Sicherung der Dauerhaftigkeit von Holzbalkenauflagern durch Temperierung bei Sanierungen mit Innendämmung : In-situ-Messungen und experimentelle Ermittlung der Anwendungsgrenze auf Basis von Prüfstandsversuchen mit besonderem Fokus auf Luftströmungen

Abstract

Die thermische Sanierung historischer Bestandsgebäude – insbesondere von Gründerzeithäusern mit erhaltenswerten Fassaden – bringt komplexe Herausforderungen bei der Umsetzung energieeffizienter und zugleich substanzschonender Maßnahmen mit sich. Insbesondere die Anwendung von Innendämmsystemen führt zu bauphysikalisch kritischen Situationen im Bereich der Holzbalkenauflager, die typischerweise in Tramdeckenkonstruktionen jener Epoche zu finden sind. Die daraus resultierende Problematik einer möglichen Durchfeuchtung und Verrottung der Holzbalkenköpfe wird durch eine Vielzahl von Parametern wie Dämmstärke, Raumklima, Nutzerverhalten, Bauteilgeometrie und Luftströmungen beeinflusst.Die vorliegende Dissertation widmet sich der Entwicklung, experimentellen Validierung und bauphysikalischen Beurteilung einer innovativen Sanierungstechnologie: der aktiven Tramkopftemperierung. Ziel ist die lokale Erwärmung des kritischen Auflagerbereichs, um das Temperatur-Feuchte-Verhältnis am Holzbauteil positiv zu beeinflussen und damit das Schadensrisiko maßgeblich zu reduzieren.Mittels großvolumiger Bauteilversuche in einer eigens entwickelten Doppelklimakammer wurden reale Bauzustände mit variierenden klimatischen Randbedingungen in verschiedenen Ausbaustufen nachgebildet. Dabei kamen Temperatur- und Feuchtemesssysteme, Differenzdruck- und Wärmestromanalysen sowie CO2-Tracergasmessungen zur Bestimmung der Luftdichtheit des Balkenauflagers zum Einsatz. Die Ergebnisse werden anhand des Verrottungskriteriums nach Kehl sowie einem eigens definierten Temperaturfaktor fBK ausgewertet. Vor allem die konvektiven Feuchteeinträge stehen im Fokus der Forschungsarbeit. Anhand des realen Versuchsaufbaus wurde der druckabhängige Leckagevolumenstrom für einen Deckenbalkenanschluss bestimmt. Zusätzlich wurden über einen Zeitraum von bis zu zehn Jahren In-situ-Messungen an zwei realen Testgebäuden durchgeführt, um die Praxistauglichkeit der entwickelten Technologie unter Alltagsbedingungen zu überprüfen. Der Vergleich zweier Testsituationen ohne und mit Tramkopftemperierung liefert wichtige Erkenntnisse in Bezug auf Einbau, Betrieb und Regelung der Tramkopftemperierung in der Praxis. Die kombinierten Erkenntnisse aus Prüfstandsversuch und realem Gebäude zeigten, dass eine lokal wirksame Temperierung bei gezielter Anwendung und unter bestimmten Einsatzgrenzen die Dauerhaftigkeit von Holzbalkenauflagern in innengedämmten Konstruktionen signifikant verbessern kann. Die Dissertation leistet damit einen wesentlichen Beitrag für die Planung langfristig schadensfreier, energieeffizienter Sanierungen historischer Gebäudestrukturen, insbesondere Gründerzeithäuser. Sie enthält praxistaugliche Empfehlungen für die Planung, Ausführung und Nachweisführung innengedämmter Außenwandkonstruktionen mit eingebetteten Holztramauflagern.

The thermal renovation of historic existing buildings – especially Gründerzeit buildings (late 19th-century urban tenement buildings) with façades worthy of preservation – presents complex challenges when implementing energy-efficient measures that are also gentle on the building fabric. In particular, the use of interior insulation systems leads to building physics challenges in the area of timber beam bearings, which are typically found in the beam-and-board ceiling constructions of that era. The resulting risk of moisture accumulation and decay at the ends of timber beams is influenced by numerous factors, including insulation thickness, indoor climate, user behavior, component geometry, and airflow. This dissertation is dedicated to the development, experimental validation, and building physics evaluation of an innovative renovation technology: active beamend tempering. The aim is to locally heat the critical bearing zones in order to improve the temperature–humidity ratio at the timber element and thereby significantly reduce the risk of damage. Large-scale component tests were conducted in a custom-developed double climate chamber to simulate real construction conditions under varying climatic boundary conditions and renovation stages. The study employed temperature and humidity sensors, differential pressure and heat flow analyses, and CO2 tracer gas measurements to determine the airtightness of the beam bearing area. Results were evaluated using Kehl’s decay criterion as well as a custom-defined temperature factor (fBK). The research particularly focused on convective moisture ingress. Based on the test setup, the pressure-dependent leakage airflow at a ceiling beam junction was determined.In addition, long-term in-situ measurements were carried out over a period of up to ten years on two real-life test buildings to assess the practical feasibility of the developed technology under everyday conditions. Comparing two scenarios – one without and one with beam-end tempering – provided key insights into the installation, operation, and control of the tempering system in practice. The combined findings from both laboratory and field studies demonstrated that targeted, localized tempering can, when applied under defined conditions, significantly enhance the durability of timber beam bearings in internally insulated constructions.This dissertation thus makes a substantial contribution to the planning of long-term damage-free, energy-efficient renovations of historic building structures, particularly Gründerzeit buildings. It offers practical recommendations for the design, execution, and verification of internally insulated exterior wall assemblies with embedded timber beam bearings.