Dauerhaft luftdichte Konstruktionen mit Bausystemen aus Porenbeton

• Fachartikel von Dr.-Ing. Julian Kümmel, Bundesverband Porenbeton

(23.5.2006) Je besser die Wärmedämmung der Gebäudeaußenhülle, desto geringer fallen die Transmissionswärmeverluste aus. Betrachtet man den Gesamtwärmeverlust eines Gebäudes, so ist leicht erkennbar, dass mit zunehmendem Dämmniveau der Anteil der Lüftungswärmeverluste am Gesamtwärmeverlust steigt. Genau hier liegen die Potentiale einer weiteren Energieeinsparung. Diese Zusammenhänge werden in der Praxis bei Neubauten im Niedrigenergiehaus-Standard, bei 3-Literhäusern oder Passivhäusern berücksichtigt und umgesetzt. Die Forderung nach einer luftdichten Bauweise ist nichts Neues, denn bereits bei der ersten Auflage der DIN 4108 im Jahr 1952 wurde die dauerhaft luftdichte Ausführung aller Bauteilanschlüsse gefordert. Auch die gültige Energieeinsparverordnung stellt Anforderungen an die dichte Ausführung von Gebäuden. Erstmalig ist es möglich, bei nachweislich dichten Gebäuden, einen reduzierten Luftwechsel bei der Bestimmung der Lüftungswärmeverluste in Ansatz zu bringen.

Notwendiger Mindestluftwechsel

Emissionen aus Möbeln, Textilien und Baustoffen belasten die Raumluft. Hinzu kommt der nutzungsbedingte Feuchteeintrag durch Kochen, Duschen, Baden, Waschen und dergleichen. Auch der Beitrag der menschlichen Atmung ist nicht zu unterschätzen. Zur Vermeidung von Bauschäden und zur Aufrechterhaltung hygienischer Standards ist ein regelmäßiger Austausch der Raumluft durch Außenluft unabdingbar. In Deutschland geschieht dies bekanntermaßen durch das Öffnen der Fenster, die sogenannte freie Lüftung. Mechanische Lüftungssysteme setzen sich nur langsam durch.

Die bauliche Qualität und die Art der Nutzung bestimmen den erforderlichen Mindestluftwechsel. Der Einsatz von Einzelöfen, wie in der Vergangenheit üblich, erforderte zur Bereitstellung der notwendigen Verbrennungsluft vergleichsweise hohe Luftwechselraten. Dieser Anteil entfällt bei heutigen zentral beheizten Wohnungen. Ein verbesserter baulicher Wärmeschutz sowie größere personenbezogene Wohnflächen reduzieren die Gefahr der Tauwasserbildung mit den bekannten Folgeschäden deutlich. Dies hat zur Folge, dass zur Gewährleistung einer hinreichenden Qualität der Raumluft deutlich niedrigere Luftwechselraten erforderlich sind. Heutzutage werden für Wohngebäude Luftwechselzahlen von n = 0,5h ^-¹ als ausreichend erachtet. Ein Mindestluftwechsel ist aus den genannten Aspekten gewollt und notwendig. Im Gegensatz dazu ist eine unkontrollierte Lüftung durch undichte Stellen in der Gebäudehülle aus den unterschiedlichsten Gründen nicht wünschenswert.

Luftdichtheit als Qualitätsmerkmal

Undichte Stellen in der Gebäudehülle treten beispielsweise im Bereich von Fugen oder Anschlussdetails auf. Der Luftstrom durch die undichten Stellen resultiert aus den statischen Druckdifferenzen der Windanströmung am Gebäude und temperaturbedingten Luftdruckunterschieden zwischen Innenraum und Außenluft. Dieser Wirkungsmechanismus verdeutlicht, dass Leckageluftströme nicht zur planmäßigen Belüftung herangezogen werden können. Um in windschwachen Zeiten mit geringen Temperaturdifferenzen einen ausreichenden Luftwechsel zu gewährleisten, müssten hohe Undichtigkeiten in der Gebäudehülle in Kauf genommen werden, die bei anderen klimatischen Randbedingungen zu unnötig hohen Luftwechselraten führen würden. Folgende Faktoren sprechen für Luftdichtigkeit als Qualitätsmerkmal:

• Energieeinsparung
• Schadensvermeidung
• höherer thermischer Komfort
• Besserer Schallschutz
• Höhere Luftqualität

Wird die luftdichte Ausführung der Gebäudehülle diskutiert, wird in der Regel an erster Stelle die Einsparung von Energie genannt. In der Tat sind in undichten Gebäuden während der Heizperiode zeitweilig höhere Luftwechsel, als aus hygienischen Gründen notwendig, zu verzeichnen. Durch konsequente Planung und Ausführung luftdichter Details kann der Wärmebedarf um rund 10% gesenkt werden.

Durch Konvektion können um ein Vielfaches größere Feuchtemengen als durch Diffusion transportiert werden. Tritt warme, feuchte Luft in kältere Bauteilbereiche, so ist mit dem Auftreten von Tauwasser zu rechnen. Schimmelbildung, eingeschränkte Funktionalität und Bauschäden können die Folge sein. Entsprechende Schäden durch konvektiven Wasserdampftransport werden durch eine dichte Bauweise verhindert.

Undichtigkeiten in der Gebäudehüllen können bei entsprechenden klimatischen Randbedingungen zu Zugerscheinungen führen. Auf diese Weise kann zumindest zeitweilig die thermische Behaglichkeit negativ beeinflusst werden. Strömt Kaltluft im Fußbodenbereich ein, so sammelt sich diese aufgrund der Dichteunterschiede am Boden und wird vom Bewohner als unangenehm wahrgenommen.

Winddicht Bauen ist auch eine Voraussetzung für einen optimalen Schallschutz. Denn bereits durch kleinste Öffnungen kann eine an sich sehr gute Schalldämmung eines Bauteils drastisch verschlechtert werden. Dies ist nicht nur in Bezug auf Außenlärm, sondern auch beim Mehrfamilienhaus zwischen unterschiedlichen Wohnungen zu beachten.

Eine luftdichte Ausführung gewährleistet, dass beispielsweise geruchsbelastete Luft aus anderen Wohnbereichen nicht in den eigenen einströmt. Ebenso ist zu beachten, dass die Richtung des Luftstroms durch Leckagestellen von den äußeren Randbedingungen abhängig ist. Tritt Schimmel in einem Bauteil, z.B. der Dachkonstruktion, auf, besteht die Gefahr, dass bei entsprechender Witterung Schimmelsporen in den Innenraum gesaugt und im Gebäude verteilt werden. Eine luftdichte Gebäudehülle trägt somit auch zu einer höheren Luftqualität bei.

Berücksichtigung der Luftdichtheit in der EnEV

Anfang 2002 trat die neue Energieeinsparverordnung (EnEV) in Kraft. Hier wird gefordert, dass zu errichtende Gebäude so auszuführen sind, dass die wärmeübertragende Umfassungsfläche einschließlich der Fugen dauerhaft luftundurchlässig entsprechend dem Stand der Technik abgedichtet ist. Weiterhin fordert die EnEV, zu errichtende Gebäude so auszuführen, dass der zum Zwecke der Gesundheit und Beheizung erforderliche Mindestluftwechsel gewährleistet ist.

Für den öffentlich-rechtlichen Nachweis sieht die EnEV zwei Verfahren vor, um den Jahres-Primärenergiebedarf Qp zu berechnen. Für Wohngebäude wird in Anlehnung an die Wärmeschutzverordnung ein vereinfachtes Verfahren angeboten, bei welchem der Verlauf der Außentemperatur über eine Heizgradtagszahl abgebildet wird. Bei der Ermittlung der spezifischen Lüftungswärmeverluste HV wird eine Fensterlüftung zugrunde gelegt. Sind Gebäude nachweislich dicht, kann ein reduzierter Luftwechsel angenommen werden. Dabei werden Luftwechselraten von n = 0,7h ^-¹ ohne Dichtheitsprüfung und n = 0,6h ^-¹ mit Dichtheitsprüfung in Ansatz gebracht. Der Nachweis der Dichtheit stellt eine Option dar. Er ist keine Pflicht. Ohne Nachweis ist jedoch ein rund 17% höherer Lüftungswärmeverlust anzusetzen. Der spezifische Lüftungswärmeverlust berechnet sich wie folgt:

Hv = 0,19 Ve  ohne Dichtheitsprüfung
Hv = 0,163 Ve  mit Dichtheitsprüfung
  
mit
  
Hv: Spezifischer Lüftungswärmeverlust
Ve: Bruttovolumen

Im zweiten Verfahren ist der Jahres-Primärenergiebedarf Qp nach DIN EN 832 in Verbindung mit DIN V 4108-6 und DIN V 4701-10 über ein Monatbilanzverfahren zu ermitteln. Wie beim vereinfachten Verfahren kann für Fensterlüftung bei nachweislich dichter Gebäudehülle die Luftwechselrate von n = 0,7h ^-¹ auf n = 0,6h ^-¹ reduziert werden. Zusätzlich kann der Einsatz von raumlufttechnischen Anlagen berücksichtigt und gegebenenfalls die Luftwechselrate weiter abgesenkt werden. Die Luftwechselrate bei maschineller Lüftung ergibt sich wie folgt:

n = nAnl (1 - ηv) + nx
  
mit
  
nAnl: Anlagenluftwechselrate
ηv: Nutzungsfaktor des Abluft-Zuluft-Wärmetauschersystems
nx: zusätzliche Luftwechselrate infolge Undichtigkeiten und Fensteröffnen

Weiterhin können Wärmegewinne aus Lüftungs-Wärmerückgewinnungsanlagen ermittelt und in Ansatz gebracht werden.

Nachweis der Luftdichtheit

Nachzuweisen ist die Dichtheit durch das Differenzdruckverfahren nach DIN EN 13829. Hier wird ein Über-/Unterdruck angelegt, wobei der über eine definierte Zeiteinheit gemessene Luftstrom einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten darf (Grafik oben). Der Nachweis der Dichtheit kann im Kleinhausbau durch das sogenannte "Blower Door" Verfahren geführt werden. Hier wird ein Ventilator in die Öffnung einer Eingangs- oder Balkontür luftdicht eingebaut. Mit Hilfe des Ventilators wird eine Druckdifferenz zwischen Innen und Außen von 50 Pa erzeugt. Dies entspricht einem Winddruck bei einer Windgeschwindigkeit von 9 m/s oder anders ausgedrückt der Windstärke 5 nach Beaufort-Scala. Der am Ventilator gemessene Luftstrom entspricht der Summe der Leckageluftströme. Nach DIN EN 13829 sind für den gemessenen Volumenstrom (bezogen auf das beheizte Volumen) bei einer Druckdifferenz von 50 Pa zwischen Innen und Außen folgende Grenzwerte einzuhalten:

n50 < 3 h ^-¹ bei Gebäuden ohne raumlufttechnische Anlagen
n50 < 1,5 h ^-¹ bei Gebäuden mit raumlufttechnische Anlagen

Der ganze Versuch dauert ungefähr zwei Stunden. Die Kosten schwanken sehr stark und belaufen sich je nach Anbieter und Umfang der Prüfung und Auswertung auf 500 bis 2000 DM für ein Einfamilienhaus. Erweiterte Untersuchungen wie z.B. das Auffinden der undichten Stellen erhöhen die Kosten noch.

Bedeutung für die Praxis

Zum Erzielen einer luftdichten Gebäudehülle ist möglichst schon in der Entwurfsphase, spätestens im Rahmen der Detailplanung, ein Luftdichtheitskonzept zu erstellen. Sämtliche Bauteilanschlüsse mit Konstruktions- oder Materialwechseln sind im Detail zu planen und den entsprechenden Gewerken im Rahmen der Ausschreibung zuzuordnen. Die Praxis hat gezeigt, dass eine entsprechende Überwachung der Ausführung notwendig ist. Wichtig ist auch, dass nach Fertigstellung einer Luftdichtheitsschicht diese nicht durch Folgearbeiten verletzt wird.

Die luftdichte Hülle muss das gesamte beheizte Volumen vollflächig umschließen, im Geschosswohnungsbau möglichst jede Wohneinheit einzeln. Insbesondere ausgebaute Dachgeschosse mit Pfettendach und Kehlgebälk sind aufgrund der Vielzahl der konstruktionsbedingten Durchstoßpunkte zu beachten. Eine Übersicht kritischer Detailpunkte ist in der untenstehenden Tabelle aufgeführt. Detaillierte Angaben zu kritischen Details finden sich in DIN 4108-7.

Rohbau- phase	Detail	Maßnahme
1	Anschluss der Kellerdecke zur Außenwand	Außenwände vollflächig ohne Vorlage aufsetzen
2	Mauerkronen und -brüstungen	Oberseitigen Mörtelabgleich durchführen, Kronen zusätzlich oberseitig mit Dämmstoff versehen.
3	Fertigrollladenkästen	Fertigrollladenkästen Am Auflager rundum mit Mörtel abgleichen.
4	Elektro-/Sanitärinstallationen	Steckdosen rundum eingipsen, Leitungsschlitze vollflächig luftdicht schließen.
5	Vorwandinstallationen	Bei Installation vor Außenwänden oder zu unbeheizten Bereichen ist das Mauerwerk vorher zu verputzen.
6	Fensteranschlüsse	Zum Baukörper entweder komplett Einschäumen oder Fugen ausstopfen und nachträglich luftdicht versiegeln.
7	Innenputz	Wandfuß der Außenwand bis auf die Rohdecke verputzen.
8	Abseiten	Gemauerte Drempel bzw. Kniestöcke komplett verputzen.
9	Deckenaussparungen/ -durchbrüche, Schornsteindurchführungen	Installationen ausstopfen und sorgfältig verschließen
10	Dach-/ Wandanschlüsse	An Außen-/Innenwänden mit geeigneten dauerhaften Techniken ausführen.
11	Dachflächenfenster, Dunstrohre, Bodenluke	Luftdichtheitsschicht nachträglich abdichten.

Luftdichte Konstruktionen aus Porenbeton

Dass Porenbeton ein massiver Baustoff mit einer hervorragenden Wärmedämmung ist, ist nichts Neues. Immerhin können heutzutage Porenbeton-Plansteine PPW mit einer Wärmeleitfähigkeit von bis zu = 0,09 W/(mK) hergestellt werden. Auch ohne zusätzliche Wärmedämmung lassen sich so U-Werte (ehemals k-Werte) von bis zu U = 0,23 W/m²K erzielen. Die Praxis zeigt, dass Energiesparhäuser in monolithischer Bauweise aus Porenbeton problemlos möglich sind. Die Reduktion von Transmissionswärmeverlusten ist eine der Grundvoraussetzungen für eine energiesparende Bauweise. Die Bedeutung einer luftdichten Bauweise beim hier angesprochenen Dämmniveau wurde bereits diskutiert. Mit Wandbaustoffen aus Porenbeton können auch die Anforderungen an eine luftdichte Bauweise hervorragend erfüllt werden. Denn nach DIN 4108-3 ist nass verputztes Mauerwerk aus Porenbeton grundsätzlich luftdicht. Die Luftdichtheitsschicht wird durch den Putz gewährleistet. Hinzu kommt, dass Porenbeton aus einer Vielzahl von geschlossenen Poren besteht. Dies bedeutet, ein Durchströmen der Steine ist in keiner Richtung möglich, was eine zusätzliche Sicherheit bietet.

Mit dem Porenbeton-Bausystem Wohnbau können jedoch nicht nur Wände, sondern auch Decken und Dächer hergestellt werden (siehe Eingangsbild). Zusammen mit einer Vielzahl von Ergänzungsprodukten kann der komplette Rohbau mit Bauprodukten aus Porenbeton hergestellt werden. Unter dem Gesichtspunkt der Luftdichtheit ist insbesondere das Massivdach von Interesse.

Aus Sicht der Bauphysik bieten Massivdächer eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber konventionellen Dächern. Porenbeton-Massivdächer weisen einen besseren Schallschutz, einen höheren Brandschutz und ein günstigeres sommerliches Raumklima als konventionelle Dachkonstruktionen auf. Auf diese Weise erfährt das Dachgeschoss eine deutliche Aufwertung der Wohnqualität. Hinzu kommt die einfache Umsetzung der Luftdichtheit in der Dachfläche. Zwar lässt sich bei anderen Konstruktionen, beispielsweise unter Zuhilfenahme von Kunststoff-Folien, auch eine Luftdichtheitsschicht erzielen, es muss jedoch Stößen, Überlappungen, Durchdringungen deutlich mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden. Diese, in der Regel kritischen Details, entfallen bei einer massiven Dachkonstruktion aus Porenbeton.

Im Rahmen eines Modellprojekts an verschiedenen Niedrigenergiehäusern wurde die Effizienz des Porenbeton-Bausystems bestätigt. Mit dem Blower-Door Test wurden unterschiedliche Bauweisen bei einer Druckdifferenz von p = 50 Pa geprüft. Die besten Resultate der untersuchten Konstruktionsvarianten hat eine massive Konstruktion aus Porenbetonmauerwerk und Porenbeton-Dachplatten, bei welcher der Anschluss zwischen Dach und Wand als besonders einfach zu bezeichnen ist. Um eine Reduktion der Luftwechselzahl gemäß EnEV vornehmen zu können, ist es nicht nur notwendig, die Dichtheit nachzuweisen, sondern diese auch dauerhaft zu gewährleisten. Porenbeton-Bausysteme erfüllen insbesondere den Anspruch an eine dauerhafte winddichte Konstruktion.

Winddichte Konstruktionen, Wärmebrückenfreiheit sowie eine ausgezeichnete Wärmedämmung ohne zusätzliche Dämm-Maßnahmen sind Eigenschaften der Porenbeton-Bausysteme, die es ermöglichen, die Anforderungen der EnEV problemlos zu erfüllen. Seit Einführung der EnEV ist das Niedrigenergiehaus Standard. Die Praxis hat bewiesen: Mit Porenbeton-Bausystemen können Ultra-Niedrigenergiehäuser, 3-Liter-Häuser bis hin zu Passivhäusern realisiert werden.