Atmende Wand

Die Vorstellung, eine Wand müsse atmen können, um ein behagliches Raumklima zu schaffen und Schimmel an Wandstellen zu vermeiden, geht auf einen Irrtum Max von Pettenkofers (1818–1901) zurück und wurde beziehungsweise war in verschiedenen Ausdeutungen populär. In der modernen Bauphysik werden diese Forderungen teils nicht mehr aufrechterhalten, teils anders gewichtet und die Termini diffusionsoffener Bauteil oder diffusionsoffener Baustoff verwendet.

Historisches

Pettenkofer stellte bei frühen Luftwechsel-Messungen in einem Raum fest, dass sich nach dem vermeintlichen Abdichten sämtlicher Fugen die Luftwechselrate weniger als erwartet verminderte und erklärte dies durch einen erheblichen Luftaustausch durch die Ziegelwände hindurch. Nach heutigem Kenntnisstand hatte er jedoch übersehen, den Kamin eines im Raum befindlichen Ofens abzudichten. Dass Ziegel, Luftkalkmörtel und ähnliche poröse Baustoffe in der Tat luftdurchlässig sind, demonstrierte er durch einen Versuch, in dem er auf die Stirnflächen eines wenige Zentimeter großen zylindrischen und seitlich abgedichteten Probenstücks einen kleinen Trichter aufsetzte und durch kräftiges Blasen durch die Probe hindurch eine Kerze ausblasen konnte. Der Luftaustausch durch die Zimmerwände hindurch sei, so Pettenkofer, ein wesentlicher Beitrag zur Reinigung der Raumluft. Nasse Wände hingegen würden den Luftwechsel behindern (wie ebenfalls im Versuch demonstrierbar) und dadurch ein ungesundes Wohnklima erzeugen.

Es trifft zu, dass zahlreiche poröse Baustoffe im Sinne Pettenkofers luftdurchlässig sind. Ein Lufttransport durch das Porengefüge hindurch kann jedoch nur durch einen Luftdruck-Unterschied zwischen den beiden Seiten einer Wand in Gang gesetzt werden. Da sich der Luftdruck im Gebäude üblicherweise fast nicht vom Außenluftdruck unterscheidet, ist keine treibende Kraft für einen solchen Transportvorgang vorhanden. Der vom Wind verursachte Staudruck an der Außenoberfläche ist zu geringfügig, um Luftaustauschraten zu erzeugen, die im Vergleich zu den sonstigen Undichtigkeiten von Bedeutung sein könnten. Außerdem werden derartige Baustoffe in der Praxis immer in Verbindung mit einer luftdichten Schicht, z. B. Putzen, Bauplatten etc. eingesetzt, so dass die Wand als Ganzes ohnehin nicht luftdurchlässig ist.

Feuchteabfuhr

Später wurde der Begriff atmende Wand bzw. 'Raumatmung auf den Austausch von Luftfeuchtigkeit zwischen Raumluft und Außenluft (und umgekehrt) übertragen, da die bedeutende Rolle der Wasserdampfdurchlässigkeit im Feuchtehaushalt eines Bauteils erkannt wurde. Einige Autoren sprachen wasserdampfdurchlässigen (bzw. diffusionsoffenen) Materialien wie Holz und Ziegel im Vergleich zu modernen Baustoffen wie Glas, Beton oder Kunststoffen größere 'Natürlichkeit' zu. Außerdem sei die Feuchteabfuhr durch die Wand nötig, um zu hohe Feuchtigkeit in Wohnräumen, auch ohne ständigen Lüftens, zu verhindern.

Jeder Baustoff steht in einem Feuchtegleichgewicht zu seiner Umgebung. Je nach Standort, wo er eingesetzt ist, wird sich das Feuchtegleichgewicht und die Höhe des Wassergehalts anders schnell einstellen.. Eine Außenwand steht daher in einem Feuchtegleichgewicht mit der Raumluft und im Feuchtegleichgewicht mit der Außenluft. Ist die Außenluft (im Winter) sehr trocken und die Raumluft feuchter, besteht darum innerhalb der Mauer ein Feuchtegradient, aufgrund dem Diffusion oder kapillares Saugen stattfinden kann (darauf beruht u.a. das Verfahren der Dünnschichtchromatographie in der Chemie). Der Ausgleich beruht auf der Temperaturabhängigkeit des Wasserdampfsättigungsdampfdruckes.. Die wesentlichen Feuchtetransportmechanismen in einem Bauteil bilden Wasserdampfdiffusion und Flüssigtransport durch Kapillarkräfte. Konvektionseffekte und die Einflüsse von Gravitation, elektrischen Feldern und Ionenkonzentrationsgradienten werden vernachlässigt und üblicherweise nicht berücksichtigt.

In einem normalen Haushalt werden durch Atmung, Transpiration, Zimmerpflanzen, Kochen usw. ca. 10 l Wasser pro Tag als Wasserdampf frei. Unter Umständen besteht die Gefahr einer Schädigung (innen und außen durch Schimmelwuchs, außen durch Moos- und Algenbewuchs oder Frostsprengung nach Kondensation bzw.Sublimation), falls in die Wand eindringende / eingedrungene Feuchtigkeit sich dort ansammelt und nicht abgeführt wird.

Optimal wäre es daher, den Feuchteeintrag ganz zu verhindern. Da dauerhafte völlige Dichtigkeit jedoch nur aufwändig zu erreichen ist (durch angebrachte Dampfsperren wie Folien oder Polyesterbeschichtung), kann Feuchtemanagement günstiger sein als Feuchtevermeidung: absolut feuchtigkeitsfreie Stoffe sind weder notwendig noch immer erreichbar.

Es sollte sichergestellt sein, dass die relative Feuchte in jeder Tiefe 80 % nicht überschreitet – aber man kann sogar in Kauf nehmen, dass eine gewisse unschädliche Feuchtemenge kontrolliert eindiffundieren kann, wenn durch geeigneten Schichtaufbau, Bemessung der einzelnen Diffusionswiderstände und regelmäßige Belüftung sichergestellt ist, dass diese Feuchtigkeit wieder austrocknen kann. Die gezielt eingestellte „Atmungsfähigkeit“ der Wand in diesem Sinne garantiert dann weitgehende Feuchtetoleranz.

Luftwechsel

Hauptartikel Luftwechsel

In Wohnräumen wird ein Luftwechsel von 0,5/h (DIN 4108-2 von 2011, Abschnitt 4.2.3) gefordert. Eine Luftwechselrate von 0,5/h bedeutet, dass das halbe Luftvolumen des umbauten Raumes innerhalb einer Stunde genau einmal ausgetauscht wird. Sofern keine auffälligen Gerüche in der Wohnung vorliegen, äußert sich ein ungenügender Luftwechsel häufig durch zu hohe Luftfeuchtigkeit. Aufgrund der Vermischung der Frischluft mit der vorhanden Raumluft wird jedoch üblicherweise die Raumluft nicht vollständig erneuert. Das Verhältnis der "tatsächlichen Lufterneuerung" und der Luftwechselrate ist eine charakteristische Kenngröße für das gewählte Lüftungskonzept und wird als Lüftungseffektivität bezeichnet.

Kritiker der Wasserdampfdichtheit durch absichtlich und unabsichtlich angebrachte Dampfsperren ziehen die in der Realität wegen der Lüftungswärmeverluste, d.h. Abkühlung der Wohnräume, zu selten durchgeführten Luftwechsel in Wohnräumen (siehe hier) als Argumentation heran, solche Dampfsperren (etwa Styroporplatten als Dämmstoff oder Kunstharz-Dispersionsfarben) nicht einzubauen bzw. zuzulassen.

Feuchtepufferung

Die Feuchteproduktion in Wohnräumen unterliegt starken Schwankungen, etwa durch Kochen, Duschen, Schlafen, etc. Damit die dadurch verursachte Feuchtezunahme der Raumluft nicht zu schwülem Innenraumklima, im Winter gar zu Tauwasserausfall an kühleren Stellen wie Wärmebrücken oder „Eisblumen“ an schlecht wärmegedämmten Fenstern führt, ist es wünschenswert, dass die porösen und hygroskopischen Wände einen Teil der Feuchtigkeit aufnehmen und die Feuchtespitze dadurch dämpfen. Bei Verwendung dampfdichter Bauteile wie Dampfbremsen oder Dampfsperren besteht daher gelegentlich die Befürchtung, man lebe „wie in einem Plastiksack“ und die erwünschte Pufferwirkung oder nicht ausreichende Feuchteabfuhr sei (mangels Lüftungsmaßnahmen) nicht mehr vorhanden.

Trocknen raumseitige Konstruktionen schlecht gelten herkömmliche Konstruktionen mit konventioneller Dampfsperre häufig als problematisch. Als Alternative werden immer öfter diffusionsoffene, sog. kapillaraktive Dämmstoffe eingesetzt. Diese können flüssiges Wasser innerhalb der Porenstruktur transportieren und können somit zu einem ausgeglichenen Feuchtehaushalt innerhalb der Konstruktion beitragen.

Verhältnis zu anderen Stoffen

In der Regel sind die Wandoberflächen nicht die einzigen sorptionsfähigen Oberflächen im Raum. Textilien wie Teppiche, Vorhänge oder Polstermöbel haben meist noch größere Sorptionskapazitäten als die Wandmaterialien und können sehr große Oberflächen aufweisen. Auch Einrichtungsgegenstände aus unbehandeltem Holz können in gewissen Maße zur Sorption beitragen. Allerdings stellt sich auch dabei ein Feuchtegleichgewicht im geschlossenen System ein, Feuchtigkeit kann aus dem System dann nur durch Zulüften trockenerer Luft abgeführt werden. Sofern das passiert, sind die im Wohnbereich auftretenden Feuchtespitzen nur von relativ kurzer Dauer, so dass die sorbierte Feuchtigkeit wenig Zeit hat, tief in die Wand einzudringen, bevor sie wieder desorbiert. Experimentelle und rechnerische Untersuchungen zeigen, dass sich unter diesen Umständen der größte Anteil der Puffervorgänge nur in den ersten Zentimetern unter der Wandoberfläche abspielt. Die Feuchtepufferwirkung der Wand wird also nicht beeinträchtigt, wenn tiefere Teile der Wand durch eine Dampfbremse diffusionstechnisch abgesperrt werden und die Feuchtigkeit durch Luftwechsel aus dem System abgeführt wird. Eine „atmungsfähige“ Innenbeplankung wie z. B. Gipskartonplatten genügt, um denselben Effekt zu erzielen. Lehmputz kann bis zu neunmal mehr Feuchtigkeit aufnehmen als Gips.

Die Luftdichtheit, die durch gut dichtende neue Fenster erreicht wird, verhindert aber „automatischen“ Luftwechsel, dieser muß dann durch regelmäßiges manuelles Lüften oder über ein Zuluft/Abluftsystem gewährleistet sein.

Extreme Bereiche

Eine Feuchtepufferung setzt auch hinreichende Möglichkeit zur Wiederabgabe der aufgenommenen Feuchtigkeit voraus. Bei regelmäßiger starker Feuchtebelastung, z. B. im Badezimmer, mag eine „atmungsaktive“ Wandoberfläche von Nachteil sein, wenn sie die Feuchtigkeit aufnimmt und trocken erscheint, so dass nicht mehr ausreichend zum Trocknen gelüftet wird und sich langfristig Schimmelpilz einstellt. Hier wäre eine weder „atmungsaktive“ noch saugfähige Oberfläche (wie z. B. Fliesen) sicherer, auf der sich Kondenswasser deutlich abzeichnet und die Notwendigkeit zu lüften sichtbar macht.

Regenschutz

Anstriche, Schutzbeschichtungen und Putze auf Außenwänden, die dem Regen ausgesetzt sind, sollten möglichst wenig Wasser in flüssiger Form eindringen lassen, anderseits aber für Wasserdampf möglichst durchlässig – also „atmungsfähig“ – sein. Letzteres ist wichtig, wenn Wasser auf anderem Wege in die Wand eingedrungen ist und vor allem wenn die eigentlich wasserabweisende Beschichtung infolge Alterung oder unterschiedlicher Wärmeausdehnung der Materialien Risse bildet. Das durch die Risse eingedrungene flüssige Wasser könnte durch eine diffusionsdichte Beschichtung (Dispersionsfarben, Klinker-Riemchen) hindurch nicht mehr austrocknen. Die Folge wäre ein allmähliche Erhöhung des Wassergehalts bis zur Sättigung und absehbare Schädigung der Wand (Moos- und Algenbewuchs, Schimmelwachstum und Durchschimmelung bis innen, eine verminderte Isolationswirkung, erhöhte Wärmeleitfähigkeit, Frostrisse und Abplatzungen, weitere Undichtheit). Je nach langfristig zu erwartender Wasseraufnahme durch die Beschichtung hindurch ist also auch ein hinreichend geringer Diffusionswiderstand sicherzustellen. Auf alle Fälle sollen aber Baumängel (Materialien unterschiedlicher Wärmeausdehnung treffen aufeinander) bzw. eine Wasseraufnahme verhindert werden.

Forschung

Den größten Fassaden-Prüfstand Europas hat seit 2008 die Hochschule Luzern. Eine 2,5 Meter tiefe Prüfkammer mit einer 8 × 12 m² großen Öffnung ermöglicht die Prüfung der Luftdurchlässigkeit, der Schlagregendichtheit und der Widerstandskraft gegen Windlast.

andere durch Bauteile diffundierende Stoffe

Alle Dämpfe können durch poröse Baustoffe durchdiffundieren. Traurige Berühmtheit erlangte hier das Perchlorethylen, das früher häufig als Entfettungsmittel in der metallverarbeitenden Industrie verwendet wurde und unachtsam entsorgt wurde oder auch bereits bei der Benutzung verdampfte. Es kann sich in Gebäudeteilen ansammeln, sogar durch Beton diffundieren und sich in Lebensmittelfetten oder Körperfett anreichern.

Literatur

•  H. Künzel: Sollen Hausaußenwände atmungsfähig sein?. In: Physik in unserer Zeit. 21, Nr. 6, 1990, S. 252–257.
•  K. Kießl, H. M. Künzel: Berechnung des Einflusses der Wasserdampfsorption von Oberflächenmaterialien auf das Feuchteverhalten von Wohnräumen. In: Gesundheits-Ingenieur. 111, Nr. 5, 1990, S. 217–221.

Siehe auch

• Fassade
• Lüftung
• Kontrollierte Wohnraumlüftung
• Putz (Baustoff)
• Luftentfeuchter
• Wärmerückgewinnung