Einfluss von Luftströmungen auf das hygrothermische Verhalten von Tramköpfen in Gründerzeitgebäuden

Abstract

Im Wiener Baubestand stellt die Holztramdecke die am weitest verbreitete Deckenkonstruktion dar. Viele dieser, in der Gründerzeit errichteten, Gebäude sind mittlerweile sanierungsbedürftig. Das Tramkopfauflager an der Außenmauer stellt dabei eine Wärmebrücke dar, welcher zusätzliche Beachtung geschenkt werden muss. Vor allem in Hinblick auf zu sanierende Gebäude mit einer möglichen nachträglich aufgebrachten Innendämmung gilt festzustellen, warum sich einige dieser Tramköpfe noch in tadellosen Zustand befinden, während andere bereits nahezu vollständig vermodert sind. Dazu werden die Auswirkungen eines luftumströmten Tramkopfdetails in dieser Arbeit genauer betrachtet. Ins-besondere auch die Auswirkungen einer Luftströmung auf die Dauerhaftigkeit bzw. die Schimmelanfälligkeit einer solchen Konstruktion.Im ersten Schritt wurden mögliche Strömungsursachen und auch Strömungspfade untersucht. Am wahrscheinlichsten kommt es dabei zu einer Strömung zwischen zwei übereinanderliegenden Räumen aber auch eine direkte Luftströmung nach oder von außen wäre im Bereich des Möglichen.Ein weiterer Punkt ist die grundlegende Fragestellung ob es tatsächlich zu einer Luftströmung zwischen den Geschoßen kommen kann. Hierzu wurden Versuche in einem Gründerzeithaus durchgeführt. Da-bei wurde der Luftvolumenstrom, im Bereich der Tramauflager, von einem Raum in den darüberliegenden Raum gemessen. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass es bei abgehängten Decken zu starken Luftströmungen kommen kann, hingegen bei sauber verputzten Decken nur minimale Luftströme messbar sind.Für die Durchführung von hygrothermischen Simulationen eines Tramkopfdetails wurden die auftre-tenden Druckunterschiede für die verschiedenen Strömungsursachen betrachtet. Sobald eine Luftströmung zur oder von der Außenseite des Gebäudes möglich ist, kommt es zu einer Vervielfachung der auftretenden Druckunterschiede. Die größten Druckunterschiede treten infolge von Windbeanspruchungen auf. Ihre Abbildung ist jedoch insofern schwierig, da diese als wechselnde Druck- und Sogbeanspruchung vorkommen und dabei direkt von der Gebäudeausrichtung abhängig sind.Die Simulationen selbst wurden mittels des Finiten-Element-Programms HAM4D durchgeführt. Durch sie wurde der eingeschwungene Feuchtezustand im Holz unter Berücksichtigung von Diffusion und Konvektion ermittelt. Es wurde dabei zwischen verschiedenen Kombinationen von Innenklimaten und Strömungsrichtungen variiert. Die Simulationen haben gezeigt, dass die historischen Aufbauten funk-tionsfähig sind und es zu keinen kritischen Feuchtigkeiten kommt. Dennoch sind die auftretenden Feuchtigkeiten höher als bei Simulationen ohne Konvektion, wodurch bei Schlagregenbelastung oder anderen Bauteilaufbauten problematische Feuchtigkeiten entstehen können. Problematisch werden Wandaufbauten mit nachträglich angebrachter Innendämmung, diese führen bereits durch die Berücksichtigung der Luftströmung zu einer Schimmelgefährdung. Bei derartigen Konstruktionen sind Randbedingungen wie trockenes Innenklima oder besonders luftdicht ausgeführte Tramkopfdetails von entscheidender Bedeutung, ob es tatsächlich zu einer Schimmelbildung kommt. In den Simulationen konnte auch gezeigt werden, dass eine Luftströmung um den Tramkopf durchaus positive Effekte hervorrufen kann. Wichtig sind dabei vor allem das erwähnte Innenklima und die Strömungsrichtung.

In the Viennese building stock, the timber beam ceiling represents the most widespread ceiling construction. Many of these buildings, constructed during the Wilhelminian period, are now in need of refurbishment. The beam head in the outer wall represents a thermal bridge, which must be given additional attention. Especially for buildings with a subsequently installed interior insulation, it should be investigated why some of these beam heads are still in perfect condition, while others are already mouldered. For this purpose, this thesis examined the effects of an air flowed beam head more precisely and investigated the effects of an airflow on the durability or mould susceptibility of such a construction. In the first step possible causes and paths of an airflow were investigated. The flow path with the highest probability arises between two stacked rooms but also a direct flow of air to or from the outside would be in the range of possibilities. Another point is the basic question, whether an airflow between different floors is even plausible. For this purpose, experiments were carried out in a house build in the Wilhelminian period. The air volume flow, in the area of beam bearing, from one room to the room above was measured. The investigations have shown that strong airflows can occur, but with thoroughly plastered ceilings only minimal airflows can be detected. For performing hygrothermal simulations of a beam head detail, the differences in pressure for the different flow causes were considered. As soon as an airflow to or from the outside of the building is possible, there is a significant increase in the pressure differences that occur. The largest pressure differences come about as a result of wind. However, their illustration is difficult because they occur as alternating pressure and suction stress and they are directly dependent on the orientation of the building. The simulations themselves were performed with the finite-element-program HAM4D. They determined the steady state vibration of moisture in the timber, with regard to diffusion and convec-tion. Different combinations of indoor climates and flow directions were varied. The simulations have shown that the historical structures are fully functional and that there is no critical humidity. Nevertheless, the occurring humidity is higher than in simulations without convection. Which can result in problematic humidity when driving rain arises or the component structures get changed. Wall constructions with a retrofitted internal insulation are problematic, since already causes the air flow mould growth. In such constructions boundary conditions such as dry indoor climate or a particularly air-tight executed beam head detail are of crucial importance, if it comes to mould growth. The simulations also showed that airflow around the beam head can produce positive effects. For that phenomenon the interior climate and the direction of flow are important.