Wasserdampfdiffusion und Behaglichkeit

Die Wasserdampfdiffusion findet in einer Wohnung ohne unser Zutun, mal mehr, mal weniger, aber ununterbrochen statt. Beteiligt ist der in der Luft befindliche Wasserdampf, die Raumluftfeuchte. Bei der Diffusion handelt sich um einen Vorgang, bei dem die für uns unsichtbaren Wasserdampfmoleküle verschiedene Bauteile des Hauses durchdringend auf Wanderschaft gehen. Sie machen vor kaum einem Baustoff halt. Einzige Voraussetzung: Genügend viele Wasserdampfmoleküle auf der einen, und wenige auf der anderen Seite. Um eine Durchwanderung zu bremsen, kann eine Dampfbremse angewendet werden. Doch dazu später.

Dampfdiffusion

Bei der Diffusion bewegen sich Wasserdampfmoleküle durch ein Baumaterial. Angetrieben wird dieser Vorgang durch einen Konzentrationsunterschied. Dieser bewirkt eine Wanderung der Moleküle von einem Gebiet hoher Konzentration zu einem Gebiet geringerer Konzentration. Da Wasserdampfmoleküle im Gegensatz zu Molekülen anderer Luftbestandteile sehr klein sind, ist der Vorgang nicht an einen Luftaustausch gebunden. Die Diffusion vollzieht sich so lange, bis der Konzentrationsunterschied ausgeglichen ist.

In einem Haus mit warmer Luft im Inneren und kalter Luft außerhalb findet die Wanderung in der Regel von innen nach außen statt, z. B. durch die Außenwand. Das ist im Winter regelmäßig so, weil in beheizten Räumen die Anzahl der Wasserdampfmoleküle sehr viel größer ist als in der kühlen Außenluft. Deshalb daher interessieren uns die Auswirkungen der Wasserdampfdiffusion überwiegend für den Winterfall.

Auch im Sommer kann es zu einer Wasserdampfdiffusion kommen. Allerdings erfolgt der Prozess im Gegensatz zum Winter von außen nach innen. Der seltene Fall tritt jedoch nur auf, wenn die Außenluft sehr warm ist und viel mehr Wasserdampfmoleküle beinhaltet als die Innenraumluft. Im Sommer ist auch die sogenannte Sommerkondensation möglich. Sie tritt auf, wenn im Frühjahr massive Wandabschnitte noch recht kühl sind und warme, feuchte Außenluft über kühle Wandabschnitte streift. Oft wird dieser Vorgang an unbeheiztem massivem Mauerwerk, z. B. an Treppen, Kellereingängen usw., beobachtet.

#Welches Material lässt Wasserdampfdiffusion zu?

Wasserdampf wandert durch Bauteile bzw. Baustoffe, die Diffusionsvorgänge zulassen. Dazu gehören massive wie leichte Außenwände unterschiedlicher Materialien, Gipskarton, Holzbalken und Holzwerkstoffe, Decken, Dämmungen aller Art im Dachgeschoss, aber auch Kunststoffrahmen von Fenstern und Türen u.a.m. Selbst Styropor (EPS-Dämmung) lässt entgegen mancher Annahme Wasserdampf mit geringem Widerstand passieren. Bleche, glasierte Klinker, Schaumglas, Glasscheiben und bestimmte Kunststofffolien dagegen lassen kaum oder keine Diffusion zu.

Die Geschwindigkeit, mit der sich der Ausgleich der Wasserdampfkonzentrationen vollzieht, ist materialabhängig. Sind die Strukturen des Materials "grobmaschig", wie z. B. bei Mineralwolle, kann sie der Wasserdampf leicht und rasch durchdringen (der Diffusionswiderstand ist hier niedrig). Bei engmaschigem Material, z. B. bei Beton, wird der Diffusionsvorgang gebremst. Es gelangen nur wenige Moleküle sehr langsam auf die andere Seite der Konstruktion (der Diffusionswiderstand ist hoch).

Alle am Bau beteiligten Materialien haben einen mehr oder weniger hohen Diffusionswiderstand, der Ausdruck in der dimensionslosen Diffusionswiderstandszahl µ (my) findet. Mineralfaserdämmung (MF) hat bspw. den µ-Wert 1 und Holz den µ-Wert 40. Holz hat also einen 40-fach höheren Diffusionswiderstand als Mineralwolle.

Allerdings ist die Dampfdiffusions-Widerstandszahl µ (my) auch abhängig vom Feuchtegehalt des Baustoffes. Sie wird in Übersichten für trockene Bedingungen (rel. Luftfeuchte < 50 %) angegeben. Dies ist in vielen Anwendungsfällen aber nicht praxisgerecht. Im Winter liegt die relative Luftfeuchtigkeit in Wohnräumen ohne Lüftungsanlage, mit Zentralheizung und dichten Fenstern meist über dem Wert von 50 %. Bei höheren Feuchtigkeitswerten steigt auch der Diffusionswiderstand.

In der Baupraxis hat zusätzlich zur Dampfdiffusions-Widerstandszahl die Schichtdicke der Baustoffe eine Bedeutung. Sie wird mit der Dampfdiffusions-Widerstandszahl µ multipliziert und bildet so den Dampfdiffusionswiderstand. Er wird in Metern angegeben. Je kleiner der Diffusionswiderstand ist, umso rascher erfolgt der Konzentrationsausgleich des Wasserdampfes.

#Welche möglichen Auswirkungen hat die Wasserdampfdiffusion?

Die generelle Auswirkung der Wasserdampfdiffusion ist - bis zum Ausgleich - die Verringerung der Dampfkonzentration auf der einen und eine Zunahme auf der anderen Seite. Im Wohnraum würde sich also die Dampfkonzentration verringern, was gleichbedeutend ist mit einer Reduzierung der messbaren Raumluftfeuchte.

In beheizten Räumen kommt es durch Diffusion aber kaum zu einer größeren Reduzierung der Raumluftfeuchte, da in Innenräumen immer wieder neuer Wasserdampf hinzukommt (Atmung, Wäsche trocknen, Essen kochen, Blumen gießen, Reinigung usw.). Eine deutliche Minderung der Raumluftfeuchte ist nur durch aktive Lüftungsvorgänge möglich. Der Anteil der Verringerung der Raumluftfeuchte durch Diffusion beträgt nur etwa 2 bis 5 % der erforderlichen Menge. Wohnungen, die über eine Lüftungsanlage verfügen, sind hier klar im Vorteil.

ausführlich in energytools.de: Lüften lernen Link: www.energytools.de/raumklima-und-frische-luft/lueften-lernen

Normalerweise vollzieht sich die Wasserdampfdiffusion sowohl im Winter als auch im Sommer, ohne Schäden zu hinterlassen. Problematische Auswirkungen sind im Winter möglich, wenn lange sehr viele Wasserdampfmoleküle in der Raumluft sind. Das ist der Fall, wenn wir im beheizten Innenraum eine kritisch hohe Raumluftfeuchte von über 60 % bei einer Raumtemperatur von mehr als 20 °C über mehrere Tage messen.

Dann kann die Diffusion im Winter zu einer Durchfeuchtung der Wand führen. Ursachen sind neben der hohen Luftfeuchte vor allem der Temperaturabfall in der durchwanderten Wand, da es im Winter in der Wandkonstruktion von innen nach außen kühler wird. Im Bereich des sogenannten Taupunktes verbinden sich abkühlende Dampfmoleküle zu Wassertropfen. Das führt zur Durchfeuchtung, die die Wand weiter abkühlt. Die Oberflächentemperaturen sinken und die thermische Behaglichkeit verschlechtert sich.

Tröpfchenbildung innerhalb von Baustoffen ist unschädlich, wenn bestimmte Grenzwerte nicht überschritten werden. Zudem muss das Bauteil in der Lage sein, seine hohen Feuchtigkeitswerte wieder loszuwerden. Diesen Prozess nennen wir Rücktrocknung. Rücktrocknung sollte in beide Richtungen möglich sein. Rücktrocknung geht einher mit einer Verbesserung der wärmedämmenden Eigenschaften des Bauteils und einem Anstieg der Oberflächentemperatur.

Ein Schlüssel zum Verständnis des Schadenspotentials der Diffusion sehe ich in der Tatsache, dass die von der Luft bzw. von Bauteilen aufnehmbare Menge gasförmigen Wassers temperaturabhängig ist. Steigt die Temperatur, kann mehr Wasserdampf aufgenommen werden. Fällt die Temperatur, wird Wasserdampf bei Erreichen der Sättigungsgrenze in Form von Tröpfchen ausgeschieden. Wird die Maximalmenge aufnehmbaren Wasserdampfes erreicht, spricht man vom Taupunkt.

Dieser Vorgang wird für uns nur außerhalb einer Wand sichtbar, wenn der Spiegel beschlägt oder sich Tröpfchen auf der Glasscheibe eines Fensters bilden. Das "Beschlagen" der Wand findet aber meist innerhalb dieser statt, wodurch wir den Entstehungsprozess von Tauwasser nicht erkennen können.

Doch auch bei winterlicher Beheizung vollzieht sich die Molekülwanderung durch die Außenwand meist ohne problematische Tauwasserbildung, sofern die Luftfeuchtigkeit in der Raumluft auf unter 55 % begrenzt wird. Die Trocknung ist in beide Richtungen möglich, sofern weder innen noch außen eine Schicht mit einem sehr Diffusionswiderstand (Folien, Farben, Bleche u.a.m.) aufgebracht ist.

Eine andere Situation haben wir vor uns, wenn wir eine Diffusion von Wasserdampfmolekülen durch einen Wärmedämmstoff betrachten (z.B. im ausgebauten Dachgeschoss). Hier kann im Winter trotz normaler Luftfeuchtewerte unter 55 % eine kritische Tauwassermenge im Dämmstoff entstehen. Deshalb sind hier von den Eigenschaften des jeweiligen Dämmstoff abhängige Konstruktionen mit einer Dampfbremse auszuführen.

#Verschlechtert eine Dampfbremse die Behaglichkeit?

Eine Dampfbremse kann den Zustrom von Wasserdampfmolekülen in gedämmte Konstruktionen bremsen und so eine zu große Konzentration verhindern. Ob sie immer erforderlich ist, unter welchen Bedingungen auf sie verzichtet werden darf, wie sie beschaffen sein muss und wo sie hingehört, ist eine der am häufigsten gestellten Fragen in der Energieberatung. Sehen wir uns die Sache daher etwas genauer an.

Eine Dampfbremse wirkt wie eine Gitterstruktur, die durch eine enge Maschenweite dafür sorgt, dass Wasserdampfmoleküle nur langsam und in geringer Menge hindurch kommen.

Soll der Wasserdampftransport vollständig unterbunden werden, spricht man von einer Dampfsperre. In diesem Fall ist die Maschenweite des Gitters so klein, dass kein Wasserdampfmolekül mehr hindurchpasst. Solche Dampfsperren, die eigentlich dafür geschaffen wurden, eine Durchfeuchtung zu verhindern, verursachen aber immer wieder Probleme. Und zwar dann, wenn Wasserdampfmoleküle auf "Schleichwegen" an der Sperrschicht vorbei oder durch Lecks und Schluderei in die Konstruktion gelangen.

Einen anderen Weg nach innen nehmen Wasserdampfmoleküle als "Passagier" mit dem Baustoff, z. B. durch den Einbau von nassem Bauholz. Dabei kann eine kritische Durchfeuchtung entstehen, denn eine Dampfsperre lässt die Rücktrocknung nicht im erforderlichen Maße zu. Der Wasserdampf wird eingesperrt.

Zurück zur Dampfbremse. Um einigen Konstruktionen mit Dämmstoffen eine zu hohe Zahl von Wasserdampfmolekülen zu ersparen, kann eine Dampfbremse "vorgeschaltet" werden. Sie ist immer auf der warmen Seite der Konstruktion (also innen) einzubauen. So wird z. B. bei einer Innendämmung oder einer Dämmung der Dachschräge mit Mineralwolle (µ = 1) eine Dampfbremse erforderlich. Eine Innendämmung mit Schaumpolystyrol kann dagegen ohne separate Dampfbremse ausgeführt werden, weil das Material selbst schon eine ausreichend große dampfbremsende Wirkung (µ = 20 bis 40) besitzt.

Vorteile besitzen feuchtevariable Dampfbremsen, die ihren Wasserdampfdiffusionswiderstand an die Bedingungen anpassen können. Bei hoher Raumluftfeuchtigkeit (viele Wasserdampfmoleküle) haben sie einen vergleichsweise hohen Diffusionswiderstand, bei niedriger Raumluftfeuchte geht der Diffusionswiderstand zurück. Dadurch kann eine Rücktrocknung bzw. Rückdiffusion sowohl nach außen aber auch zur Raumseite hin erfolgen. Das verringert die Gefahr einer Durchfeuchtung mit negativem Einfluss auf die Behaglichkeit.

#Beeinflusst eine Dampfbremse die Raumluftfeuchte?

Dampfbremsen haben nur einen sehr geringen quantitativen Einfluss auf die Höhe der Raumluftfeuchtigkeit im Wohnraum. Entscheidend wird die Raumluftfeuchte nur durch den Luftwechsel durch Lüftung verändert. Die richtig geplante und luftdicht verlegte Dampfbremse hält aber wärmegedämmte Konstruktionen trocken. Indirekt ist daher der Einfluss von Dampfbremsen auf die Behaglichkeit erheblich.

Wasserdampf kann verschiedene Materialien (z. B. Porenbeton/Hochlochziegel oder Kalksandstein) unterschiedlich gut durchdringen. Werden Baustoffe zu Bauteilen kombiniert, z. B. die Außenwand mit einer zusätzlichen Dämmschicht versehen, wird der resultierende Wasserdampfstrom mehr oder weniger gebremst.

Aus der Grafik geht hervor, dass der Wasserdampfstrom durch eine ungedämmte Normalziegelwand etwa 0,36 g/m²h (Gramm pro ² und Stunde) erreicht. Eine äußere Wärmedämmung mit etwa 8cm Dämmstoff bremst den Dampftransport auf etwa 0,22 g/m²h ab. Bei einer Innendämmung geht der Wasserdampfstrom sogar auf 0,01 g/m²h zurück. Insofern beeinflussen zusätzliche Baustoffe, die als Dampfbremsen wirken, die Höhe der Raumluftfeuchtigkeit, wenn auch im geringen Maße.

Noch vor wenigen Jahren glaubte man, dass der Diffusionsvorgang die Raumluftfeuchte auf ein vertretbares Maß reduzieren kann. Heute ist in der Bauphysik unumstritten, dass der Luftaustausch durch Lüftung eine quantitativ bedeutendere Rolle spielt. Bitte lesen Sie dazu "Was ist mit der Wandatmung?".

#Mein Fazit

• In einem Haus mit warmer Luft im Inneren und kalter Luft außerhalb findet die Diffusion von innen nach außen statt. Eine kritische Wasserdampfansammlung kann nur im Winter stattfinden.
• Baustoffe haben unterschiedliche Diffusionswiderstände, sodass die Wanderung von Wasserdampf ungehindert oder gebremst stattfinden kann.
• Kommt es in der durchwanderten Schicht zu einer gravierenden Tröpfchenbildung, wird das Bauteil von innen feucht. Dann verringert sich die Oberflächentemperatur der Wand, die wärmedämmenden Eigenschaften verschlechtern sich und die thermische Behaglichkeit sinkt.
• Um die Diffusion zu bremsen, kann eine Dampfbremse eingesetzt werden. Sie wird immer auf der warmen Seite der Konstruktion angebracht. Deren dampfbremsende Wirkung sollte niemals so hoch sein, dass eine Rücktrocknung zum Raum unmöglich wird.
• Fehler, die bei der Planung von Dampfbremsen gegen übermäßige Dampfdiffusion gemacht werden, wirken sich meist gering aus. Mängel, die bei der Ausführung der Luftdichtheit der Dampfbremse zugelassen werden, können dagegen das Risiko einer Durchfeuchtung gravierend erhöhen.
• Mehr dazu finden Sie im Dampfbremse, Diffusion und Luftdichtheit, Link: www.energytools.de/hausbau-und-erneuerung/bauteile-und-konstruktionen/dachdaemmung-und-dachbodendaemmung/dampfbremse-und-diffusion