Feuchteverhalten von Flachdachaufbauten im Holzleichtbau : insbesondere von nicht hinterlüfteten Flachdächern, deren Dämm- und Trägerebene zwischen Dampfsperre /-bremse und Dachhaut angeordnet ist

Abstract

Die größeren Dämmstoffdicken, die Anforderungen an die Ästhetik eines flachen Dachaufbaus und größere Spannweiten haben zur Entwicklung des voll ausgedämmten, vorgefertigten Multibox-Elementes als Flachdach geführt. Durch die Anordnung der tragenden Holzelemente zwischen der Dampfsperre und der Dachhaut ohne Hinterlüftungsebene ist die Konstruktion aus baupyhsikalischer Sicht nicht unproblematisch. Außerdem haben sich in den letzten Jahren die Schadensfälle an solchen Konstruktionen gehäuft.<br />In der vorliegenden Arbeit werden die wesentlichen Schwachpunkte der Multibox-Dächer herausgearbeitet und Hinweise zur Vermeidung von Schadensfällen gegeben. Dazu wurden in der Region Vorarlberg Daten zu realisierten Flachdächern gesammelt, um die Untersuchung auf möglichst realitätsnahen Bauteilaufbauten zu basieren. In einem weiteren Schritt wurden die Materialkennwerte der üblichen in Vorarlberg verwendeten Dampfbremsen /-sperren und Dachfolien ermittelt. Vor der eigenlichen Untersuchung der Konstruktion wurde ein offenes Interview mit Architekten, Zimmerer-Betrieben und Sachverständigen für Schadensbegutachtung geführt. Das Interview gibt Einblick in das allgemein vorhandene Wissen zur Problematik des Mulitbox-Daches.<br />Den Kern der Arbeit stellt die Analyse des Feuchteverhaltens der gesammelten Bauteilaufbauten mit der Berechnung nach Glaser und einer dynamischen Berechnung mit dem Programm WUFI dar, die für jeden Aufbau mit den Klimadaten von drei verschiedenen Standorten in Vorarlberg durchgeführt wurden. Diese Berechnung erlaubt eine Analyse der Einflussfaktoren auf das Feuchteverhalten. Die Untersuchung der Auswirkung der klimatischen Randbedingungen gibt Anhaltspunkte zum Einfluss der Umgebungsbedingungen auf das Bauteil.<br />Durch den Vergleich des Feuchteverhaltens der Multibox-Dächer unter verschiedenen Klimabedingungen konnte ein bedeutender Einfluss der Strahlung auf den Feuchtegehalt der untersuchten Bauteilaufbauten nachgewiesen werden.<br />Weiters wurde das unterschiedliche Verhalten von Dämm- und Trägerebene untersucht und das Feuchteverhalten der Holzbauteile in der Trägerebene wurde detailliert ausgewertet. Dadurch konnte aufgezeigt werden, dass in der Trägerebene vor allem die Holzbauteile im äußeren Randbereich durch Feuchteanreicherung gefährdet sind. Außerdem wurde durch die Analyse der Feuchteverteilung im Trägerquerschnitt gezeigt, dass Verformungen des Trägers aufgrund von Feuchteverlagerungen zu erwarten sind.<br />Konkreter werden die Anhaltspunkte für die Planung durch die Analyse der Auswirkung der Materialeigenschaften von Dampfsperre, Dachhaut und Dämmung. Dabei wurde festgestellt, dass vor allem der sd-Wert der Dachhaut und deren Farbe (Strahlungsabsorptionsgrad für Sonneneinstrahlung) das Feuchteverhalten von Multibox-Dächern positiv beeinflussen.<br />Aufgrund der festgestellten Einflussnahme der Strahlung auf das Feuchteverhalten der Bauteilaufbauten, wurde eine weitere Berechnung mit dem Glaserverfahren vorgenommen, für die die Außenlufttemperaturen unter Berücksichtigung der solaren Strahlung und des langwelligen Strahlungsaustausches in Strahlungslufttemperaturen umgerechnet wurden. Den Abschluss der Berechnung der gesammelten Bauteilaufbauten bildet ein Vergleich der Ergebnisse aus der Glaserberechnung und der dynamischen Berechnung. Es können die Grenzen des Glaserverfahrens und der in der Norm festgelegten Maximalwerte aufgezeigt werden. Weiters werden Vorschläge zur Verbesserung der Feuchtesituation im Bauteil ausgearbeitet und Möglichkeiten aufgezeigt, die Feuchtebelastung der Holzbauteile zu verringern. Es werden aber auch Einschränkungen der Verbesserungsmöglichkeiten herausgestrichen und festgestellt, dass aufgrund von standort- und materialabhängigen Einflüssen individuelle Berechnungen notwendig sind.<br />

After the developement of the prefabricated elements in timber-frame construction and their common application for non-ventilated flat roofs (so called "Multibox" flat roof), the cases of damage for these flat roofs increased in Vorarlberg (Austria). The arrangement of timber elements between vapour barrier or vapour brake and roof membrane without any ventilation layer provokes critical hygrothermal conditions in the construction element. Due to the lack of investigations on factors influencing moisture behaviour of non-ventilated flat roofs, the reasons of damage are often difficult to determine. The present study investigates on the main factors of influence on the hygrothermal behaviour of "Multibox" flat roof systems.<br />For this pupose, data of realized flat roofs were collected in the Vorarlberg region, in order to base the investigation on realistic assemblies. Besides, a research on the material characteristics of the commonly applied vapour barrier, vapour brake and roof membrane materials was carried out. Furthermore, architects, charpenters and claim experts have been interviewed to get an overview of the commonly available knowledge on the sensibility of "Multibox" flat roof systems.<br />The 25 flat roof types obtained by this enquiry were examined by calculations according to Glaser and a dynamical simulation. Both calculation methods were applied in three different climate locations in the Vorarlberg region. The analysis of the results of these comparative studies reveals the influence of climate conditions on the hygrothermal behaviour of "Multibox" flat-roof systems.<br />Primarily, it turns out that a Glaser-calculation based on Austrian standards is inadequate to reproduce realistic results for those constructional elements. Moreover, a Glaser-calculation based on radiant air temperature values discloses the inadequateness of this calculation method to provide realistic data on moisture behaviour of non-ventilated flat roofs.<br />Climate conditions are further proved to have a significant influence on the total amount of moisture within the Multibox flat-roof systems. One major factor, highly influencing the process, is solar radiation. Furthermore, the comparison of the hygrothermal behaviour of insulation layer and beam layer shows a higher moisture charge for the timber elements in the beam layer. Especially, the border area near the outer surface of the beam shows increasing moisture content. Both border areas of the beam - near the exterior surface and near the interior surface of the element - feature opposed moisture increase and decrease during the winter and summer period. Thus, the periodical deformation of the beam is explained by moisture migration. In addition, the investigation focuses on the impact of material properties of vapour brake, roof membrane and insulation on the hygrothermal conditions of "Multibox" flat roof systems. The sd-value of the roof membrane and its color (value of absorption of solar radiation) are identiefied as the main factors of influence. In a final step, the analysis of proposals of improvement of the hygrothermal conditions of timber elements in "Multibox" flat roof systems reveals possibilities of reduction of the moisture charge in the construction elements. However, the limits of these mesures are highlighted. Moreover, the necessity of individual dynamical simulations of the assemblies due to their location and material properties is shown.