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PV-Anlage mit geschlossener Unterkonstruktion auf einem hölzernen Flachdach.

Wo ein Licht, da (k)ein Schatten

22.08.2017

Hölzerne Flachdachaufbauten sorgen in der Fachwelt für Furore. Eine hitzige Debatte bezüglich der Tauglichkeitsbeur teilung erregt Aufsehen. Dennoch werden solche Flachdächer häufig gebaut. Vor allem eine Beschattung der Dachfläche ist kritisch für die Funktionstüchtigkeit . Wie sieht es wirklich mit dem Risiko aus? Welche unterschiedlichen Beschattungen gibt es, und kann deren Einfluss vorhergesagt werden? Was wird als kritisch für die Funktionstüchtigkeit von Flachdächern angesehen.

Messdaten der Außenlufttemperatur und der Oberflächentemperaturen unter den PV-Modulen und im besonnten Bereich auf Dach 1.
Öffnung eines hölzernen Flachdaches im beschatteten Bereich: keine erhöhten Materialfeuchten feststellbar.

Das Feuchteverhalten von unbelüfteten hölzernen Flachdachkonstruktionen wurde in den vergangenen Jahren in mehreren Forschungsprojekten an der Holzforschung Austria und an anderen Forschungsinstituten untersucht. Als entscheidende Einflussparameter auf das Feuchteverhalten gelten der Feuchteeintrag in das Gefach (Baufeuchte, Luftdichtheit, Innenraumklima) und das Rücktrocknungspotenzial der Dachkonstruktion. Letzteres wird wesentlich von der Oberflächentemperatur des Flachdaches und somit von der Besonnung der Dachoberfläche beeinflusst. Aufgrund der geringeren Oberflächentemperaturen im beschatteten Bereich wurde für diese Dächer bisher eine Zusatzdämmung über dem eigentlichen Dachelement empfohlen, was zunächst Mehrkosten mit sich bringt.

Ein Ziel des Forschungsprojekts „RooFit4PV“ an der Holzforschung Austria war die Untersuchung und Bewertung verschiedener Beschattungssituationen auf Flachdächern. Fragen zur Größe und Art von Beschattungen werden durch das Projekt ebenso beantwortet wie der Einfluss von PV-Anlagen auf die Oberflächentemperaturen und somit auf das Rücktrocknungspotenzial des Daches. Auch der allgemeine Zustand von Dachflächen wurde beurteilt.

BESCHATTUNGSSITUATIONEN AUF FLACHDÄCHERN

Zur Beurteilung von bereits realisierten, beschatteten hölzernen Flachdächern wurde der Zustand der Dachfläche sowie die Beschattungssituation von acht Gewerbebauten (Kindergärten, Supermärkte und Sporthallen) untersucht. Es wurden unterschiedlichste Belegungen mit Haustechnikinstallationen und anderen Beschattungen vorgefunden: PV-Anlagen, Klimaanlagen, Lüftungsanlagen und die dazugehörigen Lüftungsrohre, einfache Dachdurchdringungen (Strangentlüftung, Abluftschächte etc.), Dachfenster auf entsprechenden Unterkonstruktionen, die Attika und höhere Gebäudeteile. Keines der untersuchten Flachdächer weist eine völlig unbeschattete Dachfläche auf. Die vorgenommenen Dachöffnungen in den beschatteten Bereichen zeigten bei den nicht überdämmten Hohlkastenelementen allerdings keine erhöhten Materialfeuchten oder Spuren von Schimmel oder Feuchte aufgrund von unzureichender Rücktrocknung.

Für unbelüftete Flachdächer ohne Zusatzdämmung stellt die Dachhaut die einzige Abdichtungsebene gegen Niederschlag dar. Eine zweite Abdichtungsebene ist nicht vorhanden, weshalb eine Beschädigung der Dachhaut gravierende Folgen haben kann. Auf einigen Nacktdächern (Dächer ohne Auflast) zeigen sich Wasserpfützen und zum Teil Bewuchs. Auch Glasscherben, Schrauben und Nägel wurden auf der Dachhaut gefunden. Auf einem Dach konnten kleine Löcher in der Dachhaut festgestellt werden, die vermutlich von Feuerwerkskörpern verursacht wurden. Bei einem anderen Dach öffneten sich die Nähte der Dachhaut. Dieser Befund zeigt, dass eine regelmäßige Wartung von Dächern mit nur einer Abdichtungsebene essenziell ist.

KLIMAVERHÄLTNISSE UNTER PV-ELEMENTEN

Im Zuge des Forschungsprojekts wurde auch eine Langzeitmessung der Klimabedingungen unter PVElementen durchgeführt. Die Messung erfolgte unter zwei PV-Anlagen mit unterschiedlichen Unterkonstruktionen. Beide Unterkonstruktionen weisen an der Rückseite der PV-Elemente Verblechungen zum Schutz vor Windsoglasten auf. Die Durchlüftung des Luftraums unter den PV-Elementen ist aufgrund der Spaltgrößen zwischen PV und Unterkonstruktion bzw. Verblechungen unterschiedlich. Die Messungen zeigen, dass die Oberflächentemperatur der Dachhaut unter den PV-Elementen im Winter weniger abkühlt als auf der freien Dachfläche. Hier wirkt die Abschirmung der Dachhaut durch die PV-Elemente. Einen wesentlichen Einfluss auf die Temperaturen unter den PV-Elementen hat auch die Durchlüftung der Unterkonstruktion und der damit verbundene Abtransport der erwärmten Luft. Dabei wirkt sich einerseits die Lage des Elements (freistehend / in Reihe) und andererseits die Verkleidung der Unterkonstruktion aus. Unter freistehenden Elementen zeigen sich geringere Temperatur als unter Elementen, die zwischen anderen PV-Elementen angeordnet sind. Auch unter Randelementen einer Reihe herrschen etwas tiefere Temperaturen als in der Mitte der Reihe. Die Unterkonstruktion bzw. die mögliche Durchlüftung des Luftraums unter PV-Elementen wirkt sich ebenfalls auf die Temperaturen aus: Je geschlossener die Unterkonstruktion ist, desto höhere Temperaturen stellen sich darunter ein. Die Verblechung an der Rückseite der PV-Elemente führt durch die geringere Durchlüftung auch zu höheren Oberflächentemperaturen an der Dachhaut, was sich prinzipiell positiv auf das Feuchtemanagement des Daches auswirkt.

HÖLZERNES FLACHDACH UNTER PV-ELEMENTEN

Um die Auswirkung der Beschattung durch die PVElemente auf die hygrothermische Tauglichkeit des Daches beurteilen zu können, wurden ebenfalls die Klimabedingungen in den Gefachen unter den PV-Elementen untersucht. Die Klimamesswerte aus den Gefachen verdeutlichen, dass die andauernde Beschattung durch die PV-Elemente sich nicht kritisch auf die Dauerhaftigkeit der beiden untersuchten Flachdächer auswirkt.

VORHERSAGE MITTELS SIMULATION

Auf Basis der gewonnenen Messdaten wurde ein bestehender Ansatz zur Modellierung von Beschattungseffekten durch PV-Elemente weiterentwickelt. Somit ist nun eine genauere Vorhersage der Klimabedingungen unter PV-Elementen möglich. Mit dem weiterentwickelten Simulationsansatz kann für den jeweiligen Standort und die PV-Unterkonstruktion die Temperatur unter den PV-Elementen und das Feuchteverhalten des Dachaufbaus vorhergesagt werden.

FAZIT

Mit den gewonnenen Erkenntnissen ist nun eine exaktere Vorhersage der Auswirkung von PV-Elementen auf die Klimabedingungen im Gefach von Flachdächern möglich. Die Frage, ob der Mehraufwand durch eine Zusatzdämmung auf solchen Dächern gerechtfertigt ist, kann nun in jedem einzelnen Fall spezifisch beantwortet werden. Dennoch sind hölzerne Flachdächer mit Zwischensparrendämmung sensible Dachaufbauten, eine höhere Sicherheit kann nur durch eine Zusatzdämmung mit zweiter Abdichtungsebene erreicht werden. Eine hohe Ausführungsqualität und eine regelmäßige Wartung der Dachfläche sind hingegen Grundvoraussetzung für die hohe Dauerhaftigkeit von – nicht nur hölzernen – Flachdächern.

Autoren:
Julia Bachinger & Bernd Nusser

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