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Im Winter 2011/2012 gab es relativ häufig Beanstandungen wegen Schimmelpilzbefalls an neu errichteten Dachstühlen aus getrocknetem Bauholz mit einer Unterdachbahn als außenseitigem Abschluss. Auch bei dem hier betrachteten Neubau war das nachweislich getrocknete Bauholz des Dachstuhls von Wohnhaus und Garage sowohl im Raum als auch am Dachvorsprung in unterschiedlicher Intensität mit Schimmelpilzen befallen.
Der Dachstuhl wurde Mitte November 2011 bei trockenem Wetter aufgerichtet und eingedeckt. Auf dem Gebälk wurde eine diffusionsoffene Unterdachbahn verlegt. Im Dezember 2011 wurden dann im Dachgeschoss des Wohnhauses die Dachschräge und die Kehlbalkenlage wärmegedämmt; der Dachspitz blieb ungedämmt. An der Unterseite der Dachsparren und der Kehlbalken wurde schließlich eine Dampfbremse angebracht.
Im Januar 2012 wurden am Dachvorsprung der Terrasse und am Gebälk der Garage zunehmender Schimmelpilzbefall festgestellt. Ende Februar 2012 zeigten sich dann auf der Oberseite der transluzenten Dampfbremse Wasserpfützen sowie Schimmelpilzbefall an der Unterseite des Gebälks. Daraufhin wurden die Wärmedämmung und die Dampfbremse entfernt und das Ausmaß des Schimmelpilzbefalls wurde sichtbar:
- Am Dachstuhl des Wohnhauses waren einige der Sparren mit einem ein- oder mehrseitigen Pilzrasen, meistens nur im Splintholzbereich befallen.
- An mehreren Sparren fand sich auf Teilbereichen wie der Unterseite oder nur über den Kehlbalken ein flächiger Befall.
Die übrigen Holzbauteile (Sparren, Pfetten, Kehlbalken, Wechsel usw. als Bauholz, Konstruktionsvollholz (KVH) und Brettschichtholz) waren unauffällig oder nur geringfügig verfärbt.
Am Dachstuhl der Garage waren auf der nördlichen Dachhälfte die meisten Sparren im Splintholzbereich und Richtung First zunehmend schimmelig. Auf der Südseite des Daches waren der Wandsparren zum Wohnhaus und die Fußpfette auf ihrer ganzen Länge befallen. Das übrige Bauholz war zum First hin im Splintholzbereich zunehmend, aber insgesamt geringer ausgeprägt, verschimmelt.
Die Zwischendecke aus KVH war insofern auffällig, als dort der westseitige Randbalken des Wechsels bei einer hohen Feuchte von ca. 18-30 M% stark befallen war, während die übrigen Kehlbalken nur geringfügigen Befall aufwiesen. Außerdem waren an zwei Sparren am Dachvorsprung geringfügige Verfärbungen sichtbar.
An den Bauhölzern wurden Oberflächenfeuchten von 17–22 % und bei einer Eindringtiefe von 3 cm Feuchten von 18–36 % gemessen.
Der sehr unterschiedlich ausgeprägte Schimmelpilzbefall wurde mit einer Laboruntersuchung qualitativ und quantitativ bestimmt.
Schadensursachen
Für das Schimmelpilzwachstum auf dem Bauholz, das durch die erhöhte Feuchtigkeit ausgelöst wurde, waren mehrere Fehler in Abhängigkeit zueinander ursächlich.
1 Halbtrockenes Bauholz als Schadensursache
Einzelne Hölzer an Wohnhaus und Garage waren intensiv nur am Splintholz schimmelpilzbefallen – direkt daneben verbautes Bauholz, Konstruktionsvollholz oder Brettschichtholz aber gar nicht oder nur in geringer Intensität. Im Labor wurde an diesen Hölzern ein intensiver Befall mit dem Bläuepilz Cladosporium nachgewiesen, der nur auf Splintholz wächst.
Diese Hölzer wurden mit einem höheren Feuchtegehalt als das nicht befallene Bauholz eingebaut. Sie waren nur halbtrocken, so dass das Splintholz noch den für den Schimmelpilzbefall notwendigen Feuchtegehalt (ca. 25–30 %) aufgewiesen hat.
Splintholz ist das weiche, neu zugebildete, am lebenden Baum wasserleitende Holz an der Außenseite des Baumstamms. Es ist nasser und weniger widerstandsfähiger gegen Pilzbefall als das Kernholz, da ihm dessen pilzwidrige Inhaltsstoffe (ätherische Öle, Gerbstoffe, Harze usw.) fehlen. Das Splintholz braucht, v. a. wenn das Bauholz im Sommer eingeschlagen wird, wesentlich länger als das Kernholz, um eine gleich niedrige Holzfeuchte zu erreichen.
Der Grund dafür, dass einzelne Hölzer nur halbtrocken verbaut wurden, lag wahrscheinlich nicht in dem nachträglichen Auffeuchten des getrockneten Holzes, bspw. wegen fehlender Schutzmaßnahmen. Aufgrund des auffälligen Befalls besteht deshalb die Vermutung, dass das Bauholz beim Abbund nicht ausreichend war und nach der Trocknung mit den halbtrockenen Hölzern ergänzt wurde.
2 Schadenspotential Rohbaufeuchte
Der Dachaufbau über dem Dachgeschoss besteht von außen nach innen gesehen aus
- der diffusionsoffenen Unterdachbahn (sd-Wert ≤ 0,02 m) [7],
- der Zwischensparrendämmung mit Mineralfaserklemmfilz und
- der Dampfbremse mit einem sd-Wert von > 100 m.
Über der Kehlbalkendecke befindet sich der Luftraum des Dachspitzes, der mit der Unterdachbahn gegen die Außenluft begrenzt wird.
Bei Norm-Klimabedingungen bietet dieser Aufbau einen ausreichenden Schutz dafür, dass die in das Bauteil eindiffundierende Feuchtigkeit schadensfrei nach außen entweichen kann. Die Dampfbremse mit einem sd-Wert von >100 m lässt dabei durch Diffusion etwa 9 g/m² Wasser pro Tag in die Dachkonstruktion bzw. in den Luftraum des Dachspitzes durchdringen. Bei der Unterdachbahn kann davon ausgegangen werden, dass sie etwa 160 g/m² Wasser pro Tag durch Diffusion in die Außenluft abgeben kann.
Bei einem Rohbau ist jedoch nicht von diesen Norm-Klimabedingungen auszugehen. In der DIN 4108-3 [10] steht dazu in der Einleitung:
„Die Anforderungen und Hinweise beziehen sich auf Bauteile nach Abgabe der Rohbaufeuchte. In der Phase der Bauaustrocknung können Verhältnisse auftreten, die besonders berücksichtigt werden müssen und zusätzliche Maßnahmen erforderlich machen können.“
Alle Baumaterialien haben eine höhere Rohbaufeuchte als später im Gebrauchszustand des Hauses. Bei der Trocknung geben sie so lange Feuchte als Wasserdampf an die Umgebungsluft ab, bis sie ihre Ausgleichsfeuchte im Gebrauchszustand erreicht haben.
Als Faustformel ist davon auszugehen, dass durch die Trocknung allein der Dachsparren pro Quadratmeter Dachstuhlfläche etwa 100 Gramm Wasser pro Masseprozent Holzfeuchteverlust entweichen. Das bedeutet, dass aus dem halbtrocken verbauten Holz bei der Trocknung von einem angenommenen Feuchtegehalt von ca. 30 M% auf etwa 20 M% knapp ein Liter Wasser je Quadratmeter Dachfläche verdunstet. Aber auch bei der Trocknung von sog. trockenem Bauholz mit 18 M% auf die Gleichgewichtsfeuchte von 9 M% entweicht fast ein Liter Wasser je Quadratmeter. Bei dieser Beispielrechnung sind die sonst noch verbauten Hölzer sowie das Außenmauerwerk, Beton und sonstige Baustoffe sowie ein Feuchteeintrag aus dem Dachgeschoss durch normale Diffusion und Konvektion nicht berücksichtigt.
3 Schadenspotential Unterdachbahn
Durch die Erwärmung der Dachfläche über dem Dachgeschoss und dem Dachspitz bei sonnigem Wetter trockneten die Bauteile zügig aus. Das führte zu einer hohen Luftfeuchtigkeit im Bereich zwischen der Dampfbremse und der Unterdachbahn, also innerhalb des Dachaufbaus über dem Dachgeschoss und im Luftraum des Dachspitzes.
Der in der Luft enthaltene Wasserdampf, d. h. die aus dem Baustoff abgegebene Feuchte, erzeugt einen Druck, der bei hohen Temperaturen größer als bei niedrigen Temperaturen ist. Durch diese Druckdifferenz wandert der Wasserdampf vom wärmeren in das kältere Klima und/oder vom Klima mit höherer Luftfeuchtigkeit in das Klima mit niedriger Luftfeuchte. Dieser Vorgang ist die Wasserdampfdiffusion.
Die Luftfeuchte konnte nur durch Dampfdiffusion durch die diffusionsoffene Unterdachbahn entweichen, da der Dachaufbau über dem Dachgeschoss und der Dachspitz zum Dachgeschoss hin mit der Dampfbremse weitegehend diffusionsdicht abgeschottet waren. Diese Unterdachbahn mit sd ≤ 0,02 m hat bei Norm-Klimabedingungen eine rechnerisch sehr gute Diffusionsfähigkeit. Die tatsächliche Diffusionsfähigkeit der Unterspannbahn wird aber maßgeblich durch die realen, sich ständig ändernden Klimabedingungen beidseitig der Bahn bestimmt.
Die rechnerisch gute Diffusionsfähigkeit der Bahn mit niedrigem sd-Wert resultiert hauptsächlich aus ihrer geringen Dicke (0,5 mm). Aufgrund dieser geringen Dicke bestehen aber zwischen der Innen- und der Außenseite der Bahn keine Temperaturunterschiede und damit auch keine Druckdifferenz und Diffusion. Eine Diffusion findet nur dann statt, wenn sich ein Diffusionsstrom wegen der deutlich unterschiedlichen Luftfeuchtigkeit beidseits der Bahn entwickelt.
Die maßgebliche Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl µ [9] ist mit 40 relativ hoch, d. h. dampfbremsend. Zum Vergleich: Eine Unterdachplatte aus einem Holzfaserdämmstoff ist bei einem gleichen sd-Wert von ≤ 0,02 m bei 2 cm Dicke mit µ= 1 m wesentlich diffusionsoffener. Die Feuchte diffundiert also nur in geringem Umfang und „staut“ sich an der Unterseite der Bahn. Deshalb kommt es bei kalten Außentemperaturen zu einem Tauwasserausfall oder Eisbildung an der inneren Unterseite der Bahn. Ein Wasser- oder gar Eisfilm bedeutet aber eine dampfdichte Schicht, d. h. es findet gar keine Abführung der Luftfeuchtigkeit durch Dampfdiffusion mehr statt. Das war während der vier Wochen dauernden strengen Frostperiode im Februar 2012 der Fall.
Auch bei etwa gleichem Innen- und Außenklima findet praktisch kein Feuchtigkeitstransport statt, da eine zu geringe Druckdifferenz besteht. Das ist die Situation schon während eines „normalen“, nasskalten Winterwetters.
4 Unzureichende Bautrocknung im Dachspitz als Schadensursache
Die Rohbaufeuchte im Dachaufbau und im Dachspitz konnte also nicht schnell genug durch Dampfdiffusion entweichen, als dass der Dachstuhl schadensfrei geblieben wäre. Das ungewöhnliche Wetter vom Aufrichten des Dachstuhls bis Anfang März – sonnig mit einer langen, strengen Frostperiode – verstärkte die vorbeschriebenen Wechselwirkungen.
Der Dachspitz war von Anfang Dezember bis Ende März unzugänglich, weil die Dampfbremse an der Unterseite der Kehlbalkendecke – an sich richtig – über die ganze Decke gezogen worden war, um das schadensträchtige Eindringen von Rohbaufeuchte aus den unteren Geschossen durch die Öffnung der noch einzubauenden Einschubtreppe in den Dachspitz zu vermeiden. Das hatte aber zur Folge, dass der abgeschottete Dachspitz weder gelüftet noch künstlich entfeuchtet wurde.
Wegen des fehlenden Lüftens bzw. fehlender Bautrocknung wurde die hohe Luftfeuchtigkeit unterhalb der Unterdachbahn im Dachspitz zu langsam abgeführt. Doch Schimmelpilze „können sich auch auf trockenem Holz entwickeln, wenn sich auf der Oberfläche aufgrund erhöhter Luftfeuchte bzw. Baufeuchte eine höhere Feuchte einstellt“ [2].
Die relative Luftfeuchtigkeit erreichte Werte über 80–90 %, die für die Auskeimung von Schimmelpilzsporen auf dem Bauholz ausreichten. Die Gleichgewichtsfeuchte des Bauholzes bei diesem Klima beträgt etwa 20–21 %, wie nach dem Öffnen des Dachspitzes auch gemessen wurde.
5 Auswahl der Dampfbremse als Schadensursache
Während der Dachspitz und der Dachaufbau über dem Dachgeschoss bei sonnigem Wetter erwärmt wurden, blieb das Dachgeschoss selbst aufgrund der Wärmedämmung zwischen den Sparren und der Kehlbalken wesentlich kühler. Im Februar 2012 während des strengen Frostes muss es im Dachgeschoss wegen mangelnder Beheizung und Belüftung kälter und feuchter gewesen sein als im Dachspitz und im Dachaufbau. Dadurch setzte eine Umkehrdiffusion ein. Damit ist gemeint, dass der beschriebene Diffusionsstrom von warm nach kalt nun vom erwärmten Dachspitz bzw. der Dachfläche in Richtung des kälteren Dachgeschosses führte.
Die Feuchtigkeit reicherte sich in der Wärmedämmung von Dachaufbau und Kehlbalkendecke an. Diese hohe Luftfeuchtigkeit führte wieder zu Schimmelpilzbefall an den Sparren, den Kehlbalken und den Pfetten direkt oberhalb der Kehlbalkendecke.
Die Feuchtigkeit traf dann weiter auf die kalte, relativ dampfdichte Dampfbremse mit einem sd-Wert von > 100 m und kondensierte dort aus. In DIN 4108-3 [10] steht dazu in der Einleitung:
„Die Möglichkeit der raumseitigen Tauwasserbildung aus einströmender Außenluft in den Innenraum (Sommerkondensation) oder die Umkehrdiffusion bei besonnten Bauteilen ist im Einzelfall zu beachten.“
Die beobachteten Wasserpfützen bestanden aus der auf der Dampfbremse auskondensierten Luftfeuchtigkeit.
Die Sparren und Kehlbalken, unter denen die Dampfbremse direkt befestigt war, nahmen das Kondenswasser auf und durchnässten. Diese Hölzer entwickelten ein intensives flächiges Pilzmycel. Die Probenuntersuchung wie auch die Holzfeuchtemessungen ergaben an diesen Stellen die höchsten Werte.
Die Dampfbremse mit einem konstanten, hohen sd-Wert von >100 m verhinderte, dass durch die Umkehrdiffusion eine Rücktrocknung der Rohbaufeuchte in den Innenraum stattfinden konnte.
6 Verarbeitung der Dampfbremse als Schadensursache
Bei diesem Bauvorhaben wurde nach der Montage der Dampfbremse keine Messung der Luftdichtheit vorgenommen. Die Wärmedämmung und die Dampfbremse wurden entfernt, bevor deren Ausführungsqualität begutachtet werden konnte. Aus den noch vorhandenen Resten war es nicht mehr möglich, eine Einschätzung des Schadenspotentials der Ausführungsqualität mit hinreichender Sicherheit vorzunehmen.
Autorin: Dipl.-Ing (FH) Barbara Hammes, öbuv Sachverständige für Schäden an Gebäuden, insbesondere im Holzhausbau
Literatur und Quellen
- [1] Gann Hydromette 4050, Sonde M20, dielektrisches Messverfahren, Werte bei max. 17 mm Eindringtiefe in Masse%
- [2] DIN 68800-1:2011-10 Holzschutz –Teil 1: Allgemeines
- [3] Köhnke, E. U.: Probleme mit den Schimmelreitern, in: Holzbau 4/2010
- [4] Viitanen, H.: Schimmelpilzwachstum auf Holz, in: Holzbau 4/2010
- [5] Köhnke, E. U.: Kondensat = Schimmelpilz = Ärger, in: Holzbau 4/2010
- [6] Hankammer/Lorenz: Schimmelpilze und Bakterien in Gebäuden. Köln 2003
- [7] sd-Wert (µ * s): Wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke in m.
- [8] Moll bauökologische Produkte GmbH: Berechnung des Bauschadensfreiheitspotentials von Wärmedämmkonstruktionen im Holzbau. Schwetzingen, Mai 2005
- [9] Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl µ als dimensionslose Größe
- [10] DIN 4108-3:2001-07 Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden – Schutz vor klimabedingter Feuchte
- [11] Künzel, H.: Problemlösungen für schwierige bauphysikalische Sanierungen: Variable Dampfbremse – Fallbeispiele. Baufachtagung 2001 Hannover
- [12] Colling, F.: Lernen aus Schäden im Holzbau. Ursachen – Vermeidung – Beispiele. DGfH Innovations- und Service GmbH, München 2000
- [13] Kehl, D.: Pilzmodelle – Ist der Befall vorhersehbar?, in : Holzbau 1/2011
- [14] DIN 68365:2008-12 Schnittholz für Zimmererarbeiten – Sortierung nach dem Aussehen – Nadelholz.
- [15] Tielke, B.: Schimmelpilzbefall im Dachstuhl, in: Holzbau 4/2012