiert. Dies konnte K.; Sawachi, T.: Integration model of
Abb. 6a und 6b: Erst wenn der innere sd-Wert je nach Erfahrung aber sehr hygrothermal analysis with decay
Die Porenluftfeuchte in der Schalung process for durability assessment of
wird als Tagesmittel über die
reduziert wird, besteht zum unterschiedlich ausfallen. Aus
building envelopes, Beitrag in
Temperatur aufgetragen. Die im Innenraum hin ein gewisses den Ausführungen wird deut- Building Simulation – Volume 5,
ersten Jahr (a) vorhandenen, hohen Austrocknungspotential durch lich, dass die bisherige Grenze Number 4, December 2012, Springer
Feuchten stellen auf Grund der
niedrigen Temperaturen kein Problem
sommerliche Umkehrdiffusion. von 20 M-% relativer Holz- Verlag, Berlin 2012 (ISSN 1996-3599)
dar. Im dritten Jahr (b) hat sich die Damit die eingedrungene feuchte für die Auswertung [Viitanen et al 2010] Viitanen, H.;
Feuchte weiter reduziert und zeigt mit Feuchte aus dem Winter im von hygrothermischen Simula- Toratti, T.;Makkonen, L. Peuhkuri, R.;
dem starken Abfall zwischen dem Ojanen, T.;Ruokolainen, L.; Räisänen,
ersten und dritten Jahr ein ausrei-
Sommer überhaupt rücktrock- tionen nicht geeignet ist bzw.
J.: Towards modelling of decay risk of
chendes Trocknungspotential. net, ist aber die Erwärmung nicht als alleinige Bewertungs- wooden materials; European Journal
der Dachfläche erforderlich. größe herangezogen werden of Wood and Wood Products, Springer
Demzufolge sind besonders kann. Verlag, Berlin-Heidelberg 2010
nordorientierte Dächer, die Die Entstehung und das
sich in Folge einer geringen Wachstum von Holz zerstö-
Sonneneinstrahlung kaum render Pilze hängen, wie bei
erwärmen, besonders gefähr- Schimmelpilzen, von der um-
det. Das untersuchte Dach hat gebenden Temperatur ab. Da-
daher eine nach Norden orien- her wird für die AuswertungSie können auch lesen
