Glaser-Verfahren: Theorie und Praxis
Glaser-Verfahren: Theorie
Wasserdampf kann wegen der Diffusionsleitfähigkeit
d
von Baustoffen bei einem Wasserdampfdruckgefälle (p2-p1) auch Bauteilschichten durchdringen, wobei sich ein eine
Wasserdampf-Diffusionsstromdichte g einstellt, die sich umgekehrt proportional
zum Diffusionswiderstand Z verhält.
|
Eigenschaft der Schicht |
Sperrwert sd |
|
diffusionsoffen |
≤ 0,5 m |
|
diffusionshemmend |
0,5 m < sd <
1.500 m |
|
diffusionsdicht |
≥ 1.500 m |
Tabelle 4: Eigenschaften von Schichten gem. sd-Wert nach DIN 4108-3
Tauwasser entsteht, wenn der Wasserdampfteildruck den Sättigungsdruck
erreicht. Man geht davon aus, dass dieses Tauwasser unschädlich ist,
sofern ein bestimmter Grenzwert nicht überschritten wird und solange die
Verdunstungsmenge größer ist als die Tauwassermenge. Für den
Berechnungsansatz sind die Klimawerte genormt. Es darf berechtigt
angenommen werden, dass diese normierten 150 Tage für die
Witterungsverhältnisse eines Jahres nicht repräsentativ sein sollten.
|
|
Tauperiode |
Verdunstungsperiode |
|
Außenklima |
-10 °C,
f = 80%, pa = 208 Pa |
12 °C,
f = 70% |
|
Innenklima |
20 °C,
f
= 50%, pa = 1.170 Pa |
12 °C,
f = 70% |
|
Dauer |
1.440 h (60 d) |
2.160 h (90 d) |
Tabelle 5: Normierte Randbedingungen des Klimas nach DIN
4108-3
Man berechnet mit dem Glaser-Verfahren Diffusionsdiagramme für Tauwasser
(p-Linie schneidet ps-Linie)
und Verdunstung und errechnet somit die Tauwasser- (TW) und die
Verdunstungsmenge (VM). Wenn TW < TWmax
und VM > TW, dann ist alles gut. Wie sich das Tauwasser verhält, wird
nicht behandelt.
Anhand dieser Kurzvorstellung wird schnell klar, dass Normen
gut dafür Taugen, z.B. Schraubendurchmesser einheitlich zu definieren –
für solch dynamische Größen wie das Wetter sollte man die Eignung von
Normbedingungen anzweifeln.
Es gibt in DIN 4108-3 eine Aufstellung von Bauteilen, für die kein
rechnerischer Nachweis des Tauwasserausfalls erforderlich ist.
Glaser-Verfahren: Praxis
Das Glaser-Verfahren ist bislang das in der Normung
verankerte Verfahren zur Berechnung der Diffusionsvorgänge. Aufgrund
seiner Einschränkungen ist es seit Jahren umstritten und es darf sich
jeder seine eigenen Gedanken darüber machen, warum es so vieler Jahre
bedarf, bis Fehler korrigiert werden.
Die folgenden Zitate sind aktuellen Dokumenten von der Homepage des
Instituts für Bauphysik, welches i.a. als bauphysikalischer Vorreiter oder
auch als „Gralshüter der deutschen Bauphysik“ betrachtet wird, entnommen.
Die getroffenen Aussagen sind bezeichnend und selbsterklärend, so dass
sich eine Kommentierung erübrigt. Eine zusammenfassende Bemerkung sei
gestattet: schön, was alles bekannt ist. Es waren nicht zu allen
Dokumenten die Erstellungsdaten verfügbar.
"Dort, wo die Weisheit des Glaser- Verfahrens endet, beginnt die Arbeit
der ingenieurmäßigen Planung einer hygrothermisch tauglichen
Konstruktion." (Jenseits von Glaser, Aufbauseminar Holz, IBP). Themen: 1.
Jenseits von Glaser – Feuchtedynamik bei Holz und Holzwerkstoffen (RBL)
... 5. WUFI® 2D: Zweidimensionale Simulation von Wärme- und
Feuchtetransport an Hand von Holzbaubeispielen (Zirkelbach).
"Für die Beurteilung umstrittener Bauteilkonstruktionen hat das alte
“Glaser-Verfahren” ausgedient. Warmdächer mit Sondereindeckungen (z.B.
Blech, Gründächer und Schiefer), Innendämmungen von Altbauwänden und
andere alltägliche Spezialfälle können mit modernen instationären
hygrothermischen Berechnungsverfahren weit sicherer beurteilt werden als
mit der statischen Diffusionsberechnung nach DIN 4108-3. Deshalb ist es
nur folgerichtig, dass in der Neufassung von 2001 die “Tauwasser-Norm” an
verschiedenen Stellen auf genauere, ingenieurmäßige Rechenmethoden
verweist." (Jenseits von Glaser – Basisseminar, Neue Möglichkeiten der
bauphysikalischen Planung, IBP), Themen: Praktischer Einsatz moderner
Rechenverfahren, Grenzen des Glaserverfahrens.
"Stattdessen scheint man sich auf eine grundlegende Modifikation des
Verfahrens zu einigen, die aus der quasi-stationären Berechnung ein
instationäres Verfahren ... machen soll. Da dadurch die generellen
Probleme des Glaser-Verfahrens, nämlich das Vernachlässigen von Sorptions-
und Flüssigtransporteffekten nicht behoben werden, stellt diese
Modifikation aus bauphysikalischer Sicht keine Verbesserung der Situation
dar. (IBP-Mitteilung 355, 26 (1999)).
"Während die rechnerische Erfassung der Wärme- und Feuchteverhältnisse in
Bauteilen bisher im Wesentlichen auf stark vereinfachte Bewertungsmethoden
wie z.B. das Glaser-Verfahren beschränkt war, existieren mittlerweile
Computerprogramme, die eine realistische und detaillierte Simulation des
hygrothermischen Verhaltens von Bauteilen unter natürlichen
Randbedingungen erlauben." (Merkblatt 6-1-01/D, Leitfaden für
hygrothermische Simulationsberechnungen, IBP)
"Die beschriebenen Simulationsverfahren berücksichtigen im Gegensatz zu
den stationären Normberechnungen nach Glaser die Wärme- und
Feuchtespeicherung von Baustoffen sowie Latentwärmeeffekte durch
Verdunstung und Kondensation und das parallele Auftreten von
Dampfdiffusion und Flüssigtransport. Als klimatische Randbedingungen sind
neben Temperatur und relativer Feuchte auch Strahlungs- und
Niederschlagseinflüsse erfassbar. Die hygrothermischen Materialkennwerte
werden in der Regel aus den Datenbanken der Simulationsprogramme
entnommen. " (Merkblatt 6-2-01/D, Simulation wärme- und feuchtetechnischer
Prozesse, IBP)
"Zur Beurteilung von Feuchtetransportvorgängen betrachtete man in der sog.
Praxis bislang als einzige Ursache die Dampfdiffusion mit Tauwasserbildung
und verwendete dazu das allgemein anerkannte und genormte
Glaser-Verfahren. Dieses wird deshalb auch entsprechend häufig benutzt,
leider auch in zahlreichen Fällen, in denen die Anwendungsvoraussetzungen
nicht erfüllt sind." (Software / WUFI / Seminare, IBP)
"Ein bisher gängiges Verfahren zur Beurteilung des Feuchtehaushalts eines
Bauteils durch Betrachtung des auftretenden Diffusionstransports stellt
das Glaser-Verfahren nach DIN 4108 dar. Dieses Verfahren berücksichtigt
jedoch weder den kapillaren Feuchtetransport im Bauteil, noch dessen
sorptive Aufnahmefähigkeit für ausfallende Feuchte. Ferner kann das mit
stationären Zuständen unter pauschalen Blockrandbedingungen arbeitende
Verfahren weder kurzfristige Ereignisse abbilden, noch Regen und Strahlung
berücksichtigen. Es ist für die feuchteschutztechnische Bewertung eines
Bauteils gedacht, nicht für die Simulation realistischer Wärme- und
Feuchtezustände eines Bauteils unter standortbedingten Klimaverhältnissen.
" (Software / WUFI / Einführung, IBP)
"Beim Thema Feuchtetransport durch Bauteile denkt der Praktiker in erster
Linie an Dampfdiffusion, Taupunkt und das Glaser-Verfahren in der DIN
4108. Wird ein Bauteil nach "Glaser" als unbedenklich eingestuft, so ist
in der Regel damit für den Planer alles erledigt. Erst wenn dennoch
unerwartet Feuchteschäden auftreten, oder das geplante Bauteil bei der
Normberechnung nach Glaser durchfällt, wird nach alternativen
Beurteilungsmöglichkeiten gesucht. Da die winterliche Tauwasserbildung
durch Dampfdiffusion nur eine Feuchtebelastung unter vielen darstellt,
kann eine positive Bewertung nach DIN 4108 eine nicht vorhandene
Feuchtesicherheit vortäuschen." (Software / WUFI / Grundlagen / Überblick
über WUFI , IBP)
"Um auch diese Einflüsse [gemeint ist Feuchte, dib] erfassen zu können,
muß von dem einfachen stationären Bewertungsverfahren nach Glaser zur
realitätsnahen Simulation der Feuchteverhältnisse in Bauteilen
übergegangen werden. Zu diesem Zweck sind in den letzten Jahren neue
instationäre Rechenverfahren entwickelt und experimentell validiert
worden, deren Zuverlässigkeit inzwischen so groß ist, daß sich ihr Einsatz
auch in der Praxis immer mehr durchsetzt. Dieser Tatsache wird auch im
Neuentwurf der DIN 4108 Teil 3 durch entsprechende Hinweise Rechnung
getragen." (Software / WUFI / Grundlagen / Überblick über WUFI , IBP)
"Die rechnerische Simulation des instationären Wärme- und
Feuchtetransports bietet auch für die Praxis zahlreiche Vorteile. So sind
etwa die folgenden Einsatzbereiche und Aussagemöglichkeiten in Bezug auf
das klimabedingte hygrothermische Bauteilverhalten zu nennen, die über die
bisherigen Beurteilungsmöglichkeiten nach Glaser deutlich hinausgehen:
- reale Tauwassersituation während der Heizperiode unter Berücksichtigung
von Wasserdampfsorption und Kapillarleitung
- Austrocknen von Baufeuchte
- Sommerkondensation durch Umkehrdiffusion
- solare Einstrahlung, Schlagregenbelastung und Oberflächenbetauung bei
Dächer und Fassaden
- Feuchteeinfluß auf Energiehaushalt" (Software / WUFI / Grundlagen /
Überblick über WUFI , IBP)
"Eine genaue Erfassung der wärme- und feuchtetechnischen Prozesse in
Baustoffen und Bauteilen ist deshalb nicht nur wünschenswert sondern
dringend erforderlich. Beurteilungen mit den bisher eingeführten,
ausschließlich auf der Dampfdiffusion basierenden Berechnungsmethoden, wie
z.B. dem Glaser-Verfahren, sind hierfür nur in Ausnahmefällen geeignet.
Die rechnerische Simulation des instationären Temperatur und
Feuchteverhaltens unter Berücksichtigung aller wesentlichen
Transportmechanismen bei natürlichen Klimabedingungen ist inzwischen
jedoch so weit entwickelt und auch in der Praxis erprobt, daß ihre
konsequente Anwendung in vielen Bereichen des Hochbaus sinnvoll
erscheint." (Software / WUFI / Grundlagen / Überblick über WUFI , IBP)
"Das Glaser-Verfahren ist für eine solche Prüfung [es geht hierbei um den
Abtransport von Tauwasser, dib] nur sehr bedingt geeignet, da die
pauschalierten Randbedingungen den tatsächlichen Gegebenheiten nicht
gerecht werden können. Im Gegensatz zur landläufigen Meinung liegen die
mit diesem Verfahren erhaltenen Ergebnisse auch nicht immer auf der
sicheren Seite..." (Hartwig M. Künzel, Feuchteschutz unbelüfteter
Steildächer)
"Es soll hier ausdrücklich darauf hingewiesen werden, dass mit Hilfe des
genormten Glaser-Verfahrens keine Aussagen zum allgemeinen Feuchteschutz
möglich sind, da ausschließlich die winterliche Tauwassergefahr unter
stationären Bedingungen beurteilt werden kann. Andere Feuchtelasten, wie
z.B. Baufeuchte, Niederschlagswasser und Sommerkondensation oder Klima-
bzw. Nutzungsbedingungen, die nicht der üblichen Situation in Wohngebäuden
entsprechen, können nicht angemessen berücksichtigt werden. Dazu sind
hygrothermische Bauteilsimulationen erforderlich" (Software / WUFI /
Anwendung / Normen und Merkblätter)
"Die üblichen Baumaterialien haben immer eine gewisse Aufnahmefähigkeit
für Feuchte (Sorptionsfähigkeit). Diese Sorptionsfähigkeit puffert
Änderungen der relativen Feuchte in der Wand. Wenn Sie Randbedingungen
anlegen, die in einer Glaserrechnung zu sofortigem Tauwasserausfall führen
würden, werden Sie in einer realistischen Untersuchung (wie sie von WUFI
durchgeführt wird) in den meisten Fällen kein Tauwasser erhalten.
Das liegt daran, daß eine relative Feuchte von 100%
(Voraussetzung für Kondensation) einem Wassergehalt gleich der freien
Sättigung des betreffenden Materials entspricht, und daß diese Wassermenge
daher erst in die Tauregion transportiert werden müßte, um 100% rF zu
ereichen. Die Diffusionsströme sind zwar in der Tat zur Tauregion hin
gerichtet, aber die so transportierten Feuchtemengen sind in der Regel
klein und die rF wird daher nur langsam ansteigen, z.B. von ursprünglich
80% auf 81%, etwas später auf 82% usw. Es kann unter Umständen Tage oder
Wochen dauern, bis genügend Wasser in die Tauregion transportiert wurde,
so daß dort schließlich die freie Sättigung des Materials (und damit rF=100%)
erreicht wird. Währenddessen werden sich die Randbedingungen geändert
haben und es liegen gar keine Taubedingungen mehr vor.
Die Glaser-Methode nimmt stattdessen einfach an, daß sofort
100% erreicht werden, sie berücksichtigt nicht die Notwendigkeit, erst
Wasser transportieren zu müssen, um einen Wassergehalt zu erreichen, der
100% rF entspricht.
Darüber hinaus haben reale Materialien (im Gegensatz zu
Glaser) meist eine gewisse kapillare Leitfähigkeit, welche versucht,
Feuchteansammlungen wieder auseinanderlaufen zu lassen. Dieser Effekt
arbeitet also aktiv gegen lokale Feuchteansammlungen, so daß es nicht
leicht ist, 100% rF zu erreichen.
Natürlich können und werden Sie in Ihrem Bauteil
Feuchteansammlungen erhalten, wenn die Randbedingungen dafür günstig sind.
Diese erhöhten Feuchtegehalte werden aber selten mit 100% rF einhergehen.
Wenn Sie sehen, daß die relative Feuchte irgendwo in ihrem Bauteil sich
100% nähert, ist der Schaden vermutlich schon passiert... " (Software /
WUFI / Anwendung / F&A)
"Feuchteschutz wird in der Praxis häufig mit Tauwasserschutz verwechselt.
Eine Glaser-Berechnung wird oft fälschlicherweise als Beweis für die
Feuchtesicherheit von Baukonstruktionen angesehen. Die Folgen dieser
Fehleinschätzung sind Gerichts- und Reparaturkosten in Milliardenhöhe
allein in der Bundesrepublik Deutschland. Dabei sagt bereits die DIN
4108-3 in der Fassung vom Juli 2001 ganz deutlich, dass das
Glaserverfahren z.B. zur Beurteilung von Gründächern oder Konstruktionen
mit Rohbaufeuchte ungeeignet ist und verweist in diesem Zusammenhang auf
hygrothermische Simulationsrechnungen." (Pressemitteilung 22.10.2002, IBP)
"Dieses einfache stationäre Bewertungsverfahren weist jedoch folgende
wesentliche Beschränkungen und Näherungen auf:
- Berechnungen sind nur mit stationären Randbedingungen möglich
- Feuchtetransportvorgänge werden nur infolge Wasserdampfdiffusion
berücksichtigt
- sämtliche Speichervorgänge und Weiterleitungseffekte werden nicht
erfasst
- Temperatur- und Feuchteberechnungen werden unabhängig voneinander
betrachtet"
(Holm, Sedlbauer, Künzel, Moderne Rechenverfahren für die Diagnostik,
November 2000)
Dipl.-Ing. Matthias G. Bumann
27.04.2005
nach
oben
Die DIN 4108
DIN 4108
Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden
DIN 4108-1
Teil 1: Wärmeschutz im Hochbau; Größen und Einheiten
Ausgabe: 1981-08
DIN 4108-2
Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz
Ausgabe: 2001-03
Ausgabe: 2003-07
DIN 4108-2/A1
Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz; Änderung A1
Ausgabe: 2002-02
DIN 4108-3
Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz; Anforderungen, Berechnungsverfahren und
Hinweise für Planung und Ausführung
Ausgabe: 2001-07
DIN 4108-3 Berichtigung 1
Berichtigungen zu DIN 4108-3:2001-07
Ausgabe: 2002-04
DIN V 4108-4
Teil 4: Wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte
Ausgabe: 2002-02
DIN V 4108-6
Teil 6: Berechnung des Jahresheizwärme- und des Jahresheizenergiebedarfs
Ausgabe: 2000-11
Ausgabe: 2003-06
DIN V 4108-6 Berichtigung 1
Berichtigungen zu DIN V 4108-6:2003-06
Ausgabe: 2004-03
DIN V 4108-6/A1
Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden -
Teil 6: Berechnung des Jahresheizwärme- und des Jahresheizenergiebedarfs;
Änderung A1
Ausgabe: 2001-08
DIN 4108-7
Teil 7: Luftdichtheit von Gebäuden, Anforderungen, Planungs- und
Ausführungsempfehlungen sowie -beispiele
Ausgabe: 2001-08
DIN V 4108-10
Anwendungsbezogene Anforderungen an Wärmedämmstoffe - Teil 10: Werkmäßig
hergestellte Wärmedämmstoffe
Ausgabe: 2002-02
DIN 4108 Beiblatt 1
Wärmeschutz im Hochbau; Inhaltsverzeichnisse; Stichwortverzeichnis
Ausgabe: 1982-04
DIN 4108 Beiblatt 2
Wärmebrücken - Planungs- und Ausführungsbeispiele
Ausgabe: 1998-08
Ausgabe: 2004-01
nach oben
Hausers Goldene Worte
(gefunden und zitiert von DIMaGB)
Die Berechnungsverfahren der Normen erlauben keine realistische
Einschätzung
der Feuchte- und Wärmebilanz von Bauteilen
„Der in Ansatz gebrachte Wassertransport in den Bauteilen berücksichtigt allein
die Wasserbewegung infolge von Diffusion. Andere Transportphänomene, die wie die
Kapillarleitung den Feuchtetransport dominieren können, bleiben
unberücksichtigt. Auch die von den Materialeigenschaften abhängige
Wasserspeicherfähigkeit wird nicht in Ansatz gebracht.
Deshalb ist es mit dem Nachweisverfahren nicht möglich, Rückschlüsse auf die
sich in Bauteilen ansammelnde Wassermenge zu ziehen und realistische
Wassergehalte zu ermitteln.“
„Die Berechnungsverfahren der Normen enthalten Vereinfachungen, die es nicht
erlauben, eine realistische Einschätzung der Feuchtebilanz von Bauteilen
vorzunehmen. Die Ergebnisse können nur mit modellkonformen Kriterien
eingeschätzt werden.“
„Soll die Gebrauchstauglichkeit von Bauteilen überprüft werden, reicht ein
formaler Nachweis, wie ihn das Glaserverfahren gemäß 4108-3:2001-07 darstellt,
nicht aus. Unter praktischen Bedingungen zu erwartende Wassergehalte müssen
ermittelt und kritisch beurteilt werden.“
„Die Auswertung der Berechnungsergebnisse von DIN EN ISO 13788:2001-11 und den
Simulationsrechnungen zeigen, dass bei monolithischen und zweischalige Wänden
eine Bewertung ohne Erweiterung des Berechnungsverfahren zur Berücksichtigung
der Kapillarleitung nicht sinnvoll ist.“
Quelle: Hauser, Prof. Dr:: Forschungsvorhaben „Auswirkungen der neuen
europäischen Norm EN ISO 13788 „Raumseitige Oberflächentemperatur zur Vermeidung
kritischer Oberflächenfeuchte und Tauwasserbildung im Bauteilinneren“ auf
Konstruktion und Holzschutz von Außenbauteilen in Holzbauart“, Ingenieurbüro
Prof. Dr. Hauser GmbH, Wärme, Energie, Feuchte, Schall, Tageslicht, Baunatal,
Zusammenfassung, Aktenz:: IBH 457/02, 31.01.2003
Berlin, 01.06.2007
M. Bumann
Querverweis:
::
Unrealistische Bilanzeinschätzung von Feuchte und Wärme nach
Norm (06.2007)
nach oben
