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117 © 2005 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Bauphysik 27 (2005), Heft 2 Fachthemen Für die energetische Aufbesserung denkmalgeschützter oder er- haltenswerter Fassaden hat sich eine moderate Innendämmung unter Verwendung kapillaraktiver Dämmschichten oder luftfeuch- teabhängiger Wasserdampfbremsen auch in kritischen Fällen be- währt. Im Zusammenhang mit eingebetteten Holzbalkenköpfen gehen die Meinungen der Experten allerdings weit auseinander und reichen vom Belüften, über den Einsatz der chemischen Keule und sorptiv aktiver Stoffe bis zum totalen Luftverschluss. Schwerpunkt des Beitrages ist die Diskussion der Feuchteproble- matik an den Holzbalkenköpfen erhaltenswerter, innengedämmter Fassaden von Außenwänden. Der Gegenstand wird sowohl meß- technisch vor Ort unter Nutzungsbedingungen als auch laborativ, jeweils gestützt durch eine numerische Simulation des gekoppel- ten Wärme-Feuchtetransportes, bearbeitet. Neben dem jahres- zeitlichen Verlauf der Holzfeuchten und der hygrothermischen Zu- stände in den Balkenkopfbereichen quantifizieren die Ergebnisse auch die Wirkung lokaler Wärmeeinträge durch Heizkanäle im Fußbodenbereich und über sog. passive oder aktive Wärmestäbe in den Balkenköpfen. Die Autoren haben sich trotz einiger offener Fragen hinsichtlich der Wärmestäbe zur Veröffentlichung der Ar- beit entschlossen, um zur Mit- und Weiterarbeit an der sensiblen Thematik anzuregen. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf den vergrößerten Baubestand und die zu erwartende Sanierungswelle im Rahmen der erweiterten Europäischen Union mit einer Vielzahl erhaltenswerter Fassaden und klassischer Holzbalkendecken. The hygrothermic performance of wooden beam ends embedded in an inside insulated outside wall considering a heating system. Heating pipe aided inside thermal insulation in case of a timber joist floor. An improvement of the hygrothermal performance of worth pre- serving facades by means of an inside insulation is proved correct for crucial projects also, using capillary activ thermal insulation materials or a vapor retarder dependent on the relative humididy. On the other hand in case of embedded wooden beam ends there are controversial discussions The experts suggest proposals from an airthight construction and the using of fungicides and the sorp- tive binding of moisture up to a beam end completely open for air flow rate. This paper is focused to the hygric problems of the wooden beam ends. A lot of measurements are carried out in situ under condition of use in testhouses and by means of a teststand in the Building Physics testing floor of the FHL. In each cases the experiments are supported by a numerical simulation of the cou- pled heat and mass transfer. Apart from the seasonal process of the wooden moisture content and the hygrothermal state of the air gaps of the beam heads area the results quantify also the ef- fect of local heat transfer by means of heating channels near the floor board area and through so-called passive and active heat bars within the wooden beam ends. 1 Einführung Wir wissen mehr als uns lieb ist: die Neubaueuphoriepha- se in Deutschland ist zu Ende; der Sanierungsmarkt be- stimmt zunehmend die Situation. Künftig wird das Bauen im und am Bestand – und dies mit zunehmender Inten- sität – das Baugeschehen prägen. Wer mit einem wachen Auge regionale und nationale wie internationale Messen besucht, wird dies unzweifelhaft feststellen. Die Baumesse 2005 in München bildete nur die Fortsetzung der Sanie- rungsmelodie. Dabei geht es nicht nur um wärmeenergeti- sche Gesichtspunkte, wie es manchmal erscheinen mag. Der Gebäudebestand entspricht vielmehr einer ungeheu- ren Menge zwischengelagerter Baustoffe. Abriß und wie- derholter Neubau erfordern neben den hierzu notwendi- gen Herstellungsenergien und Rohstoffen auch Platz und Verwaltungsaufwand für die zu entsorgenden, teilweise nicht unproblematischen Altlasten. Unter diesem gesamt- wirtschaftlichen Blickwinkel bleiben die Sanierung, der Umbau und die Umnutzung wichtige, stets aktuelle The- men des Bauwesen. Eingebunden sind ausdrücklich auch historische Bauwerke, die allein über eine kontinuierliche Nutzung – und diese nicht nur als Museen – vor dem Ver- fall für nachkommende Generationen zu bewahren sind. Ihr Erhalt dient neben den erwähnten technischen Ziel- stellungen und außer den kulturhistorischen Aufgaben vor allem der Förderung und Pflege des Umweltgedankens, zu dem neben dem Naturschutz auch das bauliche Umfeld der Bewohner als identifikationsstiftender Faktor für ein bürgerliches Engagement maßgeblich beiträgt und so der verantwortungslosen Preisgabe übernommener Werte ent- gegenwirkt [2]. Bei der Sanierungswirtschaft mit ihren vielfältigen Fa- cetten handelt es sich also keineswegs um eine vorüberge- hende Erscheinung oder gar um einen Lückenbüßer der zeitweilig lahmenden Baukonjunktur. Das führt künftig zu einer wachsenden Zahl von Gebäuden, die dem jeweils ak- tuellen Ausführungstandard nicht gerecht werden und un- ter Kenntnis voranliegender Bauepochen nachzurüsten sind. Nach [3] entsprechen nur 20 % des gegenwärtigen Wohnungsbestandes den Vorgaben des bautechnischen Wärmeschutzes, die nach der Verabschiedung des Energie- einspargesetzes der Bundesrepublik Deutschland 1976 in Kraft getreten sind. Bei etwa 80 % der Wohnraumsubstanz schwankt der jährliche Heizwärmebedarf um 250 kWh/m 2 und belastet demzufolge Energiewirtschaft und Umwelt. Das Mißverhältnis zwischen dem Heizenergiebedarf der Hygrothermisches Verhalten eingebetteter Holzbalken- köpfe im innnengedämmten Außenmauerwerk Heizungstechnisch gestützte Innendämmung bei Holzbalkendecken Steffen Gnoth Karsten Jurk Peter Strangfeld

Hygrothermisches Verhalten eingebetteter Holzbalkenköpfe im innnengedämmten Außenmauerwerk: Heizungstechnisch gestützte Innendämmung bei Holzbalkendecken

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117© 2005 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Bauphysik 27 (2005), Heft 2

Fachthemen

Für die energetische Aufbesserung denkmalgeschützter oder er-haltenswerter Fassaden hat sich eine moderate Innendämmungunter Verwendung kapillaraktiver Dämmschichten oder luftfeuch-teabhängiger Wasserdampfbremsen auch in kritischen Fällen be-währt. Im Zusammenhang mit eingebetteten Holzbalkenköpfen gehen die Meinungen der Experten allerdings weit auseinanderund reichen vom Belüften, über den Einsatz der chemischen Keule und sorptiv aktiver Stoffe bis zum totalen Luftverschluss.Schwerpunkt des Beitrages ist die Diskussion der Feuchteproble-matik an den Holzbalkenköpfen erhaltenswerter, innengedämmterFassaden von Außenwänden. Der Gegenstand wird sowohl meß-technisch vor Ort unter Nutzungsbedingungen als auch laborativ,jeweils gestützt durch eine numerische Simulation des gekoppel-ten Wärme-Feuchtetransportes, bearbeitet. Neben dem jahres-zeitlichen Verlauf der Holzfeuchten und der hygrothermischen Zu-stände in den Balkenkopfbereichen quantifizieren die Ergebnisseauch die Wirkung lokaler Wärmeeinträge durch Heizkanäle imFußbodenbereich und über sog. passive oder aktive Wärmestäbein den Balkenköpfen. Die Autoren haben sich trotz einiger offenerFragen hinsichtlich der Wärmestäbe zur Veröffentlichung der Ar-beit entschlossen, um zur Mit- und Weiterarbeit an der sensiblenThematik anzuregen. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf denvergrößerten Baubestand und die zu erwartende Sanierungswelleim Rahmen der erweiterten Europäischen Union mit einer Vielzahlerhaltenswerter Fassaden und klassischer Holzbalkendecken.

The hygrothermic performance of wooden beam ends embeddedin an inside insulated outside wall considering a heating system. Heating pipe aided inside thermal insulation in case of a timber joist floor.An improvement of the hygrothermal performance of worth pre-serving facades by means of an inside insulation is proved correctfor crucial projects also, using capillary activ thermal insulationmaterials or a vapor retarder dependent on the relative humididy.On the other hand in case of embedded wooden beam ends thereare controversial discussions The experts suggest proposals froman airthight construction and the using of fungicides and the sorp-tive binding of moisture up to a beam end completely open for airflow rate. This paper is focused to the hygric problems of thewooden beam ends. A lot of measurements are carried out in situunder condition of use in testhouses and by means of a teststandin the Building Physics testing floor of the FHL. In each cases theexperiments are supported by a numerical simulation of the cou-pled heat and mass transfer. Apart from the seasonal process ofthe wooden moisture content and the hygrothermal state of theair gaps of the beam heads area the results quantify also the ef-fect of local heat transfer by means of heating channels near thefloor board area and through so-called passive and active heatbars within the wooden beam ends.

1 Einführung

Wir wissen mehr als uns lieb ist: die Neubaueuphoriepha-se in Deutschland ist zu Ende; der Sanierungsmarkt be-stimmt zunehmend die Situation. Künftig wird das Bauenim und am Bestand – und dies mit zunehmender Inten-sität – das Baugeschehen prägen. Wer mit einem wachenAuge regionale und nationale wie internationale Messenbesucht, wird dies unzweifelhaft feststellen. Die Baumesse2005 in München bildete nur die Fortsetzung der Sanie-rungsmelodie. Dabei geht es nicht nur um wärmeenergeti-sche Gesichtspunkte, wie es manchmal erscheinen mag.Der Gebäudebestand entspricht vielmehr einer ungeheu-ren Menge zwischengelagerter Baustoffe. Abriß und wie-derholter Neubau erfordern neben den hierzu notwendi-gen Herstellungsenergien und Rohstoffen auch Platz undVerwaltungsaufwand für die zu entsorgenden, teilweisenicht unproblematischen Altlasten. Unter diesem gesamt-wirtschaftlichen Blickwinkel bleiben die Sanierung, derUmbau und die Umnutzung wichtige, stets aktuelle The-men des Bauwesen. Eingebunden sind ausdrücklich auchhistorische Bauwerke, die allein über eine kontinuierlicheNutzung – und diese nicht nur als Museen – vor dem Ver-fall für nachkommende Generationen zu bewahren sind.Ihr Erhalt dient neben den erwähnten technischen Ziel-stellungen und außer den kulturhistorischen Aufgaben vorallem der Förderung und Pflege des Umweltgedankens, zudem neben dem Naturschutz auch das bauliche Umfeldder Bewohner als identifikationsstiftender Faktor für einbürgerliches Engagement maßgeblich beiträgt und so derverantwortungslosen Preisgabe übernommener Werte ent-gegenwirkt [2].

Bei der Sanierungswirtschaft mit ihren vielfältigen Fa-cetten handelt es sich also keineswegs um eine vorüberge-hende Erscheinung oder gar um einen Lückenbüßer derzeitweilig lahmenden Baukonjunktur. Das führt künftig zueiner wachsenden Zahl von Gebäuden, die dem jeweils ak-tuellen Ausführungstandard nicht gerecht werden und un-ter Kenntnis voranliegender Bauepochen nachzurüstensind. Nach [3] entsprechen nur 20 % des gegenwärtigenWohnungsbestandes den Vorgaben des bautechnischenWärmeschutzes, die nach der Verabschiedung des Energie-einspargesetzes der Bundesrepublik Deutschland 1976 inKraft getreten sind. Bei etwa 80 % der Wohnraumsubstanzschwankt der jährliche Heizwärmebedarf um 250 kWh/m2

und belastet demzufolge Energiewirtschaft und Umwelt.Das Mißverhältnis zwischen dem Heizenergiebedarf der

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Gebäude beim Ausschöpfen gegenwärtig technischer Mög-lichkeiten und dem Bedarf für die vorhandene Substanzmündet folgerichtig in die Novellierung der EnEV als natio-nale Umsetzung der Europäischen Richtlinie zur Gesamt-energieeffizienz von Gebäuden [4], die ausdrücklich auchdie Sanierung beinhaltet. Gleichzeitig demonstrieren dieZahlenwerte die Chancen sowie die gigantischen, volks-wirtschaftlichen Anforderungen an den Bausektor.

Bei der wärmeschutztechnischen Aufbesserung beste-hender Außenwände wächst die Anzahl der Gebäude, diemit Einschubdecken und eingebetteten Holzbalkenköpfenim Außenmauerwerk einer veränderten Nutzung zuzu-führen sind. Dies ist bei gleichzeitigem Erhalt der Ori-ginalfassade nach heutigem Stand der Technik nur durcheine Innendämmung (ggf. ergänzt durch weitere Maßnah-men) möglich, wenn man das Prinzip der Einfachfassadenicht verlassen will. Wie hierbei die hygrothermischenVerhältnisse im Balkenkopfbereich zu beurteilen sind,wird immer wieder kontrovers diskutiert. Das Spektrumder Vorschläge für eine schadensfreie Lösung reicht vonluftumspülten Balkenköpfen mit sorptiver Feuchtebin-dung bis zum völlig luftdichten Abschluß mit Schaumglasund Bitumen [6]. Allerdings bleibt vieles Spekulation, dakaum quantitative Aussagen, verbunden mit Langzeitmes-sungen zu finden sind und Maximalforderungen wie dasvorstehende luftdichte Einbinden der Balkenköpfe an ört-lichen Gegebenheiten der Sanierungspraxis und finanziel-len Erwägungen scheitern muß.

2 Rechnerische Untersuchungen – numerische Simulation2.1 Modellierung

Bei der vorliegenden Thematik sind die thermischen undhygrischen Zustände miteinander gekoppelt und werdenzudem durch die Luftbewegungen im Balkenkopfbereichbeeinflußt. Die Vorgänge lassen sich unter Berücksichti-gung der einwirkenden, zeitabhängigen Klimarandbedin-gungen nur mit Hilfe moderner Rechentechnik quantifizie-ren. Während für den gekoppelten Wärme-Feuchtetrans-port und die Speicherprozesse in kapillarporösen Baustof-fen und Bauelementen validierte Rechenprogrammevorliegen, beispielsweise [7] und [8] im deutschsprachigenRaum und zunehmend auch in internationalen Bereichen,und für die Erfassung von Luftströmungen mit der CFD-Software ebenfalls umfangreiche Erfahrungen verfügbarsind, bestehen an der Schnittstelle zwischen Luft und kapil-larporösen Baumaterialien im oberflächennahen Bereichnoch offene Fragen. Diese befinden sich derzeit nationalwie international in der Bearbeitungsphase, genauso wie diefür eine praxisnahe Berechnung erforderliche Bereitstel-lung von Stoffkennwertfunktionen für die Altbausubstanz.Als Außenklimarandbedingungen dienen die Stundenwerteder Klimakomponenten von Testreferenzjahren TRY.

2.2 Berechnungsergebnisse2.2.1 Innengedämmte Außenwände

Eine sachlich begründete Innendämmung gehört heutezum Stand der Technik [9]. Bild 1 demonstriert die Viel-falt der Möglichkeiten. Die klassische Variante mit warm-seitig installierter Dampfbremse und dem damit reduzier-ten Trocknungspotenzial erfährt zunehmend eine Ent-

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sprechung durch die kapillaraktive Innendämmung bzw.durch den Einsatz feuchteadaptiver Dampfbremsen. DieBilder 2 und 3 zeigen als Beispiel unter Einsatz der Soft-

Bild 1. Varianten von Innendämmsystemen bei AußenwändenFig. 1. Versions of thermal inside insulation systems ofexternal walls

Bild 2. Temperaturverlauf über den Querschnitt einer verti-kalen AußenwandeckeFig. 2. Temperature variation at the cross-section of an external wall corner

Bild 3. Feuchteverteilung über den Querschnitt einer verti-kalen AußenwandeckeFig. 3. Distribution of the moisture content at the cross-section of an external wall corner

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warevariante DIM 4.3 das Temperatur- und Feuchtefeldüber den Querschnitt der vertikalen Gebäudekante einer38 cm dicken, verputzten, innengedämmten Ziegelaußen-wand mit 50 mm kapillaraktiven Calciumsilikat (Maxi-malwert der Kapillarwasserleitfunktion a0 = 10–6 m2/s) imHochwinter nach 40 Tagen DIN Klimabelastung –10 °C/80 %; 20 °C/60 %. Auch bei Verwendung ortsabhängigerWärmeübergangskoeffizienten von 8 W/m2K im ungestör-ten Wandfeld bis zu 2,0 W/m2K im Kantenbereich erreichtdie Porenluftfeuchte auf der inneren Oberfläche unter dengewählten Klimarandbedingungen den kritischen Wertvon 80 % nicht. Die ausgewiesenen Temperatur- undFeuchtezustände resultieren aus einer Überlagerung orts-abhängiger Übergangskoeffizienten und divergierenderStröme. Positiv bildet sich die häufig unterschätzte, ent-spannende Wirkung des divergierenden Feuchtestromesüber dem zweidimensionalen Querschnitt ab. Bild 4 illu-striert jeweils als Schnitt durch die Feuchtefelder die Ver-änderung der Feuchtewerte in derWärmedämmung im di-rekten Kontakt mit der angrenzenden Putzschicht für denFall einer verminderten Kapillaraktivität des Materials derInnendämmung (Maximalwert a0 = 10–8 m2/s).

Die folgenden Berechnungsbeispiele dienen einerAb-schätzung des Einflusses verschiedener Maßnahmen aufden hygrothermischen Zustand des Mauerwerkes, derHolzbalkenköpfe sowie des i. d. R. vorhandenen Luft-zwischenraumes am Balkenkopfende. Dabei handelt essich um die Wirkung der in einem ausgesparten Heizkanalder Innendämmung geführten Heizungsrohre sowie umschräg von innen nach außen in den Balkenkopf ein-geschlagene, passiv wie aktiv arbeitende metallische Wär-mestäbe sowie um den Einfluß ober- und unterseitig desBalkenkopfes künstlich angenommener Luftspalte.

2.2.2 Einfluß von Heizungsrohren bzw. Heizkanälen

Die Gegenüberstellung der Isothermenverläufe in den Bil-dern 5 (vollständig bedeckte, innengedämmte Wand-fläche) und 6 (ausgesparter Heizkanal, Heizung aktiv,Lufttemperatur 35 °C, Luftfeuchte 1170 Pa) belegt deutlichdie Wirkung aktiver Heizungsrohre auf den Temperatur-verlauf am Balkenkopf. Der Temperaturzuwachs, bedingtdurch die ausgeklinkte Innendämmung, beträgt am äuße-

ren Balkenkopfende – etwa 180 mm hinter der Fassade –selbst im Hochwinter gegenüber der Volldämmvarianteimmer noch bis zu 3 K. Die Berechnung erfolgt zweidi-mensional, d. h. der Balken wird als unendlich breit ange-nommen. Damit liegen die Ergebnisse auf der sicherenSeite, da in praxi die begrenzte Balkenbreite zu einer bes-seren Zufuhr der Wärmeenergie über das wärmeleitendeMauerwerk führt.

Die gezielt abfließende Wärmemenge über die im vor-liegenden Fall positiv wirkende Wärmebrücke wird be-wußt in Kauf genommen und läßt sich quantifizieren. Der

Bild 4. Wirkung einer verminderten Kapillarwasserleitfähig-keitFig. 4. Effect of a reduced capillary water function

Bild 5. Isothermenverlauf im Balkenkopfbereich bei voll-ständig innengedämmter Außenwand, 29. Januar; Außenkli-ma: Testreferenzjahr Essen, West; Innenklima: 20 °C; 50 %.Fig. 5. Isothermal lines in the area of the wooden beam endin case of a complete inside insulated outside wall, January29th; outdoor climate: TRY Essen, West; indoor climate: 20 °C; 50 %

Bild 6. Isothermenverlauf am Balkenkopf bei aktiver Hei-zung in einem Heizkanal im Fußbodenbereich der Innen-dämmung, 29. Januar; Außenklima: Testreferenzjahr Essen,West; Heizkanal: Lufttemperatur 35 °C; Wasserdampfdruck1170 Pa.Fig. 6. Isothermal lines in case of mobilized heating in aheating channel of the inside insulation nearby the floor,January 29th; outdoor climate: TRY Essen, West; heatingchannel: air temperature 35 °C, partial pressure of watervapor 1170 Pa

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über einen 8 cm hohen, im Dämmaterial ausgespartenHeizkanal zusätzlich eintretende Wärmeenergieverlusthält sich in Grenzen, wenn man ihn auf die gesamteRaumhöhe der gedämmten Fläche bezieht. Er erreicht imvorliegenden Beispiel unter mitteleuropäischen, durch-schnittlichen Klimarandbedingungen etwa 10 % (Bild 7).

2.2.3 Wirkung von Wärmestäben

Die praktische Umsetzung des positiven Effektes einge-schlagener, metallischer Einlagen in den Holzbalkenkopfals Leiter zur verstärkten Wärmezufuhr an die durch eineInnendämmung gefährdeten Balkenkopfbereiche mit ver-minderten Temperaturen und damit höheren relativenLuftfeuchten bzw. Holzfeuchten bedarf der sorgfältigenPlanung. Für die unabdingbaren, experimentellen Unter-suchungen bildet die numerische Simulation der Verhält-nisse eine gute Grundlage. Allerdings müssen in diesemFall die Rechnungen dreidimensional ausgeführt werden.Um das Wärme-Feuchte gekoppelte, dreidimensionaleProblem mit den derzeit vorhandenen rechentechnischenMöglichkeiten in angemessener Zeit lösen zu können,werden der Holzbalken und der jeweils eingelagerte Me-tallstab als rotationssymmetrisch angesetzt.

Die Bilder 8 und 9 beschreiben die Temperaturver-hältnisse wie sie sich bei einem gewählten Balkenaußen-durchmesser von 150 mm mit und ohne einem zentrischeingelegten Alustab des Durchmessers 10 mm unter win-terlichen DIN-Klimarandbedingungen von –10 °C/80 %und 20 °C/50 % im Gleichgewicht einstellen. Für denZweck einer verbesserten Wärmeaufnahme und Vermei-dung der Tauwassergefahr erweitert sich bei der Stabvari-ante 1 der Durchmesser des Stabes auf der Raumseite tel-lerförmig auf 90 mm. Bei Bild 9 fällt die Blickrichtung mitder Längsrichtung der Balkenlage zusammen. Die Berech-nungen verschiedener Varianten belegen, daß ein einge-brachter passiver Einzelstab nicht in der Lage ist, ungün-

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stig gelegene Bereiche des Balkenkopfes mit ausreichen-der Zusatzwärme zu versorgen. In Sonderfällen darf manjedoch mit der Methode künftig eine praktische Handrei-chung für die Praxis erwarten. Dabei ist im Planungsstadi-um der Grundsanierung auf eine metallische Heizungs-überbrückung zu orientieren, um problemlos eine aktiveStabvariante nutzen zu können. Die Untersuchungen zurtechnologischen Umsetzung der patentierten Idee dauernderzeit noch an [10].

Bild 7. Wärmebrückenwirkung bzw. erhöhter Heizleistungs-verlust für 1 m Wandbreite während der Heizperiode infolgeeiner Unterbrechung der Innendämmung durch einen Heiz-kanal von 8 cm Höhe bezogen auf unterschiedliche Wand-höhen.Fig. 7. Effect of the thermal bridge due to a mobilized heat-ing channel in the interrupted inside insulation. The heatlosses are related to a wall height of 0.52 m and 2.40 m andto a width of 1 m.

Bild 8. Verformtes Temperaturfeld im Balkenkopfbereichdurch den Einbau eines passiven Wärmestabes (thermischerKurzschluß infolge hoher Wärmeleitung eines Aluminium-stabes); klimatische Randbedingungen: außen –10 °C/ 80 %,innen 20 °C/50 %.Fig. 8. Temperature field of the area of the wooden beamend influenced through a so called passive heating bar(thermal short-circuit by means of the inserted aluminiumconductor); climate boundary conditions: outdoor –10 °C/80 % rel. humidity, indoor 20 °C/50 % rel. humidity

Bild 9. Auswertung des Temperaturfeldes in Bild 8: Tempe-raturverlauf auf der inneren Oberfläche der Außenwand undin der Ebene am Ende des Balkenkopfes, klimatische Rand-bedingungen siehe Bild 8Fig. 9. Related to the temperature field of fig. 8: course ofthe temperatures at the interior surface of the outside walland in the plane at the end of the wooden beam end; forclimate boundary conditions see fig. 8

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2.2.4 Luftspalt im Balkenkopfbereich – Luftströmung

Holzbalkenköpfe dehnen sich und schwinden in Abhän-gigkeit vom Feuchtegehalt bzw. von der umgebenden rela-tiven Luftfeuchte. Dadurch sind Luftspalte zwischen ein-gebetteten Balkenköpfen und dem Mauerwerk währendihrer Bestandszeit unvermeidbar. Ihre Wirkung auf denhygrothermischen Zustand des Luftzwischenraumes imvorderen Balkenkopfbereich wird unter der Annahme ei-nes Luftspaltes ober- und unterhalb des Balkenkopfes beiunterschiedlichen Luftdruckdifferenzen – verursacht bei-spielweise durch kurzzeitiges Tür- oder Fensteröffnen –nachgezeichnet (siehe Abschn. 3.1.1).

Die Bilder 10 und 11zeigen zunächst das Temperatur-und Geschwindigkeitsfeld in einem abgeschlossenenHohlraum (kein Spalt zum Luftzwischenraum), hervorge-rufen durch eine zwischen der Warm- und Kaltseite ange-

nommenen Temperaturdifferenz von 20 K, d. h. verur-sacht allein durch den Auftrieb. Die Bilder 12 und 13 be-schreiben das Geschwindigkeitsfeld und die unsymmetri-sche Verteilung der relativen Luftfeuchte bei einer zusätz-lich angenommenen Luftdruckdifferenz von 3 Pa zwi-schen einem oberen und unteren, 1 mm dicken Spalt überdie gesamte Balkenbreite.

3 Meßtechnische Untersuchungen

Konzeptionell unterteilen sich die experimentellen Arbei-ten in meßtechnische Untersuchungen vor Ort innerhalbvon Gebäuden im Nutzungszustand und in laborativeMessungen an einem Prüfstand mit Außenmauerwerk.

Bild 10. Hygrothermischer Zustand eines abgeschlossenenLuftzwischenraumes am Balkenkopfende – Isothermenver-lauf.Fig. 10. Hygrothermical state of a closed air gape in thefront of a wooden beam end, isotherm lines

Bild 11. Hygrothermischer Zustand eines abgeschlossenenLuftzwischenraumes am Balkenkopfende – Luftgeschwin-digkeitenFig. 11. Hygrothermical state of a closed air gape in front ofa wooden beam end, distribution of the air current velocities

Bild 12. Hygrothermische Zustandsänderung im Luftzwi-schenraum am Balkenkopfende durch Falschlufteintrag in-folge Luftdruckdifferenzen – LuftströmungsgeschwindigkeitFig. 12. Hygrothermical change of the air state in front of awooden beam end due to transfer of secondary room air intothe air gap caused by differences of air pressure, air flow rates

Bild 13. Hygrothermische Zustandsänderung im Luftzwi-schenraum am Balkenkopfende durch Falschlufteintrag in-folge Luftdruckdifferenzen – Verteilung der relativen Luft-feuchtigkeitFig. 13. Hygrothermical change of the air state in front of awooden beam end due to transfer of secondary room air intothe air gap caused by differences of air pressure, distributionof the relative humidity

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3.1 Messungen unter Nutzungsbedingungen

Die Komplexität der Thematik und der Einfluß der Nutzerauf die Meßergebnisse erzwingen die Einbeziehung durch-gängig genutzter Gebäude in die als Langzeitmessungen an-gelegten Untersuchungen. Bei der Auswahl der Objekte istneben der Möglichkeit einer umfassenden Installation vonSensoren im Balkenkopfbereich mehrerer Balken Wert aufeine langandauernde, ununterbrochene Nutzung gelegtworden. Langfristig über mehrere Jahresscheiben stehen 6Balkenköpfe in zwei für Wohn- und Bürozwecke genutztenObjekten in Senftenberg und Brieske mit Einschubdeckenfür die orts- und zeitabhängige Erfassung von Holzfeuch-

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ten, Luftfeuchtigkeiten, Luftbewegungen, Luft- und Ober-flächentemperaturen jeweils auf der Nordseite der Gebäu-de, Bilder 14 und 15 zur Verfügung. Auf den Fassadenober-flächen befinden sich entsprechende Fühler für dieAußenklimakomponenten. Die Oberflächentemperaturenwerden mit NTC-Fühlern und Thermoelementen erfaßt,die Lufttemperaturmessungen im Balkenkopfbereich erfol-gen in Kombination mit der kapazitiven Luftfeuchtebestim-mung. Die jeweils an drei bis sechs verschiedenen Orten ei-nes Balkenkopfes vorgenommenen Holzfeuchtemessungenberuhen auf der Leitfähigkeitsmethode, wobei teflonbe-schichtete Elektroden auch tiefenabhängige Messungen ge-statten. Für die Erfassung von Luftbewegungen in den

Bild 14. Ansicht Testhaus in Brieske, Gartenstadt MargaFig. 14. View of the investigated test house in Brieske,garden city Marga

Bild 15. Ansicht saniertes Testhaus in SenftenbergFig. 15. View of the retrofitted test house in Senftenberg

Bild 16. Meßfühlerpositionen am Balkenkopf 4 im Testhaus Senftenberg; ϕ rel. Luftfeuchtigkeit; T3k Lufttemperatur, XHolzfeuchten, v Luftbewegung, T pt Oberflächentemperatur, TONC VorlauftemperaturFig. 16. Arrangement of the sensors at the wooden beam end No 4 of the testhouse Senftenberg; ϕ rel. humidity, T3k: airtemperature, X moisture content of wooden, v oving air, T pt surface temperature, TONC flow pipe temperature

A) b)

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Luftzwischenräumen und unter der Dielung sind aus peku-niären und technologischen Gründen auf der Basis vonDoppelmantelthermopaaren preiswerte, robuste Anemo-meter hergestellt, eingemessen und eingebaut worden. Ob-wohl deren Absolutwerte richtungsabhängig und fehlerbe-haftet sind, liefern sie verläßliche Angaben über den Durch-griff von plötzlich eintretenden Luftdruckschwankungenbzw. Raumluftströmungen infolge des Tür- und/oder Fen-steröffnens durch die Nutzer [11].

Allein im Testhaus Senftenberg befinden sich an denvier Balkenköpfen und in den dazugehörigen individuellverschieden großen Lufträumen zwischen den Bal-kenköpfen einschließlich dem umgebenden Mauerwerkund der Heizungstechnik nahezu 40 Meßfühler. Ihr sach-gerechter Einbau und die Dokumentation erfordern hand-werkliches Geschick, meßtechnische Erfahrungen sowiekörperlichen Einsatz und Geduld. Entgegen der sehr be-denkenswerten Methode, die Holzfeuchten über eineMessung der relativen Luftfeuchtigkeiten der Umgebungs-luft mittels Sorptionsisotherme zu bestimmen, werden beidiesem Projekt die Materialfeuchten direkt gemessen. Bild16 repräsentiert stellvertretend die Verteilung der Fühleram Balkenkopf H4.

Die in den nachfolgenden grafischen Darstellungenbeispielhaft ausgewiesenen, kurz kommentierten Jahres-verläufe der ausgewerteten Meßreihen bilden eine Grund-lage für die im Abschn. 4 formulierten Aussagen zu denvorliegenden Ergebnissen.

3.1.1 Temperaturen und Luftzustände in Balkenkopfbereichen

Eindrucksvoll belegen die Bilder 17 und 18 den unter-schiedlichen Durchgriff von Raum- bzw. Außenluftfeuch-ten auf den hygrothermischen Zustand der Luft in deneinzelnen Hohlräumen zwischen Balkenkopf und Mauer-werk. Zur Verdeutlichung der Verhältnisse sind in Abspra-che mit dem Nutzer mehrmals sowohl kurzzeitige intensi-ve, natürliche Lüftungen über Fenster und Türen als auch

zu einem späteren Zeitpunkt erzwungene Lüftungen mit-tels Blowerdoor-Methode vorgenommen worden.

Bild 17 dokumentiert die Funktionstüchtigkeit der ein-gesetzten Doppelthermoelement-Anemometer. Die Auf-heiztemperaturen des als Heizkreis zweckentfremdet be-nutzten zweiten Thermopaars zeigen in den Luftzwi-schenräumen während der natürlichen Lüftungsphasennicht nur eine eindeutige Reaktion, sondern ihre Verschie-bung nach oben oder unten gegenüber dem beheiztenGleichgewichtszustand läßt auch auf die thermische Qua-lität der eingetragenen Luft schließen. Dies wird deutlicham Verlauf der Aufheiztemperatur in Bild 18, bei dem sichwährend der Über- und Unterdruckphase der Zwangslüf-tung signifikant die verschiedenen Temperaturniveausdurch Einspülen von Außenluft bzw Raumluft abzeichnen.

Bild 19 repräsentiert den individuellen Zeitgang derabsoluten Luftfeuchten an interessierten Orten während

Bild 17. Reaktion der Aufheiztemperatur selbst hergestellterHitzdraht-Anemometer (unter Einsatz von Doppelmantel-thermopaaren) infolge natürlicher Raumlüftung durch Öffnen von Fenster und/oder TürenFig. 17. Temperature-reaction of the heated wire of theselfmade anemometers (use of double wire sheathed ther-mocouples) through the influence of natural ventilation bymeans of opening windows and/or doors

Bild 18. Verlauf der Aufheiztemperatur eines Anemometersdurch den Einfluß von Zwangslüftung mittels Blowerdoor-Test.Fig. 18. Course of the over-temperature of the heated wire ofan anemometer through the influence of forced ventilationby means of the blower door method

Bild 19. Durchgriff der natürlichen Lüftung auf den absolu-ten Luftfeuchtegehalt an verschiedenen Fühlerpositionender Einschubdecke im Testhaus SenftenbergFig. 19. Changing of the absolute moisture content of theair at different places of the wood joist ceiling in the test-house Senftenberg due to the natural ventilation

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einer einstündigen, natürlichen Lüftung an einem Winter-tag im Februar. Die Absolutfeuchte im Raum nimmt dabeiin der kalten Jahreszeit verständlicherweise rapide ab. Dieeindeutige Zunahme der Feuchte in den Luftzwischenräu-men der Balkenköpfe H2 und H4 zeigt das Eindrückenvon feuchter Raumluft in diesen Bereich, während sich di-rekt unter der Dielung im Einschub die trockenere Außen-luft bemerkbar macht. Der Balkenkopfbereich drei bleibtdavon offensichtlich fast unberührt.

3.1.2 Holzfeuchten von Balkenköpfen

Für das Testhaus in der Gartenstadt Marga in Brieske de-monstrieren die Bilder 20 und 21 den positiven Einfluß ei-nes aktiven Heizkanals auf den Holzfeuchteverlauf anden Balkenköpfen. Während bei einer vollständigen In-nendämmung bis herab zum Fußbodenbereich die gemes-senen Werte um 14 M% schwanken liegen sie im Falle ei-

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nes aktiven Heizkanals bei 11 M%. Die Ergebnisse korre-lieren gut mit den gleichzeitig im Luftzwischenraum amvorderen Balkenkopfende registrierten relativen Luft-feuchten.

Welche Zeiträume erforderlich sind, um die währendeiner Sanierung eingebrachten Einbaufeuchten unter nor-malen, büroähnlichen Nutzungsbedingungen, d. h. ohneFeuchträume bei kontinuierlicher Heizung wieder aus-trocknen zu lassen, zeigt der zeitliche Verlauf der Holz-feuchten im oberen, vorderen Bereich der Balkenköpfeüber mehrere Jahresscheiben an vier HolzbalkenköpfenH1…H4 des Testhauses in Senftenberg, Bild 22.

Der indirekte Einfluß der Heizung auf die Holzfeuch-ten im Balkenkopfbereich wird an Bild 23 erkennbar.Durch eine Heizschleife mit Absperrventil läßt sich dieIntensität des Wärmeeintrages auf den Balkenkopf 4 va-riieren. Während derZeit der Heizungsunterbrechnung andiesem Balkenkopf vom 15.1.2001 bis 4.1.2002 erhöht sich

Bild 20. Holzfeuchten eines Balkenkopfes und relativeLuftfeuchten im Balkenkopfzwischenraum bei vollständigerInnendämmung der Außenwand auf der Nordseite des Test-hauses in BrieskeFig. 20. Moisture content of wooden beam ends and courseof the relative humididy in the air gap in case of a completeinside insulation of the north directed outside wall (test-house Brieske).

Bild 21. Holzfeuchten des Balkenkopfes und relative Luft-feuchten im Balkenkopfzwischenraum bei heizrohrgestützterInnendämmung mittels Heizkanal auf der Außenwand derNordseite des Testhauses in BrieskeFig. 21. Moisture content of a wooden beam end and courseof the relative humididy in the air gap in case of heating pipe aided inside insulation by means of a heating channel

Bild 22. Gemessener Holzfeuchteverlauf an vier Balkenköp-fen auf der Nordseite des Testhauses in Senftenberg überdrei Jahre nach Abschluß einer Grundsanierung jeweils 2 cmvon der Kopffläche entfernt Fig. 22. Course of the measured moisture content in front offour different wooden beam ends at the north directed out-side wall in laps of three years after the end of the retrofit-ting of the testhouse in Senftenberg

Bild 23. Verlauf der relativen Luftfeuchtigkeit im Luftzwi-schenraum am Balkenkopf H4 des Testhauses Senftenbergin Abhängigkeit von der Aktivität des HeizungsvorlaufsFig. 23. Course of the relative humidity at the air gap of thewooden beam end No 4 in the outside wall of the testhouseSenftenberg dependent on the heating flow operating.

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die relative Luftfeuchte im Balkenkopfzwischenraum inder kalten Jahreszeit um über 10 %. Die Effekte sind aller-dings etwas geringer ausgeprägt als im Testhaus Brieske,da offensichtlich auch über einen nichtaktiven Heizkanalunter Wegfall der Innendämmung noch ein Wärmeener-gieeintrag bis ans Balkenkopfende stattfindet.

3.1.3 Wirkung von Heizkanälen

Die Wirkung der ausgesparten Innendämmung im Fußbo-denbereich in Form eines Heizkanals für den Vor- undRücklauf kommt in den Bildern 22 und 24 zum Ausdruck.Es wird darauf verwiesen, daß die Heizunterbrechung amBalkenkopf H4 durch Schließen eines zusätzlich einge-bauten Absperrventils mit einer Reduzierung der Heizlei-stung auch am Kopf H3 einhergeht.

Die einsetzende Temperaturspreizung zwischen denBalkenköpfen H3 und H4 mit Beginn der Heizunterbre-

chung am Balkenkopf H4 wird mit der erneuten Wärme-zufuhr ab 4.1.2002 wieder vollkommen kompensiert, Bild24. Der Temperaturhub am Balkenkopf H4 nach dem Auf-heben der Heizunterbrechung bewirkt zudem eine deutli-che Holzfeuchteabnahme an den Balkenköpfen H3 undH4, siehe Bild 22.

Das Ergebnis einer abermaligen Unterbrechung derWärmezufuhr im September 2004 mittels Absperrventilam Balkenkopf H4 ist für alle Meßstellen X an diesemKopf in Bild 25 ausgewiesen. Der deutliche Holzfeuch-teanstieg überrascht und läßt sich nicht durch tiefer lie-gende Außentemperaturen erklären, Bild 26, wie aus demgeringen Feuchteanstieg am Balkenkopf H1 hervorgeht,Bild 27, dessen Wärmezufuhr keine Veränderung erfährt.

3.1.4 Wirkung von Wärmestäben

Im Balkenkopf 3 des Testhauses Senftenberg befindet sichseit September 2002 ein Wärmestab. Der Stab aus Alumi-nium mit einem Außendurchmesser von 8 mm befindetsich, kaltseitig gut kontaktiert, in einer Sackbohrung von

Bild 24. Vergleich der Holztemperaturen am Ende der Bal-kenköpfe H1 bis H4 des Testhauses Senftenberg in Abhän-gigkeit von der Aktivität des HeizungsvorlaufsFig. 24. Comparison of the temperatures in front at thewooden beam ends H1 to H4 of the testhouse Senftenbergdependent on the heating flow operating

Bild 25. Verlauf der Holzfeuchten aller Meßstellen X1 bisX6 am Balkenkopf H4 im Testhaus Senftenberg im Verlaufevon 4 Jahresscheiben in Abhängigkeit von der Aktivität desHeizungsvorlaufsFig. 25. Course of the moisture content of all measuringpoints X1 to X6 at the wooden beam end No 4 in the test-house Senftenberg in laps of 4 years dependent on the heatingflow operating.

Bild 26. Aufzeichnung der Außenlufttemperaturen als ge-glättete Funktion für den Standort des Testhauses Senften-bergFig. 26. Recording of the outdoor temperature at the loca-tion of the testhouse Senftenberg as a smoothed function

Bild 27. Verlauf der Holzfeuchten aller Meßstellen X2 bisX4 am Balkenkopf H1 im Testhaus Senftenberg im Verlaufevon 4 JahresscheibenFig. 27. Course of the moisture content of all measuringpoints X2 to X4 at the wooden beam end No H1 in the test-house Senftenberg in laps of 4 years

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etwa 400 mm Länge. Über eine metallische Klemmverbin-dung erfolgt sein Anschluß an den Vorlauf der in Fußbo-dennähe verlaufenden Heizungsrohre. Die Aufzeichnungder Holzfeuchten etwa 2 cm von der Kopffläche im obe-ren Bereich der Balken entfernt beschreibt auch die posi-tive Wirkung der durchgeführten Maßnahme, Bild 22. Inden Zeiträumen vor dem Einbau des Wärmestabes liegendie Holzfeuchten am Balkenkopf 3 stets deutlich über al-len anderen Werten, was danach nicht mehr auftritt. Zu-dem wird an der eintretenden positiven Temperaturdiffe-renz des Balkenkopfes 3 gegenüber 4 nach dem Beginnder aktiven Wärmezufuhr über den angekoppelten Stabnach dem 17.01.2003 der Effekt während der kalten Jah-reszeit sichtbar, Bild 28.

3.2 Balkenkopfprüfstand

Für experimentelle Untersuchungen steht ein Laborbal-kenkopfprüfstand zur Verfügung. Er befindet sich im Sou-terrain eines sanierten Altbaus der Hochschule unter Ein-beziehung des zweisteindicken Außenmauerwerkes, sodaß über einen seitlich eingeschlagenen Kanal auch Beob-achtungen der Vorgänge im Luftzwischenraum am Bal-kenkopfende machbar werden. Insbesondere der Test ver-schiedener Varianten von Wärmestäben erzwingt umfang-reiche Meßreihen. Die zusätzlich wirkende Wärmeversor-gung der gefährdeten vorderen Balkenkopfbereiche übernachträglich eingebrachte Metalleinlagen besitzt einengünstigen Selbstdrosselungseffekt. Im Falle absinkenderAußentemperaturen erhöht sich die Wärmezufuhr undumgekehrt tendiert der Wärmeverlust bei Temperaturaus-gleich gegen Null. Das gilt sowohl für die passive Form derStäbe durch einen thermischen Kurzschluß zwischen in-nen und außen als auch im Falle ihres direkten Anschlus-ses an eine vorhandene Heizung. In Bild 29 zeichnet sichdie zusätzliche Wärmezufuhr eines passiven Metallstabesvon 20 mm Durchmesser nicht an allen Temperaturmeß-stellen ab. Die Zeitintervalle mit und ohne Wärmestabsind durch eine Stufenfunktion 1/0 markiert. Der Wärme-eintrag über den Aluminiumstab wird massiv vom Außen-temperaturdurchgriff überlagert. Dagegen wird der An-

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schluß des Stabendes an eine moderate Heizquelle zurNachbildung der Wirkung eines Heizungsvorlaufs in Bild30 deutlich sichtbar. Die Temperatur des warmseitigenStabendes schwankt zwischen 45 und 50 °C. Die Untersu-chungen zur Technologie, Formgebung und Dimensionie-rung der Stäbe sind noch nicht abgeschlossen, um auchim Dauergebrauch Falschlufteinträge ausschließen zukönnen

4 Auswertung der Ergebnisse

Die gewonnenen Erkenntnisse lassen sich schwerpunkt-mäßig auf die nachfolgenden Themenfelder konzentrieren:

Heizrohrgestützte Innendämmung– Der positive Einfluß einer aktiven Heizung im ausge-

sparten „Heizkanal“ einer Innendämmung auf den Ma-terialfeuchteverlauf auch am Ende eines Balkenkopfesnach einer Sanierung läßt sich für den Nutzungsfall so-

Bild 28. Wirkung eines in den Balkenkopf H3 des Testhau-ses Senftenberg eingebauten Wärmestabes – Reaktion derHolztemperatur am BalkenkopfFig. 28. Effect of the heating bar built-in into the woodenbeam end No H3 of the testhouse Senftenberg, response ofthe temperature of the wooden beam end

Bild 30. Wirkung eines aktiven Wärmestabes in einem ein-gebauten Holzbalkenkopf des Bauphysikalischen Prüffeldesder FHLFig. 30. Effect of a heated heating bar within a woodenbeam end mounted in an outside wall of the BuildingPhysics testing floor of the polytechnic school Lausitz

Bild 29. Wirkung eines passiven Wärmestabes in einem ein-gebauten Holzbalkenkopf des Bauphysikalischen Prüffeldesder FH LausitzFig. 29. Effect of a passive heating bar within a woodenbeam end mounted in a outside wall of the BuildingPhysics testing laboratory of the polytechnic school Lausitz

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wohl simulativ wie meßtechnisch zweifelsfrei nachwei-sen und quantifizieren.

– Auch kleine Temperaturänderungen im Luftzwi-schenraum um einen Balkenkopf bewirken bei den ge-ringen absoluten Feuchten der Luft in der kalten Jahres-zeit große Schwankungen der relativen Luftfeuchtenund beeinflussen die Holzfeuchten.

– Die einzelnen Balkenköpfe einer Holzbalkendecke er-weisen sich lage- und ausführungsbedingt sowie in Ab-hängigkeit von der Raumnutzung als Individualisten.

– Bei einer heizrohrgestützten Innendämmung ist dieHeizrohrführung entsprechend der Balkenkopflagesorgfältig zu planen und nicht – wie häufig auf Bau-stellen sichtbar – beliebig oder als kürzeste Verbindungzwischen den Heizkörpern zu wählen.

– Die Lage der Streichbalken muß in das Verlegeschemabzw. in die Vor- und Rücklaufplanung einbezogen wer-den.

– Heizkörper am Ende eines Heizstranges bedürfen je-weils eines Bypass-Ventils, um im Falle der Heizkörper-drosselung durch den Nutzer die Wärmeenergieabgabeder Vor- und Rücklaufleitungen nicht zu beeinträchti-gen.

– Aufgrund der hohen sorptiven Wirkung des Kalksand-steins sind Holzbalkenköpfe in dessen Umgebung beiFeuchteeinträgen weniger stark gefährdet als im klassi-schen Ziegelmauerwerk.

– Die Forderungen nach einem begrenzten, zusätzlichenWärmedurchlaßwiderstand von maximal 1,0 m2K/W beieiner notwendigen Innendämmung in Verbindung mitSichtfassaden für den ungestörten Wandbereich auf-grund thermischer Spannungen und hygrothermischerBelange gelten erst recht für die Bereiche eingebunde-ner Holzbalkenköpfe auch unter Einbeziehung heiz-rohrgestützter Wärmeenergieeinträge.

– Alle im Beitrag ausgewiesenen meßtechnischen Aussa-gen beruhen auf wohn- und büroähnlichen Raumklima-ten ohne Einbeziehung von Feuchträumen.

Wärmestäbe– Die Messungen im Balkenkopfmeßstand und die Vari-

antenstudie mittels numerischer Simulation sowie ersteVersuche vor Ort belegen die positive hygrothermischeWirksamkeit von Wärmestäben, aber auch deren Abhän-gigkeiten von den Abmessungen des Stabes und der Artseiner Ausführung (Querschnitt, Stablage bzgl. Balken-achse, Wärmeübergang Stab-Holz, Wärmeaufnahme/Abgabe am Balkenkopfanfang und Kopfende, Anzahlder Stäbe, Stabmaterial bzgl. Wärmeleitung/Wärmespei-cherung).

– Der Einsatz verschiedener passiver und aktiver Varian-ten von Wärmestäben sollte an einem Musterobjekt un-ter Einbeziehung eines Holzfachexperten umfassend ge-testet werden.

– Bei einer Komplettsanierung im Zusammenhang miteingebundenen Holzbalkenköpfen im Außenmauerwerkund einer notwendigen Innendämmung ist die Hei-zungsart und ihre Ausführung so zu wählen, daß im Be-darfsfall die aktive Wärmestabvariante problemlos zumEinsatz gelangen kann.

– Der im Stirnbereich des Balkenkopfes laborativ festge-stellte Höhengradient bzgl. der Temperatur sollte Anlaß

sein, die Stabführung in der Praxis von innen oben nachaußen unten zu wählen, was in der Regel auch den prak-tischen Erfordernissen nahe kommt.

– Ein Patent zum Thema „Wärmestab“ unter Nutzung desPrinzips physikalischer Wärmerohre befindet sich un-mittelbar vor der Offenlegung.

Luftzwischenräume / Holzfeuchten am Balkenkopf– Die vor Ort durchgeführten Lüftungsexperimente unter

Nutzungsbedingungen zeigen, daß in der kalten Jahreszeitdurch kurzzeitiges Lüften über Fenster oder/und Türenauch ein Eintrag von warmer Luft in den Balkenkopfbe-reich möglich wird und damit über die Verdrängungsströ-mung während natürlicher Lüftungen eine Feuchteanrei-cherung im Luftspalt hervorgerufen werden kann.

– Das Einleiten von Trocknungsvorgängen am Balken-kopf mittels natürlicher Lüftung wäre nur durch eineDauerlüftung erreichbar; die positive Wirkung einer Un-terdrucklüftung (z. B. einfache Abluftlüftung) zeichnetsich dagegen deutlich ab.

– Die Methode der zweckentfremdeten Verwendung vonbeheizten Doppelmantelthermopaaren als preiswerteHilfsanemometer zum qualitativen Nachweis von Strö-mungsänderungen in kleinen Luftspalten hat sich be-währt und ist ausbaufähig (quantitativer Nachweis).

– Die während der Sanierungsphase eingetragenen Ein-baufeuchten können beträchtlich sein und benötigenmehrere Jahresscheiben für ihren Austrag; dagegenbleibt das Eintragen von Feuchte in den Balkenkopfbe-reich durch das Applizieren einer Innendämmung mit-tels spezifischer Klebemörtel gering.

– Die gemessenen maximalen Holzfeuchtewerte nachdem Installieren der Meßtechnik und Verschließen derBalkenköpfe erreichen am Schluß der Sanierungsphasebis zu 24 M%.

– Die Verminderung der Holzbalkenfeuchte durch denaktiven Vor- und Rücklauf in einem offenen, verblende-ten Heizkanal der Innendämmung kann im Winter auchim vorderen Balkenkopfbereich mehr als 2 M% betra-gen.

– Der Einfluß von Jahresklimaschwankungen auf die hy-grothermischen Zustände im Balkenkopfbereich istmesstechnisch nachweisbar. Untersuchungsergebnisse,die auf einer Auswertung weniger Jahresscheiben beru-hen, können falsche Aussagen liefern.

Numerische Simulation– Bei außenklimatischen Randbedingungen, die denen

durchschnittlicher Verhältnisse im mitteleuropäischenTiefland entsprechen, liefern die Berechnungen für diekalte Jahreszeit durch den Wärmeenergieeintrag über ei-nen „Heizkanal“ im unteren Bereich der Innendäm-mung eine Temperaturerhöhung gegenüber der Voll-dämmvariante von 2,5 K im vordersten Bereich des Bal-kenkopfes; die entsprechende Holzfeuchtereduzierungerreicht ungefähr 1 V% (raumwärts erhöht sich die Wir-kung deutlich).

– Die zusätzlichen Wärmeverluste infolge der durch denHeizkanal geschaffenen Wärmebrücke schwanken,wenn man die Verluste auf die gesamte Raumhöhebezieht, bei einer Zusatzdämmung von 0,8 m2K/W um10 %.

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– Eine Studie über die Wirkung verschiedener Variantenvon Wärmestäben belegt, daß die Aufteilung einesgrößeren Stabquerschnitts in Mehrfachstäbe zur Ver-meidung der Tauwassergefahr auf der warmen Seiteauch bei aktiven Stabvarianten zur besseren Verteilungder zugeführten Wärmemenge auf der Stirnfläche desBalkens erforderlich werden kann.

– Derzeit erlauben die existierenden, kommerziell verfüg-baren Rechenprogramme keine praxisgerechte, wirk-lichkeitsnahe Nachbildung der Luftströmungen im Bal-kenkopfbereich einschließlich der Luftfeuchtebewegungund Phasenumwandlung unter Berücksichtigung des ge-koppelten Energie- und Stofftransportes in den Baustof-fen und Bauelementen, die den Luftzwischenraum amBalkenkopf begrenzen.

– Aktivitäten zum Erfassen der wechselseitigen Beeinflus-sung des Luftzustandes im Balkenkopfzwischenraumeinschließlich der Luftbewegung und des hygrothermi-schen Verhaltens im begrenzenden, oberfächennahenMaterialbereich von kapillarporösen Stoffen sind im Ar-beitsbereich der FHL angelaufen.

Danksagung

Dem BMVBWwird für die finanzielle Hilfestellung bei derBearbeitung des Themas gedankt, genauso wie dem La-boringenieur Herrn T. Toepel und der Forschungswerkstattder FH Lausitz, ohne deren Engagement und Freizeitein-satz das umfangreiche, verläßliche Datenmaterial nichtzur Verfügung stünde.

Literatur[1] Stopp, H. et al.: Heizungstechnisch gestützte kapillaraktive

Innendämmung bei Holzbalkendecken. Bau- und Wohnfor-schung Bericht F 2431, Fraunhofer IRB Verlag 2004.

[2] Stopp, H., Strangfeld, P.; Kramer, M.: DenkmalgeschützteFassaden in Eisenhüttenstadt – wärmeschutztechnisch aufge-bessert. In: Bauphysik 23 (2001), H. 2, S. 86–94.

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[3] Schulze-Darup, B.: Energiestandards und Qualitätssiche-rung bei der Gebäudesanierung. Fachtagung Potsdam18.11.2004.

[4] Richtlinie 2002/91/EG des Europäischen Parlaments unddes Rates vom 16. Dezember 2002 über die Gesamtenergieef-fizienz von Gebäuden. Amtsblatt der Europäischen Gemein-schaften Nr. L1 S. 65.

[5] Stopp, H., Strangfeld, P.: Energy saving and the hygrother-mal performance of buildings. Conference proceedings: III.Latin American Conference on Comfort and Energy Effi-ciency in Buildings, Curitiba, Brazil, November 2003.

[6] Hinz, E. u. a.: Wärmedämmung von Außenwänden mit derInnendämmung. Materialien für Energieberater. InstitutWohnen und Umwelt, Darmstadt 1997.

[7] Grunewald, J: Diffusiver und konvektiver Stoff- und Ener-gietransport in kapillar-porösen Baustoffen. PhD Thesis, TUDresden, 1996.

[8] Künzel, H. M.: Verfahren zur ein- und zweidimensionalenBerechnung des gekoppelten Wärme- und Feuchtetranspor-tes in Bauteilen mit einfachen Kennwerten. Dissertation,Universität Stuttgart, 1994.

[9] Stopp, H., Strangfeld, P.: The hygrothermic performance ofexternal walls with inside insulation. Conference procee-dings: Performance of exterior envelopes of whole buildingsVIII: Integration of building envelopes. Clearwater Beach FL,U.S.A., Dec.2001.

[10] DE 103 16 153 A1 2004.11.04, Patentschrift.[11] Häupl, P., Stopp, H., Rolle, W.: Vorrichtung zur Erfassung

von Strömungsverhältnissen in Gasen und Flüssigkeitennach dem thermoelektrischen Prinzip mit Mantelthermoele-menten. In: Messen – Steuern – Regeln msr 20 (1977), H. 8,S. 455–456.

Autoren dieses Beitrages:Dipl. Ing. (FH) Steffen Gnoth, Dipl.-Ing. Karsten Jurk, Dr.-Ing. Peter Strangfeld, Fachhochschule Lausitz, Bauphysikalisches Prüffeld: Prof. Dr. sc. techn. H. Stopp, PF 130233, 03048 Cottbus

zu: Pernette, U.: Einführung eines ∆∆λλ-Zuschlags und Quantifizierung des ∆∆Ur-Zuschlags für Umkehrdächer mitgeschlossenen Deckschichten aus Dachbegrünungen,Gehwegplatten und Ortbetonzuschlägen. Teil 1: Ausgangs-situation, meßtechnische Untersuchungen und Modell-bildung für XPS-Dämmstoffe. Bauphysik 27 (2005), H. 1,S. 52–68.

Der Beitrag verweist auf Veröffentlichungen (Meßberichte) imInternet, die bibliografisch nicht spezifiziert sind und somit alswissenschaftliche Quellen nicht herangezogen werden kön-

nen. Der angekündigte Teil 2 des Beitrages wird daher nicht indieser Zeitschrift veröffentlicht.

Die Redaktion der Zeitschrift Bauphysik bedankt sich beidem aufmerksamen Leser für den Hinweis.

Grundsätzlich möchte die Redaktion der Zeitschrift Bau-physik darauf hinweisen, daß nur solche Internetveröffent-lichungen als Quelle herangezogen werden können, die biblio-grafisch vollständig dokumentiert sind, d. h. daß Verfasserbzw. Herausgeber, Ort und Jahr, Institution vollständig angege-ben und im Impressum der Internetseite dokumentiert sind.

Die Redaktion

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