Ermittlung eines Bemessungs-Außenklimas für die Beurteilung der Dauerhaftigkeit einer innengedämmten Wandkonstruktion

Abstract

Im Falle historischer Gebäude mit erhaltenswerten Fassaden stellt die Ausführung einer Innendämmung die einzige Möglichkeit dar, die Transmissionswärmeverluste über außenluftberührte Wände zu reduzieren. Die Applikation eines Innendämmsystems birgt jedoch immer gewisse bauphysikalische Risiken. Durch die thermische Abkopplung der Bestandskonstruktion vom Innenraum wird während der kalten Jahreszeit das Temperaturniveau im Bauteil deutlich reduziert, was zu einer Verringerung des Trocknungspotentials nach Schlagregenereignissen und einer erhöhten Gefahr von Tauwasserbildung in der Konstruktion führt. Das Risiko des Auftretens von kritischen Feuchtezuständen, die in weiterer Folge zu Feuchteschäden (z.B. Schimmelbildung) führen, erhöht sich dabei mit zunehmender Dämmstärke. Um sowohl eine ausreichende Versagenssicherheit der Konstruktion als auch eine Maximierung des Energieeinsparpotentials zu gewährleisten, ist eine Dimensionierung des Innendämmsystems mittels hygrothermischer Simulation Stand der Technik. Dabei kann der zeitliche Verlauf der Temperatur- und Feuchtegrößen im Bauteil unter Beachtung sämtlicher wesentlicher Wärme- und Feuchtetransportprozesse sowie unter Verwendung realer Klimadaten (Temperatur, Luftfeuchte, Schlagregen, Solare Einstrahlung) simuliert werden. Wie in der statischen Dimensionierung von Bauteilen ist die Wahl der maßgebenden Belastung entscheidend für das erhaltene Ergebnis. Im Falle der hygrothermischen Simulation stellen die außen- und innenklimatischen Bedingungen die Belastung der Konstruktion dar. Die Wahl eines Klimadatensatzes, der in geeigneter Weise das Langzeit-Versagensrisiko einer Konstruktion unter den gegebenen örtlichen Randbedingungen wiedergeben kann, erfolgte über ein im Rahmen dieser Arbeit entwickeltes Konzept. Dabei wurden die Auswirkungen verschiedener Klimadatensätze auf die Konstruktion verglichen und den Ergebnissen von Langzeit-Simulationen über mehrere Jahrzehnte gegenübergestellt. Die Untersuchungen wurden entsprechend der Wasseraufnahmefähigkeit der Fassade gegliedert. Während für den Fall einer Fassade mit wasserabweisendem Putz gezeigt werden kann, dass die Wahl eines Referenzjahres maßgeblich vom Temperaturniveau des entsprechenden Klimadatensatzes bestimmt wird, zeigt sich im Falle eines Putzes mit einer für eine Gründerzeitbau-Fassade üblichen (höheren) Wasseraufnahmefähigkeit, dass sowohl in Bezug auf das Temperaturniveau als auch das Schlagregenaufkommen ein bestimmtes Maß an Belastung gegeben sein muss, um das Langzeitrisko des Auftretens kritischer Feuchtezustände wiedergeben zu können. Schließlich wird versucht, auf Grundlage der in den angestellten Untersuchungen gefundenen Zusammenhänge Hinweise für eine vereinfachte Wahl eines Referenz-Klimadatensatzes zu geben.

In case of historical buildings, where the facade is to be preserved for aesthetical and preservationist reasons, the application of an interior insulation system is the only possibility to reduce the transmission heat losses of external walls. However, the application of an interior insulation always causes certain risks. Because of the thermal separation from the interior, the temperature level in the construction decreases, what might cause a reduced drying potential of the wall after driving rain and leads to a raised danger of condensation problems. The risk of moisture problems increases with the insulation hickness. To guarantee an adequate failure security of the construction as well as the maximization of the energy saving potential, the assessment of interior insulation systems by means of numerical simulation methods is state of the art. In these simulation methods the coupled transport of heat and mass is taken into account as well as unsteady climate data (temperature, air humidity, driving rain, solar radiation). As in static calculations, the choice of a representative load determines the result. In case of a hygrothermal simulation, the inside and outside climate conditions are the loads for the construction. The choice of a representative outdoor climate for a hygrothermal simulation was made by a concept, which has been developed within the framework of this thesis. In this concept, the effects of different outdoor climate records on the construction were compared to each other and to the results of longtime simulations based on continuous outdoor climate records of several decades. The studies were divided according to the water absorptive capacity of the facade. While it can be shown, that in case of a hydrophobic exterior rendering the choice of a representative outdoor climate record is mainly determined by the temperature level, in case of facades with a higher water absorptive capacity (which is normal for historical buildings), a representative outdoor climate contains a specific combination of the temperature level and the driving rain load. Based on the insights of this thesis, it was also tried to give recommendations for the preselection of a reference year.