von Mason Knowles
Jahrzehntelang haben Konstrukteure von Dachböden und Kriechkellern Querlüftung eingesetzt, um das Potenzial für Feuchtigkeitsansammlung und Kondensation zu minimieren. In jüngster Zeit haben sich jedoch unbelüftete Dachböden sowohl im privaten als auch im gewerblichen Bereich aufgrund von Energieeinsparungen und Feuchtigkeitskontrolle durchgesetzt. Obwohl diese Dachböden unter vielen Umständen verwendet werden können, ist der Autor der Ansicht, dass es Gründe gibt, in vielen Situationen entlüftete Dachböden zu verwenden.

Traditionelle Methoden der Dämmstoffe und der Konstruktion sehen vor, dass die Luftzirkulation innerhalb des Dachbodens zur Trocknung überschüssiger Feuchtigkeit beiträgt. In Heiz- und Kühlklimaten kann diese Feuchtigkeit möglicherweise durch die Faserisolierung in den Hohlräumen des Gebäudes wandern.

Das traditionelle Mittel gegen diese Benetzung ist die Verlangsamung des Zustroms feuchtigkeitsbeladener Luft in den Hohlraum durch die Verwendung einer inneren Dampfbremse und die Belüftung des Dachhohlraums nach außen, um den Abtransport der Feuchtigkeit (d. h. die Trocknung) zu erleichtern.

Wenn sie richtig ausgeführt wird, kann die Dachbodenbelüftung das Potenzial für Kondensation im Winter und im Sommer verringern. Im Winter liegt die Hauptursache für Feuchtigkeitsprobleme auf dem Dachboden darin, dass warme, feuchte Luft aus den bewohnten Räumen in den Dachraum eindringt und an kalten Oberflächen kondensiert. Dies kann noch verstärkt werden, wenn Lampen, Rohre, Entlüftungsöffnungen und andere Durchführungen den Dachboden durchdringen. Allzu oft leiten mechanische Lüftungsrohre aus Badezimmern, Küchen oder Waschküchen warme, feuchte Luft in den Dachboden statt aus der Gebäudehülle heraus.

Eine Kombination aus Luftabdichtung und Dämmung des Dachbodens bei gleichzeitiger Belüftung verringert die Gefahr von Kondensation erheblich, da warme, feuchte Luft weniger wahrscheinlich in den Raum eindringt und an kalten Oberflächen kondensiert. Infolgedessen kann kühlere, weniger feuchte Luft von außen durch die Lüftungsöffnungen im unteren Teil des Daches angesaugt werden und zu den Dach- oder Firstöffnungen strömen, wo sie wärmere, feuchte Luft ersetzt, die möglicherweise in den Dachboden eingedrungen ist.

Im Sommer kommt die warme, feuchte Luft meist von außerhalb des Gebäudes. Daher könnte man meinen, dass die Entlüftung des Dachbodens die Gefahr von Kondensation erhöht. Das Gegenteil ist jedoch der Fall, wenn der Dachboden luftdicht und isoliert ist.

Selbst wenn die Außenluft heiß und feucht ist, ist der Dachboden, wenn er von innen luftdicht abgeschlossen ist, viel heißer als die Außenluft. Je wärmer die Luft ist, desto mehr Feuchtigkeit (d.h. absolute Luftfeuchtigkeit) kann der Luftraum aufnehmen. Daher führt der Austausch der wärmeren Dachbodenluft durch kühlere Außenluft – selbst bei einer wesentlich höheren relativen Luftfeuchtigkeit (RH) – dazu, dass der Raum trockener wird und das Potenzial für Kondensation minimiert wird.

Wie Abbildung 1 zeigt, ist die Außenluft bei einer Temperatur von 32 C (90 F) und einer RH von 70 Prozent trockener als der Innenraum des Dachbodens, der eine Temperatur von 43 C (110 F) bei einer RH von 40 Prozent oder mehr aufweist.

Dieses Konzept ist weniger effizient, wenn sich HLK-Geräte und -Leitungen im Dachboden befinden. In diesen Fällen ist es für die Systeme schwieriger, die gewünschte Temperatur zu halten. Die Luft in den Kanälen hat es schwer, die Temperatur zu halten, wenn der Raum übermäßig heiß oder kalt ist und lange Strecken zurückgelegt werden müssen. In gemäßigten Klimazonen stellt dies kein großes Problem dar. In extremeren Umgebungen, sowohl bei Hitze als auch bei Kälte, kann dies jedoch ein Problem darstellen.

Abhängig von der Farbe des Daches und der Ausrichtung zur Sonne können die Lufttemperaturen auf dem Dachboden beispielsweise 55 C übersteigen, wenn es draußen weniger als 38 C warm ist. Aufgrund der hohen Innentemperatur müssen die Lüftungskanäle und die HLK-Anlage viel mehr arbeiten, um die Temperatur auf ein angenehmes Niveau zu senken. Dies ist noch ausgeprägter, wenn die Kanäle undicht sind und die HLK-Geräte Luft aus dem Dachboden selbst ansaugen. Wenn die Außenflächen der Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen oder der Rohrleitungen eine Temperatur von 26 Grad Celsius (79 Grad Fahrenheit) erreichen, genügt eine relative Luftfeuchtigkeit von 21 Prozent, um Kondensation zu verursachen.

Entlüftete Dachböden
Entlüftete Dachböden beruhen auf einer luftundurchlässigen Isolierung, die an der Unterseite des Dachbodens (d. h. der Dachgeschossdecke) angebracht ist, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit aus der Luft eine kalte Oberfläche erreicht und im Inneren der Gebäudehülle kondensiert. Bei dieser Konstruktion trennt die Dämmung Innen- und Außenraum effektiv voneinander und verlangsamt gleichzeitig den Feuchtigkeitsfluss, so dass der Taupunkt innerhalb der Gebäudehülle nicht erreicht wird.

Die beiden Produkte, die am häufigsten in einer unbelüfteten Dachbodenkonstruktion verwendet werden, sind Polyurethan-Spritzschaum (SPF) mittlerer und niedriger Dichte.

In typischen Konstruktionen und Klimazonen können bei der Verwendung von SPF als Dämmung und Luftdichtung die Bauvorschriften eingehalten werden. In Fällen jedoch, in denen sich der Dampfstrom durchgängig in eine Richtung bewegt – wie z.B. bei Kühllageranwendungen oder Schwimmbädern – ist es ratsam, hygrothermische Modellierungen oder Berechnungen durchzuführen, um festzustellen, ob die vorgeschlagene Konstruktion für die Anwendung geeignet ist.

Mittlere Dichte
Feuchtigkeitsberechnungen von Baugruppen (d.h. hygrothermische Modellierungen) und Feldbeobachtungen zeigen, dass SPF mittlerer Dichte (d.h. 2-pcf.d. h. 2 pcf) SPF in den meisten Klimazonen und Situationen ohne Entlüftung oder zusätzliche Dampfsperrelemente das Potenzial für Kondensation eliminiert.

Gemäß ASTM E96, Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials (Standardtestmethoden für die Wasserdampfdurchlässigkeit von Materialien), hat SPF mittlerer Dichte einen Perm-Wert von etwa 1,5 bis 3,0 pro 25 mm (1 Zoll) und einen R-Wert von etwa 1,05 pro 25 mm (6,0 pro 1 Zoll). Es wurde auch als luftundurchlässige Isolierung getestet.1 Diese Kombination aus geringer Permeation, hohem R-Wert pro Zoll und Luftbarriereeigenschaften verlangsamt effektiv den Dampfstrom, trennt die äußere Umgebung vom Innenraum und verhindert das Eindringen von feuchtigkeitsbeladener Luft.

Die physikalischen Eigenschaften und Leistungsmerkmale von SPF ermöglichen die Konstruktion von unbelüfteten Dachböden und Kriechkellern mit minimalem Kondensationspotenzial.

Niedrige Dichte
Hygrothermische Modellierung von Baugruppen und Feldbeobachtungen zeigen, dass SPF mit niedriger Dichte in warmen und gemischten Klimazonen ohne ein zusätzliches Dampfbremselement verwendet werden können. In kälteren Klimazonen ist jedoch ein zusätzliches Dampfbremselement erforderlich, um eine mögliche Kondensation zu verhindern.

SPF niedriger Dichte hat eine Permeationsrate von 8 bis 15 pro 76,2 bis 127 mm (3 bis 5 Zoll) und einen R-Wert von etwa 0,616 pro 25 mm (3,5 pro 1 Zoll). Wenn sie als Teil einer Baugruppe getestet werden, können SPF niedriger Dichte eine wirksame Luftbarriere sein.

Das Ergebnis ist, dass die physikalischen Eigenschaften von SPF niedriger Dichte Innen- und Außentemperaturen effektiv trennen und das Eindringen von Luft minimieren, aber eine höhere Wasserdampfdurchlässigkeit als SPF mittlerer Dichte ermöglichen. Dies erleichtert die Konstruktion von unbelüfteten Dachböden in warmen und gemischten Klimazonen ohne eine zusätzliche Dampfsperre, erfordert jedoch ein zusätzliches Dampfsperrelement in kälteren Regionen.

Die Kosten für diese Systeme sind in der Regel zwei- bis dreimal so hoch wie die eines belüfteten Glasfaser- oder Zellulose-Dachbodens.

Kombinationen von Dachbodenkonstruktionen
Moderne Wohngebäude bestehen aus Aufständerungen, die verschiedene Dachböden innerhalb desselben Gebäudes schaffen können. Das Haus dieses Autors hat beispielsweise einen Dachraum, der durch eine Standardtür im zweiten Stock zugänglich ist, und einen oberen Teil, der nur über eine Deckenluke erreicht werden kann. Außerdem sind die Dachgauben angebaut, was die Dämmung als nicht entlüftete Baugruppe äußerst schwierig macht. Außerdem befindet sich ein Teil des Dachbodens über einer Außenterrasse, während andere Teile über dem Innenbereich des Hauses liegen. Öfen, Kanäle und Klimaanlagen verlaufen durch den gesamten Dachraum auf allen Ebenen, mit Ausnahme der Gauben und des Raums über der Außenterrasse.

Bei der Festlegung, wie dieser Dachraum zu dämmen ist, wurden verschiedene Baugruppen in Betracht gezogen, und es wurde eine Hybridkombination aus belüftetem und unbelüftetem Dachraum geplant.

Die Dachgauben und der Dachraum über der Veranda wurden vom übrigen Dachboden durch eine Sperrholzwand abgeschottet, die dann mit geschlossenzelligem SPF isoliert wurde. Anschließend wurde auch die Unterseite des Daches mit geschlossenzelligem SPF gedämmt.

Gebäudevorschriften und Dachbodenaufbauten
Seit 2004 bedeuten die Ergänzungen des International Code Council (ICC) zum International Residential Code (IRC), dass unbelüftete Dachbodenaufbauten von den Bauvorschriften für Wohngebäude, aber nicht für gewerbliche Anwendungen akzeptiert werden. Die IBC schreibt die Belüftung von Dachböden und Kriechräumen vor und geht nicht auf das Konzept des unbelüfteten Dachbodens ein. Viele Bauaufsichtsbehörden haben jedoch unbelüftete Dachböden von Fall zu Fall akzeptiert, wenn überzeugende Beweise – wie z. B. hygrothermische Modelle der vorgeschlagenen Baugruppen – dafür vorgelegt wurden, dass die Baugruppe ordnungsgemäß funktionieren wird. Die Anforderungen haben sich im Laufe der Jahre leicht geändert, aber viele der Elemente sind gleich geblieben.

Die ICC-Ergänzung 2007, International Energy Conservation Code (IECC) 202, „General Definitions“, führte drei neue Klassen von Dampfbremsen ein:

• Klasse I: 0,1 perms oder weniger;
• Klasse II: 0.1 bis 1 perm;
• Klasse III: 1,0 bis 10 perms.

SPF mittlerer Dichte mit einer Dicke von 51 bis 76 mm (2 bis 3 Zoll) fällt typischerweise in die Klasse II, während SPF niedriger Dichte mit einer Dicke von 89 bis 140 mm (3,5 bis 5,5 Zoll) in die Klasse III fällt.

Die Dampfbremsklassen sind wichtig, um unbelüftete Dachbodenkonstruktionen korrekt zu spezifizieren. Die Qualifikationen für unbelüftete Dachböden sind in IRC Abschnitt R806.4, „Unvented Attic Assemblies“, aufgeführt. Folgende Bedingungen müssen erfüllt sein:

• er ist vollständig in der thermischen Hülle des Gebäudes enthalten;
• an seiner Deckenseite (d.h. dem Dachboden) sind keine inneren Dampfbremsen installiert;
• mindestens 6,3 mm (1/4 Zoll.
• ein belüfteter Luftraum trennt alle Holzschindeln oder Schindeln und die Dachunterlage über der strukturellen Ummantelung; und
• für die IECC-Klimazonen 5, 6, 7 und 8 ist die luftundurchlässige Isolierung eine Dampfbremse, oder eine Dampfbremse ist in direktem Kontakt mit der Isolierung installiert (dies gilt für SPF mit geringer Dichte).

Abhängig von der Luftundurchlässigkeit der Dämmung direkt unter der strukturellen Dachummantelung verlangt der IRC-Abschnitt auch eine der folgenden Bedingungen:

• ausschließlich luftundurchlässige Dämmung (d.h.
• Zusätzlich zu der luftdurchlässigen Dämmung, die direkt unter der Dachhaut angebracht ist, muss eine undurchlässige, starre Platten- oder Blechdämmung direkt über der Dachhaut angebracht werden, wie in Tabelle 8 (Abbildung 2) zur Kondensationskontrolle angegeben; oder
• luftundurchlässige Dämmung muss an der Unterseite der Dachhaut angebracht werden, wie in Tabelle R806.Die luftdurchlässige Dämmung muss direkt an der Unterseite der luftundurchlässigen Dämmung angebracht werden.

(Dieser Abschnitt gilt für Flachdachsysteme, bei denen eine Schicht aus geschlossenzelligem SPF an der Unterseite der Dachhaut und eine andere Dämmung, wie z. B. Glasfaser, direkt auf dem SPF angebracht wird.)

Probleme mit unbelüfteten Dachböden
Die Akzeptanz des Konzepts der unbelüfteten Dachböden und Kriechräume hat bei denjenigen, die mit den physikalischen Eigenschaften und den Feuchtigkeitsregulierungsfähigkeiten von SPF nicht vertraut sind, einige Bedenken hervorgerufen. Eine häufige Befürchtung, die bei der Festlegung von SPF in diesen Räumen geäußert wird, ist, dass geschlossenzelliger Schaum, der an der Unterseite von Holzdächern angebracht wird, zu Fäulnis führt, weil undichte Stellen aufgrund der Wasserbeständigkeit des Polyurethans unentdeckt bleiben. Geschlossenzelliger Schaumstoff stößt jedoch flüssiges Wasser ab. Er dichtet Risse und Spalten in der Holzdecke ab, so dass Wasser, das durch das Dachsystem eindringt, auf der Holzdecke bleibt. Durch die Schwerkraft wird es dann zur Gebäudekante und vom Dach abgeleitet.

Wenn die Außenfläche des Holzes bei der Installation des Schaums nass ist, würde die Trocknung von der Dachseite nach außen erfolgen, nicht durch das Holz zum Schaum. Dies wäre auch der Fall, wenn der Schaumstoff nicht vorhanden wäre. Wenn das Holz gesättigt ist, sollte der Schaum nach bewährter Praxis nicht installiert werden. Wenn der Schaum auf nassem Holz installiert wird, ist dies für den Verarbeiter sichtbar, und es gibt offene Zellen und eine geringere Dichte, die die Absorption von Wasser in den Schaum ermöglicht. In diesem Fall würden sich undichte Stellen auf der Innenseite zeigen. Unabhängig davon sollte ein Dachsystem regelmäßig inspiziert werden, um Anzeichen für undichte Stellen im Dach und mögliche Schäden an der Dachhaut zu erkennen. Schaumstoffdämmung macht es nicht schwieriger, Schäden zu entdecken.

In kälteren Klimazonen kann SPF die Gefahr von Eisschäden verringern. Sie verhindern, dass warme Luft an die Unterseite des Daches gelangt, wo sie Schnee schmelzen könnte, so dass das Wasser nach unten fließt und an der Traufe wieder gefriert. Es ist wichtig, die Dämmung über die Innenständerwand hinaus entlang der Laibung zu verlängern. Wenn die Luftzwischenräume oben an der Wand nicht abgedichtet sind, kann warme Luft die Unterseite der Dachdecke erwärmen und in kalten Klimazonen möglicherweise Eisdämme verursachen.

Ein weiteres Problem ist, dass unbelüftete Dachböden mit einer an der Unterseite der Dachdecke angebrachten Dämmung zu hohe Schindeltemperaturen verursachen, was die Lebenserwartung der Schindeln verringert.

Einige Hersteller von Asphaltschindeln schließen Garantien aufgrund einer „unzureichenden Dachbodenbelüftung“ ausdrücklich aus. Andere hingegen lassen die Verwendung von SPF, die auf der Unterseite von Dachböden in unbelüfteten Dachböden verlegt sind, in ihrer Garantie zu.

Ingenieurstudien, die von Carl Cash (ehemaliger Vorsitzender des ASTM D08 Committee on Roofing) durchgeführt wurden, untersuchten die Voraussetzung der Dachbodenbelüftung und ihre Auswirkung auf die Schindeltemperatur im Vergleich zu anderen Faktoren, die die Schindeltemperatur beeinflussen könnten. Cash zufolge:

Die Belüftung des Daches reduziert die durchschnittliche Temperatur des Daches um 1,75 C (5 F), was einem Drittel des Einflusses der Farbe der Schindeln, der Ausrichtung des Daches und 1/36 des Einflusses der geografischen Lage entspricht.

Eine weitere oft genannte Sorge ist, dass geschlossenzelliger Sprühschaum ein Dampfbremsmittel ist und daher nicht in warmen, feuchten Klimazonen verwendet werden kann, da er verhindert, dass Wasserdampf in die Baugruppe ein- und aus ihr austritt.

Geschlossenzelliger Sprühschaum hat einen Perm-Wert von etwa 1.5 bis 3,0 pro 25 mm (1 Zoll) und einen R-Wert von etwa 1,05 pro 25 mm (6,0 pro 1 Zoll). Diese Kombination ermöglicht einen kontrollierten Wasserdampfstrom und trennt gleichzeitig die Innen- und Außenbereiche. Das Ergebnis ist eine bessere Kontrolle der Kondensation innerhalb der Gebäudehülle, solange eine ausreichende SPF-Dämmung vorhanden ist, um Kondensation zu verhindern. Bei den meisten Anwendungen reichen 12,7 bis 25 mm (0,5 bis 1 Zoll) SPF in warmen und gemischten Klimazonen aus, und 38 bis 63,5 mm (1,5 bis 2,5 Zoll) werden in kälteren Regionen benötigt. Es sollte beachtet werden, dass hygrothermische Modellberechnungen empfohlen werden, wenn atypische Bedingungen auftreten, wie z. B. extreme Umgebungen und ungewöhnliche Konstruktionen oder Entwürfe.

Wenn ein hybrides Dämmsystem verwendet wird, wie z. B. geschlossenzelliger Sprühschaum, der mit Glasfaser- oder Zellulosedämmung bedeckt ist, ist eine größere Dicke des geschlossenzelligen Schaums erforderlich, um das Potenzial für Kondensation zu verringern.

Eine weitere Frage bei der Verwendung von Sprühschaum ist, was passiert, wenn ein Verarbeiter versehentlich Schaum auf nasses Holz sprüht, insbesondere auf nasse Rahmenteile. Es wurden Forschungen zur Installation von SPF auf nassem Holz durchgeführt. Dr. Mark Bombers Buch Spray Polyurethane Foam in External Envelopes of Buildings (Polyurethan-Sprühschaum in Außenhüllen von Gebäuden) berichtet über die zu diesem Thema durchgeführten Forschungen. Diese Untersuchungen zeigen, dass geschlossenzelliger Schaumstoff unter typischen Baubedingungen (d. h. wenn er auf Holzrahmen mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 28 bis 35 Prozent installiert wird) etwa 35 Tage benötigt, um auf einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 19 Prozent zu trocknen, verglichen mit 8,5 Tagen, wenn kein Schaumstoff angebracht ist. Außerdem wurde berichtet, dass die luftdichtenden Eigenschaften des Schaums erhalten blieben.

Dieser Artikel berichtet jedoch nicht über die Folgen der Installation von geschlossenzelligen SPF auf der kalten Seite einer Wand mit einem konstanten Wärmegefälle. In extremen nördlichen Klimazonen oder in Kühllagern zum Beispiel würden die Bedingungen zu einem konstanten Feuchtigkeitsfluss in eine Richtung führen, was die Trocknung bis zu dem Punkt verlangsamen würde, an dem Holzfäule auftreten könnte.

Ungeachtet dessen empfiehlt die SPF-Industrie, weder offen- noch geschlossenzelligen Schaum auf nasse oder feuchte Oberflächen zu sprühen, da die Schaumhaftung beeinträchtigt wird. Ähnlich wie bei Anstrichen und Beschichtungen sollten die Untergründe, auf die SPF aller Art aufgetragen werden, relativ trocken sein (z. B. Holz mit einem Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 18 Prozent). Dies lässt sich leicht mit einem Feuchtigkeitsmessgerät überprüfen. Installateure wissen sofort, ob die Holzoberfläche nass ist, weil die Flüssigkeit mit der Feuchtigkeit reagiert und eine Farbveränderung und ein schlechtes Aufsteigen des Schaums verursacht.

Schlussfolgerung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es keine Einheitsgröße gibt, wenn es um die Entscheidung geht, ob ein belüfteter oder unbelüfteter Dachbodenaufbau verwendet werden soll. Nur weil etwas beliebt oder trendy ist, ist es noch lange nicht die beste Wahl. Zu den Variablen, die die Entscheidung für oder gegen eine Entlüftung beeinflussen, gehören:

• Innen- und Außentemperatur und Luftfeuchtigkeit;
• Typ der HLK-Anlage und des Kanalsystems;
• erwarteter Dampfdruck;
• Baumaterialien;
• Gebäudetyp;
• Konfiguration der Struktur; und
• Bauvorschriften.

Es ist wichtig, dass ein Planer all diese Faktoren berücksichtigt, bevor er Pläne erstellt und eine endgültige Empfehlung abgibt.

Hinweise
1 Materialien, die gemäß ASTM 283 getestet wurden, lassen weniger als 2 L/m2 Luft bei 75 kPa durch. (zurück zum Anfang)

Mason Knowles ist Präsident von Mason Knowles Consulting LLC, der sich auf die Bereitstellung von Ausbildungs-/Schulungsmaßnahmen, die Behebung von Anwendungsproblemen, technische Dienstleistungen und Artikel sowie Präsentationen speziell für die Sprühschaumindustrie spezialisiert hat. Er verfügt über 42 Jahre Erfahrung in der Sprühschaumindustrie als Auftragnehmer, Hersteller von gesprühtem Polyurethanschaum (SPF) und Ausrüstungen sowie als Geschäftsführer von Handelsverbänden. Knowles ist Vorsitzender des ASTM-Unterausschusses für Sprühschaumdächer und der ASTM-Arbeitsgruppe, die für die Spezifikation ASTM C 1029, Spray-applied Polyurethane Foam, verantwortlich ist. Er ist ein von der SPFA (Sprayed Polyurethane Foam Association) akkreditierter Gebäude- und Dachinspektor und ein Ausbilder für SPFA-Kurse für Verarbeiter und Inspektoren. Knowles ist Mitglied des International Code Council (ICC), RCI International, Insulation Contractors Association of America (ICAA), SPFA, Building Enclosure Technology and Environment Council (BETEC) und des Roofing Industry Committee on Weather Issues‘ (RICOWI) Hurricane and Hail Investigation Teams. Er kann per E-Mail unter [email protected] kontaktiert werden.

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