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TU Berlin

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Bekieste Umkehrdächer mit wasserableitender Trennlage: Zuschlag k = 0 W/(m²·K) (Dipl.-Ing. O. Fechner)

Kurzfassung

Der Minimierung von Wärmeverlusten in Baukonstruktionen kommt eine immer größere Bedeutung zu, weil zukünftig weitere Energieeinsparungen gefordert werden. Bei Umkehrdächern treten bedingt durch den Abfluß von erwärmten Niederschlägen unter der Wärmedämmung Wärmeverluste auf. Die Firma Dow Chemical entwickelte daher als erstes Unternehmen einen verbesserten Umkehrdachaufbau ohne nennenswerte Wärmeverluste.

 

Anstelle der bisher üblichen Vliesauflage wird eine Trennlage mit wasserableitenden Eigenschaften oberhalb der extrudergeschäumten Polystyrol-Hartschaumplatten (XPS) angeordnet. Die Aufgabe der im Regelfall drei Meter breiten und überlappt verlegten Trennlage mit der Bezeichnung "Dow Roofmate MK" besteht darin, anfallendes Niederschlagswasser bereits oberhalb der Dämmplatten abzuführen. Ziel dieser Weiterentwicklung ist es, eine Verringerung der Wärmeverluste gegenüber herkömmlichen Umkehrdachkonstruktionen, bei denen erwärmter Niederschlag in hohem Maße unterhalb der Wärmedämmung abfließt, zu erreichen.

 

Bisher waren in Deutschland niederschlagsbedingte Wärmeverluste mit einem Zuschlag Δk von 0,05 W/(m²·K) zum k-Wert zu berücksichtigen; nach europäischer Regelung sind Zuschläge bis zu 0,08 W/(m²·K) gefordert. Die wasserableitende Trennlage vermindert die unter den Dämmplatten abfließende Wassermenge jedoch so weit, daß der Δk-Zuschlag entfallen kann. Die Untersuchungsergebnisse sind bereits in den allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen der Firma Dow aufgenommen worden.

1 Aufgabenstellung und durchgeführte Untersuchungen

In Bild 1 ist das unterschiedliche Abflußverhalten von Niederschlägen bei bekiesten Umkehrdachaufbauten mit Vliesauflage und wasserableitender Trennlage schematisch einander gegenübergestellt.

 

Die Bedeutung des Δk-Zuschlages ist im Bild 2 dargestellt: Es wird die erforderliche zusätzliche Dämmstoffdicke für unterschiedlich gedämmte Dachkonstruktionen angegeben, um den durch Niederschläge abgeführten Wärmeverlust auszugleichen.

 

Beispielsweise sind für den Ausgleich eines Zuschlages von 0,05 W/(m²·K) bei einem k-Wert von 0,2 W/(m²·K) ca. 7 cm zusätzliche Dämmstoffdicke d notwendig.

 

Zur Untersuchung des wärmeschutztechnischen Verhaltens von Umkehrdächern mit wasserableitender Trennlage wurden an mehreren Stellen unabhängig voneinander Untersuchungen durchgeführt:

 

- EMPA, Schweiz [1]: Feuchtegehalt der XPS-Platten und Leckraten an ausgeführten Dächern,

- CSTB, Frankreich [2]: Wasserabfluß unter den XPS-Platten im Labor,

- TU Berlin, Deutschland [3]: Messung von Δk im Labor, Untersuchungen zur Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit.

2 Untersuchungen zur Ermittlung der niederschlagsbedingten Wärmeverluste (Δk-Zuschlag) von Umkehrdächern mit wasserableitender Trennlage

2.1 Wärme- und Feuchteverhalten

Von der EMPA wurden erste Untersuchungen zum modifizierten Umkehrdachaufbau mit wasserableitenden Trennlagen durchgeführt. Die in [1] vorgestellten Ergebnisse wurden an Dachaufbauten vorgenommen, die im Jahre 1991 mit dem Ziel die wärmeschutztechnischen Eigenschaften durch ein verändertes Abflußverhalten zu verbessern, aufgebaut worden waren. Die am besten geeignete Trennlage für diesen Verwendungszweck sollte ermittelt werden. Die Untersuchungen zur Langzeitbeständigkeit wurden ebenfalls an diesen Dächern durchgeführt. Die EMPA führte folgende Untersuchungen durch:

 

- Diffusionswiderstandsbestimmung der wasserableitenden Trennlagen,

- Rechnerische Untersuchung des Feuchteverhaltens in den XPS-Dämmstoffplatten aufgrund der Diffusionsbehinderung unterschiedlicher Trennlagen,

- Beurteilung des Wärme- und Feuchteverhaltens von Umkehrdachaufbauten mit wasserableitender Trennlage,

- Dokumentation der durchgeführten Langzeitmessungen,

- Messungen der Leckraten an einem Dach mit wasserableitender Trennlage.

Für die rechnerische Untersuchung des Feuchteverhaltens wurden die Diffusionswiderstände der vier verwendeten unterschiedlichen Trennlagen untersucht. Das Resultat der Messungen ist in Tabelle 1 dargestellt.

 

 

Bezeichnung
[ - ]


Dicke
[mm]

Diffusionswiderstand
[ 10-9 (m²·s·Pa)/kg]

äquiv.Luftschichtdicke [m]

Standard Vlies


A

0,66

< 0,05

< 0,01

wasserableitende Trennlage


B*

0,15

0,10

0,02

wasserableitende Trennlage


C

0,50

20,5

4,1

PE-Folie


D

0,20

540

108

Tabelle 1: Materialeigenschaften der untersuchten Trennlagen [1]
*Typ B entspricht der Trennlage "Dow Roofmate MK"

 

Die ermittelten Diffusionswiderstände wurden als Materialkennwerte für die rechnergestützte Feuchteuntersuchung der Umkehrdachaufbauten mit dem Programm MATCH [4] verwendet. Mit diesem in Dänemark entwickelten Programm ist es möglich, den eindimensionalen Wärme- und Feuchtetransport unter Berücksichtigung der Klimarandbedingungen (Temperatur, rel. Feuchte, Sonneneinstrahlung, Bewölkung und Windgeschwindigkeit) für mehrschichtige Bauteile unter Berücksichtigung der Wärme- und Feuchtespeicherung zu ermitteln.

 

Der Verlauf des Feuchtegehaltes wurde jeweils für ein Jahr vom Beginn der Tauperiode bis zum Ende der Verdunstungsperiode erfasst (siehe Bild 3). Die Feuchteaufnahme der Dämmstoffplatten verläuft für die Auflagen A,B und C im Zyklus der jahreszeitlich bedingten Feuchteschwankungen, lediglich bei der PE-Folie (Typ D, sd = 108 m) trocknet die aufgenommene Wassermenge nicht mehr aus.

 

Das Ergebnis verdeutlicht, daß bei Verwendung geeigneter Materialien die in den Wintermonaten aufgenommene Wassermenge in den Sommermonaten wieder abgegeben wird. Selbst bei vergleichsweise hohen sd-Werten von mehr als 4,0 m (Typ C) trocknet der Dämmstoff wieder aus. Im Vorgriff auf die vorgenommene Diffusionsuntersuchung verschmutzter Trennlagen zeigt die vorstehende Berechnung eine große Reserve bei der Veränderung des Diffusionsverhaltens.

 

Für die Beurteilung des thermischen Verhaltens von Umkehrdächern mit wasserableitender Trennlage, ist die Kenntnis der Leckrate notwendig. Die Leckrate (L) ist das Verhältnis zwischen der unter der Wärmedämmung abfließenden Wassermenge und der oberseitig abfließenden Niederschlagsmenge in Prozent. Eine Leckrate von 5% bei 2 mm/d Niederschlag bedeutet z.B. eine Abflussmenge von 2·0,05 = 0,1 mm/d. Zur Ermittlung der Leckrate wurde auf einem insgesamt 54 m² großen Versuchsdach anstatt einer herkömmlichen Vliesauflage eine wasserableitende Trennlage vom Typ B aufgelegt. Im Randbereich ist die Trennlage über die Oberkante der Kiesschicht hochgeführt worden. Nach gleichmäßiger Bewässerung der Dachfläche wurden die auf der Trennlage und unter der Wärmedämmung abfließenden Wassermengen separat aufgefangen und in regelmäßigen Zeitabständen vermessen. Bild 4 zeigt die ermittelten Leckraten (L) als Funktion der Niederschlagsintensität.

 

Die durchgeführten Versuche zeigen eine Abhängigkeit der Leckrate (L) von der Niederschlagsintensität. Bei großen Niederschlagsmengen verringert sich die Leckrate deutlich, da große Wassermengen sofort oberhalb der Trennlage abfließen. Die nachfolgende Tabelle 2 veranschaulicht das gute Wasserableitvermögen, daß sich in hohen Abflußraten ausdrückt.

 

 

Belastung


Wasserabfluß


Niederschlagsintensität
[mm/h]


Gesamte Abflußmenge
[g]


obere Abflußmenge
[g]


Abflußrate A
[%]


ca. 0,5

500

460

92,7

ca. 2,0

2000

1920

96,0

ca. 5,0

5000

4910

98,2

Tabelle 2 : Wasserabfluß in Abhängigkeit von der Niederschlagsintensität

 

Die von der EMPA ermittelten Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:

 

 

- Die rechnerische Überprüfung der Feuchtegehaltsänderungen von XPS-Dämmstoffplatten mit aufliegender wasserableitender Trennlage ergibt einen fast identischen Verlauf des Feuchteprofils wie bei einer üblichen Vliesauflage.

- Das in der Tauperiode aufgenommene Wasser wird in der Verdunstungsperiode wieder abgegeben.

- Die XPS-Dämmstoffplatten trocknen auch bei einer Auflage mit einem sd-Wert von ca. 4 m wieder aus. Somit ist bei einer Zunahme des Diffusionswiderstandes durch Verschmutzungen keine Feuchteanreicherung im Dämmstoff zu erwarten.

- Die Auswertung der langjährigen Feuchtemessungen bestätigt grundsätzlich die Berechnungsergebnisse.

- Die Messungen der Leckraten (L) haben eine Abhängigkeit von der Niederschlagsintensität ergeben. Bei großen Niederschlagsmengen wird nahezu die gesamte Regenmenge zum kurzfristigen Abfluß gebracht.

- Der niederschlagsbedingte Zuschlag zum k-Wert ist vernachlässigbar klein: Die Wärmeverluste durch den Abfluß von Wasser unterhalb der Wärmedämmung werden für die höchste Leckrate bei einer sehr großen halbjährlichen Niederschlagsmenge von 800 mm - dies entspricht einer unteren Abflussmenge von 0,3 mm/d - nach oben abgeschätzt. Auf der Grundlage des in [5] ermittelten Zusammenhanges ergibt sich ein niederschlagsbedingter Δ-Zuschlag, der geringer als 0,01 W/(m²·K) ist (siehe hier auch Bild 9).

2.2 Abflußverhalten unter ungünstigen klimatischen Randbedingungen

Um das Abflußverhalten im Labor unter verschiedenen klimatischen Randbedingungen zu untersuchen, führte das CSTB eine Untersuchung an einem großformatigem Dach mit einer Fläche von 30 m² durch [2]. Das Versuchsdach war mit einer umlaufenden Attika versehen, um den Einfluß der Verlegung der Trennlage im Randbereich zu erfassen: Wie nachstehend dargestellt endet die Trennlage beim Typ A in Höhe der Kiesschicht; beim Typ B wurde die Trennlage bis über die Attika hochgeführt (Bild 5 und Bild 6).

 

Die Nachbildung der klimatischen Randbedingungen erfolgte durch die Veränderung der Regenintensität, der Windgeschwindigkeit und des Windeinfallswinkels. Hierdurch konnten ungünstige naturnah nachgebildete Verhältnisse erzielt werden.

 

Die aufgefangene Wassermenge wurde jeweils 30 Minuten nach Versuchende bestimmt. In einzelnen Fällen erfolgte eine weitere Messung ca. 13 bis 16 Stunden nach der ersten Messung. Durch diese Messungen erhält man die im Kiesbett zurückgehaltene Wassermenge.

 

Nach der Demontage des Daches wurde das Dach abgetrocknet und das dabei aufgenommene Wasser gewogen. Die hierbei ermittelte Wassermenge (Q3) stellt die auf der Dachabdichtung langfristig zurückbleibende Wassermenge dar. Setzt man diese Restmenge ins Verhältnis zur Gesamtabflußmenge, so verbleiben ca. 0,2‰ davon auf der Dachabdichtung zurück.

 

Die nachfolgende Tabelle 3 faßt die im Windkanal des CSTB ermittelten Leckraten zusammen:

 

 

Versuch


Randausbildung


obere Abflußmenge
Q1 [ Liter ]


untere Abflußmenge
Q2 [ Liter ]


Leckrate
L [%]


1

Typ A

1184

5,7

0,5

2
2*

Typ A

1582
1599

17,52
22,52*

1,1
1,4*

5

Typ A

1977

58,45
Q3 = 1,31

2,9

3

Typ B

1360

3,51

0,3

4
4*

Typ B

1590
1609

5,98
12,49*

0,4
0,8*


Tabelle 3: Gemessene Leckraten auf dem Versuchsdach des CSTB.
* Leckrate ca. 13 bis 16 Stunden nach dem Ende der Beregnung



Die vom CSTB ermittelten Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:

 

- Die ermittelten Leckraten (L) schwanken zwischen 0,3% und ca. 3%. Der größte Teil des Niederschlages kommt jeweils oberhalb der Trennlage zum schnellen Abfluß.

- Die Berücksichtigung der nach dem Beregnungsende eingedrungenen Wassermengen ergibt keine signifikante Erhöhung der Leckraten.

- Nach der Demontage der Dämmstoffplatten zeigte sich, daß große Bereiche trocken geblieben waren.

- Die verbliebene Wasser-Restmenge war sehr klein. Die Filmdicke beträgt bezogen auf einen Quadratmeter ca. 0,05 mm.

 

Vom CSTB wurden die Ergebnisse der Untersuchung wie folgt bewertet:

 

- Bei Dachkonstruktionen, die eine Randausbildung vom Typ A (Bild 5) besitzen - Trennlage bis zur Kiesschicht hochgeführt - wird die maximale Leckrate mit ca. 5% abgeschätzt.

- Bei Randausbildungen vom Typ B (Bild 6) - Trennlage über die Attika hochgeführt - ergeben sich maximale Leckraten von ca. 1%.

- Es wird daher empfohlen, wenn es die Konstruktionsvorgaben erlauben, die Randausbildungen entsprechend Typ B auszuführen.

- Aufgrund des guten Abflussverhaltens empfiehlt das CSTB den Δk-Zuschlag für Umkehrdachkonstruktionen mit "Dow Roofmate MK" Trennlage und Kiesbeschichtung zu vernachlässigen.

2.3 Quantifizierung der niederschlagsbedingten Wärmeverluste

2.3.1 Versuchsaufbau

Für eine direkte Ermittlung der Wärmeverluste durch Niederschlagswasser hat es sich als sinnvoll erwiesen, die abtransportierten Wärmemengen experimentell zu bestimmen und eine Enthalpiemessung durchzuführen [5], [6], [7]. Hierfür ist es notwendig, sowohl die abfließenden Wassermengen als auch die Temperatur des Wasserabflusses, des Niederschlages und der Raumluft kontinuierlich zu erfassen. Diese integrale Meßmethode zur Bestimmung der Ablaufwasserenthalpie erfaßt den Wärmeentzug weitgehend unabhängig von der Art des Wasserabflusses. Solche Messungen wurden an der TU Berlin an einem Dachaufbau (A = 4,2 m²) mit wasserableitender Trennlage durchgeführt [3].

 

Unterhalb des Daches befand sich ein beheizter und wärmegedämmter Raum, der mit einer allseitig angeordneten 10 cm dicken XPS-Dämmung umgeben war. Die Raumlufttemperatur wurde von 5 Strahlern mit je 250 W auf ca. +40°C eingeregelt. Die erwärmte Luft wurde zur Vermeidung von Luftschichten unterschiedlicher Temperatur mit einem Tangentiallüfter umgewälzt. Um eine punktuelle Erwärmung der Dachunterseite auszuschließen, wurden die Strahler mit Blechen abgeschirmt. Mit Hilfe einer automatischen Temperaturregelung konnte eine Genauigkeit der Innenraumtemperatur von etwa 0,75 K erzielt werden. Bild 7 und Bild 8 zeigen den Versuchsaufbau.

 

Die Ebene der Abdichtung und des tragenden Untergrundes bildete eine mit ca. 0,65% geneigte 8 mm dicke Plexiglasscheibe, durch die die Unterseite des Dämmstoffes beobachtet werden konnte. An den Rändern war die Trennlage ca. 20 cm hochgeführt worden. Die auf einen Quadratmeter bezogene Überlappungslänge betrug ca. 1 m/m², die bezogene Länge des Randes beträgt etwa 2 m/m². Vergleicht man diese Werte mit realen Dachaufbauten, so erkennt man, daß im Vergleich mit großformatigen Dachflächen ungünstiger einzuordnende Verhältnisse vorliegen. Die Beregnung der Dachfläche erfolgte gleichmäßig verteilt mit insgesamt 6 schwenkbaren Düsen. Während der Versuche wurde zwischen der Hallenluft und dem beheizten Raum ständig eine Temperaturdifferenz von ca. 15 K aufrechterhalten. Die unter und oberhalb der Wärmedämmung abfließenden Wassermengen wurden jeweils separat in einem Sammelbecken aufgefangen und mit einem präzise arbeitenden kalibrierten Massendurchflußsensor bestimmt. Der Sensor ermöglicht die Messung des Wasserabflusses mit einer Genauigkeit von 0,2% bezogen auf den Meßwert, so daß auch kleinste Abflußmengen erfaßt werden können.

 

2.3.2 Durchgeführte Versuche

Die einzelnen durchgeführten Versuchsreihen unterscheiden sich durch die Beregnungsintensität und durch die Dauer der Beregnung. Im einzelnen wurden die Randbedingungen entsprechend Tabelle 4 variiert:

 

 

/


Stundenmittel


Tagesmittel


Tagessumme


Regenmenge


Dauer


Regenmenge


Regenmenge


Versuchsreihe 1
(RE 1; 10 Versuche)


30 mm/h

90 min

1,875 mm/h

45 mm/d

Versuchsreihe 2
(RE 2; 6 Versuche)


30 mm/h

120 min

2,5 mm/h

60 mm/d

Versuchsreihe 3
(RE 3, 2 Versuche)


60 mm/h

90 min

3,75 mm/h

90 mm/d

Versuchsreihe 4
(RE 4, 1 Versuch)


1,7 mm/h

24 h

1,7 mm/h

40,8 mm/d

 

 

Tabelle 4: TU Berlin - Regenereignisse (RE)



Der Einordnung der Regenereignisse dient folgende Übersicht auf Basis von Stundenmittelwerten:

 

0 - 1 mm/h
leichter Regen
1 - 4 mm/h
normaler Regen
4 - 15 mm/h
starker Regen
15 - 40 mm/h
sehr starker Regen
über 40 mm/h
Wolkenbruch

 

Die Versuchreihe 4 hatte zum Ziel, die Leckrate bei einem lang andauerndem Regen mit niedriger Regenintensität zu ermitteln.

 

2.3.3 Auswertung der Versuche

Das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) schreibt für bekieste Umkehrdachkonstruktionen mit herkömmlicher Vliesauflage einen mittleren niederschlagsbedingten Δk-Zuschlag in Deutschland von 0,05 W/(m²·K) auf den rechnerischen k-Wert ohne Regen vor.

 

Dieser Wert beruht im wesentlichen auf den in Freilandversuchen des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik, Stuttgart, Außenstelle Holzkirchen gefundenem Zusammenhang zwischen mittlerer Niederschlagsintensität und Zuschlag (k [5], [6], [7]. Die Höhe des Δk-Wertes basiert auf der mittleren Niederschlagsintensität für Deutschland in der Heizperiode von 1,7 mm/d [6].

 

Durch Berücksichtigung der Bezugsgröße r (siehe unten) wird die Vergleichbarkeit der Ergebnisse auch bei unterschiedlichen Regenintensitäten gewährleistet. Für die Berechnung des Δk-Wertes von Umkehrdachaufbauten mit Trennlage wurden die im Versuch gemessenen mittleren Temperaturverhältnisse zum Zeitpunkt des Wasserablaufes, die Ablaufwassertemperaturen, die Ablaufwassermengen sowie die mittlere Bezugsgröße zusammengestellt. Hieraus ergibt sich der niederschlagsbedingte Δk-Zuschlag [W/(m²·K)] wie folgt:

 

W/(m²·K) = [(Iu·θGu - θN) / (θi - θN)] · r = 0,00083 W/(m²·K)  (1)


mit:

 

Iu
Mittlere Intensität des unteren Wasserabflusses
0,07
kg/(m²·h)
 
c
spezifische Wärmekapazität des Wassers
1,1627
Wh/(kg·K)
 
θGu
Mittlere Temperatur des Wassers im Gullyabfluß, unten
26,28
°C
 
θN
Mittlere Niederschlagstemperatur
18,11
°C
 
θi
Mittlere Raumlufttemperatur
40,32
°C
 
r
Bezugsgröße (RHeizperiode/RVersuch)
0,0277
 
 

 

 

2.3.4 Zusammenfassung der Untersuchungsergebnisse der TU Berlin

Der mittlere niederschlagsbedingte Δk-Zuschlag ermittelt durch direkte Messung der entzogenen Wärme nach Gleichung (1) beträgt weniger als 0,001 << 0,05 W/(m²·K). Nach den Regelungen des DIBt können Zuschläge zum k-Wert entfallen, wenn diese kleiner oder gleich 0,02 W/(m²·K) sind, nach europäischer Regelung [8] bleiben Zuschläge bis 0,01 W/(m²·K) unberücksichtigt. Aus diesem Grunde kann bei Umkehrdachaufbauten mit wasserableitender Trennlage der niederschlagsbedingte Zuschlag zum Rechenwert des Wärmedurchgangskoeffizienten (Δk-Zuschlag) entfallen.

3 Langzeitverhalten von Umkehrdächern mit wasserableitender Trennlage

3.1 Zustand der Versuchsflächen

In der Schweiz wurden - wie bereits erwähnt - mehrere Dachflächen mit Umkehrdachaufbauten versehen um den Einfluß verschiedener Trennlagen zu vergleichen. Während einer Zeitspanne von 5 bzw. 7 Jahren wurden regelmäßig die von den Dämmstoffen aufgenommenen Feuchtemengen gravimetrisch bestimmt. Der Zustand der Versuchsflächen konnte im Sommer und Winter begutachtet werden:

 

Im Sommer wies die Oberfläche der Trennlage nur wenige lose anhaftende Schmutzablagerungen auf. Moosbildungen, wie auf der Vliesauflage waren nicht vorhanden. Nach Aufnahme der Dämmstoffplatten wurde auf der Unterseite ein dünner anhaftender Wasserfilm sichtbar. Auf der Abdichtung des Daches waren keine großflächigen Wasseransammlungen zu erkennen, lediglich eine Fläche von ca. 15 x 30 cm war befeuchtet. Im Winter herrschten vor der Probenentnahme für mehrere Tage Temperaturen unter dem Gefrierpunkt und es hatte geregnet. Bei der Öffnung der Dachflächen war es trocken, die Lufttemperatur betrug ca. 5°C. Das Gesamterscheinungsbild im Winter war gegenüber dem Zustand im Sommer unverändert. Nach dem Entfernen der Kiesschicht zeigte sich aber, daß die Vliesauflage im Gegensatz zur Trennlage vollständig durchfeuchtet und der Dämmstoff verschmutzt war. Unter dem Vlies war die Dämmstoffoberfläche mit einer feuchten Schlammschicht überzogen. Auf der Trennlage waren nur stellenweise Schmutzablagerungen vorhanden, die sich insbesondere im Randbereich der Kieskörner gebildet hatten. Unter der Trennlage war der Dämmstoff vollständig sauber und nur ein dünner Wasserfilm vorhanden (siehe Bild 10 und Bild 11).

3.2 Feuchtegehalt im Dämmstoff

Jeweils im Sommer und Winter wurden vom Versuchsdach in der Schweiz Dämmstoffproben entnommen und im Labor der TU Berlin hinsichtlich ihres vorhandenen Feuchtegehaltes untersucht. Nachfolgend sind die Feuchtegehaltsdifferenzen der Dämmstoffe unter den beiden näher untersuchten Auflagen zusammengestellt:

 

 

Auflage


Alter des Dämmstoffes


Verdunstungsperiode
wV [Vol-%]


Tauperiode
wV [Vol-%]


Differenz der Mittelwerte
wV [Vol-%]


Wasserableitende Trennlage

5 Jahre

0,15

0,34

0,73

0,74

0,38

Wasserableitende Trennlage

5 Jahre

0,53

0,75

Vliesauflage

7 Jahre

0,64

0,62

0,94

0,77

0,15

Vliesauflage

7 Jahre

0,60

0,60

Tabelle 5: Vergleich der gemessenen Dämmstoffeuchtegehalte unter der wasserableitenden Trennlage und unter einem herkömmlichen Vlies

 

Beide Aufbauten weisen im Winter und insbesondere im Sommer geringe Feuchtegehalte auf. Betrachtet man jeweils die zwischen der Tauperiode und der Verdunstungsperiode abgegebene Wassermenge so wird deutlich, daß Dämmstoffe unter der Trennlage mehr Wasser abgeben und im Sommer "noch trockener" sind als Dämmstoffe unter einer herkömmlichen Vliesauflage. Hierdurch werden die in Abschnitt 2.1 erläuterten Berechnungen bestätigt.

 

Es wird aber auch wiederholend bestätigt, daß die Dämmstoffplatten bei herkömmlichen UK-Dachkonstruktionen mit Vliesauflage und Kiesbeschichtung ebenfalls keine kritischen Feuchtegehalte aufweisen.

3.3 Diffusionsfähigkeit der Trennlage im verschmutztem Zustand

Die Bestimmung des Wasserdampfdiffusionwiderstandes für neuwertige bzw. natürlich gealterte Trennlagen wurde vom FIW München durchgeführt. Die Untersuchung der neuwertigen Trennlage erfolgte im Trockenbereichs- und Feuchtbereichsverfahren. Die ermittelte mittlere wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke betrug bei beiden Verfahren sd = 0,02 m. Für die Ermittlung der wasserdampfdiffusionsäquivalenten Luftschichtdicke an verschmutzten, bereits gealtertem Material wurden Proben im Sommer aus dem Versuchsdach entnommen und dem FIW übersandt. Das Probenmaterial wurde im "verschmutztem Zustand" nach ca. 5jähriger Freibewitterung untersucht. Die mittlere wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke betrug ebenfalls sd= 0,02 m.

 

Zusammenfassend ist festzustellen, daß nach 5jähriger Beanspruchung keine signifikante Veränderung der Wasserdampfdurchlässigkeit vorlag auch wenn Schmutzablagerungen auf der Oberfläche der Trennlage vorhanden sind.

4 Weitere Untersuchungen

4.1 Materialverhalten der wasserableitenden Trennlage

Das Materialverhalten wurden an neuwertigem Material im Anlieferungszustand und nach verschiedenen Alterungsprozessen untersucht. Zusammenfassend ist festzuhalten, daß durch die für Dachabdichtungen vorgeschriebenen Laboruntersuchungen wie Wärmebehandlung, chemische Beanspruchung in saurem, alkalischem und salzigem Milieu, UV-Bestrahlung und durch natürliche Alterungsprozesse eine Zerstörung der Trennlage nicht auftrat.

 

Die für die Funktionsfähigkeit maßgebende Eigenschaft der "Wasserableitung" war durch die vorstehenden Belastungen nicht beeinträchtigt.

 

4.2 Wasserdruckbelastung

Das Verhalten der Trennlage gegenüber einer Wasserdruckbelastung wurde sowohl im Feld- als auch im Überlappungsbereich überprüft. Hierbei zeigte sich, daß auch die Überlappungsstellen größeren Wasserdruckbelastungen gewachsen sind, ohne daß es zu nennenswerten Wassereinbrüchen kommt. Der größte Teil des Wassers oberhalb der Trennlage wird daher sicher zum Abfluß gebracht. Auch die vergleichsweise harte Schlagregenprüfung bei der Wassertropfen mit kinetischer Energie auf die Trennlage auftreffen wurde ohne Wasserdurchtritt bestanden.

 

Das Bestehen dieser Untersuchungen zeigt - gerade weil die im Versuch vorliegenden hohen Wasserdrücke in der Praxis nicht oder kaum auftreten -, daß die Trennlage hinsichtlich der dauerhaften Wasserableitung große Reserven aufweist.

 

4.3 Begehen von Dachflächen mit Trennlage und Kiesauflage

Beim Begehen von Dachflächen mit Trennlage und Kiesauflage sind keine Schäden zu erwarten, da im Labor durch eine "Mannlast" keine Beschädigung an der Trennlage hervorgerufen wurde. Selbst bei höheren Belastungen wird nicht die Trennlage geschädigt, sondern eher die Wärmedämmung zusammengedrückt.

5 Zusammenfassende Beurteilung des Umkehrdachsystemes mit wasserableitender Trennlage und Kiesbeschichtung

Das neuartige Umkehrdachsystem mit wasserableitender Trennlage wurde mit dem Ziel entwickelt den niederschlagsbedingten Wärmeverlust (Δk-Zuschlag) soweit zu vermindern, daß eine rechnerische Berücksichtigung entfallen kann. Die Wärmeverluste in Umkehrdachaufbauten wurden von drei unabhängigen Prüfinstituten mit jeweils unterschiedlichen Methoden ermittelt. In sämtlichen Untersuchungen wurde eine deutliche Verringerung der Wassermenge auf der Abdichtungsebene festgestellt. Die Erwärmung dieser geringen Abflußmengen stellt keine Wärmeverluste mehr dar, die bei der Ermittlung des Wärmedurchgangskoeffizienten von Umkehrdächern berücksichtigt werden muß. Der im Mittel in sämtlichen Versuchen noch vorhandene Δk-Zuschlag betrug weniger als 0,001 W/(m²·K); dies bedeutet für Umkehrdächer mit wasserableitender Trennlage: (k = 0 W/(m²·K).

 

Über die Langzeitbeständigkeit von Umkehrdächern mit wasserableitender Trennlage liegen Erkenntnisse vor, die an Versuchsdachflächen in der Schweiz gewonnen wurden: Eine Feuchteanreicherung wurde im Zeitraum von 5 Jahren nicht festgestellt. Die Diffusionsfähigkeit der Trennlage blieb auch bei anhaftenden Schmutzablagerungen in der gleichen Größenordnung wie bei neuwertigem Material erhalten. Im Dämmstoff war in der Verdunstungsperiode sogar weniger Wasser vorhanden, wenn eine wasserableitende Trennlage anstelle der Vliesauflage aufgelegt war. Darüber hinaus lagerten sich wesentlich weniger Schmutzpartikel auf dem Dämmstoff ab. Verschlammungen oder Moosbildungen, die bei Vliesauflagen beobachtet wurden, waren nicht vorhanden.

 

Die untersuchte wasserableitende Trennlage ist für den vorgesehenen Verwendungszweck - die Verringerung der Wärmeverluste von Umkehrdachaufbauten - geeignet. Die wesentlichen Anforderungen, nämlich

 

- die sichere Ableitung von Niederschlagswasser,

- das unbehinderte Austrocknen des Umkehrdachaufbaues,

- sowie die Langzeitbeständigkeit der gesamten Umkehrdachkonstruktion werden erfüllt.

Literatur

[1] EMPA, Abteilung Bauphysik: Voruntersuchungen zum Umkehrdach mit wasserundurchlässiger Trennlage - Beurteilung des Wärme- und Feuchteverhaltens, Bericht-Nr.: 157 577 vom 25.03.1996.

[2] Centre Scientifique et Technique du Bàtiment (CSTB), Abteilung Aerodynamik und klimatische Umgebung: Experimentelle Untersuchung der prozentualen Wassermenge, die unter die im Umkehrdachsystem verlegte Wärmedämmung von Dow mit "Dow Roofmate MK" eindringt, Bericht-Nr.: EN-SC 96-26 C (Übersetzung ins Deutsche), Nantes, Frankreich.

[3] Cziesielski, E.; Fechner, O.: Umkehrdächer mit "Dow Roofmate MK" Trennlage. Prüfbericht B 306/98.4, Ingenieurgemeinschaft Cziesielski, Ruhnau und Partner GmbH (CRP). Berlin 1999, Deutschland.

[4] Rode Pederson, C.: Combined heat and moisture transfer in building constructions, Ph. D. Thesis, Thermal Insulation Labarotory, Technical University of Denmark, Report No. 214, 1990.

[5] Mayer, E.: Neue Untersuchungen und Überlegungen zur Frage des Zuschlags Δk bei Umkehrdächern. Fraunhofer - Institut für Bauphysik, Gutachten Nr. B Ho 2/84, 1984. Im Auftrag von Dow Europe S.A., Horgen und BASF AG, Ludwigshafen.

[6] Künzel, H. M., Kießl, K.: Quantifizierung der niederschlagsbedingten Wärmeverluste bei Umkehrdächern, Bauphysik 19 (1997), Heft 1, S. 7 - 11, Verlag W. Ernst & Sohn.

[7] Künzel, H.: Feuchtigkeitsverhältnisse, Temperaturverhältnisse und Wärmeschutz bei nichtbelüfteten Flachdächern mit über der Abdichtung angebrachter Wärmedämmung aus extrudiertem Polystyrol-Hartschaum; Gesundheitsingenieur, 1978, Heft 12.

[8] EN ISO 6946: 1996/prA1:1999: Building components and building elements - Thermal resistance and thermal transmittance - Calculation method.

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