Dampfdiffusion

So wandert Wasserdampf durch ein Steildach

Dampfdiffusion und Dampfdruck

Der Dampfdruck ist nach dem Deutschen Wetterdienst ein Maß für den Feuchtigkeitsgehalt der Luft und wird meist in Hektopascal angegeben.^[2] Warme Raumluft trägt im Winter mehr Wasserdampf als die kalte Außenluft, ihr Dampfdruck ist höher. Nach dem Leitfaden des Umweltbundesamtes liegt in der kalten Jahreszeit meist ein hohes Dampfdruckgefälle von innen nach außen vor, das durch Wasserdampfdiffusion einen Feuchtetransport vom höheren zum niedrigeren Potential bewirkt.^[1]

Wie groß der Unterschied ist, zeigt eine Rechnung mit angenommenen Werten. Raumluft mit 20 °C und 50 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit hat einen Dampfdruck von rund 11,7 hPa, Außenluft mit 0 °C und 80 Prozent einen von rund 4,9 hPa.^[3] Über die Außenwand hinweg besteht damit ein Unterschied von knapp 7 hPa, der den Wasserdampf nach außen treibt.^[3] Im Sommer kann sich das Gefälle umkehren, wenn die Außenluft warm und feucht ist.

Wie viel Feuchte durch Dampfdiffusion wandert

Durch baulich intakte Wände gibt es nach dem Umweltbundesamt keinen Luftaustausch zwischen innen und außen. Auch die Feuchtemenge, die durch Dampfdiffusion durch die Wände transportiert wird, ist im Vergleich zu der Menge, die das Lüften abführt, vernachlässigbar.^[1] Die Rede von atmenden Wänden ist nach dem Leitfaden nur im Sinn der Feuchtepufferung der Oberflächen zu verstehen.^[1] Ob eine Außendämmung gegen Schimmel hilft, entscheidet darum vor allem die wärmere Innenoberfläche der Wand und nicht ein Austausch von Dampf durch die Wand.

Was Wände tatsächlich leisten, ist Pufferung. Bei steigender Luftfeuchte nehmen Baustoffe Feuchte an ihrer Oberfläche auf und transportieren einen Teil durch Diffusion in tiefere, trockenere Bereiche, bei sinkender Luftfeuchte geben sie sie wieder ab.^[1] Diese Pufferung beschränkt sich nach dem Leitfaden meist auf wenige Millimeter der innenraumnahen Materialien.^[1]

Für die Raumluft spielt die Dampfdiffusion also kaum eine Rolle, für die Konstruktion umso mehr. Über Wochen und Monate kann auch eine kleine Menge Dampf, die in einer kalten Schicht ausfällt, einen Holzbalken, eine Dämmung oder eine Schalung durchfeuchten. Der Schaden zeigt sich erst, wenn Holz weich wird, Dämmung zusammensackt oder ein Fleck an der Innenseite erscheint. Unter der Dachhaut kann sich so Schimmel an den Sparren bilden, der von innen lange verborgen bleibt.

Der Diffusionswiderstand der Schichten

Wie stark eine Schicht die Dampfdiffusion bremst, beschreibt die wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke, kurz sd-Wert. Er ist das Produkt aus der Widerstandszahl μ eines Stoffes und seiner Schichtdicke d, sd = μ · d, und je kleiner er ist, desto mehr Dampf lässt die Schicht durch.^[4] Ein Bauteil aus mehreren Schichten setzt dem Dampf die Summe dieser Widerstände entgegen.

Für die Feuchtesicherheit zählt die Reihenfolge der Schichten. Liegt eine dichte Schicht auf der kalten Außenseite, kann Dampf, der von innen einwandert, vor ihr hängen bleiben und ausfallen. Wie schnell das kritisch werden kann, zeigt eine Rechnung des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik: Steildächer mit dampfdichten Unterdächern können nach dem Einbau einer 10 bis 20 Zentimeter dicken Zwischensparrendämmung aus Mineralfaser trotz raumseitiger Dampfbremse innerhalb weniger Jahre so feucht werden, dass Schäden unvermeidbar sind.^[5]

Auch eine Innendämmung kann das Austrocknen in eine Richtung versperren. Nach dem Umweltbundesamt kann Schlagregen durch eine Außenwand bis zur Raumseite vordringen und dort wegen der Innendämmung nicht mehr abtrocknen.^[1]

Tauwasser aus Dampfdiffusion nachweisen

Das Glaser-Verfahren nach DIN 4108-3 bilanziert, wie viel Tauwasser im Winter in einer Konstruktion anfällt und wie viel im Sommer wieder verdunstet.^[4] Für genauere Aussagen steht die hygrothermische Simulation nach DIN EN 15026 zur Verfügung, die den Wärme- und Feuchtetransport im Zeitverlauf rechnet.^[4]

Eine Konstruktion besteht die Prüfung, wenn das Wasser aus dem Winter im Sommer vollständig austrocknen kann und die Grenzwerte für die Tauwassermenge eingehalten sind.^[4] Für Holz und Holzwerkstoffe gelten zusätzliche Grenzen für die Feuchteerhöhung.^[4]

Konvektion: Feuchte mit strömender Luft

Neben der Diffusion gelangt Feuchte auch mit strömender Luft in eine Konstruktion, durch Fugen, Risse und Durchdringungen. Das Umweltbundesamt beschreibt, dass bei Fehlern in der Dichtheitsebene, vor allem bei Holzständerwänden und Leichtbaukonstruktionen, feuchte Innenraumluft in die Konstruktion gelangen und dort zu massivem Schimmelbefall und zu Befall durch holzzerstörende Pilze führen kann.^[1]

Für neue Gebäude schreibt § 13 des Gebäudemodernisierungsgesetzes vor, die wärmeübertragende Umfassungsfläche einschließlich der Fugen dauerhaft luftundurchlässig nach den anerkannten Regeln der Technik abzudichten.^[6] Der zum Zweck der Gesundheit und Beheizung erforderliche Mindestluftwechsel bleibt davon nach demselben Paragrafen unberührt.^[6]

Bei Innendämmungen mit Dampfbremse oder Dampfsperre betont der Leitfaden, dass die Folie ordentlich verklebt sein muss und nicht beschädigt werden darf, etwa durch nachträglich gesetzte Steckdosen oder Dübellöcher.^[1] Eine Folie mit hohem Diffusionswiderstand nützt wenig, wenn Raumluft an ihr vorbei in die Dämmung strömt.

Dampfbremsen, die sich der Jahreszeit anpassen

Eine Dampfbremse soll im Winter verhindern, dass zu viel Wasserdampf in die Dämmung gelangt. Sie kann aber auch das Austrocknen im Sommer behindern, wenn Feuchte von außen eingedrungen ist. Das Fraunhofer-Institut für Bauphysik hat darum eine feuchteadaptive Dampfbremse untersucht, deren Diffusionswiderstand unter winterlichen Bedingungen höher ist als unter sommerlichen.^[5]

Im Labor lag zwischen dem sd-Wert dieser Dampfbremse im trockenen und im feuchten Bereich mehr als eine Zehnerpotenz.^[5] Da sich die Raumluft nach derselben Veröffentlichung im Winter zwischen 30 und 50 Prozent relativer Feuchte und im Sommer zwischen etwa 60 und 70 Prozent bewegt, lassen sich die Diffusionsströme damit deutlich steuern.^[5]

Am Beispiel eines nordorientierten Steildachs mit Bitumenpappe auf Holzschalung zeigte die Rechnung den Unterschied: Mit einer herkömmlichen Dampfbremse stieg die Holzfeuchte der Schalung schon im ersten Jahr auf langfristig bedenkliche Werte über 20 Masseprozent, mit der feuchteadaptiven Dampfbremse fiel sie im Sommer stets unter 20 Masseprozent.^[5]

Dasselbe Dilemma beschreibt die Veröffentlichung für Fachwerkhäuser. Ihr Wärmeschutz lässt sich meist nur durch eine innenliegende Dämmung verbessern. Im Winter darf die Dampfdiffusion durch diese Dämmung das Fachwerkholz nicht belasten, und Regen, der vor allem im Sommer durch die Fugen zwischen Holz und Ausfachung eindringt, soll auch nach innen austrocknen können.^[5]

Dampfdiffusion beim Trocknen nach einem Wasserschaden

Nach einem Wasserschaden entscheidet die Dampfdiffusion mit darüber, wie schnell ein Bauteil austrocknet. Wasser, das in einer Konstruktion steckt, muss als Dampf durch die Schichten nach innen oder außen entweichen. Liegt eine dichte Schicht im Weg, etwa eine Folie, ein Fliesenbelag oder eine Abdichtung, trocknet der Bereich dahinter nur sehr langsam.

Für solche Aufbauten klären wir vor der Trocknung, ob sie von außen erreichbar sind oder ob sie geöffnet werden müssen. Eine durchnässte Dämmung zwischen den Sparren eines Steildachs mit dichtem Unterdach gehört zu den Fällen, in denen die Konstruktion aus eigener Kraft kaum abtrocknet, das zeigt auch die Rechnung des Fraunhofer-Instituts für solche Dächer.^[5]