Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Das Umdenken der Bevölkerung hinsichtlich der Nachhaltigkeit ihres Wohnraumes zieht eine erhöhte Nachfrage unbelüfteter Flachdachkonstruktionen in Holzbauweise nach sich. Die Ausweitung des Marktes aber bedeutet für Konstrukteure und Hersteller auch Bauteiloptimierungen und –entwicklungen im Grenzbereich, um weiterhin konkurrenzfähig zu bleiben. Solche Optimierungen bringen erhöhte Anforderungen an die bauphysikalische Ausführung des Bauteils mit sich, die vermehrt zu Fragestellungen über Lebensdauer und Funktionstauglichkeit der Gesamtkonstruktion führen. Dabei weist vor allem die hölzerne Dachschalung unterhalb der dampfdiffusionsdichten Schicht ein feuchtetechnisch erhöhtes Gefahrenpotential auf. Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Überschreitung von 20% Holzfeuchte über eine längere Zeitdauer erhebliche Folgen, wie Schimmelpilze etc., mit sich bringen können. Diese Tatsache bewegte die Pius Schuler AG, PAVATEX® und die ETH Zürich beim Bau eines Zweifamilienhauses dazu, eine Messtechnik im Hohlkastensystem zu installieren, die eine Einschätzung über die Wärme- und Feuchteverhältnisse innerhalb der Konstruktion ermöglichen. Zur Beurteilung des Feuchtegehaltes der Dreischichtplatte wurde dabei auf zwei experimentelle und ein numerisches Verfahren zurückgegriffen.
Die erste Komponente der experimentellen Verfahren beinhaltet die Erstellung einer Sorptions-isotherme der Dreischichtplatte nach dem HAILWOOD & HORROBIN-Modell. Anhand dessen Algorithmus kann der Holzfeuchteverlauf aus den gemessenen relativen Luftfeuchten berechnet werden. Die zweite Komponente beruht auf aufgezeichneten Messwerten von eingebauten Holzfeuchtesonden in Weich- und Mineralfaser gedämmten Bereichen. Aufgrund aufgetretener Messfehler wird zusätzlich noch eine Sensorvalidierung durchgeführt. Die numerische Vorgehens-weise hingegen umfasst eine instationäre hygrothermische Bauteilberechnung mittels des Simulationsprogramms WUFI® des Fraunhofer Instituts für Bauphysik, inklusive zusätzlicher Messungen objektspezifischer Parameter und Daten.
Der Direktvergleich der Ergebnisse aller drei Verfahren zeigt, dass die Ausgleichsfeuchten einen ähnlichen Verlauf ergeben haben. Die grösste Differenz, mit etwas über 2% Holzfeuchte, zeigt sich im Sommer des Jahres 2013 zwischen der gemessenen und der berechneten Ausgleichsfeuchte. Der Verlauf der simulierten Ausgleichsfeuchte nimmt einen Wert zwischen den anderen beiden Mess-wert basierten Holzfeuchten ein und kommt in etwa deren Durchschnitt gleich.
Alle drei Verfahren scheinen auf ihre Art und Weise plausible Ergebnisse zu liefern, weisen aber auch in ihrer Funktionsweise über kleine Ungenauigkeiten und Verfehlungen auf. So entspricht die gemessene Holzfeuchte nicht der sich einstellenden Ausgleichsfeuchte im Bereich der Weichfaser-dämmung, sondern jener im Bereich der Mineralfaserdämmung. Die mit dem HAILWOOD & HORROBIN-Modell berechnete Ausgleichsfeuchte vernachlässigt die Auswirkungen einer Temperaturänderung, da sie lediglich auf die Sorptionsisotherme bei einer Temperatur von 20°C basiert. Der iterative Näherungsversuch mit WUFI zeigte, dass die etlichen verwendeten Materialkennwerte, Parameter und Rand- sowie Anfangsbedingungen eine eminente Fehler-anfälligkeit bei mangelnder Kenntnis (bezüglich des Simulationsprogramms) bergen.
Aufgrund der relativ guten Übereinstimmung der Ergebnisse aller drei Verfahren kann davon ausgegangen werden, dass sich der schwankende Verlauf der Ausgleichsfeuchte der Dreischicht-platte mit grosser Wahrscheinlichkeit in einem Bereich zwischen ca. 11% bis 18% Holzfeuchte bewegt. Somit liegt sie deutlich unter der kritischen Grenze von 20% und stellt keine feuchte-technische Gefahr dar.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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The rethinking of the public with regard to the sustainability of their living space is creating a higher demand for non-ventilated flat roof constructions in wood. But this expansion of the market means that constructing engineers and manufacturers will have to optimize and develop in the border area in order to remain competitive. Such optimizations increase the need for structural-physical construction execution of the component itself, which increasingly leads to questions about life and functional capability of the whole construction. The wooden roof sheathing below the vapour diffusion tight layer, in particular, runs an increased risk of hygric properties. Studies have shown that an excess of 20% moisture content during a longer period of time implicates significant consequences, such as moulds, etc.. This fact led Pius Schuler AG, PAVATEX ® and the ETH Zurich to install a measurement technology in the construction of a two-family house that makes it possible to assess the heat and humidity conditions within the structure. Two experimental and one numerical methods were applied in order to assess the moisture content of the installed three-layer panel.
The first component of the experimental method involves the development of a sorption isotherm of the three-layer panel according to the HAILWOOD & HORROBIN model. Based on the algorithm generated it is possible to calculate the moisture profile from the measured relative humidities. The second component is based on measurements from wood moisture probes that were installed in the area of soft and mineral fibrous insulating material of the analysed flat roof. Due to possible measurement errors a sensor validation is additionally performed. The numerical method, however, includes a transient hygrothermal calculation of multi-layer building components using the simulation programme WUFI® of the Fraunhofer Institute for Building Physics with additional measurements of object-specific parameters and data.
The comparison of the results of all three methods shows that the equilibrium moisture contents bear similar trends. The biggest difference, with slightly more than 2% moisture, can be seen in the summer of 2013 between the measured and the calculated equilibrium moisture content. The development of the simulated equilibrium moisture with WUFI® has a value between the other two measurements based on wood moisture and has about the same average.
All three methods appear to provide plausible results, but also feature small inaccuracies and lapses in their functional principle. Thus, the measured moisture content does not reflect the equilibrium moisture content in the area of soft fibrous insulating material, but that in the area of mineral fibrous insulating material. The equilibrium moisture content calculated with the HAILWOOD & HORROBIN model neglects the effect of a temperature change as it is only based on the sorption isotherm at a temperature of 20°C. The attempt of an iterative approximation with WUFI showed that the number of material constants, parameters, boundary conditions and also initial conditions harbour eminent susceptibility to errors due to a lack of knowledge (referring to the simulation programme).
On the basis of the relatively good consensus of the results of all three methods it can be assumed that the fluctuating behaviour of the equilibrium moisture content of the three-layer panel most likely moves in a range between about 11% to 18% moisture. Thus it is situated well below the critical limit of 20% and does not constitute a risk of hygric properties
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