3.4.1 Verschattung
Bei der Berechnung von Bauteilen, in der Regel bei Flachdächern, kommt es immer wieder vor, dass die Verschattung berücksichtigt werden muss. Diese verursacht niedrigere Oberflächentemperaturen und damit eine geringe Rücktrocknung des Bauteilaufbaus. Die Verschattung kann man durch entsprechende Werkzeuge [58, 59] detailliert oder nach WTA-Merkblatt 6-8 [62] mit einem pauschalen Ansatz berücksichtigen.
Bei der detaillierten Betrachtung erhält man eine Klimadatei, die die reduzierte Diffus- und Direktstrahlung enthält. Bei dem vereinfachten Ansatz, werden hingegen die Strahlungsparameter der Oberfläche (Absorptionskoeffizient und Emissionskoeffizient) durch Verschattungsfaktoren angepasst, je nachdem ob nur eine vertikale (nebenstehendes Gebäude, Bäume usw.) oder horizontale Verschattung (z. B. geschlossener Terrassenbelag) vorliegt (Tabelle 5). Das Resultat beider Ansätze ist eine reduzierte Oberflächentemperatur.
Im Fall der vertikalen Verschattung wird die kurzwellige Einstrahlung (Absorption) reduziert, die langwellige Abstrahlung (Emission) allerdings kaum verändert, da die Oberfläche trotz eines nebenstehenden Gebäudes weitestgehend mit dem Himmel im Strahlungsaustausch steht.
Zum Zeitpunkt der Erstellung des Merkblatts lagen zur Größenordnung der Verschattungsfaktoren kaum Messungen vor, sodass ein ingenieurmäßiger Ansatz gesucht werden musste. Dabei bot sich an, die eintreffende Strahlung auf die Nordseite eines Gebäudes (weitestgehend diffuse Strahlung) ins Verhältnis zur Gesamtstrahlung auf eine horizontale Fläche (diffuse und direkte Strahlung) zu setzen. Dabei ist festzustellen, dass die Verhältniszahl bei vielen Standorten im deutschsprachigen Raum bei ca. 0,4 (0,37–0,41) liegt. Der Wert wurde abgerundet und somit die auftreffende Gesamtstrahlung auf 35 % reduziert.
Bei einer horizontalen Verschattung durch einen geschlossenen Terrassenbelag wird hingegen davon ausgegangen, dass die Oberfläche der Abdichtung bei der nächtlichen Abstrahlung nicht so stark unterkühlt wie der darüber liegende Belag. Auch staut sich ggf. die Wärme unter dem Belag. Daher wird der Emissionskoeffizient auf 45 % reduziert, sodass die Abstrahlung in den freien Himmel geringer ausfällt. Messungen und Nachberechnungen [63] zeigen auch weitere Ansätze. Hier wird im Gegensatz zur WTA-Annahme der Absorptionskoeffizient auf 60 % reduziert, wohingegen der Emissionskoeffizient unverändert bleibt. Beide Ansätze kommen zu ähnlichen Ergebnissen.
Tabelle 5. Vorschläge effektiver Strahlungsparameter für die Berücksichtigung von verschatteten Flachdächern in hygrothermischen Simulationen nach WTA 6-8
| Effektiver kurzwelliger Absorptionsgrad (ae) | Effektiver langwelliger Emissionsgrad (εe) | |
| vertikale Verschattung: z. B. durch Häuser, Bäume, Balkonbrüstung, Attika | 0,35 ⋅ aAbdichtung | 1,00 ⋅ εAbdichtung |
| Verschattung durch aufgeständerte PV-Module | 0,30 ⋅ aAbdichtung | 0,50 ⋅ εAbdichtung |
| Horizontale Verschattung (u. a. Terrassenbelag) | 0,35 ⋅ aBelag | 0,45 ⋅ εAbdichtung |
3.4.2 Bewertung von Holz durch die Porenluft- und Holzfeuchte
Holz ist in geschlossenen Bauteilen im Wesentlichen durch entsprechende holzzerstörende Pilze gefährdet. Damit es in Holzbauteilen nicht zu Holzabbau durch Pilze kommt, hält die Holzschutznormung seit Jahrzehnten einen respektvollen Sicherheitsabstand bei der Beurteilung der Holzfeuchte. In der aktuellen DIN 68800-1 [32] steht: „Unabhängig von dem tatsächlichen Feuchteanspruch Holz zerstörender Pilze sowie der Fasersättigungsfeuchte der verschiedenen Holzarten wird ... einer ausreichenden Sicherheit ein Wert von 20 % Holzfeuchte als Obergrenze für das Vermeiden eines Pilzbefalls angesetzt.“ Die genannten 20 M.-% sind folglich eine mit Sicherheit behaftete Größe. Der Bereich zwischen 20 M.-% und Fasersättigungsfeuchte (bei heimischen Nadelhölzern ca. 30 M.-%) ist letztendlich unscharf und ungeeignet für die Auswertung von hygrothermischen Berechnungen. Daher war es für das WTA-Merkblatt erforderlich, eine Bewertung für hygrothermische Berechnungen zu erarbeiten.
In einem Großteil der Literatur über holzzerstörende Pilze wird allerdings kein Zusammenhang zwischen Temperatur, massebezogener Holzfeuchte bzw. relativer Luftfeuchte und der Einwirkungszeit des Klimas hergestellt. Lediglich Viitanen und Ritschkoff entwickelte vor der Jahrhundertwende aus Laborversuchen ein Bewertungsmodell [65, 66], dass zum einen alle Einflüsse berücksichtigt und zum anderen für die dynamische Auswertung geeignet ist. 1991 stellen Viitanen und Ritschkoff bei Laborversuchen fest, dass holzerstörende Pilze (Braunfäule wie Echter Hausschwamm, Kellerschwamm etc.) eine „Aktivierungsfeuchte“ benötigen, die sich bei mind. 95 % rel. Luftfeuchte einstellt (Bild 17). Umgerechnet in Holzfeuchte bedeutet dies bei einheimischen Bauhölzern ca. 25–28 M.-%. Die Aktivierungsfeuchte, die auch eine gewisse Zeit vorhanden sein muss, kann damit erklärt werden, dass eine erhöhte Feuchte zur Auskeimung der Pilzsporen erforderlich ist. Je nach Temperatur dauert es unterschiedlich lang (Bild 17). So beginnt das Auskeimen bei bspw. 10 °C und 95 % rel. Luftfeuchte erst nach knapp 85 Tagen. Bei höheren Temperaturen (20 °C) halbiert sich die Zeit bis zur Auskeimung (40 Tage). Somit ist die Gefährdung für das Holz im Winter aufgrund der Temperaturen geringer als im Sommer. Im Sommer hingegen können schon wenige Wochen bei hohen Feuchten, genügen, um den Pilz keimen zu lassen.
Nach der „Aktivierung/Auskeimung der Pilzsporen“ sind die Feuchteansprüche der Pilze geringer. Auch hier hängen das Wachstum und der Abbau der Holzsubstanz im Wesentlichen von der Temperatur und der rel. Luftfeuchte ab. Nach dem Modell von Viitanen entstehen entsprechende Kurven in Bild 18. Wählt man beispielsweise die Grenzbedingung bei 20 °C (rot–Strich-Punkte Kurve) und 92% r. F., würde vier Monate kein Holzabbau stattfinden. Erst wenn solche Bedingungen länger vorherrschen, kommt es zum Abbau der Holzsubstanz. Den Kurven sind Gleichungen hinterlegt, die es ermöglichen, dass man nicht nur solche statischen Betrachtungen durchführen, sondern auch dynamische Prozesse auswerten kann [67].
Bild 17. Zusammenhang zwischen Temperatur, rel. Luftfeuchte und der „kritische" Zeit, ab der die Holzzerstörung beginnt, der sogenannten „Aktivierung" (aus Laborversuchen [65] entwickelte Kurven). Unter 95 % rel. Luftfeuchte kommt es nicht zum Auskeimen der Sporen von Braunfäulepilzen.
Bild 18. Zusammenhang zwischen Temperatur, rel. Luftfeuchte und der Zeit: Nach der „Aktivierung" (Bild 17) können sich die Pilze weiterentwickeln und das Holz abbauen.
Eine entsprechende Betrachtung schien zunächst für die hygrothermische Simulation zu komplex und sie enthielt keine Sicherheiten. Daher wurde die Bewertung stark vereinfacht [68]: Abgeleitet aus