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2.5.1 Geschichtliches
Die Luftdichtheit der Gebäudehülle war schon immer von Bedeutung. Über alle Bauepochen hinweg wurde versucht, eine möglichst geringe Luftdurchlässigkeit zu erreichen. Bekannt ist das Ausstopfen von Ritzen und Fugen mit Moos und Lehm im Holzbau, aber auch Bekleidungen aus Gips oder grossflächigen, gestemmten Holztäfern dienten dem Zweck einer möglichst hohen Luftdichtheit. Als generell luftundicht sind die früheren Fenster und Bauteilübergänge zu bezeichnen, Falzdichtungen waren noch nicht bekannt.
Bis zur Erdölkrise 1973 hatten die Massivbauten ein nach heutigen Kriterien schlechtes Wärmedämm- vermögen, mit U-Werten um 1 W/m2·K, sowie undichte Fenster, wegen fehlender Falzdichtungen. Solche Bauten wiesen eine eher hohe Luftdurchlässigkeit auf. Nach der Energiekrise 1973 stand bei der Gebäudehülle die Reduktion der Transmissions- und Lüftungswärmeverluste im Vordergrund. Die Wände und Dächer wurden besser wärmegedämmt, die Fenster gedichtet. Von diesen beiden Massnahmen bewirkte das Dichten der Fenster eine erhebliche Verbesserung der Luftdichtheit der Gebäudehülle.
Heute sind wir einerseits mit Gebäuden in «Massivbauweise» konfrontiert, die sehr luftdicht sind; für Fensterlüftung oft zu luftdicht, mit entsprechenden Konsequenzen bei ungeeignetem Nutzerverhalten. Andererseits führen luftundichte Konstruktionen und Bauteilübergänge, bei Windeinwirkung von aussen, zu Beanstandungen wie Zuglufterscheinungen oder zu niedriger Raumlufttemperatur.
2.5.2 Begriffe
Luftdurchlässigkeit der Gebäudehülle
Zur Beschreibung der Luftdurchlässigkeit einer Gebäudehülle wird gemäss Norm SIA 180:2014 die genormte Kenngrösse qa50 verwendet. Gemessen wird der Luftwechsel eines Gebäudes, der infolge Leckstellen in der Gebäudehülle auftritt, dies bei einer künstlich erzeugten Druckdifferenz zwischen innen und aussen von 50 Pa.
Aussenluftwechsel
Den Ersatz von «verbrauchter» Luft durch Aussenluft bezeichnet man als «Aussenluftwechsel». Weil die Gebäudehülle grundsätzlich luftdicht sein muss, ist die Versorgung der Nutzer/Bewohner mit frischer Aussenluft entweder Aufgabe der Haustechnik (z.B. Komfortlüftung) oder des Nutzers (aktives Lüften). Der Aussenluftwechsel infolge «natürlicher» Triebkräfte (Wind, Temperaturdifferenzen) wird als «natürlicher Luftwechsel», «Kamin-» oder «Stackeffekt» bezeichnet. Die Anforderung an den Mindestluftwechsel hängt vor allem von der Luftfeuchtigkeit und den Schadstoffen im Innenraum ab. Es werden pro Stunde Luftwechselraten zwischen 0,3 und 0,5 gefordert.
Luftdichtung
Unter der Luftdichtung versteht man eine warmseitig der Wärmedämmung verlaufende, luftdichte Schicht, die den Luftdurchgang und konvektive Feuchteeinträge vermeiden muss. Die Luftdichtung ist lückenlos zu verlegen und luftdicht an angrenzende Bauteile und Durchdringungen anzuschliessen. Die Funktion der Luftdichtung kann auch eine raumseitige Beplankung oder Bekleidung übernehmen, es braucht hierfür nicht zwingend eine separate Schicht.
Dampfbremse
Die Dampfbremse hat primär die Aufgabe, die Wasserdampfdiffusion durch ein Bauteil zu verringern und Kondensatausscheidungen so weit als möglich zu vermeiden. Die Dampfbremse kann aber auch die Funktion der Luftdichtung übernehmen, sie muss dann aber lückenlos ausgeführt (Stösse überlappt und luftdicht verklebt) und luftdicht an angrenzende und durchdringende Bauteile angeschlossen werden.
Winddichtung/Fassadenbahn
Der Begriff «Winddichtung» ist funktionell klar vom Begriff «Luftdichtung» zu unterscheiden (vgl. Bild 2.5.2)! Als Winddichtung oder Fassadenbahn wird eine kaltseitig der Wärmedämmschicht verlegte Schicht aus Folien, Kraftpapieren oder Holzwerkstoffplatten bezeichnet. Sie soll einerseits die Wärmedämmung vor Witterungseinflüssen schützen (insbesondere während der Ausführungsphase) und andererseits das Hinterströmen der Wärmedämmung durch kalte Aussenluft verhindern. Das Vermeiden von Zuglufterscheinungen (insbesondere bei starkem Wind) ist jedoch in erster Linie Aufgabe der Luftdichtung.
2.5.3 Anforderungen gemäss Norm SIA 180
Die Norm SIA 180:2014 definiert Grenz- und Zielwerte für Neubauten und Umbauten/Erneuerungen. Beim Grenzwert wird unterschieden zwischen Bauten mit natürlicher und solchen mit mechanischer Lüftung (vgl. Bild 2.5.3). Einzelleckagen dürfen auch bei eingehaltenem Grenzwert nicht zu Schäden am Gebäude (z.B. durch Konvektionskondensat) und zur Verminderung der Behaglichkeit (z.B. infolge Zugluft und Geruch) führen. Die Gebäudehülle und die Trennbauteile zu den angrenzenden Nutzungszonen müssen grundsätzlich luftdicht sein.
Der qa50-Wert ist nicht zu verwechseln mit dem effektiven Luftwechsel nL unter «natürlichen Bedingungen», als Folge von Wind- und Temperaturdifferenzen sowie unter Berücksichtigung des Benutzerverhaltens. Es bestehen folgende Schwierigkeiten:
- Es ist nicht bekannt, mit welcher Konstruktion bzw. welchen Detailausbildungen die vorgegebenen qa,50-Werte erreicht werden können.
- Es fehlen weitgehend Messungen und einfache Rechenmethoden, die den Bezug zwischen dem qa50-Wert und dem effektiven Luftwechsel nL herstellen.
2.5.4 Luftdichtheit in Abhängigkeit der Bauweise
Im Rahmen des Impulsprogrammes Holz (IPH) wurde die Luftdurchlässigkeit der Gebäudehülle in Abhängigkeit der Bauweise untersucht. Schwergewichtig hat man die Auswirkungen von verschiedenen Steildachkonstruktionen und Bauteilübergängen Steildach/Wand, betreffend die Luftdichtheit, überprüft und dabei folgende Erkenntnisse gewonnen, die auch heute noch ihre technische und physikalische Richtigkeit haben, obwohl diese schon über 20 Jahre alt sind.
Bei der Konzeption der Luftdichtheitsebene (und der Wärmedämmschicht) gibt es grundsätzlich zwei Anordnungsmöglichkeiten: innerhalb und ausserhalb der Tragkonstruktion. Welche Anordnung gewählt wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab:
- Gestalterische Wirkung (z.B. Holzkonstruktion innen sichtbar oder verdeckt).
- Realisierbarkeit (besonders bei Sanierungen).
- Wirtschaftlichkeit (Arbeitsaufwand, Materialwahl).
- Langfristige Funktionstüchtigkeit (gewählte Materialien, konstruktive Ausbildung von Anschlüssen und Durchdringungen).
Für die Dichtungssysteme werden drei Varianten unterschieden (vgl. Bild 2.5.4):
- Bei den Systemen A und ASt wird die gesamte Tragkonstruktion aussenseitig durch die Luftdichtung bzw. Dampfbrems-/Luftdichtheitsschicht und die Wärmedämmschicht «eingepackt». Dies erlaubt innen sichtbare Tragstrukturen wie z.B. Sparren und Stützen/
Streben in Wänden.
- Beim System A resultieren aufwendige Abdichtungsarbeiten bei den durchdringenden Sparren im Vordachbereich. Diese Durchdringungen können durch die sogenannte Sticherkonstruktion (System ASt) vermieden werden.
- Die Anordnung der Luftdichtheitsschicht gemäss System B verursacht vor allem bei mehrgeschossigen Holzbauten aufwendige Abdichtungsarbeiten bei Durchdringungen und Anschlüssen im Deckenbereich. Die Dichtungsarbeiten gemäss System B können wetterunabhängig ausgeführt werden, wobei das «Über-Kopf-Arbeiten» im Dachbereich eine sorgfältige Ausführung erschwert.
2.5.5 Planung/konzeptionelle Überlegungen
Mit einem Luftdichtheitskonzept soll festgelegt werden, wie die Luftdichtheit gewährleistet werden kann, wobei es folgende Massnahmen zu beachten gilt:
- Massnahmen in der Fläche.
- Ausbildung der An- und Abschlüsse.
- Dichtungsmassnahmen bei Durchdringungen.
Luftdichtheit warmseitig gewährleisten
Bei der Planung ist zu berücksichtigen, dass die Konstruktion warmseitig der Wärmedämmung luftdicht sein muss. Ein Anschluss der Luftdichtung im Kaltbereich kann zu Kondensat und entsprechenden Folgeschäden führen. Die Oberflächen- bzw. Grenzschichttemperatur im Bereich des luftdichten Anschlusses muss deshalb höher sein als die für das Schimmelpilzwachstum kritische Temperatur und damit auch höher als die Taupunkttemperatur der Raumluft. Gemäss Norm SIA 180:2014 ist ein fRsi-Faktor von 0,70 bis 0,76 (je nach Klimastation) einzuhalten, um Schimmelpilzbildung bei normalen raumklimatischen Bedingungen (Wohn-, Büro-, Schulbauten) zu vermeiden. Auch im Bereich des luftdichten Anschlusses soll somit ein «fRsi– bzw. Temperaturfaktor» von 0,70 bis 0,76 eingehalten werden (Beispiel fRsi = 0,75: +12,5 °C Oberflächentemperatur bei +20 °C Raumlufttemperatur und –10 °C Aussenlufttemperatur).
Die Luftdichtheitsebene ist sorgfältig zu planen und die erforderlichen Massnahmen sind auszuschreiben. Die Lage und der Verlauf der Luftdichtung in der Fläche, bei den An- und Abschlüssen sowie bei Durchdringungen müssen im Luftdichtheitskonzept festgelegt werden. Die Arbeiten sind zwischen den am Bau Beteiligten zu koordinieren.
Es ist zu beachten, dass nicht nur die Gebäudehülle, sondern auch die Trennbauteile zwischen unterschiedlichen Nutzungen in den Planungsperimeter mit einbezogen werden (vgl. Bild 2.5.5). Für jedes Bauteil der Hüllfläche und diejenigen zwischen differenten Nutzungszonen ist die Art und Lage der Luftdichtung festzulegen. Der Wechsel der Luftdichtheitsebene in Konstruktionen (z.B. von innen nach aussen) ist problematisch und nach Möglichkeit zu vermeiden. Durchdringungen der Luftdichtheitsschicht sollen weitgehend vermieden werden. Speziell zu planen sind die Bauteilübergänge, wie z.B. der luftdichte Fenstereinbau oder der Anschluss Aussenwand/Dach.
Luftdichtheitsmesskonzept
Es muss nicht nur ein Luftdichtheits- und Lüftungskonzept, sondern auch ein Konzept für die Messung der Luftdichtheit erstellt werden. Diese Konzepte sind aufeinander abzustimmen. Ist dies nicht der Fall, können einzelne Nutzungszonen innerhalb der thermischen Gebäudehülle nicht gemessen werden (z.B. eine Wohnung in einem Mehrfamilienhaus).
2.5.6 Ausführungshinweise
Die Luftdichtheitsschicht und ihre Anschlüsse dürfen während und nach dem Einbau weder durch Witterungseinflüsse noch durch nachfolgende Arbeiten (z.B. Installation von Elektrorohren) beschädigt werden. Werden Durchdringungen durch nachfolgende Arbeiten erforderlich, so sind diese nach Abschluss der Arbeiten wieder luftdicht herzustellen. Alle Anschlüsse der Luftdichtheitsschicht sind spannungsfrei auszuführen. Dauernde Zugkräfte auf Klebeverbindungen und Luftdichtheitsbahnen (z.B. durch Auflast von Wärmedämmstoffen, feuchte- und temperaturbedingte Längenänderungen und Bauteilbewegungen) sind zu vermeiden. Klebeverbindungen reagieren darauf mit Kriechen, bis hin zum Versagen und Luftdichtheitsbahnen können reissen. Durch mechanische Befestigungen oder andere geeignete Massnahmen kann dem entgegengewirkt werden.
(Quelle: SIA-Norm 180, 2014, Tabelle 6).
Materialwahl
Alle Materialien, welche zum Herstellen einer luftdichten Schicht verwendet werden, müssen aufeinander abgestimmt und für den Verwendungszweck geeignet sein. Die Materialien müssen die bauüblichen Bewegungen aufnehmen können oder diese Bewegungen müssen konstruktiv berücksichtigt werden.
Folgende Plattenmaterialien gelten als luftdicht und eignen sich, um in der Fläche eine luftdichte Schicht herzustellen (spezielle Massnahmen sind im Bereich von Stössen, Anschlüssen und Durchdringungen zu planen):
- Gipsfaserplatten und Gipskartonplatten
- Holzwerkstoffplatten (Vorsicht bei Grobspanplatten)
- Faserzementplatten
Folgende Plattenmaterialien gelten üblicherweise als nicht luftdicht:
- Mineralwolleplatten
- poröse Weichfaserplatten
- Holzwolle-Leichtbauplatten
- Trapezbleche im Bereich der Stösse/Überlappungen
- Nut- und Kammschalungen
- Platten als optische raumseitige Bekleidung, wie z.B. Akustikdecken
Luftdichte Bahnen bestehen zum Beispiel aus:
- Kunststoffwerkstoffen
- Bitumen- oder Polymerbitumen
- Papierwerkstoffen
Folgende Dichtmaterialien können für Fugen und Stösse verwendet werden:
- einseitig oder doppelseitig klebende Klebebänder auf Acrylatbasis
- Butylbänder
- vorkomprimierte Dichtbänder
- Klebemassen
In jedem Fall ist eine ausreichende Haftung oder ein ausreichender Anpressdruck zwischen den verwendeten Materialien sicherzustellen. Werden für Anschlüsse zwischen Bahnen und Massivbauteilen vorkomprimierte Fugendichtbänder eingesetzt, ist auf die spezifische minimal und maximal zulässige Pressung zu achten.
Hinsichtlich Anwendung, Untergrundbeschaffenheit und Verarbeitungstemperaturen sind die jeweiligen Herstellervorschriften zu berücksichtigen.
Für das Aufbringen von Klebebändern und Klebemassen sind im Allgemeinen folgende Untergrundeigenschaften sicherzustellen:
- tragfähig
- trocken
- geschlossen und ausreichend eben
- staub- und fettfrei
Fugenfüllmaterialien, wie z.B. Montageschäume, sind nicht oder nur in geringem Masse fähig, Baubewegungen aufzunehmen, und daher nicht zur Herstellung einer luftdichten Abdichtung geeignet.
Sind ökologische Aspekte zu berücksichtigen (z.B. Zusatz ECO bei allen MINERGIE-Labels), ist der Materialwahl spezielle Beachtung zu schenken. Produkte, welche auch die ökologischen Ansprüche erfüllen, sind auf der Homepage von MINERGIE und des Vereins Eco-Bau aufgeführt. Als Hilfe für die Materialausschreibung dienen die ECO-BKP-Merkblätter von Eco-Bau.
Ausführung der Luftdichtung in der Fläche
Holzwerkstoffplatten, wie z.B. Mehrschichtplatten oder Spanplatten und Gipsfaserplatten, können mit Klammern, Schrauben oder Nägeln in den Untergrund (z.B. die Tragstruktur) befestigt werden. Die Perforation dieser Verbindungsmittel beeinträchtigt die Luftdichtheitsschicht nicht. Die Plattenstösse sind mit einseitig klebenden Klebebändern abzudichten. Bei nicht hinterlegten Plattenstössen wird eine Nut- und Federausbildung empfohlen, damit die Klebeverbindung durch Baubewegungen nicht dauerhaft mechanisch belastet wird.
Luftdichte Bahnen können mit Klammern oder doppelseitigen Klebebändern auf dem Untergrund befestigt werden. Bei erhöhten Anforderungen an die Luftdichtheit (z.B. Schwimmbäder, MINERGIE-P-Bauten) ist eine Abklebung von Verbindungsmitteln zu empfehlen. Die Perforation der Luftdichtheitsbahnen durch Schrauben oder Nägel, zum Fixieren der innenseitigen Unterkonstruktion, beeinträchtigt die Luftdichtheit in der Regel nicht.
Die Stossausbildung von Bahnen in der Fläche findet in der Regel durch eine Überlappung von mind. 40 mm statt. Diese Überlappung ist mit einseitig klebenden Klebebändern (Acryl, Butyl) luftdicht zu überkleben. Falten in der Bahn müssen soweit überklebt werden, dass ein Luftkanal ausgeschlossen werden kann, oder sie sind aufzuschneiden und anschliessend wieder spannungsfrei zu überkleben.
Mauerwerk und Betonbauteile
Um die Luftdichtheit zu gewähren, muss das Mauerwerk verputzt werden. Der Verputz muss vom Boden bis zur Decke reichen. Sind Schalldämmlager eingebaut, muss der Grundputz bis auf das Schalldämmlager hinunter ausgeführt werden. Bei abgehängten Decken muss der Putz ebenfalls bis zu Betondecke hoch geführt werden. Bei sichtbar oder hinter Bekleidungen geführten Installationen muss der Grundputz hinter diesen vollflächig ausgeführt werden.
Für die Ausführung von luftdichten Anschlüssen bei Bauteilübergängen und an durchdringende Bauteile ist bei unebenen, wechselnden, offenen und ungleichen Oberflächen (z.B. Backsteinmauerwerk mit Stoss- oder Lagerfugen und Lufthohlräumen) ein Glattstrich mit Leichtmörtel oder Leichtputzen erforderlich. Der Glattstrich muss vor dem Einbau der Fenster ausgeführt sein (vgl. Bild 2.5.7).
Ausbildung von An- und Abschlüssen
Die Qualität der Luftdichtheit steht und fällt mit der Ausbildung der An- und Abschlüsse. Vorteilhaft sind solche Luftdichtheitskonzepte, die zu möglichst wenigen An- und Abschlüssen führen, z.B. durch die Vordachausführung mit Stichern anstelle von Sparren, welche die luftdichte Schicht durchdringen.
Unabhängig vom Konzept gilt es bei jedem Bauvorhaben, die Fenster luftdicht einzubauen. Es ist dabei in der Regel vorteilhaft, den luftdichten Anschluss von innen her, zwischen Wand und innerer Rahmenpartie, zu gewährleisten. Nur bei genügender Überdämmung kann die Luftdichtheit von aussen her, durch das Abkleben der Fuge zwischen Aussenwand und Fenster erfolgen. Bei solchen Detailausbildungen ist der rechnerische Nachweis zu erbringen, dass der luftdichte Anschluss warmseitig zu liegen kommt bzw. dass bei den Klebeflächen je nach Klimastandort ein «fRsi– bzw. Temperaturfaktor» von 0,70 bis 0,76 erreicht wird (vgl. Bild 2.5.8).
Durchdringungen bei Installationen
Es ist sinnvoll, die Installationen, ausser den nach aussen führenden Leitungen, innerhalb der luftdichten Gebäudehülle, in einer hierfür geschaffenen Installationsebene zu führen. Von der Forderung nach solchen Installationsräumen wird im vorfabrizierten Elementbau abgewichen, ohne dass dadurch Probleme auftreten. Durch entsprechende Abklebungen, unter optimalen Bedingungen im Werk, lässt sich die Luftdichtheit auch dann gewährleisten, wenn sich das Elektroleerrohr über der Elementbeplankung (luftdichte Schicht) befindet und diese lokal durchdringt.
Vom Warm- in den Kaltbereich geführte Elektroleerrohre sind warmseitig luftdicht zu verschliessen und die Durchdringungen müssen luftdicht ausgeführt werden. Auf dem Markt sind heute verschiedene Abdichtungsprodukte erhältlich, mit denen «unprofessionelle Flickarbeiten» vermieden werden können (vgl. Bilder 2.5.9 und 2.5.10).
2.5.7 Untersuchungs- und Messmethoden
Die Messung der Luftdichtheit der Gebäudehülle erfolgt ausschliesslich mit dem Differenzdruckverfahren. Dieses bildet die Grundlage für die Berechnung des in der Norm SIA 180:2014 verwendeten qa50-Werts. Als Mess-Referenzwert wird der Mittelwert der Gesamt-Luftdurchlässigkeit aus einer Über- und einer Unterdruckmessung festgelegt (vgl. Bild 2.5.11).
Beim Differenzdruckverfahren wird die Aussentüre oder das Fenster eines Gebäudes durch eine Plane mit eingebautem Ventilator ersetzt (vgl. Bild 2.5.12). Mit dem Ventilator werden im Gebäudeinnern Unter- und Überdrücke von jeweils etwa 10 bis 80 Pa erzeugt und die dazugehörigen Luftvolumenströme bestimmt. Das durch den Ventilator nach aussen respektive innen strömende Luftvolumen V entspricht der Luftmenge, die durch Leckstellen in der Gebäudehülle eindringt. Durch Regression aus mindestens 5 Messpunkten wird der Volumenstrom bei 50 Pa Druckdifferenz berechnet.
Absichtlich vorhandene Öffnungen bzw. Funktionsöffnungen in der Luftdichtheitsebene dürfen vor der Messung geschlossen bzw. abgeklebt werden (vgl. Bild 2.5.13).
Mit dem Kennwert qa50 wird die durchschnittliche Luftdichtheit der Gebäudehülle bzw. der untersuchten Messzone beschrieben. Dieser lässt aber keine Aussagen über Ort und Grösse der Leckstellen zu. Gut zugängliche Leckstellen lassen sich bei Unterdruck im Gebäude an Zuglufterscheinungen erkennen. Diese können unter anderem mittels Rauchstäbchen, Wollfaden oder Anemometer aufgespürt werden, lassen sich damit aber meist nur ungenau lokalisieren. Die Leckstellensuche wird deshalb durch Infrarotaufnahmen ergänzt, welche qualitative, nicht aber quantitative Aussagen zu den Leckagen zulassen.
(Quelle: pro clima ag).
(Quelle: AGRO AG/Kaiser-Elektro).
Für die Leckstellensuche mit Infrarotgeräten ist eine Temperaturdifferenz zwischen innen und aussen von mindestens 5 Kelvin und ein Unterdruck im Gebäude notwendig. Die einströmende Kaltluft kühlt die Innenoberfläche im Bereich der Leckstelle ab, was zu schlierenartigen Stellen in den Infrarot-Bildern führt (vgl. Bild 2.5.14). Besonders genau können Leckstellen visualisiert werden, wenn dabei das Subtraktionsverfahren angewendet wird, was aber zeitaufwendig ist.