Bauphysik moderner Fassaden

Gesamtenergieeffizienzrichtlinie, Energieeinsparverordnung, Energieausweis und zahlreiche Vorgaben zum Wärmeschutz haben das Bauen deutlich verändert. Die Dämmung wurde dicker, die Gebäude wurden dichter, neue Materialien, Konstruktionen und Verglasungen wurden entwickelt. Entsteht heute Kondensat am Fenster, erhält der Metallbauer nicht selten ein Schreiben vom Rechtsanwalt.

„Kondenswasser – das tritt an schlecht gedämmten Verglasungen und Profilen auf!“ In der Vergangenheit ergab sich dieser Zusammenhang aus der unmittelbaren Erfahrung. Es leuchtete ein, Kondenswasser entsteht, wenn eine Oberfläche zu kalt und die Luft zu feucht ist oder sogar Eisblumen, wenn es wirklich kalt ist. Nicht wenige Poeten haben in der Vergangenheit Gedichte darüber verfasst.
Nun sind aber die Gebäude gut gedämmt oder auch „wärmetechnisch saniert“, oft wurde ein energiesparendes Heizsystem eingebaut und mittels „Blower-Door“-Verfahren nachgewiesen, dass auch tatsächlich luftdicht gebaut wurde. Alle Berechnungen zeigen, dass der Wärmebedarf nun deutlich niedriger ist, die Wohnung warm ist und im Idealfall belegt die Heizkostenabrechnung, dass der Wärmeverbrauch niedrig ist. Wie ist es dann möglich, dass es immer noch Kondenswasser gibt und Schimmelbildung auftritt?

Metallbauer unter Verdacht

Nicht selten wird die Ursache dann am Fenster oder der Verglasung gesehen — dort kondensiert es ja schließlich. Aber so einfach ist es nicht. Auch die Fenster- und Fassadenkonstruktionen wurden weiterentwickelt, viele Verglasungen sind als Dreifach-lsolierverglasung eingebaut, die Systeme zum Teil mit drei Dichtungsebenen und verdeckten Beschlägen versehen, sowie mit speziellen wärmedämmenden Profilen optimiert. Der U-Wert der Fenster wird in der Branche auf dem Papier mittlerweile in hundertstel W/m²K gehandelt und auch von den Konsumenten und Planern entsprechend verglichen und gefordert. Und trotzdem Kondensat am Fenster? Trotz gesetzlich erzwungener Einhaltung neuester europäischer Prüf- und Berechnungsvorgaben und einer verpflichtenden Leistungserklärung auf Basis der aktuellen Europäischen Produktnorm für Fenster? Trotz Anforderungen an die Wärmedämmung wie nie zuvor? Hat man in Europa im Fensterbau nichts dazugelernt?

Kondensat an normkonformen Fenstern

Die folgenden Ausführungen gelten für Fenstersysteme, die dem heutigen Stand der Technik entsprechen, die im Hinblick auf die in der Produktnorm definierten Eigenschaften (EN 14351) die nationalen baugesetzlichen Anforderungen erfüllen und diesbezüglich auch mängelfrei sind.

Was ist Kondensat?

Die uns umgebende Luft enthält einzelne Gase in etwa gleichbleibender Konzentration, bekannt sind Stickstoff und Sauerstoff, die zusammen etwa 90 % ausmachen. Weitaus geringer sind die Anteile an Argon, das für die wärmedämmende Füllung unserer Isolierverglasungen Anwendung findet (etwa 0,9 %), oder an CO2 , das mit seinen etwa 0,04 % besondere Bekanntheit im Zusammenhang mit dem Klimawandel erlangt hat.
Auch enthalten ist Wasserdampf, dessen Gehalt deutlich von der Temperatur der Luft abhängig ist: Warme Luft kann mehr Wasserdampf halten als kalte. Kühlt warme, feuchte Luft an einer kalten Oberfläche ab, können einzelne Wasserdampfmoleküle nicht mehr in Bewegung gehalten werden und lagern sich als Kondenswasser auf der kalten Oberfläche an. Ein bekanntes Beispiel ist die Bierflasche aus dem Kühlschrank, bei der sich sofort Kondenswasser bildet, wenn man sie aus dem Kühlschrank holt.
Kondensat entsteht also aus dem umgebenden Raumklima, das war schon immer so. Mit der verstärkten Dämmung aber haben sich die klimatischen Bedingungen für die Gebäudehülle deutlich geändert. Bei weniger wärmegedämmten Gebäuden ist es notwendig, mit hohen Vorlauftemperaturen zu arbeiten, um die Räume ausreichend zu erwärmen. Einzelne Heizkörper mit hoher Temperatur erzeugen starke Konvektion, warme Luft steigt auf. Die entstehende Konvektionswalze führt auch dem Fenster bzw. der Verglasung über Konvektion viel Wärmeenergie zu.

Bauphysik moderner Fassaden

Wird ein Gebäude mit Wärmedämmung versehen und abgedichtet, hat dies erst einmal die Folge, dass der Heizwärmebedarf sinkt, was ja auch das Ziel dieser Maßnahmen ist. Dies bewirkt aber auch, dass nun die Heizkörper mit geringer Vorlauftemperatur betrieben werden, oder die Heizkörper überhaupt durch eine Strahlungsheizung, wie z.B. eine Fußbodenheizung ersetzt werden. Solche Heizquellen geben ihre Wärme hauptsächlich durch Wärmestrahlung ab. Wärmestrahlung verhält sich wie Lichtstrahlung, es handelt sich um elektromagnetische Strahlung, nur eben mit größerer Wellenlänge.
Bereiche der Gebäudehülle wie Fenster und Verglasungen, die eine geringere Wärmedämmung haben als die gedämmte Wandfläche, werden nun zur Antriebsquelle der Luftströmung im Raum: Die Glasfläche wirkt wie ein Wärmetauscher. Da ja an der Verglasung mehr Wärme nach außen transportiert wird, wird dort die Raumluft schneller abgekühlt. Kalte Luft aber ist schwerer als warme Luft und sinkt daher vor der Verglasung ab. Ist nun ein weniger erwärmter Heizkörper vorhanden, reicht der Auftrieb nicht mehr, um warme Luft zur Verglasung zu bringen, es bildet sich eine eigene Klimazone am Fenster. Der untere Bereich kühlt ab.
Im Falle einer Fußbodenheizung gibt es gar keine „Gegenkonvektion“ mehr, die Konvektionswalze dreht sich um – abgekühlte Luft von der Verglasung fällt nach unten ab und kühlt den Bereich des Fußbodens vor der Verglasung. Je höher die Glasfläche und je geringer die Wärmedämmung der Verglasung, desto deutlicher der Effekt. Gleichzeitig kommt auch weniger Wärme an den Fensterbankbereich, da dieser von der direkten Wärmestrahlung von der Fußbodenheizung aus abgeschattet ist und mangels Wärmezufuhr abkühlt.
Diese reduzierte Wärmezufuhr trifft heute aber auch nicht selten auf einen erhöhten Feuchtegehalt in der Raumluft. Dichte Gebäude erfordern, dass auch regelmäßig gelüftet wird. Aus Zeitmangel oder anderen Gründen unterbleibt dies aber nicht selten, die Luftfeuchte im Gebäude ist in dichten Gebäuden tendenziell höher. Alles, was an Feuchte eingebracht wird, muss auch wieder abgelüftet werden. Ist nun ausreichend feuchte Luft im Raum, beginnt es an diesen wärmetechnisch zu wenig versorgten Bereichen zu kondensieren. Wenn ausreichend Feuchtigkeit da ist und der Untergrund passt — kann es in der Folge zu Schimmelpilzwachstum kommen.

Woran liegt die Kondensatbildung?

Wurden die Fenster oder der Einbau wärmetechnisch falsch bemessen? Der berechnete U-Wert der Verglasungen und Fenster wird mit normierten Wärmeübergangswiderständen berechnet, die aber, da sie dem Vergleich der Produkte dienen, die oben angeführten Effekte der reduzierten Wärmezuführung nicht wiedergeben. Tatsächlich sind die Wärmeübergangswiderstände in solchen Fällen lokal deutlich höher. Steht aber nicht ausreichend Wärmeenergie zur Verfügung, können die errechneten Temperaturen für Kondensatfreiheit auch nicht erreicht werden.
Aber auch die verstärkte Luftdichtheit der Gebäudehülle hat Folgen, insbesondere bei den heute beliebten offenen Grundrissen. Zum einen steigt feuchte Luft aus den unteren Räumen nach oben: Feuchte Luft ist leichter als trockene Luft. Zum anderen führen mehrgeschossige offene Bauweisen zu erhöhtem thermischen Auftrieb, und je dichter die Gebäudehülle, desto höher wird auch der Überdruck in den oberen Geschossen. Zusammen mit dem Winddruck entsteht ein kontinuierlicher Transport feuchtwarmer Raumluft durch die Fensterfugen, insbesondere in den oberen Geschossen und auf der windabgewandten Seite. Kondensat im Falz kann die Folge sein, bei geringen Temperaturen auch Eisbildung. Die thermisch optimierten Fensterprofile sind in den äußeren Bereichen kühler, sodass es hier bei entsprechender Witterung zu Eisbildungen kommen kann.

Was tun, wenn die Gründe bekannt sind

Auch gut gedämmte Oberflächen erreichen nur dann ausreichende Oberflächentemperaturen, wenn ausreichend Wärme zugeführt wird. An kritischen Stellen sollte gezielt Wärme zugeführt werden: Der geringe Wärmebedarf moderner Bauweisen bringt es mit sich, dass Wärme nicht mehr konvektiv in alle Winkel und Ecken der Konstruktion transportiert wird. An kritischen Stellen sollte dann eine zusätzliche lokale Wärmezufuhr geplant und ausgeführt werden.
Den Wärmeübergang verbessern: Kritische Bereiche für die Strahlungsheizung „sichtbar“ machen, Oberflächen mit zu geringen Emissionskoeffizienten vermeiden (eloxiertes Aluminium und blanker Edelstahl z.B. haben eine deutlich verminderte Strahlungsemission und damit auch eine verminderte Absorption im Vergleich zu beschichteten Oberflächen), auch Glas reflektiert Wärmestrahlung gut. Tritt nur selten Kondensat auf, das man vermeiden möchte, kann auch der Einsatz eines Ventilators Abhilfe schaffen – er bringt konvektiv warme Raumluft an die kritische Stelle.
Zu große Differenzen in der Wärmedämmung vermeiden. Ist das Gebäude gut gedämmt, sollten auch gut dämmende Verglasungen und Fensterkonstruktionen gewählt werden.
Feuchteeintrag beim Bauen vermeiden und auch bei der Nutzung für Lüftung sorgen: Mit steigender Luftfeuchte wächst die Anzahl kritischer Bereiche, da einerseits nicht alle Oberflächen eines Raumes gleich gut mit Wärme versorgt werden können und andererseits durch geometrische und stoffliche Wärmebrücken Zonen mit erhöhtem Wärmeabfluss vorhanden sind (wie dies auch alle Fenster und Verglasungen sind), die eine geringere Temperatur aufweisen. Gegen kurzzeitige Feuchtespitzen helfen feuchtespeichernde Oberflächen in den Räumen.
Druck abbauen, zu hohe Druckdifferenzen meiden: Mehrgeschossige offene Raumverbände vermeiden bzw. bei solchen Räumen entsprechend dichte Türen einplanen oder für geschossweisen Druckausgleich sorgen. Abhilfe bringt z.B. auch eine einfache Abluftanlage oder Schachtlüftung, die so eingestellt ist, dass in den oberen Räumen keinesfalls ständiger Überdruck vorliegt. Ob die Anlage richtig eingestellt ist, kann man einfach durch einen Folientest sehen: Klebt man in ein offenes Fenster eine Folie, sollte sich diese bei Windstille nicht ständig massiv nach außen wölben.
Auf raumseitig dichte Konstruktionen achten. Kein Funktionsfalz ist hermetisch dicht, aber unplanmäßige Undichtheiten oder schlecht anliegende Dichtungen führen dazu, dass mehr feuchte Luft durch den Falz transportiert wird und damit auch mehr Kondenswasser ausfallen kann. Besonders wichtig ist es, einen Luftdurchtritt von der Raumseite über den Glasfalz zu vermeiden. Verglasungen sind raumseitig immer möglichst dicht einzubauen.
Kritische Räume mit geringerer Nutzungstemperatur (Schlafzimmer, Wintergärten) möglichst nicht in den oberen Geschossen und/oder nicht auf der windabgewandten Seite (Leeseite) des Gebäudes anordnen.
Weniger Wärmezufuhr bedeutet, dass weniger Energie zur Verfügung steht, um die Gebäudehülle trocken zu halten. Der Metallbau kann durch innovative vorgehängte, hinterlüftete Fassadensysteme dazu beitragen, moderne Gebäude auch mit weniger Energie dauerhaft trocken zu halten.

Fazit

Geänderte Bauweisen und Nutzungsbedingungen bringen eine massive Änderung der Randbedingungen für das Feuchte- und Temperaturmanagement des Gebäudes sowohl beim Neubau als auch bei der Sanierung mit sich. Bereits in der Planung müssen diese Änderungen beachtet werden, will man spätere Probleme mit Kondensat vermeiden. Die Zusammenhänge von Ursachen und Wirkungen wurden aufgezeigt und Ansätze für Lösungen angesprochen. Die Alternative wäre, Fenster zu bauen, die auch mit den oben angeführten Randbedingungen noch klarkommen. Diese wären dann aber hermetisch dicht und sicher auch deutlich teurer als die heute eingesetzten Fensterkonstruktionen. Und da wir ohnehin auch Luft in unseren Räumen brauchen, ist der aufgezeigte Weg im Sinne eines leistbaren Bauens zielführender für eine kondensatfreie Zukunft beim Bauen und im Metallbau.