DE10316153A1

DE10316153A1 - Anordnung zur Einschränkung der Tauwasserbildung an Balkenköpfen eines Bauwerks

Info

Publication number: DE10316153A1
Application number: DE2003116153
Authority: DE
Inventors: Steffen Gnoth; Karsten Jurk; Frank Hansel; Horst Stopp; Peter Strangfeld; Torsten Toepel
Original assignee: Fachhochschule Lausitz
Current assignee: Stopp Horst Prof Dr 03042 Cottbus De; Strangfeld Peter Dr 03058 Neuhausen De
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-10
Also published as: DE10316153B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Einschränkung der Tauwasserbildung und Begrenzung der Holzfeuchte an einem in eine Bauwerkswand integrierten Kopf eines Balkens. Aufgabe war es, eine Anordnung vorzuschlagen, die zum Schutz des Kopfes eines Balkens eine Verringerung der Temperaturgegensätze herbeiführt. Die Aufgabe wird gelöst, indem in den Kopf eines Balkens ein als Wärmebrücke dienendes mit dem Innenraum verbundenes wärmetransportierendes Element integriert ist, mit dessen Hilfe sich die innere Raumtemperatur auf den Kopf des Balkens überträgt, dieser Kopf des Balkens damit gezielt eine höhere Temperatur aufweist als ein stirnseitig vorhandener Ausgleichsraum, in den der Balken hineinragt, und eine die Haltbarkeit des Balkens beeinträchtigende stirnseitige Tauwasserbildung weitestgehend ausgeschlossen wird, jedoch die ursprüngliche Bauwerksstruktur erhalten bleibt (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Einschränkung der Tauwasserbildung und Begrenzung der Holzfeuchte an in eine Bauwerkswand integrierten Balkenköpfen.
Ältere Gebäude besitzen sehr häufig erhaltenswerte Fassaden und stehen deshalb manchmal sogar unter Denkmalschutz. Bei Rekonstruktionsarbeiten an derartigen Gebäuden besteht das grösste Problem darin, dass bei einer Wiederherstellung des ursprünglichen Zustandes Abweichungen von der bisherigen Bauweise unzulässig sind. Demzufolge können neuere Erkenntnisse insbesondere der Bauphysik im allgemeinen nicht umgesetzt werden. Damit verbunden ist der Umstand, dass moderne Baustoffe nur in Grenzen als Substitut eingesetzt werden können.
Im Rahmen einer Rekonstruktion älterer Gebäude sind oft die Balken der im Aussenmauerwerk eingebetteten Holzbalkendecken auszuwechseln, weil die Köpfe dieser Balken in ihrer Tragfähigkeit beeinträchtigt sind, obwohl der Allgemeinzustand der Restlänge dieser Balken sehr häufig noch zufriedenstellend ist. Die Ursache für das Eintreten derartiger Schäden liegt darin begründet, dass sich an den Balken stirnseitig im Mauerwerk ein Ausgleichsraum befindet, damit sich diese Balken dehnen können (Beispielhaft DE-OS 197 08 199 , 1). Auf Grund der ungenügenden Wärmedämmung nach aussen herrschen im als Ausgleichsraum vorhandenen Luftzwischenraum hohe relative Luftfeuchtigkeiten, die zu einer hohen Ausgleichsfeuchte des Balkenkopfes führt. Bei unzureichend abgedichteter Aussenoberfläche kommt es zum zusätzlichen Feuchteeintrag infolge Schlagregen. Zunächst geht das nur geringfügig zu Lasten der Festigkeit, wobei im weiteren ein Zersetzungsprozess eingeleitet wird. Ist dieser soweit fortgeschritten, dass die vorgesehene Tragfähigkeit in Frage gestellt ist, muss der Balken ausgewechselt werden.
Eine Wärmedämmverbundsystem ist bei denkmalgeschützten Fassaden nicht zulässig. Eine mögliche Innendämmung bewirkt einen zusätzlichen Temperaturabfall im Balkenkopfbereich und erhöht damit die relative Luftfeuchtigkeit im Ausgleichsraum beziehungsweise führt zur Tauwasserbildung.
Es wurde bereits vorgeschlagen, derartige Balkenköpfe mit Luft zu umspülen und in Pappe einzuhüllen. Diese Ausbildung ist zum einen aufwendig, zum anderen umstritten. Ebenso wurde der Versuch unternommen, die Balkenköpfe mit Schaumglas und Heissbitumen zu isolieren.
Nach der DE-Schrift 299 17 647 wird deshalb des weiteren vorgesehen, zur Verminderung des Wrasenanfalls in bautechnisch begründeten Hohlräumen autarke Heizelemente einzubauen. Damit wird eine innere Feuchte ständig in Luftfeuchtigkeit umgesetzt und die Flächen, die auf Grund ihrer geringeren Temperatur in ihrer Nähe zum Erreichen des Taupunktes führen, befinden sich nach wie vor in der Nähe ihrer Ursprungstemperatur, sodass eine Taupunktunterschreitung in der Umgebung mindestens partiell nicht vermieden wird. Damit ist ein Schutz von Köpfen tragender Balken nicht gegeben.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung vorzuschlagen, die zum Schutz des Kopfes eines Balkens eine Verringerung der Temperaturgegensätze herbeiführt, sodass der die Haltbarkeit eines tragenden Balkens in dessen Kopfbereich beeinträchtigende Tauwasseranfall verringert wird.
Die Aufgabe wird gelöst, indem in den Kopf eines Balkens ein als künstliche Wärmebrücke dienendes mit dem Innenraum verbundenes wärmetransportierendes Element integriert ist, mit dessen Hilfe sich auf Grund der Temperaturdifferenz Raumenergie auf den in einen sich anschliessenden Ausgleichsraum hineinragenden Kopf des Balkens überträgt, womit der Kopf des Balkens gezielt temperiert wird und eine die Haltbarkeit des Balkens beeinträchtigende stirnseitige Tauwasserbildung weitestgehend ausgeschlossen wird, jedoch die ursprüngliche Bauwerksstruktur erhalten bleibt.
Zum Zweck der Integration des mit dem Innenraum des zu rekonstruierenden Gebäudes verbundenen wärmetransportierenden Elementes in den Balken weist dieser eine Bohrung auf, die vom Innenraum des zu rekonstruierenden Gebäudes den Balken im wesentlichen in Längsrichtung durchdringend vorzugsweise bis in den sich stirnseitig anschliessenden Ausgleichsraum reichend ausgeführt ist. In diese Bohrung ist mindestens im Bereich des Kopfes des Balkens zum Zweck der Wärmeeinleitung im Balken festsitzend ein vorzugsweise als Stab ausgebildetes Formstück eingeführt. Als Material für die Beschaffenheit für dieses Formstück ist ein solches gewählt, das über gute Wärmeleiteigenschaften verfügt, wie das vergleichsweise bei Aluminium der Fall ist.
Die erfindungsgemässe Vorzugsvariante sieht vor, dass die Bohrung dort beginnt, wo der Balken in die Bauwerkswand eingeführt ist und im weiteren so schräg, zum Beispiel nach oben, gerichtet ist, dass sie, bezogen auf die Stirnseite des Balkens, etwa im Zentrum des Balkens in den Ausgleichsraum eintritt.
Das als Stab ausgebildete Formstück ist hinsichtlich seiner Gesamtlänge so gewählt, dass es zum einen den Balken im Ausgleichsraum nicht überragt, zum anderen im Innenraum die Raumluft kontaktieren kann. Des weiteren sieht die erfindungsgemäss zweckmässige Ausführungsform vor, den Stab im mittleren Bereich verjüngt auszuführen, damit er an seinem in der Nähe der Stirnseite des Balkens befindlichen Ende zum Zweck eines umfassenden Wärmeaustausches voll trägt und bis zu dieser Stelle ein umfassender Wärmeübergang gegeben ist. Gleiches ist für das dem Innenraum zugewandte Ende des Stabes gegeben, um den Eintrag von Falschluft zu vermeiden. Für einen effizienten Wärmeeintritt in den Stab kann auf dessen Stirnseite und bündig mit diesem eine wärmeaufnehmend ausgebildete Verbreiterung ausgebildet sein, die eine grössere Wärmemenge pro Zeiteinheit in der Lage ist, aufzunehmen und an den Stab weiterzugeben. Der Stab ist deshalb mittig verjüngt, damit eine Wärmeweiterleitung an das in der Nähe der Stirnseite befindliche Ende durchgängig gegeben ist und nicht auf dem Weg nach dort unerwünschte Wärmeverluste auftreten. Ebenso sieht eine erfindungsgemässe Vorzugsvariante vor, in dem verjüngt gestalteten Bereich des als Stab ausgebildeten Formstückes eine Wärmedämmung auszubilden, um Wärmeverluste in diesem Bereich zu vermeiden.
Es ist möglich, den Stab nur auf der der Stirnseite zugewandten Seite dem Innendurchmesser entsprechend auszuführen und auf der anderen Seite zum Raum hin in einer Dichtung oder einem anderen übergeschobenen Ring oder dergleichen abzufangen und zentrieren. Allerdings geht das durch die Verringerung der Stirnfläche zu Lasten seiner möglichen Wärmeaufnahme.
Ragt die plan ausgeführte Endfläche des Stabes in den Raum hinein, kann diese nachgearbeitet werden. Das führt in der Regel zu einer Abschrägung. Damit steht raumseitig ebenfalls eine grössere Fläche zur Wärmeeinleitung zur Verfügung.
Bei einer von innen unten nach aussen oben gerichteten Lage des wärmetransportierenden Elementes lässt sich dieses als Wärmerohr gestalten. Es ist ebenso möglich, das wärmetransportierende Element hohl auszuführen und über eine wie auch immer geartete autarke Heizung mit Wärme zu beaufschlagen. Diese autarke Heizung kann eine ohnehin vorhandene Fussbodenheizung sein. Ist das wärmetransportierende Element vom Punkt der Wärmeeinleitung her nach oben gerichtet, kann die in den Stab erfolgende Einleitung des Heizmediums im Sinne einer Schwerkraftheizung ausgeführt sein.
Die einzubringende Bohrung ist wähl- und somit bestimmbar. Damit ist ebenso die relevante Balkenlänge feststellbar sowie die Tiefe des sich an die Stirnseite anschliessenden Ausgleichsraumes.
Eine weitere erfindungsgemässe Vorzugsvariante sieht vor, die dem Ausgleichsraum zugewandte Stirnfläche des Formstücks mit einer Wärmedämmung zu versehen, um dort einen nicht erwünschten Wärmeabgang zu verhindern.
Es konnte festgestellt werden, dass die erfindungsgemässe Ausgestaltung des Kopfes eines Balkens zur Erhöhung der Kopftemperatur des Balkens führt, was seinen Niederschlag mit Sicherheit ebenfalls im Verschleissverhalten des Balkens findet. Ebenso bleibt eine unisolierte Fassade, was bei einem älteren Gebäude im allgemeinen der Fall ist, ohne schädigenden Einfluss für den Balken. In jedem Falle ist die Ausgestaltung so durchführbar, dass die ursprüngliche Ästhetik des Balkens erhalten bleibt.
Die Erfindung soll im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.
In der zugehörigen Zeichnung zeigt
1 die erfindungsgemässe Ausbildung des Kopfstückes eines eine Decke tragenden Balkens, wobei die mittige Durchmesserverringerung bei der Darstellung des wärmetransportierenden Elements nicht erfolgt ist,
2 die vorzugsweise Ausbildung eines erfindungsgemäss vorgeschlagenen sogenannten einfachen Stabes,
3 Kurven des ermittelten Temperaturverlaufes in einem Mauerwerk mit integriertem definiertem Balken – Balken ohne Stab, einfacher Stab und Stab mit Verbreiterung am Kopf.
In einer als Bauwerkswand 1 ausgeführten Mauer von 36 cm Breite liegt ein Balken 2 mit einem Querschnitt von 20 × 14 cm. Er ist 20 cm in die Bauwerkswand 1 eingelassen. An der Stirnseite 3 des Balkens 2 befindet sich ein 4 cm tiefer Ausgleichsraum 4. Bei durchzuführenden Rekonstruktionsarbeiten des Bauwerkes ist vom Innenraum 5 des zu rekonstruierenden Gebäudes in der von Balken 2 und Mauerwerk 1 gebildeten Kehle her eine in Richtung der Bauwerkswand 1 nach oben geneigte durchgehende Bohrung 6 von 10 mm Durchmesser in den Balken 2 eingebracht. In diese durchgehende Bohrung 6 ist ein als wärmetransportierendes Element 7 ausgebildeter Stab über die gesamte Länge der durchgehenden Bohrung 6 bis zur Stirnseite 3 reichend eingelassen. Dieser Stab weist eine Länge von 24 cm und einen Durchmesser von 10 mm auf. Von jedem seiner Enden her gemessen ist der Durchmesser nach 5 cm seiner Längsausdehnung beginnend auf einen Durchmesser von 8 mm reduziert.
Neben der einfachen und sicheren Lösung der konstruktiven Veränderung steigt mit zunehmender Temperaturdifferenz der Wärmetransport im Stab. Auf Grund der Durchmesserverringerung des Stabes im mittleren Bereich wird der Wärmeverlust dort, weil nicht erforderlich, gering gehalten. Demgegenüber ist der Wärmeübergang in dem Bereich, wo der Stab mit seinem Umfang voll im Balken trägt und festsitzt, also im Bereich der anliegenden Raumtemperatur und im unmittelbaren Kopfbereich, am grössten.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel dient lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung. Die erfindungsgemässe Ausgestaltung der Anordnung kann ebenso Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen.
Bezugszeichen in der Beschreibung und der Zeichnung dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

Claims

Anordnung zur Einschränkung der Tauwasserbildung und Begrenzung der Holzfeuchte an einem in eine Bauwerkswand (1) integrierten Kopf eines Balkens (2), dadurch gekennzeichnet, dass in den Kopf des Balkens (2) ein als Wärmebrücke dienendes mit dem Innenraum (5) eines Bauwerks verbundenes wärmetransportierendes Element (7) integriert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Balken (2) eine Bohrung (6) aufweist, die vom Innenraum (5) des Gebäudes den Balken (2) im wesentlichen in Längsrichtung durchdringend bis in die Stirnseite des Balkens (2) reichend ausgeführt ist und in die als wärmeleitendes Element (7) ein Formstück eingeführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmetransportierende Element (7) in seinem mittleren Bereich verjüngt ausgeführt ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmetransportierende Element (7) in dem verjüngten Bereich eine Wärmedämmung aufweisend ausgeführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmetransportierende Element (7) als Stab ausgeführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Balken (2) angeordnete Bohrung (6) im unmittelbaren vor der Einführung in die Bauwerkswand (1) befindlichen Bereich beginnt und im weiteren so schräg gerichtet ist, dass sie, bezogen auf die Stirnseite des Balkens (2), nahezu im Zentrum des Balkens (2) in den Ausgleichsraum (4) eintritt.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die im Balken (2) angeordnete Bohrung (6) so nach oben gerichtet ist, dass das wärmetransportierende Element (7) als Wärmerohr genutzt werden kann
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des wärmetransportierenden Elementes (7) so bemessen ist, dass dieses zum einen den Balken (2) im Ausgleichsraum (4) nicht hineinragend, zum anderen im Innenraum (5) die Raumluft kontaktierend ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmetransportierende Element (7) als kreisrunder Stab ausgeführt ist, der mit seinem grössten Aussendurchmesser dem Innendurchmesser der Bohrung (6) entsprechend gestaltet und in diesem Bereich im Balken (2) mit seiner gesamten Umfangsfläche diesen kontaktierend ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmetransportierende Element (7) auf seiner dem Innenraum (5) zugewandten Stirnseite eine Verbreiterung aufweisend und wärmeaufnehmend ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in das wärmetransportierende Element (7) eine autarke Heizung integriert ist.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die autarke Heizung eine Fussbodenheizung ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmetransportierende Element (7) an seinem aussenseitigen Ende nach dem Ausgleichsraum (4) hin gegen Wärmeverluste geschützt gestaltet ist.