WU-Bodenplatte_Tauwasser und Materialfeuchtigkeit EPS

[Thomas Lorenz]

Hallo WUFI-Team,

ich simuliere gerade eine Bodenplatte. Es sollen mögliche Tauwasserausfälle in dem Aufbau untersucht werden. Es handelt sich um folgenden Aufbau (von oben nach unten):
Zementestrich d= 6,5cm (in Simulation mit oberer / mittlerer / unterer Schicht angesetzt) Dicke je Schicht: 0,023m
EPS-Tackerplatte für Fußbodenheizung mit Folienkaschierung d=2cm (in Simulation mit PE-Folie sd=50m und EPS angesetzt)
EPS-Dämmung d=8cm (in Simulatioin mit ESP aus Fraunhofer-Datenbank mit 1cm Dicke (=Tauwasserprüfelement) und 7 cm Dicke angesetzt)
PE-Folie (nach Angabe sei die Folie nur überlappend verlegt; auf der sicheren Seite liegend wurde diese bei der Simulation zunächst weggelassen)
WU-Beton d=18cm (in Simulation mit Beton w/z=0,5 aus Fraunhofer-Datenbank angesetzt)
Erdkörper d=50cm


Klima außen: Holzkirchen 1991 / Erdtemperatur 1m / Rel. Feuchte 100%

Im Ergebnis zeigt sich:
1. EPS-Prüfelement mit d=1cm bei ca. 22 kg/m³ > 200 g/m² --> Anforderung aus DIN EN 13788 nicht eingehalten --> unzulässiges Tauwasser

2. In der EPS-Dämmung (d=7cm) stellen sich Feuchtigkeitswerte von periodisch wiederholend 8-10 Mas.% ein; die Literatur sagt eigentlich, daß ein Wert von ca. 1 Mas.-% als praktischer Feuchtigkeitsgehalt (vgl. Din 4108-4:1989) gilt; Prof. Oswald hat dies seinerzeit bestätigt.

3. Bei Variantenbetrachtung mit einer PE-Folie (sd=100m) auf der Bodenplatte als Dampfbremse Erhöhen sich die Werte in den EPS-Dämmungen sowie der Feuchtigkeitswert in dem 1cm dicken Prüfelement (also mehr Tauwasser) - dies erscheint auf den ersten Blick nicht nachvollziehbar.

4.Bei einer Variantenbetrachtung unter Verwendung der EPS-Dämmung aus der Nordamerikanischen Datenbank (mit gemessenen Werten für die Feuchtespeicherung im Vergleich zu den Materialwerten der Fraunhofer-Datenbank) ergibt sich in einem 1mm-Element ein Feuchtigkeitswert von ca. 5 kg/m³ > max. Wert von 3kg/m³ aus der Feuchtespeicherungskurve --> Tauwasser. Gleichzeitig ergäben sich für die EPS-Dämmung einschwingende Feuchtigkeitswerte von ca. 1-3 Mas.-% die wieder o.k. wären.

Es verbleiben folgende Fragen:
A. Bei welchem Wert für die Materialfeuchtigkeit einer EPS-Dämmung sollte man bei einer WUFI-Berechnung die Grenze ziehen, also wann (in etwa) ist eine Materialfeuchtigkeit als zu hoch einzustufen?
B. Welches EPS-Material sollte bei einer, wie oben beschriebenen Simulation, für den Aufbau verwendet werden - Fraunhofer oder Nordamerikanische Datenbank?
C. Ist das Ergebnis "größere Tauwasserbildung" bei Einbau einer PE-Folie auf der Bodenplatte realistisch?
D. Ist das unzulässige Tauwasser in dem EPS-Prüfelement (1cm) trotz WU-Beton auf eine zu geringe Bauteildicke zurückzuführen?
E. Ist das Bauteil als nicht geeignet einzustufen?
F. Sind bei Bodenplatten zusätzliche Besonderheiten bei WUFI zu berücksichtigen?

Vielen Dank im Voraus,

Grüße,

Tommy

[Christian Bludau]

Hallo Tommy

1. EPS-Prüfelement mit d=1cm bei ca. 22 kg/m³ > 200 g/m² --> Anforderung aus DIN EN 13788 nicht eingehalten --> unzulässiges Tauwasser

Das Bewertungskriterium für Tauwasser nach DIN 13788 ist für abfließendes Tauwasser gedacht, kann also nur sinnvoll in Faserdämmungen angewandt werden. In der EPS sammelt sich hier vielleicht Feuchte im Porenraum, kann aber bestimmt nicht ablaufen. Die Platten sind erstaml nicht feuchteempfindlich, aber bei zu hohem Porenfüllgrad kommt es vielleicht zu Frostproblemen (im Boden eher nicht der Fall). Daher ist das Bewertungskriterium für EPS ist Änderung der Wärmeleitfähigkeit, die bei ca. 3-5 Vol.-% einsetzt. Siehe hierzu auch die feuchteabhängige Wärmeleitfähigkeit des Materials.

2. In der EPS-Dämmung (d=7cm) stellen sich Feuchtigkeitswerte von periodisch wiederholend 8-10 Mas.% ein; die Literatur sagt eigentlich, daß ein Wert von ca. 1 Mas.-% als praktischer Feuchtigkeitsgehalt (vgl. Din 4108-4:1989) gilt; Prof. Oswald hat dies seinerzeit bestätigt.

Dieses Bewertungskriterium ist mir nicht geläufig. 10 M.-% entspricht je nach Rohdichte etwa 1-2 kg/m³ Wasser, was gar kein Problem für das EPS darstellt.
Der Wassergehalt wird bei Dämmstoffen aufgrund der geringen Masse und der besseren Vergleichbarkeit meist in Vol.-% angegeben. Der Wassergehalt in M.-% kann vor allem bei Faserdämmungen sehr hoch gehen (mehrere hundert).

3. Bei Variantenbetrachtung mit einer PE-Folie (sd=100m) auf der Bodenplatte als Dampfbremse Erhöhen sich die Werte in den EPS-Dämmungen sowie der Feuchtigkeitswert in dem 1cm dicken Prüfelement (also mehr Tauwasser) - dies erscheint auf den ersten Blick nicht nachvollziehbar.

Aufgrund des Temperaturgefälles kommt die die Feuchte hier von oben und staut sich vor der PE-Folie. Das scheint mir schon plausibel.

PE-Folie (nach Angabe sei die Folie nur überlappend verlegt; auf der sicheren Seite liegend wurde diese bei der Simulation zunächst weggelassen)

Übrigens sollste die PE-Folie nicht weggelassen werden. Eine Überlappung macht hier nichts aus, da ja keine Durchströmung auftreten kann. Wird ja "aufeinandergepresst". Sollte die PE-Folie beschädigt sein, kann man sich überlegen, ob man den Wert etwas abmindert.

Nun zu den Fragen:

A. Bei welchem Wert für die Materialfeuchtigkeit einer EPS-Dämmung sollte man bei einer WUFI-Berechnung die Grenze ziehen, also wann (in etwa) ist eine Materialfeuchtigkeit als zu hoch einzustufen?

Siehe oben, gesamte EPS-Schicht auf WLF bemessen.

B. Welches EPS-Material sollte bei einer, wie oben beschriebenen Simulation, für den Aufbau verwendet werden - Fraunhofer oder Nordamerikanische Datenbank?

Beide Materialien sind nicht falsch. Wie gut die Kennwerte in der nordamerikanischen DB sind, weiß ich nicht. Auch die Norwegische DB enthält einen EPS Datensatz mit gemessener Feuchtespeicherfunktion (FSP). Beide Materialien haben allerdings keine feuchteabhängige Wärmeleitfähigkeit.
Wenn man den genauen Wassergehalt an einer Position in der Dämmung bestimmen will, ist es erforderlich, dass man eine gemessene FSP verwendet. Ist nur der Wassergehalt der gesamten Dämmschicht von Interesse (wie im vorliegenden Fall), dann reicht die interne FSP auch aus.

C. Ist das Ergebnis "größere Tauwasserbildung" bei Einbau einer PE-Folie auf der Bodenplatte realistisch?

Ich würde hier zwar nicht von Tauwasser reden, da sich das Wasser in den Poren einlagert, aber ja, ist realistisch, siehe oben.

D. Ist das unzulässige Tauwasser in dem EPS-Prüfelement (1cm) trotz WU-Beton auf eine zu geringe Bauteildicke zurückzuführen?

s.o., Bewertung nicht sinnvoll.

E. Ist das Bauteil als nicht geeignet einzustufen?

Dazu werde ich mich nicht äußern, ohne den Fall selbst betrachtet zu haben.

F. Sind bei Bodenplatten zusätzliche Besonderheiten bei WUFI zu berücksichtigen?

Nein, aber nicht vergessen, dass die Erdreichtemperatur ohne Übergangswiderstand angesetzt werden muss.

Hoffe, das hilft,
viele Grüße,
Christian

[Thomas Lorenz]

Hallo Christian,

vielen Dank für die kurzfristige und detaillierte Auskunft. Ich hätte noch zwei kurze Fragen:

Hinsichtlich der Abbildung der Bodenplatte:
Wird mit der Verwendung des Materials "w/z=0,5" die wasserundurchlässige Eigenschaft eines WU-Betons ausreichend berücksichtigt? Wir hatten dies intern diskutiert und ein Kollege meinte, früher hätte es von euch den Hinweis gegeben das Stahlbetonelement aufzugliedern und eine zusätzliche wasserundurchlässige Schicht einzubauen.

Hinsichtlich Bestimmung unzulässiger Tauwassermengen
Wie kann beim hier vorliegenden Aufbau möglicherweise entstehendes Tauwasser bewertet werden? Wohl nur über die Filmbetrachtung? Gibt es ein vergleichbares Kriterium, wie z.B. das Abtrennen von dünnen Schichten für Faserdämmstoffe? Ich hoffe ich habe keines eurer zur Verfügung gestellten Hilfen übersehen.

Vielen Dank,

Tommy

p.s. die erneuerten, ergänzten Tutorials sind sehr hilfreich, vielen Dank dafür.

[Christian Bludau]

Hallo Tommy,

der Beton w/z 0,5 entspricht einem WU-Beton. Das mit der wasserundurchlässigen Schicht kenne ich nicht. Brauchts aber auch nicht.

In diesem Aufbau entsteht kein Tauwasser in diesem Sinn. Von Tauwasser spricht man ja eigentlich nur, wenn sich auf einer Oberfläche Tropfen bilden, die ablaufen können. Auch bei den Faserdämmstoffen ist es eigentlich kein Tauwasser in diesem Sinne, sondern es lagert sich Wasser an den Fasern an, dass beim überschreiten einer gewissen Menge abläuft. Die Tauwasserauswertung nach unserem Tutorial ergibt sich aus der Problemstellung, dass die Grenzwerte aus stationären Verfahren, bei denen sich dann an Grenzschichten Tauwasser bildet, herkommen. Um diese Grenzwerte auch in der instationären Berechnung anwenden zu können, betrachten wir die Menge an Wasser, die sich in der oberflächennahen Schicht anlagert. Bei Faserdämmstoffen kann das eben beim Überschreiten eines Rückhaltewertes ablaufen, aber bei geschlossenporigen Dämmstoffen bleibt das Wasser in der Pore, die sich komplett Füllen kann. Daher ist hier das Wasser als Wassergehalt zu sehen und nicht als Tauwasser. Hier ist keine Bewertung eines entstehenden Tauwassers erforderlich.
Die Tauwassermenge, die in einer Glaserberechnung an dieser Position ausgegebn wird, ist ebenfalls nicht sinnvoll und sollte nur als Menge anfallenden Wasser bewertet werden, die wieder austrocknen muss. Tauwasserbildung und dessen Ablaufen kann eigentlich nur auftreten, wenn sich ein Luftspalt zwischen EPS und Beton Befindet.

Freut mich, dass die Tutorials gefallen,
Christian