Türen, die sich schlecht öffnen lassen, Fenster die pfeifen und zu hohe Luftfeuchtigkeit in Konstruktionen, das alles kann bei zu hoher Luftdichtigkeit zu Komforteinbußen bis hin zu ernsten Baumängeln (schäden?) führen. Praxisbeispiele von DI Karl Torghele:
„Seit mehr als 20 Jahren bin ich in Vorarlberg und Tirol als Sachverständiger für Bauphysik und Bauakustik tätig. In den letzten drei Jahren ist nun eine auffällige Häufung von Bemängelungen und Schäden festzustellen, die in letzter Konsequenz auf eine zu dichte Gebäudehülle zurückzuführen sind. Wohlgemerkt, hier meine ich nicht eine Häufung von Feuchte und Schimmelschäden, die durch zu geringe Lüftung bzw. Frischluftzufuhr bedingt ist. Die hier angesprochenen Mängelrügen lauten „schlechte, stinkende Luft“, „Pfeifgeräusche“, „aufspringende Türen“ oder „nicht öffenbare Türen“ nach dem Lüften.
Warum die Gebäudehülle luftdicht sein soll?
Aus bauphysikalischer Sicht ergibt sich die Notwendigkeit einer luftdichten Gebäudehülle vor allem wegen der Vermeidung von Bauschäden durch konvektiven Feuchteeintrag in die Konstruktion. Darüber hinaus stellt die Luftdichtigkeit der Gebäudehülle bei Gebäuden mit Komfortlüftung ein zentrales Element der Energieeffizienz. Aber auch bei großer Dichtig-keit des Gebäudes ist zu beachten, dass damit keine Absenkung des hygienisch erforderlichen Luftwechsels erfolgen kann bzw. soll. Der durch die Nutzungsintensität bedingte mindesterforderliche hygienische Luftwechsel muss entweder durch Infiltration, gezielte Fensterlüftung oder durch eine mechanische Belüftung sichergestellt werden. Eine hohe Dichtigkeit der Gebäudehülle erfordert daher aufgrund einer relativ geringen unkontrol-lierten Infiltration verstärkt ein bewussteres Lüftungsverhalten der Nutzer.
Eine geringe Qualität der Luftdichtigkeit der Gebäudehülle führt gerade in exponierten Lagen zu einem überhöhten Luftaustausch, der einerseits Behaglichkeitsdefizite verursacht, andererseits auch erhöhten Heizenergieaufwand oder gar Bauschäden bedingt.
Aus bauphysikalischer Sicht wird daher eine hohe Luftdichtigkeit der Gebäudehülle angestrebt. Dabei werden aber allzu oft bauphysikalisch bedingte Grenzen der erforderlichen Luftdichtigkeit außer Acht gelassen.
Gesetzliche Mindestanforderungen und Ziele aus Sicht der Energieeffizienz
Gesetzliche Mindestanforderungen an die Luftdichtigkeit der Gebäudehülle sind in Österreich in der OIB Richtlinie 6 bzw. in den länderspezifischen Bautechnikverordnungen (mit Verweis auf die OIB RL-6) niedergeschrieben. Darüber hinaus wird in diversen normativen Regelwerken auf die Erfordernis der Luftdichtigkeit zur Vermeidung von Bauschäden bzw. zur Vermeidung von unkontrollierten Wärmeverluste hingewiesen (Önorm B 8110 Teil 2, Önorm B 2320, Önorm B 5320 etc.).
Die Nichteinhaltung der gesetzlichen Mindestanforderungen führt automatisch zu einem erheblichen Baumangel, der jedenfalls zu beheben ist. Die in der OIB-Richtlinie 6 niedergeschriebenen Mindestanforderungen sind allerdings nicht geeignet, Bauschäden durch ungenügende Luftdichtigkeit der Gebäudehülle zu vermeiden. Eine Beurteilung der un-vermeidlichen Leckagen in der Gebäudehülle hinsichtlich ihres Schadenspotenzials bedingt immer eine gutachterliche individuelle Beurteilung.
Die Mindestanforderungen sind nicht für alle Gebäude in gleicher Weise formuliert. Gebäude mit mechanischer Be- und Entlüftung (mit Wärmerückgewinnung) müssen eine Luftdichtigkeit Gebäudehülle von n50 ≤ 1,5 h-1 erfüllen, wogegen Gebäude ohne mechanische Be- und Entlüftung einen Wert von n50 ≤ 3 h-1 erfüllen müssen. Nicht gesetzlich geregelt ist die Anforderung der Gebäude Luftdichtigkeit von Passivhäusern. Allerdings gilt es, wenn ein Gebäude als Passivhaus zertifiziert werden soll, eine Luftdichtigkeit von n50 ≤ 0,6 h-1 zu erfüllen.
Zwischenzeitlich hat ein regelrechter Wettbewerb in Richtung eines möglichst geringen n50-Wertes eingesetzt.
Umsetzung in der Praxis
In den letzten Jahren konnte in Österreich und vor allem auch in Vorarlberg durch eine immer gewissenhaftere Planung und Ausführung die Qualität der Luftdichtigkeit eines Ge-bäudes und auch einzelner Wohnungen deutlich verbessert werden. Zudem war es früher üblich, Küchen mit Abluftanlagen auszustatten. Diese Ausstattung entspricht aber, nicht zuletzt wegen dem Streben nach dichten Gebäudehüllen, nicht mehr dem Standard. Zwischenzeitlich werden in Vorarlberg von fast allen Bauträgern nur mehr Umluftsysteme in den Küchen vorgesehen.
War es vor etwa 10 Jahren also durchaus üblich bei Blower-Door-Tests Messwerte n50 ~ 1 bis 3 h-1 für eine Wohnung nachzuweisen, messen wir heute auch für einzelne Wohnungen Werte im Bereich n50 ≤ 0,35 h-1. Dies bedeutet zum Beispiel für eine 50 m² große Wohnung ein Luftvolumenstrom bei 50 Pa von etwa 44 m³/h. Konsequenterweise bedeutet dies im Umkehrschluss, dass ein Nassraumlüfter mit 60 m³/h einen Unterdruck in der Wohnung von mehr als 50 Pa verursacht, wenn keine entsprechende geordnete Nachströmöffnung geplant und ausgeführt ist. Bereits diese Druckdifferenzen führen zu spürbaren und oft auch unangenehmen Immissionen oder Nutzungseinschränkungen.
Schäden wegen zu dichter Gebäude: Nassräumlüfter und Abluftanlagen
Zumindest in Westösterreich ist es immer noch geübte Praxis, bei Nassraumlüftern keine geordnete Nachströmöffnung für jede einzelne Wohnung vorzusehen. Wenn dann die Gebäudehülle zu luftdicht ausgeführt ist, kann dies in der Praxis zu Nutzungsproblemen führen. Beim Betrieb der WC-Abluft steigt z.B. der Unterdruck in der Wohnung so weit, dass im Bereich von Türschlössern oder Funktionsfugen von Fenstern und Türen Pfeifgeräusche entstehen, die einen Schalldruckpegel in Wohnräumen von über Lp,A ~ 50 dB verursachen. Auch das Betätigen der Wohnungseingangstüre kann in diesem Fall zum Problem werden. Durch den Unterdruck in der Wohnung von etwa 60 Pa liegt an der Türe eine Kraft von etwa 120 N an. Damit öffnet sich bei Betätigen des Türdrückers die Türe schlagartig nach innen. Insbesondere Kinder können dadurch gefährdet werden. Schmerzhafte Beulen sind fast unvermeidlich.
Die gutachterliche Beurteilung dieses Problems stellt zwar keine große Herausforderung dar, da für diesen Fall klare Regelwerke vorhanden sind. Wird eine mechanische Abluftanlage eingebaut, so ist für eine geordnete Nachströmöffnungen Sorge zu tragen. Wenn sie fehlt, handelt es sich um einen Planungs- und/oder Ausführungsfehler. Die Nachströmöffnungen sind dabei so zu bemessen, dass bei Betrieb der Abluftanlage jedenfalls ein maximaler Druckunterschied von 8-10 Pa induziert wird. So klar die Regelung auch sein mag, so häufig wird heute diese in der Praxis missachtet.
Nicht alle Nachströmöffnungen sind geeignet
Abluftanlagen benötigen also wohldimensionierte Außenluftdurchlässe (ALD), die wiederum hinsichtlich der Komfortanforderungen (Zugluft, Schallemission) zu beachten sind. Immer häufiger werden statt herkömmlicher ALD auch passive Fensterfalzlüfter eingesetzt, die bei Betrieb der Abluftanlage und den dadurch induzierten Unterdruck im Gebäude Au-ßenluft über die Funktionsfuge des Fensters (Fensterfalz) nachströmen lassen. Gerade bei diesen Elementen ist aber zu beachten, dass nutzungsbedingt auch eine Umkehrung des Luftvolumenstroms stattfinden kann. In diesem Fall kann feucht-warme Raumluft in den Fensterfalz geführt werden. Diese kann dort zu Kondensat und insbesondere bei Holzfens-tern zu massiven Schäden der Fensterkonstruktion führen. Passive Fensterfalzlüfter sind nur bei Dauerbetrieb von Abluftanlagen eine denkbare Lösungsvariante. Bei bedarfsgesteuer-ten Abluftanlagen stellen Fensterfalzlüfter aber aus bauphysikalischer Sicht einen schaden-trächtigen Konstruktionsfehler dar.
Zu beachten ist auch, dass im Regelfall die Fensterfalzlüfter mit Klappen ausgestattet sind, die bei Druckdifferenzen jenseits von 10 Pa schließen. Dies führt dazu, dass bei falscher Be-messung der Fensterfalzlüfter diese in ihrer Funktion als Nachströmelement untauglich werden: Wenn durch den Betrieb der Abluftanlage trotz der Fensterfalzlüfter die Druckdif-ferenz über 10 Pa steigt, verschließen sie sich und werden damit unwirksam (vgl. Abb.: 1)
Abbildung 1: Messungen zum Verlauf der Druckdifferenz bei Betrieb von Abluftanlagen in einer Wohnung. Im konkreten Fall waren in der Wohnung Nassraumlüfter im WC, Badezimmer und Abstellraum i-stalliert. Bei Betrieb der Anlagen wurde trotz installierter Fensterfalzlüfter eine Druckdifferenz von über 100 Pa gemessen. An der Wohnungseingangstüre lag somit eine Kraft von etwa 200 N an, die zu einer maßgeblichen Nutzungsbeeinträchtigung führte. Darüber hinaus waren auch stark störende Geräuschentwicklungen in den Funktionsfugen von Fenstern und Türen zu hören.
Durch den Unterdruck – bedingt durch den Betrieb des Feuchtraumlüfters – wird aus allen „Ritzen und Fugen“ Luft angesaugt. Ist es keine Frischluft, so ist es vielleicht Luft aus der Nachbarwohnung, aus Installationsschächten oder gar aus der Garage (vgl. Abb. 2). Geruchsbelästigungen sind damit meist nur die wahrnehmbare Problematik, oft werden auch ge-sundheitsgefährdende Schadstoffe angesaugt und in die Wohnung eingetragen.
Abbildung 2: Bei Betrieb der WC Abluft stellt sich in der untersuchten Wohnung ein Unterdruck von 40-45 Pa ein. Die Wohnung hat etwa 80 m² Nutzfläche und weist einen n50-Wert = 0,3 h-1 auf. Die Problematik wurde wegen Ansaugen unangenehmer Gerüche aus den Installationsschächten bemängelt.
Probleme durch „natürliche Fensterlüftung“ und lüftungsbedingten Überdruck
Bauphysikalische Mängel durch anlagenbedingten Unterdruck stellen im Allgemeinen einen Planungs- und Ausführungsmangel dar, da diesbezüglich entsprechende Normen und Regelwerke verfügbar sind, die dieser Problematik gezielt entgegenwirken. Es gibt allerdings auch bauphysikalische Probleme, die durch hohe Luftdichtigkeit von Gebäuden ohne technische Abluftanlagen auftreten.
„Nach dem Lüften kann die Wohnungstür nicht geöffnet werden!“
Durch eine hohe Luftdichtigkeit der Wohnung kann es an kalten Tagen zu besonderen Ef-fekten im Zusammenhang mit der Fensterlüftung kommen. Wird eine beheizte Wohnung über eine großflächige Hebeschiebetüre gelüftet, kann innerhalb kurzer Zeit ein rascher Luftaustausch stattfinden. Da sich in der kurzen Zeit des intensiven Stoßlüftens die Oberflä-chen und Einrichtungsgegenstände praktisch nicht abkühlen, kommt es zu einem raschen Aufheizen der zugeführten Kaltluft. Durch die turbulente Luftdurchmischung sowie den Wärmeübergang an den warmen Oberflächen des Raumes (inkl. Mobiliar) heizt sich die Raumluft in sehr kurzer Zeit auf und dehnt sich dabei aus. Bei nun geschlossenen Fenstern führt dies zwangläufig zum Überdruck in der Wohnung – abhängig von Volumen des ausge-tauschten Luftmenge, der Temperaturdifferenz zwischen innen und außen und der Dich-tigkeit der Gebäudehülle. Einfache physikalische Überlegungen zeigen, dass durch diese Ef-fekte ein Überdruck von über 150 bis 250 Pa schon kurze Zeit nach dem Schließen des Lüftungselementes auftreten können (vgl. Abb. 3).
Abbildung 3: Prognoseberechnung zum Druckanstieg und späteren Druckabfall im Zuge eines Lüftungsvorganges in einer kleineren Wohnung (50 m² NNF, n50 = 0,35 h-1); Die Simulation beruht auf der Annahme, dass sich die zugeführte Luft um 20 K aufwärmt, wobei von einem effektiven Wärme-übergang etwa 5 W/m²IOK ausgegangen wurde und ein ausgetauschtes Luftvolumen von 50 m³ angenommen wurde.
Es lassen sich Druckdifferenzen jenseits von 130 Pa erwarten, wobei der Effekt umso größer wird, je kälter es draußen ist und je dichter die Wohnung ist. Weiteres ist die Geschwindigkeit des Luftaustausches von Bedeutung. Störende Druckdifferenzen (über 25 bis 35 Pa) sind laut Simulation über 3 Minuten nach dem Lüftungsvorgang zu erwarten. Dies kann auch in der Praxis festgestellt werden.
Durch die hohen Druckunterschiede kommt es nicht nur zu sehr störendenden Geräusch-entwicklungen (Pfeifen an Funktionsfugen der Fenster und Türen - vor allem bei Hebe-schiebetüren), sondern auch zu Problemen beim Öffnen von Fenstern und Türen. Durch die hervorgerufene Druckdifferenz liegen an Wohnungseingangstüren Kräfte von 260 bis 500 N an! Die Wohnungseingangstüren lassen sich dann auch von erwachsenen Personen nicht mehr öffnen! Das Problem besteht so lange, bis der Druckabfall durch abströmende Luft über Fugen nach mehreren Minuten gering genug ist. (vgl. Abb.: 4)
Abbildung 4: Messung: Luftdruckunterschiede zwischen Innenraum und Außenraum, hervorgerufen durch Fensterlüftung. Die hohe Dichtigkeit Gebäudehülle einerseits, und die thermisch bedingte Ausdehnung der aufgewärmten Außenluft andererseits, bedingt ein rasches Ansteigen des Luftdruckunterschiedes im Gebäude. Der Druckunterschied kann so stark ansteigen, dass Fenster und Türen über eine gewisse Zeit, bis der Überdruck wieder abgebaut ist, nicht betätigt wer-den können.
Neue Bedienungsanleitungen zum Lüften?!
In der Praxis führt dies dazu, dass solche Wohnungen im Winter nur unter Beachtung eines Lüftungsprocederes problemlos gelüftet werden können. Nach dem Lüften darf das Hebe-Schiebeelement nicht gleich ganz geschlossen werden. Das Fensterelement wird über eini-ge Minuten einen kleinen Spalt offen gelassen, sodass ein Druckausgleich effizient stattfin-den kann. Erst dann sollte das Hebe-Schiebeelement ganz geschlossen werden.
Die Alternative ist, die Luftdichtigkeit der Gebäudehülle durch gezielten Einsatz von ALDs zu reduzieren.
Erhöhtes Bau-Schadenspotenzial durch Überdruck
In der Praxis führen die durch diese Problematik induzierten hohen Luftdruckunterschiede auch zu einer erhöhten Belastung der unvermeidlichen Schwachstellen in der Gebäudehülle. Durch den hohen Überdruck (im Winter) wird der Feuchteeintrag durch Konvektion mas-siv verstärkt. Die oben beschriebenen induzierten Luftdruckunterschiede übersteigen bei weitem jene, die im Zuge der herkömmlichen bauphysikalischen Planung für die einzelnen Standorte angesetzt werden. Auftriebsbedingte Druckunterschiede bewegen sich üblicherweise im Bereich von 4-10 Pa, windlastinduzierte Druckunterschiede typischerweise je nach Gebäudehöhe und Exposition zwischen 4 und 50 Pa (bei Windgeschwindigkeit von et-wa 10 m/s). Dies führt in weiterer Folge zu erhöhten Feuchtelasten und in weiterer Folge zu erhöhtem Schadenspotenzial, konzentriert auf die Schwachstelle in der Luftdichtigkeitsebene.
Resümee
Eine unreflektierte Verbesserung der Luftdichtigkeit der Gebäudehülle hin in Bereiche n50 << 1,0 h-1 kann bei Gebäuden ohne kontrollierte Be- und Entlüftung zu unangenehmen bau-physikalischen Problemen führen, die bislang nicht im Fokus der bauphysikalischen Planung liegen. Bisher galt es immer als besonderes Gebäude-Qualitätsmerkmal, wenn durch Mes-sungen eine Luftwechselrate n50 << 0,6 h-1 nachgewiesen werden konnte. Tatsächlich gibt es aber damit einhergehend eine Reihe von Problemen, die bei konventionellen Gebäuden ohne mechanische Be- und Entlüftung in der Praxis sogar schädigende Auswirkungen zei-gen können.
Die physikalisch bedingten Effekte können überraschende Größenordnungen annehmen. Bei der Planung gilt es nicht nur eine nutzerunabhängige Funktionstauglichkeit der Wohnung (Mindestluftwechselrate) zu gewährleisten, sondern auch darum, den physikalischen Effekten Rechnung zu tragen. Es können Effekte zu Tage treten, die zu Nutzungseinschrän-kungen, Behaglichkeitsdefiziten (Geräuschentwicklung, Geruchsübertragung oder gar Schadstoffeintrag) und sogar Bauschäden verursachen können. Es gilt daher in der bauphysikalischen Planung von Gebäuden allfällige Grenzen der Luftdichtigkeit der Gebäudehülle zu beachten bzw. neu zu überdenken.“
Autor:
DI Dr. Karl Torghele, SPEKTRUM Bauphsysik & Bauökologie
Dieser Artikel erscheint auch in der aktuellen Ausgabe des IBO-Magazins KITTING20.
