Gebäudeklima - Validierung der Langzeitmessung zu Auswirkungen auf Feuchtegradienten in Holzbauteilen

Die Auswertung von Schäden an weitgespannten Konstruktionen des Ingenieurholzbau zeigt als überwiegend festgestelltes Schadensbild ausgeprägte Rissbildungen in den Klebfugen und Lamellen der Holzbauteile. Ein wesentlicher Anteil an der Entstehung dieser Schäden wird den jahreszeitlich bedingten, starken klimatischen Schwankungen innerhalb von Gebäuden und den damit verbundenen Schwind- und Quellvorgängen in den Holzbauteilen zugesprochen. In der Fachwelt herrschen dabei noch unterschiedliche Auffassungen, welche Gebäudetypen und Nutzungsarten zu den höchsten klimatischen Beanspruchungen führen.
Zur Beantwortung dieser Fragestellung wurde am Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion der Technischen Universität München zwischen Mai 2010 und Juli 2014 das Forschungsvorhaben "Gebäudeklima – Auswirkungen auf Feuchtegradienten in Holzbauteilen“ durchgeführt. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden in zwei Messperioden von je einem Jahr Langzeitmessungen von Holzfeuchte, Temperatur und relativer Luftfeuchte in insgesamt 21 Gebäuden mit sieben verschiedenen Nutzungen durchgeführt In jeder Halle wurden die Daten an zwei Messstellen erhoben, um auch über die Hallenfläche hinweg möglicherweise variierende Bedingungen (z.B. Sonneneinstrahlung oder Einfluss haustechnischer Anlagen) zu erfassen. Das für das Forschungsprojekt entwickelte Messsystem erwies sich als grundsätzlich geeignet, Langzeitmessungen der Holzfeuchte und des Klimas in Hallen in Holzbauweisen zu realisieren. Die Messung der Holzfeuchte in unterschiedlichen Bauteiltiefen mittels unterschiedlich langer Messelektroden ermöglicht Rückschlüsse auf die Größe und Geschwindigkeit ihrer jahreszeitlichen Anpassung an sich ändernde Umgebungsbedingungen. Dies ist von besonderem Interesse, da die Holzfeuchteverteilung über den Querschnitt direkten Einfluss auf die Größe der internen Bauteilspannungen und damit möglicher Schädigungspotentiale durch die Entstehung festigkeitsreduzierender Risse hat.
In den betrachteten Auswertezeiträumen wurden insgesamt über 3,6 Millionen Messwerte erfasst. Ein Vergleich der Ergebnisse der einzelnen Nutzungen bestätigt die erwartete große Bandbreite der möglichen klimatischen Bedingungen (Temperatur, relative Luftfeuchte) in Gebäuden mit Holztragwerken. Über alle Nutzungen hinweg betrachtet, lagen die mittleren Holzfeuchten zwischen 4,4 % und 17,1 %. Aus den Verläufen der Holzfeuchte lässt sich mit zunehmender Messtiefe im Holzquerschnitt sowohl eine gedämpfte als auch eine zeitliche Verzögerung der Anpassung der Holzfeuchte an die Umgebungsbedingungen erkennen. Die Holzfeuchtegradienten fallen in gedämmten und klimatisierten Gebäuden geringer aus als in Gebäuden mit stärkerem Einfluss des jahreszeitlich schwankenden Aussenklimas. Die durchschnittlichen Holzfeuchten in gedämmten, beheizten Gebäuden (u.a. Schwimmhallen, Sporthallen, Verkaufs- und Produktionshallen) waren mit 6 - 10 % vergleichsweise trocken, die jährlichen Schwankungen waren mit Amplituden von ca. 2 % vergleichsweise gering. Die zweite Gruppe der im Forschungsprojekt untersuchten Gebäude betraf Nutzungen mit stark schwankenden Umgebungsbedingungen (z.B. Eissporthallen), z.T. bedingt durch einen erhöhten Einfluss des Aussenklimas auf das Innenraumklima in unbeheizten und ungedämmten Gebäuden (z.B. in Reithallen, landwirtschaftlichen Hallen und Lagerhallen). Im Fall der letztgenannten Nutzungen ergaben sich durchschnittliche Holzfeuchten von 12 – 16 % bei jährlichen Amplituden von ca. 4 %.
Mit der Generierung von - bis heute nicht vorhandenen - Datensätzen zu klimatischen Bedingungen in für den Holzbau typische Gebäudetypen und –nutzungen wurde eine Grundlage erzeugt um eine präzisere Bewertung der Auswirkung des Gebäudeklimas auf die Feuchteverteilung in tragenden Holzbauteilen vornehmen zu können. Ebenso ermöglichen die Ergebnisse eine Überprüfung und Erweiterung der bisherigen Klassifizierung von Gebäuden in Nutzungsklassen. Sie erlauben die präzisere Angabe von Bereichen sich einstellender Ausgleichsfeuchte für die konkreten Nutzungen, wodurch ein Einbau des Holzes mit einer vorher angepassten Holzfeuchte ermöglicht wird. Die Ergebnisse des Forschungsprojekts unterstützen zudem die Entwicklung entsprechender Monitoringsysteme, die z.B. in Form von Frühwarnsystemen auf Basis von Klimamessungen eingesetzt werden könnten. Es werden konkrete Vorschläge für die praktische Anwendung der Forschungsergebnisse gegeben.