OEKO-ID Innendämmungen zur thermischen Gebäudeertüchtigung – Möglichkeiten und Grenzen ökologischer, diffusionsoffener Dämmsysteme

Projektverlauf

Das Projekt war entlang folgender Arbeitspakete strukturiert: 

AP 1   Literaturrecherche, Ökologische Bewertung und Auswahl Dämmsysteme

AP 2   Planung Versuchsgebäude und Konzeption Messtechnik

AP 3   Adaptierung Versuchsgebäude

AP 4   Installation Messtechnik und Applikation Dämmsysteme

AP 5   Betrieb Versuchsgebäude und hygrothermische Messungen

AP 6   Bestimmung Materialkennwerte

AP 7   Hygrothermische Simulationsberechnungen

AP 8   Mikrobiologische Untersuchungen und Methodenentwicklung

AP 9   Dissemination

AP 10 Projektsteuerung und Berichtswesen

Ergebnisse

1) Technologische und ökologische Bewertung der Dämmsysteme

Die fünf unterschiedlichen Dämmsysteme konnten durch den Einbau in einem einzigen Raum, über die erlangten baupraktischen Erfahrungen und die Probenentnahmen vor Ort, direkt und unter gleichen Konditionen verglichen werden. Die Räumlichkeiten und vorgefundenen Konstruktionen erwiesen sich der Aufgabenstellung entsprechend repräsentativ.

Die ausgewählten Dämmsysteme wurden entsprechend festgelegter Verarbeitungs-, Gesundheits-, Brandschutz- und ökologischer Kriterien verglichen. In technologischer Hinsicht erwiesen sich zwei Dämmsysteme aus unterschiedlichen Gründen als weniger empfehlenswert. Der Wärmedämmputz konnte vor allem aus Gründen der Ein- bringung die vom Hersteller angegebenen Werte nicht erreichen. Die Abweichung in der Wärmeleitfähigkeit legt die Vermutung nahe, dass die zugesicherten Materialeigenschaften von Putzen mit den vorliegenden, dämmenden Zuschlagstoffen in Abhängigkeit von der Förderhöhe nicht garantiert werden können. Außerdem dauerte die Austrocknung sehr lange und der Raumverlust ist durch die größere Dämmstärke am größten. Das plastische Aufbringen auf unebenen Oberflächen und die maschinelle Verarbeitung birgt jedoch Potential für die Zukunft.

Bei der aufgespritzten Zellulosedämmung ist die Art der Einbringung und die Schwierigkeiten in Details, wie Fensterleibungen, zu bemängeln und erscheint diese für bewohnte Objekte wegen der Staubentwicklung derzeit als weniger praktikabel. Die Unabhängigkeit von unebenen Oberflächen kann wiederum als positiv vermerkt werden. Die Verarbeitung der anderen Dämmsysteme Schilf, Perliteplatte und Holzweichfaserplatte war unproblematisch.

Hinsichtlich der ökologischen Bewertung schnitt die Schilfdämmung ausgesprochen gut ab, hier wurde sogar ein negativer OI3-Index festgestellt. Der OI3-Index der Zellulosedämmung und der Holzweichfaserplatten war ebenfalls günstig. Besonders wegen des höheren Einsatzes an Primärenergie bei der Herstellung schlossen der Wärmedämmputz und die Perliteplatten mit dem höchsten OI3-Index ab.

Abschließend wurde der Rückbau und die sortenreine Entsorgung der eingesetzten Bausysteme dokumentiert, wobei die im Projekt anfallenden geringen Massen einer wirtschaftlichen, sortenreinen Trennung entgegenstanden. Die Schilfplatten und der Wärmedämmputz ließen sich besonders einfach rückbauen. Die Zellulosedämmung, Perlite- und Holzweichfaserplatten hafteten sehr stark an den Bestandsoberflächen. 

Generell gilt für geplante Innendämmmaßnahmen, dass die Analyse des Bestandes und der verwendeten Materialien individuell für jedes Bauwerk systematisch zu erstellen ist und die verwendeten Methoden auf die vorgefundene Situation anzupassen sind. Die grundlegenden Voraussetzungen für eine dauerhafte Sanierung sind die Begutachtung des Zustandes der Holzbalkenköpfe, gegebenenfalls die Herstellung einer diffusionsoffenen Innenoberfläche des Putzes durch Abscheren der Farbschichten, der konvektionshemmende Verschluss der Balkentaschenöffnungen und eine schlagregendichte und diffusionsoffene Außenwandoberfläche.

Ein Vergleich von Berechnungsereignissen zum Heizenergie-Einsparpotential ergab, dass die Verwendung offizieller „Baubook“-Materialkennwerte zu einer zu hohen Einschätzung des möglichen Einsparpotentials führen kann. Mit den offiziellen Werten wurde das Heizenergie- Einsparpotential gegenüber den realen Werten um über 10 % überschätzt.

2) Bestimmung der Materialeigenschaften

Alle Materialien der Dämmsysteme und die maßgeblichen Bestandsmaterialien wurden am Bauphysikalischen Forschungs- und Entwicklungslabor des Instituts für Bauklimatik (TU Dresden) eingehend untersucht. Die erhobenen Daten beschreiben die hygrothermischen Eigenschaften der Materialien und sind geeignet für Simulationen mit der Software Delphin5 auf wissenschaftlichem Niveau. Dabei wurden Abweichungen zu Angaben der Materialhersteller festgestellt. Nicht untersucht wurden von den Dämmsystemen die dünne Putzschicht des Wärmedämmputzes und der Lehmkleber bzw. Oberputz der Holzweichfaserplatten. In den Simulationen werden stattdessen die Daten des Klebers der Schilfdämmplatten verwendet bzw. ein vorhandenes Material aus der Delphin5-Datenbank.

3) Mikrobiologische Untersuchungen und Methodenentwicklung

Die Ergebnisse dieses Projektteiles zeigen, dass aufgrund der durchgeführten Untersuchungen:

• Bestimmung der Keimzahlen durch klassische Kultivierungsversuche,
• Optimierung der DNA-Isolierung und anschließende Messung der DNA-Konzentrationen aus den Proben, und
• der detaillierten quantitativen molekularen Analyse zur Bestimmung der Pilzanzahl in den Proben 

die getesteten Dämmsysteme eine sehr unterschiedliche biologische Affinität und Aktivität aufweisen: 

• Aus mikrobiologischer Sicht ist der Wärmedämmputz am unbedenklichsten und stellt ein sehr feindliches Habitat für Pilze dar. Dieser Dämmputz erzielte bei allen Untersuchungen die besten Ergebnisse: nur sehr wenige Pilze konnten auf diesem Material kultiviert werden; die isolierten DNA-Mengen waren am Geringsten und es wurde auch die niedrigste biologische Aktivität mittels qPCR festgestellt.
• Die Aufspritz-Zellulose, Perliteplatte und Schilfplatte mit Lehmputz folgen dem Thermosilitputz, wobei eine genaue Abstufung schwierig ist, da jedes Material bei den un- terschiedlichen Versuchen seine Stärken und Schwächen zeigte. Aufgrund der real-time PCR-Ergebnisse von den Proben der dritten Probenentnahme sind die Aufspritz-Zellulose und die Perliteplatte gegenüber der Schilfplatte mit Lehmputz in der praktischen Anwendung leicht zu favorisieren, da sie keine signifikante Aktivitätssteigerung aufgrund der erhöhten Raumluftfeuchte im dritten Winter zeigten.
• Das aus mikrobiologisch-hygienischer Sicht am Wenigsten geeignete Dämmsystem ist die Holzweichfaserplatte. Dieses Material zeigte die mit Abstand höchsten Kolonie-Bildenden-Einheiten. Es konnte eine sehr große DNA-Menge isoliert werden, in der an- schließend die größte mikrobielle Aktivität in Form von Pilzen festgestellt wurde. 

In diesem Projekt wurde erfolgreich gezeigt, dass molekularbiologische Methoden auch für baubiologische Untersuchungen angewendet werden können. Dieser moderne Methodenansatz bietet große Vorteile gegenüber der klassischen Detektion von Mikroorganismen mittels Kultivierungsversuchen. Es werden nur sehr geringe Probenmengen benötigt (Milligramm-Bereich) wodurch eine minimal-invasive Entnahme am Beprobungsort möglich ist. Die Analyse- zeit ist wesentlich geringer als bei Kultivierungsversuchen wie auch die Selektivität des Verfahrens. Mit Hilfe von klassischen Kultivierungsversuchen kann nur ein kleiner Bruchteil der tatsächlich vorhandenen Bakterien und Pilze erfasst werden. Schnelle und sensitive molekulare DNA-Techniken, die hauptsächlich PCR-basiert sind, ermöglichen die Identifizierung der kompletten Diversität an Mikroorganismen ohne vorhergehende Kultivierung. 

Der erste Schritt für eine erfolgreiche und komplette Analyse einer Mikroflora ist die Wahl einer am besten für das jeweilige Material geeigneten DNA-Isolierungsmethode. Diese Methode soll die effektive Lyse aller Zellen und Sporen garantieren und eine qualitativ hochwertige DNA mit wenigen Verunreinigungen liefern, um weitere molekulare Analysetechniken zu ermöglichen und in weiterer Folge auch aussagekräftige und korrekte Ergebnisse zu liefern. Für diesen Zweck wurden im Rahmen dieses Projektes verschiedene DNA-Extraktionsmethoden verglichen. Als optimale Methode für die Isolierung von DNA aus Baumaterialien erwies sich der FastDNA® SPIN Kit for Soil. Diese Methode erlaubt eine effiziente Isolierung von DNA aus verschiedensten Baumaterialien und konnte in weiterer Folge erfolgreich für alle untersuchten Dämmsysteme angewendet werden.

4) Hygrothermische Vorortmessungen

Die aus der Nutzung bedingte Luftfeuchtebelastung war im ersten Winter 2010/11 sehr niedrig. Durch Luftbefeuchter, verschiedene Abdichtungsmaßnahmen der inneren und äußeren Raumhüllen und durch die Zusammenarbeit mit den Nutzerinnen konnte die Raumfeuchtebelastung im zweiten Winter auf ein „übliches“ Niveau erhöhat und im letzten Winter 2012/13 eine sehr hohe Raumfeuchtebelastung erzielt werden.

Aufgrund hoher Einbaufeuchte und wegen des zeitlich unterschiedlichen Auftrags einzelner Schichten benötigten die Zellulosedämmung und der Wärmedämmputz eine relativ lange Zeit zum Austrocknen. Im Fall des Wärmedämmputzes zog sich diese bis in den zweiten Winter hin. Die Dämmsysteme mit Schilf, Holzweichfaser- und Perliteplatten zeigten hierbei ein günstigeres Verhalten. Nach dem Austrocknen der Einbaufeuchte erwies sich der Wärmedämmputz jedoch als sehr günstig, da hier mit die niedrigsten Feuchtebelastung in der Dämmung gemessen wurden. In der Zellulosedämmung dagegen entstand bei hoher Raumfeuchtebelastung immer wieder Kondensat bzw. 100 % Luftfeuchte.

Die Abdichtung der Auflagertaschen bewirkte eine niedrigere Feuchtebelastung im Balkenauflager. Nur am Ende der Auflager wich die Feuchtebelastung signifikant voneinander ab. Obwohl am Ende der Auflagertaschen, also in nur wenigen Zentimeter Entfernung vom Stirnholz teilweise über einen längeren Zeitraum hinweg 100 % relative Luftfeuchte gemessen wurden, war die gemessene und temperaturkorrigierte Holzfeuchte nach dem Abtrocknen der Einbaufeuchte mit maximal 16 M-% Holzfeuchte in einem unproblematischen Bereich. Mit Ausnahme des Balkens im Feld mit Wärmedämmputz, in dem zu Beginn bis zu 19 M-% gemessen wurden, reagierten alle Holzbalken relativ träge auf klimatische Einwirkungen.

Wenn auf der Hauptwetterseite eine ausreichende Schlagregendichtheit gewährleistet ist, ist der Einbau der Innendämmsysteme demnach als unkritisch anzusehen. Wegen der besonders unkritischen Werte und wegen des höheren Einsparpotentials empfiehlt sich hier die Perliteplatte und mit Abstrichen die Holzweichfaserplatte. Die „konvektionshemmende“ Abdichtung der Auflagertaschen unterhalb der Einschnittdecke wird empfohlen, wenngleich mit weniger aufwändigen Maßnahmen als die in dem Projekt realisierten.

Obwohl die zum Teil sehr hohen Raumluftfeuchten im letzten Winter einen gewissen Sicher- heitsfaktor bedeuten, dürfen die insgesamt unkritischen Messergebnisse zum derzeitigen Zeitpunkt nicht verallgemeinert werden. Denn andere projektspezifische Besonderheiten begünstigten das positive und unkritische Gesamtergebnis zum Thema Holzbalkendecken und Innendämmung, beispielsweise der wenig wärmeleitfähige, aber sehr flüssigwasserleitende Ziegel, die relativ dicke Außenwand und der geringe Einfluss von Schlagregen.

5) Hygrothermische Simulationen

Die vor Ort erhobenen Messdaten konnten mittels der zweidimensionalen, hygrothermischen Software Delphin5 nachvollzogen werden. Durch umfangreiche Material- und Klimamessungen liegen vergleichsweise detaillierte Informationen vor. Die Temperaturkorrektur der Holzfeuchtemessdaten wird erläutert. Durch Messungen und Simulationen konnte gezeigt werden, dass Schlagregen keinen relevanten Einfluss auf die Messdaten ausübt. Das Vorgehen bei den Simulationen und der Umgang mit den Permeabilitäten der Konstruktionen und Materialien werden aufgezeigt sowie Beispiele zur Nachrechnung der Messdaten dargelegt. Bei bloßer Zuweisung aller verfügbaren Daten und Informationen sowie „üblicher“, rein hygrothermischer Modellierung ist am „schwierigsten“ Messpunkt, im Luftraum des Balkanauflagers, kaum ein Zusammenhang zwischen Messung und Simulation erkennbar. Dies ist der Komplexität des Details und Einflüssen vor Ort geschuldet, beispielweise undichten, nicht ausgefüllten Mauerwerksfugen mit zum Teil ausgewaschenem Mörtel. Auch ein einfaches, zusätzliches Modell mit Luftwechselraten zwischen Umgebungsklima und der Luft im Balkenauflager lässt kaum Verbesserungen erkennen. Erst die Einbeziehung von Luftströmungen weist in die richtige Richtung. Die Simulationen werden im Rahmen einer Dissertation weiter geführt.

6) Dissemination

Bereits während der Laufzeit des Projektes wurde eine konstant hohe Anzahl von Vorträgen gehalten sowie Publikationen verfasst, was beweist, dass das Forschungsprojekt OEKO-ID bezüglich der Relevanz als auch der Qualität ein ungebrochenes Interesse weckt. Neben deutschsprachigen Fachzeitschriften hatten auch Bemühungen zur Veröffentlichung in internationalen Wissenschaftszeitschriften Erfolg.

Die Nachfragen im Anschluss an Präsentationen konzentrierten sich oft um die Abdichtung der Auflagertaschen sowie um die Thematik, ob im Bereich zwischen den Deckenbalken gedämmt werden solle oder nicht bzw. wie in Regionen mit hoher Schlagregenbeanspruchung vorgegangen werden solle.

Downloads

• OEKO-ID-Endbericht-web.pdf