Bauphysik fürs Hallenbad

Text: Thomas Duzia, Rainer Mucha

Da die klimatischen Bedingungen in Schwimmbädern deutlich von den normativen Grundbedingungen zur wärme- und feuchtetechnischen Beurteilung abweichen, müssen die Randbedingungen für die Berechnungen immer auf den Einzelfall bezogen und mit dem Nutzer abgestimmt werden. Auf diesen Grundlagen aufbauend kann erst die bauphysikalische Bewertung und dämmtechnische Auslegung der Außenbauteile erfolgen. In Tabelle 1 sind vergleichend die vereinfachten Klimabedingungen, nach DIN 4108-3 zum Wärmeschutz und der Energie-Einsparung in Gebäuden für eine normale Wohn- oder Büronutzung für den Feuchteschutz im Winter und die Randbedingungen nach VDI 2089 zum Innenraumklima in einem Schwimmbad dargestellt.

Tabelle 1: Vergleichende Gegenüberstellung der Klimabedingungen in Schwimmhallen nach VDI 2089 und der DIN 4108.

Dabei ist zu beachten, dass in einem Schwimmbad unterschiedliche klimatische Verhältnisse in den verschiedenen Nutzungszonen vorliegen. Nach VDI 2089 Blatt 1 – Januar 2010, Technische Gebäudeausrüstung von Schwimmbädern- Hallenbädern; VDI- Gesellschaft Bauen und Gebäudetechnik, beziehungsweise der KOK- Richtlinie für den Bäderbau werden folgende Raumlufttemperaturen in Hallenbädern empfohlen:

Treppenhäuser 18°C; Foyer 22°C; Umkleidebereich 22° bis 28°C; Schwimmmeisterraum/Erste-Hilfe-Raum 22° bis 26°C; Vorreinigungen und Toilettenräume 26° bis 34°C; Schwimmhalle 30° bia 34°C

Aus dieser Besonderheit der Schwimmbadnutzung resultiert, dass die Anforderungen, an den Feuchte- und Wärmeschutz, für Konstruktionen im Schwimmbad höher sind. Dieser Umstand wurde bei der Formulierung der DIN 4108-3 von 2014 erkannt. Darin steht, dass Tauwasser- und Schimmelpilzbildung auf der Innenoberfläche ebener, thermisch homogener Bauteile im Falle üblich genutzter Räume vermieden wird, wenn die Mindestanforderungen an den Wärmeschutz für massive beziehungsweise leichte Bauteile nach DIN 4108-2 eingehalten werden. Wenn jedoch, wie im Falle von Schwimmhallen, Abweichungen von den zugrunde gelegten standardisierten Raumklimabedingungen vorliegen, müssen die Mindestwerte für raumseitige Oberflächentemperaturen ermittelt werden. Die bauphysikalischen Nachweise müssen damit auf der Grundlage des tatsächlichen Raumklimas erfolgen.

Randbedingungen für die Konstruktion

Im Gegensatz zu herkömmlichen Gebäuden haben Hallenbädern eine wärmeübertragende Umfassungsfläche, bei der nahezu zu jeder Jahreszeit ein Wärmestrom von der Innen- zur Außenseite vorliegt, da die Raumtemperatur ganzjährig etwa 30 bis 34 Grad Celsius beträgt. Dadurch entstehen auch in den warmen Monaten Wärmeverluste.

Insbesondere den gedämmten Dachflächen der Schwimmhallen sollte dabei ein besonderes Augenmerk gelten. Häufig werden die Schwimmhallen mit einem Flachdach konstruiert, das aus einer Binderkonstruktion besteht und mit Trapezblechen und oberseitig mit Dampfsperren, Dämmung und Dachabdichtung abgedeckt wird.

Abbildung 1: Schematische Darstellung der wärmeübertragenden Hüllfläche eines Schwimmbades und den üblichen Innenraumtemperaturen.

 

Mit der Wahl des Dämmmaterials können bereits Schadensbilder bei einer mangelhaften Ausführung prognostiziert beziehungsweise ausgeschlossen werden. Wenn diese Eventualfälle eines Schadens für eine nachhaltige und wartungsarme Gebäudehülle schon im Planungsprozess Beachtung finden, können spätere Kosten durch Sanierungsmaßnahmen für den Badbetreiber gering gehalten werden. Für den großen Bestand an Bädern sind, anders als beim Neubau, andere Kriterien anzusetzen. Häufig erfordern Außenwände bestehender Gebäude Maßnahmen auf deren Innenseite, um eine Energieeinsparung ohne aufwändige Fassadenkonstruktionen durchzuführen. Dabei gelten besondere bauphysikalische Anforderungen, die unbedingt beachtet werden müssen.

Eine wichtige Eigenschaft von Gebäudehüllen muss die Freiheit von einer schädlichen Menge an Tauwasser in der Konstruktion sein, um Bauschäden zu vermeiden. Daher darf der Taupunkt an keiner Stelle dauerhaft unterschritten werden. Aus dieser Tatsache folgt, dass die absolute Feuchte in der Schwimmhalle bei gleichbleibender Innentemperatur so vorzuhalten ist, dass auf die mittlere monatliche Außentemperatur bezogen eine Temperaturunterschreitung auf den Flächen der Außenbauteile und den Anschlusspunkten unterbunden werden muss. Aufbauend auf Abbildung 2 wird eine Mindestoberflächentemperatur und eine geforderte wärmeschutztechnische Qualität der Gebäudehülle definiert, die den wahren Verhältnissen in Schwimmbädern entspricht. Für eine gegebene raumseitige Lufttemperatur wird der Temperaturfaktor fRsi bestimmt.

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Abbildung 2: Bereiche der Tauwasserbildung in Schwimmhallen bezogen auf eine Raumlufttemperatur von 30 °C

 

Die Taupunkttemperatur auf einer Oberfläche ergibt sich bei vollständiger Luftfeuchtesättigung zur Raumlufttemperatur. Das heißt, bei absoluter Luftsättigung findet ein Kondensatausfall auf Bauteilen mit Oberflächentemperaturen unterhalb der Raumlufttemperatur statt. Daher lassen sich Lufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Taupunkttemperatur in direkten Zusammenhang stellen (siehe Abbildung 2). Auf Grund der höheren Anforderungen durch den Tauwasserausfall empfiehlt sich die Temperatur auf der Wandinnenseite eines Schwimmbads so hoch wie möglich zu halten. Für eine realitätsnahe Vergleichbarkeit haben die Autoren auf Grundlage der Anforderungen an Bauteiloberflächen nach Tabelle 2, die maßgebenden Temperaturfaktoren hergeleitet, mit denen in Schwimmbädern eine bauphysikalisch richtige Beurteilung durchgeführt werden kann.

Tabelle 2: kritische Wert der relativen Luftfeuchte an der raumseitigen Oberfläche

 

Unter den bereits genannten Randbedingungen für den Schwimmbadbau (siehe Tabelle 1), können über Abbildung 3 die maßgebenden f_RSi-Faktoren für die jeweilige Anforderung bestimmt werden. Dabei dienen als Eingangswerte die innseitige relative Luftfeuchtigkeit auf der Abszissenachse und der kritische Wert der relativen Luftfeuchte an der raumseitigen Oberfläche, als eine der drei eingezeichneten Kurven. Dadurch kann auf der Ordinatenachse der maßgebende Temperaturfaktor für den jeweiligen Anwendungsfall abgelesen werden. Die Kriterium-Einstufung der Bauteile ist vom Planer in Abhängigkeit der Nutzungsrandbedingungen und Bauteilanforderungen individuell festzulegen und stets für jeden Einzelfall zu prüfen.

Abbildung 3: Diagramm zur grafischen Ermittlung des maßgebenden f_RSi-Faktors

 

Hilfe bei der Dämmstoff-Wahl

Besonderes Augenmerk muss auf die Auswahl eines geeigneten und dauerhaften Dämmstoffes gelegt werden. Der Fall einer nachträglichen Innendämmung stellt gerade unter den vorgestellten Randbedingungen in einer Schwimmhalle eine planerische und ausführungstechnische Herausforderung dar, die bei unsachgemäßer Ausführung Tauwasserbildung im Wandquerschnitt und damit Schimmelbildung zur Folge hat. Zusammenfassend erstrecken sich die Anforderungen an eine langlebige Innendämmung in Schwimmhallen, vor allem in Feuchträumen, auf folgende Punkte:

• nicht kapillaraktiv
• dampfdicht
• maßbeständig
• Widerstandsfähigkeit gegen Chemikalien und Reinigungsmittel
• Sicherheit gegen Vandalismus

 

In der folgenden Thermografie-Aufnahme (Abbildung 4) ist exemplarisch an einer Mischfassade, bestehend aus einer Pfosten-Riegel-Konstruktion und Betonfertigteilen, der Wärmestrom zu sehen.

Abbildung 4: Thermografie-Aufnahme einer Schwimmbad-Fassade

 

Weiterhin ist konstruktiv zu berücksichtigen, dass die massiven Außenwände beim Einsatz von Innendämmungen zwingend eine schlagregendichte Fassade benötigen. Das heißt, von außen darf kein Wasser in die Fassade gelangen und Fassadenbeschichtungen müssen regelmäßig gewartet werden. Zugleich darf keine aufsteigende Feuchte in der Konstruktion vorhanden sein. Hieraus resultiert eine erhöhte Gefahr für die Konstruktion, da eine dampfdichte Innendämmung immer auch die Trocknung nach innen behindert. Liegt in der Wandkonstruktion ein Feuchteschaden vor, verschiebt sich aufgrund der kapillaren Eigenschaften der mineralischen Baustoffe bei einer dampfdichten Innendämmung der Feuchtehorizont nach oben. Werden Folien als Dampfsperre eingesetzt, liegt darüber hinaus in den Bereichen der Bauteilanschlüsse oder Einbauten und Durchdringungen, wie Verkabelungen und den Überlappungen der Folien, ein sehr fehleranfälliger Bereich vor. Daher gilt, dass eine Dampfsperre über die gesamte Nutzungsdauer funktionieren muss. Dies muss ausführungstechnisch und durch die Bauüberwachung gewährleistet werden.

Eine Lösung hierfür bietet eine dampfdiffusionsdichte Dämmung, zum Beispiel aus Schaumglas. Vorteil dieses Materials ist, dass es Dämmung und Dampfsperre vereint. Dadurch lassen sich Feuchteschäden im Bauteil durch einen Tauwasserausfall ausschließen, da im Material kein Wasserdampfdiffusionsfluss stattfindet. Besondere Beachtung müssen aber auch hier die Plattenstöße und Anschlüsse an angrenzende Bauteile erhalten. Trotz der positiven Eigenschaften von Schaumglas für diesen Einsatzfall, muss eine Qualitätssicherung durch eine systematische Baustellenkontrolle und professionelle Beratung erfolgen, um alle Vorteile auch in einen realen Nutzen umzusetzen.

Mit der raumseitigen Dämmung lässt sich auf eine einfache Weise die Oberflächentemperatur auf der Wand erhöhen. Die Abbildung 5 zeigt eine Innendämmung. Auf deren Oberfläche beziehungsweise Schichtgrenze zum Putz beträgt die Oberflächentemperatur 28,1 °C, die damit 1,9 K unter der Innenraumtemperatur liegt.

Abbildung 5: Temperaturverteilung bei einer wasserdampfdiffusionsdichten Innendämmung unter den Temperaturrandbedingungen nach Tabelle 1

Die feuchtwarme Luft stellt an den Feuchte- und Wärmeschutz sowie die Auswahl des Dämmstoffs besondere Anforderungen

 

Potenzielle Schadensquellen

Gelangt feuchte und warme Luft über mangelhafte Dampfsperren in die Dämmebene, bildet sich Tauwasser in der Konstruktion. Im normativen Nachweis nach dem Glaser-Verfahren nach DIN 4108-3, darf nur 1,0 kg/m² Wasser vorhanden sein. Sofern Tauwasser an einer Schicht ausfällt, die nicht über ihre Kapillaren Wasser aufnehmen kann, sind sogar nur 0,5 kg/m² Wasser zulässig. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass diese Feuchtigkeit während der vorgegebenen Verdunstungsperiode wieder aus der Konstruktion gelangt. Sind jedoch keine raumseitig dichten Dampfsperren vorhanden und wurde ein wasseraufnahmefähiger Dämmstoff verbaut, kann das Wasser aus der Konstruktion nicht mehr entweichen. Welcher Schaden daraus entstehen kann, wird anhand der Abbildungen 6 und 7 deutlich. Demzufolge sollte im Glaser-Nachweis für Schwimmbäder, ähnlich wie es die DIN 68800 im zweiten Teil zum vorbeugenden Holzschutz vorschlägt zusätzliche eine Trocknungsreserve von 250 g/m² berücksichtigt werden.

Abbildung 6: Teilsanierte Dämmung an einer Sheddach-Konstruktion in einem Hallenbad, die zu einem Folgeschaden führte (siehe Abb. 7)

 

Abbildung 7: Unterhalb der der Dampfsperre, die die Dämmung schützen sollte, führte der Tauwasserausfall zu einer Zerstörung des Holzbinders über einem Therapiebecken.

 

Aufgrund der hohen sd-Werte von Dampfsperren und Dachabdichtungen kann man prognostizieren, dass das Austrocknungsvermögen der Konstruktion über die Fläche behindert ist. Auch wenn die Regel besagt, dass die sd-Werte von innen nach außen abnehmen sollen. Die Folge ist dann eine vollständig feuchtigkeitsgesättigte Dämmebene und sich kumulativ aufbauende Feuchtigkeit, wenn ausreichend zugänglicher Porenraum zur Verfügung steht. Dieses Schadensbild lässt sich durch die Auswahl geeigneter und aufeinander abgestimmter Schichtaufbauten und vor allem durch geeignete Dämmmaterialien verhindern.

Betrachtet man bei der Dachdämmung die üblichen Trapezblech-Dachkonstruktionen bei Schwimmbadneubauten lassen sich die möglichen Fehlerquellen auf folgende Bereiche begrenzen:

• fehlerhafte Dachabdichtung,
• mangelhaft verlegte Dämmlagen mit Spaltenbildung zwischen den Platten in der Dämmebene,
• Zerstörungen der Dampfsperre, unter anderem durch Folgegewerke im Innenausbau.

Alle drei Schadensformen führen im Regelfall zum Versagen der Dämmeigenschaften, da entweder flüssiges Wasser von außen eindringt oder in Form von Wasserdampf in die Konstruktion gelangt. Das bedeutet, dass die Konstruktion ihre eigentliche Aufgabe des Dämmens und somit das Einsparen von Heizenergie nicht erfüllen kann. Übersteigt der Wassergehalt in der Konstruktion die nach DIN zulässige Höchstgrenze, sind je nach Art der Konstruktion auch Folgeschäden zu erwarten, wie Holzfäule oder Korrosion.

Im Regelfall muss man davon ausgehen, dass Durchfeuchtungsschäden nicht unmittelbar nach dem Eintreten des Schadens festgestellt werden. Das liegt unter anderem daran, dass einige Dämmmaterialien über ein Porenvolumen verfügen, das die Feuchtigkeit erst einmal aufnimmt, ohne dass ein Schaden offensichtlich wird. Damit steigen zugleich die Lasten, die auf die Konstruktion einwirken, was ein statisches Problem nach sich ziehen kann. Um diese Risiken zu verringern bieten dampfdiffusionsdichte Dämmmaterialien deutliche Vorteile, da sie aufgrund ihres geschlossenzelligen Porenraums kein Wasser aufnehmen.
Die besonderen bauphysikalischen Anforderungen in Schwimmbädern infolge der hohen Temperaturen und des Wasserdampfes erfordern sehr widerstandsfähige Dämmstoffe. Deshalb sollte bei der Entscheidung auch immer deren Haltbarkeit und Wartungsfreiheit berücksichtigt werden. Diffusionsdichte Dämmung, die einen unzugänglichen Porenraum haben, bieten hier größere Sicherheiten und minimieren für den Betreiber die Risiken.

Dr.-Ing. Architekt Thomas Duzia ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrgebiet Baukonstruktion und Holzbau im Bauingenieurwesen an der Bergischen Universität Wuppertal und Inhaber des Ingenieurbüros duzia bauphysik+architektur.

Rainer Mucha ist Master of Science Bauingenieurwesen und als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrgebiet Massivbau im Bauingenieurwesen an der Bergischen Universität Wuppertal tätig.

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Normen, Regelwerke und weiterführende Literatur

DIN 4108-3:2014-11: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz – Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung, Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin, 2014

VDI 2089 Blatt1: Technische Gebäudeausrüstung von Schwimmbädern – Hallenbäder, 2010-01-00

KOK-Richtlinie für den Bäderbau. Ausgabe 2002 Hrsg: Deutsche Gesellschaft für das Badewesen e.V.

Duzia, Thomas: Bauphysik – Aufgaben und Ziele im Schwimmbadbau, Grundlage zum schadenfreien und energieoptimierten Bauen; AB Archiv des Badewesens, 06/2011

Duzia, Thomas; Mucha, Rainer: Bauphysikalische Bewertung der Oberflächentemperaturen von Schwimmbadaußenhüllen – Herleitung der Bemessungswerte für die Nutzungsrandbedingungen in Schwimmbädern; AB Archiv des Badewesens, 04/2014