Steildächer

Einleitung

Steildächer bilden in unserem Land die beherrschende Dachkonstruktion im Ein- und Mehrfamilienhausbau. Jedes Jahr werden in Deutschland etwa 100 Mio. m2 Dachfläche erstellt oder erneuert und ca. 15 Mio. m3 Dämmstoff in Steildächern verarbeitet. Abweichend von der jahrhundertealten Bautradition setzt sich dabei zunehmend der voll gedämmte und diffusionsoffene Aufbau durch. Der Verzicht auf eine Belüftung hat in erster Linie ökonomische und ökologische Ursachen (kein chemischer Holzschutz erforderlich). Aber auch bauphysikalische und baupraktische Gründe sprechen i.d.R. gegen belüftete Dachkonstruktionen. Die feuchteregulierende Wirkung der Belüftung muss allerdings durch andere Maßnahmen ersetzt werden, um längerfristig die Standsicherheit des Holztragwerks nicht zu gefährden.

Es ist äußerst schwierig, eine Dachkonstruktion dauerhaft hermetisch gegen Wasser und Wasserdampf abzudichten. Unter den Bedingungen in der Praxis ist das unplanmäßige Eindringen von Feuchte in ein Bauteil nie ganz auszuschließen. Dazu kommt, dass bei der Erstellung jeder Konstruktion häufig eine beträchtliche Feuchtemenge – die sog. Baufeuchte – eingebracht wird. Deshalb hat in den letzten Jahren die Forderung nach ausreichenden Trocknungsmöglichkeiten von Holzkonstruktionen an Bedeutung gewonnen. Feuchte kennt jedoch keine Einbahnstraße, d.h. auf den gleichen Wegen, auf denen sie austrocknet, kann sie bei einem Wechsel der Klimabedingungen auch in das Bauteil eindringen. Eine funktionstüchtige Konstruktion zeichnet sich deshalb durch eine ausgeglichene Feuchtebilanz aus. Das bedeutet, der Wassergehalt darf bestimmte Grenzwerte nicht übersteigen und das Austrocknungspotenzial muss innerhalb eines Jahres größer sein als das Befeuchtungspotenzial.

Diese Erkenntnis liegt bereits dem Norm-Berechnungsverfahren nach Glaser in der DIN 4108 [1] zugrunde. Was dort jedoch bislang fehlt, ist ein Hinweis darauf, dass das Austrocknungspotenzial nicht beliebig klein werden sollte. Die Holzschutznorm DIN 68800 [2] ist dabei, diese Lücke zu schließen, indem sie diffusionsoffene Konstruktionen zur Voraussetzung für den Verzicht auf chemischen Holzschutz macht. Allerdings können sich aus dem Streben in dieser Norm nach dem größtmöglichen Trocknungspotenzial (z.B. durch Verzicht auf die Dampfbremse) u.U. Tauwasserprobleme ergeben.

Zur richtigen Auslegung und Interpretation der derzeit gültigen Normen und Richtlinien zum Wärme- und Feuchteschutz ist das Verständnis des instationären klimabedingten Temperatur- und Feuchteverhaltens von Dächern unabdingbar. Im Folgenden werden, ausgehend vom Überblick über unterschiedliche Konstruktionsvarianten, die unterschiedlichen Klimawirkungen bei Dächern genauer analysiert und Empfehlungen für die Praxis gegeben.

Überblick über Konstruktionsvarianten

Zur Beschreibung von Dächern gibt es eine Reihe begrifflicher Unterscheidungen, die zum besseren Verständnis in Tabelle 1 zusammengefasst sind. Darüber hinaus wurden die Bereiche mit einer Fußnote gekennzeichnet, die nicht Inhalt dieses Kapitels sind. So werden beispielsweise nur Dächer mit einer Neigung von mehr als 15° angesprochen. Diese Steildächer können unterschiedliche Dachformen aufweisen, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Übliche begriffliche Unterscheidungen bei der Beschreibung von Dächern (Tab. 1)

Unterschiedliche Dachformen (oben) sowie technische Begriffe (unten) (Abb. 1)

Neben den traditionellen Holz-Sparrendächern werden vereinzelt auch großformatige Massivdächer gebaut, z.B. aus Normal- oder Porenbeton. Die Einschränkung der Einsetzbarkeit rührt aus der Verarbeitbarkeit des Materials sowie den Transport-, Hebe- und Montagemöglichkeiten. Da sie keine große Verbreitung haben, wird die Diskussion hier auf Dächer mit Holzdachstühlen beschränkt. Eine Unterteilung von Dächern erfolgt nach der Art der Nutzung oder nach bauphysikalischen Eigenschaften, beispielsweise in ungedämmte und in wärmegedämmte Steildächer mit darunter liegenden Wohn- und Arbeitsräumen. Bei wärmegedämmten Steildächern wird bzgl. der Luftführung im Unterdach unterschieden in belüftete und nicht belüftete Dächer. Erstere nannte man früher auch Kaltdächer. Sie besitzen eine Belüftungsebene zwischen Wärmedämmung und Unterdach, die von Außenluft durchströmt wird, wie Abbildung 2 links zeigt. Bei nicht belüfteten Dächern (früher: Warmdächer) liegt das Unterdach direkt auf der Wärmedämmung (Abb. 2 rechts). Darüber hinaus können auch sie eine weitere Lüftungsebene unterhalb der Eindeckung haben (z.B. im Bereich der Konterlattung). Dächer mit wasserdichten Abdichtungen haben i.d.R. gar keine Belüftungsebene.

Schematische Darstellung des Schichtaufbaus eines belüfteten Dachs (früher: Kaltdach) in der linken Abbildung und rechts eines unbelüfteten Dachs (früher Warmdach). (Abb. 2)

Hinsichtlich der Lage der Dämmschicht zur Tragkonstruktion wird prinzipiell zwischen einer Aufsparrendämmung, die nach unten sichtbare Sparren haben kann, und einer Zwischensparrendämmung unterschieden. Zum Erreichen eines hohen Dämmstandards werden beide Varianten auch kombiniert oder es kommt zusätzlich eine Untersparrendämmung zum Einsatz, die feuchtetechnisch wie eine Innendämmung zu behandeln ist.

Übersicht über die Aufgaben der einzelnen Funktionsschichten eines Steildachaufbaus (Tab. 2)

Dächer müssen eine Reihe technischer wie bauphysikalischer Anforderungen erfüllen, die sich i.d.R. auf die in der Tabelle 2 aufgeführten Funktionsschichten aufteilen:

1. Innere Bekleidung
   Die innere Bekleidung, meist bestehend aus Gipskarton, Putz oder Holzwerkstoffen, bildet den Abschluss zum Raum. Sie kann bei sorgfältiger Abdichtung der Fugen durch Klebebänder auch die Aufgaben der Luftdichtigkeitsebene übernehmen.
2. Luft- bzw. Dampfsperre
   Luftdichtheit ist vor allem zur Vermeidung von Feuchteschäden, hohen Wärmeverlusten und unbehaglicher Zugluft erforderlich. Eine funktionierende raumseitige Luft- bzw. Dampfsperre soll daher konvektiven Luft- und Feuchteeintrag durch Fugen und Fehlstellen verhindern und zum anderen sicherstellen, dass über Diffusion im Winter keine unzulässig hohen Feuchtemengen in den Dachaufbau eindringen können. Soll, so bei außen dampfdichten Dächern, im Sommer ein Austrocknen nach innen ermöglicht werden, so empfiehlt sich der Einbau einer Dampfbremse. Die Verlegung gestaltet sich vor allem im Bereich der Anschlüsse manchmal schwierig. Hinweise zu Detaillösungen finden sich in DIN 4108-7 [3]. Als Luft- oder Dampfsperre bzw. Dampfbremse werden meist Kunststofffolien, eventuell metallisiert, oder faserverstärkte Papierbahnen verwendet (? Dampfsperre).
3. Wärmedämmschicht
   Wärmedämmstoffe zur Dachdämmung müssen den jeweiligen Normen oder bauaufsichtlichen Zulassungen entsprechen. Die Dämmschicht dient nicht nur der Heizenergieeinsparung im Winter, sondern auch dem sommerlichen Wärmeschutz, der gerade bei ausgebauten Dachgeschossen eine wesentliche Rolle spielt. Folgende Dämmstoffe finden in Steildächern Verwendung:
   - anorganische Dämmstoffe wie Mineralwolle (Glaswolle und Steinwolle)
   - Dämmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen wie z.B. Holzfasern, Schafwolle, Baumwolle oder Zellulose
   - organische Schaumstoffe wie EPS- und PUR-Hartschaum
   - anorganische Schaumstoffe, wie z.B. Blähperlit
   Nur wenn ein geschlossener Hohlraum, etwa durch Verschalung, vorhanden ist, können lose Schüttungen eingeblasen werden, wobei auf eine gleichmäßige Verteilung und ausreichende Schüttdichte zu achten ist, um spätere Setzungen zu vermeiden. Für eine Wärmedämmung im Steildach stehen für fast alle Dämmstoffarten zugelassene Produkte zur Verfügung. Über die genaueren Spezifikationen geben die entsprechenden bauaufsichtlichen Zulassungen Auskunft. Beim Einbau von zusätzlichen Wärmedämmschichten unterhalb der Dampfsperre, z.B. im Bereich der Installationsebene, ist zu beachten, dass die Zusatzdämmung nicht mehr als 20 % des gesamten Wärmedurchlasswiderstands ausmacht. Wird dieser Wert überschritten, ist eine gesonderte Diffusionsberechnung erforderlich.
4. Unterdächer, Vordeckungen, Unterspannungen
   Unterdächer, Vordeckungen oder Unterspannungen haben die Aufgabe, bis zur Erstellung der Eindeckung eine gewisse Regendichtheit zu gewährleisten, temporär anfallendes Niederschlagswasser abzuleiten und gegen Flugschnee zu schützen. Sie werden unterhalb der Eindeckung angeordnet. Ein Merkblatt des Dachdeckerhandwerks [4] enthält entsprechende Anforderungen für deren Planung und Ausführung. Außerdem beinhaltet es eine klassifizierende Einstufung (siehe Tab. 3) von Unterdächern.
   Bei Verwendung von diffusionsoffenen Vordeckungen mit sd-Werten unter 0,3 m findet in der Fläche ein ausreichender Feuchteaustausch mit der Außenluft über die luftdurchlässige Dachdeckung statt [5]. Dadurch erübrigt sich die untere Belüftungsebene (Kaltdach), sodass der Sparrenzwischenraum voll mit Dämmstoff ausgefüllt werden kann (Warmdach).
   
   Einstufung von Unterdach, Unterdeckung und Unterspannung aus [4] (Tab. 3)
   
   
   
   
5. Belüftungsebenen
   Steildächer haben je nach System eine unterschiedliche Anzahl von Belüftungsräumen (vgl. Abb. 2). Das belüftete Dach hat definitionsgemäß eine Belüftungsebene unter der Vordeckung. Diese Luftschicht steht über Öffnungen an First und Traufe mit der Außenluft in Verbindung. Belüftete und unbelüftete Dachkonstruktionen haben häufig auch einen Belüftungsraum zwischen Vordeckung und Eindeckung, der durch den Einbau von Konterlatten, Konterklötzchen oder anderen Abstandshaltern zwischen Vordeckung und Dachlattung zustande kommt. Obwohl die Eindeckung bei kleinformatigen Deckelementen (z.B. Dachpfannen) aufgrund der Fugen zwischen den einzelnen Elementen ausreichend belüftet wird, ist diese sog. zweite Belüftungsebene häufig zweckmäßig. Sie erleichtert die Ableitung von Niederschlagswasser, das die Eindeckung passiert hat (z.B. in Form von Flugschnee), oder von Tauwasser, das vor allem in der Nacht von der Unterseite der Eindeckung abtropft.
6. Eindeckung
   Die Eindeckung, die meist aus kleinformatigen wasserundurchlässigen Elementen besteht, leitet das Niederschlagswasser ab und überträgt die Schnee- und Windlasten auf die Tragkonstruktion. Sie ist weitgehend regensicher, aber nicht winddicht. Auch Flugschnee kann die Eindeckung passieren. Die sich schuppenartig überdeckenden Elemente lassen sich bis zu einem gewissen Grad gegeneinander verschieben. Dadurch können Verformungen der Tragkonstruktion sowie der Eindeckung selbst aufgefangen werden.

Technische Regeln

1. Normen und Verordnungen

An eine Dachkonstruktion werden verschiedenartige bauphysikalische Anforderungen gestellt, die aus Normen resultieren und für normal beheizte, bewohnte Räume gelten. Die wichtigste Anforderung im gesetzlichen Bereich betrifft den winterlichen Wärmeschutz. Im der DIN 4108-2 [6] wird u.a. für Decken bzw. Dächer, die Aufenthaltsräume nach oben gegen die Außenluft abgrenzen, ein Mindestwert für den Wärmedurchlasswiderstand von 1,2 m2K/W gefordert. Für Decken unter nicht ausgebauten Dachräumen gilt 0,90 m2K/W.

Ein wirtschaftlicher Wärmeschutz im Sinne des Energieeinsparungsgesetzes wird seit 1977 verlangt. Die derzeit geltenden Anforderungen wurden zum 16.11.2001 durch Energieeinsparverordnung (EnEV) festgelegt. Danach wird für den energiesparenden Wärmeschutz bei der Dacherneuerung ein Wärmedurchgangskoeffizient UD = 0,3 W/(m2K) für Steildächer und UD = 0,25 W/(m2K) für Flachdächer gefordert. Beim Neubau ist eine energetische Bilanzierung des Gesamtgebäudes vorgeschrieben, wobei die Vorgaben der DIN 1408-2 [6] einzuhalten sind.

Die Vornorm DIN 4108-7 [3] „Luftdichtheit von Bauteilen und Anschlüssen“ gibt Planungs- und Ausführungsempfehlungen sowie -beispiele. Insbesondere muss bei Dachkonstruktionen eine luftundurchlässige Schicht über die gesamte wärmeübertragende Fläche vorgesehen werden. Dazu eignen sich z.B. luftdichte Folien mit werkstoffgerecht verklebten Stößen oder luftdichte Platten mit dauerhaft geschlossenen Fugen. Bei der Planung von Dächern ist die Zahl der Durchdringungen der Luftdichtheitsebene möglichst gering zu halten. Erforderliche Durchstöße und Fugen sind dauerhaft und regelgerecht abzudichten. Wird der messtechnische Nachweis der Luftdichtheit von Gebäuden oder Gebäudeteilen beispielsweise mit der Blower-Door-Methode durchgeführt, darf der nach [7] gemessene Luftvolumenstrom bei einer Druckdifferenz zwischen innen und außen von 50 Pa bei Gebäuden mit natürlicher Lüftung, bezogen auf das Raumvolumen, 3 h-1 nicht überschreiten.

Für den klimabedingten Feuchteschutz des Dachbauteils verlangt DIN 4108-3 [1], dass bei Dachkonstruktionen die in der Tauperiode entstehende Tauwassermenge WT = 1,0 kg/m2 nicht überschreiten darf und die in der Tauperiode entstehende Feuchtemenge in der Verdunstungsperiode wieder abgegeben wird. Tritt Tauwasser an Berührungsflächen von kapillar nicht wasseraufnahmefähigen Schichten auf, so darf nach DIN 4108-3 zur Begrenzung des Ablaufens oder Abtropfens nur eine reduzierte Tauwassermenge von WT = 0,5 kg/m2 auftreten. Bei Holz ist eine Erhöhung des massebezogenen Feuchtegehalts um mehr als 5 %, bei Holzwerkstoffen um 3 % unzulässig. Die zuletzt genannten Vorgaben gelten für plattenförmige Bauteile. In der Regel werden sie eingehalten, wenn die Tauwassermenge unter 0,5 kg/m2 bleibt. Beispielsweise entspricht die Feuchtezunahme um 5 M.-% bei einer im Steildach verwendeten Holzschalung (600 kg/m2) der Dicke 16 mm etwa 0,48 kg/m2.

Als Norm-Berechnungsverfahren steht nach DIN 4108-3 [1] das sog. Glaser-Verfahren zur Verfügung. Dabei werden zur Berücksichtigung des Innen- und Außenklimas Blockrandbedingungen angesetzt. In Zukunft können für die Feuchteschutzbeurteilung von Dächern auch moderne instationäre Rechenverfahren eingesetzt werden, die neben der Tauwasserberechnung auch die Behandlung von Sommerkondensationsphänomenen, Schimmelpilzbildung und anderer hygrothermischer Beanspruchungen ermöglichen. Anwender solcher Rechenverfahren können sich bereits heute auf eine europäische Vornorm [8] und Richtlinien der Wissenschaftlich-Technischen Arbeitsgemeinschaft für Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege (WTA) [9] beziehen.

Um Holzbauteile u.a. vor pflanzlichen und tierischen Schädlingen – Insekten und Pilze – oder zu hoher Feuchte zu schützen, gibt DIN 68800 [10] Anforderungen an den vorbeugenden baulichen und chemischen Holzschutz vor. Diese gelten verbindlich für tragende Teile. Für nicht tragende stellen sie lediglich Empfehlungen dar. Der vorbeugende chemische Holzschutz wird im Teil 3 der DIN 68800 [10] geregelt, wobei die erforderlichen Maßnahmen, also Menge der einzubringenden Mittel und Einbringverfahren, von sog. Gefährdungsklassen abhängen, die in Tab. 4 dargestellt sind.

Zuordnung von Holzbauteilen in Steildachkonstruktionen zu den Gefährdungsklassen nach DIN 68800-3 [10] (Tab. 4)

Unter baulichem Holzschutz nach DIN 68800-2 [2] versteht man alle konstruktiven und bauphysikalischen Maßnahmen, die eine unzuträgliche Veränderung des Feuchtegehalts von Holz- und Holzwerkstoffen oder den Zutritt von holzzerstörenden Insekten zu verdeckt angeordnetem Holz verhindern sollen. Dies bedeutet, dass vor allem die Feuchte in Holzbauteilen begrenzt wird und somit der Einsatz von chemischen Holzschutzmitteln vermieden werden kann. Als einzige quantifizierbare Anforderung wird dabei die Gewährleistung einer Holzfeuchte von 20 M.-% (bezogen auf das Darrgewicht) genannt. Bei eingebautem baufeuchtem Holz mit mehr als 20 M.-% (als gemessener Einzelwert) muss die überschüssige Feuchte innerhalb eines Zeitraums von sechs Monaten austrocknen, da man davon ausgeht, dass biologisches Wachstum bei Holzfeuchten unter 20 M.-% nicht auftritt. Entspricht ein Bauteil der Gefährdungsklasse 0, kann auf chemischen Holzschutz verzichtet werden. In Teil 2 dieser Norm werden Konstruktionen für Außenbauteile, für Decken unter nicht ausgebauten Dachgeschossen sowie für weitere Holzbauteile und Holzwerkstoffe genannt, bei denen die Bedingungen für die Gefährdungsklasse 0 erfüllt sind. Nicht belüftete Dachquerschnitte dürfen ohne chemischen Holzschutz nach [2] gebaut werden, wenn eine der nachstehend genannten Ausbildungen für die obere Abdeckung der Sparren vorliegt:

a) diffusionsäquivalente Luftschichtdicke sd-Wert ≤ 0,2 m

b) sd-Wert ≤ 0,02 m; auf die Dampfsperrschicht kann verzichtet werden, wenn ein Nachweis nach DIN 4108-3 [1] geführt wird.

c) obere Abdeckung mit offener Brettschalung, Brettbreite ≤ 100 mm, Fugenbreite ≥ 5 mm und aufliegender wasserableitender Schicht mit sd-Wert ≤ 0,02 m

d) sd-Wert ≤ 0,2 m; Dachdeckung oberhalb der Konterlattung und des belüfteten Hohlraums: Brettschalung mit Zwischenlage und Sonderdeckung, z.B. Blech oder Schiefer

e) wie d), jedoch obere Abdeckung mit sd-Wert ≤ 0,02 m; auf die Dampfsperrschicht kann verzichtet werden, wenn ein Nachweis nach DIN 4108-3 [1] geführt wird.

2. Richtlinien der Verbände

Für den Praktiker bieten neben den bereits vorgestellten Normen vor allem das Regelwerk des deutschen Dachdeckerhandwerks, das jährlich aktualisiert wird, sowie die Fachregeln des Klempnerhandwerks wichtige Hinweise für die fachgerechte Erstellung und Sanierung von Steildachkonstruktionen.

Das vom Zentralverband des Deutschen Dachdeckerhandwerks, Fachverband Dach-, Wand- und Abdichtungstechnik e.V. herausgegebene „Regelwerk des Deutschen Dachdeckerhandwerks“ besteht aus den Grundregeln, Fachregeln, Hinweisen, Merkblättern, Produktdatenblättern und einfachen Rechenverfahren.

Die „Richtlinien für die Ausführung von Metall-Dächern, -Außenwandbekleidungen und Bauklempner-Arbeiten“ des Zentralverbands Sanitär Heizung Klima (ZVSHK) sind besser bekannt unter dem Namen „Fachregeln des Klempnerhandwerks“. Sie basieren auf der DIN 4108 und stellen einen „Maßstab für fachgerechtes technisches Verhalten“ dar. In Verbindung mit den Richtlinien werden auch einzelne Merkblätter des ZVSHK herausgegeben.

Feuchteverhalten von Dächern

1. Klimawirkungen in der Praxis

Die Hauptaufgabe eines Dachs ist der Schutz vor Niederschlägen. Deshalb wird dieser Funktion die größte Bedeutung beigemessen. Daneben wirken aber auch andere Faktoren auf das Dach ein, die vom Fachmann oft nicht so bewusst wahrgenommen werden. Beispielsweise verlagert sich im Winter die Feuchte im Dach durch Dampfdiffusion nach außen, da die Außenoberfläche des Dachs im Mittel kühler ist als der Wohnraum. Im Sommer liegen die Verhältnisse umgekehrt und die Feuchte wandert wieder von außen nach innen. Diese Hauptdiffusionsrichtungen werden vor allem an klaren Tagen von kurzfristigen Wechselströmen überlagert.

Wird der Dacheindeckung durch Sonneneinstrahlung Wärme zugeführt, kommt es dort zu einer deutlichen Temperaturerhöhung. Dies wiederum bedingt ein Dampfdiffusionsgefälle weg von der Oberfläche ins Innere des Dachs bzw. an die Außenluft. Wenn die solare Einstrahlung zurückgeht, wird die langwellige Abstrahlung zum dominierenden Wärmetransport und es kommt zu einer Abkühlung der Dachoberfläche bis unter die Außenlufttemperatur. In klaren Nächten kann diese Unterkühlung bis zu 5 °C betragen, was i.d.R. eine Unterschreitung der Taupunkttemperatur bedeutet. Welche Mengen an Tauwasser dabei anfallen hängt vom Grad der Unterkühlung sowie von der Außenlufttemperatur und -feuchte ab.

Die Temperaturschwankungen der Dachoberfläche führen im Inneren der Konstruktion zu einer Feuchtewanderung durch Dampfdiffusion mit einer tageszeitlichen Komponente. Welche Ausmaße diese Feuchteumverteilung erreichen kann, ist am Beispiel von Messergebnissen eines unbelüfteten Blechdachs [11] in Abbildung 3 dokumentiert. Dort sind die Temperaturen der Holzschalung unter der Eindeckung der süd- und nordorientierten, 50° geneigten Dachschrägen im Vergleich zu den ebenfalls gemessenen Verläufen der relativen Feuchte im Dach (zwischen Dämmung und Dampfbremse) jeweils für drei klare Tage im Februar und im Juli dargestellt. Während die Dachoberflächentemperatur im Winter auf der Südseite bis auf 70 °C ansteigt, bleibt sie auf der Nordseite unter der Außenlufttemperatur. Entsprechend wandert die Feuchte aus den Schalungsbrettern auf der Südseite nach innen und führt zu einem Anstieg der relativen Feuchte hinter der Dampfbremse auf etwa 90 %. Die relative Feuchte auf der Nordseite zeigt demgegenüber kaum eine Veränderung. Sie bleibt im Winter unter 30 %. Anders liegen die Verhältnisse im Sommer. Im Süden werden Oberflächentemperaturen von über 80 °C erreicht und auch im Norden steigt die Temperatur mit ca. 45 °C deutlich über die Außenlufttemperatur. Während die relative Feuchte hinter der Dampfbremse auf der Südseite ähnliche, wenn auch wegen fortgeschrittener Trocknung geringer ausgeprägte Zyklen aufweist, kommt es auf der Nordseite täglich zu einem mehrstündigen Tauwasserausfall an der Dampfbremse. Dies ist auf die noch leicht erhöhte Feuchte der Holzschalung zurückzuführen, die wegen der geringen Dachoberflächentemperaturen im Winter nicht austrocknen konnte. Das Beispiel zeigt deutlich die Tendenz der Feuchte, von Bereichen hoher Temperatur zu kälteren Zonen zu wandern, wobei die Kaltseite bei Dächern in periodischen Intervallen auch auf der Raumseite zu finden ist.

In der süd- und nordorientierten Satteldachhälfte eines unbelüfteten Blechdachs gemessene Verläufe der Dachoberflächentemperatur im Vergleich zur Außenlufttemperatur (oben) und die sich einstellenden Luftfeuchteverhältnisse hinter der Dampfbremse an drei Tagen im Februar und im Juli [11] (Abb. 3) und im Juli [11] (Abb. 3)

2. Belüftete Dächer

Belüftete Dachkonstruktionen haben sich bewährt! Mit diesem Satz wird dem Bauherren suggeriert, dass ein belüftetes Dach trotz höherer Kosten und ungünstigerer Gefährdungsklasse in Bezug auf den chemischen Holzschutz [10] die beste Lösung darstellt. Vergessen wird dabei, dass das Wärmeschutzniveau heutiger Neubauten nicht mit dem älterer Gebäude vergleichbar ist. Das gilt insbesondere für die Dämmung von Dächern. Je besser ein Dach gedämmt ist, desto stärker ist auch die wärmetechnische Entkopplung vom beheizten Innenraum und desto größer ist die nächtliche Unterkühlung des Dachs. In der Folge wird die einströmende Außenluft im Belüftungsquerschnitt soweit abgekühlt, dass die in ihr enthaltene Feuchte, wie in Abbildung 4 dargestellt, unter der Vordeckung kondensiert. Diese Tauwasserbildung ist umso intensiver, je besser das Dach gedämmt ist. Beispielsweise verdoppelt sich die mittlere Betauungszeit in der Belüftungsebene eines Satteldachs, wenn die Dicke der Dämmung von 5 cm auf 15 cm erhöht wird. Dadurch verlängert sich bei hoch gedämmten Dächern die Zeit, in der die Belüftung Feuchte zuführt, zuungunsten der Trocknungsperioden.

Schematische Darstellung der Tauwasserbildung bei belüfteten Dächern aufgrund der Durchströmung von Außenluft während der Nacht [5] (Abb. 4)

Freilanduntersuchungen in [5] haben das Problem der Befeuchtung durch Belüftung vor allem für die weniger besonnten nordorientierten Dachflächen bestätigt. Dabei hat sich gezeigt, dass vor allem die Feuchte aus den südorientierten Dachhälften über den First in den Nordteil wandert und dort kondensiert. Abbildung 5 zeigt den Verlauf der Sparrenfeuchte auf der Nord- und der Südseite eines zwischen den Sparren gedämmten Satteldachs mit und ohne Belüftung. Von Ende Januar bis Anfang Februar trocknen die Sparren auf der Südseite aus während gleichzeitig die Sparrenfeuchte auf der Nordseite stark ansteigt. Die Richtung der Luftströmung im Dach hängt von der Temperatur in der Belüftungsebene im Vergleich zur Außenlufttemperatur ab. Ist die Außenluft kälter, verläuft die Strömung von der Traufe zum First. Ist sie wärmer als das Dach, wie z.B. bei nächtlicher Unterkühlung oder Schneebedeckung, strömt die Luft vom First zur Traufe. Im vorliegenden Fall rührt die starke Befeuchtung der Sparren auf der Nordseite offensichtlich von einer Auftriebsströmung auf der Südseite bei gleichzeitig abwärtsgerichteter Strömung auf der kälteren Nordseite. Durch die Verbindung am First (siehe Abb. 6 oben) kann so die feuchte Luft der Südseite direkt über die Nordseite herunterströmen und dabei ihre Feuchte wieder abladen. Dieser Effekt tritt, wenn auch etwas weniger stark, bei ost-west-orientierten Satteldächern ebenfalls auf [5]. Deshalb erscheint bei belüfteten Dächern die in Abbildung 6 unten dargestellte Trennung der luftführenden Ebenen im Firstbereich zweckmäßig (siehe auch Hinweis in DIN 4108-3 [1]). Auf diese Weise wird zumindest der strömungstechnische Kurzschluss am First vermieden. Eine gewisse Befeuchtung durch einströmende Außenluft ist grundsätzlich nicht zu vermeiden. Die zusätzliche Belastung durch erwärmte Luft aus anderen Bereichen des Dachs wird jedoch stark reduziert.

Gemessene Verläufe der Sparrenfeuchte auf der Nord- und Südseite eines belüfteten und eines abgedichteten Schrägdachs nach [5] (Abb. 5)

Schematische Darstellung einer herkömmlichen Firstausbildung (oben) und der Ausbildung eines getrennten Firsts durch Einbau einer Spanplatte, wie er bei den Untersuchungen in [5] zum Einsatz kam (Abb. 6)

3. Diffusionsoffene Dächer

Unter diffusionsoffenen Dächern versteht man Konstruktionen mit belüfteter Eindeckung (z.B. kleinformatige Eindeckung mit oder ohne Konterlattung) und diffusionsoffenem Unterdach (sd < 0,3 m). Gleichzeitig sollte innen eine Dampfbremse vorgesehen sein. Solche Dächer haben in Freilandversuchen ein günstigeres Feuchteverhalten gezeigt als belüftete Konstruktionen. Gemäß DIN 68800-2 [2] kann beim Einsatz einer extrem diffusionsoffenen Unterdeckung (sd < 0,02 m) auch auf die Dampfsperre verzichtet werden. Diese Vorgabe basiert auf Glaser-Berechnungen in [12]. Dabei wurde jedoch davon ausgegangen, dass zwischen Unterdach und Eindeckung Außenluftverhältnisse herrschen, d.h., dieser Bereich ist so gut belüftet, dass die Eindeckung keinen zusätzlichen Dampfdiffusionswiderstand darstellt. Dies ist aber bei einem vereisten oder schneebedeckten Dach zumindest zweifelhaft. Da außerdem die Summe der Diffusionswiderstände durch oberflächennahe Luftschichten in einer ähnlichen Größenordnung wie der geforderte sd-Wert liegt, sollte für die Tauwasserbeurteilung sicherheitshalber von einem etwas höheren sd-Wert (Vorgabe der DIN 4108-3 für sd < 0,1 m sd = 0,1 m) ausgegangen werden.

Bei einer sinnvollen Abstimmung der Diffusionssperrwerte (sd-Werte) von Unterdach und Dampfbremse sind im Winter keine kritischen Tauwassersituationen zu befürchten, so lange die Raumluftfeuchte nicht durch Konvektion in das Dach gelangt. In der DIN 4108-3 [1] wird deshalb für Unterdächer mit sd = 0,1 m bzw. sd = 0,3 m ein raumseitiger sd-Wert von mindestens 1 m bzw. 2 m vorgeschlagen. Gipskartonplatten oder verputzte Holzwolleleichtbauplatten erfüllen diese Anforderung nur in Kombination mit einer zusätzlichen Dampfbremse. Bei dichteren Unterdächern ist eine Dampfbremse bzw. Dampfsperre erforderlich, deren sd-Wert mindestens das Sechsfache des Sperrwerts des Unterdachs beträgt. In solchen Fällen kann die Dachkonstruktion allerdings nicht mehr als diffusionsoffen bezeichnet werden.

Bei diffusionsoffenen Steildachaufbauten können unter bestimmten Umständen jedoch auch Probleme auftreten. Einige Schadensfälle zeigen, dass in unbeheizten oder temperierten Gebäuden mit hoher thermisch wirksamer Masse, wie z.B. Kirchen oder landwirtschaftlichen Lagerhäusern, im Sommer der Taupunkt der Außenluft unterschritten werden kann. Durch die hohe Dampfdurchlässigkeit des Unterdachs wird die Diffusion von außen praktisch nicht behindert, sodass an der Dampfbremse ablaufendes Tauwasser oder Schimmelpilzbildung nicht auszuschließen sind. Ungünstig sind diffusionsoffene Unterdächer auch im Zusammenhang mit wasserspeichernden Eindeckungen, wie z.B. alte Dachziegel (evtl. vermörtelt) mit hohem Saugvermögen. In solchen Fällen können bei Sonnenschein beträchtliche Feuchtemengen durch das Unterdach in die Konstruktion hineindiffundieren und dort kondensieren, wie z.B. in [13] gezeigt.

Diffusionsoffene Dächer bieten, abgesehen von den wenigen genannten Ausnahmen, bei denen die Sommerkondensation eine Rolle spielt, den besten Feuchteschutz. Auf eine Dampfbremse sollte zur Sicherstellung der Luftdichtheit und der Regulierung der Dampfdiffusion nicht verzichtet werden. Das diffusionsoffene Unterdach muss seine wasserableitende Funktion allerdings dauerhaft erfüllen können. Unterspannungen, die nach einer gewissen Zeit den sog. Zelteffekt aufweisen, indem sie in Kontakt mit den Sparren bzw. der Holzschalung wasserdurchlässig werden, sind dafür ungeeignet.

4. Dampfdichte Dächer

Zu den außen dampfdichten Dächern zählen unbelüftete Steildächer mit dichtem Unterdach (z.B. Bitumenpappe auf Schalung) oder nicht belüfteter dichter Eindeckung (z.B. Blech- oder Schieferdeckung). Für solche Dächer sieht die DIN 4108-3 [1] bisher eine Dampfsperre mit einem sd-Wert > 100 m vor. Diese Ausführung ist jedoch für Holzkonstruktionen wenig geeignet, da evtl. vorhandene Einbaufeuchte bzw. durch Fehlstellen eingedrungener Wasserdampf langfristig im Dach gefangen bleibt und Schäden verursachen kann. Selbst bei sorgfältigster Abdichtung kann die in Abbildung 7 dargestellte diffusionstechnische Flankenübertragung durch einbindende Wände nicht verhindert werden [14]. Deshalb sind Dampfbremsen vorzuziehen, deren sd-Wert nur so groß ist, wie zur Tauwasserbegrenzung erforderlich. Damit wird im Sommer, wenn sich das Dampfdruckgefälle umkehrt, ein Austrocknen der evtl. vorhandenen Feuchte zum Raum hin ermöglicht. Als guter Kompromiss zwischen winterlichem Tauwasserschutz und sommerlicher Austrocknung haben sich Dampfbremsen mit einem Sperrwert von etwa 2 m erwiesen. Allerdings ist damit nicht in allen Fällen eine ausreichende Feuchtesicherheit gewährleistet. Unter ungünstigen Voraussetzungen kann im Winter mehr Feuchte in das Dach eindiffundieren, als im Sommer austrocknet. Die Differenz zwischen eindringender und austrocknender Feuchte wird als Jahresfeuchtebilanz bezeichnet. Ist sie größer als Null, kommt es langfristig zu einer Feuchteakkumulation im Dach.

Schematische Darstellung der Dampfdiffusion durch Flankenübertragung über einbindendes Mauerwerk nach Ruhe [14] (Abb. 7)

Rechnerische Untersuchungen in [15] haben gezeigt, dass neben den Raumklimabedingungen vor allem die Ausrichtung des Dachs die Jahresfeuchtebilanz beeinflusst. Abbildung 8 zeigt den Einfluss von Himmelsrichtung (oben) und Neigung auf die Feuchtebilanz eines gedämmten Steildachs mit dampfdichtem Unterdach und raumseitigem Sperrwert von 2 m. Bedingt durch höhere Oberflächentemperaturen aufgrund der größeren Einstrahlung führt eine Verkleinerung der Dachneigung oder des Azimuts zu deutlich günstigeren Trocknungsbedingungen mit der Folge, dass es in südorientierten oder in relativ flachen Dachkonstruktionen nicht zu einer Feuchteakkumulation kommt, so lange keine deutliche Verschattung durch Bäume oder Nachbargebäude stattfindet. Bei freien Dachflächen in West- oder Ostrichtung ist die Gefahr einer Feuchteakkumulation ebenfalls relativ gering, wobei die Westseite aufgrund der höheren Außenlufttemperaturen am Nachmittag noch etwas günstiger ist als die Ostseite. Ausgesprochen nordorientierte, steilere Dächer sind jedoch feuchtetechnisch kritisch. Hier ist der Einsatz trocknungsfördernder Dampfbremsen (siehe Kapitel über Dampfbremsen) oder eine Belüftung vorzusehen.

Jahresfeuchtebilanz in einem außen dampfdichten Steildach bei unterschiedlicher Ausrichtung (Neigung, Orientierung) der Dachoberfläche. [15] (Abb. 8)

Empfehlungen für die Praxis

Eine funktionstüchtige Konstruktion zeichnet sich durch eine ausgeglichene Feuchtebilanz aus. Das bedeutet, der Wassergehalt darf bestimmte Grenzwerte nicht übersteigen und das Austrocknungspotenzial muss innerhalb eines Jahres größer sein als das Befeuchtungspotenzial. Voll gedämmte und diffusionsoffene Dächer bieten dabei i.d.R. den besten Feuchteschutz und setzen sich immer mehr durch. Die meisten dieser Konstruktionen benötigen gemäß DIN 68800 [2] keinen chemischen Holzschutz.

Die feuchteregulierende Wirkung der früheren Belüftung muss durch einen bauphysikalisch abgestimmten diffusionsoffenen Aufbau erfolgen. Zur Sicherstellung der konvektiven Luftdichtheit und der Regulierung der Dampfdiffusion sollte auf eine luftdicht verlegte Dampfbremse nicht verzichtet werden. Schadensanfällig sind alle Dachkonstruktionen, bei denen versucht wird, sie dauerhaft hermetisch gegen Wasser und Wasserdampf abzudichten, da unter den praktischen Bedingungen immer Feuchte in ein Bauteil eindringen wird und dann kaum entweichen kann. Inzwischen weist auch die Neufassung der DIN 4108 [1] auf dieses Problem hin.

Bei außen dampfdichten Dächern spielt die Sonneneinstrahlung eine entscheidende Rolle für das hygrothermische Verhalten. In folgenden Fällen erscheint es möglich, ein außen dichtes Steildach ohne Belüftung auszuführen:

• bei flach geneigten (< 20°) Dächern (hier ist eine Belüftung ohnehin meist problematisch)
• bei steil geneigten Dachflächen bis 50° Dachneigung ohne ausgeprägte Nordorientierung und ohne längerfristige Verschattung durch die umgebende Bebauung
• bei nachweislich geringer Feuchtelast im ausgebauten Dachgeschoss, z.B. Nutzung als Büro- oder Schlafräume (bei Neubau nicht empfehlenswert)

Die Feuchtesicherheit solcher Dächer kann durch den Einsatz spezieller Dampfbremsen, die die sommerliche Austrocknung fördern (siehe Kapitel Dampfbremsen) weiter verbessert werden. Dampfsperren mit hohem sd-Wert oder feuchtes Holz sollten hier nicht verwendet werden.

Literatur

[1] DIN 4108-3: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden, klimabedingter, Feuchteschutz Juli 2001

[2] DIN 68800-2: Holzschutz, vorbeugende bauliche Maßnahmen im Hochbau, Mai 1996

[3] DIN V 4108-7: Wärmeschutz im Hochbau, Luftdichtheit von Bauteilen und Anschlüssen, August 2001

[4] Zentralverband des Deutschen Dachdeckerhandwerks: Merkblatt für Unterdächer, Unterdeckungen und Unterspannungen, September 1997

[5] Künzel, H.: Dachdeckung und Dachbelüftung. IRB-Verlag, Stuttgart, 1996

[6] DIN 4108-2: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden, Mindestanforderungen an den Wärmeschutz, Juli 2003

[7] DIN EN 13829: Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden – Bestimmung der Luftdurchlässigkeit von Gebäuden – Differenzdruckverfahren, Februar 2001

[8] prEN 15026: Hygrothermal performance of building components and building elements – Assessment of moisture transfer by numerical simulation, August 2004

[9] WTA-Merkblatt 6-2-01: Simulation wärme- und feuchtetechnischer Prozesse. Deutsche Fassung Mai 2002, englische Fassung Oktober 2004

[10] DIN 68800-3: Holzschutz, vorbeugender chemischer Holzschutz, April 1990

[11] Künzel, H.M; Großkinsky, Th.: Feuchtesicherheit unbelüfteter Blechdächer; auf die Dampfbremse kommt es an! wksb 43 (1998), Heft 42, S. 22–27.

[12] Schulze, H.: Dampfsperren in Holzbauteilen – Erfordernis und Risiko. Bauphysik 18 (1996), Heft 6, S. 175–183

[13] Künzel, H.M.: Feuchteschutz unbelüfteter Steildächer – Vereinbarkeit von DIN 68800-2 und des Neuentwurfs der DIN 4108-3 aus bauphysikalischer Sicht. Manuskript zum Vortrag. Bauphysik im Holzbau, 05.05.2000, Friedrichshafen

[14] Ruhe, C.: Nichtbelüftetes geneigtes Dach mit Sparrenvolldämmung. Wasserabtropfungen von der Decke im Sommer. Deutsches Architektenblatt 27 (1995), Heft 8, S. 1470–1481

[15] Künzel, H.M.: Außen dampfdicht, vollgedämmt? bauen mit holz 100 (1998), Heft 8, S. 36–41

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