Eric Rahne, Dipl.-Ing. Elektrotechnik, akkreditierter Thermografie-Experte der Stufe 3 (PIM Kft.)
In unserer Artikelreihe versuchen wir einen Einblick in die erstaunliche Vielseitigkeit der Thermografie sowie ihre theoretischen und praktischen Grenzen zu geben, basierend auf Eric Rahnes Buch "Thermografie - Theorie und praktische Messtechnik" mit einem Umfang von 650 Seiten. In diesem Artikel befassen wir uns damit, dass in Gebäuden nicht nur Temperaturunterschiede aufgrund von Wärmebrücken und unerwünschten Luftströmungen ein Problem darstellen, sondern auch Schimmelpilzbildungen oder sogar strukturelle Durchfeuchtungen auftreten können, die im Zusammenhang mit Wasserdampftransporten und Kondensationen stehen.
Es ist eine Tatsache, dass bei der Nutzung eines Wohngebäudes kontinuierlich Feuchtigkeit und Wasserdampf entstehen. Dies wird durch unsere Atmung beeinflusst und kann pro Person und Stunde im Ruhezustand zwischen 20 und 70 Gramm, bei körperlicher Anstrengung sogar zwischen 200 und 300 Gramm Wasserdampf betragen. Kochen, Waschen und Baden/Duschen können pro Stunde sogar zwischen 800 und 2000 Gramm Wasserdampf erzeugen. Auch Haustiere und Zimmerpflanzen sollten nicht vernachlässigt werden, da sie je nach Größe pro Stück und Stunde zwischen 5 und 30 Gramm Wasserdampf abgeben können. Dieser Wasserdampf gelangt in die Luft im Gebäude, wodurch die Luftfeuchtigkeit ohne Belüftung oder andere feuchtigkeitsreduzierende Prozesse kontinuierlich ansteigt.
Die Luft kann jedoch nur in begrenztem Maße Wasserdampf aufnehmen und speichern. Diese Fähigkeit hängt von der Lufttemperatur ab. Da sowohl Luft als auch Wasserdampf eine eigene Masse haben, entsteht der Luftdruck aus dem Luftdruck und dem sogenannten Dampfdruck. Der Dampfdruck ist maximal, wenn die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist, d.h., sie kann bei einer bestimmten Temperatur keinen weiteren Wasserdampf aufnehmen. Der Taupunkt ist die Temperatur, bei der die Luft bei konstantem Druck gesättigt wird, wenn sie abgekühlt wird. In der Praxis ist dies also die Temperatur, bei der der in der Luft enthaltene Wasserdampf kondensiert und als Kondenswasser auf Oberflächen mit der gleichen Temperatur niederschlägt. Diese Kondensation kann natürlich auch in einem Mauerwerk oder Dämmmaterial auftreten, da die meisten Baumaterialien eine gewisse Luft- oder Wasserdampfdurchlässigkeit und -diffusionseigenschaften aufweisen und der Temperaturgradient zwischen Innen- und Außenseite des Materials den Taupunkt in der Wand erreichen kann. Die meisten Probleme mit Kondensation und Feuchtigkeitsdiffusion sowie Gebäudeschäden lassen sich mit diesem Zusammenhang erklären.
Je größer der Unterschied zwischen den Dampfdrücken und je geringer der Wasserdampfdiffusionswiderstand des Materials ist, desto intensiver ist der Transport von Wasserdampf in den Raum mit niedrigerem Dampfdruck. Der δ-Wert für die Wasserdampfdiffusion eines Materials oder der RP-Wert für den Wasserdampfdiffusionswiderstand einer Schicht daraus, ähnlich dem Wärmeleitwiderstand, kann als materialspezifische Kenngröße betrachtet werden. Es gibt auch ein Verhältnis µ für den relativen Wasserdampfdiffusionswiderstand, das angibt, wie gut das Material im Vergleich zum Luftwasserdampfdiffusionswiderstand Feuchtigkeit leitet. In diesem Fall handelt es sich um eine dimensionslose Zahl (Tabelle 1).
Im Allgemeinen haben Materialien mit einer geringen Porenstruktur und vor allem mit einer hohen Dichte den größten Wasserdampfdiffusionswiderstand. Bei sonst ähnlichen Materialien haben geschlossenporige Materialien einen höheren Widerstand als offenporige. Wenn wir bereits über Materialeigenschaften sprechen, sollten wir auch ein weiteres, architektonisch wichtiges Phänomen betrachten, das als Kapillarität oder kapillare Wirkung bezeichnet wird. Die meisten Baumaterialien weisen eine signifikante Kapillarität auf, die praktisch die Fähigkeit des Materials zur Wasseraufnahme charakterisiert. Diese Eigenschaft wird durch die Porosität des Materials, die kohäsive Kraft des Wassers oder die Oberflächenspannung sowie die adhäsiven Kräfte, die die Wassermoleküle anziehen, beeinflusst. Unter der Annahme von ausreichend kleinen Poren können diese Kräfte größer sein als die Schwerkraft, so dass das Wasser aufgrund der kapillaren Wirkung auch nach oben in den Materialien "kriechen" kann. Im Allgemeinen nimmt die kapillare Wirkung mit zunehmender Porosität und Feinheit der Poren zu. Eine höhere Dichte und Porenfreiheit des Materials verringern die Kapillarität. So kann beispielsweise Wasser in Beton mit durchschnittlich 1 µm Poren bis zu 15 m hochsteigen, während es in gut gebrannten, durchschnittlich 0,1 µm kleinen Ziegelsteinen nur bis zu 1,5 m hochsteigen kann.
Unter den verschiedenen Arten von Fehlern im Gebäudedesign, der Ausführung, der Materialalterung und dem Gebäudebetrieb sind Wasserschäden am häufigsten. Die Ursachen können sein:
Die entstehenden Schäden sind vielfältig und meist schwerwiegend:
Praktisch jeder der oben genannten Probleme führt entweder zu Veränderungen der Wärmedämmeigenschaften oder zu einem Wärmeeffekt aufgrund der Anwesenheit von Wasser. Unter der Annahme einer geeigneten thermischen Auflösung einer Wärmebildkamera können diese Fehler mit thermografischen Instrumenten lokalisiert und identifiziert werden.
Nachweis von Kondenswasserbildung und Schimmelbildung mit Thermografie Eine häufige Fehlerscheinung in Wohngebäuden ist die Kondenswasserbildung und in den meisten Fällen damit einhergehend die Schimmelbildung. Die physikalischen Ursachen der Kondenswasserbildung wurden zuvor erläutert, hier gehen wir nur darauf ein, welche strukturellen, Wärmedämmungs- oder Gebäudebetriebsgründe zur Kondenswasserbildung und Schimmelbildung führen können. Mögliche Ursachen für die Kondenswasserbildung sind:
Schimmelpilze können sich auf Oberflächen ablagern, wenn die folgenden Bedingungen mindestens 3 bis 7 Tage lang erfüllt sind:
Basierend darauf kann festgestellt werden, dass in jedem Fall, in dem mit thermografischen Instrumenten das Vorhandensein einer Wärmebrücke nachgewiesen werden kann, auch Kondenswasserbildung stattfindet, wenn die Temperatur der betroffenen Oberfläche unter dem Taupunkt liegt. Um dies festzustellen, muss natürlich auch die Lufttemperatur und relative Luftfeuchtigkeit gemessen werden. Hierfür stehen heute viele verschiedene und sehr kostengünstige Handgeräte zur Verfügung, sodass dies keine besonderen Schwierigkeiten bereiten sollte.
Der größte Teil der in Wohnräumen entstehenden Feuchtigkeit wird durch Lüftung abgeführt oder sollte damit abgeführt werden. Aufgrund der unterschiedlichen Feuchtediffusionseigenschaften der einzelnen Baumaterialien findet natürlich auch ein Feuchteausgleich zwischen Innen- und Außenbereich statt. Bei guter Planung führt die Feuchtediffusion dazu, dass bei eindringender Feuchtigkeit in das Baumaterial aufgrund der entstehenden Temperaturabsenkung entweder der Taupunkt im Material überhaupt nicht erreicht wird oder das Material die Möglichkeit hat, auszutrocknen. Probleme entstehen, wenn die in das Material eindringende Feuchtigkeit nicht nach außen abtrocknen kann oder die feuchtigkeitsbremsende Schicht in der Oberflächenschicht beschädigt ist oder einfach fehlt. Denn schon die kleinste Beschädigung der Feuchtigkeitsbremse, wie z. B. eine fehlerhafte Verbindung zweier Folienlagen, führt in der betroffenen Materialschicht in der Regel zu lokaler Durchnässung der Wärmedämmung. Durch das Dach, wie im vorherigen Bild zu sehen, gelangen im Winter täglich etwa 1 g/m2 Wasserdampf nach draußen, durch die beschädigte feuchtigkeitsbremsende Schicht des Wärmedämmungssystems fast 4 g/m2. Dies entspricht also fast 4 Millionen Mal mehr im Verhältnis zur fehlerfreien Feuchtedurchlässigkeit der Schichtfolge. Das nächste Wärmebild zeigt eine industrielle Halle, die mit einer Zwischenwärmedämmung und Seitenwänden aus Profilblechen gebaut wurde. Die dort installierte Produktion verursachte eine erhebliche Menge an Wasserdampf, was dazu führte, dass innerhalb der Halle kaum eine Sichtweite von 10 m aufgrund von Nebel herrschte. Die Luft im Inneren war also vollständig mit Wasserdampf gesättigt und verließ danach aufgrund unzureichender Belüftung überhaupt nicht durch die luftdichten Profilblechverbindungen der Außenwände das Gebäude. Die austretende Luft kühlte ab, und der darin enthaltene Wasserdampf kondensierte genau in der Dämmung. Das Ergebnis war eine sichtbare vollständige Durchnässung. Das Wärmebild auf der rechten Seite der ersten Reihe weist auf Kondensation aufgrund einer Wärmebrücke in der Nähe der Stützen- und Dachkonstruktion hin. Hier kühlt die Luft hinter der äußeren Verkleidung plötzlich ab, und die daraus resultierende Kondensation ließ die Dämmung durchnässen. Das Wärmebild auf der linken Seite der zweiten Reihe veranschaulicht einen häufigen Fehler beim Dachausbau. Es gibt zwar eine Wärmedämmung und eine Dampfbremse, aber während der Ausführung wurde die Folie an einer kleinen Stelle nicht ordnungsgemäß an der Wand oder der nächsten Folienlage befestigt. Dadurch dringt die feuchte Innenluft nach außen, und die dabei entstehende Kondensation des Wasserdampfs führt zur Durchfeuchtung der Dämmung und sogar zu einer ähnlichen Menge an Durchfeuchtung der Verkleidung wie bei einem Dacheinbruch. Dies ist auch im Fall des Wärmebilds auf der rechten Seite der zweiten Reihe nicht anders. Aufgrund der unzureichend luftdichten Ausführung der Dachbodenverkleidung führt die Abkühlung der aufsteigenden warmen feuchten Luft zu einer Wasserpfütze nach der Kondensation.
Erkennung von kapillarer Feuchtigkeit und Durchfeuchtungen Bei einer thermografischen Untersuchung kann die durch verdunstende Feuchtigkeit verursachte Wärmeabfuhr und die dadurch entstehende Temperaturabsenkung festgestellt werden. Die Messung erfordert natürlich eine besonders hochauflösende Wärmebildkamera. Mit dieser Methode können folgende Fehlererscheinungen festgestellt werden:
Wenn die kapillare Wasseraufnahme oder der Einfluss von äußerer Feuchtigkeit bereits zur vollständigen Durchnässung des Bauelements geführt hat, werden aufgrund der verringerten Wärmedämmfähigkeit des betroffenen Bauteils Temperaturunterschiede als Wärmebrücken sichtbar. Ein gutes Beispiel hierfür ist das Wärmebild auf der rechten Seite der ersten Reihe, auf dem ein vollständig durchfeuchteter Wandabschnitt unter einem Fenster aufgrund häufiger Regeneinwirkung zu sehen ist. Innerhalb finden wir natürlich eine besonders kalte, feuchte Wand unter dem Fenster.
Rahne Eric (PIM Kft.) pim-kft.hu, termokamera.hu
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