Das Hohlmauerwerk aus in der Regel zwei zwölf Zentimeter dicken Wandschalen und sechs bis acht Zentimetern Luftschicht war ab dem späten 19. Jahrhundert in den regenreichen Teilen Europas die überwiegend übliche Wandkonstruktion. Und das mit „ruhender“ Luftschicht, ohne Belüftungsöffnungen [1]. Diese Variante wird noch 1958 in einer Publikation als die „gute Lösung“ präsentiert (Abb. 2).
Obwohl jedoch die zweischalige „Sparwand“ gegenüber der in der Regel 38 Zentimeter dicken „Normalwand“ mit einem geringeren Materialeinsatz punktete, gab es stets Diskussionen über ihr Feuchteverhalten und ihren Wärmeschutz, insbesondere über das Für und Wider der Belüftung zwischen tragender Mauer und Vormauerschale.
Unbelüftet wurde der Luftspalt als Beitrag zum Wärmeschutz angesehen, belüftet als Beitrag zur Wandtrocknung oder zur Abkühlung im Sommer. Trotz dieser sich widersprechenden Ansichten beziehungsweise Zweifel blieb die unbelüftete Version – weil bewährt – ein Jahrhundert lang Standard.
Verwirrstück mit Folgen
In den 1950er Jahren geriet die zweischalige Wand in den sich aufbauenden Prozess der Bau-Normung. Die DIN 4108 empfahl 1952 auf Basis von Messwerten aus Versuchsgebäuden den Verzicht auf Luftschichten zur Energieeinsparung, anerkannte aber deren Nutzen als Regenschutz in Norddeutschland und riet zu Entwässerungsöffnungen am Sockel [2]. Demgegenüber setzte die DIN 1053 ab 1952 – ohne jegliche wissenschaftliche Begründung – auf eine belüftete Luftschicht mit definierten Öffnungen, die ab 1974 sogar eine Mindestdicke von vier Zentimetern aufweisen musste – ob mit oder ohne Dämmung.
Gleichwohl galt die belüftete Ausführung in Fachkreisen bald als notwendig. Wegen in der Folge zu schmal gewählter Schalenabstände entstanden suboptimale Dämmschichten von nur zwei bis vier Zentimetern. Erst nach jahrzehntelanger Debatte wurden ab 2009 der Belüftungszwang wieder aufgehoben und die Kerndämmung zugelassen, die heute technisch anerkannt ist (Abb. 3).
Jedoch herrscht unter Fachleuten wie Bauherren weiterhin Unsicherheit hinsichtlich des richtigen Aufbaus der zweischaligen Wand. Das lässt ein hochwirtschaftliches Heizenergie-Einsparpotenzial im Altbau ungenutzt.
Erste systematische Messungen – der Nebel lichtet sich
Dabei hätte man es besser wissen können. Schon 1956 lag eine Untersuchung von Dr.-Ing. J. Cammerer vor [3]. An einer sechs Meter hohen und drei Meter breiten, rückseitig beheizten Versuchswand aus zweischaligem Mauerwerk mit acht Zentimetern Luftschicht lieferte ein umfangreiches Jahres-Messprogramm bei unterschiedlicher Lage und Größe der Belüftungsöffnungen Daten über Luftgeschwindigkeiten, Luftfeuchte und Oberflächentemperaturen im Spalt. Daraus entstand ein Rechenverfahren, das eine erste Wärmebilanz der zweischaligen Wand ermöglichte. Für einen Baupraktiker war es allerdings zu umständlich.
Auf diesen Forschungsbedarf reagierte 1963 Dr. Helmut Künzel am Institut für Technische Physik Stuttgart. Auf Basis von Cammerers Arbeit und eigener Forschungen entwickelte er ein Abschätzverfahren für die Wärmeverluste und Feuchteströme von Luftschicht und Wandfläche, am Beispiel einer zweischaligen Wand mit zweimal 11,5 Zentimetern Vollziegel und acht Zentimetern Luftschicht.
Das Ergebnis zeigt Abb. 4 für die maximale Entfeuchtungsleistung der Luftschicht und die Abtrocknungsmenge über die Außenwandoberfläche in Gramm pro Quadratmeter und Tag. Der Wärmeverlust über den Entlüftungsstrom ist unterhalb der Grafik abzulesen.
Deutlich abzulesen: Den wesentlichen Entfeuchtungsweg bildet mit bis zu 3,3 kg/(m²d) bei einer wassergesättigten Vormauer die Verdunstung über die Außenoberfläche. Somit war geklärt, warum unbelüftete Wände über 100 Jahre ihre Funktionsfähigkeit behalten hatten. Die Entfeuchtung über die Belüftungsöffnungen war hingegen gering. Es betrug mit 0,1 kg/(m²d) nur drei Prozent der Verdunstung über die Wandoberfläche, eine Lüftungsöffnungsfläche nach DIN 1053:1952 agesetzt. Die von Cammerer stammende Luftgeschwindigkeit im Spalt war mit 3 cm/s (0,11 km/h) mehr als gering. Auf der Beaufort-Skala gelten Geschwindigkeiten bis 20 cm/s als Windstille.
Somit ist die Bewertung in [4] nachvollziehbar: „Zusammenfassend kann daher festgestellt werden, daß bei zweischaligen Wänden mit verdunstungsfähiger Außenoberfläche die durch Belüftung mögliche zusätzliche Feuchtigkeitsabgabe gegenüber der direkten Feuchtigkeitsabgabe von der Oberfläche nach außen nicht ins Gewicht fällt. Die Belüftung hat jedoch einen zusätzlichen Wärmeverlust zur Folge. Bei verdunstungsfähigen Außenoberflächen (Putz, Vormauersteine) und durchschnittlichen Verhältnissen wird daher eine Belüftung des Luftspaltes bei Zweischalen-Wänden nicht für notwendig erachtet.“
Diese ersten Schritte zu einer Wasserbilanz der Wand zeigten: Die Bedeutung der Wandbelüftung wurde überschätzt. Dennoch erhielt sie elf Jahre später im Jahr 1974 durch die DIN 1053 verpflichtenden Charakter. Weitere Untersuchungen und Messungen zur Nachweisführung waren daher notwendig.
Langzeitstudie schafft Klarheit
Die Lösung lieferte 1984 eine Langzeitstudie des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik. Der Titel der von H. Künzel durchgeführten Studie lautete „Wärme- und Regenschutz bei zweischaligem Sichtmauerwerk mit Kerndämmung“. Ihre Ergebnisse stellten die auf Vermutungen beruhenden Thesen zur Rolle der Wandbelüftung infrage und der zehn Jahre zuvor beschlossene Belüftungszwang begann zu wanken [5]. Seitdem basieren Aussagen über diese Bauweise auf wissenschaftlichen Erkenntnissen.
Am Standort Holzkirchen wurden über zweieinhalb Jahre hinweg 100 Wandaufbauten mit verschiedenen Materialien und Dämmstoffen unter realen Wetterbedingungen getestet. Zusätzlich flossen Erkenntnisse aus Studien an rund 20 Wohngebäuden mit einem zweischaligen Mauerwerk in Norddeutschland ein. Die Untersuchung umfasste spezielle Tests wie Regendurchtritt, Luftdurchlässigkeit der Vormauerschalen und die Wirkung von Wärmebrücken. Ihre Langzeit-Messreihen zeigten detailliert die Dynamik von Auffeuchtung und Trocknung.
Belüftung macht Wände nicht trockener
Regen ist mit Abstand die Hauptfeuchtebelastung für die Außenwand, in Holzkirchen liegt die Belastung bei 2.000 Litern pro Quadratmeter und Jahr (Schlagregenbeanspruchungsgruppe III). Ein einziges Schlagregenereignis während des Messzeitraumes von 1980 bis 1983 brachte 68 Liter pro Quadratmeter in zwei Tagen in eine Westwand ein.
Eine trocknende Wirkung der Belüftung gegenüber der Kerndämmung ließ sich durch die Messungen nicht nachweisen. Mit Kerndämmung feuchtete die Vormauerschale sogar um zwei Volumenprozent weniger auf als im Fall der belüfteten Wand. Der häufigste Feuchtigkeitswert bei einer belüfteten Luftschicht lag bei 24 und bei einer unbelüfteten bei 22 Volumenprozent (Abb. 5).
Im Forschungsbericht heißt es hierzu zurückhaltend: „Die nahezu identischen Kurvenverläufe lassen erkennen, dass Außenschalen von Wänden mit vollständig ausgefülltem Luftspalt, und solche mit belüftetem Spalt praktisch gleiche Feuchtigkeitswerte aufweisen.“ [5]
Luftwechsel – auf andere Art
Wie aber trocknet die Vormauer ohne Belüftung? Diese Frage wurde gelöst, indem man die Luftbewegung und den Luftwechsel im Luftspalt von belüfteten und unbelüfteten Wandvarianten mit Luftdruck-, Tracergas- sowie Blower-Door-Messungen ermittelte (Abb. 7). Entdeckt wurde ein völlig neuer Trocknungsablauf: Der Wind nimmt denselben Weg durch die Vormauerschale wie vorher das Regenwasser. Er strömt pulsierend durch von Regen freiwerdende Kapillaren, Fugen, Haarrisse, Löcher und Ritzen.
Im Forschungsbericht steht: „Aufgrund dieser Undichtheiten und der Pumpwirkung des stets gegebenen Pulsierens des Windes wurden im abgeschlossenen Luftspalt Luftbewegungen bzw. der Austausch mit Außenluft registriert. Bei einer Windgeschwindigkeit von 5 m/s betrugen die entsprechenden Werte (0,08 + 0,07) m/s bzw. ca. 4 Luftwechsel pro Stunde.“ [5] Gleiche Ergebnisse wurden für belüftete Wände festgestellt. Wenn aber der Luftwechsel in der belüfteten wie in der unbelüfteten Wand gleich ist, dann ist ein Beitrag der Belüftungsöffnungen nicht nachweisbar, so der logische Schluss der Studie.
Sowohl bei der belüfteten als auch bei der unbelüfteten Ausführung war der Luftdruck in der Luftschicht gleich dem Außendruck der Luft, weil ein Druckausgleich durch Undichtheiten erfolgt. Außenwände sind nicht luftdicht, sie werden es erst durch den Innenputz, das hatte bereits Erich Raisch 1927 messtechnisch ermittelt [6].
Die Prüfung der Luftdichtheit der Vormauerschale erfolgte für die Studie mit einem der heutigen Blower-Door ähnlichen Rahmen mit Gebläse. Wie zu erwarten lag der Luftdurchgang bei zehn Pascal Unterdruck außen zwischen 0,3 und 4 m³/(m²h) bei Vormauerziegeln und bei Klinkerwänden zwischen 0,05 und 0,6 m³/(m²h). Die Bandbreite wird durch eine unterschiedliche Ausbildung der Fugen erzeugt, die einmal nach Vorschrift 1,5 Zentimeter tief extra verfugt wurden und in einer anderen Variante bis Vorderkante Stein bedeutend luftundichter nur aus dem Mauermörtel bestanden. Das verweist auf die erforderliche Ausführungsqualität der Vormauerschalen, was ihre Luft- und Regenwasserdichtheit anbelangt, und auf das zu kontrollierende Alterungsverhalten der Wände.
Verblüffend nass: Vormauerschale
Die Vormauerschale als erste Regensperre weist den Regen nicht ab, sondern saugt ihn auf. Zwar spritzen zirka 30 Prozent des auftreffenden Schlagregens wieder zurück, der Hauptteil wird jedoch durch Ziegel und Fugenmörtel aufgesogen. Bei nicht saugfähigen Klinkern werden die Fugen entsprechend stärker regenbelastet. Klinkersteine sind daher keine idealen Wandbildner. Neben dem Netz der Kapillaren saugen auch Haarrisse und Undichtheiten Wasser. Dabei treten die in Abb. 6 gezeigten Wassergehalte in der Vormauerung, der Kerndämmung und der Hintermauerung auf. In den Luftschichten ohne Kerndämmung lag die Luftfeuchte bei 60 bis 75 Prozent.
Es gibt keinen „fixen“ Feuchtewert für die Vormauerschale. Er hängt ab von der Ausrichtung der Wand und schwankt dazu ganzjährig stark. Die Vormauerschale verarbeitet durch ständige Auffeuchtungs- und Trocknungsprozesse Wassermengen zwischen 2 und 33 l/m², ohne Schaden zu nehmen. Die „Ausgleichsfeuchte“ von Baustoffen (früher: „baupraktische Feuchte“) der DIN 4108 ist also kein geeigneter Maßstab, zumal ihre Werte an Wänden mit Außenputz ermittelt wurden. Während sie beim Vormauerziegel nur ein Masseprozent beträgt, lag bei den Vormauerschalen der Versuchswände der am häufigsten gemessene Wassergehalt bei 14 Masseprozent.
Im Forschungsbericht heißt es: „Die Feuchtigkeit der Außenschalen, bestehend aus rel. saugfähigen Ziegelvorsatzschalen ohne besondere Verfugung, schwankte im Bereich zwischen 2 Vol-% und 32 Vol-%. Bei 90 % aller während der Versuchszeit durchgeführten Feuchtemessungen betrug die Ziegelfeuchtigkeit bis zu 27 Vol-% – und zwar sowohl für die Wände mit belüfteter Luftschicht als auch für die Wände, bei denen die Luftschicht voll mit Dämmstoff gefüllt waren. Am häufigsten wurden Feuchtewerte um 23 Vol-% ermittelt. Die Feuchtigkeit von Klinker-Vorsatzschalen schwankte zwischen 5 Vol-% und 14 Vol-%. (…) Für beide Wandarten wurden Werte bis zur Sättigungsfeuchte (ca. 30 Vol-%) ermittelt.“
Daraus folgt: Aussagen über die Vormauerschalen-Feuchte auf Basis von Einzelmessungen sind irreführend, erforderlich ist entweder eine Messreihe mit Daten zur Beregnung oder eine Orientierung am häufigsten Messwert von 14 Masseprozent. Die Austrocknung der Wände erfolgte in hoher Geschwindigkeit, schon nach zehn Tagen war jeweils die Hälfte der Wassermengen wieder verschwunden.
Erst nach Erreichen der Sättigungsfeuchte, meist nur nach sommerlichem Starkregen, lief in seltenen Fällen Regenwasser auf der Rückseite der Vormauerschale ab. Auf diesen Wasserabfluss an wenigen Tagen geht die Forderung der DIN 4108 nach Entwässerungsöffnungen am Sockel zurück. Die Praxis zeigt jedoch, dass in diesen offenen Stoßfugen eher Spinnen ihre Netze aufspannen, als dass ablaufendes Regenwasser austritt, da das Wasser vom trockeneren unteren Wanddrittel wieder aufgesaugt wird. Sinn ergeben sie eventuell bei Mauern in schlechtem Erhaltungszustand und daher mit einem höheren Wasseranfall.
Trockene Kerndämmstoffe
Bei diesem Wasserdurchtritt bis zur Rückseite der Vormauerschale spielt Winddruck keine Rolle, weil sich der Staudruck des Windes und die inneren Druckverhältnisse in der Luft- oder Kerndämmschicht entsprechen. Das Bild von der Wasserpressung durch Wand und Kerndämmstoff ist falsch. Deshalb wurde nur die äußere Oberfläche der Dämmstoffe nach regenstarken Tagen mit einem Wasserfilm benetzt vorgefunden, auch bei Faserdämmstoffen. Die Rückseite der Dämmstoffe blieb von dieser Auffeuchtung unberührt, es gab keine Feuchteweiterleitung an die Innenwand.
Es sei betont, dass es sich im Jahresverlauf nur um wenige Tage und geringe Wassermengen handelt, die auf der Rückseite der Vormauerschale auftreten. Die Feuchtemesswerte für die Mineralfaser-Kerndämmplatten lagen bei nur 2,9 Masseprozent im Winter (0,1 Volumenprozent), unabhängig davon, ob sie hydrophobiert waren oder nicht.
Die Dämmstoffe nahmen erst im Sommer höhere Feuchtewerte bis 0,4 Volumenprozent an, insbesondere nach starken Schlagregen auf der Westseite. „Eine völlige Durchfeuchtung dieser Dämmstoffe oder ein Durchtritt flüssigen Wassers zur Innenschale wurde in keinem Fall festgestellt. Wesentlich ist, daß die Trocknung der aufgenommenen Regenfeuchte rasch erfolgt. Die zeitweiligen Feuchtigkeitszunahmen lagen – gemittelt über die jeweilige Dämmstoffdicke – im Bereich des praktischen Feuchtegehaltes.“ [5]
Diese Erfahrung wurde auch durch die in [7] bis [12] genannten Studien bestätigt. Die niederländische Studie [10] zeigte an 164 bis zu fünf Jahre alten kerngedämmten Wänden Ausgleichsfeuchten für Mineralwolldämmung von nur 0,08 bis 0,26 Masseprozent, während die Ausgleichsfeuchte nach damaliger DIN bei fünf Masseprozent lag.
Hintermauerung feuchtet nur im Sommer auf
Die Hintermauerschale aus Kalksandstein war von den winterlichen Feuchteprozessen in der Regensperre abgekoppelt und lag mit durchschnittlich 1,1 Masseprozent unterhalb der Ausgleichsfeuchte von fünf Masseprozent. Die sommerliche Feuchtebelastung überschritt mit 3,9 Masseprozent ebenfalls nicht den ehemaligen „baupraktischen Feuchtegehalt“. Sie beruht auf sommerlichen Starkregen auf die Westwände, die die Außenschale bis zur Sättigung auffeuchten und dann über Diffusionsprozesse auch nach innen abtrocknen. Es traten keine Unterschiede zwischen belüfteten und unbelüfteten Wandbauarten auf.
Über den zweieinhalbjährigen Messzeitraum konnten keine auf Wasserdampfdiffusion beruhenden Feuchtemengen festgestellt werden. In den Auffangrinnen auf der Rückseite der Vormauerschalen war in diesem Zeitraum nie ablaufendes Tauwasser zu finden. Nur nach einem einzigen (!) sommerlichen Starkregen kam es zu Kondensatansammlungen in der Rinne.
Aufgrund der jahreszeitlich bedingten Temperaturen erklärte sich der Hergang so: Aus der regengesättigten Wand in den Luftzwischenraum verdunstende Feuchte schlug sich in der Nacht auf der abkühlenden Rückseite der Vormauer nieder. Das Kondensat war also Bestandteil des Trocknungsprozesses.
Abb. 8 zeigt die Verhältnisse: Der Diffusionsstrom durch die Wand beträgt 0,1 Prozent der eindringenden Regenfeuchte des Tagesdurchschnitts [13]. Welche Bedeutung können die dabei zusammenkommenden 3,1 g/(m²d) haben, die sich zudem in einer Wandmasse von 19.000 g/m² verteilen, wenn ein einziger Schlagregen 2.800 g/(m²d) einträgt?
Kerndämmung ist Stand der Technik
Während ein bekanntes Computerprogramm zur Berechnung von U-Wert und Wasserdampfdiffusion theoretisches Tauwasser auf der Innenseite der Vormauerschale mit bedrohlich großen, blauen Tropfen markiert, stellt Künzel 1984 fest: „Eine diffusionstechnische Beurteilung zweischaliger Wände mit Kerndämmung nach DIN 4108, Teil 3 ist nicht sinnvoll; denn aufgrund der Berechnungen ggf. ermitteltes Kondenswasser an der Innenoberfläche der Außenschale ist unerheblich und kann ebenso wie Regenwasser durch Kapillarwirkung der Verblendschale bzw. über die Drainageöffnungen abgeführt werden.“ [5]
Die DIN 4108 weist bereits ab Einführung des Glaserverfahrens auf Bauteile hin, „für die keine Tauwasserberechnung erforderlich ist“. Dazu gehört das zweischalige Mauerwerk, weil die stationäre Berechnung die kapillaren Saugprozesse über die Vormauer nicht abbildet und weil der Wandtyp sich feuchtetechnisch über 100 Jahre bewährt hat. 1990 zieht Künzel noch einmal ein entsprechendes Fazit: Das zweischalige Mauerwerk mit Kerndämmung sei „... in gleicher Weise zuverlässig wie zweischaliges Mauerwerk mit Luftschicht.“ [14].
Daraus folgt: Die Belüftung der Luftschicht in zweischaligen Wänden ist nicht notwendig. Die Integration der Kerndämmung ab 2009 in die DIN 1053 war richtig, kam aber reichlich spät. Kerndämmung ist heute Stand der Technik, nachdem sie 35 Jahre lang mit auf Fehlannahmen basierenden Argumenten behindert wurde.
Quellen
[1] Muthesius, G., Die Luftschicht als Regenschutz – Erfahrungen mit Luftschichtwänden im Küstengebiet der Nordsee, in: Berichte aus der Bauforschung, Außenwände, Luftschichten und Feuchtigkeitsverteilung, Berlin 1959 (In den Niederlanden wurde der Wandtyp jahrzehntelang mit Belüftungsschlitzen ausgeführt, erst in neuer Zeit gibt es solche Anforderungen nicht mehr.)
[2] DIN 4108 Wärmeschutz im Hochbau, 1952, Beuth-Verlag Berlin 1952, Kapitel 6.114
[3] Cammerer, J.S., Dr.-Ing. habil., Untersuchungen an zweischaligem Mauerwerk mit dazwischenliegender Luftschicht, in: Berichte aus der Bauforschung, Außenwände, Luftschichten und Feuchtigkeitsverteilung, Berlin 1959
[4] Künzel, Helmut, Dr., Das Feuchtigkeitsverhalten von zweischaligen Wänden und von Wänden mit vorgehängten Verkleidungsplatten, in: Technisch-Wetenschappelijk Tijdschrift 31, 1963 (Der Aufsatz erschien in einer belgischen Fachzeitschrift und wurde in Deutschland kaum rezipiert. Noch heute ist er über Bibliotheken nicht beschaffbar. Der Autor dankt Prof. Dr. Hartmut Künzel für die Übersendung aus dem Archiv seines Vaters.)
[5] Künzel, Helmut, Dr.-Ing., und Mayer, Erhard, Dipl.-Phys., Wärme- und Regenschutz bei zweischaligem Sichtmauerwerk mit Kerndämmung, Holzkirchen 1984
[6] Raisch, E., Die Luftdurchlässigkeit von Baustoffen und Baukonstruktionsteilen, in: Gesundheits-Ingenieur Heft 30 München 1928
[7] Kieper, G. Auswirkungen von Schlagregen auf das Wärmedämmvermögen von zweischaligen Wänden mit Kerndämmung, BMFT-Forschungsbericht T86-052
[8] Achtziger, J., Kerndämmung von zweischaligem Mauerwerk, Einfluß des Wassergehaltes und der Feuchtigkeitsverteilung auf die Wärmeleitfähigkeit der Dämmschicht. Bauphysik 1985 H. 4
[9] Kirschtig, K., und W.R. Metje, Zum Langzeitverhalten kerngedämmten Mauerwerks. Forschungsbericht T85-073 des BMFT, 1985
[10] Wulkan, K.H., Das Verhalten von Dämmstoffen in nachträglich verfülltem zweischaligen Mauerwerk mit Luftschicht. Bauphysik 5, 1983, H. 4, S. 116–121
[11] Schellbach/Irle/Reinders, Langzeitfeuchtemessungen bei den ausgeschäumten Ziegel-Hohlschichtwänden an dem Therma-Objekt Nr. 11 in Wittmund, Institut für Ziegelforschung, Essen 1977
[12] Schellbach/Jung, Überprüfung des Feuchtigkeitsverhaltens von ausgeschäumten Hohlschichtwänden über einen Zeitraum von drei Jahren. Institut für Ziegelforschung, Essen 1982
[13] Künzel, Helmut, Dr.-Ing., Kritische Betrachtung zur Frage des Feuchtigkeitshaushaltes von Außenwänden, in: Gesundheits-Ingenieur, H. 1, 1970
[14] Künzel, Helmut, Dr.-Ing., Keine Probleme bei zweischaligem Mauerwerk mit Kerndämmung, in: Baumarkt Heft 9, 1990; ders., Zweischaliges Mauerwerk – mit oder ohne Belüftung?, in: wksb Ladenburg 42/1998
Bild: Werner Eicke-Hennig
