Projekt 13770/01

Förderschwerpunkt Holz: Einbau von unbehandelten Holzspänen in einem Keck GmbH-Musterhaus und begleitende meßtechnische Untersuchungen

Projektdurchführung

Technische Universität München (TUM) Institut für Holzforschung
Winzererstr. 45
80797 München

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Über zwei Heizperioden hinweg sollen Daten über die baupraktische Leistungsfähigkeit von unbehandelten Holzspänen als Wärmedämmstoff erhoben werden. Im Vordergrund stehen dabei die Einbringqualität des Dämmmaterials, das mittelfristige Verhalten dieser Materialien hinsichtlich Setzung, das wärme- und feuchtetechnische Verhalten. Aus den in diesem Forschungsvorhaben ermittelten Daten werden Hinweise erwartet, in welcher Höhe der Zuschlag zu den Messwerten für die Wärmeleitfähigkeit unter realen Bedingungen gerechtfertigt erscheint und ob bei der gewählten Konstruktion auf den Einsatz von Schutzmitteln zur Vermeidung von Schimmelpilzwachstum gänzlich verzichtet werden kann.
Zukünftige Produkte können auf der Grundlage der hier gewonnenen Erkenntnisse optimiert werden, lange bevor der zeit- und kostenaufwendige Weg des bauaufsichtlichen Zulassungsverfahrens begangen wird.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie losen, ungebundenen Untersuchungsmaterialien werden durch ihre Siebkennlinie und ihre Streudichte charakterisiert. Ferner werden diese Materialien mit Einblasgeräten in Wandbauteile verblasen und anschließend einem Vibrationstest unterzogen. Diese Tests dienen als Grundlage für die zu empfehlende Einbaudichte. Die Untersuchungen werden durch Wärmeleitfähigkeitsmessungen nach DIN 52612 und DIN 52616 und durch die Bestimmung der Sorptionseigenschaften ergänzt. Bei den 17 eingebauten Materialien werden im Bauteilquerschnitt die äußeren und inneren Oberflächentemperaturen, eine Wärmestromdichte und eine relative Luftfeuchte aufgenommen. Für ausgewählte Materialien werden zusätzlich die Temperaturprofile erstellt.
Der Gebäudekomplex ist als Passivhaus konzipiert. Deshalb werden neben den meteorologischen Daten und der Raumluftzustände auch der Stromverbrauch, der Warmwasserenergieverbrauch und Daten zur Lüftungsanlage (z. B. Abluft-, Zulufttemperatur) erfasst. Einmalige Messungen hinsichtlich Luftdichtheit mit Hilfe der Blower-door-Technik und Thermographieaufnahmen runden das Messprogramm ab.
Den Abschluss bildet eine Energiebilanzierung für die untersuchten Dämmstoffe, die einen Baustein auf dem Weg zu produktbezogenen Ökobilanzen liefert.


Ergebnisse und Diskussion

Untersuchungen zur Materialcharakteristik, Wärmeleitfähigkeit, zum Feuchte- und Setzungsverhalten
Die untersuchten losen Dämmstoffe unterscheiden sich neben ihrer stofflichen Beschaffenheit erheblich in der Morphologie der einzelnen Materialteilchen. Die große Bandbreite der untersuchten losen Dämmstoffe wird an den ermittelten Streudichten deutlich, die zwischen 16 kg,atro/m3 bei Holzfasern und 350 kg,atro/m³ bei Blähton liegen. Die pneumatische Verarbeitung ist demzufolge hinsichtlich Mengenleistung und ausreichender Verdichtung sehr unterschiedlich. Die besten Ergebnisse werden erwartungsgemäß mit denjenigen Dämmstoffen erzielt, auf die die eingesetzte Maschinentechnik bisher abgestimmt ist (z. B. Zeitungspapier). Für die vier untersuchten Holzspäne (Hobel- und Sägespäne) bzw. Holzstoffe (Extrudierter Holzstoff, Thermomechanischer Refiner-Holzstoff) werden Laborwerte für die Wärmeleitfähigkeit von trockenem und feuchtem Material genannt. Ein Vergleich dieser Werte bei einer Probenmitteltemperatur von 10°C und ähnlicher Dichte zeigt, dass je nach Material die Feuchtewerte um 0,5 bis 6 % (Hobelspäne, Holzstoffe) und im Extremfall um 20% (Sägespäne) höher liegen als die Trockenwerte. Für alle untersuchten Dämmstoffe liegen Ergebnisse zum Sorptionsverhalten bei 10°C vor, die für die messtechnischen Untersuchungen am Gebäude herangezogen werden. Das methodische Vorgehen und die Ergebnisse werden von der Stofflichkeit und der Art der Schutzmittel bestimmt. Die Dichten der losen Dämmstoffe, die sich nach den Setzungsversuchen auf dem Vibrationsprüfstand einstellen, sind Grundlage für die Einbaudichten am Untersuchungsgebäude. Das Setzungsverhalten ist sehr verschieden. Beispielsweise liegt die Dichte nach einem Vibrationsversuch beim Blähton um nur 2 bis 3% höher als seine Streudichte, beim TMP hingegen um fast 80%.
Messtechnische Untersuchungen am Gebäude
Die durchgeführten Luftdichtheitsmessungen zeigen, dass die Gebäude sehr luftdicht sind. Die ermittelten n50-Werte liegen bei den ersten Messungen zwischen 0,51 und 0,58 h-1. Mit Hilfe thermographischer Untersuchungen werden Setzungserscheinungen bzw. Fehlstellen in der Dämmerung einzelner Prüfgefache und anderer Gebäudebereiche festgestellt. Das Ausmaß der Setzung, ausgedrückt in der Erhöhung der Dichte gegenüber der Einbaudichte, ist bei den unbehandelten und trocken eingebauten Holz-spänen bzw. Holzstoffen sehr gering. Es reicht von 0,2 bis 0,5%. Sehr auffällig ist hingegen die Setzung bei dem extrem feucht eingebrachten extrudierten Holzstoffs (27,5%, Nov.98) am Ende der Messwerterfassung bei rd. 11,5% (Juni 01). Durchgeführte Endoskopieuntersuchungen zeigen, dass beispielsweise an unbehandelten Hobelspänen keine Verfärbungen als Hinweis auf möglichen Schimmelbefall vorliegen. Die betrachteten Dämmstoffe unterscheiden sich hinsichtlich ihres dynamischen thermischen Ver-haltens sowohl bei starken als auch geringen Schwankungen der Umgebungstemperatur kaum. Die raumseitige Oberflächentemperatur hängt vorwiegend von der Raumlufttemperatur ab. Die Jahresverbräuche (Strom + Pellets bzw. Strom) liegen je nach Gebäude bei 53,8 und 74,5 kWh/m².a), die mittleren Aufwandszahlen betragen bei den gemessenen Temperaturen 0,34 und 0,38.
Energiebilanzierung der untersuchten Dämmstoffe
Säge- und Hobelspäne und der extrudierte Holzstoff besitzen energetische Vorteile gegenüber den anderen Dämmstoffen. Dies kommt u.a. dadurch zustande, dass diese Untersuchungsmaterialien nicht mit Schutzmitteln versehen sind und zudem hohe Heizwerte haben.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse des Vorhabens werden durch die Aktivitäten der Kooperationspartner mit interessierten Kunden, Lieferanten und Studenten bekannt gemacht. Ferner wird das Fachpublikum über Veröffentlichungen in Fachzeitschriften und über Vorträge auf Fachveranstaltungen informiert.


Fazit

Die Ergebnisse weisen auf die baupraktische Leistungsfähigkeit von unbehandelten Holzspänen und Holzstoffen hin. Sie können dazu dienen, den Anforderungskatalog im bauaufsichtlichen Zulassungsverfahren neu zu überdenken. Gleichzeitig wird deutlich, dass bei den o. g. Materialien die Verarbeitbarkeit und der Einfluss der Feuchte auf des mechanische Verhalten weiterer Untersuchungen bedürfen.