Stimmt der Infiltrationsansatz bei der Auslegung von Lüftungssystemen?

Feuchtigkeitsschaden trotz Abluftsystem

Rahmenbedingungen

In einer Wohnung eines kürzlich aufwändig modernisierten Altbaus wird im Schlafzimmer ein Feuchtigkeitsschaden an einer Wand zum Nachbargebäude festgestellt. Im Rahmen der Begutachtung können zwar in den zwei Bädern und im Hauswirtschaftraum feuchtegeregelte Einzelraumventilatoren festgestellt werden, allerdings weist die Wohnung keine Außenbauteil-Luftdurchlässe (ALD) an den Außenbauteilen auf.

Die vom Bauherrn angeforderte Auslegung des Lüftungssystems ergibt Fensterfalzlüfter, die nun in den Fenstern nachgerüstet werden sollen. Allerdings wird der Gesamt-Außenluftvolumenstrom über die ALD nur mit 12 m³/h angegeben, während planungsgemäß 100 m³/h über die Einzelraumventilatoren abgefördert werden sollen.

Die Prüfung der Abluftventilatoren vor Ort zeigt zudem, dass diese nicht wie geplant ausgeführt sind. Bei Belegung werden 60 m³/h abgefördert, nach Verlassen des Bades und des HWR schalten die Ventilatoren wieder ab.

Diese Ausführung entspricht weder den Vorgaben der DIN 1946-6 noch der DIN 18107-3.

2 - Ausgeführt ist 60 m³/h abschaltbar, statt wie geplant 40 m³/h feuchtegeregelt Bild: Oliver Solcher

Prüfung der Lüftungsauslegung

Auf den ersten Blick scheint die Auslegung des Lüftungssystems fehlerhaft zu sein, zu groß ist der Unterschied zwischen Abluftvolumenstrom über die Einzelraumventilatoren und dem angegebenen Außenluftvolumenstrom über die ALD.In der Auslegung nach DIN 1946-6 ist für die Infiltration mit einem n₅₀-Wert von 1,0 h^-1 gerechnet worden.

Daraus ergibt sich folgender Außenluftvolumenstrom über Infiltration:

q_v,inf = 0,21 ∙ n₅₀ ∙ V

q_v,inf = 0,21 ∙ 1 h^-1 ∙ 423 m³

q_v,inf = 88,9 m³/h

Augenscheinlich ist hier den Berechnungsvorgaben der DIN 1946-6 bzw. DIN 18107-3 gefolgt worden. Trotzdem scheint dieser Infiltrationsvolumenstrom vor dem Hintergrund, dass es sich um einen massiven, wärmegedämmten Altbau mit dreifach verglasten Holz-Aluminium-Fenstern handelt, recht hoch.

Bild: HUSS-MEDIEN GmbH

Infiltrationsansatz der DIN 1946-6

Mit der Überarbeitung der DIN 1946-6 wurde der Algorithmus für die Infiltrationsrechnung gegenüber der älteren Fassung der Norm /3/ stark vereinfacht, indem alle Faktoren zu einem Faktor e_z zusammengefasst wurden. Aus dem Rechengang der Normausgabe von 2009 lässt sich deutlich besser ableiten, mit welchen Faktoren aus dem Dichtheitskennwert n₅₀ ein wirksamer Infiltrationsvolumenstrom q_v,inf,wirk unter Umgebungsbedingungen errechnet wird:

q_v,Inf,wirk= f_wirk,Komp⋅A_NE⋅h_NE⋅n₅₀⋅(f_wirk,Lage)⋅Δp)/50)ⁿ

Dabei ist

f_wirk,Komp Korrekturfaktor für den wirksamen Infiltrationsluftanteil bei einer Lüftungskomponente

Δp der Auslegungs-Differenzdruck in Pa

f_wirk,Lage der Korrekturfaktor für den wirksamen Infiltrationsluftanteil in Abhängigkeit von der Gebäudelage

n der Druckexponent

Der Faktor f_wirk,Komp muss hier näher betrachtet werden.

In der Norm heißt es dazu:

Der Korrekturfaktor f_wirk,Komp setzt sich aus den Korrekturfaktoren für den vom Lüftungssystem abhängigen Anteil f_Sys und dem Anteil für die Berücksichtigung der Infiltration f_Inf zusammen.

f_wirk,Komp = f_Sys ⋅ f_Inf

Dabei ist

f_Sys der Korrekturfaktor für den Einfluss des Lüftungssystems auf den wirksamen Infiltrationsluftanteil

f_Inf der Korrekturfaktor für Anrechenbarkeit des Infiltrationsluftanteils für Lüftungskomponenten.

Für das in der betrachteten Wohnung installierte Abluftsystem sollen für die Berechnung des Infiltrationsvolumenstroms für die ALD-Auslegung folgende Faktoren verwendet werden:

f_Sys 0,8 (mit Installationsschacht)

0,9 (ohne Installationsschacht)

f_Inf,ALD0,8

Daraus ergibt sich ein f_wirk,Komp für Wohnungen mit Installationsschacht von 0,64 und Wohnungen ohne Installationsschacht von 0,7.

Werden diese Werte verwendet, erhält man nach dem Rechenansatz von 2009 folgenden Infiltrationsvolumenstrom für eine mit einem Abluftsystem ausgestattete Wohnung ohne raumluftabhängige Feuerstätte.

Für eine Wohnung mit Installationsschacht:

q_v,Inf,wirk = 0,64 ⋅ 128 m² ∙ 3,3 m ⋅ 1,0 ⋅ ((1⋅8 Pa)/50)^2/3

q_v,Inf,wirk = 79,7 m³/h

Für eine Wohnung ohne Installationsschacht:

q_v,Inf,wirk = 0,7 ⋅ 128 m² ∙ 3,3 m⋅1,0⋅((1⋅8 Pa)/50)^2/3

q_v,Inf,wirk = 87,2 m³/h

Die Werte nach altem und neuem Normansatz unterscheiden sich leicht, liegen aber in derselben Größenordnung.

Der Rechenansatz der DIN 1946-6 geht davon aus, dass von den in der Wohnung bei der Dichtheitsprüfung ermittelten Leckagen ein Teil dieser Leckagen nicht außenluftwirksam ist, sondern über den Installationsschacht oder aus angrenzenden Nutzungseinheiten einströmt und nicht als Außenluft gelten kann:

• mit Installationsschacht 36 %
• ohne Installationsschacht 30 %

Ermittlung der Luftdurchlässigkeit in der betroffenen Wohnung

Ermittlung des Dichtheitskennwerts nL50 in einem MFH

Die Dichtheitsanforderungen des GEG, § 13 gelten für die wärmeübertragende Umfassungsfläche, diese muss dauerhaft luftundurchlässig ausgeführt werden. Für eine Dichtheitsprüfung nach GEG § 26 wird deshalb auch in Mehrfamilienhäusern das gesamte Gebäude i. d. R.mit einer Ein-Zonen-Messung gemessen. Die Messeinrichtung wird im untersten zu messenden Geschoss eingebaut und alle Wohnungstüren werden geöffnet und verkeilt. So wirkt der erzeugte Differenzdruck allein auf die Hüllfläche des Gebäudes. Der so ermittelte Dichtheitskennwert n_L50 summiert alle Leckageströme der einzelnen Leckagen in der wärmeübertragenden Umfassungsfläche.

3 - Ermittlung des nL50-Werts für den GEG-Nachweis in einem MFH Bild: FLiB e. V.

Nur in so genannten Laubengang-Gebäuden erfolgt eine Messung der einzelnen Wohnungen, da diese Gebäude nicht als Gesamtheit gemessen werden können. Daraus folgt, dass aus dem für den GEG-Nachweis ermittelten n_L50-Wert i. d. R.keine Aussage getroffen werden kann, wie dicht die Hüllfläche der einzelnen Wohnungen ist. Die Wohnungen können unterschiedliche Luftdurchlässigkeiten aufweisen. Insbesondere sind in diesem Wert nur Leckagen über die wärmeübertragende Umfassungsfläche enthalten und keine Leckagen zwischen angrenzenden Wohnungen. Für den Rechenansatz der DIN 1946-6 muss also explizit ein gemessener n_L50-Wert der einzelnen Wohnung vorliegen.

Anforderungen an die Luftdurchlässigkeit von Außenbauteilen

Für Fenster ist die zulässige Luftdurchlässigkeit in DIN 4108-2 vorgegeben /4/.

7 Anforderungen an die Luftdichtheit von Außenbauteilen

( …) Die Luftdichtheit von Bauteilen kann nach DIN EN 12114, von Gebäuden nach DIN EN 13829, bestimmt werden. Die aus Messergebnissen abgeleitete Luftdurchlässigkeit von Bauteilanschlussfugen muss kleiner als 0,1 m³/(mh (daPa^2/3)) sein.

Die Funktionsfugen von Fenstern und Fenstertüren müssen mindestens der Klasse 2 (bei Gebäuden bis zu zwei Vollgeschossen) bzw. der Klasse 3 (bei Gebäuden mit mehr als zwei Vollgeschossen) nach DIN EN 12207 entsprechen. Bei Außentüren muss die Luftdurchlässigkeit der Funktionsfuge mindestens der Klasse 2 nach DIN EN 12207 entsprechen.

Für Fenster der Klasse 3 gibt DIN EN 12207 eine zulässige Luftdurchlässigkeit der Funktionsfugen von maximal 2,25 m³/(h m) bei einem Differenzdruck von 100 Pa an /5/. Für Fenster der Klasse 4 gilt eine zulässige Luftdurchlässigkeit von maximal 0,75 m³/(h m) bei 100 Pa. Für die Dichtheit der Außenbauteile sind aus der Literatur Werte für die Luftdurchlässigkeit bekannt /6/.

Dichtheitsprüfung der Wohnung

Im Rahmen der Begutachtung wird eine Dichtheitsprüfung der einzelnen Wohnung durchgeführt. Dazu wird die Messeinrichtung in die Wohnungseingangstür montiert und alle Raumtüren innerhalb der Wohnung werden geöffnet. Der bei der Messung erzeugte Differenzdruck wirkt nun nicht mehr nur auf die Hüllfläche, sondern auch auf an andere Wohnungen angrenzende Decken, Böden und Wände.

4 - Messeinrichtung in der Wohnungseingangstür Bild: Oliver Solcher

Das Ergebnis zeigt einen mittleren n_L50-Wert von 0,79 h^-1, wobei der Wert der Überdruckmessung etwas höher ist.

Bei der Leckagesuche können an den Außenbauteilen keinerlei nennenswerten Leckagen ermittelt werden.

5 - Ergebnisse der Durchlässigkeitsprüfung der Wohnung Bild: Oliver Solcher

Messung der Luftdurchlässigkeit eines Fensters

7 - Messaufbau der Leckagemessung am Fenster Bild: Oliver Solcher

Mit einem erweiterten Messaufbau wird im Schlafzimmer die Luftdurchlässigkeit des Fensters ermittelt. Dazu wird das Fenster am Rahmen mit einer Folie abgeklebt. In der Folie wird eine Messblende mit Druckaufnahmen vor und nach der Blende vorgesehen. Aus dem über die Blende gemessen Differenzdruck lässt sich der Volumenstrom über die Messblende errechnen /7/.

6 - Messaufbau einer a-Wertmessung eines montierten Fensters Bild: Wilfried Walther

q_v,inf = 0,36 ∙ (2⁄p)^0,5 ∙ c_d ∙ A ∙∆p^0,5

mit:

q_v,inf Infiltrationsvolumenstrom [m³/h]

p Rohdichte der Luft (bei 6,5 °C = 1,29 kg/m³)

c_d Luftwiderstandswert 0,61 (scharfkantige Öffnung)

A Fläche der Öffnung (cm²) (hier DN 15 mm)

∆p Druckdifferenz an der Blende (Pa)

Im Vergleich mit den Anforderungswerten der DIN EN 12207 ist die gemessene Luftdurchlässigkeit des Fensters geringer als ein entsprechendes Fenster der Klasse 4.

Aus der Messung ergibt sich eine Luftdurchlässigkeit des Fensters von ungefähr 0,35 m³/h bei 10 Pa. Die Länge der Funktionsfugen des gemessene dreiflügeligen Fenster beträgt ca. 19 m. Daraus ergibt sich ein gemessener a-Wert der Funktionsfuge des Fensters von 0,02 m³/(h m).

Um das Ergebnis der eigenen Messung besser einordnen zu können, erfolgte ein Austausch mit dem ö.b.u.v. Sachverständigen Ben Standecker, der die gemessenen Werte als durchaus bauüblich bestätigte.

8 - Vergleich des gemessenen Volumenstroms über die Blende mit den Anforderungswerten der DIN EN 12207 Bild: Oliver Solcher

Luftdurchlässigkeit der Wohnung

Aus den Vorgaben an die Luftdurchlässigkeit lässt sich der über die Außenbauteile zu erwartende Volumenstrom bei einem mit einem Abluftsystem wirksamen Differenzdruck von 8 Pa errechnen.

Die Außenwände sind mit einem Kalk-Zementputz versehen, hierfür wird eine Luftdurchlässigkeit von 0,02 m³/(h m²) bei 50 Pa angenommen. Die Außenwandfläche der Wohnung beträgt ca. 170 m², wobei auch Wandflächen zu Nachbargebäuden und zum Hausflur einbezogen werden.

q_{v,inf,Außenwand,8 Pa} = q_50,Mat ∙ A∙(8/50)^2⁄3

q_{v,inf,Außenwand,8 Pa} = 0,02 m³/h m² ∙ 170 m²∙(8/50)^2⁄3

q_{v,inf,Außenwand,8 Pa} = 1 m³/h

Für die Bauteilanschlussfuge der Fenster zum angrenzenden Mauerwerk darf je Meter ein Wert von 0,1 m³/(h m) bei 10 Pa nicht überschritten werden. In der Wohnung beträgt die Länge der Montagefugen aller Fenster ca. 52 m.

q_{v,inf,Bauteilanschluss,8 Pa} = a_4108-2 ∙ l ∙ (8/10)^2⁄3

q_{v,inf,Bauteilanschluss,8 Pa} = 0,1 m³/(h m) ∙ 52 m² ∙ (8/10)^2⁄3 q_{v,inf,Bauteilanschluss,8 Pa} = 4,5 m³/h.

In der Wohnung sind fünf dreiflügelige, bodentiefe Fenster und eine Balkontür verbaut worden, mit einer Fugenlänge der Funktionsfugen von insgesamt 101 m.

q_{v,inf,Fenster,8 Pa} = a_gemessen ∙ l

q_{v,inf,Fenster,8 Pa} = 0,02 m³/(h m) ∙ 101 m

q_{v,inf,Fenster,8 Pa} = 2 m³/h.

In Summe ergibt sich für diese Wohnung ein Leckagestrom über die Außenbauteile bei 8 Pa von 7,5 m³/h.

Wird die Luftdurchlässigkeit der Fenster mit der Klasse 3 der DIN EN 12207 gerechnet, ergibt sich bei 8 Pa ein Volumenstromstrom über die Funktionsfugen der Fenster von 42 m³/h:

q_{v,inf,Fenster-KLasse3,8 Pa} = a_{12207,Klasse3} ∙ l ∙ (8/100)^2⁄3

q_{v,inf,Fenster-KLasse3,8 Pa} = 2,25 m³/(h m) ∙ 101 ∙ (8/100)^2⁄3

q_{v,inf,Fenster-KLasse3,8 Pa} = 42 m³/h.

Für die Klasse 4 reduziert sich der zulässige Volumenstromstrom auf 14 m³/h:

q_{v,inf,Fenster-KLasse4,8 Pa} = 0,75 m³/(h m) ∙ 101 ∙ (8/100)^2⁄3

q_{v,inf,Fenster-KLasse4,8 Pa} = 14m³/h.

Wenn die Anforderungen an die Luftdurchlässigkeit der Fenster nach DIN EN 12207 angenommen wird, ergibt sich für die Wohnung ein Leckagestrom über die Außenbauteile bei 8 Pa von 45 m³/h mit Fenstern der Dichtheitsklasse 3 und 17 m³/h mit Fenstern der Dichtheitsklasse 4.

9 - Beispiel von Messwerten eines typischen Dichtsystems (schwarze Kennlinie) in der Laborprüfung nach DIN EN 12114 im Vergleich zu den Klassen der DIN EN 12207 (blaue Kennlinien) Bild: IB Standecker GmbH & Co. KG

Leckagen zu angrenzenden Wohnungen

Aus dem Leckagestrom der Wohnung bei 50 Pa q₅₀ lässt sich ein Infiltrationsvolumenstrom über die Umschließungsfläche der Wohnung bei 8 Pa Differenzdruck errechnen.

Die Umschließungsfläche umfasst nicht nur die an die Außenluft angrenzenden Flächen, sondern auch die Decke und den Boden zu angrenzenden Nachbarwohnungen.

q_{v,inf,Umschließungsfläche,8 Pa} = q₅₀ ∙ (8/50)^2⁄3

q_{v,inf,Umschließungsfläche,8 Pa} = 326 m³/h ∙ (8/50)^2⁄3

q_{v,inf,Umschließungsfläche,8 Pa} = 96 m³/h.

Wenn über die Außenbauteile der Umschließungsfläche nur ein Infiltrationsvolumenstrom von 7,5 m³/h auftritt, strömt die Differenz zum Gesamtleckagestrom in Höhe von 88,5 m³/h über Decken und Böden zu angrenzenden Nachbarwohnungen. Das entspricht einem prozentualen Anteil von 92 % des gemessenen Leckagestroms.

Das ist auch der Grund, warum die Volumenstrommessung an den Abluftventilatoren trotz fehlender Außenbauteil-Luftdurchlässe keine verringerten Abluftvolumenströme zeigt.

Um die Leckagen einzugrenzen, wird eine weitere Luftdurchlässigkeitsmessung mit abgedichteten Raumtüren zu den Bädern und dem HWR durchgeführt. Bei dieser Messung kann ein etwas reduzierter Leckagestrom gemessen werden, aber die in der Wohnung vorhandenen Leckagen zu angrenzenden Wohnungen lassen sich mit dieser provisorischen Abdichtung nicht wirklich darstellen.

Undichtheiten innerhalb eines Gebäudes hat Andreas Kaschuba-Holtgrave untersucht /8/. Demnach lassen sich Leckagen innerhalb von Gebäuden sehr schwer eingrenzen, eine Ortung und Abdichtung dieser Leckagen ist in einer bezogenen Wohnung kaum noch möglich.

Der Leckagestrom über Undichtheiten zu angrenzenden Nachbarwohnungen wird in der untersuchten Wohnung wahrscheinlich maßgeblich über die drei Installationsschächte in den Bädern und dem Kochbereich erzeugt.

10 - Installationsschächte in der untersuchten Wohnung Bild: Oliver Solcher

Die Mineralwollmanschetten der in den Installationsschächten verlegten Leitungen verhindern zwar wirksam eine Rauch- und Brandübertragung, luftdicht sind diese Manschetten jedoch nicht. Mit diesen Manschetten sind die Leitungen sowohl im Fußboden als auch in der Decke versehen. Über den angrenzenden schwimmend verlegten Estrich und den Randdämmstreifen, bzw. die angrenzende Deckenverkleidung können sich diese Leckagen in andere Räume der Wohnung verteilen. Da es bei der Problemstellung in diesem Bauvorhaben um die Leckagen über Außenbauteile geht, wird die Eingrenzung der internen Leckagen nicht weiterverfolgt.

11 - Rauchdicht aber nicht luftdicht, Deckendurchführungen eines gemischt belegten Installationsschachtes Bild: Oliver Solcher

Fazit

Die Berechnung eines Außenluftvolumenstroms über Undichtheiten in der Gebäudehülle nach DIN 1946-6 bzw. DIN 18107-3 lässt sich für Wohnungen in Mehrfamilienhäusern nicht nachweisen. Der nach diesen Normen errechnete Infiltrationsvolumenstrom in Verbindung mit einem Abluftsystem beträgt 89 m³/h. In der begutachten Wohnung beträgt der aus der Dichtheitsmessung eines Fensters abgeleitete Infiltrationsvolumenstrom über die Außenbauteile 7,5 m³/h bei 8 Pa Differenzdruck.

Für die Infiltrationsrechnung der DIN 1946-6 und DIN 18107-3 wird ein Dichtheitskennwert der jeweils betrachteten Wohnung benötigt. Der Dichtheitskennwert der Gebäudehülle n_L50 wird in der Regel für den Nachweis der Dichtheitsanforderungen des GEG ermittelt. Dafür wird auch in Mehrfamilienhäusern das Gesamtgebäude mit einer Messung erfasst. Eine Messung von einzelnen Wohnungen findet nur in Ausnahmefällen statt, wie z. B.Laubenganggebäuden.

Bild: HUSS-MEDIEN GmbH

Werden die Dichtheitsanforderung an Fenster der Klasse 3 nach DIN EN 12207 für die Berechnung des Infiltrationsvolumenstroms über Außenbauteile angesetzt, ergibt sich für diese Wohnung ein rechnerisch möglicher Infiltrationsvolumenstrom von 45 m³/h bei 8 Pa Differenzdruck.

Mit Fenstern der Dichtheitsklasse 4 reduziert sich dieser Wert auf 17 m³/h. Nach Aussage von Sachverständigen sind übliche Fenster mit aktuellen Dichtsystemen deutlich dichter als die Dichtheitsklasse 4 der DIN EN 12207.

Auch wenn in der begutachteten Wohnung aus der Dichtheitsmessung der Wohnung ein Leckagestrom bei 8 Pa von 96 m³/h abgeleitet werden kann, sind hierfür nicht die Außenbauteile verantwortlich, sondern Leckagen zu Nachbarwohnungen. Nach der vorliegenden Messung entsprechen die Leckagen aus Nachbarwohnungen und über Schächte 92 % und nicht, wie in der DIN 1946-6 angenommen, 36 %.Aus diesem Grund ist die Feststellung wichtig, dass sich allein basierend auf der Volumenstrommessung der Abluftventilatoren keine bestimmungsgemäße Ausführung prüfen lässt: Obwohl keine ALD vorgesehen und keine nennenswerten Undichtheiten über die Außenbauteile gegeben sind, können an den Abluftventilatoren die benötigten Abluftvolumenströme gemessen werden.

Bei der für dieses Jahr notwendigen Prüfung einer Überarbeitung der DIN 1946-6 sollte der Infiltrationsansatz überarbeitet werden. Grundsatz sollte die leider gestrichene Formulierung der DIN 4108-2 /9/ von 2003 sein:

4.2.3 Hinweise zur Luftdichtheit von Außenbauteilen und zum Mindestluftwechsel

( …) Die Außenbauteile müssen nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik luftdicht ausgeführt werden. Sie tragen in keinem Fall zum erforderlichen Luftaustausch des Gebäudes bei.

Literaturhinweise

• /1/ DIN 18017-3:2020-05, Lüftung von Bädern und Toilettenräumen ohne Außenfenster – Teil 3: Lüftung mit Ventilatoren

• /2/ DIN 1946-6:2019-12, Raumlufttechnik – Teil 6: Lüftung von Wohnungen – Allgemeine Anforderungen, Anforderungen an die Auslegung, Ausführung, Inbetriebnahme und Übergabe sowie Instandhaltung

• /3/ DIN 1946-6:2009-05, Raumlufttechnik – Teil 6: Lüftung von Wohnungen – Allgemeine Anforderungen, Anforderungen zur Bemessung, Ausführung und Kennzeichnung, Übergabe/Übernahme (Abnahme) und Instandhaltung

• /4/ DIN 4108-2:2013-02, Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz

• /5/ DIN EN 12207:2017-03, Fenster und Türen – Luftdurchlässigkeit – Klassifizierung

• /6/ z. B.Luftdichtheitsanforderungen an Materialien, Joachim Zeller, 7. BUILDAIR-Symposium, 2012

• /7/ Messung kleiner Volumenströme mit Hilfe von Lochblenden, Dipl.-Ing. Wilfried Walther, Sachverständiger für Bauphysik, Springe, Seminar: Blower Door spezial, Juni 2006

• /8/ Messung an Mehrfamilienhäusern – Stichprobenmessung und interne Leckagen, Andreas Kaschuba-Holtgrave, 11. BUILDAIR-Symposium, 2019

• /9/ DIN 4108-2:2003-07, Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden – Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz