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Bauphysik für jedermann - Teil 3
Tauwasser, Taupunkttemperatur, Taupunkttabelle
Kondensationspunkt, Kondensat, Luftfeuchte


weiterführend: Gutachten zu Schimmel | Lösungen gegen Schimmel
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Aus der Reihe "Bauphysik für jedermann" sind Teil 1 und Teil 2 gut bekannt. Hier werden Grundbegriffe schön einfach erklärt und zahlreiche Beispiele aufgeführt. Teil 3 befasst sich mit der Feuchte in der Raumluft und deren schädlicher Auswirkung bei Kondensatbildung. Kondensat ist eine wichtige Voraussetzung für Schimmelpilzbildung.

Unsere Luft ist ein Gasgemisch, sie besteht zu 78% aus Stickstoff, 21% Sauerstoff und 1 % Argon, wenn man die Volumenanteile betrachtet. Masse bezogen sind es rd. 75% Stickstoff (N2) und 23% Sauerstoff (O2). Luft ist nicht sonderlich schwer, die Luftdichte beträgt unter Normalbdingungen 1,293 kg/m3. Luft enthält zahlreiche Spurengase.

Luft enthält auch Wasser. In unserer Raumluft ist das Wasser (H2O) in Form von Wasserdampf enthalten. Je nach Gehalt unterscheiden wir trockene und feuchte Luft. Jeder kennt den Unterscheid zwischen trockner, knackiger Winterluft und dem feucht-warmen Tropenklima in einem Gewächshaus.

Für die weitere Betrachtung nehmen wir einen Referenzraum, der die Abmessungen B x T x H = 4 x 6 x 3 m haben soll. Das sind dann 24 qm Grundfläche und 72 cbm Rauminhalt. Die Wandflächen betragen 60 qm und die Hüllflächen insgesamt 108 qm.


                   

Bild 1 und 2: ein Schlafzimmer als Beispiel und die Geometrie des Kubus'


Unser Referenzraum sei ein Schlafzimmer, weil Schimmel im Schlafzimmer ein weit verbreitetes Problem ist, wie der Sachverständige der Haus-Klinik® aus seiner gutachterlichen Praxis bestätigen kann..



 

q [°C] 12,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00 20,00 21,00 22,00 23,00 24,00
cs [g/m³] 10,70 12,10 12,80 13,70 14,50 15,40 16,30 17,30 18,30 19,40 20,60 21,80

Tabelle 1 und Bild 3: Wasserdampf-Sättigungsdichte als Funktion der Temperatur


"Wasserdampf-Sättigungsdichte als Funktion der Temperatur" bedeutet, je wärmer die Raumluft, desto mehr Wasser kann sie aufnehmen. Diese Wassermenge befindet sich, schwebend und unsichtbar, als Wasserdampf in der Luft.

Rechenbeispiel: der Referenzraum hat ein Raumvolumen von 72 cbm Luft. Bei 24°C befinden sich etwas über 1,5 Liter Wasser in der Luft. Rechenweg: 72 x 21,8 g/m³ (bei 24°C) = 1.569,6 g. Diese 1,5 kg Wasser sind wegen der Dichte von Wasser mit fast genau 1,0 die genannten 1,5 Liter.

Damit Sie sich eine Vorstellung von der Wassermenge machen können, empfiehlt sich ein einfaches Element. Vater spendiert drei Bier á 0,5 l und die werden auf dem Wohnzimmertisch ausgekippt. Das Ergebnis: die Menge ist beachtlich und Mutter reagiert entsprechend. Alternativ stellt man sich die drei Flaschen Bier auf den Tisch und versucht sich vorzustellen, dass eben diese Menge als Bierdampf in der Raumluft schwebt. Das Ganze funktioniert übrigens auch mit Mineralwasser.

Rechenbeispiel: in einem sparsamen Haushalt betrage die Raumlufttemperatur nur 18°C. Dann sind es schon fast 0,5 l Wasser weniger, die die Raumluft halten kann. Rechenweg: (72 x 21,8) - (72 x 15,4) = 1.569,6 - 1.108,8 = 460,8 g. das bedeutet, bei 6°C weniger Raumtemperatur ist es schon fast ein halber Liter Wasser weniger, den die Luft maximal aufnehmen kann.


+18°C 


+24°C     

Bild 4: je wärmer die Raumluft, umso mehr Wasser kann sie aufnehmen


Kommen wir zurück auf den Begriff "Wasserdampf-Sättigungsdichte". was bedeutet der? Wasserdampf ist oben bereits hinreichend erklärt: dampfförmiges Wasser in der Luft. Dichte ist auch bekannt: je mehr in einem Volumen drin ist, um so dichter ist die Sache. Beton ist dichter als Watte, wer es nicht glaubt, der werfe bitte abwechselnd mit Betonwürfeln und Wattebällchen vergleichbarer Größe. 1,5 Liter Wasser stellen eine höhere Dichte dar, als wenn es nur 1 Liter ist, das Volumen ist ja jedes Mal dasselbe.

Sättigung kennen wir auch, das ist das Gefühl, das sich Sonntag Mittag nach der zweiten Keule und dem vierten Klos einstellt: der Magen meldet, dass es langsam reicht. Oder: Sie sind mit Kumpels in der Kneipe beim Mineralwasser und irgendwann stellt sich eine gewisse Sättigung ein: nichts geht mehr und alles, was über dieses Maß hinaus geht, läuft zu den Ohren wieder raus. Das mit dem Mineralwasser in der Kneipe müssen Sie nicht glauben, aber zum Begriff des Sättigungsmaßes können Sie sich bestimmt nun ein Bild machen.

Der Luft geht es ähnlich: sie kann bei einer Temperatur x eine Menge Wasser aufnehmen, bis sie gesättigt ist. Was aber macht die Luft mit dem Wasser, was über dieses Maß hinaus geht? Sie gibt es ab, weil sie ja nicht über das Maximum hinaus Wasser als Dampf halten kann.

Und wie gibt die Luft das überschüssige Wasser ab? Sie lässt das Wasser kondensieren, das geschieht an allen Oberflächen, die mit Ihrer Oberflächentemperatur unter der Taupunkttemperatur liegen. Dazu bedarf es natürlich keiner 100% Luftfeuchte.

Bekanntlich liegt das Optimum der Luftfeuchte bei 50%. Prozent bedeutet "vom Hundert" bzw. "je Einhundert". 50% ist die Hälfte. Die Hälfte wovon? Eine Prozentangabe ist doch immer relativ. Es wird ja auch die relative Luftfeuchte angegeben. 50% bedeutet, die Luft enthält 50% der Wassermenge, die sie bei der Temperatur X maximal aufnehmen kann.

Eine Angabe der rel. LF mit 50% ist daher ungenügend. Man muss immer dazu angeben, bei welcher Temperatur. Je nach Höhe der Raumlufttemperatur können 50% viel oder wenig sein. Gemessen wird die Luftfeuchte mit dem Hygrometer, welches es in verschiedenen Ausführungen gibt. Wichtig ist nur, dass es halbwegs genau anzeigt.


Rechenbeispiel: der Referenzraum hat ein Raumvolumen von 72 cbm Luft. Bei 24°C können maximal sich etwas über 1,5 Liter Wasser in der Luft befinden. Rechenweg: 72 x 21,8 g/m³ (bei 24°C) = 1.569,6 g. Diese 1,57 l Wasser entsprechen bei den gegebenen 24°C einer rel. LF von 100%. Nehmen wir nun das Anzeigebeispiel des Hygrometers: 75% ca. Das sind bei unseren 24°C 75% der Wassermenge von 1.569,6 g und somit 1.177,2 g. Jetzt wissen wir, wie viel Wasser in der Raumluft enthalten ist und nicht nur, wie viel maximal darin enthalten sein könnte.

Rechenbeispiel: derselbe Raum mit 72 cbm, abgelesen werden 50% rel. LF bei 24°C.
Rechenweg: 72 x 21,8 x 0,5 = 784,8 g Wasser.

Rechenbeispiel: derselbe Raum mit 72 cbm, abgelesen werden 50% rel. LF bei 18°C.
Rechenweg: 72 x 15,4 x 0,5 = 554,4 g Wasser.

50% rel. LF bei 18°C sind demnach 230 g Wasser weniger in der Luft als bei 50% rel. LF bei 24°C. Logisch, denn wir wissen, dass die aufnehmbare Wassermenge von der Temperatur abhängt. Logisch ist ebenso, dass 75% rel. LF bei 24°C mehr Wassergehalt der Luft bedeutet als 50% rel. LF bei 24°C, denn 1.180 g sind nun mal mehr als 785 g und dass 75% mehr sind als 50% weiß man auch, wenn von Bauphysik noch nie etwas gehört hat..

Diese Rechenbeispiel lassen sich beliebig fortführen, ohne dass neue Erkenntnisse dazu kommen. Als Eselsbrücke soll der vergleich zwischen Tropenhaus (28°C, 90% rel. LF) und Gefrierzelle (-20°C, rel. LF 35%)genügen.

Neben den Beispielen haben wir erfahren, dass die Luft überschüssiges Wasser abgibt. 100% rel. LF können nicht überschritten werden, ab da kann die Luft das Wasser nicht mehr halten. Sie gibt Wasser durch Kondensation ab. Kondensation bedeutet: es gibt Flächen, die kühl genug sind, dass sich darauf Tauwasser bildet.

Wolken sind kondensierter Wasserdampf: die Luftfeuchte steigt an und an den so genannten Kondensationskeimen (z.B. Staubkörnchen, die tonnenweise die Sahara verlassen) kommt es zur Tröpfchenbildung. Millionen dieser Tröpfchen ergeben die Wolken und wenn sie schwer genug sind, fängt es an zu regnen.

Natürlich haben wir in der Wohnung keine Wolken, dafür aber reichlich Flächen, an denen sich Tauwasser niederschlagen kann. Diese Flächen müssen nur kühl genug sein. Kühl genug bedeutet, in Abhängigkeit von der Raumtemperatur und der relativen Luftfeuchte gibt es eine Grenztemperatur, bei deren Unterschreitung es zu Tauwasserbildung kommt. Diese Grenztemperaturen werden in der so genannten Taupunkttemperaturtabelle angegeben.


Tabelle 2: die Taupunkttabelle, ergänzt um die Werte der Wasserdampf-Sättigungsdichte (bei 100% rel. LF)

Vor dieser Tabelle muss niemand in Ehrfurcht erstarren, die ist ganz einfach. Oben liest man die Temperatur ab. Damit die Tabelle nicht unnötig groß wird, enthält sie hier nur einen bestimmten Ausschnitt. Der Bereich von 12°C bis 24°C soll genügen, um die üblichen Raumtemperaturen in der Wohnung zu kennzeichnen.

Beispiel: Sie befinden sich im Badezimmer, die Raumtemperatur beträgt 22°C und die rel. LF 50%. Da Sie baden wollen, drehen sie den Wasserhahn auf und dampfendes Warrmwasser strömt in die Badewanne. Die rel. LF steigt an, weil die Luft Wasser aufnimmt. Sie steigt auf 75% an.

Gehen Sie in die Tabelle. Oben in der gelben Leiste wird die 22 gesucht, das ist die Raumtemperatur im Bad.  In der Spalte gehen Sie nun runter und lesen im Kreuzungspunkt mit der Zeile für 75% (blaue Spalte links) einen Wert ab: 17,41°C. Das bedeutet: auf allen Flächen, die kälter als 17,41°C sind, bildet sich bei 22°C und 75% rel. LF Tauwasser.

Steigt die rel. LF gar auf 90%, beträgt bei 22°C die Taupunkttemperatur bereits 20,28°C. Das bedeutet: auf allen Flächen, die kälter als 20,28°C sind, bildet sich bei 22°C und 75% rel. LF Tauwasser. Der Unterschied von 20,28°C zu den 22°C Raumlufttemperatur ist geringer - jetzt sind es 1,72°C, bei rel. LF = 50% waren es noch 4,59°C. Das ist der Grund dafür, warum beim Duschen oder baden der Spiegel beschlägt, das sind die Wassertröpfchen des Kondensats.

Kondenswasser bildet sich unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit, entscheidend ist die Taupunkttemperatur. Beim Spiegel oder am Wasserhahn (im Fachjargon: Einhebelhandmischbatterie) sieht man es, bei den Wand- und Deckenflächen, die saugen können, dagegen nicht. Saugen bedeutet, Wasser wird kapillar aufgenommen und nach innen weg geleitet. Wer sich unter kapillarem Transport nichts vorstellen kann, der halte bitte ein Stück Würfelzucker in eine Tasse Kaffee.

Saugende Oberflächen sind Innenputz, Tapeten, Farben, Holzteile. Dort kann durch Tauwasserbildung die Oberflächenfeuchte (im Bauphysik Fachjargon: das Feuchtepotenzial) derart ansteigen, dass ideale Voraussetzungen für den Schimmelpilz entstehen: die Sporen siedeln sich an, Myzel wird ausgebildet, Kondenswasser liefert Nachschub und genug Nahrung ist auch da: alles Organische (Silikon, Tapetenkleister, Zellulose, ...).

Wenn also die Tür zum Schlafzimmer und die Badtür offen stehen, muss sich niemand wundern, wenn sich im relativ kühlen Schlafzimmer Schimmel bildet. Die feuchte warme Luft bewegt sich konvektiv vom bad ins Schlafzimmer, weil es dort kälter ist und weil dort die Luft trockener ist. Dieses Temperaturgefälle und Feuchtegefälle (Dampfdruckgefälle) ist der Antrieb dafür, dass sich die Luft genau in diese Richtung bewegt.

Jetzt kommen die feuchten Luftschwaden im Schlafzimmer an, wo es nur 16°C sind. Was passiert? Richtig, die rel. LF steigt bedrohlich an. Mit ansteigender rel. LF steigt die Taupunkttemperatur. Die Außenwand ist nicht viel wärmer im Schlafzimmer, weil ja der Heizkörper aus bleibt. Im Eck- und im Sockelbereich gibt es Stellen, die unter der kritischen Temperatur von 12,66°c liegen. Hier kommt es zu Schimmelpilzbildung. Zwangsläufig.

In diesem Fall würde es schon genügen, ganz einfach die Türen geschlossen zu halten und im Bad nach dem Baden oder duschen ordentlich zu lüften. Das Schlafzimmer darf schon etwas kühler sein, aber auch hier gilt: ausreichend Lüften, ggf. hin und wieder unterstützen durch Aufheizen, damit die warme Luft die in den Oberflächen gespeicherte Luft aufnehmen kann.

Berlin, 14.03.2009
Clipart: Microsoft Corp.
Tabellen: DIMaGB
Grafik: DIMaGB

- wird fortgesetzt -

Querverweis:

:: Die Taupunkttabelle
  
mit Beispielen, Tabellen, Grafiken, Berechnungen

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Bauphysik für jedermann - Teil 4
Der Schrank und die Bauphysik
(Luftfeuchte, Taupunkt, Kondensat, Schimmel, Lösungen)
4.1 Theorie: ein Rechenbeispiel
4.2 Praxis: ein Mess- und Beratungs-Beispiel
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