Gründe für eine Luftdichtheit der Gebäudehülle

Aus: FLiB e. V. (Hrsg.), Gebäude-Luftdichtheit, Band 1, Kassel 2008, S.11 - 16.

Die Gründe für eine luftdichte Bauweise von beheizten und / oder klimatisierten Gebäuden sind vielfältig und vielen aus eigener Erfahrung wohlbekannt. Zudem war eine undichte Gebäudehülle schon unseren Vorfahren ein Dorn im Auge und sie haben bereits effektive Abdichtungsmaßnahmen gekannt, um Zugluft zu vermeiden.

Im folgenden Kapitel werden die Gründe und Hintergründe für eine luftdichte Ausführung der Gebäudehülle kurz dargestellt. Zugleich finden sich Hinweise auf die weitergehenden Informationen zu den einzelnen Themen in diesem Buch.

Die Wichtigkeit einer luftdichten Hülle eines Gebäudes zeigt sich schon daran, dass alle Hauptgebiete der Disziplin Bauphysik berührt werden. Luftdichtheit steht in engem Zusammenhang mit Wärme- und Feuchteschutz sowie dem Brand- und Schallschutz von Gebäuden. Weitere gute Gründe für eine luftdichte Ausführung sind hoher Wohnkomfort, Ausgrenzung von Schadstoffen und der planmäßige Betrieb von Lüftungsanlagen. Nicht zuletzt haben der Verordnungsgeber sowie die Normung sich des Themas angenommen und stellen seit Jahren konkrete Anforderungen an die Ausführung, die auch messtechnisch nachgewiesen werden kann [1].

Zum Erreichen dieser Ziele, in der Energieeinsparverordnung [2] festgelegt, ist es erforderlich, sich schon zu Beginn der Planungsphase eines Gebäudes mit dem Thema zu befassen. Zunächst ist zu klären, wo die Luftdichtheitsebene eines Gebäudes verläuft und aus welchen Materialien sie besteht. Die Lage der Luftdichtheitsebene ist, abhängig vom Wandaufbau und den gewählten Baumaterialien, vom Planer in einem Luftdichtheitskonzept festzulegen.

Hierbei ist zu beachten, dass Durchdringungen vermieden und Anschlüsse auf ein notwendiges Minimum reduziert werden. Vereinfacht kann man sagen, dass ein Bauteil im Regelquerschnitt dann ausreichend luftdicht ist, wenn es ebenso dicht ist wie eine verputzte Wand.

Weitere Hinweise zur dauerhaften Herstellung von Luftdichtheitsschichten sind der DIN 4108-7 [3] zu entnehmen.

Die DIN 4108-7 [3] kennt eine Reihe von Materialien, welche die Luftdichtheitsschicht ausbilden können. Unter anderem sind dies die unterschiedlichen Putze, Bahnen aus Kunststoffen oder Baupappen sowie plattenartige Bauprodukte aus Holz oder Gips. All diese Bauprodukte sind im Sinne der Norm geeignet, um eine Luftdichtheitsschicht zu bilden, die verhindert, dass Luft von außen in das Bauteil einströmt bzw. von innen nach außen gelangt.

So können Schäden durch Kondensation an Bauteilen (konvektiver Feuchtetransport) vermieden und Lüftungswärmeverluste minimiert werden. In unserer Klimazone wird meist die Luftdichtheitsschicht in Funktionseinheit mit der diffusionshemmenden Schicht (Dampfbremse) ausgeführt.

Ist dies der Fall, sind auch die Anforderungen aus DIN 4108-3 [5] zu erfüllen.

 

1.1 Luftdichtheit = Wärmeschutz
Die Anforderungen an den Wärmeschutz eines Gebäudes werden seit vielen Jahrzehnten in Normen und Verordnungen beschrieben. Ein Teilaspekt ist dabei das Vermeiden von unkontrollierten (wetterabhängigen) Lüftungswärmeverlusten aufgrund einer nicht ausreichend luftdicht ausgeführten Gebäudehülle.

Je nach Standort und Nutzung eines Gebäudes wirken unterschiedliche Kräfte auf die Gebäudehülle und somit auf die Luftdichtheitsschicht. Sowohl der Wind als auch die Temperaturdifferenz zwischen innen und außen erzeugen Druckdifferenzen über der Gebäudehülle. Dies führt dazu, dass Luft von innen nach außen bzw. von außen nach innen durch die noch vorhandenen Leckagen (Fehlstellen in der Luftdichtheitsschicht) strömen kann.

Wie groß diese Druckdifferenzen infolge von Wind und die daraus resultierenden Kräfte sind, hängt von der Lage des Gebäudes (Küstengebiet / Binnenland / Gebirgs- oder Tallage), den dort herrschenden mittleren Windgeschwindigkeiten und der Struktur der direkten Umgebung (z. B. Innenstadt, Reihenbebauung, Bäume etc.) ab.

Der Zusammenhang zwischen Windgeschwindigkeit und Staudruck kann der Beaufort-Tabelle und die Druckverteilung über die Gebäudehülle der Abbildung entnommen werden. Zur Abschätzung der Drücke kann mit einer mittleren Windgeschwindigkeit von 3 m/s [6] gerechnet werden. Detaillierte Berechnungsansätze sind der DIN EN 13465 [B] zu entnehmen.

Neben den vom Nutzer nicht zu beeinflussenden Windlasten stellt der Temperaturunterschied als Folge der Beheizung / Klimatisierung und dem daraus resultierenden Dichteunterschied der Luft die zweite Krafteinwirkung dar. Der Dichte- und somit auch der wirksame Druckunterschied hängt von der Temperaturdifferenz, der wirksamen Höhendifferenz und der Luftfeuchte sowie der Verteilung der Leck­agen (= Fehlstellen in der Luftdichtheitsschicht) ab. Die daraus resultierenden Drücke können aus den Dichteunterschieden der Luft berechnet werden.

Als Ergebnis erhält man exemplarisch für einen Wintertag eine Druckdifferenz pro Meter Höhendifferenz zwischen den Leckagen von fast 1 Pa.

Als einfaches Beispiel sei eine Hauseingangstür angenommen, die im Bereich des Schwellers einen Spalt von 5 - 10 mm Höhe aufweist. Aus [7] kann man ermitteln, dass bei einer Spaltbreite (Türbreite) von 1 m und einer Spalttiefe (Dicke des Türblatts) von 70 mm ein Volumenstrom von ca. 45 bis 90 m³/h (Δp = 6 Pa) durch diesen Spalt strömen kann. Dies führt je nach Temperaturdifferenz und Dauer der Druckbelastung zu unnötigen Wärmeverlusten und kann zur Beeinflussung der Behaglichkeit durch einströmende kalte Luft führen. Will man die zusätzlichen Wärmeverluste aufgrund von Leckagen in der Gebäudehülle quantifizieren, können die Berechnungsansätze aus der DIN EN 832 [8] herangezogen werden.

 

1.2 Luftdichtheit = Feuchteschutz
In engem Zusammenhang mit den Lüftungswärmeverlusten steht auch der Transport der Luftfeuchte (konvektiver Feuchtetransport) durch die Konstruktion hindurch. Eine ausreichend luftdichte Gebäudehülle ist für den Schutz besonders einer wärmegedämmten Baukonstruktion unerlässlich. Die wirkenden Antriebskräfte für die Luftströmungen sind unter „Wärmeschutz“ beschrieben und gelten auch für Feuchte. Die Auswirkungen lassen sich an Schadensbildern [9] und anhand der Beispielrechnungen verdeutlichen. Strömt warme feuchte Luft durch eine Leckage, kommt es unter bestimmten Randbedingungen zur Kondensatbildung im Bauteilquerschnitt und somit zur Vorschädigung der Konstruktion, die zu Bauschäden führen kann. Das Potenzial ist dabei um fast einen Faktor 100 größer als beim Transportmechanismus Diffusion.

 

1.3 Luftdichtheit = Schallschutz
Leckagen verschlechtern den Schallschutz. Denn durch Fugen und Löcher, die von Luft durchströmt werden, kann sich auch der Schall ausbreiten. Dies ist insbesondere bei Mehrfamilienhäusern problematisch. Eine ausreichend (luft-)dichte Abtrennung der einzelnen Wohnungen untereinander ist erforderlich, um den geforderten Schallschutz gewährleisten zu können.

Undichtheiten im Bereich von Fugen oder Materialporen im Mauerwerksbau machen den Schallschutz selbst bei höheren Flächenmassen zunichte: So erreicht eine Wand aus 240 mm dickem Bims-Hohlblock-Mauerwerk im unverputzten Zustand ein bewertetes Schalldämmmaß von R´_w = 16 dB. Nach beidseitigem Auftrag eines Dünnputzes kann das bewertete Schalldämmmaß auf R´_w = 49 dB deutlich verbessert werden [11].

Auch im Leichtbau hat eine ausreichende Luftdichtheit wesentlichen Einfluss auf die Schalldämmung:
Abhängig von Größe und Lage der Leckagen können bei Metallständerwänden Schallschutz-Einbußen infolge von Undichtheiten um bis zu 10 dB im Vergleich zur fachgerechten Ausführung gemessen werden.

Durch das zusätzliche Abdichten der offenen Randanschlüsse mit Trennwandkitt kann der Schallschutz weiter gesteigert werden: Bei einer einlagig beplankten Metallständerwand (GKB 12,5 mm; CW 100; 80 mm Mineralwolle-Dämmstoff) führt die luftdichte Abdichtung zu einer Verbesserung des bewerteten Schalldämmmaßes R_w von 45 auf 47 dB [12].

 

1.4 Luftdichtheit = Brandschutz
Der Brandschutz umfasst alle Maßnahmen, die der Entstehung eines Brandes und der Ausbreitung von Feuer und Rauch vorbeugen und bei einem Brand die Rettung von Menschen und Tieren sowie wirksame Löscharbeiten ermöglichen. Hierbei spielt die Luftdichtheit der raumabschließenden Bauteile eine wichtige Rolle. Eine ausreichende Dichtheit dieser Bauteile ist eine wesentliche Forderung an die Funktion von klassifizierten Brandschutzkonstruktionen. Im Brandfall führen Undichtheiten sehr schnell zur Weiterleitung von Hitze und schädlichen Rauchgasen z. B. in benachbarte Wohneinheiten. Bei der Durchführung von Bauteilprüfungen zur Feststellung von Feuerwiderstandsklassen nach DIN 4102 wird die Dichtheit der zu testenden Konstruktion mitbewertet; Undichtheiten sind aufgrund der schnell eintretenden Rauchgas- und Temperaturweiterleitung häufig Ursache für das oftmals „frühe“ Versagen von raumabschließenden Bauteilen im Test. Die Funktion aufwändiger, feuerbeständiger Bauteilkonstruktionen bleibt auf der Strecke, wenn – ohne sonstige Beeinträchtigung der Standsicherheit der Brandschutzkonstruktion – die Brand- oder Rauchgasweiterleitung über Ritzen z. B. im Bereich der Anschlüsse an flankierende Bauteile erfolgt.

Die hinsichtlich ihrer Feuerwiderstandsklasse zu klassifizierende Trennwand wird mit dem „Wattebauschtest“ auf Undichtheiten überprüft. Der Wattebausch wird in 20 mm Entfernung vom Probekörper im Bereich von Spalten, Rissen oder Anschlussfugen jeweils 30 Sekunden angehalten. Die Prüfung soll stets dann durchgeführt werden, wenn heiße Gase auf der feuerabgekehrten Seite austreten oder Zweifel bestehen, ob der Raumabschluss noch gewahrt ist. Der Raumabschluss gilt als nicht mehr gewahrt, wenn der Wattebausch entzündet wird, d. h. er entflammt oder glimmt.

Die Weiterleitung von schädlichen Rauchgasen über Undichtheiten gefährdet die Funktion von Flucht- und Rettungswegen: Aus diesem Grund fordert die Musterbauordnung (MBO) für Geschosse mit mehr als vier Wohneinheiten die Anordnung allgemein zugänglicher Flure, welche „rauchdicht“ vom Treppenhaus abgeschottet sein müssen. Die geforderte Abschottung wird durch den Einbau spezieller „Rauchschutztüren“ nach DIN 18095 erreicht. Durch den Einsatz dieser ausreichend luft- und rauchdichten Türen wird sichergestellt, dass das Treppenhaus in seiner Funktion als Flucht- und Rettungsweg auch ohne Atemschutz passierbar bleibt.

 

1.5 Kontrollierte Lüftung
Eine ausreichende hygienische Belüftung in Sinne des sog. Pettenkofer Grenzwertes ist unabhängig vom Grad der Dichtheit eines Gebäudes und der Art der Lüftung (Fenster-/ Schachtlüftung oder Lüftungsanlage) sicherzustellen. Die Erkenntnis, dass „atmende Wände“ hier keinen Beitrag leisten, sollte zumindest seit Veröffentlichung der DIN 4108 [13] im Jahre 1952 kein Thema mehr sein.

In [2] und [3] sind die aktuellen maximalen Grenzwerte der Luftdurchlässigkeit eines Gebäudes festgelegt, die jedoch bei Lüftungsanlagen (raumlufttechnischen Anlagen) mit Wärmerückgewinnung laut Abschnitt 4.4. in [3] unterschritten werden sollten. Aus einer Veröffentlichung des IWU Darmstadt [14] aus dem Jahr 1995 kann gefolgert werden, dass Lüftungsanlagen in undichten Gebäuden aus energetischer Sicht keinen Sinn ergeben. Die spezifischen Lüftungswärmeverluste aufgrund einer undichten Gebäudehülle können den Anteil der spezifischen Lüftungswärmeverluste aufgrund des notwendigen Luftaustausches über die Lüftungsanlage um ein Vielfaches übersteigen. Die Folge ist laut [15] ein unwirtschaftlicher Betrieb der Lüftungslage, weil die eingesparten Energiekosten unter den Betriebs- und Wartungskosten der Anlage liegen.

Neben den energetischen und betriebswirtschaftlichen Aspekten zeigen die Ausführungen im Abschnitt Feuchteschutz, dass ein Lüften über Fugen und Ritzen, also über Leckagen, zu erheblichen Bauschäden führen kann und somit keine sinnvolle Option ist. Zudem ist die Belüftung eines Gebäudes über Leckagen, wie dem Abschnitt Wärmeschutz entnommen werden kann, sehr wetterabhängig.

In [16] sind Berechnungen angeführt, die zeigen, dass erst bei einem n5050-Wert von 20 h-1 ein ausreichender Luftaustausch (mind. 0,4 Luftwechsel pro Stunde) über Fugen und Ritzen gewährleistet wäre. Dies hätte aber zur Folge, dass an kalten Wintertagen Luftwechsel von deutlich über 10 pro Stunde auftreten würden [15].

Eine hohe Kenntnis der Zusammenhänge zwischen Luftdichtheit und Lüftung bzw. Lüftungsanlage ist für einen hygienisch und energetisch sinnvollen Luftaustausch im Gebäude Voraussetzung.

 

1.6 Luftdichtheit = Behaglichkeit
Behaglichkeit beschreibt den Zustand des Wohlbefindens eines Menschen, hervorgerufen durch die äußeren Einflüsse seiner Umgebung. Die Wahrnehmung von „Behaglichkeit“ ist immer nur subjektiv; ein einheitlicher Maßstab exis­tiert nicht. Die Empfindung von Behaglichkeit wird wesentlich bestimmt durch die Kälte- und Wärmerezeptoren des menschlichen Körpers, dessen Wärmehaushalt sie steuern.

Die Rezeptoren reagieren auf Unter- oder Überschreitung von Temperatur-Schwellenwerten. Für unsere Betrachtung ist die Lage dieser Rezeptoren von Bedeutung: Kälterezeptoren sind auf der Haut angeordnet, während Wärmerezeptoren im Bereich des vorderen Stammhirns angeordnet sind. Hieraus resultiert eine signifikante Richtungsempfindlichkeit z. B. gegenüber kalter Zugluft und kalten Oberflächentemperaturen, während Hitze allgemein ohne Einfluss der körperlichen Orientierung als unangenehm empfunden wird.

Besonders empfindlich reagiert der Mensch auf Zuglufterscheinungen u. a. hervorgerufen durch Undichtheiten in der thermischen Gebäudehülle. Unter „Zugluft“ versteht man die unerwünschte lokale Abkühlung des menschlichen Körpers, die durch Luftbewegung verursacht wird. Die erhöhte Luftgeschwindigkeit in un­mittelbarer Umgebung hat bedeutenden Einfluss auf die Temperaturempfindung und den Wärmehaushalt des Menschen. Bereits niedrige Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich von 10 bis 20 cm/s werden von sitzenden Menschen als unangenehm empfunden. Bei Lufttemperaturen im Bereich von 18 bis 24° C wird der Abtransport von Körperwärme über die Haut derart abgemindert, dass auch höhere Luftgeschwindigkeiten bis zu 50 cm/s noch nicht als unbehaglich beanstandet werden [17] .

Die thermische Behaglichkeit wird neben den Zuglufteffekten infolge erhöhter Luftgeschwindigkeiten auch durch Einflüsse auf Luft- und Raumtemperaturen negativ beeinflusst:

Die im Bereich fehlerhafter Luftdichtheitsebenen einströmende Kaltluft verursacht eine ungleichmäßige Verteilung von Luft- und Oberflächentemperaturen im Raum: Die kalte Außenluft ruft Fallluftströme hervor, die zur Abkühlung von Bauteilflächen und zur Bildung sogenannter „Kaltluftseen“ am Boden des Raumes führen. Bereits bei Temperaturdifferenzen von zwei Kelvin zwischen Fuß- und Kopfhöhe einer sitzenden Person reagiert der Mensch mit Unbehagen.

Die ebenfalls auf diese Weise hervorgerufenen Unterschiede zwischen Bauteil-Oberflächentemperatur und Raumlufttemperatur werden bereits ab einer Differenz von mehr als 4 Kelvin als unbehaglich empfunden.

 

1.7 Luftdichtheit = Schadstofffreiheit
Eine luftdichte Gebäudehülle trägt zum Schutz vor zusätzlichen Belastungen durch Schadstoffe in der Außenluft bei.

Zudem erschwert bzw. verhindert eine raumseitig angeordnete Luftdichtheitsschicht, dass „Schadstoffe“ aus den dahinter liegenden Bauteilschichten in den Nutzungsbereich eines Gebäudes gelangen. Dies gilt besonders für das radioaktive Edelgas Radon, welches je nach Bodenart und -beschaffenheit in unterschiedlichen Konzentrationen vorkommt. Das Bundesamt für Strahlenschutz fordert daher in [18] eine dichte Ausführung der erdberührenden Gebäudebereiche (z.B. Kellerräume). „Risse in Mauerwerk oder Bodenplatte, undichte Fugen zwischen Bauwerksteilen, ungenügend abgedichtete Kabel- oder Rohrdurchführungen und andere ‚Schwachstellen’ im Bauwerk begünstigen das Eindringen des Radons in das Haus“, merkt das BFS in seiner Veröffentlichung [18] zum Thema an.

Auch wenn im Einzelnen nicht immer der mögliche „Schaden“ vorhergesagt werden kann, ist eine luftdichte Ausführung der Gebäudehülle auch beim Thema Schadstoffbelastung der richtige Weg.

 

1.8 Normen / Verordnungen
Der Begriff Luftdurchlässigkeit der Bauteile stand bereits vor über 50 Jahren in der DIN 4108 – Wärmeschutz im Hochbau [13]. Diese erste Ausgabe der bis heute noch bestehenden Normenreihe aus dem Jahr 1952 zeigt die hohe Bedeutung auch in den Zeiten, als das Wort Energiesparen noch nicht zum Grundwortschatz gehörte und die DIN 4108 die Bedeutung des Wärmeschutzes u.a. mit der „Kohlenersparnis“ untermauerte. In dieser Norm [13] wird zur Luftdurchlässigkeit Folgendes ausgeführt:
Es dauerte dann noch über 40 Jahre, bis konkrete Anforderungen an die Luftdichtheit der Gebäudehülle in einer Norm [19] gestellt wurden und der Verordnungsgeber diese dann übernehmen konnte [20]. Weitere Informationen zur historischen und rechtlichen Bedeutung einer luftdichten Gebäudehülle können den Ausführungen dieses Buches entnommen werden.

Torsten Bolender
Armin Weissmüller