Kondensation und Feuchtigkeit

Wodurch und wann entstehen Kondensation und Feuchtigkeitsansammlung in der Gebäudehülle?

Gilles Mugnier

Es ist mittlerweile möglich, Gebäude zu realisieren, die in puncto Material, Luftaufbereitung und Klimatisierung mit modernster Technik aufwarten. Dennoch bleibt die Kondensation in Gebäuden (Wände, Dächer, Fenster usw.) weiterhin ein ernstzunehmendes Problem. Der Einfluss von Kondenswasser auf der Oberfläche und Kondensation im Querschnitt von Bauteilen als Folge von Wasserdampfdiffusion führen bei diffusionsoffenen Dämmprodukten stets zu einer Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit.

Beeinträchtigt werden davon nicht nur der Deckputz (z. B. Farbe mit Blasen, nicht haftende Fliesen, Spuren von Feuchtigkeit im Laufe der Zeit), sondern vor allem auch das Befestigungssystem (z. B. durch Korrosion) und die Wärmedämmeffizienz von Dächern, Fassaden und Böden (z. B. verringerte Leistung von Dämmstoffen). Fünf Ursachen für Kondensation im Überblick.

Grundsätzlich werden im Zusammenhang mit Kondensation in Gebäuden zwei Messgrössen unterschieden: Temperatur und Luftfeuchtigkeit.

Temperatur, gemessen in °C oder K, ist eine hinlänglich bekannte Grösse. Im Freien ist sie vom Wetter abhängig. Im Inneren beeinflussen die Gebäudeluft sowie die Art und Weise wie die Luft behandelt wird (z. B. durch Heizung, Lüftung, Gebäudenutzung etc.) die Temperatur.

Unter Luftfeuchtigkeit wird die in der Luft vorhandene Menge an Wasserdampf bzw. Feuchtigkeit verstanden. Wasserdampf ist Wasser im gasförmigen Zustand. Luftfeuchtigkeit lässt sich auch als relative Feuchtigkeit während einer bestimmten Temperatur ausdrücken – d. h. die Menge des tatsächlich in der Luft vorhandenen Wasserdampfs, ausgedrückt als Prozentsatz der Gesamtmenge an Dampf, die die Luft bei gleicher Temperatur aufnehmen kann.

Abb. 1: Die Temperaturkurve

Die Temperatur sinkt nicht von jetzt auf gleich von 20 auf 0 °C. Bei jeder Art von Gebäudehülle, sei es eine hervorragend gedämmte Wand oder nur ein einfach verglastes Fenster, ist eine beliebige Temperatur zwischen 20 und 0 °C möglich - eine Temperaturkurve. Wir wissen genau, wo diese Kurve beginnt und wo sie endet. Temperaturänderungen hängen von den thermischen Eigenschaften und der Dicke, der in der Gebäudehülle verwendeten Baustoffe, ab (siehe Abb. 1).

Bei Dächern lässt sich beispielsweise bei einem 20 cm dicken Dämmstoff eine steilere Temperaturkurve feststellen als bei einer 20 cm dicken Betonplatte. Letztere ist hinsichtlich des Wärmewiderstands weniger effizient. Diese Kurve ist unabhängig von der gesamten thermischen Leistung der Gebäudehülle. Vielmehr hängt sie von den Innen- / Aussentemperaturen sowie der relativen Leistung der einzelnen Materialien selbst ab.

Je wärmer das Wetter ist, desto mehr Wasserdampf kann die Luft aufnehmen. Umgekehrt gilt auch, je kälter es ist, desto weniger Wasserdampf kann die Luft aufnehmen. Dies ist auf den sogenannten Dampfdruck zurückzuführen, der die Wasser- bzw. Wasserdampfmoleküle in der Luft zusammenhält.

Bei kalter Luft ist der maximal mögliche Dampfdruck niedriger als bei warmer Luft. Das bedeutet, dass bei warmer Luft mehr Wassermoleküle aufgenommen werden können. Wasser hat die Eigenschaft, bei zunehmender Wärme von einer Oberfläche zu verdampfen. Je höher die Lufttemperatur, desto mehr Wassermoleküle verdunsten.

Eine Sättigung der Luft liegt vor, wenn sie bei einer gegebenen Temperatur die maximale Wasserdampfmenge enthält, die sie bei exakt dieser Temperatur aufnehmen kann (z. B. wenn die relative Luftfeuchtigkeit 100 % beträgt). Oberhalb dieser Temperatur verwandelt sich Wasserdampf in Flüssigkeit (z. B. Kondenswasser).

Für jede gegebene Menge an Wasserdampf innerhalb eines gegebenen Luftvolumens gibt es eine bestimmte Temperatur, bei der die Luft gesättigt ist und bei der sich infolgedessen Kondenswasser zu bilden anfängt. Dies ist die Taupunkttemperatur.

Beispiele:

In einem Klassenzimmer, in dem die Schüler den ganzen Morgen über schwitzen und atmen (d. h. Dampf produzieren), steigen sowohl die Wasserdampfmenge in der Luft als auch die Lufttemperatur. Beim Kontakt mit der Innenseite der Fensterscheibe, deren Temperatur meist kälter ist als die Luft im Klassenzimmer, kondensiert dieser Dampf dann irgendwann.

Kondensationsprobleme auf Dächern und an Wänden (z. B. feuchte Zwischendecken, vorzeitige Korrosion, auf den Boden tropfendes Kondenswasser infolge plötzlich sinkender Aussentemperatur) sind besonders in Schulen im Winter keine Seltenheit, da diese bei kalten Aussentemperaturen nur gelegentlich einer hohen Luftfeuchtigkeit ausgesetzt sind.
Wenn heisses Wasser aus dem Warmwasserhahn austritt, erhöhen sich die Dampfmenge und die Temperatur des betreffenden Raumes, wodurch der Spiegel allmählich beschlägt.
An der Aussenseite einer aus dem Kühlschrank genommenen Flasche bildet sich im Sommer Kondenswasser.
An Wintermorgen ist unsere Windschutzscheibe des Öfteren vereist. Da die Windschutzscheibe kälter als die Aussenluft ist, kondensiert der in der Luft vorhandene Wasserdampf in Verbindung mit dem Temperaturabfall nicht nur, sondern gefriert auch bei Temperaturen unter null.

Wenn die Raumluftfeuchtigkeit durch die Wände nach aussen wandert, trifft sie zunehmend auf kältere Temperaturen und kann daher, sofern es draussen kalt genug ist, kondensieren. Dies führt zur Bildung von Kondensaten, die nicht nur die Energieeffizienz beeinträchtigen, sondern langfristig auch Wandelemente, Befestigungen etc. beschädigen können.

Abb. 2: Feuchtigkeitstransport durch eine Wand

Wenn die Wasserdampfdichte auf einer Seite einer Wand höher ist als auf der anderen, unterliegt die Wand einem partiellen Dampfdruck. Gemäss den Worten von Aristoteles, wonach die Natur das Vakuum verabscheue, und abhängig von der Dampfdurchlässigkeit einer Wand diffundieren mal grössere, mal kleinere Mengen an Wasserdampf durch eine Wand bzw. ein Bauteil, um nach draussen zu gelangen. In bestimmten Fällen besteht die Gefahr, dass der Wasserdampf auf seinem Weg nach draussen auf zunehmende Kälte stösst und dabei den sogenannten „Taupunkt“ erreicht.

Luft kann bei steigender Temperatur mehr Wasserdampf aufnehmen. Wenn die Temperatur eines Baustoffs oder der Luft sinkt, bei der die relative Luftfeuchtigkeit von 100 % erreicht ist, tritt der überschüssige Wasserdampf in Form von Kondenswasser auf. Dieser Grenzbereich wird als Taupunkt bezeichnet.

Gut gedämmte Gebäude müssen so konstruiert werden, dass die Taupunkttemperatur an und in Gebäudekomponenten nicht unterschritten wird (z. B. Vermeidung von Wärmebrücken). Die Entstehung von Kondensat und daraus resultierende Bauschäden oder Schimmelbildungen werden durch eine wärmebrückenfreie Konstruktion vermieden.

Das Mollier-Diagramm (Abb. 3) zeigt den Luftzustand in Bezug auf die Lufttemperatur und Feuchtigkeitsgehalt: Die x-Achse gibt die Temperatur und die y-Achse die absolute Luftfeuchtigkeit an. Die Kurven zeigen die relative Luftfeuchtigkeit (in %) an, die das Verhältnis des tatsächlichen Wasserdampfgehalts der Luft zu ihrer Wasserdampfkapazität (d. h. die maximale Wasserdampfmenge, die die Luft bei dieser Temperatur aufnehmen kann) darstellt. Die relative Luftfeuchtigkeit beträgt somit ca. 50 % bei einer Lufttemperatur von 0 °C (1,88 g/kg trockene Luft), aber auch bei 20 °C (7,26 g/kg trockene Luft).

Die Luftsättigungskurve ist gleichzeitig die Kurve für 100 % relative Luftfeuchtigkeit. Dies ist der Moment, an dem die Kondensation einsetzt. Beispielsweise ist die Luft bei 20 °C gesättigt, wenn die Luftfeuchtigkeit 14,7 g/kg trockene Luft beträgt. Bei 0 °C ist die Luft bereits gesättigt, wenn die Luftfeuchtigkeit 3,77 g/kg trockene Luft beträgt. Diese beiden Abbildungen veranschaulichen das mögliche Ausmass der Kondensation. Der Taupunkt ist die Temperatur, bei der die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist. Dies ist der Moment, an dem die Kondensation „einsetzt“.

Beispielsweise kommt es bei einer Dach- oder Innenwandverkleidung (Abb. 4 und 5) zur Kondensation, wenn im Winter der Wasserdampf durch die Dämmung von innen nach aussen wandern kann und dort die Taupunkttemperatur erreicht. Das ist es, was gute Bausysteme zu vermeiden helfen müssen.

Abb. 3: Mollier-Diagramm

Abb. 4: Luftfeuchtigkeit und Innenwandverkleidungen

Abb. 5: Kondensation und kalte Dächer

Das Taupunktdiagramm dient zur Bestimmung der Taupunkttemperaturen und zum besseren Verständnis der im Zusammenhang mit der Kondensation stehenden zentralen Probleme hinsichtlich der Gewährleistung der Gebäudelebensdauer. Benutzerfreundliche Umrechner sind im Internet zu finden.

Beispiel 1: Zustand der Innenluft, T = 21 °C, 50 % relative Luftfeuchtigkeit, der Luftfeuchtigkeitsgehalt beträgt 7,7 g/kg trockene Luft. Bei diesem Wert wird die Kurve für 100 % relative Feuchtigkeit bei T = 10,2 °C geschnitten, was die Taupunkttemperatur dieses Luftzustands ist.
Beispiel 2: Zustand der Innenluft, T = 15 °C, 70 % relative Luftfeuchtigkeit, der Luftfeuchtigkeitsgehalt beträgt 7,41 g/ kg trockene Luft. Bei diesem Wert beträgt die relative Feuchtigkeit 100 %, wenn T 9,6 °C erreicht, was die Taupunkttemperatur dieses Luftzustands ist.
Beispiel 3: Luftzustand eines Hallenbades, T = 26 °C und 65 % relative Luftfeuchtigkeit, der Feuchtigkeitsgehalt beträgt 14,5 g/kg, und bei diesem Gehalt beträgt die Tautemperatur T = 19,8 °C. Diese Temperatur zeigt, wie kritisch das Problem der Kondensation in Schwimmbädern und allen feuchten Bereichen (Küchen, Umkleidekabinen, Duschen etc.) ist.