entstehen meist dadurch, dass beim Normberechnungsverfahren nach Glaser ausschließlich die Dampfdiffusion betrachtet wird, während andere relevante Vorgänge, wie z. B. die in Abschnitt 2.1.6 erwähnte Dampfkonvektion, unberücksichtigt bleiben. Dieses Problem hat allerdings auch die hygrothermische Simulation nach DIN EN 15026. Ein Ausweg aus diesem Dilemma zeigen die neuen Ansätze in WTA 6-2 und WTA 6-8 auf die noch eingegangen wird.
Zum Abschluss des Abschnitts zur DIN 4108-3 wird mithilfe von Bild 7 die Auswahl der jeweils geeigneten Verfahrensstufe für den Feuchteschutznachweis verdeutlicht. Im einfachsten Fall erfüllt das geplante Bauteil für ein Wohn- oder wohnähnlich genutztes Gebäude die Kriterien für eine nachweisfreie Konstruktion, dann ist der Feuchteschutznachweis erfolgreich erledigt und die Schlagregenschutzanforderungen sind damit ebenfalls erfüllt. Falls das Bauteil nicht nachweisfrei ist und das Periodenbilanzverfahren für dieses Bauteil angewendet werden darf, ist der Weg frei für die Stufe 2. Bei einem positiven Ergebnis ist dann nur noch sicherzustellen, dass auch die Schlagregenschutzkriterien erfüllt sind, dann ist auch hier der Unbedenklichkeitsnachweis erbracht. Fällt das Bauteil allerdings beim Periodenbilanzverfahren durch oder werden die Schlagregenschutzkriterien nicht erfüllt, kann immer noch ein Nachweis durch hygrothermische Simulation erfolgen. In diesem Fall sollte jedoch überprüft werden, ob die unterschiedlichen Ergebnisse auf Unzulänglichkeiten der Beurteilungsverfahren der Stufe 2 zurückzuführen sind, oder sich das feuchtetechnische Verhalten des Bauteils im kritischen Grenzbereich befindet und deshalb die letzte Hürde gerade so genommen hat.
Aus dem Flussdiagramm in Bild 7 wird auch deutlich, dass die Stufe 3, die hygrothermische Simulation, in allen Fällen anwendbar ist. Das hat den Vorteil, dass sich versierte Planer von vorneherein darauf konzentrieren können ohne sich mit den Spezifikationen und Einschränkungen der anderen beiden Stufen auseinandersetzen zu müssen. Außerdem besteht in der Stufe 3 auch die Möglichkeit, die Auswirkungen der Baufeuchte und die Feuchtetoleranz von Bauteilen bei Vorhandensein kleiner Fehlstellen analysieren zu können. Letzteres ist gerade im Holzbau von unschätzbarem Wert, denn in einem Schadensfall wird es immer darum gehen, ob die Planung oder die Ausführung die größeren Mängel zu verantworten hat. Aufgrund der gestiegenen Bedeutung der hygrothermischen Simulation für den Feuchteschutznachweis beschäftigt sich der folgende Abschnitt mit der Frage nach dem Hintergrund der Simulationsmodelle und nach der Auswahl geeigneter Inputparameter sowie der Interpretation und der Beurteilung der Ergebnisse.
Bild 7. Flussdiagramm zur Verdeutlichung der Vorgehensweise bei der Stufenauswahl zur Feuchteschutzbemessung von Außenbauteilen
3.2 Grundlagen, Normen und Richtlinien zur hygrothermischen Simulation
Die wesentlichen Grundlagen der hygrothermischen Simulation und die erforderlichen Inputparameter sind in der DIN EN 15026 zu finden. Sie schreibt die Berücksichtigung folgender Transfermechanismen zur Abbildung der Temperatur- und Feuchteverhältnisse in porösen Stoffen und daraus zusammengesetzten Systemen vor:
– Wärmespeicherung des trockenen Baustoffes und des absorbierten Wassers,
– Wärmetransport durch feuchteabhängige Wärmeleitung,
– Wärmeübertragung durch Dampfdiffusion (mit Phasenwechsel, d. h. Verdunstung und Kondensation),
– Feuchtespeicherung durch Wasserdampfsorption und Kapillarkräfte,
– Feuchtetransport durch Dampfdiffusion,
– Flüssigtransport durch Oberflächendiffusion und Kapillarleitung.
Zusätzlich zu den in DIN EN 15026 aufgeführten Transportmechanismen berücksichtigen die heutigen Simulationsmodelle auch die sogenannten Lösungsdiffusion in polymeren Materialien, wie z. B. in feuchtevariablen Dampfbremsen. Sie wird der Dampfdiffusion zugeschlagen und mithilfe eines feuchteabhängigen Diffusionswiderstands berücksichtigt. Da hygrothermische Simulationsmodelle häufig auch zur Berechnung des Feuchteeinflusses auf den Wärmedurchgang verwendet werden, sollte auch die Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit einbezogen werden. Außerdem ist es zweckmäßig, auch die Eisbildung in feuchten Baustoffen bei Temperaturen unter 0 °C sowie die damit verbundenen Schmelzwärmeeffekte zu berücksichtigen.
Wenn man sich Bild 1 aus dem ASHRAE Handbook of Fundamentals [2] vor Augen führt, dann fällt auf, dass auch der konvektive Dampftransport in der Liste fehlt. Da die Auswirkungen dieses Effekts, wie bereits erläutert, erheblich sein können, ist geplant, dieses Phänomen bei der Neufassung der Norm in vereinfachter Form aufzunehmen. Außerdem kann auch das Eindringen von Regenwasser durch Leckagen in der Gebäudehülle große Auswirkungen haben, sodass es sinnvoll ist, auch diesen Vorgang in irgendeiner Weise zu berücksichtigen. Dabei sollen die Ansätze aus WTA 6-2 [39] als Grundlage dienen, auf die sich bereits der Anhang D der DIN 4108-3 in seinem Teil 6 bezieht. Diese im WTA-Merkblatt als „Hilfsmodelle zur vereinfachten Berücksichtigung spezieller Effekte“ bezeichneten Ansätze werden im folgenden Abschnitt kurz beschrieben, da sie besonders für die Planung feuchtetoleranter Konstruktionen im Holzbau relevant sind.
Die erforderlichen Daten und Eingaben zur Durchführung einer numerischen Simulation sind am Beispiel des Programms WUFI® [40] in Tabelle 1 zusammengefasst. Für das Programm Delphin [41] gelten bei den Randbedingungen dieselben Voraussetzungen, bei den erforderlichen Materialkennwerten gibt es gewisse Unterschiede bei den Speicher- und Flüssigtransportfunktionen. An einer Umrechnungsmöglichkeit wird derzeit gearbeitet.
3.2.1 Materialkennwerte für Holz und Holzwerkstoffe
Die erforderlichen hygrothermischen Materialdaten sind ebenfalls in Tabelle 1 aufgeführt. Hier sollten möglichst die mit dem Simulationswerkzeug mitgelieferten Stoffkennwerte verwendet werden. Falls das gewünschte Material nicht in der Datenbank vorhanden ist, kann man bei ausreichender Erfahrung und Vorhandensein der entsprechenden Messwerte selbst einen Materialdatensatz erstellen. Manchmal bietet es sich auch an, einzelne, nicht genau bekannte Kennwerte in einem Materialdatensatz gezielt zu variieren, um die Auswirkungen der Veränderungen auf das Simulationsergebnis zu ermitteln. Eine solche Parameterstudie kann dabei helfen, den Einfluss der Messgenauigkeit oder der natürlichen Materialschwankungen einzelner Komponenten auf das feuchtetechnische Verhalten eines ganzen Bauteils zu analysieren und dadurch die wesentlichsten Materialparameter zu identifizieren.
Tabelle 1. Zusammenstellung der für hygrothermische Simulationen mithilfe von WUFI® erforderlichen Eingabedaten
| Eingabeparameter | Erforderliche Datensätze oder Angaben |
| Geometrie | Aufbau des zu berechnenden Bauteils |
| numerisches Gitter | |
| Thermische und hygrische Stoffkennwerte sowie -funktionen | Rohdichte ρ und Porosität ε |
| spezifische Wärmekapazität c | |
| feuchteabhängige Wärmeleitfähigkeit λ = f(w) | |
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Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl
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